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Dokumentenidentifikation DE102006058079B4 28.04.2011
Titel Beleuchtungsvorrichtung
Anmelder SCHOTT AG, 55122 Mainz, DE
Erfinder Keiper, Oliver, 65326 Aarbergen, DE;
Kuntze, Petra, 65510 Idstein, DE;
Dressler, Sigurd, 56357 Obertiefenbach, DE;
Plichta, Armin, Dr., 55595 Sponheim, DE;
Schultheis, Bernd, 55270 Schwabenheim, DE
Vertreter Blumbach Zinngrebe, 65187 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 07.12.2006
DE-Aktenzeichen 102006058079
Offenlegungstag 12.06.2008
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.2011
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.2011
IPC-Hauptklasse F21V 8/00  (2006.01)  A,  F,  I,  20061207,  B,  H,  DE
IPC-Nebenklasse F21S 8/10  (2006.01)  A,  L,  I,  20061207,  B,  H,  DE
F21S 8/00  (2006.01)  A,  L,  I,  20061207,  B,  H,  DE
F21V 17/02  (2006.01)  A,  L,  I,  20061207,  B,  H,  DE
F21V 21/14  (2006.01)  A,  L,  I,  20061207,  B,  H,  DE

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die eine Lichtquelle mit vorzugsweise mindestens einer Leuchtdiode sowie ein Lichtleitelement zur Beleuchtung eines Objektes aufweist.

Bekannt sind mobile Lichtquellen aus dem Dentalbereich, bei denen eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED-Beleuchtungseinheit, mit einem flexiblen oder starren Lichtleiter fest verbunden ist. Derartige Lichtquellen werden u. a. zum Aushärten von Zahnfüllungen verwendet.

Die WO 01/19280 A1 beschreibt beispielsweise ein Bestrahlgerät, welches eine lichtemittierende Einheit und eine lichtaufnehmende Einheit mit einer Eintrittsöffnung beinhaltet, wobei die lichtemittierende Einheit eine Mehrzahl von lichtemittierenden Elementen umfasst, deren in einem Lichtkegel emittierenden Strahlen die Eintrittsöffnungen unmittelbar bestrahlen.

Die US 2004/0043351 A1 beschreibt eine ähnliche Einheit, bei der zur besseren Fokussierung ein Linsenelement vorgesehen ist.

Aus der US 5 290 169 A ist eine ähnliche Einheit bekannt, bei der u. a. ein starrer Lichtleiter vorgesehen ist, der als Lichteintrittsfläche eine konkave Geometrie aufweist.

Das Dokument DE 43 04 530 A1 zeigt eine Beleuchtungsvorrichtung mit einem axial verschiebbaren Lichtleitkabel, um in der Art eines Endoskopes das Licht zu entfernten Objekten zu führen. Über einer Verschiebung des Kabels relativ zur Lichtquelle kann die Helligkeit gesteuert werden. Das Dokument US 4 580 195 A zeigt eine verkippbare Beleuchtungsvorrichtung.

Die DE 297 21 9 48 U1 zeigt einen Fahrzeugscheinwerfer. Gemäß eines Ausführungsbeispiels ist ein entlang zwei Drehachsen verschwenkbares Bündel aus lichtleitenden Fasern vorgesehen. Das Faserbündel dient als Blendschutz, da es Streulichtanteile ausblendet.

Die EP 0 846 915 A1 zeigt eine Innenraumleuchte, bei welcher das Licht in einen Lichtleiter eingekoppelt und über eine seitlich angeordnete Prismenstruktur wieder ausgekoppelt wird. Die so entstehenden so genannten Lichtleiterplatten sind gemäß einer Ausführungsform zwar schanierartig drehbar, aber nicht axial verschiebbar ausgebildet.

Die DE 41 17 278 A1 zeigt eine Innenleuchte für ein Kraftfahrzeug, bei welcher Licht in ein Lichtleitstab eingekoppelt und seitlich abgestrahlt wird. Eine Verstellbarkeit oder eine Verwendung als Lese- oder Objektbeleuchtung ist in dem Dokument nicht gezeigt.

Die DE 44 39 547 A1 zeigt ein Lichtsystem für ein Kraftfahrzeug, bei welchem über Lichtleiter das Licht im Fahrzeug verteilt wird.

Die DE 10 2004 002 450 A1 zeigt eine Anordnung, bei welcher eine Lampe axial zu einem Lichtleiter verstellbar angeordnet ist. Dabei handelt es sich um eine Hochleistungslichtquelle zur Inspektion von Objektoberflächen, bei welcher die Verstellbarkeit zur Einstellung der Lichtintensität vorgesehen ist. Die axiale Verschiebbarkeit dient nicht der Ausrichtung des Lichtfeldes.

Die DE 196 52 159 A1 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für Fahrzeuge, bei welcher Licht in ein Lichtleitelement eingekoppelt wird, welches zumindest teilweise seitlich (als Begrenzungsleuchte) abgestrahlt wird.

