-
"Stabilisierte Kaltlichtquelle"
-
Die Erfindung bezieht sich auf eine stabilisierte Kaltlichtquelle
für Fotografie, Medizin und Mikroarbeitsplatzbeleuchtung, mit Lichtleiter, deren
Lampen-Versorgungs-Gleichspannung nach Maßgabe eines Regel gliedes stabilisiert
ist.
-
Um die unvermeidlichen und in der Praxis häufig recht starken Netzspannungsschwankungen
in ihrer Auswirkung auf die Lichtleistung einer Kaltlichtquelle mit Lichtleiter
für Fotografie, Medizin und Mikroarbeitsplatzbeleuchtung zu dämpfen, sind bereits
verschiedene Stabilisierungsschaltungen für die Stromversorgungseinheit der Lichtquelle
vorgeschlagen worden. Trotz der, in den meisten Fällen im technischen Aufbau und
damit auch von den Kosten her recht aufwendigen Stabilisierungsschaltungen ergibt
sich jedoch noch eine relativ hohe Restwelligkeit der Versorgungsspannung und insbesondere
auch des erzeugten Ausgangslichtstroms, die sowohl für die Beobachtung, als auch
insbesondere beim Fotografieren sehr störend ist. Wegen der geringen Frequenz von
nur 50 Hz der Restwelligkeit, die selbstverständlich der normalen Netzfrequenz entsprechen
muß, ist nur ein sehr geringer Abstand zum normalen Auflösungsvermögen des menschlichen
Auges, insbesondere aber ein zu geringer Abstand für Fotoaufnahmen mit kurzen Verschlußzeiten
gegeben. Je nachdem, an welcher Phase der Welligkeit des Lichts ein Bild aufgenommen
wird, ergeben sich andere Helligkeitswerte. Noch viel schlimmer sind die mit der
Welligkeit einhergehenden und in besonderem Ausmaß beim Herunterregel n der Lichtquelle
auftretenden Veränderungen
der Farbtemperatur. Bei den bekannten
stabilisierten Kaltlichtquellen ergibt sich im Regelbereich zwischen 50 % und 100
% der maximalen Lichtleistung eine Verschiebung der Farbtemperatur von ca. 10 %,
d. h. von ca. 3200" Kelvin auf Farbtemperaturen unter 30000 Kelvin. Dadurch ergeben
sich bei jeder Helligkeitsveränderung außerordentlich starke Veränderungen der Farbtemperatur,
die bei Dünnschichtfotografien von Präparaten zu einer völligen Veränderung des
Absorptionsverhaltens und damit zu gänzlich anderen Bildaussagen führen würden.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine stabilisierte
Kaltlichtquelle der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine vernachlässigbare
Restwelligkeit des Ausgangslichtstroms und insbesondere eine weitgehende Unabhängigkeit
der Farbtemperatur über den größten Teil des Regelbereichs aufweist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an eine
Vergleichsschaltung über das Regelglied eine vorgebbare Referenzspannung sowie eine
Rückkoppelspannung eines im Ausgangslichtstrom der Lampe angeordneten Fotoelements,
insbesondere eines Fototransistors angelegt ist, deren Ausgangsspannung die Stellgröße
für eine Impulsbreitensteuerung der Versorgungsspannung bildet.
-
Die erfindungsgemäße Impulsbreitensteuerung der Versorgungsspannung,
wobei die Impulsfrequenz ca. 10 - 200, insbesondere etwa 50 KHz betragen soll, ermöglicht
durch die Vielzahl der Impulse je Periode der Netzspannung die Erzielung einer außerordentlich
geringen Welligkeit im Ausgangslichtstrom. Diese geringe Welligkeit wird noch dadurch
verbessert, daß nicht die Versorgungsspannung für die Lampe rückgekoppelt und stabilisiert
wird, sondern daß die Rückkopplung erst durch Messung des Ausgangslichtstroms, d.
h. der
eigentlich interessierenden Regelgröße erfolgt, die ja ihrerseits
wegen der thermischen Trägheit des Lampenfadens noch eine gewisse Ausmittelung von
Spannungsschwankungen liefert, die also nicht in vollem Umfang auf das Helligkeitsspektrum
der Lampe durchschlagen.
-
Von noch erheblich größerer Bedeutung ist die erfindungsgemäße durch
Rückkopplung des Ausgangslichts gesteuerte Impulsbreitensteuerung der Versorgungsspannung
der Lampe aber für die Konstanz der Farbtemperatur über den Helligkeitsregelbereich.
