DE29706435U1 - Light source for use in leak detection in heating, ventilation and air conditioning systems that use environmentally friendly materials - Google Patents
Light source for use in leak detection in heating, ventilation and air conditioning systems that use environmentally friendly materialsInfo
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Description
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1738 Maplelawn Drive, Troy, Michigan1738 Maplelawn Drive, Troy, Michigan
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Lichtquelle zum Gebrauch bei der Lecksuche in Heiz-, Belüftungs- und
Klimatechniksystemen, die umweltschonende Materialien verwendenLight source for use in leak detection in heating, ventilation and
Air conditioning systems that use environmentally friendly materials
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle zum Gebrauch bei der Suche von Lecks in Heiz-, Belüftungs- und Klimaanlagensystemen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Lichtquelle, die in der Lage ist, Substanzen zu erkennen, die Licht von einer Wellenlänge zurückstrahlen, die größer ist als die Wellenlänge des Lichtes, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird.The present invention relates to a light source for use in locating leakage in heating, ventilation and air conditioning systems. In particular, the present invention relates to a light source capable of detecting substances that reflect light of a wavelength greater than the wavelength of the light emitted by the light source.
Aufgrund der Schäden, die Kühlmittel aus Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) der Ozonschicht zufügen, ist es notwendig geworden, alternative Kühlmittel zu entwickeln, die umweltfreundlich sind. DuPont, International Chemicals und andere haben Kühlmittel aus Hydrofluorkohlenwasserstoffen (HFKW) entwickelt, die viel sicherer für die Umwelt sind und einen Ozonabreicherungsfaktor aufweisen, der sich zwischen Null und einem Bruchteil des Ozonabreicherungsfaktors von FCKW-Kühlmitteln bewegt.Because of the damage that chlorofluorocarbon (CFC) refrigerants cause to the ozone layer, it has become necessary to develop alternative refrigerants that are environmentally friendly. DuPont, International Chemicals and others have developed hydrofluorocarbon (HFC) refrigerants that are much safer for the environment and have an ozone depletion factor that ranges from zero to a fraction of the ozone depletion factor of CFC refrigerants.
Durch Hinzugabe von gewissen Farbstoffen zu den Kühlmitteln und/oder Schmiermitteln, etwa wie Naphthalimid, Perylen, Thioxanthan, Kumarin oder Fluoreszin, können Lecks erkannt werden durch eine Fluoreszenz, die an Leckstellen besteht, wenn sie unter einer Lichtquelle mit angemessenen oder spezifischen Eigenschaften untersucht werden. Derartige Techniken zur Lecksuche sind bekannt und beschrieben in den US-PS 5 357 782 und 5 421 192, die am 25. Oktober 1994 bzw. 6. Juni 1995 auf Richard G. Henry erteilt sind und beide demselben Bevollmächtigten wie dem der vorliegenden Anmeldung übertragen worden sind.By adding certain dyes to the coolants and/or lubricants, such as naphthalimide, perylene, thioxanthan, coumarin or fluorescein, leaks can be detected by fluorescence that exists at leak locations when examined under a light source with appropriate or specific characteristics. Such leak detection techniques are known and described in U.S. Patent Nos. 5,357,782 and 5,421,192, issued October 25, 1994 and June 6, 1995, respectively, to Richard G. Henry, both of which are assigned to the same assignee as the present application.
Es ist bei der Suche nach Fluorenszenz, wie sie in solchen Suchanordnungen vorhanden ist, festgestellt worden, daß die optimale Sichtbarkeit der Fluoreszenz auftritt, wenn die Lecks unter einem Licht mit einer Emissiohswellenlänge zwischen 300 bis 700 nm gesucht werden. In der Vergangenheit sind für diesen speziellen Gebrauch ultraviolette Lichtquellen verwendet worden, die insofern nicht die optimale Leistung lieferten, als sie primär Licht im ultravioletten Bereich von 300 bis 450 nm erzeugt haben.It has been found that when searching for fluorescence as present in such search arrangements, the optimum visibility of the fluorescence occurs when the leaks are searched under a light with an emission wavelength between 300 to 700 nm. In the past, ultraviolet light sources have been used for this particular purpose, which have not provided optimum performance in that they primarily produce light in the ultraviolet range of 300 to 450 nm.
Eine im US Patent and Trademark Office auf das Ziel der vorliegenden Erfindung gerichtete durchgeführte Suche nach dem Stand der Technik lieferte die folgenden US-PSn:A prior art search conducted in the US Patent and Trademark Office for the purpose of the present invention yielded the following US patents:
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5 394 133 5 399 499 5 441 531.