Blumenfeld, A. M.; Jones, S. E.: ”Parts That Glow”, in Machine Design, Oktober 1959, S. 94–103 beschreibt in allgemeiner Form Lichtleiter aus Acryl, welche es unter anderem auch ermöglichen das Licht um Ecken zu leiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Beleuchtungsvorrichtung bereitzustellen, die einerseits kompakt aufgebaut ist und andererseits eine flexible Ausleuchtung von Objekten gewährleistet. Um eine ausreichend hohe Beleuchtungsstärke zu gewährleisten, sollen leistungsstarke Lichtquellen einsetzbar sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

Bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung wird das Licht einer Lichtquelle (10) in eine Lichteinkoppelfläche (23) eines Lichtleitelements (20), welches eine Lichtleitachse (22) aufweist, eingekoppelt und mittels des Lichtleitelements durch eine Lichtauskoppelfläche (26) auf eine zu beleuchtende Fläche geleitet.

Zwischen der Lichtquelle und der Lichteinkoppelfläche kann ein Freistrahlbereich bestehen, derart dass die Lichtquelle gegebenenfalls von der Lichteinkoppelfläche entfernt angeordnet sein kann, so dass sich zwischen beiden in der Regel ein Luftspalt befindet.

Das Lichtleitelement ist um einen Schwenk-Kipp-Punkt (28) verschwenkbar und/oder verkippbar so angeordnet, dass ein Benutzer der Beleuchtungsvorrichtung das Licht an diejenigen Stellen leiten kann, an denen er eine Beleuchtung wünscht. Als Schwenkbewegung wird dabei das seitliche Verschwenken bezeichnet, beispielsweise eine Bewegung nach links oder nach rechts oder anders herum, und als Kippen wird dabei eine Nickbewegung, also eine Bewegung von oben nach unten oder anders herum bezeichnet.

Durch die Umlenkung des von der Lichtquelle stammenden Lichts mittels des Lichtleitelements wird es möglich, die Beleuchtungsvorrichtung besonders kompakt auszubilden. Würde die Lichtquelle direkt zur Beleuchtung eingesetzt werden, wären insbesondere bei der Verwendung von leistungsstarken Lichtquellen in oder an dieser auch Mittel zum Kühlen der Lichtquelle nötig, welche damit auch in unmittelbarer Nähe des Beleuchtungsortes anzubringen wären. Bei insbesondere aus Flugzeugen bekannten LED-Leselampen hieße das, dass der Beleuchtungskopf, in den die LEDs integriert sind, entsprechend groß ausfallen müsste. Die Verwendung eines Lichtleitelements jedoch gestattet die Trennung des Austrittsort des beleuchtenden Lichts von der Lichtquelle selbst, welche nahe oder direkt an einer, vorzugsweise passiven, Wärmesenke angeordnet sei kann.

Der dem Lichtleitelement zugeordnete Schwenk-/Kipp-Punkt (28) kann bevorzugt im Schnittpunkt der Lichtleitachse (22) und der Lichteinkoppelfläche (23) angeordnet werden, welches für die Lichteinkopplung hinsichtlich hoher Lichtausbeute Vorteile und eine geringe Abhängigkeit der Lichtverluste vom Schwenk-/Kippwinkel des Lichleitelements mit sich bringt.

Bevorzugt ist das Lichtleitelement um dessen Lichtleitachse drehbar gelagert. Dadurch kann der Benutzer sowohl durch Verkippen als auch durch Verdrehen das Licht an die Stellen leiten, an die er dies wünscht, insbesondere wenn das Lichtleitelement schräg zu einem Hauptabschnitt der Lichtleitachse emittiert. Hierzu kann das Lichtleitelement zwei Schenkel, einen längeren und einen kürzeren aufweisen, welche miteinander verbunden aber relativ zu einander verkippt angeordnet sind. Das in dem längeren Schenkel, somit im Hauptabschnitt des Lichtleitelements geführte Licht wird durch den Übergang in den verkippt angeordneten kürzeren Schenkel ebenfalls in die verkippte Richtung des kürzeren Schenkels geleitet.

Der Schwenk-/Kipp-Winkel beträgt vorzugsweise weniger als 40°, vorzugsweises 30°. Das Lichtleitelement (20) ist um die Lichtleitachse (22) drehbar gelagert.

Das Lichtleitelement (20) ist axial gegenüber der Lichtquelle (10) verschiebbar gelagert, wobei die Lichtleitachse (22) des einen Schenkels (21) des Lichtleitelementes (20) bzw. des Lichtleitelementes (20) mit der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) aufeinander liegen. Hierdurch kann die Beleuchtungsvorrichtung (1) eingefahren und besonders Platz sparend ausgebildet werden, welches für viele Andwendungen Sicherheitsvorteile mit sich bringt. Im ausgefahrenen Zustand ist der Freistrahlbereich am größten, während im eingefahrenen Zustand ein Kontakt zwischen der Lichtleiteinkoppelfläche und der Lichtquelle bestehen kann. In diesem letzteren Fall muss der Freistrahlbereich nicht mehr unbedingt vorhanden sein. Neben dieser zusätzlichen Einstellmöglichkeit hat die axiale Verschiebbarkeit des Lichtleitelements den Vorteil, dass die Beleuchtungsvorrichtung im eingefahrenen Zustand, auch bei deren Verwendung, besonders kompakt und platzsparend ausgebildet sein kann.

