WO2009010255A1 - Taschenwerkzeug mit lichtzeiger - Google Patents

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WO2009010255A1
WO2009010255A1 PCT/EP2008/005725 EP2008005725W WO2009010255A1 WO 2009010255 A1 WO2009010255 A1 WO 2009010255A1 EP 2008005725 W EP2008005725 W EP 2008005725W WO 2009010255 A1 WO2009010255 A1 WO 2009010255A1
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electromagnetic radiation
power
radiation
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Martin Kuster
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Martin Kuster
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    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26B—HAND-HELD CUTTING TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B26B11/00—Hand knives combined with other implements, e.g. with corkscrew, with scissors, with writing implement
    • B26B11/008—Hand knives combined with other implements, e.g. with corkscrew, with scissors, with writing implement comprising electronic or electrical features, e.g. illuminating means, computing devices or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B45/00—Circuit arrangements for operating light-emitting diodes [LED]
    • H05B45/30—Driver circuits
    • H05B45/37—Converter circuits
    • H05B45/3725—Switched mode power supply [SMPS]
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source

Definitions

  • the invention relates to a compact, largely eye-safe light module comprising an electrical energy source, a voltage converter and a radiation source for electromagnetic radiation. Furthermore, the invention relates to a pocket tool, in particular pocket knife or plate-shaped tool card, having a housing with at least one receiving area and at least one, from a storage position within the receiving area, in a position of use outside the receiving area movable functional part, and with a light emitting module for emitting electromagnetic radiation, which is arranged in the housing and can be put into operation by means of an actuating element.
  • a light module In tools of everyday use, especially in pocket tools, there is often the desire that is arranged on or in this tool a light module.
  • a light module may be formed, for example, to illuminate the working area of the hand tool or to act as a light pointer.
  • the light-emitting element Due to the often very small amount of space for hand tools, the light-emitting element is usually formed only by a power supply and a light source, a drive circuit or a safety circuit is omitted for lack of space.
  • the power supply is usually formed by a chemical element, in particular by a commercially available battery.
  • the output voltage of the chemical elements is technologically limited, but some lamps require a supply voltage which is higher than the output voltage of a single chemical element, for example, several chemical ele- used in series. It is also possible to convert the low output voltage of the chemical element by means of a voltage converter to the required increased supply voltage of the lamp.
  • a voltage converter is usually characterized in that it increases the input-side supply voltage by a certain fixed factor and makes it available on the output side.
  • the known solutions have the disadvantage that in the case of improper or wanton use of an improper energy source, in particular one with a higher output voltage, the lighting means is too large a supply voltage, whereby the lamp can be damaged or destroyed.
  • US 5,627,414 A discloses a folding pocket knife with a laser pointer.
  • the laser pointer is formed by a laser diode and a plurality of battery cells being arranged in a housing part which can be swung out of the pocket knife.
  • the laser diode is thereby put into operation that by an actuator of the circuit between see the battery cells and the laser diode is closed. When the circuit is closed, the supply voltage of the laser diode is equal to the output voltage of the series-connected battery cells.
  • US Pat. No. 6,027,224 A likewise discloses a pocket tool which, however, comprises two illuminants.
  • a light source is designed as a laser pointer
  • the second light source is designed as a light cone emitting light source.
  • the document discloses that with each closed circuit, the first and second lighting means is connected directly to the battery cells.
  • the object of the invention is now to form a compact light pointer in such a way that the intended use and an unwanted influence of the illuminant emitted by the electromagnetic radiation emitted to the human eye, damage to the retina is reliably prevented.
  • the invention further relates to a pocket tool which comprises a compact light pointer, damage to the eye being largely prevented by the light beam emitted by the light pointer.
  • the object of the invention is achieved in that a power limiter for controlling the emitted electromagnetic radiation is present.
  • the power of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source usually depends on the supply voltage applied to the radiation source. From the manufacturer of the voltage source is usually specified a maximum supply voltage with which the emitted electromagnetic radiation does not exceed a certain power limit. Based on the physiological properties of the human eye, the optical radiant power was classified based on the wavelength of the radiation. In the case of bulbs which may be used in public without additional protection or which are used in public, the radiation power must be so low that the natural protective mechanism of the eye (eyelid reflex) is sufficient, even with direct illumination of the eye no damage to the retina occurs.
  • the power limiter according to the invention can now take into account a plurality of operational specifications and thus in any case keep the power of the emitted radiation below a dangerous power limit value.
  • Light module can thus be sure that in each operating state, a largely harmless to the eye electromagnetic radiation is emitted.
  • the power limiter comprises a first detection element for electromagnetic radiation.
  • This first detection element may, for example, be designed to measure the power of the electromagnetic radiation emitted by the radiation source.
  • the power limiter at any time the currently emitted radiation knows performance. Due to the technological structure of the radiation source, the emitted radiation power is subject to an aging process, ie even with a constant supply voltage, the emitted radiation power will change over the course of the operating time. Furthermore, the emitted radiation power is usually also dependent on the temperature of the radiation source. The knowledge of the currently emitted radiation power is therefore essential in order to be able to form an eye-safe light-emitting module.
  • a power limiter comprising a control circuit has the decisive advantage that this power limiter can evaluate continuously recorded operating data and can influence the emitted radiated power in a targeted manner via the control loop.
  • a control circuit has the advantage that a continuous adjustment of the radiation power in the sense of a target-actual comparison is possible.
  • control circuit may include a protection circuit, which ensures a reliable shutdown of the radiation source when exceeding a power limit.
  • Photodiodes have the particular advantage that their spectral efficiency is very precisely adjustable. This makes it possible, for example, to largely suppress the surrounding electromagnetic radiation and to measure only the power of the electrical radiation emitted by the radiation source. Variations in the ambient brightness thus advantageously have no influence on the determination of the emitted radiation power.
  • the first detection element can also be designed as a photoresistor or phototransistor.
  • all detection elements are possible, which emit an electrical output signal or change the electrical parameters due to an incoming electromagnetic radiation.
  • a significant advantage is obtained if the first detection element and the radiation source are integrated in one module.
  • This advantageous embodiment makes it possible to measure the power of the emitted electromagnetic radiation directly at the radiation source. be detected source of interference, which in particular disturbing, the measurement falsifying environmental influences are largely suppressed.
  • the training has the further advantage that can be realized by today's technologically possible high integration density, a very compact design of the claimed module. With regard to a wide use with high quantities, the training according to the claim has the further advantage that the module can be produced particularly inexpensively.
  • the radiation source and the first detection element can be matched to each other, whereby the emitted radiation power can be maintained very accurately.
  • the first detection element and the radiation source can be formed by semiconductor components. If the two elements are integrated in one module, both elements have the same temperature, which is of particular importance with regard to the DC parameters of semiconductors.
  • the power of the radiation emitted by the radiation source electromagnetic radiation usually depends on the supply voltage of the radiation source, one obtains a significant advantageous development when the power limiter is designed to influence the output voltage of the voltage converter.
  • This advantageous embodiment of the power limiter is able to influence on the regulation of the output voltage of the voltage transformer, the power of the emitted electromagnetic radiation.
  • Another advantage of an embodiment according to the invention is that the output voltage of the voltage converter is largely independent of the output voltage of the energy source.
  • a very special advantage is obtained if the voltage converter is designed as a step-up and / or as a step-down converter.
  • This design makes it possible to convert a large output voltage range of the energy source to the required, stable supply voltage of the radiation source.
  • a reliable and stable supply of the radiation source is achieved even with a reduced output voltage of the energy source.
  • the voltage converter operates in this operating state as a step-up converter.
  • a significant advantage for the formation of an eye-safe light-emitting module is obtained if the voltage converter is also designed as a step-down converter.
  • a voltage converter designed in accordance with the invention is capable of reducing an input voltage which is up to 400% above the nominal value to a limit-value-compliant supply voltage of the radiation source.
  • Another advantage of the claim trained trained voltage converter is that the voltage conversion is carried out very low loss. Especially with regard to mobile devices, it is of decisive importance if the limited available energy of the energy source is optimally converted into electromagnetic radiation. Particularly in the case of voltage adaptation from a higher to a lower voltage level, a step-down converter designed according to the claims has the decisive advantage that the voltage adaptation does not require a power-consuming, resistive voltage divider.