Weitere dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung bekannte Patente beinhalten die folgenden:Other patents known to the applicant of this application include the following:
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Keines der oben angegebenen Patente beansprucht, lehrt oder offenbart die neue Kombination von Elementen und Funktionen, wie sie in der vorliegenden Erfindung auseinandergesetzt werden.None of the above-identified patents claim, teach, or disclose the novel combination of elements and functions as set forth in the present invention.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Lichtquelle bereitzustellen, die eine optimierte Einheit bereitstellt zum Gebrauch in den industriellen oder technologischen Bereichen, in denen es notwendig ist, Licht spezieller Wellenlängen auf eine Substanz zu richten, um Fluoreszenz zu erzeugen. Dieses wird in der Lecksuche-Industrie durchgeführt, ebenso wie in der zerstörungsfreien Test-Industrie. In beiden Fällen fluoreszieren Substanzen wie Farbstoffe hell unter Lichtquellen, die Licht im Bereich von 300 bis 500 nm ausstrahlen, wohingegen unter Umgebungslicht typischer Wellenlänge keine, oder minimale, Fluoreszenz erfaßt wird.It is an object of the present invention to provide a light source which provides an optimized unit for use in those industrial or technological fields where it is necessary to direct light of specific wavelengths at a substance to produce fluorescence. This is done in the leak detection industry, as well as in the non-destructive testing industry. In both cases, substances such as dyes fluoresce brightly under light sources emitting light in the range of 300 to 500 nm, whereas no, or minimal, fluorescence is detected under ambient light of typical wavelength.
Historisch gesehen waren die Lichtquellen, die bei diesen Typen von Anwendungen verwendet wurden, große Wechselstromlampen, die entweder bei 110 oder 220 Volt arbeiteten. Solche Lampen, bekannt als PAR 38, wurden von Philips und anderen Herstellern hergestellt. Gewöhnlich lagen solche Lampen im 100 - 200 Watt-Bereich und produzierten einen wesentlichen Anteil von Licht außerhalb des gewünschten Bereiches zum Erzielen des gewünschten Fluoreszenzverhaltens. Diese Lampen erzeugten außerdem eineHistorically, the light sources used in these types of applications were large AC lamps operating at either 110 or 220 volts. Such lamps, known as PAR 38s, were manufactured by Philips and other manufacturers. Typically, such lamps were in the 100-200 watt range and produced a significant amount of light outside the desired range to achieve the desired fluorescence behavior. These lamps also produced a
große Wärme und erforderten einen Widerstand, der zusätzlich Masse und Gewicht lieferte.great heat and required a resistance that provided additional mass and weight.
Wesentlich später wurden Eigenwiderstandslampen entwickelt, die einige der vorherigen Nachteile überwanden. Sie neigten jedoch zu relativ langen Aufwärmphasen und waren sehr empfindlich gegenüber Überspannungen, die dazu führten, daß das Licht ausgeschaltet wurde und eine lange Abkühlungsphase erforderlich war, gefolgt von einer weiteren Aufwärmphase.Much later, self-resistive lamps were developed which overcame some of the previous disadvantages. However, they tended to have relatively long warm-up periods and were very sensitive to overvoltages which would result in the light being switched off and a long cool-down period being required, followed by another warm-up period.
In neuerer Zeit wurden kleine Gleichstromlampen vom Halogen- oder ähnlichen Typ entwickelt, die reich an Gasen wie Xenon sind. Solche Lampen hatten den Vorteil, daß sie keinen Widerstand erforderten, kleine Ausmaße besaßen, kleines Gewicht hatten und keinen Überspannungen oder Impulsspitzen unterworfen waren. Sie waren außerdem tragbar und konnten mit Batterien betrieben werden. Solche Lampen hatten jedoch keine große Lichtleistung in den gewünschten Bereichen und fluoreszierten daher nicht ausreichend zur Beobachtung von Materialien mit hinreichender Helligkeit, um den Ansprüchen der meisten Benutzer zu entsprechen. Das war wahrscheinlich das Ergebnis der Verwendung von Metallreflektoren, wie etwa Aluminium, bei denen der Fokus kein Licht von der hinreichenden Leuchtstärke am Ort der Fluoreszenz, d.h. der Leckstelle, erzeugte.More recently, small direct current lamps of the halogen or similar type, rich in gases such as xenon, have been developed. Such lamps had the advantages of requiring no resistance, being small in size, being light in weight, and not subject to surges or pulse peaks. They were also portable and could be operated by batteries. However, such lamps did not have a large light output in the desired areas and therefore did not fluoresce sufficiently to observe materials with sufficient brightness to meet the needs of most users. This was probably the result of the use of metal reflectors, such as aluminum, in which the focus did not produce light of sufficient luminosity at the site of fluorescence, i.e. the leak.
Dementsprechend hat sich die vorliegende Erfindung zum Ziel gesetzt, eine Lichtquelle bereitzustellen, die klein, leicht, keinen Spannungsstößen unterworfen und dauerhaft ist und eine große Lichtleistung in der Wellenlänge erzeugt, die zur effektiven Fluoreszenz der oben erwähnten fluoreszierenden Farbstoffe erforderlich äst.Accordingly, the present invention aims to provide a light source that is small, lightweight, not subject to surges, durable and produces a high light output in the wavelength required for effective fluorescence of the above-mentioned fluorescent dyes.
