DE202006014503U1

DE202006014503U1 - LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite

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Publication number: DE202006014503U1
Application number: DE202006014503U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Ouyang Chieh Yangmei Tw; Ouyang Wei Tw
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2016-09-22
Also published as: TW200745598A; JP3127330U; TWI309729B

Abstract

LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite, versehen mit:
einem Hauptkörper (1), in dessen Innerem eine Stromvorrichtung vorgesehen ist;
einer LED (21), die mit der Stromvorrichtung elektrisch verbunden ist und im Inneren des vorderen Teils des Hauptkörpers (1) befestigt ist; und
einer konvexen Linse (5), die vor der LED (21) angeordnet ist und sich relativ zur LED (21) bewegen kann, wobei die relativ zur konvexen Linse (5) vorgenommene Entfernungsänderung der LED (21) innerhalb der zweifachen Brennweite der konvexen Linse (5) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine LED-Beleuchtungsvorrichtung, insbesondere eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite, die für viele Arten von Beleuchtungsvorrichtungen wie Display-Lampen anwendbar ist.
Im Alltag werden z.B. Taschenlampen als tragbare Beleuchtungsvorrichtung verwendet. Bei üblichen verstellbaren Taschenlampen wird die Beleuchtungsstärke durch das Drehen der Lampenfassung verstellt. Da die Birne kugelförmig das Licht ausstrahlt, wird dabei zwischen der hinteren und der vorderen Stelle der Birne im reflektierenden Becher verstellt, um die Beleuchtungsentfernung und -stärke der Taschenlampe zu verstellen. Allerdings kann diese Verstellungsweise den wirklichen Bedarf nicht befriedigen, weil die Verstellbarkeit der Beleuchtungsstärke und der zu verstellende Entfernung der Birne begrenzt sind. Darüber hinaus werden auch LED (lichtemittierende Dioden) als Lichtquelle eingesetzt, wobei Linsen der vollreflektierenden Becher für LED bereits eingesetzt worden sind. Jedoch können die vollreflektierenden Becher der Birne und die Linsen der vollreflektierenden Becher für LED die Funktion der Verstellung der Beleuchtungsentfernung nicht sehr gut realisieren; außerdem blockiert der reflektierende Becher die Verstellbarkeit der Entfernung, so dass der Änderungsbereich des Winkels sehr klein ist, und so die Lichtstrahlen nicht in einem erheblichem Winkel veränderbar sind. Als ein Beispiel für eine Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur Verstellung der Beleuchtungsentfernung stellt sich die folgende Ausführungsform dar:
Aus CN 032249225 (Veröffentlichungstag: 28.04.2004) ist eine Taschenlampe herkömmlicher Struktur mit der Fähigkeit zur Verstellung der Beleuchtungsentfernung bekannt. Diese Taschenlampe besteht aus einem Hülsenkörper, einer mit dem Hülsenkörper verbundenen Lampenfassung, einer an der Lampenfassung befindlichen Birne, einem reflektierenden Becher und einem Lampenkopf, wobei an der Lampenfassung ein mit der Birne elektrisch verbundener Schalterknopf vorgesehen ist, und eine LED (lichtemittierende Diode) an der Umrandung des trichterförmigen Durchgangslochs des reflektierenden Bechers vorgesehen ist. Der Pluspol und der Minuspol der LED sind jeweils mit der Pluspol-Leitungsscheibe und der Minuspol-Leitungsscheibe verbunden, wobei die Pluspol-Leitungsscheibe wiederum mit dem Pluspol der Stromquelle elektrisch verbunden ist, und die Minuspol-Leitungsscheibe den Hülsenkörper berührt. Da die Birne und die LED in derselben Richtung angeordnet sind, wird der Fokus ihrer Beleuchtungsentfernung durch die Position der Birne bzw. der LED bestimmt.
Jedoch werden bei der o. g. bekannten Struktur einer Taschenlampe zwei unterschiedliche Lichtquellen, nämlich eine Birne und eine LED, eingesetzt, so dass die Beleuchtungsentfernung durch die Position der unterschiedlichen Lichtquellen bestimmt wird. Dabei ist die Struktur der Taschenlampe kompliziert ausgebildet, so dass eine weitere Beleuchtungsentfernung nicht erzielt werden kann. Wenn eine große Entfernung von bis zu 30 Metern für Situationen wie bei einem modernen Krieg, einem Nachtkampf der Polizei und einem Kampf in der Gasse, zwischen dem oberen und dem unteren Stock sowie zwischen zwei Gebäuden eingestellt werden soll, wird die Lichtverstreuung eine gute Sicht verhindern; wenn aber ein Sturmkampf losbricht, bei dem die Teilnehmer ins Gebäude, auf die Treppen stürmen und die Tür aufsprengen müssen, muss die Beleuchtung auf einen kleinen Punkt fokussiert werden, keine panoramamäßige Aussicht, die eine streuende Lichtquelle erfordert. Außerdem erzeugt das durch den reflektierenden Becher reflektierte Licht ringförmige Lichtkegel, die leicht eine ungleichmäßige Lichtstärke verursachen, wobei es in der Mitte hell und am Rand dunkler ist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite zu schaffen. Aufgrund der Eigenschaften einer konvexen Linsen, nämlich