  • Another advantage is that the adaptation to a too high or too low input voltage level is carried out automatically by the voltage converter without operator action. Thus, even with a deliberate manipulation of the energy source is always ensured that the emitted electromagnetic radiation does not exceed a harmful performance limit.
  • the emitted radiation power of a radiation source usually also depends on the temperature of the radiation source. Due to the demanding training in the Power limiter has a temperature detection module, one obtains the advantage that changes in the emitted radiation power due to different operating or ambient temperatures of the light module can be compensated. As a result of the operation of the radiation source, the latter will usually heat up, as a result of which the so-called work point can shift and thus the emitted radiation power can exceed a power limit value. In addition, the radiation source can continue to heat due to the increased emitted radiation power, which can lead to a rocking process, which can lead to damage or destruction of the radiation source.
  • the temperature detection element can be designed to reliably switch off the radiation source at an excess temperature thereof and thus to prevent damage to the radiation source.
  • a radiation source can usually be an electromagnetic radiation in a larger
  • the maximum power of the emitted electromagnetic radiation is determined by the fact that the energy source emits a maximum voltage, in particular, this is the no-load voltage of the mostly used and possibly connected in series chemical elements.
  • a sophisticated training in which crebeskyr has a power configuration module now has the distinct advantage that the configuration of the emitted radiation power is no longer dependent on inaccurate and changing voltage values.
  • the power configuration module advantageously further ensures that unauthorized operation or manipulation of the radiation source is prevented.
  • operating parameters for the radiation source are stored in the power configuration module.
  • these operating parameters an unambiguous and unchangeable configuration of the radiation source is possible; in particular, the safety-relevant power limit value of the emitted radiation can thus be defined defined.
  • These operating parameters can be saved in the power configuration module in such a way that manipulation by unauthorized third parties is prevented, which represents a decisive advantage with regard to the desired eye protection.
  • An embodiment of the radiation source as a laser diode has the advantage that the emitted monochromatic electromagnetic radiation has a high intensity. Due to their technical design, laser diodes have the advantage that the emitted light beam is particularly advantageous for the formation of a light pointer, since in most cases only a few complicated collimator lenses are required.
  • a laser diode which emits an electromagnetic radiation having a wavelength of 600 nm to 750 nm, preferably 655 nm, has the special advantage that the emitted radiation is in the visible optical range, furthermore laser diodes which radiate in this area are widely used and thus available at low cost. Due to the physiology of the eye, a red light beam has the further advantage that it is already clearly perceived even at low radiation power. It is also advantageous that a laser diode designed according to the claims is used in many mass-produced articles and thus also the possibly additionally required peripheral components are available at low cost.
  • a significant advantageous development is obtained when a cylinder attachment is arranged on a flange-like portion of the laser diode.
  • Laser diodes are known to emit a highly divergent and non-circularly symmetric beam.
  • To achieve the widest possible beam with a small beam expansion of the laser diode is usually followed by a beam shaping optics.
  • To prevent unwanted lateral radiation and mechanical fixation of the beam shaping optics was Laser diode so far mostly arranged in a cylindrical attachment.
  • the disadvantage of such an arrangement is that the inner diameter of the cylinder cap must be large enough to accommodate the laser diode and fix it. Due to the required mechanical stability of the cylinder cap, this has an outer diameter which is significantly larger than the largest outer diameter of the laser diode, which is disadvantageous for the most compact possible construction.
  • the cylinder attachment is arranged on a flange-like portion of the laser diode, whereby a significant reduction of the external diameter of the cylinder attachment is achieved, in particular the outer diameter of the luminous element thus formed becomes equal to the maximum diameter of the laser diode.
  • Another advantage of the claimed embodiment is that due to the larger contact area between the housing of the laser diode and the cylinder attachment, better heat dissipation from the laser diode is possible.
  • a beam-shaping optical system in particular collimator optics, is arranged in the cylinder attachment.
  • the object of a collimator optics is to align non-directional or divergent rays of a light source in parallel and thus to form a light beam, which widens only very slightly over longer distances and thus ideally can be used as a light pointer.
  • a laser diode designed in accordance with the invention has the advantage that it is classified under laser class 1 or 2 and is therefore approved for general use in public.
  • a lighting module according to the invention is intended to be used both in daylight and in darkness. At high ambient brightness, a higher luminance of the same is required for reliably recognizing the light beam than is necessary in the dark, for example at night. Due to the claimed training is achieved in an advantageous manner that the light beam emitted by the radiation source has sufficient intensity to stand out visibly against the environment. In the case of low-intensity ambient lighting, this has the advantage that the radiation power of the signal source is reduced below the standard predetermined level, as a result of which the energy requirement of the radiation source is advantageously reduced. Through this continuous adjustment of the emitted radiation power, the duration of use of the energy source can be significantly increased, which is of decisive advantage for compact, mobile application areas of the lighting module.
  • An embodiment in which the energy source emits a voltage of typically 1.55 V has the advantage that this energy source is formed by widely used and therefore inexpensive usable chemical elements, in particular by button cells.
  • the object of the invention also lies in a pocket tool which comprises a light-emitting module for emitting a monochromatic electromagnetic radiation which is limited in the radiant power.
  • a pocket tool in particular a pocket knife, has at least one functional part which can be swiveled out of a storage position and with which a work action can be carried out on a work piece.
  • Training details and advantages of a pocket tool, in particular a pocket knife, are not detailed here, as they are known to the skilled person.
  • pocket knives are known from the prior art, which have a light module, which are designed for short-range illumination.
  • a lighting module designed according to the claims has the significant advantage that over a greater distance, in particular several meters, a pointing function by means of a light point is possible. If the lighting module is formed by a compact, largely eye-safe lighting module according to the invention, a danger to the eyes of persons who are unintentionally illuminated by the light beam is largely prevented by the emitted light beam.
  • FIG. 1 shows the lighting module according to the invention as a block diagram
  • Fig. 2a, 2b is a comparison of a known arrangement of the lamp and an improvement according to the invention
  • Fig. 4 is a tool card with integrated light module.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the lighting module 1 according to the invention.
  • An energy source 2 provides electrical energy at its output which is converted by the voltage converter 3 to the respectively required supply voltage of the radiation source 4.
  • a power limiter 5 receives operating data 7 from a power configuration module 6 and controls the voltage converter 3 in a targeted manner, as a result of which the light-emitting means 4 emits a light beam 8 with the desired maximum radiant power.
  • a first detection means for electromagnetic radiation 9 is arranged, which measures the radiation power actually emitted by the light source 4, wherein the measured value from the power limiter 5 is used as a parameter for controlling the voltage converter 3.
  • the lamp 4 preferably a laser diode, usually a divergent and non-circularly symmetrical light beam is emitted, the lamp 4 is a Strahlrichtoptik 10 downstream.
  • the emitted light beam 8 is classified as a class 2 laser beam, according to which an endangerment of the eye during short-term irradiation is harmless and longer radiation is prevented by the natural eyelid reflex.
  • the maximum radiation power of the light beam 8 is limited to 0.8 mW.
  • the energy source 2 is formed by a widely used, commercially available 1.55V button cell.
  • the lighting means 4 is always supplied with the defined predetermined supply voltage by the regulated voltage converter 3, in particular an overvoltage and, associated therewith, an excessive radiation power of the light beam 8 is prevented.
  • the voltage converter 3 is designed as a step-up and / or step-down converter and thus allows a large usable range of the voltage of the energy source 2.
  • the output voltage the battery to the supply voltage of the bulb 4, increased.
  • the input voltage is reduced or limited to the desired or maximum supply voltage of the light source 4.
  • the voltage converter 3 is able to reduce a lying up to 400% above the nominal supply voltage input voltage to a safe level.
  • the advantage of a step-up or step-down converter is further that it has a very high efficiency and thus the voltage adjustment is performed very efficiently, which is for the service life of mobile, battery-powered devices is crucial.
  • the power limiter 5 now fulfills several tasks.