Besonders bevorzugt ist die Lichtleitachse (22) des Lichtleitelementes (20) bzw. relativ zu der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) koaxial zueinander ausgerichtet. Dadurch lassen sich die höchsten Strahlintensitäten des durchgeleiteten Lichts erreichen.

Das Lichtleitelement (20) besteht besonders bevorzugt aus einem transparenten Kunststoff (z. B. PMMA oder Polycarbonat) oder aus Glas, beispielsweise aus einem hochtransparenten Borosilikatglas (z. B. DURAN®.)

Das Lichtleitelement (20) ist bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus mehreren Fasern, insbesondere aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glasfasern aufgebaut.

Das Lichtleitelement (20) kann gerade ausgebildet sein, d. h. es weist nur eine einzige Lichtleitachse (22) auf.

Das Lichtleitelement (20) kann aber auch aus flexiblen optischen Fasern gebildet werden, beispielsweise einem oder mehreren Glasfaserbündeln oder einem oder mehreren Bündeln aus Kunststofffasern.

Besonders bevorzugt werden Faserstäbe aus einem Glas verwendet, welche eine NA von etwa 0,5 aufweisen. Mit dieser numerische Apertur sind Akzeptanzwinkel von etwa 30° möglich, d. h. der Schwenk/Kipp-Winkel kann maximal etwa 30° betragen, ohne dass die Lichtausbeute in unakzeptablen Maß sinkt.

Die Faserstäbe bestehen bekanntermaßen aus mehreren Lichtleitfasern aus einem Kernglas, von denen jede einzelne aus einem Mantel aus Glas umgeben ist, welches in der Regel einen kleineren Brechungsindex als das Kernglas aufweist.

Ebenfalls sind Faserstäbe verwendbar, welche aus einer Mehrzahl von Lichtleitfasern aus einem Kernglas gebildet werden, die nicht einzeln von einem Mantel umhüllt sind, sondern bei welchen der Mantel den gesamten Faserstab umhüllt. Auch Mischformen dieser beiden beschriebenen Ausführungsformen können bevorzugt eingesetzt werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden in der erfindungsgemäßen Beleuchtungsvorrichtung Faserstäbe als Lichtleitelement verwendet, welche ein NA von etwa 1 aufweisen. Diese wird durch die Verwendung besonderer Glassorten in dem Faserstab erreicht und ermöglicht Akzeptanzwinkel von etwa 90°, welche Schwenk/Kipp-Winkel von bis zu beinahe 90° ermöglicht.

Besonders bevorzugt werden Faserstäbe mit Lichtleitfasern mit den Kern jeweils umhüllenden Mantelgläsern eingesetzt, wobei der Faserstab zusätzlich einen den Stab mit seinen seitlichen Flächen umhüllenden Mantel aufweist. Dieser äußere Mantel kann farblos sein, für bestimmte Anwendungen aber auch gefärbt. Bei Verwendung des farblosen äußeren Mantels kann dieser die Lichtausbeute zusätzlich erhöhen, da dieser dafür sorgt, dass zusätzlich aus den Lichtleitfasern vagabundierendes Licht zum Beleuchtungsort geleitet werden kann. Diese Mantelleitung kann vorteilhaft zu einer Erhöhung des Akzeptanzwinkel für Lichtleitelemente beitragen, vorzugsweise bei Lichtleitelementen deren NA ungleich 1 ist.

Wird anstatt eines Faserstabes ein aus einem Teil bestehendes Lichtleitelement verwendet, beispielsweise ein massiver Glasstab, kann dieser zur Homogenisierung des von der Lichtquelle stammenden Lichtprofils beitragen, da insbesondere auch durch Mehrfachreflexion an den Wänden des Lichtleitelements eine Mischung des Lichts stattfinden kann.

Anstatt gerader Lichtleitelemente können bevorzugt auch abgewinkelte Lichtleitelemente verwendet werden. Dabei weist das Lichtleitelement (20) mindestens einen Biegebereich (27) auf, derart, dass das Lichtleitelement (20) einen Schenkel (21) mit einer Lichtleitachse (22) und einer Lichteinkoppelfläche (23), die senkrecht zur Lichtleitachse (22) angeordnet ist, sowie einen weiteren Schenkel (24) mit einer Lichtleitachse (25) und einer Lichtauskoppelfläche (26) aufweist, wobei die Lichtleitachse (22) und Lichtleitachse (25) einen Biege- oder Verkippwinkel relativ zueinander bilden, welcher zwischen 0° und 90° liegt, bevorzugt zwischen 20° und 70°. Hierdurch wird eine flexible Ausleuchtung von beispielsweise Ablagetischen, Arbeitsflächen ermöglicht und der Beleuchtungskegel (29) kann individuell an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden.