1. dass die parallel zur Hauptachse befindlichen Lichtstrahlen nach dem Brechen durch den Fokus an der anderen Seite hindurchgehen werden,
2. dass die durch das Zentrum der Linse hindurchgehenden Lichtstrahlen ohne Brechen gerade verlaufen,
3. dass die durch den Fokus hindurchgehenden Lichtstrahlen nach Brechen gerade parallel zur Hauptachse verlaufen,
4. dass die Lichtstrahlen nach Hindurchgehen durch die konvexe Linse nach innen ausweichend sich brechen und somit fokussiert werden, und
5. dass konvexe Linsen Bilder aufbauen, gilt. wenn der Gegenstand sich an einem unendlich fernen Punkt befindet, wird er als ein Punkt am Fokus auf der anderen Seite der Linse gebildet; wenn der Gegenstand sich weiter als 2f befindet, wird er verkleinert an einer Stelle zwischen f-2f auf der anderen Seite der Linse gebildet; wenn der Gegenstand sich an der Stelle 2f befindet, wird er symmetrisch an einer Stelle 2f auf der anderen Seite der Linse gebildet; wenn der Gegenstand sich zwischen f und der Linsenfläche befindet, wird er vergrößert auf der gleichen Seite der Linse gebildet.

Dabei wird eine LED als die einzige Lichtquelle vorgesehen, wobei am vorderen Ende der LED eine konvexe Linse angeordnet ist. Beim Verstellen des Fokusses kann die konvexe Linse sich relativ zur LED vorwärts und rückwärts bewegen. Zur Veränderung des Lichtwinkels nach dem Brechen ist kein reflektierender Becher erforderlich. Somit wird eine vorteilhafte Beleuchtungsvorrichtung hervorgebracht, die klein ist, einen breiten Beleuchtungsbereich ermöglicht und den Fokus schnell verstellen kann.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite bereit, hauptsächlich bestehend aus einem Hauptkörper, in dessen Innerem eine Stromvorrichtung angeordnet ist; einer LED, die mit der Stromvorrichtung elektrisch verbunden ist und am vorderen Ende des Hauptkörpers befestigt ist; und einer konvexen Linse, die vor der LED angeordnet ist und sich relativ zur LED bewegen kann, wobei die relativ zur konvexen Linse vorgenommene Entfernungsänderung der LED innerhalb der zweifachen Brennweite der konvexen Linse liegt.
Im Folgenden werden Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Jedoch soll die Erfindung nicht auf die Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt sein. Es zeigen:
1 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
3 eine dreidimensionale Explosionsdarstellung eines noch weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Gemäß 1 stellt die vorliegende Erfindung eine LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite bereit, die insbesondere aus einem Hauptkörper 1, einem lichtemittierenden Element 2, einer Gleithülse 3, einem Druckdeckel 4 und einer konvexen Linse 5 besteht, wobei im Inneren des Hauptkörpers 1 eine Stromvorrichtung (nicht in der Figur dargestellt) vorgesehen ist, die ein Batteriefach und zumindest eine Batterie umfasst; ferner sind eine erste 11 und eine zweite Rast 12 an der äußerlichen Seite vorgesehen, und ein Stützkörper 13 ist am hinteren Ende des Hauptkörpers 1 angeordnet.
Das lichtemittierende Element 2 weist eine Schaltplatte 22 auf, vor der eine LED 21 befestigt ist. Die LED 21 weist Epoxidharz an ihrer Oberfläche auf, so dass die LED 21 als lichtkondensierende LED ausgebildet ist. Desweiteren ist am vorderen Ende der Schaltplatte 22 eine lichtreflektierende Scheibe 24 festgeklebt, die zur Lichtreflexion dient. An der hinteren Seite der Schaltplatte 22 ist eine leitfähige Scheibe (nicht in der Figur dargestellt) vorgesehen. Die Schaltplatte 22 ist an einem Setzstock 23 befestigt, der vor dem Hauptkörper 1 befestigt ist, und das lichtemittierende Element 2 ist am Hauptkörper 1 befestigt. Die LED 21 ist durch die Schaltplatte 22 und die leitfähige Scheibe (nicht in der Figur dargestellt) mit der Stromvorrichtung (nicht in der Figur dargestellt) elektrisch verbunden.