  • one or more operating data 7 may be deposited, with which, for example, the maximum radiation power of the light beam 8 is set.
  • the operating data 7 of the power configuration module 6 and the radiation power of the light source 4 emitted by the first electromagnetic radiation detection element 9 are fed to a control circuit 11 of the power limiter 5 and thus flow into the regulation of the output voltage of the voltage converter 3.
  • a second detection element for electromagnetic radiation 12 may be present, with which the intensity of the ambient illumination is measured.
  • the light beam or the incident on an object point of light is already seen at low power, whereas in a bright environment, a significantly higher power of the light beam 8 is required.
  • the parameters or threshold values for the targeted activation of the luminous means can, for example, also be stored in the operating data 7; the control circuit 11 of the power limiter 5 then adjusts the supply voltage of the light source to the respectively detected background brightness, whereby an energy-saving control of the beam intensity is achieved.
  • the light-emitting means 4 may, for example, also have a temperature detection module 13 whose measured value also flows into the regulation of the output voltage of the voltage converter 3.
  • the light source 4 in particular a laser diode, heats up during normal operation. Is it due to, for example, external influences to one excessive heating, the bulb can be damaged.
  • By detecting the temperature of the lamp and feedback in the regulation of the output voltage of the voltage converter an early reduction of the emitted radiation power is possible in an advantageous manner. As soon as the light source has again reached an admissible operating temperature, the emitted radiant power can be adapted again at any time to the required default value.
  • FIGS. 2 a and 2 b show a comparison of a known arrangement of a luminous means and an arrangement improved according to the invention.
  • Widely used and therefore inexpensive available laser diodes 14 are usually arranged in a substantially cylindrical housing 15.
  • the housing has an outer diameter 16 and an inner diameter 17.
  • a beam-directing optics in particular a collimator lens 18, is arranged in the beam path, a distance 19 between the beam exit opening 20 and the collimator lens 18 having to be maintained for focusing.
  • the collimator lens 18 is arranged in a cylinder attachment 21, preferably glued, and spaced by the focal distance 19, the laser diode is arranged in the cylinder attachment.
  • the inner diameter of the cylinder attachment 21 must now be at least equal to the outer diameter 16 of the laser diode. Due to the required wall thicknesses to achieve a sufficient mechanical stability of the cylinder attachment 21, this results in an outer diameter 22 which is significantly larger than the outer diameter 16 of the laser diode.
  • the preferred laser diode used has an outer diameter 16 of 3.3 mm, which results according to the previously known arrangement of FIG. 2a a smallest possible outer diameter 22 of 4 mm, which in terms of space-saving and compact arrangement of the light module of disadvantage is.
  • Fig. 2b shows an inventive improvement of the arrangement.
  • the cylinder attachment 21 is arranged on the flange-like portion 23 of the laser diode.
  • the outer diameter 22 of the cylinder cap 21 is thus smaller than or equal to the outer diameter 16 of the laser diode, which is a significant space savings in terms of a compact as possible. th structure or in terms of the integrability of the lighting module represents.
  • the focal distance 19 is maintained by the Aufsetziefe the laser diode.
  • the collimator lens 18 is mechanically fixed in the cylinder attachment 21, preferably by crimping. Due to the improved contact between cylinder attachment 21 and laser diode, a better heat dissipation is additionally advantageously achieved.
  • the light source has a low weight, which in turn is advantageous with regard to mobile use in a device, for example a pocket tool 26.
  • the lighting module according to the invention is designed so integrated that in the light source, in particular on the substrate carrier 24 of the laser diode 14 and / or in the cylinder attachment 21, all elements are arranged for the controlled control of the laser diode, in particular those are the power limiter 5 with voltage converter and control circuit, the power configuration module 6, and at least the first electromagnetic radiation detection means 9.
  • the energy source and the integrated light source are arranged in a side cheek 25 of the pocket tool 26, the electrical connection of the integrated light source to the energy source being effected by means of a coupleable connection means.
  • such an integrated structure has the particular advantage that the light source can be replaced quickly and easily.
  • FIG. 3 shows a pocket tool 26, in particular a pocket knife, with a housing 27 and at least one functional part 28.
  • a light module 1 according to the invention is arranged in the housing 27, and an opening 29 is provided in the housing, at which light beam 8 emitted by the light module 1 exit.
  • an actuator 30 is further arranged that is designed to activate the light module. By actuating the element 30, in particular by pressing, the voltage converter of the light-emitting module 1 is put into operation and emitted by the light source a directed beam 8, in particular a laser beam.
  • the lighting module according to the invention according to another Training, be arranged integrated in a tool card 31, the inventive compact design brings particular advantage.
  • the lighting module 1 is in turn integrated into the housing 27 and is taken by an actuator 30 in operation.
  • an outlet opening 29 is arranged from which emerges the emitted light beam of the activated lighting module.
  • FIGS. 1 to 4 can form the subject of independent solutions according to the invention.
  • the relevant objects and solutions according to the invention can be found in the detailed descriptions of these figures.
  • control circuit 12 second detecting means for electromagnetic radiation

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul (1) umfassend eine elektrische Energiequelle (2), einen Spannungsumformer (3) und eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung (4), wobei ein Leistungsbegrenzer (5) zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist. Die Erfindung betrifft weiters ein Taschenwerkzeug, insbesondere Taschenmesser (26) oder plattenförmige Werkzeugkarte (31), mit einem Leuchtmodul (32) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung, das im Gehäuse (27) angeordnet ist und mittels eines Betätigungselements (30) in Betrieb genommen werden kann, wobei das Leuchtmodul (32) zur Abgabe von einer, in der Strahlungsleistung begrenzten, monochromatischen elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist.

Description

Taschenwerkzeug mit Lichtzeiger
Die Erfindung betrifft ein kompaktes, weitestgehend augensicheres Leuchtmodul umfassend eine elektrische Energiequelle, einen Spannungsumformer und eine Strahlungsquelle für elektromagnetische Strahlung. Weiters betrifft die Erfindung ein Taschenwerkzeug, insbesondere Taschenmesser oder plattenförmige Werkzeugkarte, mit einem Gehäuse mit zumindest einem Aufnahmebereich und zumindest einem, aus einer Aufbewahrungsposition innerhalb des Aufnahmebereiches, in eine Gebrauchsposition außerhalb des Aufnahmebereiches bewegbaren Funktionsteil, und mit einem Leuchtmodul zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung, das im Gehäuse angeordnet ist und mittels eines Betätigungselements in Betrieb genommen werden kann.
Bei Werkzeugen des täglichen Gebrauchs, insbesondere bei Taschenwerkzeugen, besteht oftmals der Wunsch, dass an bzw. in diesem Werkzeug ein Leuchtmodul angeordnet ist. Ein derartiges Leuchtmodul kann bspw. dazu ausgebildet sein, den Arbeitsbereich des Handwerkzeugs zu beleuchten oder als Lichtzeiger zu fungieren. Aufgrund des oftmals nur sehr geringen Platzangebots bei Handwerkzeugen wird das Leuchtelement zumeist nur durch eine Energieversorgung und ein Leuchtmittel gebildet, auf eine Ansteuerschaltung bzw. eine Sicherheitsschaltung wird aus Platzmangel verzichtet. Die Energieversorgung ist dabei zumeist durch ein chemisches Element gebildet, insbesondere durch eine handelsübliche Batterie.
Chemische Elemente haben jedoch den Nachteil, dass sich die bereitgestellte Ausgangsspannung im Laufe des Betriebs ändert, insbesondere wird sie kontinuierlich geringer; dieser Spannungsabfall wird durch die so genannte Entladungskurve beschrieben. Weiters von Nachteil ist, dass die Entladungskurve von der Art des chemischen Elements abhängt. Insbe- sondere kennt man chemische Elemente die eine kontinuierlich fallende Ausgangsspannung aufweisen, es gibt aber auch Elemente, bei denen die Ausgangsspannung lange Zeit weitestgehend konstant bleibt und gegen Ende der Lebensdauer hin plötzlich abrupt abnimmt. Ein Leuchtmodul soll jedoch über die gesamte Betriebsdauer eine möglichst konstante Optische Lichtleistung abgeben, was mit einer derartigen Energieversorgung nicht realisierbar ist.