Auch Kombinationen von flexiblen und starren Elementen sind als Lichtleitelement bzw. Lichtleitelemente möglich.

Durch die Verkippung des Lichtleitelements kann es zu Reflexionen des von der Lichtquelle emittierten Lichts an der Lichteintrittsfläche kommen. Das reflektierte Licht geht für die Beleuchtung verloren und kann so die Lichtausbeute der Beleuchtungsvorrichtung senken. Daher ist die Lichteintrittsfläche des Lichtleitelements bevorzugt poliert und/oder entspiegelt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse, in welchem das Lichtleitelement und die Lichtquelle montiert werden, und/oder zumindest ein Teil des Gehäuses zwischen Lichtquelle und Lichteintrittsfläche des Lichtleitelements, verspiegelt. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse der Beleuchtungsvorrichtung im Freistrahlbereich verspiegelt.

Das Lichtleitelement (20) weist bevorzugt eine Lichtauskoppelfläche (26) auf, die gegenüber der Lichtleitachse (22) des Lichtleitelementes (20) bzw. gegenüber der Lichtleitachse (25) des einen Schenkels (24) des Lichtleitelementes einen Winkel von ungleich 90° bildet, wodurch eine Schräge der Abstrahlrichtung des Beleuchtungskegels ermöglicht wird.

Andere Winkel der Lichtauskoppelfläche sind natürlich ebenfalls möglich. Sämtliche Winkel zwischen 10° und 110° sind bei der Verwendung von faseroptischen Bauteilen vorteilhaft realisierbar. Der Durchmesser eines faseroptischen Lichtleitelements beträgt besonders bevorzugt zwischen 5 und 8 mm. Größere Durchmesser sind je nach Anwendung ebenfalls möglich, sofern für den entsprechenden Anwendungszweck weniger Ansprüche an die Kompaktheit gestellt werden. Für entsprechende Anwendungen sind selbstverständlich auch kleinere Durchmesser realisierbar.

Besonders bevorzugt werden als Lichtquelle (10) eine oder eine Mehrzahl von Weißlicht-LEDs verwendet.

Die Lichtauskoppelfläche (26) ist bevorzugt poliert oder leicht mattiert, wobei eine mattierte Oberfläche für gleichmäßigere Ausleuchtung und eine polierte Oberfläche für Spotbeleuchtung vorteilhafter ist.

Die Lichteinkoppelfläche (23) kann plan, konvex oder konkav ausgeführt sein, wobei wenn die Oberfläche poliert und bevorzugt entspiegelt ist eine geringere Winkelabhängigkeit hinsichtlich der Lichteinkopplung, insbesondere bei konkaver Geometrie, besteht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat das Lichtelement seitenemittierende Eigenschaften. Dies bedeutet, es kann Licht an seinen Seitenwänden auskoppeln. Dies kann unter anderem dadurch erreicht werden, dass die äußere Wandung des Lichtleitelements aufgeraut und/oder mit Streuzentren versehen werden kann, so dass Licht im wesentlichen senkrecht zur Lichtleitachse ausgekoppelt werden kann.

Die Lichtquelle (10) weist bevorzugt ein Fokussierelement (12) auf, mit dem deren Lichtstrahlen auf eine Fokusfläche (14) fokussierbar sind. Bevorzugt liegt die Fokusfläche (14) in der Lichteinkoppelfläche (23) des Lichtleitelementes (20) oder falls die Lichteinkoppelfläche des Lichtleitelementes konvex oder konkav geformt ist in einem reellen oder virtuellen, durch die Lichteinkoppelfläche relativ zur Lichtleitachse definierten Brennpunkt. Hierdurch kann eine sehr effektive Lichteinkopplung verwirklicht werden.

Die Platine (15) der Lichtquelle weist besonders bevorzugt eine Ansteuerungselektronik (16) für die Leuchtdiode (11) auf, die beispielsweise den Strom konstant hält, wodurch bei kompakter Bauweise, zugleich ein Überlastschutz der Leuchtdiode und dauerhaft gleichmäßige Helligkeit bereitgestellt ist.

Zusätzlich kann auf der Platine (15) noch eine Elektronik vorgesehen sein, mit der sich die Lichtquelle (10) stufenlos oder in Stufen dimmen lässt, wodurch die Leistungsaufnahme beispielsweise im Ruhezustand reduziert werden kann, ferner lässt sich die Beleuchtungsstärke an die Wünsche des Benutzers anpassen.

Die Platine (15) weist bevorzugt auch einen Schalter (17), beispielsweise in Form eines Mikroschalters auf, mit dem die Lichtquelle (10) ein-/ausschaltbar und/oder in einer oder mehreren Stufen dimmbar ist.

In Verbindung mit dreifarbigen RGB-LEDs ist auch ein Farbwechsel realisierbar.