Auf dem Gebiet der Leck- und Bruchstellensuche und dem verwandten zerstörungsfreien Testen werden verschiedene Farbstoffe verwendet, die bei verschiedenen Wellenlängen fluoreszieren. Fluoreszenz wird gewöhnlich definiert als die Rückstrahlung von Licht bei Wellenlängen, die größer sind als die Wellenlänge des Lichts, das von der Lichtquelle abgestrahlt wird, mit der die Untersuchung vorgenommen wird. Der Schlüssel zum Lichtsystem der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung von Tungsten-Halogenlampen mit einem einteiligen Reflektor, was ein effektives Lichtsystem bereitstellt, wobei die Eigenschaften vom Reflektor und der beinhalteten Lampe bestimmt werden, wie auch vom Ausrichten der Lampe mit dem Reflektor. Die gebräuchliche einendige Tungsten-Halogenlampe, wie sie hierin beschrieben ist, ist auf der Achse des Reflektors angebracht, wobei die Basis vom Scheitel des Reflektors auswärts in Richtung Hintergrund zeigt. Bei den bereitgestellten Reflektoren handelt es sich oft um Fokussier-Reflektoren, die das von der eingebauten Lampe erzeugte Licht auf einen mehr oder weniger kleinen oder definierten Punkt entfernt vom Reflektor und seiner Achse konzentrieren. Die für diese Zwecke verwendete Reflektorgeometrie ist gewöhnlich ein Ellipsoid, wobei der Glühfaden der Lampe im ersten Brennpunkt des Ellipsoiden liegt und daher in den zweiten Brennpunkt fokussiert. Das kann jedoch, wenn die Form des Reflektors parabolisch ist, zu einem Kollimationsreflektor führen, der parallele Lichtstrahlen erzeugt.In the field of leak and fracture detection and related non-destructive testing, various dyes are used that fluoresce at different wavelengths. Fluorescence is usually defined as the reflection of light at wavelengths longer than the wavelength of light emitted by the light source with which the inspection is being made. The key to the lighting system of the present invention is the use of tungsten halogen lamps with a single-piece reflector, which provides an effective lighting system, the characteristics of which are determined by the reflector and the lamp contained therein, as well as the alignment of the lamp with the reflector. The common single-ended tungsten halogen lamp as described herein is mounted on the axis of the reflector with the base pointing outward from the apex of the reflector toward the background. The reflectors provided are often focusing reflectors, which concentrate the light produced by the built-in lamp to a more or less small or defined point away from the reflector and its axis. The reflector geometry used for these purposes is usually an ellipsoid, with the lamp filament located at the first focus of the ellipsoid and therefore focusing at the second focus. However, if the shape of the reflector is parabolic, this can result in a collimating reflector, producing parallel light rays.
Viele der in den beschriebenen Halogenlampen verwendeten Reflektoren verwenden eher facettierte oder strukturierte Oberflächen als glatte Oberflächen, um die Lichtverteilung zu verändern. Diese Anordnung verbessert die Gleichmäßigkeit des Lichts und kann den Strahlungswinkel vergrößern, oder die hell-dunklen Kanten glätten oder Aufbrechen. Facetten auf den Oberflächen der Reflektoren bewegen sich von feinen, kaum sichtbaren Körnern bis hin zu klar sichtbaren Facetten, wodurch der Effekt entsprechend mehr oderMany of the reflectors used in the halogen lamps described use faceted or textured surfaces rather than smooth surfaces to alter the light distribution. This arrangement improves the uniformity of the light and can increase the beam angle, or smooth or break up the light-dark edges. Facets on the surfaces of the reflectors range from fine, barely visible grains to clearly visible facets, making the effect more or less
weniger betont wird. In Kombination mit der korrekten parabolischen oder ellipsoidischen Form können solche Lampen den Fokus sehr genau steuern. Glatte Aluminiumreflektoren sind verwendet worden, sie erlauben aber nicht die geometrische Balance und die dimensionale Stabilität, wie sie von den Glasrefektoren der neueren Halogenlampen gewährleistet werden. Dementsprechend ist das Material der Wahl für solche Reflektoren Glas, wobei die innere kuppeiförmige Reflektoroberfläche geeignet beschichtet ist, um die gewünschten Reflexionseingenschaften zu erzielen. Diese Beschichtungen werden in der Regel durch Aufdampfen aufgebracht. Es ist bekannt, daß solche Glasreflektoren absolute dimensionale Stabilität und eine Oberfläche aufweisen, die einfach modifiziert werden kann durch Aufbringen von Beschichtungen auf der Reflexions-Oberfläche.is less emphasized. Combined with the correct parabolic or ellipsoidal shape, such lamps can control focus very precisely. Smooth aluminum reflectors have been used, but they do not allow the geometric balance and dimensional stability provided by the glass reflectors of the newer halogen lamps. Accordingly, the material of choice for such reflectors is glass, with the inner dome-shaped reflector surface suitably coated to achieve the desired reflective properties. These coatings are usually applied by vapor deposition. Such glass reflectors are known to have absolute dimensional stability and a surface that can be easily modified by applying coatings to the reflective surface.