Da weiters die Ausgangsspannung der chemischen Elemente technologisch begrenzt ist, manche Leuchtmittel aber eine Versorgungsspannung benötigen die höher als die Ausgangsspannung eines einzelnen chemischen Elements ist, werden bspw. mehrere chemische EIe- mente in Serie geschaltet eingesetzt. Ebenso besteht die Möglichkeit die geringe Ausgangsspannung des chemischen Elements mittels eines Spannungswandlers auf die erforderliche erhöhte Versorgungsspannung des Leuchtmittels umzusetzen. Ein derartiger Spannungsumsetzer ist zumeist dadurch gekennzeichnet, dass er die eingangsseitige Versorgungsspannung um einen bestimmten festen Faktor erhöht und ausgangsseitig zur Verfügung stellt.
Die bekannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass bei unsachgemäßer bzw. mutwilliger Verwendung einer nicht bestimmungsgemäßen Energiequelle, insbesondere einer mit einer höheren Ausgangsspannung, am Leuchtmittel eine zu große Versorgungsspannung an- liegt, wodurch das Leuchtmittel beschädigt oder zerstört werden kann. Durch die erhöhte
Versorgungsspannung des Leuchtmittels kann es aber auch dazu kommen, dass die von diesem abgegebene elektromagnetische Strahlung einen Leistungsgrenzwert überschreitet und es somit, bei einer Beleuchtung des menschlichen Auges durch den abgegebenen Lichtstrahl, aufgrund der zu großen Strahlungsleistung zu einer Schädigung der Netzhaut kommt.
Die US 5,627,414 A offenbart ein klappbares Taschenmesser mit einem Laserpointer. Der Laserpointer ist dadurch gebildet, dass in einem, aus dem Taschenmesser ausschwenkbaren Gehäuseteil, eine Laserdiode und mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Die Laserdiode wird dadurch in Betrieb genommen, dass durch ein Betätigungselement der Stromkreis zwi- sehen den Batteriezellen und der Laserdiode geschlossen wird. Bei geschlossenem Stromkreis ist die Versorgungsspannung der Laserdiode gleich der Ausgangsspannung, der in Serie geschalteten Batteriezellen.
Die US 6,027,224 A offenbart ebenfalls ein Taschenwerkzeug, das allerdings zwei Leucht- mittel umfasst. Ein Leuchtmittel ist dabei als Laserpointer ausgebildet, das zweite Leuchtmittel ist als eine Lichtkegel abgebendes Leuchtmittel ausgebildet. Das Dokument offenbart, dass bei jeweils geschlossenem Stromkreis, das erste bzw. zweite Leuchtmittel unmittelbar mit den Batteriezellen verbunden ist.
Ähnliche Ausbildungen sind auch in der US 2001/0034910 Al und der DE 298 20 727 Ul offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, einen kompakten Lichtzeiger derart auszubilden, dass beim bestimmungsgemäßen Gebrauch und einem ungewollten Einwirken der vom Leuchtmittel einstellbar abgegebenen elektromagnetischen Strahlung auf das menschliche Auge, eine Schädigung der Netzhaut zuverlässig vermieden wird. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, diesen Schutz des Auges auch bei unsachgemäßer bzw. bestimmungs- fremder Verwendung des Lichtzeigers weitestgehend sicher zu stellen. Die Erfindung betrifft weiters ein Taschenwerkzeug das einen kompakten Lichtzeiger umfasst, wobei durch den vom Lichtzeiger abgegebene Lichtstrahl eine Schädigung des Auges weitestgehend verhindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass ein Leistungsbegrenzer zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist. Die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung hängt üblicherweise von der an die Strahlungsquelle angelegten Versorgungsspannung ab. Vom Hersteller der Spannungsquelle wird zumeist eine maximale Versorgungsspannung angegeben, mit der die abgegebene elektromagnetische Strahlung einen bestimmten Leistungsgrenzwert nicht übersteigt. Basierend auf den physiologischen Eigenschaften des menschlichen Auges wurde die optische Strahlungsleistung basierend auf der Wellenlänge der Strahlung klassifiziert. Dabei muss bei Leuchtmitteln, die in der Öffentlichkeit ohne zusätzlichen Schutz verwendet werden dürfen, bzw. die in der Öffentlichkeit eingesetzt werden, die Strahlungsleistung so gering sein, dass der natürliche Schutzmechanismus des Auges (Lidschlussreflex) ausreicht, damit es selbst bei direkter Beleuchtung des Auges zu keiner Schädigung der Netzhaut kommt.
Der erfindungsgemäße Leistungsbegrenzer kann nun eine Mehrzahl von Betriebsvorgaben berücksichtigen und somit die Leistung der abgegebenen Strahlung in jedem Fall unterhalb eines gefährlichen Leistungsgrenzwertes halten. Der Benutzer eines erfindungsgemäßen
Leuchtmoduls kann somit sicher sein, dass in jedem Betriebszustand, eine für das Auge weitestgehend ungefährliche elektromagnetische Strahlung abgegeben wird.
Zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung ist es von Vorteil, wenn der Leistungsbegrenzer ein erstes Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung umfasst. Dieses erste Erfassungselement kann bspw. dazu ausgebildet sein, die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung zu messen. Von bedeutendem Vorteil ist dabei, dass der Leistungsbegrenzer jederzeit die aktuell abgegebene Strahlungs- leistung kennt. Aufgrund des technologischen Aufbaus der Strahlungsquelle unterliegt die abgegebene Strahlungsleistung einem Alterungsprozess, d.h. selbst bei konstanter Versorgungsspannung wird sich im Laufe der Betriebszeit die abgegebene Strahlungsleistung verändern. Weiters ist die abgegebene Strahlungsleistung zumeist auch von der Temperatur der Strahlungsquelle abhängig. Die Kenntnis der aktuell abgegebenen Strahlungsleistung ist daher von wesentlicher Bedeutung, um ein augensicheres Leuchtmodul ausbilden zu können.
Ein Leistungsbegrenzer der einen Regelkreis umfasst hat den ganz entscheidenden Vorteil, dass dieser Leistungsbegrenzer kontinuierlich erfasste Betriebsdaten bewerten und über den Regelkreis gezielt die abgegebene Strahlungsleistung beeinflussen kann. Im Gegensatz zu einer parameterbasierten Steuerung hat ein Regelkreis den Vorteil, dass eine kontinuierliche Anpassung der Strahlungsleistung im Sinn eines Soll-Ist- Vergleichs möglich ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann dieser Regelkreis eine Schutzschaltung umfassen, die bei einer Überschreitung eines Leistungsgrenzwertes eine zuverlässige Abschaltung der Strahlungsquelle sicherstellt.
Eine vorteilhaft effiziente Erfassung der abgegebenen Strahlungsleistung erreicht man, wenn das erste Erfassungselement als Fotodiode ausgebildet ist. Fotodioden haben den besonderen Vorteil, dass ihre spektrale Effizienz sehr genau einstellbar ist. Dadurch ist es bspw. möglich, die umgebende elektromagnetische Strahlung weitestgehend zu unterdrücken und nur die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektrischen Strahlung zu messen. Schwankungen der Umgebungshelligkeit haben somit in vorteilhafter Weise keinen Einfluss auf die Bestimmung der abgegebenen Strahlungsleistung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das erste Erfassungselement aber auch als Fotowiderstand oder Fototransistor ausgebildet sein. Insbesondere sind alle Erfassungselemente möglich, die aufgrund einer eintreffenden elektromagnetischen Strahlung ein elektrisches Ausgangssignal abgeben bzw. die elektrischen Kenngrößen ändern.