So hat es sich gezeigt, daß durch die Impulsbreitensteuerung nicht nur höhere Farbtemperaturen
erreicht werden können, als mit den üblichen stabilisierten Wechsel- oder Gleichspannungsversorgungseinheiten
bekannter stabilisierter Kaltlichtquellen, sondern daß darüber hinaus in Regelbereich
zwischen 50 und 100 X diese Farbtemperatur von etwa 5500" Kelvin annähernd konstant
bleibt. Selbst im Bereich von 20 - 100 % Lichtleistung verschiebt sich das Maximum
der Emission lediglich von 602 Nanometern nach 598 Nanometern.
-
Eine weitere erhebliche Verbesserung der Eigenschaften einer stabilisierten
Kaltlichtquelle läßt sich in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreichen, daß
bei einem lösbar an einem Anschluß in der Frontwand des Gehäuses anschließbaren
Kunststoff-Lichtleiter, der durch entsprechende Materialwahl mit erheblich kleineren
Dämpfungen herstellbar ist als Standard-Glasfaser-Lichtleiter, dem Kunststoff-Lichtleiter
und dem Brennpunkt der Lampe ein Einzelfaser-Glasstab zwischengeordnet ist.
-
Die Zwischenordnung eines Einzelfaser-Glasstabes anstelle der Ausgestaltung
der Kunststoff-Lichtleiterbefestigung
derart, daß seine Stirnseite
in das Gehäuse bis zum Brennpunkt der Lampe einragt, hat eine Reihe von Vorteilen.
Zum einen vereinfacht sich auf diese Weise der Anschluß des Lichtleiters, der ja
nunmehr direkt in der Frontplatte des Gehäuses liegen kann, was es wiederum ermöglicht,
daß der Lichtleiteranschluß in der Frontwand des Gehäuses mit einem Außengewinde
zum Aufschrauben eines jeweils an einen bestimmten Lichtleiter angepaßten Adapters
versehen sein kann. Auf diese Weise ist es also problemlos möglich, mit Hilfe solcher
Adapter jedes gängige Lichtleiterfabrikat an eine erfindungsgemäße Kaltlichtquelle
anzukoppeln, so daß eine solche Kaltlichtquelle auch in Verbindung mit bereits vorhandenen
Beleuchtungsanlagen und den entsprechenden Lichtleitern einsetzbar ist.
-
Darüber hinaus führt ein derartiger Glasstab zu einer Homogenisierung
des Lichtflecks und zu einer zusätzlichen Absorption von Wärmestrahlung, die damit
den temperaturempfindlichen Kunststoff-Lichtleiter nicht mehr erreichen kann.
-
Die Homogenisierung des Lichtflecks läßt sich dabei in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung noch dadurch verbessern, daß die Eingangsstirnfläche des Glasstabs
schräg gestellt ist, insbesondere unter einem Neigungswinkel von ca. 10° gegenüber
einer zur optischen Achse vertikalen Fläche.
-
Durch diese Schrägstellung wird der Totsektor von ca. 8°, der sich
in der Mitte des Strahlenbündels dadurch ergibt, daß die Lampenfassung in einem
solchen Bereich nach rückwärts das Licht abschattet und andererseits die vorne verschweißte
Lampenfassung zu einer störenden Veränderung des Lichtaustritts führt, in seirerwirkung
auf eine gleichmässige Ausleuchtung des Lichtleiterquerschnitts und damit nachfolgend
des zu beleuchtenden Objekts praktisch vollständig eliminiert.
-
Darüber hinaus bietet der Einzelfaser-Glasstab als übergangsglied
zwischen dem Brennpunkt der Lampe und dem davon entfernten Anfang des Kunststoff-Lichtleiters
auch noch die Möglichkeit, die Eingangsstirnfläche des Glasstabes mit einem, vorzugsweise
aufgedampften, Wärmeschutzreflektor zu versehen. Durch einen solchen Wärmeschutzreflektor
kann praktisch der gesamte störende Wärmestrahlungsanteil im Spektrum der Lampe
zurückgeworfen werden, wobei das Zurückwerfen in das sowieso mit Hilfe eines Ventilators
gekühlte Gehäuse einer solchen Kaltlichtquelle eine wesentlich bessere Wärmeabfuhr
ermöglicht als die bei bekannten Kaltlichtquellen vorgesehenen Wärme-Absorptionsfilter
zwischen der Lampe und dem flexiblen Lichtleiter. Die Reduzierung des Nutzlichts
um ca. 10 % durch einen derartigen Wärmeschutzreflektor ist dabei immer noch kleiner
als die Reduzierung des Nutzlichtanteils aufgrund von Absorptionsfiltern.