Erfordert das zu untersuchende Material die Erfassung von Fluoreszenz, muß die Wellenlänge des von der Lichtquelle auszusendenden Lichts genauer definiert werden. Eine solche Präzision bei der Definition und Steuerung der Wellenlänge kann durch die Verwendung von Reflektoren mit dichroitischen Beschichtungen erzielt werden. Dichroitische Beschichtungen erzeugen ihre Reflexionseigenschaften durch das Phänomen der Interferenz. Sie bestehen aus vielen (bis zu mehreren Dutzend) sehr dünnen Schichten, deren Dicke nur ein Viertel der Wellenlänge des Lichtes beträgt und die zwischen Materialien von hohem und niedrigem Brechungsindex abwechseln. Die Feinabstimmung der Dicke der Schichten und die Art und Weise, wie sie kombinert werden, ermöglichen tatsächlich die Erzeugung jeglicher Reflexionskurve. Das maximale Reflexionsvermögen beträgt annähernd 100%, und es gibt tatsächlich keine Strahlungsabsorption in den Bereichen niedrigen Reflexionsvermögens. Dementsprechend sind dichroitische Refektoren verlustfrei, und was sie nicht reflektieren, lassen sie durch. Unter den am meisten bekannten Mitgliedern der dichroitischen Familie befinden sich die Kaltlicht-Reflektoren,If the material being studied requires the detection of fluorescence, the wavelength of the light emitted by the light source must be defined more precisely. Such precision in defining and controlling the wavelength can be achieved by using reflectors with dichroic coatings. Dichroic coatings produce their reflective properties through the phenomenon of interference. They consist of many (up to several dozen) very thin layers, the thickness of which is only a quarter of the wavelength of light, alternating between materials of high and low refractive index. Fine-tuning the thickness of the layers and the way in which they are combined actually allows the creation of any reflection curve. The maximum reflectivity is approximately 100%, and there is actually no absorption of radiation in the areas of low reflectivity. Accordingly, dichroic reflectors are lossless, and what they do not reflect, they let through. Among the most well-known members of the dichroic family are the cold light reflectors,
die sichtbares Licht zwischen ungefähr 300 und 750 nm reflektieren und es erlauben, daß Strahlungswärme ungehindert durch den Glasreflektor nach hinten durchgelassen wird. Diese Anordnung reduziert die thermische Belastung der beleuchteten Oberfläche oder des Objektes erheblich. Blaue Reflektoren und ultraviolette Reflektoren sind andere Typen von Reflektoren. Im Falle des Blaulichtreflektors wird nur der blaue Bereich des Spektrums (zwischen 400 und 550 nm) reflektiert, während im Falle des ultravioletten Reflektors nur der von der Lampe abgestrahlte ultraviolette Bereich reflektiert wird. Dieser Bereich wird gewöhnlich zwischen ungefähr 300 und 400 nm angesiedelt. which reflect visible light between approximately 300 and 750 nm and allow radiant heat to pass unhindered through the glass reflector to the rear. This arrangement significantly reduces the thermal load on the illuminated surface or object. Blue reflectors and ultraviolet reflectors are other types of reflectors. In the case of the blue light reflector, only the blue region of the spectrum (between 400 and 550 nm) is reflected, while in the case of the ultraviolet reflector, only the ultraviolet region emitted by the lamp is reflected. This region is usually located between approximately 300 and 400 nm.
Solche Kaltlicht-Reflektoren fluoreszieren Farbstoffe außergewöhnlich gut, indem die meisten fluoreszierenden Farbstoffe im selben nm-Bereich zur Fluoreszenz angeregt werden, wie er von den Kaltlicht-Reflektoren erzeugt wird, d.h. zwischen 300 und 500 nm. Außerhalb dieser Bereiche erzeugtes Licht geht größtenteils verloren, erzeugt nicht die erwünschte Fluoreszenz und kann die Fähigkeit eines Benutzers, die Fluoreszenz klar zu sehen, beeinträchtigen. Daher empfehlen sich dichroitische Reflektoren mit ihrer schmalen Bandbreite von reflektiertem von der Lampe abgestrahltem Licht von selbst, indem sie Anregungswellenlängen (für fluoreszierende Materialien) und eine Präzision liefern, die bei Verwendung anderer Typen von Reflektoren nicht möglich ist.Such cold light reflectors fluoresce dyes exceptionally well, by exciting most fluorescent dyes to fluoresce in the same nm range as that produced by the cold light reflectors, i.e. between 300 and 500 nm. Light produced outside these ranges is largely lost, does not produce the desired fluorescence, and can affect a user's ability to see the fluorescence clearly. Therefore, dichroic reflectors, with their narrow bandwidth of reflected light emitted by the lamp, commend themselves by providing excitation wavelengths (for fluorescent materials) and a precision not possible when using other types of reflectors.