Einen bedeutenden Vorteil erhält man, wenn das erste Erfassungselement und die Strahlungsquelle in einem Modul integriert angeordnet sind. Diese vorteilhafte Ausbildung ermöglicht es, die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung unmittelbar an der Strah- lungsquelle zu erfassen, wodurch insbesondere störende, die Messung verfälschende Umgebungseinflüsse weitestgehend unterdrückt werden. Die Ausbildung hat den weiteren Vorteil, dass sich durch die heutzutage technologisch mögliche hohe Integrationsdichte eine sehr kompakte Bauform des anspruchsgemäßen Moduls realisieren lässt. In Hinblick auf einen breiten Einsatz mit hohen Stückzahlen bringt die anspruchsgemäße Ausbildung den weiteren Vorteil, dass sich das Modul besonders kostengünstig herstellen lässt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung können die Strahlungsquelle und das erste Erfassungselement aufeinander abgeglichen werden, wodurch die abgegebene Strahlungsleistung sehr genau eingehalten werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung können das erste Erfassungselement und die Strahlungsquelle durch Halbleiterbauelemente gebildet sein. Sind die beiden Elemente in einem Modul integriert angeordnet haben beide Elemente dieselbe Temperatur, was im Hinblick auf die Gleich- taktparameter von Halbleitern von ganz besonderer Bedeutung ist.
Da die Leistung der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung üblicherweise von der Versorgungsspannung der Strahlungsquelle abhängt, erhält man eine bedeutende vorteilhafte Weiterbildung, wenn der Leistungsbegrenzer zur Beeinflussung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers ausgebildet ist. Durch diese vorteilhafte Ausbildung ist der Leistungsbegrenzer in der Lage, über die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers, die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil einer anspruchsgemäßen Ausbildung ist, dass die Ausgangsspannung des Spannungsumformers weitestgehend unabhängig von der Ausgangsspan- nung der Energiequelle ist.
Einen ganz besonderen Vorteil erhält man, wenn der Spannungswandler als Step-Up und/ oder als Step-Down Konverter ausgebildet ist. Diese Ausbildung ermöglicht es, einen großen Ausgangsspannungsbereich der Energiequelle auf die geforderte, stabile Versorgungsspan- nung der Strahlungsquelle umzusetzen. Insbesondere wird durch eine anspruchsgemäße Ausbildung erreicht, dass auch bei einer abgesunkenen Ausgangsspannung der Energiequelle, eine zuverlässige und stabile Versorgung der Strahlungsquelle erreicht wird. Der Spannungswandler arbeitet in diesem Betriebszustand als Step-Up Konverter. Einen wesentlichen Vorteil für die Ausbildung eines augensicheren Leuchtmoduls erhält man, wenn der Spannungswandler auch als Step-Down Konverter ausgebildet ist. Durch unsachgemäßen Gebrauch des Leuchtmoduls, bspw. durch Verwenden einer Energiequelle mit zu hoher Ausgangsspannung, würde die Strahlungsquelle eine elektromagnetische Strahlung mit zu hoher Leistung abgeben, wodurch es bei einer unabsichtlichen Beleuchtung des Auges zu einer Schädigung der Netzhaut kommen kann, da die zulässige Leistungsgrenze überschritten wird. Durch einen als Step-Down Konverter ausgebildeten Spannungswandler wird nun zuverlässig sichergestellt, dass selbst bei Verwenden einer nicht bestimmungsgemäßen Energiequelle mit einer höheren Ausgangsspannung, die Strahlungsquelle stets zuverlässig mit einer maximalen Versorgungsspannung versorgt wird, wodurch jedenfalls die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung unter einem maximal zulässigen Grenzwert bleibt. Insbesondere ist ein anspruchsgemäß ausgebildeter Spannungswandler in der Lage, eine Eingangsspannung die bis zu 400 % über dem Nominalwert liegt, auf eine grenzwert- konforme Versorgungsspannung der Strahlungsquelle herabzusetzen.
Ein weiterer Vorteil des anspruchsgemäß ausgebildeten Spannungsumformers ist, dass die Spannungsumsetzung sehr verlustarm durchgeführt wird. Gerade in Hinblick auf mobile Geräte ist es von entscheidender Bedeutung, wenn die beschränkt zur Verfügung stehende Ener- gie der Energiequelle möglichst optimal in elektromagnetische Strahlung umgesetzt wird. Gerade bei der Spannungsanpassung von einem höheren auf ein niedrigeres Spannungsniveau hat ein anspruchsgemäß ausgebildeter Step-Down Konverter den ganz entscheidenden Vorteil, dass die Spannungsanpassung keinen Energie verbrauchenden, resistiven Spannungsteiler erfordert.
Von Vorteil ist weiters, dass die Anpassung an ein zu hohes bzw. zu niedrigeres Eingangsspannungsniveau vom Spannungswandler ohne Bedienhandlung automatisch durchgeführt wird. Somit ist selbst bei einer bewussten Manipulation der Energiequelle stets sichergestellt, dass die abgegebene elektromagnetische Strahlung einen schädlichen Leistungsgrenzwert nicht übersteigt.
Die abgegebene Strahlungsleistung einer Strahlungsquelle hängt zumeist auch noch von der Temperatur der Strahlungsquelle ab. Durch die anspruchsgemäße Weiterbildung bei der der Leistungsbegrenzer ein Temperaturerfassungsmodul aufweist, erhält man den Vorteil, dass Änderungen der abgegebenen Strahlungsleistung aufgrund unterschiedlicher Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen des Leuchtmoduls ausgeglichen werden können. Durch den Betrieb der Strahlungsquelle wird sich diese zumeist erwärmen, wodurch sich der so genannte Ar- beitspunkt verschieben kann und somit die abgegebene Strahlungsleistung einen Leistungsgrenzwert überschreiten kann. Zusätzlich kann sich die Strahlungsquelle durch die erhöhte abgegebene Strahlungsleistung weiter erwärmen was zu einem sich aufschaukelnden Vorgang führen kann, wodurch es zu einer Beschädigung bzw. Zerstörung der Strahlungsquelle kommen kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das Temperaturerfassungselement dazu ausgebildet sein, die Strahlungsquelle bei einer Übertemperatur derselben zuverlässig abzuschalten und somit eine Schädigung der Strahlungsquelle zu verhindern.
Eine Strahlungsquelle kann zumeist eine elektromagnetische Strahlung in einem größeren
Leistungsbereich abgeben. Bei bisher bekannten Vorrichtungen wird die Maximalleistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung dadurch festgelegt, dass die Energiequelle eine maximale Spannung abgibt, insbesondere ist das die Leerlaufspannung der zumeist verwendeten und ggf. in Serie geschalteten chemischen Elemente. Eine anspruchsgemäße Ausbil- düng, bei der Leistungsbegrenzer ein Leistungskonfigurationsmodul aufweist, hat nun den ganz entscheidenden Vorteil, dass die Konfiguration der abgegebenen Strahlungsleistung nicht mehr von ungenauen und sich veränderten Spannungswerten abhängt. Mit dem Leistungskonfigurationsmodul ist in vorteilhafter Weise weiters sichergestellt, dass eine unbefugte Bedienung bzw. Manipulation der Strahlungsquelle verhindert wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung erhält man anspruchsgemäß dadurch, dass im Leistungskonfigurationsmodul Betriebsparameter für die Strahlungsquelle hinterlegt sind. Mittels dieser Betriebsparameter ist eine eindeutige und nicht veränderbare Konfiguration der Strahlungsquelle möglich, insbesondere lässt sich somit der sicherheitsrelevante Leistungs- grenzwert der abgegebenen Strahlung definiert festlegen. Diese Betriebsparameter lassen sich derart gesichert im Leistungskonfigurationsmodul ablegen, dass eine Manipulation durch unbefugte Dritte verhindert wird, was einen entscheidenden Vorteil in Hinblick auf den gewünschten Augenschutz darstellt. Eine Ausbildung der Strahlungsquelle als Laserdiode hat den Vorteil, dass die abgegebene monochromatische elektromagnetische Strahlung eine hohe Intensität aufweist. Laserdioden haben aufgrund ihrer technischen Konstruktion den Vorteil, dass der abgegebene Lichtstrahl sich besonders vorteilhaft zur Ausbildung eines Lichtzeigers eignet, da zumeist nur wenig aufwendige Kollimatorlinsen erforderlich sind.
