DE3529488A1 - Illuminating device having a liquid-filled light pipe - Google Patents

Illuminating device having a liquid-filled light pipe

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Abstract

An illuminating device is described, which consists of a liquid-filled plastic hose. The refractive index of the filling liquid is higher than that of the hose material. The filling liquid contains a fluorescing colorant. Primary light, which passes into the liquid through the hose excites the colorant to fluorescence. The fluorescence radiation propagates for the most part by total reflection along the hose, with the result that concentrated fluorescence radiation of relatively high intensity is available with a hose end sealed with the aid of a transparent stop.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungs­ einrichtung, wie sie im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 im Hinblick auf die DE-PS 24 06 424 als bekannt vorausgesetzt wird.The present invention relates to lighting device as in the preamble of the patent saying 1 with regard to DE-PS 24 06 424 as known is assumed.

Diese bekannte Beleuchtungseinrichtung enthält einen biegsamen Lichtleiter aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Kunststoffschlauch, der einen niedrigeren Brechungsindex hat als die Flüssigkeit, aus einem Fluorkunststoff besteht, an seinen Enden durch transpa­ rente Fenster verschlossen und mit seinem einen Ende an eine Lichtquelle, wie eine Quecksilberhoch­ drucklampe oder eine Wolfram-Halogen-Lampe gekoppelt.This known lighting device contains one flexible light guide from a liquid filled plastic tube that has a lower Refractive index has than the liquid from one Fluoroplastic consists of transpa at its ends pension window closed and with his one End up on a light source, like a mercury high pressure lamp or a tungsten-halogen lamp.

Nachteilig an diesen Beleuchtungseinrichtungen ist es, daß man konzentrierte Lichtquellen hoher Leuchtdich­ te, die relativ viel Wärme entwickeln, verwenden muß, um die erforderliche Lichtleistung in den relativ kleinen Querschnitt des Lichteintrittsendes des Lichtleiters einkoppeln zu können. Die starke Wärmeent­ wicklung ist nachteilig, da sie Kühlmaßnahmen oder relativ große, mit Abschirmungen und dergl. versehene Gehäuse erforderlich macht. Dies ist z. B. bei zahnärzt­ lichen Beleuchtungsgeräten zur Polymerisation von dentalen Kunststoffmassen unerwünscht.A disadvantage of these lighting devices is that concentrated light sources of high luminosity use, which generate a relatively large amount of heat must to the required light output in the relative small cross section of the light entry end of the To be able to couple in the light guide. The strong warmth winding is disadvantageous because it has cooling measures or relatively large, provided with shields and the like Housing required. This is e.g. B. at dentists  Lichen lighting devices for the polymerization of dental plastic materials undesirable.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Beleuchtungseinrichtung dahin­ gehend weiterzubilden, daß keine konzentrierte Lichtein­ strahlung in den Lichtleiter erforderlich ist.The present invention is based on the object the lighting device mentioned at the beginning going to continue training that no concentrated light radiation in the light guide is required.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnende Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of claim 1 solved.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further developments and advantageous refinements the lighting device according to the invention Subject of subclaims.

Bei der vorliegenden Beleuchtungseinrichtung kann eine relativ ausgedehnte Primärlichtquelle, wie z. B. eine Niederdruck-Gasentladungslampe (Leuchtstoff­ lampe) verwendet werden. Auch mit Umgebungslicht einschließlich diffusem Sonnenlicht lassen sich Beleuchtungsstärken erreichen, die für viele Zwecke völlig ausreichen.In the present lighting device a relatively broad primary light source, such as e.g. B. a low-pressure gas discharge lamp (phosphor lamp) can be used. Even with ambient light including diffuse sunlight Achieve illuminance levels for many purposes completely sufficient.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.The following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Beleuchtungs­ einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Figure 1 is a schematic representation of a lighting device according to an embodiment of the invention.

Fig. 2 eine stark vergrößerte Teilansicht der Beleuch­ tungseinrichtung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise und Fig. 2 is a greatly enlarged partial view of the lighting device according to FIG. 1 to explain its operation and

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Beleuchtungseinrich­ tung gemäß der Erfindung. Fig. 3 is a partially sectioned view of another embodiment of the illuminating device according to the invention.

Die Beleuchtungseinrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen Schlauch 10 aus einem transparenten Kunststoff, insbesondere einem Fluorkunststoff. Bevorzugt wird FEP (Polytetrafluorethylenhexafluorpropylen), gut geeignet ist jedoch auch PFA (Polytetrafluorethylen mit Perfluoralcoxy-Seitenketten).The illumination device according to Fig. 1 comprises a tube 10 made of a transparent plastic, in particular a fluoroplastic. FEP (polytetrafluoroethylene hexafluoropropylene) is preferred, but PFA (polytetrafluoroethylene with perfluoroalkoxy side chains) is also very suitable.