Solche Lampen sind außerdem effektiv bei einer Spektralbreite im Bereich, der für Fluoreszenz erforderlich ist, indem sie eine außergewöhnlich starke Lichtintensität liefern mit der für die Lecksuche angemessenen Fokussierung. Eine solche Anordnung führt zu einem Brennpunkt, der eine Leuchtstärke in der Höhe von 10000 bis 15000 aus extrem kleinen Lichtquellen erzeugen kann, besonders bei Streubreiten von 6° bis 14°. Je kleiner die StreubreiteSuch lamps are also effective at a spectral width in the range required for fluorescence, providing exceptionally high light intensity with the focus appropriate for leak detection. Such an arrangement results in a focal point that can produce luminosity as high as 10,000 to 15,000 from extremely small light sources, especially at spread widths of 6° to 14°. The smaller the spread width
ist, desto größer sind im allgemenen die Leuchttstärke und die Intensität der erzeugten Fluoreszenz.is, the greater the luminosity and the intensity of the fluorescence produced are in general.
Es ist auch möglich, die Spektralleistung solcher Reflektorlampen durch die Verwendung von optischen Filtern noch enger zu definieren. Solche optischen Filter können ein integraler Bestandteil der Reflektoreinheit sein oder sie können unabhängig von der Reflektorlampe sein, aber in Verbindung mit ihr verwendet werden. In beiden Fällen wird die Lichtleistung der Reflektorlampe auf die für die Anwendung gewünschte Wellenlänge reduziert. Es ist auch möglich, das Filter nur zu Sicherheitszwecken zu verwenden durch die Verwendung von klarem Glas, das die Bandbreite des hindurchgehenden Lichts nicht einschränkt. Im allgemeinen können zwei Typen von Filtern verwendet werden, bei denen es sich um Absorptions- oder dichroitische Filter handeln kann. Die dichroitischen Filter wiederum basieren auf demselben Prinzip der Intereferenz wie in der obigen Diskussion zur Verwendung dichroitischer Reflektoren.It is also possible to define the spectral output of such reflector lamps even more narrowly by the use of optical filters. Such optical filters can be an integral part of the reflector unit or they can be independent of the reflector lamp but used in conjunction with it. In both cases the light output of the reflector lamp is reduced to the wavelength desired for the application. It is also possible to use the filter only for safety purposes by using clear glass which does not limit the bandwidth of the light passing through. In general two types of filters can be used which can be absorption or dichroic filters. The dichroic filters in turn are based on the same principle of interference as in the above discussion of the use of dichroic reflectors.
Außerdem ist es möglich, die Lichtleistung der Lichtquellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weiterhin anzupassen durch Verwendung von Schutzschildern oder Brillen seitens des Benutzers, die nur durchlässig für Licht einer bestirnten Wellenlänge sind. Diese Brillen können von verschiedener Form sein, wie etwa Glasbrillen, Schutzbrillen oder Gesichtsschutzschilde. Somit erlaubt die Brille bei Benutzung in Kombination mit Filtern die endgültige Feinabstimmung der Wellenlänge zur Erfassung von Fluoreszenz.Furthermore, it is possible to further adjust the light output of the light sources in accordance with the present invention by using protective shields or goggles by the user that are only transparent to light of a certain wavelength. These goggles can be of various forms, such as glass goggles, safety glasses or face shields. Thus, when used in combination with filters, the goggles allow the final fine-tuning of the wavelength for detecting fluorescence.
In der offenbarten Anordnung der vorliegenden Erfindung bestehen die Komponenten aus einem Gehäuse, in dem eine Lichtquelle montiert ist, die aus einem dichroitischen Reflektor mit einer dazugehörigen Lampe besteht mitIn the disclosed arrangement of the present invention, the components consist of a housing in which a light source is mounted, which consists of a dichroic reflector with an associated lamp with
einer reflektierenden beschichteten dichroitischen Filteroberfläche, die den Abschnitt der Lampe umgibt, der den Glühfaden enthält. Außerdem befindet sich vor der Lampenanordnung eine Filterlinse, die in den meisten Fällen ein Absorptionsfilter ist und zur weiteren Einschränkung der besonderen Wellenlänge des von der Lichtquelle emittierten Lichts dient, um das davon emittierte Licht in einem bestimmten vom dichroitischen Reflektor reflektierten Bereich zu kontrollieren. Dieses Filter kann auch weggelassen werden bei Verwendung mit Blaulicht- und UV-Licht-Reflektoren.a reflective coated dichroic filter surface that surrounds the portion of the lamp containing the filament. Also in front of the lamp assembly is a filter lens, which in most cases is an absorption filter and serves to further restrict the particular wavelength of light emitted by the light source in order to control the light emitted by it in a specific range reflected by the dichroic reflector. This filter can also be omitted when used with blue light and UV light reflectors.