Durch die hohe Leuchtdichte des abgegebenen Lichtstrahls, dessen Durchmesser zumeist in der Größenordnung der Öffnungsweite der Pupille eines Auges liegt, ist eine Begrenzung der Leistung des Lichtstrahls von ganz entscheidender Bedeutung, um eine Schädigung bei einem ungewollten Auftreffen auf die Netzhaut zu verhindern.
Entsprechend der Gefährlichkeit für den Menschen wurden Laser in Klassen eingeteilt, wobei die Klassen 1 und 2 nach EN 60825-1 als für das menschliche Auge weitestgehend ungefähr- lieh eingestuft wurden. Durch unsachgemäße Handhabung, bspw. durch Zwischenschaltung von Lupen bzw. Ferngläser kann jedoch auch die ungefährliche Klasse 1 bzw. 2 Laserstrahlung zu einer Schädigung der Netzhaut führen.
Eine Laserdiode die eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 600nm bis 750nm abgibt, bevorzugt 655nm, hat den besonderen Vorteil, dass die abgegebene Strahlung im sichtbaren optischen Bereich liegt, weiters sind Laserdioden die in diesem Bereich strahlen weit verbreitet und damit kostengünstig verfügbar. Aufgrund der Physiologie des Auges hat ein roter Lichtstrahl den weiteren Vorteil, dass er selbst bei geringer Strahlungsleistung bereits deutlich wahrgenommen wird. Ebenfalls von Vorteil ist, dass eine anspruchsgemäß ausgebildete Laserdiode in vielen Massenartikeln eingesetzt wird und somit auch die ggf. zusätzlich erforderlichen Peripheriekomponenten kostengünstig verfügbar sind.
Eine bedeutende vorteilhafte Weiterbildung erhält man, wenn ein Zylinderaufsatz auf einem flanschartigen Abschnitt der Laserdiode angeordnet ist. Von Laserdioden ist bekannt, dass sie einen stark divergenten und nicht kreissymmetrischen Strahl abgeben. Zur Erzielung eines möglichst weit reichenden Strahls mit einer geringen Strahlaufweitung wird der Laserdiode zumeist eine Strahlformungsoptik nachgeschaltet. Zur Verhinderung einer unerwünschten seitlichen Abstrahlung sowie zur mechanischen Fixierung der Strahlformungsoptik wurde die Laserdiode bislang zumeist in einem zylinderförmigen Aufsatz angeordnet. Von Nachteil einer derartigen Anordnung ist, dass der Innendurchmesser des Zylinderaufsatz groß genug gewählt werden muss, um die Laserdiode aufnehmen und fixieren zu können. Aufgrund der erforderlichen mechanischen Stabilität des Zylinderaufsatzes weist dieser einen Außendurch- messer auf, der bedeutend größer ist als der größte Außendurchmesser der Laserdiode, was für einen möglichst kompakten Aufbau von Nachteil ist.
Bei der anspruchsgemäßen Ausbildung wird der Zylinderaufsatz auf einen flanschartigen Abschnitt der Laserdiode angeordnet, wodurch man eine bedeutende Reduktion des Aussend- ruchmessers des Zylinderaufsatzes erreicht, insbesondere wird der Außendurchmesser des derart ausgebildeten Leuchtelements gleich den maximalen Durchmesser der Laserdiode.
Ein weiterer Vorteil der anspruchsgemäßen Ausbildung liegt darin, dass aufgrund der größeren Kontaktfläche zwischen dem Gehäuse der Laserdiode und dem Zylinderaufsatz eine bes- sere Wärmeableitung von der Laserdiode möglich ist.
Um einen weit reichenden, möglichst kreissymmetrischen Lichtstrahl mit geringer Strahlaufweitung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn im Zylinderaufsatz eine Strahlformungsoptik, insbesondere Kollimatoroptik angeordnet ist. Die Aufgabe einer Kollimatoroptik liegt darin, ungerichtete bzw. divergente Strahlen einer Lichtquelle parallel auszurichten und somit einen Lichtstrahl zu formen, der sich auch über größere Entfernungen nur sehr gering aufweitet und sich somit idealer weise als Lichtzeiger einsetzen lässt.
Wenn die Leistung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung maximal 0,8 mW beträgt ist sichergestellt, dass es bei Auftreffen des Lichtstrahls auf das menschliche Auge zu keiner Schädigung der Netzhaut kommt, da der natürliche Lidschlussreflex des Auges üblicherweise ausreicht, um den eintreffenden Lichtstrahl schnell genug abzudämpfen.
Eine anspruchsgemäß ausgebildete Laserdiode hat den Vorteil, dass sie unter der Lasergefah- renklasse 1 bzw. 2 eingereiht wird und somit für die allgemeine Verwendung in der Öffentlichkeit zugelassen wird.
Im Hinblick auf einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Leuchtmoduls ist es von Vor- teil wenn ein zweites Erfassungselement zur Messung der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung vorhanden ist. Ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul wird bestimmungsgemäß sowohl bei Tageslicht als auch bei Dunkelheit eingesetzt. Bei hoher Umgebungshelligkeit ist zur zuverlässigen Erkennbarkeit des Lichtstrahls eine höhere Leuchtdichte desselben erfor- derlich als dies bei Dunkelheit, bspw. in der Nacht, erforderlich ist. Durch die anspruchsgemäße Ausbildung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass der von der Strahlungsquelle abgegebene Lichtstrahl genügend Intensität aufweist, um sich gegenüber der Umgebung merkbar abzuheben. Bei einer Umgebungsbeleuchtung mit geringer Intensität hat dies den Vorteil, dass die Strahlungsleistung der Signalquelle unter das standardmäßig vorgegebene Maß reduziert wird, wodurch sich in vorteilhafter Weise der Energiebedarf der Strahlungsquelle reduziert. Durch diese kontinuierliche Anpassung der abgegebenen Strahlungsleistung lässt sich die Einsatzdauer der Energiequelle deutlich erhöhen, was für kompakte, mobile Einsatzbereiche des Leuchtmoduls von entscheidendem Vorteil ist.
Eine Ausbildung, bei der die Energiequelle eine Spannung von typischerweise 1,55 V abgibt hat den Vorteil, dass diese Energiequelle durch weit verbreitete und damit kostengünstig einsetzbare chemische Elemente, insbesondere durch Knopfzellen, gebildet ist.
Die Aufgabe der Erfindung liegt auch in einem Taschenwerkzeug das ein Leuchtmodul zur Abgabe von einer, in der Strahlungsleistung begrenzten, monochromatischen elektromagnetischen Strahlung umfasst.
Ein Taschenwerkzeug, insbesondere ein Taschenmesser, weist zumindest einen aus einer Aufbewahrungsposition ausschwenkbaren Funktionsteil auf, mit dem eine Arbeitshandlung an einem Werkteil durchgeführt werden kann. Ausbildungsdetails sowie Vorteile eines Taschenwerkzeug, insbesondere eines Taschenmessers, werden an dieser Stelle nicht näher ausgeführt, da sie dem kundigen Fachmann bekannt sind. Auch sind aus dem Stand der Technik Taschenmesser bekannt, die ein Leuchtmodul aufweisen, welche zur kurzreichweitigen Beleuchtung ausgebildet sind.