Bei der Verwendung von Weißlicht-LEDs ist es bekannt, dass die LEDs aufgrund ihrer Herstellung ebenfalls eine mehr oder minder stark voneinander abweichende Farbtemperatur besitzen. Daher werden entweder elektronische Schaltungen verwendet, um eine bestimmte Farbtemperatur zu erreichen, oder LEDs aus einem sogenannten Bin ausgewählt, welche dann eine recht ähnliche Farbtemperatur aufweisen. Durch die geeignete Wahl von Materialien (z. B. Gläsern) des Lichtleitelements, die entsprechende spektrale Transmissionsprofile besitzen, ist eine Anpassung der Farbtemperatur der LEDs möglich. Das Glas wirkt dabei gezielt als Farbfilter. Wird beispielsweise ein Glasstab mit das Strahlprofil homogenisierenden Eigenschaften als Lichtleitelement eingesetzt, der in Transmission eine, Warmtönung des durchgeleiteten Lichts bewirkt, kann ein Cluster von Weißlicht-LEDs als Lichtquelle verwendet werden, das üblicherweise eher eine zu kalte Farbtemperatur aufweist, und am Beleuchtungsort wird dennoch eine neutrale Farbtemperatur erreicht.

Die Wärmesenke (40) kann Teil einer Gehäusebefestigung für die Beleuchtungseinrichtung (1) sein. Wird die Beleuchtungsvorrichtung beispielsweise in einen Sitz integriert, kann ein wärmeleitfähiger Rahmen des Sitzes, der üblicherweise sowieso vorhanden ist, als passive Wärmesenke dienen und somit eine aktive Kühlung der Lichtquellen oder groß bauende passive Kühlkörper überflüssig machen, wobei als passive Kühlung eine Kühlung verstanden wird, welche keine Ventilatoren oder Peltier-Elemente oder andere Energie verbrauchende Elemente benötigt. Dies trägt zur Kompaktheit und zur Geräuscharmut der Beleuchtungsvorrichtung bei.

Das Lichtleitelement (20) der Beleuchtungseinrichtung (1) weist bevorzugt im ausgeschalteten Zustand der Lichtquelle (10) eine Ruheposition und im eingeschalteten Zustand eine Arbeitsposition auf, die entlang der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) verschoben ist, wodurch die Integration in einem Push-Push-Gehäuse vorteilhaft möglich ist.

Das Verhältnis der Oberfläche der Lichteinkoppelfläche (23) zur Oberfläche der Lichtauskoppelfläche (26) des Lichtleitelementes (20) kann ungleich 1 sein, wodurch eine Anpassung der numerischen Apertur des Lichtleitelementes (20) an die Abstrahlcharakteristik der Lichtquelle (10) ermöglicht wird.

Die Lichtauskoppelfläche (26) kann eine beliebige Kontur besitzen, wobei die Lichteinkoppelfläche (23) vorzugsweise kreisrund ausgebildet ist.

Folgende Verwendungen sind unter anderem mit der Beleuchtungsvorrichtung vorteilhaft möglich:

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) als Sitzbeleuchtung, als Leselicht für Flugzeugsitze, für Sitze in Schienenfahrzeugen und/oder in Kraftfahrzeugen, insbesondere in PKWs oder Reisebussen, wobei die kompakte Bauform und hohe Funktionalität besonders attraktiv ist.

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) als Arbeitsleuchte, die in Decken oder Wänden integrierbar ist.

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) in Möbeln, insbesondere in Küchenmöbeln.

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) als Objektbeleuchtung in Vitrinen.

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) als blendfreie, ggf. versenkbare Instrumenten-Beleuchtung in PKWs (z. B. im Bereich Cockpit, Mittelkonsole, Dachkonsole; als Kartenleselampe).

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung (1) als integrierte Mikroskopbeleuchtung, wobei das Mikroskopstativ als Wärmesenke (40) verwendbar ist.

Für diesen Anwendungszweck kommt insbesondere der Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung zum tragen, dass diese ausgesprochen kompakt ausgeführt werden kann. Dadurch sind insbesondere Effektbeleuchtungen an Stellen möglich, die zuvor nicht mit entsprechenden Beleuchtungseffekten bedacht werden konnten. Da der Innenausbau mittlerweile ein gewichtiges Verkaufsargument insbesondere für Flugzeuge darstellt, weist die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung auch erhebliche wirtschaftliche Vorteile gegenüber bisher bekannten Beleuchtungsvorrichtungen auf.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen detaillierter und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Hierbei zeigen

1 die lediglich schematisch dargestellte Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung,

2 die seitliche Ansicht der in 1 gezeigten erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen

Bei einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform, welche in den 1 und 2 um der Klarheit willen lediglich schematisch dargestellt ist, umfaßt die Beleuchtungsvorrichtung eine Lichtquelle (10) und ein um einen Schwenk-Kipp-Punkt (28) verschwenkbares und/oder verkippbares Lichtleitelement (20), das zumindest eine Lichtleitachse (22) und zumindest eine Lichteinkoppelfläche (23) sowie eine Lichtauskoppelfläche (26) aufweist.

Als Lichtleitachse wird diejenige Achse oder Richtung des Lichtleitelementes (20) verstanden, entlang welcher die Hauptausbreitungsrichtung des geleiteten Lichtes verläuft und welche in der Regel der Symmetrieachse des Lichtleitelementes (20) entspricht.