Der Schlauch ist mit einer Flüssigkeit 12 gefüllt und an seinen Enden durch Stopfen 14, 16 verschlossen.The hose is filled with a liquid 12 and closed at its ends by plugs 14 , 16 .

Die Flüssigkeit 12 ist vorzugsweise, wie bekannt, so gewählt, daß sie den Kunststoff, aus dem der Schlauch 10 besteht, nicht benetzt. Sie kann im wesentlichen aus Wasser bestehen, bevorzugt werden jedoch höhere Alkohole, wie Diethylenglycol, Triethylen­ glycol und Tetraethylenglycol. Bevorzugt wird Tri­ ethylenglycol.As is known, the liquid 12 is preferably chosen such that it does not wet the plastic from which the hose 10 is made. It can consist essentially of water, but higher alcohols such as diethylene glycol, triethylene glycol and tetraethylene glycol are preferred. Tri ethylene glycol is preferred.

Erfindungsgemäß enthält die Flüssigkeit einen fluores­ zierenden Farbstoff. Geeignet sind beispielsweise Rhodamin 6G, Cumarin, Fluorescein, ferner Laser-Farb­ stoffe, wie Stilben, Oxacin, DMOTC LDS 820, Kiton-Rot u. a. m. Der fluoreszierende Stoff wird so gewählt, daß er durch das zur Verfügung stehende Anregungslicht zur Fluoreszenz angeregt wird und Fluoreszenzstrahlung in einem brauchbaren Wellenlängenbereich liefert. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, daß die obengenannten Fluorkunststoffe, insbesondere FEP und PFA eine hohe Ultraviolettdurchlässigkeit aufwei­ sen, was eine gute Ausnutzung des Anregungs- oder Pumplichtes gewährleistet.According to the invention, the liquid contains a fluores decorative dye. For example, are suitable Rhodamine 6G, coumarin, fluorescein, also laser color substances such as stilbene, oxacin, DMOTC LDS 820, kiton red u. a. m. The fluorescent material is chosen so that it is through the available excitation light is excited to fluorescence and fluorescent radiation in a usable wavelength range. In this context it is advantageous that the fluoroplastics mentioned above, in particular FEP and PFA have high ultraviolet transmittance  sen what a good use of the stimulus or Pump light guaranteed.

Die den gelösten Farbstoff enthaltende Flüssigkeit 12 muß einen größeren Brechungsindex als das Schlauchma­ terial 10 haben. Der Unterschied der Brechungsindizes soll möglichst groß sein. Wie Fig. 2 zeigt, wird Fluoreszenzstrahlung, die von einem vorgegebenen Punkt P ausgeht, an der Grenzfläche 18 zwischen der Flüssigkeit 12 und dem Schlauch 10 vom Lot weg gebrochen, so daß sie ab einem bestimmten Grenzwinkel nicht mehr aus der Flüssigkeit austreten kann, sondern total reflektiert wird. Die total reflektierte Strah­ lung breitet sich in Längsrichtung des Schlauches aus bis sie zu dem Stopfen 14 gelangt, der aus einem für die Fluoreszenzstrahlung transparenten Material besteht, so daß die Strahlung durch den Stopfen 14 austreten kann, wie durch einen Pfeil angedeutet ist.The liquid 12 containing the dissolved dye must have a larger refractive index than the hose material 10 . The difference in the refractive indices should be as large as possible. As shown in FIG. 2, fluorescence radiation emanating from a predetermined point P is broken away from the solder at the interface 18 between the liquid 12 and the tube 10 , so that it can no longer emerge from the liquid at a certain critical angle, but instead is totally reflected. The totally reflected radiation spreads in the longitudinal direction of the tube until it arrives at the stopper 14 , which consists of a transparent material for the fluorescent radiation, so that the radiation can escape through the stopper 14 , as indicated by an arrow.

Der Stopfen 16 am entgegengesetzten Ende ist vorzugs­ weise mit einer reflektierenden Schicht 20 versehen, er kann daher aus einem beliebigen Material bestehen. Durch die reflektierende Schicht 20 wird das sich in Fig. 1 nach links ausbreitende Fluoreszenzlicht zum Stopfen 14 reflektiert und erhöht dadurch die Intensität des Ausgangslichts.The plug 16 at the opposite end is preferably provided with a reflective layer 20 , it can therefore be made of any material. The reflecting layer 20 reflects the fluorescent light propagating to the left in FIG. 1 to the stopper 14 and thereby increases the intensity of the output light.

Das das anregende Licht von allen Seiten und über die ganze Länge in den Schlauch 10 eintreten kann, lassen sich auch mit relativ schwachem und diffusem Anregungslicht hohe Fluoreszenzlichtintensitäten am Ausgangsende des Lichtleiters erzielen.That the exciting light can enter the tube 10 from all sides and over the entire length, high fluorescent light intensities can be achieved at the output end of the light guide even with relatively weak and diffuse excitation light.