Die Gleithülse 3 ist als eine Hülse ausgeführt, an deren vorderem Ende ein Druckdeckel 4 angeordnet ist, wobei zwischen dem Druckdeckel 4 und der Gleithülse 3 eine konvexe Linse 5 vorgesehen ist. Die lichtreflektierende Scheibe 24 ist zwischen der LED 21 und der konvexen Linse 5 angeordnet, wobei die konvexe Linse 5 als einzelne konvexe Linse oder doppelte konvexe Linse ausgeführt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine einzelne konvexe Linse eingesetzt. Die sich der LED 21 zuwendende Seite der konvexen Linse 5 ist flach ausgebildet, und die andere Seite ist konvex ausgebildet. Die konvexe Linse 5 ist auf dem Lichtpfad vor der LED 21 vorgesehen. Am unteren Teil der Gleithülse 3 ist eine vertikale Nut 31 angeordnet, in deren Innerem ein L-förmiger Anhänger 32 angeordnet ist, der je nach der Beleuchtungsentfernung in die erste Rast 11 oder in die zweite Rast 12 eingreift
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe 2) ist die Gleithülse 3 am Hauptkörper 1 angeordnet und kann sich vor-/bzw. rückwärts frei verschieben. Am Hauptkörper 1 ist ein wasserdichter Dämpfungsring 14 angeordnet, wobei die Gleithülse 3 durch die Reibungskraft positioniert wird, die durch die Reibung mit dem Dämpfungsring 14 erzeugt wird. Zum Vermeiden des Entfallens der Gleithülse 3 aus dem Hauptkörper 1 wird der Setzstock 23 an den Hauptkörper 1 verschraubt angeschlossen, wobei das vordere Ende des Setzstocks 23 größer als der Innendurchmesser des hinteren Endes der Gleithülse 3 ist, so dass der Setzstock 23 sich an der Gleithülse 3 abstützen kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel (siehe 3) wird die Gleithülse 3 durch das an der äußerlichen Seite des Hauptkörpers 1 befindliche schnelle Schraubgewinde 15 an den Hauptkörper 1 angeschraubt. Zum Vermeidendes Entfallens der Gleithülse 3 aus dem Hauptkörper 1 wird der Setzstock 23 an den Hauptkörper 1 angeschraubt, wobei das vordere Ende des Setzstocks 23 größer als der Innendurchmesser des hinteren Endes der Gleithülse 3 ist, so dass der Setzstock 23 sich an der Gleithülse 3 abstützen kann.
Wie aus den Experimentdaten (I) in der nachstehenden Tabelle ersichtlich, sind zwei Sätze von konvexen Linsen für das Experiment genommen worden, wobei die Durchmesser der konvexen Linsen jeweils 38 mm und 22,8 mm betragen. An einer Stelle, die 5 m davor befindlich ist, ermöglicht die konvexe Linse mit einem Durchmesser von 38 mm, die Lichtquelle zu einem Lichtkegel mit einem Durchmesser von 35 cm zu bündeln, und die konvexe Linse mit einem Durchmesser von 22,8 mm ermöglicht, die Lichtquelle zu einem Lichtkegel mit einem Durchmesser von 40 cm zu bündeln; an einer Stelle, die 30 m davor befindlich ist, ermöglicht die konvexe Linse mit einem Durchmesser von 38 mm, die Lichtquelle zu einem Lichtkegel mit einem Durchmesser von 1,1 m zu bündeln, und die konvexe Linse mit einem Durchmesser von 22,8 mm ermöglicht, die Lichtquelle zu einem Lichtkegel mit einem Durchmesser von 2 m zu bündeln.
Experimentdaten (I)
Bei diesem Experiment sind zunächst die Lichtstrahlen der LED 21 selber so gebündelt worden, dass der Lichtstrahl der Lichtquelle etwa in einem Winkel von 140 Grad gebrochen wird; anschließend ist die Stellung der konvexen Linse 5 verstellt worden, wobei der Verstellbereich innerhalb der zweifachen Brennweite der konvexen Linse 5 bleibt. Durch die Verstellung der Position der Lichtquelle wird der Lichtstrahlwinkel verändert, den die Lichtquelle durch die konvexe Linse 5 erzeugt, wobei der Lichtstrahlwinkel von der Entfernung abhängt, und der Änderungsbereich zwischen 6 bis 120 Grad liegt. Da die konvexen Linsen 5 bei der Erfindung von unterschiedlicher Größe sind, liegt der optimale Abstand zur Verstellung der Brennweite jeweils zwischen 0 und der zweifachen Brennweite der konvexen Linse 5. Somit ist die Brennweite noch schneller verstellbar.