Ein anspruchsgemäß ausgebildetes Leuchtmodul hat jedoch den bedeutenden Vorteil, dass über eine größere Entfernung, insbesondere mehrere Meter, eine Zeigefunktion mittels eines Lichtpunkts möglich ist. Wird das Leuchtmodul durch ein erfindungsgemäßes kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul gebildet, ist durch den ausgesandten Lichtstrahl eine Gefährdung der Augen von Personen, die durch den Lichtstrahl ungewollt beleuchtet werden, weitest gehend verhin- dert.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausfuhrungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen jeweils in schematisch vereinfachter Darstellung:
Fig. 1 das erfindungsgemäße Leuchtmodul als Blockschaltbild;
Fig. 2a,2b eine Gegenüberstellung von einer bekannten Anordnung des Leuchtmittels und einer erfindungsgemäßen Verbesserung;
Fig. 3 ein Taschenwerkzeug mit integriertem Leuchtmodul;
Fig. 4 eine Werkzeugkarte mit integriertem Leuchtmodul.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen, unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder er- findungsgemäße Lösungen darstellen.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mitumfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Leuchtmoduls 1. Eine Energiequelle 2 stellt an ihrem Ausgang elektrische Energie bereit, die vom Spannungsumformer 3 auf die jeweils geforderte Versorgungsspannung der Strahlungsquelle 4 umgewandelt wird. Ein Leistungsbegrenzer 5 erhält aus einem Leistungskonfigurationsmodul 6 Betriebsdaten 7 und steu- ert daraus den Spannungsumformer 3 gezielt an, wodurch das Leuchtmittel 4 einen Lichtstrahl 8 mit der gewünschten maximalen Strahlungsleistung abgibt. Weiters ist ein erstes Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung 9 angeordnet, dass die tatsächlich vom Leuchtmittel 4 abgegebene Strahlungsleistung misst, wobei der Messwert vom Leistungsbegrenzer 5 als Parameter zur Regelung des Spannungsumformers 3 herangezogen wird. Da vom Leuchtmittel 4, bevorzugt eine Laserdiode, zumeist ein divergenter und nicht kreissymmetrischer Lichtstrahl abgegeben wird, ist dem Leuchtmittel 4 eine Strahlrichtoptik 10 nachgeschaltet.
Gemäß einer Klassifizierung nach EN 60825 - 1 wird der abgegebene Lichtstrahl 8 als Klasse 2 Laserstrahl eingeordnet, wonach eine Gefährdung des Auges bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer ungefährlich ist und eine längere Bestrahlung durch den natürlichen Lidschlussreflex verhindert wird. Insbesondere ist die maximale Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 auf 0,8mW begrenzt. Im Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau und eine möglichst gute Integrierbarkeit des Leuchtmoduls 1 in bestehende Vorrichtungen, insbesondere in Ta- schenwerkzeuge, wird die Energiequelle 2 durch eine weit verbreitete, handelsübliche 1,55V Knopfzelle gebildet. Es sind jedoch auch andere Ausbildungen der Energiequelle denkbar, da durch den geregelten Spannungsumformer 3 das Leuchtmittel 4 stets mit der definiert vorgegebenen Versorgungsspannung versorgt wird, insbesondere wird eine Überspannung und damit verbunden eine zu hohe Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 verhindert.
Der Spannungsumformer 3 ist als Step-Up und/oder Step-Down Konverter ausgebildet und erlaubt somit einen großen nutzbaren Bereich der Spannung der Energiequelle 2. Bei der bevorzugten Ausbildung der Energiequelle 2 als 1,55V Knopfzelle wird die Ausgangsspannung der Batterie auf die Versorgungsspannung des Leuchtmittels 4, erhöht. Bei einer zu großen Ausgangsspannung der Energiequelle, bspw. bei einer mutwilligen Manipulation, wird die Eingangsspannung auf die gewünschte bzw. maximale Versorgungsspannung des Leuchtmittels 4 herabgesetzt bzw. begrenzt. Insbesondere ist der Spannungsumformer 3 in der Lage, eine bis zu 400 % über der Nennversorgungsspannung liegende Eingangsspannung auf ein sicheres Maß herabzusetzen. Der Vorteil eines Step-Up bzw. Step-Down Konverters liegt weiters darin, dass er einen äußerst hohen Wirkungsgrad hat und somit die Spannungsanpassung sehr effizient durchgeführt wird, was für die Betriebsdauer von mobilen, batterieversorgten Geräten von entscheidender Bedeutung ist.
Der Leistungsbegrenzer 5 erfüllt nun mehrere Aufgaben. In einem Leistungskonfϊgurations- modul 6 können ein oder mehrere Betriebsdaten 7 hinterlegt sein, mit denen bspw. die maximale Strahlungsleistung des Lichtstrahls 8 festgelegt wird. Die Betriebsdaten 7 des Leis- tungskonfigurationsmoduls 6 und die vom ersten Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung 9 ermittelte Strahlungsleistung der vom Leuchtmittel 4 abgegebenen Strahlung, werden einem Regelkreis 11 des Leistungsbegrenzers 5 zugeführt und fließen somit in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers 3 ein. In einer weiteren Ausbildung kann bspw. ein zweites Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung 12 vorhanden sein, mit dem die Intensität der Umgebungsbeleuchtung gemessen wird. Durch diese vorteilhafte Weiterbildung ist es bspw. möglich, die Leistung des abgegebenen Lichtstrahls 8 gezielt an die Helligkeit der Umgebung anzupassen. Bei einer dunklen Umgebung ist der Lichtstrahl bzw. der auf einem Objekt auftreffende Lichtpunkt bereits bei geringer Leistung zu sehen, wohingegen bei heller Umgebung eine deutlich höhere Leistung des Lichtstrahls 8 erforderlich ist. Die Kenngrößen bzw. Schwellwerte für die gezielte Ansteuerung des Leucht- mittels können bspw. auch in den Betriebsdaten 7 hinterlegt sein; der Regelkreis 11 des Leistungsbegrenzers 5 passt danach die Versorgungsspannung des Leuchtmittels an die jeweils erfasste Hintergrundhelligkeit an, wodurch eine Energie sparende Regelung der Strahlintensität erreicht wird.
In einer Weiterbildung kann das Leuchtmittel 4 bspw. auch ein Temperaturerfassungsmodul 13 aufweisen, dessen Messwert auch in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers 3 einfließt. Das Leuchtmittel 4, insbesondere eine Laserdiode, erwärmt sich beim bestimmungsgemäßen Betrieb. Kommt es nun aufgrund bspw. äußerer Einflüsse zu einer übermäßigen Erwärmung, kann das Leuchtmittel Schaden nehmen. Durch die Erfassung der Temperatur des Leuchtmittels und Rückführung in die Regelung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers wird in vorteilhafter Weise eine frühzeitige Reduktion der abgegebenen Strahlungsleistung möglich. Sobald das Leuchtmittel wieder eine zulässige Betriebstem- peratur erreicht hat, kann die abgegebene Strahlungsleistung jederzeit wieder an den geforderten Vorgabewert angepasst werden.
Fig. 2a und 2b zeigen eine Gegenüberstellung einer bekannten Anordnung eines Leuchtmittels und einer erfindungsgemäß verbesserten Anordnung.
Weit verbreitete und damit kostengünstig erhältliche Laserdioden 14 sind zumeist in einem, im Wesentlichen zylinderförmigen Gehäuse 15 angeordnet. Das Gehäuse weist dabei einen äußeren Durchmesser 16 und einen inneren Durchmesser 17 auf.
Zur Strahlformung des von der Laserdiode ausgesandten divergenten Strahls, wird im Strahlengang eine Strahlrichtoptik, insbesondere eine Kollimatorlinse 18 angeordnet, wobei zur Fokussierung ein Abstand 19 zwischen der Strahlaustrittsöffnung 20 und der Kollimatorlinse 18 eingehalten werden muss. Bei der bekannten Anordnung wird die Kollimatorlinse 18 in einen Zylinderaufsatz 21 angeordnet, bevorzugt eingeklebt, und durch den Fokusabstand 19 beabstandet, wird die Laserdiode im Zylinderaufsatz angeordnet. Der Innendurchmesser des Zylinderaufsatzes 21 muss nun zumindest gleich dem äußeren Durchmesser 16 der Laserdiode sein. Aufgrund der erforderlichen Wandstärken zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Stabilität des Zylinderaufsatzes 21, ergibt sich somit ein Außendurchmesser 22 der deutlich größer ist als der äußere Durchmesser 16 der Laserdiode. Die bevorzugt verwendete Laserdiode hat einen äußeren Durchmesser 16 von 3,3 mm, wodurch sich gemäß der bisher bekannten Anordnung nach Fig. 2a ein kleinstmöglicher Außendurchmesser 22 von 4 mm ergibt, was in Hinblick auf eine möglichst Platz sparende und kompakte Anordnung des Leuchtmoduls von Nachteil ist.