Fig. 3 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung, die bei­ spielsweise zur Polymerisation von Dentalkunststoffmas­ sen verwendet werden kann. Die Beleuchtungseinrichtung gemäß Fig. 3 enthält ein lichtdichtes, zylindrisches Gehäuse 30, in dessen Achse eine Lichtquelle in Form einer Leuchtstoffröhre 32 angeordnet ist. Die Leuchtstoffröhre ist in Fassungen 34 gehaltert und mit einer üblichen Stromversorgung (nicht dargestellt) verbunden. Fig. 3 shows a lighting device that can be used for example for the polymerization of dental plastic materials. The illumination device of FIG. 3 includes a light-tight cylindrical housing 30, a light source in the form of a fluorescent tube 32 is arranged in the axis thereof. The fluorescent tube is held in sockets 34 and connected to a conventional power supply (not shown).

Die Leuchtstoffröhre 32 wird mit Abstand von einem zu einer Wendel aufgewickelten Stück 36 a eines Licht­ leiters 36 des anhand von Fig. 1 beschriebenen Typs umgeben. Das eine Ende des wendelförmigen Teiles 36 a des Lichtleiters 36 ist mit einem reflektieren­ den Stopfen 16 verschlossen, am anderen Ende ist der Lichtleiter bei 38 aus dem Gehäuse 30 herausge­ führt, vorzugsweise etwa tangential, um übermäßige Biegungen zu vermeiden, die zu einem Lichtverlust führen würden.The fluorescent tube 32 is surrounded at a distance from a piece 36 a of a light guide 36 of the type described with reference to FIG . One end of the helical part 36 a of the light guide 36 is closed with a reflective plug 16 , at the other end the light guide at 38 leads out of the housing 30 , preferably approximately tangentially, in order to avoid excessive bends which lead to a loss of light would.

Das herausgeführte Stück 36 b des Lichtleiters 36 ist so lang, wie es für den vorgesehenen Zweck erforder­ lich ist und am Ende mit einem Griffstück 40 versehen, das die Handhabung erleichtert. Das griffstückseitige Ende des Lichtleiters 36 ist mit dem transparenten Stopfen 14 verschlossen, dessen Stirnseite als Sammel­ linse ausgebildet sein kann.The led out piece 36 b of the light guide 36 is as long as is required for the intended purpose and provided at the end with a handle 40 , which facilitates handling. The handle-side end of the light guide 36 is closed with the transparent plug 14 , the end face of which can be designed as a collecting lens.

Die Leuchtstoffröhre 32 stellt eine ausgedehnte Lichtquelle relativ geringer Leuchtdichte dar, die wenig Wärme entwickelt. Durch die Konzentrationswir­ kung des mit der fluoreszierenden Flüssigkeit gefüll­ ten Lichtleiters steht trotzdem am Austrittsende (Stopfen 14) des Lichtleiters eine überraschend hohe Lichtleistung zur Verfügung. The fluorescent tube 32 is an extended light source of relatively low luminance that generates little heat. Due to the concentration effect of the light guide filled with the fluorescent liquid, a surprisingly high light output is nevertheless available at the exit end (stopper 14 ) of the light guide.

Da die Strahlung der Lichtquelle 32 nicht direkt nutzbar gemacht wird, sondern über den Umweg des Fluoreszenzlichtes, kann man zur Verbesserung des Wirkungsgrades auch eine Quecksilberdampf-Niederdruck­ lampe ohne Leuchtstoffbeschichtung des Kolbens verwen­ den.Since the radiation from the light source 32 is not made directly usable, but via the detour of the fluorescent light, a mercury vapor low-pressure lamp without a fluorescent coating of the bulb can also be used to improve the efficiency.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung bestand der Schlauch 10 aus klar transparentem FEP mit einer Wandstärke von 0,3 mm und einem Innendurchmes­ ser von 6 mm. Die Füllflüssigkeit bestand aus einer Lösung von Fluorescein in Triethylenglycol.In a preferred embodiment of the invention, the tube 10 consisted of clearly transparent FEP with a wall thickness of 0.3 mm and an inner diameter of 6 mm. The filling liquid consisted of a solution of fluorescein in triethylene glycol.