-
Der Wegfall von Wärme-Absorptionsfiltern vor der Lampe und die mögliche
Weglassung von mechanischen Blenden zur wenigstens teilweisen Korrektur der bei
bisherigen Kaltlichtquellen auftretenden starken Verschiebung der Farbtemperatur
über den Regelbereich, ermöglicht einen sehr viel einfacheren mechanischen Aufbau
und damit unter anderem auch ein sehr viel rascheres und einfacheres Auswechseln
der Lampe. Dieser wartungsfreundliche Aufbau wird dabei in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung noch weiter dadurch verbessert, daß das Gehäuse aus einer Bodenplatte
mit daran befestigter Front- und Rückwand und einem schwenkbar daran gelagerten,
über einen Schnellverschluß verriegelbaren, U-förmigen, die obere Deckwand und die
Seitenwände umfassenden Deckelteil besteht. Dabei kann bevorzugt vorgesehen sein,
daß dieses Deckelteil, dessen die Schenkel bildenden Seitenwände ja elastisch affder
können, mit Lagerzapfen versehen sind, d-ie in £n t > r(£ hrr -
den
Aussparungen, beispielsweise eines abgewinkelten Randstegs der Frontplatte oder
der Bodenplatte, eingreifen, so daß die Schwenkverbindung des Deckelteils zum Bodenteil
auch sehr einfach vollständig gelöst werden kann. Zum normalen Lampenwechsel genügt
es aber den Patentverschluß zu entriegeln, das Deckelteil wegzuklappen und man hat
einen großräumigen allseitigen Zugang zu allen Teilen im Inneren des Gehäuses und
damit die Möglichkeit einer einfachen Reparatur und insbesondere auch eines sehr
raschen einfachen Lampenwechsels.
-
Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, einen vorzugsweise
horizontalen Griffbügel an der Rückwand des Gehäuses anzuordnen, so daß die gesamte
Deckwand des Gehäuses als ebene Ablagefläche ausgebildet sein kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, sowie an Hand
der Zeichnung. Dabei zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild der Stromversorgungseinrichtung
der Lampe einer erfindungsgemäßen Kaltlichtquelle, Fig. 2 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen
Geräts schräg von vorn, Fig. 3 eine perspektivische Teilansicht des Geräts schräg
von rückwärts unten, Fig. 4 eine Seitenansicht einer erfindungsoemäßen Kaltlichtquelle
mit zur Freilegung des Innern hochgeklapptem Deckelteil.
-
Die Versorgungs- und Regeleinheit, die im Schaltbild der
Fig.
1 nur teilweise dargestellt ist und deren Bauteile in den Fig. 2 bis 4 ebenfalls
nur im wesentlichen schematisch angedeutet sind, umfaßt ausgehend von einem Netztransformator
TR und einem nachgeschalteten Gleichrichter eine mit IC1 angedeutete Referenzspannungsquelle.
Ein über ein Regelglied P1 vorwählbarer Bruchteil der konstanten Referenzspannung
dieser Referenzspannungsquelle IC1 wird mit der Ausgangsspannung eines Fototransistors
Trl verglichen, der dem Ausgangslichtstrom der Lampe, bzw. einem davon abgekoppelten
Bruchteil ausgesetzt ist. Das Differenzsignal dient als Stellgröße für eine Impulsbreitensteuerungsschaltung
IBS, der ein Verstärker V zur Versorgung der Lampe L nachgeschaltet ist.
-
Durch die Rückkopplung über das erzeugte Licht anstelle der Versorgungsspannung
der Lampe ergibt sich unter Ausnutzung der thermischen Trägheit des Lampenfadens
eine Reduzierung der Helligkeitsschwankungen aufgrund der Restwelligkeit der gleichgerichteten
Lampenversorgungsspannung, sowie stets unvermeidl icher Schwankungen der Netzspannung.
Die Kompensation der Restwelligkeit ist dabei vollständiger und schaltungstechnisch
einfacher als mit stabilisierten Spannungsquellen herkömmlichen Aufbaus. Von ganz
besonderer Bedeutung ist die Impulsbreitensteuerung. Diese hat zusätzlich zu der
Verbesserung der Restwelligkeit des Lichts der Lampe L, die nur noch 1 % oder weniger
beträgt und somit auch für höchste Präzisionsanforderungen vernachlässigbar ist,
den weiteren überraschenden Vorteil, daß über den Helligkeitsregelbereich der Lampe
nur außerordentlich geringe Verschiebungen der Farbtemperatur auftreten und darüber
hinaus die Farbtemperatur auch noch höher liegt als bei vergleichbaren, mit anders
gesteuerten Regel systemen versorgten Kaltlichtquellen.