Das Lichtleitelement (20) ist, vorzugsweise axial verschiebbar, so angeordnet, dass zwischen der Lichtquelle (10) und der Lichteinkoppelfläche (23) ein Freistrahlbereich (9) bestehen kann.

Der Schwenk-Kipp-Punkt (28) des schwenk-kippbar gelagerten Lichtleitelementes (20) liegt im Schnittpunkt der Lichtleitachse (22) und der Lichteinkoppelfläche (23).

Ferner ist das Lichtleitelement (20) zusätzlich zu dessen Schwenk-Kippbarkeit um dessen Lichtleitachse (22) drehbar gelagert.

Der Schwenk-Kipp-Winkel beträgt bei dieser bevorzugten Ausführungsform weniger als 40°, vorzugsweise weniger als 30°.

Bei der hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der Beleuchtungsvorrichtung ist das Lichtleitelement (20) gegenüber der Lichtquelle (10) zusätzlich zu dessen Schwenk- und Kippbarkeit axial verschiebbar, bevorzugt zu dessen Lichtleitachse parallel verschiebbar gelagert.

Bevorzugt ist die Lichtleitachse (22) des Lichtleitelementes (20) in weiterer Ausgestaltung relativ zu der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) koaxial angeordnet, dies bedeutet, dass der seitliche Versatz zwischen der Lichtausbreitungsrichtung des von der Lichtquelle stammenden Lichts mit der im wesentlichen höchsten Lichtintensität und der Lichtleitachse möglichst gering ist.

Das Lichtleitelement (20) besteht bevorzugt aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glas, vorzugsweise aus einem hochtransparenten Borosilikatglas und besteht besonders bevorzugt aus DURAN®.

In alternativer Ausgestaltung ist das Lichtleitelement (20) starr und aus mehreren Fasern aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glasfasern aufgebaut. Hierbei kann das Lichtleitelement (20) durch starr miteinander verbundene oder flexibel gehaltene optische Fasern aufgebaut sein.

In nochmals weiterer alternativer Ausgestaltung ist das Lichtleitelement (20) starr und als innenverspiegelter Hohlkörper ausgebildet, beispielsweise als säulenförmiger Hohlkörper mit rundem, elliptischem oder mehreckigem Querschnitt.

Das Lichtleitelement (20) kann entweder gerade verlaufend ausgebildet oder alternativ mit mindestens einem Knick- oder Biegebereich (27) versehen sein, wobei das Lichtleitelement (20) dann einen Schenkel (21) mit einer Lichtleitachse (22) und einer Lichteinkoppelfläche (23) beinhaltet, die senkrecht oder schräg zur Lichtleitachse (22) angeordnet ist, sowie einen weiteren Schenkel (24) mit einer Lichtleitachse (25) und einer Lichtauskoppelfläche (26) aufweist, bei welchem die Lichtleitachse (22) und Lichtleitachse (25) einen Winkel von größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich 90° bilden.

In weiterer Ausgestaltung kann das Lichtleitelement (20) aus einer Kombination aus flexiblen optischen Fasern und starren Elementen bestehen.

Die Lichtauskoppelfläche (26) kann poliert oder leicht mattiert ausgeführt sein und eine plane, konvexe oder konkave Form aufweisen.

Die Oberfläche der Lichteinkoppelfläche (23) ist bevorzugt poliert und mit einer Antireflexionsschicht versehen.

In weiterer Ausgestaltung kann das Lichtleitelement (20) seitenemittierende Eigenschaften aufweisen, um hierdurch eine angemessene Umfeldbeleuchtung bereitzustellen.

Die Lichtquelle (10), welche bevorzugt eine Weißlicht-LED ist oder eine Kombination aus roten, blauen und grünen LED's umfaßt, kann ein Fokussierelement (12) aufweisen, mit dem die Lichtstrahlen fokussierbar sind.

Bevorzugt sind die Lichtstrahlen auf eine Fokusfläche (14) fokussierbar, die in der Lichteinkoppelfläche (23) des Lichtleitelementes (20) angeordnet ist oder falls die Lichteinkoppelfläche des Lichtleitelementes konvex oder konkav geformt ist, in einen reellen oder virtuellen, durch die Lichteinkoppelfläche relativ zur Lichtleitachse definierten Brennpunkt.

Als reeller oder virtueller Brennpunkt wird dabei derjenige Ort verstanden, aus welchem kommend sich Lichtstrahlen im wesentlichen parallel zur Lichtleitachse des Lichtleitelementes weiter ausbreiten. Als im wesentlichen parallel werden Abweichungen von der tatsächlichen Richtung der Lichtleitachse von bis zu 20°, bevorzugt bis zu 10° und am bevorzugtesten von bis zu 5° angesehen.

Durch den spektralen Verlauf der Absorption des Materials des Lichtleitelements (20) wird ferner eine gezielte Einstellung der Farbtemperatur des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Lichts bewirkt.