Ein großer Vorteil der vorliegenden Beleuchtungseinrich­ tung besteht darin, daß der flüssigkeitsgefüllte Fluorkohlenstoffkunststoffschlauch 10 flexibel ist. Die Beleuchtungseinrichtung läßt sich daher sehr leicht an die verschiedensten Verwendungszwecke anpassen. Da das anregende Licht von der Seite ein­ tritt, brauchen keine besonderen Anforderungen an die Positionierung des Lichtleiters gestellt zu werden. Die Beleuchtungseinrichtung läßt sich daher z. B. auch für die Funktionskontrolle von Autoscheinwer­ fern einsetzen, da man nur ein Stück des Lichtleiters im Scheinwerfer an einer Stelle anzubringen braucht, wo etwas Licht von der Scheinwerferbirne hingelangt. Für viele Zwecke ist auch die relativ enge Monochroma­ sie des Fluoreszenzlichtes von Vorteil.A great advantage of the present Lichtsuchteinrich device is that the liquid-filled fluorocarbon plastic hose 10 is flexible. The lighting device can therefore be very easily adapted to a wide variety of uses. Since the exciting light enters from the side, there are no special requirements for the positioning of the light guide. The lighting device can therefore z. B. also for remote control of car headlights use, since you only need to attach a piece of the light guide in the headlight at a point where some light gets from the headlight bulb. The relatively narrow monochrome of fluorescent light is also advantageous for many purposes.

Die Füllflüssigkeit kann auch mehrere verschiedene fluoreszierende Farbstoffe enthalten, beispielsweise um dem Ausgangslicht eine gewünschte Spektralcharakte­ ristik zu verleihen, z. B. um unbuntes (weißes) Licht zu erzeugen. The filling liquid can also be several different ones contain fluorescent dyes, for example a desired spectral character around the output light lend ristik, z. B. to achromatic (white) To produce light.  

Die Innenwand des Gehäuses 30 kann als Spiegel ausgebil­ det sein, also z. B. mit einer spiegelnden Schicht bedampft sein oder durch eine polierte Metalloberfläche gebildet werden. Der wendelförmige Teil 36 a braucht nicht an der Innenwand des Gehäuses 30 anzuliegen.The inner wall of the housing 30 can be ausgebil det as a mirror, so z. B. be vaporized with a reflective layer or be formed by a polished metal surface. The helical part 36 a need not rest on the inner wall of the housing 30 .

Claims (10)

1. Beleuchtungseinrichtung mit einem Lichtleiter aus einem mit Flüssigkeit gefüllten Kunststoffschlauch, der einen niedrigeren Brechungsindex hat als die Flüssigkeit und an mindestens einem Ende durch ein transparentes Fenster verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit einen fluoreszierenden Farbstoff ent­ hält.1. Lighting device with a light guide made of a liquid-filled plastic tube, which has a lower refractive index than the liquid and is closed at least at one end by a transparent window, characterized in that the liquid contains a fluorescent dye ent. 2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch aus einem Fluorkunst­ stoff, insbesondere FEP oder PFA besteht.2. Lighting device according to claim 1, characterized characterized in that the hose is made of a fluorine art fabric, especially FEP or PFA. 3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine wässe­ rige Lösung des Farbstoffes enthält. 3. Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid is water contains solution of the dye.   4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit einen höheren Alkohol enthält.4. Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid has a contains higher alcohol. 5. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit Diethylenglycol, Triethylenglycol oder Tetraethylenglycol enthält.5. Lighting device according to claim 4, characterized characterized in that the liquid diethylene glycol, Contains triethylene glycol or tetraethylene glycol. 6. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit mindestens einen der folgenden Farbstoffe enthält: Rhodamin 6G, Cumarin, Fluorescein, Stilben, Oxacin, DMOTC, LDS 820, Kiton-Rot.6. Lighting device according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid at least contains one of the following dyes: Rhodamine 6G, Coumarin, fluorescein, stilbene, oxacin, DMOTC, LDS 820, Kiton red. 7. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch einen im wesentlichen wendelförmigen Teil (36 a) enthält, der eine langgestreckte Lichtquelle (32) umgibt.7. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the tube contains a substantially helical part ( 36 a) which surrounds an elongated light source ( 32 ). 8. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Niederdruck- Gasentladungslampe, insbesondere Quecksilberniederdruck­ lampe enthält.8. Lighting device according to claim 7, characterized characterized in that the light source is a low pressure Gas discharge lamp, in particular low pressure mercury lamp contains. 9. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der wendelförmige Teil (36 a) des Lichtleiters in einem zylindrischen Gehäuse (30) im wesentlichen konzentrisch angeordnet ist und eine langgestreckte Lichtquelle, die längs der Achse des Gehäuses verläuft, umgibt.9. Lighting device according to claim 7 or 8, characterized in that the helical part ( 36 a) of the light guide in a cylindrical housing ( 30 ) is arranged substantially concentrically and surrounds an elongated light source which runs along the axis of the housing. 10. Beleuchtungseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Schlauches mit einem Reflektor (16) versehen ist.10. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that one end of the tube is provided with a reflector ( 16 ).
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