Im Behälter ist auch ein Ein-/Aus-Schalter enthalten, der die Steuerung der Verbindung zu einer externen Spannungsquelle für die Lichtquelle gewährleistet. Somit ist einzusehen, daß mittels einer Kombination des dichroitischen Reflektors und eines vor der Lichtquelle angebrachten Absorptionsfilters ein vorherbestimmter verengter Lichtstrahl von der Lichtquelle der vorliegenden Einheit abgestrahlt wird.The container also contains an on/off switch that controls the connection to an external power source for the light source. It can thus be seen that a predetermined narrowed beam of light is emitted from the light source of the present unit by means of a combination of the dichroic reflector and an absorption filter placed in front of the light source.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of the currently preferred embodiments of the present invention.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden detailliert beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, wobeiThe preferred embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein
Fig. 1 eine Teilansicht einer Lichtquelle in Übereinstimmung mit derFig. 1 is a partial view of a light source in accordance with the
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Gebrauch bei der Untersuchung von Substanzen zeigt, die Licht mit einer größeren Wellenlänge als diejenige des von der Lichtquelle abgestrahlten Lichts zurückstrahlen, preferred embodiment of the present invention for use in the investigation of substances which reflect light with a longer wavelength than that of the light emitted by the light source,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht einer Lichtquelle in ÜbereinstimmungFig. 2 is an enlarged view of a light source in accordance
mit der vorliegenden Erfindung,with the present invention,
Fig. 3 eine Schrägansicht einer Brille, die für lange WellenlängenFig. 3 an oblique view of glasses designed for long wavelengths
durchlässiges Materiel umfaßt, zum Gebrauch in Verbindung mit der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung, undtransparent material for use in conjunction with the light source of the present invention, and
Fig. 4 eine Schrägansicht eines Schutzschirmes, der für lange Wellenlängen durchlässiges Materiel umfaßt, zum Gebrauch in Verbindung mit der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung.Fig. 4 is an oblique view of a protective screen comprising long wavelength transparent material for use in conjunction with the light source of the present invention.
Die vorliegende Erfindung kann am besten verstanden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen ähnliche Komponenten mit denselben Bezugzeichen versehen sind.The present invention can best be understood by referring to the drawings, in which similar components are designated by the same reference numerals.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 umfaßt die bevorzugte Ausführungsform der Lichtquelle nach der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse aus Phenol, Kunststoff oder einem geeigneten Material. Die Einheit ist zylindrisch konstruiert, mit einer Aushöhlung versehen und besitzt an jedem Ende eine jeweils dort befestigte Frontkappe 2 und Hinterkappe 3, die beide aus Aluminium oder anderen geeigneten Materialien bestehen. Wie man aus den Zeichungen entnehmen kann, ist die Frontkappe 2 nach außen hin geöffnet, und direkt hinter ihr befindet sich die Filterlinse 4, die in der bevorzugten Ausführungsform aus einem BSI-Linsenfilter Nr. PS-600 besteht. Dieses Filter hat seine maximale Lichtdurchlässigkeit bei einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm, wobei ungefähr 82% des Lichtes dieser Wellenlänge durch die Filterlinse durchgelassen werden.Referring to Figures 1 and 2, the preferred embodiment of the light source of the present invention comprises a housing made of phenol, plastic or other suitable material. The unit is cylindrical in construction, with a cavity therein and has a front cap 2 and a rear cap 3 secured thereto at each end, both made of aluminum or other suitable material. As can be seen from the drawings, the front cap 2 is open to the outside and immediately behind it is the filter lens 4 which in the preferred embodiment consists of a BSI lens filter No. PS-600. This filter has its maximum light transmission at a wavelength of about 400 nm, with about 82% of the light of that wavelength being transmitted through the filter lens.
Direkt hinter der Filterlinse 4 befindet sich eine Druckfeder 5, die die Linse 4 und den Reflektor 6 in angemessenem Abstand innerhalb des Gehäuses hält und weiterhin eine gewisse Stoßdämpfung gewährleistet.Directly behind the filter lens 4 there is a compression spring 5 which keeps the lens 4 and the reflector 6 at an appropriate distance within the housing and also ensures a certain degree of shock absorption.
Der Reflektor 6, der sich hinter der Filterlinse 4 befindet und durch eine Druckfeder abgetrennt ist, ist bevorzugterweise ein aus Glas geformter Reflektor eines in der Lichttechnikindustrie allgemein mit den Buchstaben „MR" bezeichneten Typs. Eine auf die Buchstaben „MR" folgende Nummer bezeichnet den Durchmesser des Reflektors in 1/8-ZoIl-Schritten. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein MR16-Reflektor verwendet, der einen Durchmesser von ungefähr 2.0 Zoll aufweist, d.h. etwa 51 mm.The reflector 6, which is located behind the filter lens 4 and separated by a compression spring, is preferably a glass-molded reflector of a type generally referred to in the lighting industry by the letters "MR". A number following the letters "MR" indicates the diameter of the reflector in 1/8 inch increments. In the present embodiment, an MR16 reflector is used which has a diameter of approximately 2.0 inches, i.e. about 51 mm.