Vorzugsweise ist die Weißlicht-LED an einer Platine (15) angeordnet, welche eine Ansteuerungselektronik (16) für die Leuchtdiode (11) aufweist, die bevorzugt den Strom konstant hält.

In alternativer Ausgestaltung ist die Ansteuerungselektronik (16) so ausgebildet, dass mit dieser die Weißlicht-LED oder die LED's stufenlos oder in Stufen dimmbar sind.

Hierzu kann in weiterer Ausgestaltung die Platine (15) einen Schalter (17) aufweist, mit dem die Lichtquelle (10) ein-/ausschaltbar und/oder in ein oder mehreren Stufen dimmbar ist.

Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Wärmesenke (40), die Teil zumindest einer Gehäusebefestigung für die Beleuchtungsvorrichtung ist.

Mit der thermischen Ankopplung (18) an die feststehende Wärmesenke (40) kann gewährleistet werden, dass beispielsweise LED's mit vergleichsweise hoher Lichtausbeute verwendet werden können. Eine aktive Kühlung der Lichtquelle (10) sowie der Ansteuerelektronik (16) ist daher bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform nimmt das Lichtleitelement (20) der Beleuchtungseinrichtung (1) im ausgeschalteten Zustand der Lichtquelle (10) eine Ruheposition ein und im eingeschalteten Zustand eine Arbeitsposition ein, die entlang der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) relativ zueinander axial versetzt sind.

Das Verhältnis der Oberfläche den Lichteinkoppelfläche (23) zur Oberfläche der Lichtauskoppelfläche (26) des Lichtleitelementes (20) ist bevorzugt ungleich 1, insbesondere um die numerische Apertur von Fasern des Lichtleitelements (20) an die Abstrahlcharacteristik des Lichtleitelements anzupassen.

Die Lichtauskoppelfläche (26) eine Vielzahl von verschiedenen Konturen besitzen wohingegen die Lichteinkoppelfläche (23) kreisrund ausgebildet ist.

Die vorstehend beschriebene Beleuchtungseinrichtung ist vorteilhaft als Sitzbeleuchtung und/oder Leselicht für Flugzeugsitze und/oder für Sitze in Schienenfahrzeugen und/oder in Kraftfahrzeugen verwendbar.

Auch die Verwendung als Arbeitsleuchte, die in Decken oder Wänden integrierbar ist, bringt aufgrund der kompakten Bauform wesentliche Vorteile. Gleiches gilt für die Verwendung der Beleuchtungseinrichtung in Möbeln, insbesondere in Küchenmöbeln oder auch als Objektbeleuchtung in Vitrinen.

Vorteilhaft ist ferner auch die Verwendung der Beleuchtungseinrichtung als blendfreie, ggf. versenkbare Instrumenten-Beleuchtung in PKWs, insbesondere auch als Effektbeleuchtung vor allem für Flugzeuge.

Verwendung der Beleuchtungseinrichtung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche als integrierte Mikroskopbeleuchtung.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungsvorrichtung weist insbesondere den Vorteil auf, dass sie kompakt bauend ist und es trotzdem ermöglicht, effizient Licht über ein schwenk- und/oder kippbares Lichtleitelement, das noch dazu in Richtung der Lichtquelle verschiebbar ist, an den Ort zu leiten, der beleuchtet werden soll.

Durch die Schwenk-/Kipplagerung des Lichtleitelementes (20) kann ein hohes Maß an Flexibilität hinsichtlich der Ausleuchtung von Objekten erreicht werden. Insgesamt ist mit dieser Anordnung ein besonders kompakter Aufbau möglich, der insbesondere einen Platz sparenden Einbau ermöglicht.

Da die mindestens eine Leuchtdiode auf einer Platine befestigt ist, welche vorzugsweise mittels einer thermischen Ankopplung fest mit einer feststehenden Wärmesenke verbunden ist, kann selbst bei hoher Lichtleistung auf eine aktive, Energie benötigende Kühleinrichtung verzichtet werden.

Bezugszeichenliste

1
Beleuchtungsvorrichtung
9
Freistrahlbereich
10
Lichtquelle
11
Leuchtdiode
12
Fokussierelement
13
Strahlachse
14
Fokusfläche
15
Platine
16
Ansteuerungselektronik
17
Schalter
18
Thermische Ankopplung
20
Lichtleitelement
21
Schenkel
22
Lichtleitachse
23
Lichteinkoppelfläche
24
Schenkel
25
Lichtleitachse
26
Lichtauskoppelfläche
27
Biegebereich
28
Schwenk-Kipp-Punkt
29
Beleuchtungskegel
30
Objekt
40
Wärmesenke