Fig. 2b zeigt eine Erfindungsgemäße Verbesserung der Anordnung. Dabei wird der Zylinderaufsatz 21 am flanschartigen Abschnitt 23 der Laserdiode angeordnet. Der Außendurchmesser 22 des Zylinderaufsatzes 21 ist somit kleiner oder gleich dem äußeren Durchmesser 16 der Laserdiode, was eine bedeutende Platzersparnis in Hinblick auf einen möglichst kompak- ten Aufbau bzw. im Hinblick auf die Integrierbarkeit des Leuchtmoduls darstellt. Der Fokusabstand 19 wird dabei durch die Aufsetztiefe der Laserdiode eingehalten. Die Kollimatorlinse 18 ist mechanisch im Zylinderaufsatz 21 fixiert, bevorzugt durch Krimpen. Durch den verbesserten Kontakt zwischen Zylinderaufsatz 21 und Laserdiode wird zusätzlich in vorteilhaf- ter Weise eine bessere Wärmeableitung erreicht.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verbesserung liegen darin, dass durch den geringeren erforderlichen Materialbedarf, das Leuchtmittel ein geringes Gewicht aufweist was wiederum in Hinblick auf einen mobilen Einsatz in einer Vorrichtung, bspw. einem Taschen- Werkzeug 26, von Vorteil ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Leuchtmodul derart integriert ausgebildet, dass im Leuchtmittel, insbesondere am Substratträger 24 der Laserdiode 14 und/ oder im Zylinderaufsatz 21 , alle Elemente zur geregelten Ansteuerung der Laserdiode ange- ordnet sind, insbesondere sind das der Leistungsbegrenzer 5 mit Spannungsumformer und Regelkreis, das Leistungskonfigurationsmodul 6 und zumindest das erste Erfassungsmittel 9 für elektromagnetische Strahlung. Die Energiequelle und das integrierte Leuchtmittel sind in einer Seitenwange 25 des Taschenwerkzeugs 26 angeordnet, wobei die elektrische Verbindung des integrierten Leuchtmittels mit der Energiequelle durch ein koppelbares Verbin- dungsmittel erfolgt. Im Falle eines Schadens des integrierten Leuchtmittels hat ein derart integrierter Aufbau den besonderen Vorteil, dass sich das Leuchtmittel schnell und einfach auswechseln lässt.
Fig. 3 zeigt ein Taschenwerkzeug 26, insbesondere ein Taschenmesser, mit einem Gehäuse 27 und zumindest einem Funktionsteil 28. Im Gehäuse 27 ist ein erfindungsgemäßes Leuchtmodul 1 angeordnet, weiters ist im Gehäuse eine Öffnung 29 vorhanden, an der der vom Leuchtmodul 1 abgegebene Lichtstrahl 8 austritt. Im Gehäuse ist weiters ein Betätigungselement 30 angeordnet, dass zur Aktivierung des Leuchtmoduls ausgebildet ist. Durch Betätigen des Elements 30, insbesondere durch Drücken, wird der Spannungsumformer des Leuchtmo- duls 1 in Betrieb genommen und vom Leuchtmittel ein gerichteter Strahl 8, insbesondere ein Laserstrahl, abgegeben.
Wie in Fig. 4 dargestellt, könnte das erfindungsgemäße Leuchtmodul gemäß einer weiteren Ausbildung, auch in einer Werkzeugkarte 31 integriert angeordnet sein, wobei der erfindungsgemäße kompakte Aufbau besondere Vorteil bringt. Das Leuchtmodul 1 ist wiederum in das Gehäuse 27 integriert und wird durch ein Betätigungselement 30 in Betrieb genommen. An einer Stirnseitenkante des Gehäuses ist eine Austrittsöffnung 29 angeordnet aus der der abgegebene Lichtstrahl des aktivierten Leuchtmoduls austritt.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten des Leuchtmoduls, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt. Es sind also auch sämtliche denkbaren Ausführungsvarianten, die durch Kombinationen einzelner Details der dargestellten und beschriebenen Ausführungsvariante möglich sind, vom Schutzumfang mit um- fasst.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Leuchtmoduls diese bzw. deren Bestandteile teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrunde liegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Vor allem können die einzelnen in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungen den Gegenstand von eigenständigen, erfindungsgemäßen Lösungen bilden. Die diesbezüglichen erfindungsgemäßen Aufgaben und Lösungen sind den Detailbeschreibungen dieser Figuren zu entnehmen. Bezugszeichenaufstellung
1 Leuchtmodul
2 Energiequelle
3 Spannungsumformer
4 Quelle für elektromagnetische Strahlung
5 Leistungsbegrenzer
6 Leistungskonfigurationsmodul
7 Betriebsdaten / Betriebsparameter
8 Lichtstrahl
9 erstes Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung
10 Strahlrichtoptik
11 Regelkreis 12 zweites Erfassungsmittel für elektromagnetische Strahlung
13 Temperaturerfassungsmodul
14 Laserdiode
15 Gehäuse
16 äußerer Durchmesser
17 innerer Durchmesser
18 Strahlformungsoptik / Kollimatorlinse
19 Fokusabstand 20 Schutzglas / Strahlaustrittsöffnung
21 Zylinderaufsatz
22 Außendurchmesser
23 flanschartiger Abschnitt 24 Substratträger
25 Seitenwange
26 Taschen Werkzeug / Taschenmesser
27 Gehäuse 28 Funktionsteil
29 Strahlaustrittsöffnung
30 Betätigungselement
31 Werkzeugkarte 32 Leuchtmodul ,

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Kompaktes, weitgehend augensicheres Leuchtmodul (1) umfassend eine elektrische Energiequelle (2), einen Spannungsumformer (3) und eine Strahlungsquelle für elektromag- netische Strahlung (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Leistungsbegrenzer (5) zur Regelung der abgegebenen elektromagnetischen Strahlung vorhanden ist.
2. Leuchtmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) ein erstes Erfassungselement für elektromagnetische Strahlung (9) umfasst.
3. Leuchtmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) einen Regelkreis (11) umfasst.
4. Leuchtmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungs- element (9) als Photodiode ausgebildet ist.
5. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Erfassungselement (9) und die Strahlungsquelle (4) in einem Modul integriert angeordnet sind.
6. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) zur Beeinflussung der Ausgangsspannung des Spannungsumformers (3) ausgebildet ist.
7. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsumformer (3) als step-up und/oder als step-down Konverter ausgebildet ist.
8. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbegrenzer (5) ein Temperaturerfassungsmodul (13) aufweist.
9. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet; dass der Leistungsbegrenzer (5) ein Leistungskonfigurationsmodul (6) aufweist.
10. Leuchtmodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Leistungskonfigura- tionsmodul (6) Betriebsparameter (7) für die Strahlungsquelle (4) hinterlegt sind.
1 1. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (4) als Laserdiode (14) ausgebildet ist.
12. Leuchtmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserdiode (14) eine elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 600nm bis 750nm abgibt, bevorzugt 655nm.
13. Leuchtmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderaufsatz (21) auf einem flanschartigen Abschnitt (23) der Laserdiode (14) angeordnet ist.
14. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinderaufsatz (21) eine Strahlformungsoptik (18), insbesondere eine Kollimatoroptik, angeordnet ist.
15. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der abgegebenen elektromagnetische Strahlung maximal 0,8mW beträgt.
16. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Erfassungselement (12) zur Messung der elektromagnetischen Strahlung der Umgebung vorhanden ist.
17. Leuchtmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (2) eine Spannung von typischerweise 1,55V abgibt.
18. Taschenwerkzeug, insbesondere Taschenmesser (26) oder plattenförmige Werkzeugkarte (31), mit einem Gehäuse (27), mit zumindest einem Aufnahmebereich und zumindest einem, aus einer Aufbewahrungsposition innerhalb des Aufnahmebereiches, in eine Gebrauchsposition außerhalb des Aufnahmebereiches bewegbaren Funktionsteil (30), und mit einem Leuchtmodul (32) zur Abgabe von elektromagnetischer Strahlung, das im Gehäuse (27) angeordnet ist und mittels eines Betätigungselements (30) in Betrieb genommen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (32) zur Abgabe von einer, in der Strahlungsleistung begrenzten, monochromatischen elektromagnetischen Strahlung ausgebildet ist.
19. Taschenwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Leuchtmodul (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet ist.
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