Bei der konvexen Linse 5 mit einem Durchmesser von 22,8 mm hat beispielsweise das Epoxidharz die Lichtquelle der LED 21 zunächst etwa in einem Winkel von 140 Grad gebündelt, so dass die LED 21 eine gebündelte Lichtquelle mit einem größeren Lichtstrahlwinkel bildet. Wenn der relative Abstand zwischen der LED 21 und der konvexen Linse 50 mm beträgt (z.B. so, dass der Anhänger 32 in die zweite Rast 12 eingreift), wird das Licht nach dem Brechen einen Lichtstrahl im Winkel von etwa 120 Grad erzeugen. Das heißt, dass die Lichtverstreuung die Gleithülse 3 derart verläuft, dass der relative Abstand der LED 21 zur konvexen Linse 5 innerhalb der zweifachen Brennweite liegt (z.B. so, dass der Anhänger 32 in die erste Rast 11 eingreift). Der Lichtstrahl der zu bündelnden Lichtquelle wird durch die konvexe Linse 5 gebrochen, wobei gilt: wenn der Brechungswinkel 6 Grad beträgt, wird ein Lichtkegel mit einem Durchmesser von 40 cm an einer Stelle, die 5 m davor befindlich ist, durch die Bündelung erzeugt; und an einer Stelle, die etwa 30 m davor befindlich ist, wird durch die Bündelung ein Lichtkegel mit einem Durchmesser von 2 m erzeugt.
Da die LED 21 eine hohe Lichtstärke besitzt, und die Erfindung das Licht zweimal fokussiert, müssen die Lichtbündelung (die Lichtquelle ist innerhalb der zweifachen Brennweite befindlich) und die Lichtverstreuung (der Abstand zwischen der Lichtquelle und der konvexen Linse 5 beträgt 0) der zu bündelnden Lichtquelle lediglich dadurch den Lichtstrahlwinkel verstellen (um 120 Grad ~ um 6 Grad), dass die LED 21 sich relativ zur konvexen Linse 5 bewegt (Entfernung liegt zwischen 0 mm und 32 mm). Dadurch wird die Lichtstärke bei der Beleuchtung in großer Entfernung erhöht, und wird der Beleuchtungsbereich bei der Beleuchtung in kleiner Entfernung vergrößert. Da kein reflektierender Becher eingesetzt wird, wird die Beleuchtungsvorrichtung klein sein, und der Bereich für Lichtstrahländerungen wird größer; zudem ist die Brennweite vorteilhaft schnell zu verstellen.
Zur weiteren detaillierten Erläuterung: wenn der Anhänger 32 der Gleithülse 3 in die erste Rast 11 des Hauptkörpers 1 einrastet, wird die zu bündelnde Lichtquelle innerhalb der zweifachen Brennweite eine optimale Lichtbündelung erzeugen, d.h., dass der Abstand zwischen der LED 21 und der konvexen Linse 5 am größten ist, und der Lichtstrahlwinkel 6 Grad beträgt, wobei angenommen wird, dass der Abstand hier den optimalen Abstand zur Verstellung der Brennweite 13 mm darstellt; wenn der Anhänger 32 der Gleithülse 3 allmählich in die zweite Rast 12 des Hauptkörpers 1 einrastet, wird die Bewegungsentfernung von der ersten Rast 11 zur zweiten East 12 von 13 mm zur 0 mm sich ändern, wobei der ursprüngliche Lichtstrahlwinkel der zu bündelnden Lichtquelle durch die Entfernungsänderung von 6 Grad auf 120 zunehmen kann, und von Lichtbündelung auf Lichtverstreuung umgestellt werden kann, d.h. von zweifacher Brennweite bis 0. Durch die Wiederholung der oben dargestellten Handlung kann von Lichtbündelung auf Lichtverstreuung oder umgekehrt umgestellt werden.
Erfindungsgemäß kann die Größe der Blende durch die Verstellung des Brechungswinkels frei eingestellt werden, wobei keine ungleichmäßige Lichtkegel dadurch entstehen werden, so dass die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung eine breite Anwendung bei Taschenlampen, Kampflampen für militärische und polizeiliche Zwecke, Tischlampen, Suchscheinwerfer, Projektionslampen und Display-Lampen finden kann. Dabei kann die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung je nach der Entfernung und der Größe des zu beleuchtenden Gegenstandes schnell und angemessen verstellt werden. Darüber hinaus ist die Gleithülse bei allen o. g. Ausführungsbeispielen beweglich ausgeführt, und die LED ist fixiert ausgeführt. Wenn aber die Gleithülse der LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite fixiert ausgeführt wird, und die LED beweglich ausgeführt wird, ist der relative Abstand zwischen den beiden ebenfalls verstellbar, und die Beleuchtung erzielt die gleiche Wirkung.
Die vorstehende Beschreibung stellt nur das bevorzugte, ausführbare Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht die Patentansprüche beschränken. Alle gleichwertigen Änderungen und Modifikationen, die unter Anwendung der Beschreibung und der Zeichnungen betreffs der Erfindung vorgenommen werden, gehören zum Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