Anspruch[de]
Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle (10) und einem um einen Schwenk-Kipp-Punkt (28) verschwenkbaren und/oder verkippbaren Lichtleitelement (20), das zumindest eine Lichtleitachse (22) und zumindest eine Lichteinkoppelfläche (23) sowie eine Lichtauskoppelfläche (26) aufweist, wobei das Lichtleitelement (20) axial verschiebbar so angeordnet ist, dass die Beleuchtungsvorrichtung einfahrbar ausgebildet ist, wobei zwischen der Lichtquelle (10) und der Lichteinkoppelfläche (23) ein Freistrahlbereich (9) bestehen kann. Als Sitzbeleuchtung und/oder Leselicht für Flugzeug-, Schienenfahrzeug- oder Kraftfahrzeugsitze ausgebildete,

als in Decken oder Wänden integrierbare Arbeitsleuchte ausgebildete,

als in Möbeln, insbesondere in Küchenmöbeln, integrierbar ausgebildete,

als Objektbeleuchtung in Vitrinen ausgebildete,

als blendfreie, insbesondere versenkbare Instrumenten-Beleuchtung in PKWs ausgebildete,

als integrierte Mikroskopbeleuchtung ausgebildete,

oder als Effektbeleuchtung für Flugzeuge ausgebildete

einfahrbare Beleuchtungsvorrichtung,

mit einer Lichtquelle (10) und einem um einen Schwenk-Kipp-Punkt (28) verschwenkbaren und/oder verkippbaren Lichtleitelement (20), das zumindest eine Lichtleitachse (22) und zumindest eine Lichteinkoppelfläche (23) sowie eine Lichtauskoppelfläche (26) aufweist, wobei das Lichtleitelement (20) so angeordnet ist, dass zwischen der Lichtquelle (10) und der Lichteinkoppelfläche (23) ein Freistrahlbereich (9) bestehen kann.
Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Schwenk-Kipp-Punkt (28) im Schnittpunkt der Lichtleitachse (22) und der Lichteinkoppelfläche (23) liegt. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) um die Lichtleitachse (22) drehbar gelagert ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schwenk-Kipp-Winkel weniger als 40°, vorzugsweise weniger als 30° beträgt. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) gegenüber der Lichtquelle (10) axial verschiebbar gelagert ist. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Lichtleitachse (22) des Lichtleitelementes (20) relativ zu der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) koaxial angeordnet ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glas besteht. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Lichtleitelement aus einem hochtransparenten Borosilikatglas besteht. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) starr und aus mehreren Fasern aus einem transparenten Kunststoff oder aus Glasfasern aufgebaut ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) gerade ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) durch flexible optische Fasern gebildet wird. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Lichtleitelement (20) mindestens einen Biegebereich (27) aufweist, welcher derart ausgestaltet ist, dass das Lichtleitelement (20) einen Schenkel (21) mit einer Lichtleitachse (22) und einer Lichteinkoppelfläche (23) beinhaltet, die senkrecht zur Lichtleitachse (22) angeordnet ist, sowie einen weiteren Schenkel (24) mit einer weiteren Lichtleitachse (25) und einer weiteren Lichtauskoppelfläche (26) aufweist, wobei die Lichtleitachse (22) und die weitere Lichtleitachse (25) einen Winkel von größer oder gleich 0° und kleiner oder gleich 90° bilden. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 13, wobei das Lichtleitelement (20) aus einer Kombination aus flexiblen optischen Fasern und starren Elementen gebildet wird. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtauskoppelfläche (26) poliert oder leicht mattiert ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichteinkoppelfläche (23) plan, konvex oder konkav ausgeführt ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche der Lichteinkoppelfläche (23) poliert und/oder mit einer Antireflexionsschicht versehen ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) seitenemittierende Eigenschaften aufweist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (10) ein Fokussierelement (12) aufweist, mit dem die Lichtstrahlen auf eine Fokusfläche (14) fokussierbar sind, die der Lichteinkoppelfläche (23) des Lichtleitelementes (20) entspricht. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei durch den spektralen Verlauf der Absorption des Materials des Lichtleitelements (20) eine gezielte Einstellung der Farbtemperatur des von der Beleuchtungsvorrichtung emittierten Lichts bewirkt ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Lichtquelle (10) mindestens eine Weißlicht-LED verwendet wird. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei eine Platine (15) der Lichtquelle eine Ansteuerungselektronik (16) für die Leuchtdiode (11) aufweist, die den Strom konstant hält. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Platine (15) eine Schaltung aufweist, mit der die Lichtquelle (10) stufenlos oder in Stufen dimmbar ist. Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei die Platine (15) einen Schalter (17) aufweist, mit dem die Lichtquelle (10) ein-/ausschaltbar und/oder in ein oder mehreren Stufen dimmbar ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Wärmesenke (40), die Teil einer Gehäusebefestigung für die Beleuchtungsvorrichtung ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Lichtleitelement (20) der Beleuchtungseinrichtung (1) im ausgeschalteten Zustand der Lichtquelle (10) eine Ruheposition und im eingeschalteten Zustand eine Arbeitsposition aufweist, die entlang der Strahlachse (13) der Lichtquelle (10) verschoben ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verhältnis der Fläche der Lichteinkoppelfläche (23) zur Fläche der Lichtauskoppelfläche (26) des Lichtleitelementes (20) ungleich 1 ist. Beleuchtungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Lichtauskoppelfläche (26) eine beliebige Kontur besitzt, wobei die Lichteinkoppelfläche (23) kreisrund ausgebildet ist.






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