Einheiten dieser Art werden von verschiedenen großen Leuchten-Herstellern in den Vereinigten Staaten, Europa und Japan hergestellt. Solche Reflektoren werden hergestellt von General Electric, Osram-Sylvania etc.Units of this type are manufactured by several major lighting manufacturers in the United States, Europe and Japan. Such reflectors are manufactured by General Electric, Osram-Sylvania, etc.
Die meisten Reflektoren werden umfassend verwendet zur Erzeugung von Lampen mit niedriger Spannung und hoher Intensität, die bei Anwendungen wie der Anzeigebeleuchtung verwendet werden. Wie vorher angedeutet, sind die geformten Reflektoren des beschriebenen Typs typischerweise mit einer Beschichtung auf der Frontoberfläche 9 versehen. Diese Oberfläche ist gewöhnlich ein aus vielen Schichten bestehendes Interferenzfilter, das konfiguriert ist, um sichtbares Licht vom Reflektor zu reflektieren und Wärme durch den Reflektor durchzulassen. Die Frontoberfläche 9 ist mit Facetten 7A versehen, wodurch ein uniformer Strahl der Beleuchtung von Lampe 10 geliefert wird. Die hier gewählte besondere (Tungsten Halogen-) Lampe, die vom Typ MR16 EXT Typ ist, liefert einen schmalen punktartigen Strahl mit ungefähr 12° Ausbreitung. Von der Hinteroberfläche 8 des Reflektors 6 erstreckt sich ein Gestellabschnitt 14. Eine Öffnung, die sich durch den Reflektor an des-Most reflectors are used extensively to produce low voltage, high intensity lamps used in applications such as display lighting. As previously indicated, molded reflectors of the type described are typically provided with a coating on the front surface 9. This surface is usually a multi-layer interference filter configured to reflect visible light from the reflector and to transmit heat through the reflector. The front surface 9 is provided with facets 7A, thereby providing a uniform beam of illumination from lamp 10. The particular (tungsten halogen) lamp chosen here, which is of the MR16 EXT type, provides a narrow point-like beam with approximately 12° spread. Extending from the rear surface 8 of the reflector 6 is a frame portion 14. An opening extending through the reflector at the
sen Scheitelpunkt erstreckt, ist gewöhnlich eine verlängerte, allgemein rechteckige Öffnung, die konfiguriert ist, um passende Lampen (Birnen) eines bestimmten Größenbereichs wie Lampe 10 aufzunehmen.extending from its apex is usually an elongated, generally rectangular opening configured to receive suitable lamps (bulbs) of a certain size range, such as lamp 10.
Lampe 10 weist einen Glühfadenabschnitt 1OA auf und einen Halsabschnitt 1OB und enthält darin einen Glühfaden 11, der an seiner Hinterseite mit den Anschlüssen 12 und 13 (nicht gezeigt) verbunden ist. Anschluß 13 ist nicht zu sehen, weil er parallel zu Anschluß 12 angeordnet ist. Diese Lampe ist normalerweise eine weißglühende Lichtquelle, wie etwa eine Halogenbirne mit einer Verkleidung, die aus einem Glühfadenabschnitt 1OA und einem Halsabschnitt 1OB besteht, die aus Glas oder Quartz bestehen. Die Lampe 10 ist am Halsabschnitt 14 angebracht, wobei sich der Glühfadenabschnitt über die Frontoberfläche 9 des Reflektors 6 erstreckt. Eine Buchse 15, die die Anschlüsse 12 und 13 aufnimmt, liefert Verbindungen zu Stromkreisleitern 16 und 17. Die Buchse 15 besteht aus Keramik oder ähnlichem Material. Der Leitungsabschnitt 16A verläuft zum Ein-/Aus-Schalter 18 und läuft weiter durch den Leitungsabschnitt 16B zu einer externen Spannungsquelle 20. Der andere Leiter 17 verläuft direkt von der Buchse 15 zur Spannungsquelle 20.Lamp 10 has a filament section 1OA and a neck section 1OB and contains therein a filament 11 connected at its rear to terminals 12 and 13 (not shown). Terminal 13 is not seen because it is arranged parallel to terminal 12. This lamp is typically an incandescent light source such as a halogen bulb with a casing consisting of a filament section 1OA and a neck section 1OB made of glass or quartz. The lamp 10 is mounted on the neck section 14 with the filament section extending over the front surface 9 of the reflector 6. A socket 15 which receives the terminals 12 and 13 provides connections to circuit conductors 16 and 17. The socket 15 is made of ceramic or similar material. The line section 16A runs to the on/off switch 18 and continues through the line section 16B to an external voltage source 20. The other conductor 17 runs directly from the socket 15 to the voltage source 20.