1: Hauptkörper
11: erste Rast
12: zweite Rast
13: Stützkörper
14: wasserdichter Dämpfungsring
15: schnelles Schraubgewinde
2: lichtemittierendes Element
21: LED
22: Schaltplatte
23: Setzstock
24: lichtreflektierende Scheibe
25: durchsichtiger wasserdichter Deckel
3: Gleithülse
31: vertikale Nut
32: Anhänger
4: Druckdeckel
5: konvexe Linse

Claims

LED-Beleuchtungsvorrichtung mit der Fähigkeit zur schnellen Verstellung der Brennweite, versehen mit: einem Hauptkörper (1), in dessen Innerem eine Stromvorrichtung vorgesehen ist; einer LED (21), die mit der Stromvorrichtung elektrisch verbunden ist und im Inneren des vorderen Teils des Hauptkörpers (1) befestigt ist; und einer konvexen Linse (5), die vor der LED (21) angeordnet ist und sich relativ zur LED (21) bewegen kann, wobei die relativ zur konvexen Linse (5) vorgenommene Entfernungsänderung der LED (21) innerhalb der zweifachen Brennweite der konvexen Linse (5) liegt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LED (21) als lichtbündelnde LED ausgeführt ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Linse (5) als einzelne konvexe Linse oder doppelte konvexe Linse ausgeführt werden kann.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Ende des Hauptkörpers (1) eine Gleithülse (3) angeordnet ist, wobei am vorderen Ende der Gleithülse (3) eine konvexe Linse (5) angeordnet ist, so dass die konvexe Linse (5) durch die Gleithülse (3) sich relativ zur LED (21) frei bewegen kann.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Hauptkörper (1) ein wasserdichter Dämpfungsring (14) angeordnet ist, an dem die Gleithülse (3) befestigt ist.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper (1) ein schnelles Schraubgewinde (15) aufweist, so dass die Gleithülse (3) mit Hauptkörper (1) verschraubt werden kann.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Änderungsbereich der Entfernung, in der die konvexe Linse (5) relativ zur LED (21) sich bewegt, zwischen 0 mm und 32 mm liegt.
LED-Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der konvexen Linse (5) und der LED (21) eine lichtreflektierende Scheibe (24) vorgesehen ist.