-
Um an eine erfindungsgemäße Kaltlichtquelle L einen in einen
Lichtleiteranschluß
1 der Frontwand 2 einsteck- oder anschraubbaren flexiblen Kunststoff-Lichtleiter
3 anschliessen zu können, ohne im Strahlengang S zwischen der Lampe und dem Kunststoff-Lichtleiter
3 ein Wärmeabsorptionsfilter vorsehen zu müssen, das neben der Schwächung des Nutzlichtanteils
auch zu Problemen mit der Wärmeabfuhr führt, selbst wenn im Gerät ein Ventilator
vorgesehen ist, ist bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Gerät zwischen dem
Brennpunkt 4 der Lampe L und dem Anfang des flexiblen Lichtleiters 3, der im wesentlichen
mit der Ebene der Frontplatte 2 zusammenfällt, ein Einzelfaser-Glasstab 5 vorgesehen,
dessen Stirnfläche 6 unter einem Winkel von ca. 10° gegenüber einer zur optischen
Achse vertikalen Fläche geneigt ist. Durch diese Neigung erfolgt eine Homogenisierung
des Lichtflecks. Der sonst auftretende Totsektor von ca. 8" in der Mitte, der durch
die Fassung der Lampe einerseits und den vorne verschweißten Glaskolben der Lampe
andererseits verursacht wird, wird auf diese Art und Weise völlig eliminiert, d.
h. es ergibt sich nicht etwa eine ringförmige Ausleuchtung über dem Querschnitt
des Lichtleiters 3. Darüber hinaus ist die Eingangsstirnfläche 6 mit einem aufgedampften
Wärmeschutz-Reflektor versehen, der die im Spektrum der Lampe vorhandene Wärmestrahlung
in das Innere des Gehäuses reflektiert und durch die Verteilung dieser Restwärme
über das Gehäuse eine sehr viel bessere Beseitigung dieser störenden Wärme durch
einen nicht dargestellten, im Gehäuse angeordneten Ventilator ermöglicht.
-
Der Lichtleiteranschluß 1 ist - vergleiche insbesondere Fig. 2 - mit
einem Außengewinde 7 zum Aufschrauben eines Adapters versehen, um jeweils ein bestimmtes
System eines flexiblen Lichtleiters mit einer erfindungsgemäßen Kaltlichtquelle
verbinden zu können und damit eine erfindungsgemäße Kaltlichtquelle auch für bereits
bestehende Systeme einsetzbar zu machen.
-
lurch den wegfall von, Wärmeabsorptionsfliltern ergibt sich Oesine
sehr giel einfachere Möglichkeit des Wechsels der Lampe L im eflektor (8, die durch
eine besondere Ausgestaltung des Gehäuses noch verbessert werden kann. Das Gehäuse
besteht im wesentlichen aus einem Grundteil, umfassend die Bodenplatte 9, darunter
angebrachte verstellbare Fsüße 10 und 11, sowie die Frontplatte 2 und die Rückwand
12, sowie einen Deckelteil 13, welches die Deckplatte 14 und die beiden Seitenwände
15 und 16 umfasst. Das Deckelteil ist schwenkbar am Bodenteil, auf dem die gesamten
elektrischen Bauteile, die Lampe, die Elektronik usw. montiert sind, angelenkt.
Die Anlenkung erfolgt dabei über nach innen gerichtete Zapfen 17 der Seitenwände
15, 16, die in Ausnehmungen eines hochgewinkelten Randstegs 18 der Bodenplatte 9
eingreifen, wobei das Aufsetzen und völlige Abnehmen dieser Schwenklagerung sehr
einfach durch die mögliche Auffederung der Seitenwände 15, 16 erreicht werden kann.
An der Rückwand 12 ist ein Schnellverschluß 19 zur Verriegelung des Deckelteils
13 sowie ein horizontaler Griffbügel 20 befestigt. Diese Ausbildung des Griffbügels
anstelle der üblichen Anordnung eines Tragegriffs auf der oberen Deckwand 14 ermöglicht
es, diese obere Deckwand 14 als vollkommen ebene Ablagefläche auszubilden.
-
- Leerseite -