Eine MR16-Lampe, wie sie hier gezeigt ist, arbeitet typischerweise mit einer 12 Volt Spannungsquelle und liefert ungefähr 50 Watt Leistung. Die Spannungsquelle 20 kann aus einer Batterie, einem Generator oder einem Dynamo bestehen. Der Schalter 18 wird verwendet, um die Lichtquelle an- oder abzuschalten während der Verwendung der vorliegenden neuen Lichtquelle zur Untersuchung von Substanzen, die Licht mit Wellenlängen reflektieren, die größer sind als die Wellenlänge des Lichts, das von der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung ausgesandt wird.An MR16 lamp as shown here typically operates from a 12 volt power source and provides approximately 50 watts of power. The power source 20 may consist of a battery, generator or dynamo. The switch 18 is used to turn the light source on or off during use of the present novel light source to examine substances that reflect light at wavelengths greater than the wavelength of the light emitted by the light source of the present invention.
Der Wärmeschild 19 erstreckt sich um den hinteren Abschnitt des Reflektors 6, den Gestellabschnitt 14 und die Buchse 15 herum und wird durch Ab-The heat shield 19 extends around the rear section of the reflector 6, the frame section 14 and the bushing 15 and is secured by
schnitte der Hinterkappe 3 am Ende des Reflektors 6 gehalten. Der Wärmeschild ist insofern notwendig, als daß das Licht, das nicht durch den Reflektor 6 in Vorwärtsrichtung verläuft, als Wärme durch die Hinteroberfläche 8 und den Halsabschnitt 14 des Reflektors 6 abgestrahlt wird, und unterstützt eine bequeme Berührung der vorliegenden Einheit während des Betriebs.sections of the rear cap 3 at the end of the reflector 6. The heat shield is necessary in that the light that does not pass through the reflector 6 in the forward direction is radiated as heat through the rear surface 8 and the neck portion 14 of the reflector 6, and promotes a comfortable touch of the present unit during operation.
Es ist anzumerken, daß Reflektoren vom MR16-Typ komplett mit einer darin enthaltenen Halogenlampe von Osram-Sylvania und anderem vorher genannten Bezugsquellen erhältlich sind. Die Lampe 10 ist bevorzugt am Gestellabschnitt 14 befestigt durch ein angemessenes Klebemittel, wie etwa Silikon oder ein Klebemittel auf Epoxidharz-Basis.It should be noted that MR16 type reflectors complete with a halogen lamp contained therein are available from Osram-Sylvania and other previously mentioned sources. The lamp 10 is preferably secured to the frame portion 14 by an appropriate adhesive such as silicone or an epoxy based adhesive.
Es ist anzumerken, daß die hier beschriebene Einheit einen dichroitischen Reflektor beinhaltet. Dichroitische reflektierende Beschichtungen erzeugen spezielle Reflexionseigenschaften durch das Phänomen der Interferenz. Sie bestehen aus vielen (bis zu 40 sehr dünnen) Schichten, deren Dicke nur ein Viertel der Wellenlänge des Lichtes beträgt, und abwechselnd aus Materialien mit einem hohen und niedrigem Brechungsindex. Entsprechend beträgt das Reflexionsvermögen annähernd 100% bei tatsächlich keiner Strahlungsabsorption im Bereich niedrigen RefexionsVermögens. Das am besten bekannte Mitglied dieser Gruppe von Lichtquellen der vorliegenden Erfindung ist wahrscheinlich der als Kaltlicht-Reflektor bezeichnete Typ, da er nur sichtbares Licht zwischen ungefähr 400 bis 700 nm reflektiert und jegliche Strahlungswärme ungehindert durch den Glasreflektor zur Hinterseite durchläßt. Somit ist die thermische Belastung auf der Oberfläche oder dem Objekt sehr stark reduziert.It should be noted that the unit described here includes a dichroic reflector. Dichroic reflective coatings produce special reflective properties through the phenomenon of interference. They consist of many (up to 40 very thin) layers, the thickness of which is only a quarter of the wavelength of the light, and of alternating high and low refractive index materials. Accordingly, the reflectivity is approximately 100% with virtually no radiation absorption in the low reflectivity region. The best known member of this group of light sources of the present invention is probably the type referred to as a cold light reflector, since it only reflects visible light between approximately 400 to 700 nm and allows any radiant heat to pass unhindered through the glass reflector to the rear. Thus, the thermal load on the surface or object is greatly reduced.
Die Effektivität der Lichtquelle wird gesteigert, wenn der Benutzer einen Schirm 40 oder eine Brille 30 verwendet, die für lange Wellenlängen durch-The effectiveness of the light source is increased if the user uses a screen 40 or glasses 30 that allow long wavelengths to pass through.
lässiges Material 31 oder 41 umfassen, um die Wellenlänge des von der Lichtquelle der vorliegenden Erfindung abgestrahlten Lichts weiter einzuschränken. transmissive material 31 or 41 to further restrict the wavelength of light emitted by the light source of the present invention.
B 1452HJ bl4i2-beschrB 1452HJ bl4i2-description
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