DE20204219U1

DE20204219U1 - Variable illumination device has LEDs on surface that can be at least partly curved concavely at least in one dimension by mechanical effect of arrangement provided to curve surface

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Publication number: DE20204219U1
Application number: DE20204219U
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Priority date: 2002-03-16
Filing date: 2002-03-16
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2012-03-17

Abstract

The device has a number of light emitting diodes (1) as a light source arranged next to each other on a surface (3) to illuminate an object opposite the surface. At least part of the surface can be curved concavely at least in one dimension by a mechanical effect of an arrangement provided to curve the surface. The surface is essentially round with at least one radial cut in the initial state.

Description

Variable BeleuchtungseinrichtungVariable lighting system

Die Erfindung betrifft eine variable Beleuchtungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a variable lighting device according to the preamble of claim 1.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 297 07 694 ist eine Hintergrundleuchte mit an einer Gehäuseöffhung eines Gehäuses angeordneten Diffusorscheibe und einer im Gehäuse angeordneten, parallel und im Abstand hierzu verlaufenden Leiterplatte bekannt, wobei auf dieser Leiterplatte lichtemittierende Dioden flächig angeordnet sind. Diese lichtemittierenden Dioden durchstrahlen die Diffusionsscheibe und dienen der Beleuchtung eines Objekts, beispielsweise zu Foto-, Film- oder anderen optischen Auswertezwecken.From the German utility model 297 07 694, a background light is known with a diffuser disk arranged at a housing opening and a circuit board arranged in the housing, running parallel to and at a distance from it, with light-emitting diodes arranged flatly on this circuit board. These light-emitting diodes shine through the diffusion disk and are used to illuminate an object, for example for photo, film or other optical evaluation purposes.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 88 02 740 zeigt einen Kameraträger mit einer Ausleuchtvorrichtung, wobei das Objektiv der Kamera von einer Vielzahl, das Objekt beleuchtender lichtemittierender Dioden umgeben ist. Auch diese lichtemmitierenden Dioden sind in einer ebenen Fläche um das Objektiv der Kamera angeordnet. Die DE 196 51 140 zeigt eine Leuchte mit geringem Stromverbrauch unter Verwendung lichtemittierender Dioden, die ebenfalls in einer ebenen Fläche angeordnet sind. Die DE 40 11 842 zeigt eine Beleuchtungseinrichtung für Objekte, die von einer Kamera aufgenommen werden, welche ein Leuchtdioden-Array aufweist, dessen Dioden selektiv von der Steuereinheit mit wenigstens einem Impuls variabler Breite während jeder Bildperiode beaufschlagt werden. Auch bei dieser Beleuchtungseinrichtung sind die lichtemittierenden Dioden in einer ebenen Fläche angeordnet. Die DE 36 22 025 beschreibt eine Infrarotleuchte, wobei die Infrarotstrahlung durch lichtemittierende Dioden erzeugt wird, welche ebenfalls in einer ebenen Fläche angeordnet sind. Schließlich zeigt die DE 29 09 061 eine Anordnung zum Prüfen von bewegten Gegenständen mittels einer Fernsehkamera, welche eine Blitzeinrichtung unter Verwendung von Lumineszenzdioden aufweist; auch hier sind die Lumineszenzdioden in einer ebenen Fläche angeordnet.German utility model G 88 02 740 shows a camera carrier with an illumination device, the lens of the camera being surrounded by a plurality of light-emitting diodes that illuminate the object. These light-emitting diodes are also arranged in a flat surface around the lens of the camera. DE 196 51 140 shows a lamp with low power consumption using light-emitting diodes that are also arranged in a flat surface. DE 40 11 842 shows an illumination device for objects that are recorded by a camera, which has a light-emitting diode array, the diodes of which are selectively supplied by the control unit with at least one pulse of variable width during each image period. In this illumination device, the light-emitting diodes are also arranged in a flat surface. DE 36 22 025 describes an infrared lamp, the infrared radiation being generated by light-emitting diodes, which are also arranged in a flat surface. Finally, DE 29 09 061 shows an arrangement for testing moving objects using a television camera, which has a flash device using luminescent diodes; here too, the luminescent diodes are arranged in a flat surface.

Nachteilig sind die genannten Beleuchtungseinrichtungen bei der Beleuchtung gekrümmter Oberflächen, beispielsweise bei der Qualitätssicherung von rohrförmigen oder schlauchförmigen Gegenständen. Hier müssen mehrere Beleuchtungseinrichtungen in geeigneter Weise um das zu beleuchtende Objekt angeordnet werden und selbst dann ist die erzeugte Beleuchtung inhomogen und weist ein hartes, reflexreiches Licht auf.The above-mentioned lighting devices are disadvantageous when illuminating curved surfaces, for example when quality assurance is carried out on tubular or hose-shaped objects. In this case, several lighting devices must be arranged in a suitable manner around the object to be illuminated and even then the lighting produced is inhomogeneous and has a hard, reflective light.

Es ist ebenfalls bekannt, über geeignete Reflexions- oder Diffusortechniken gleichmäßige Ausleuchtungen über einen großen Raumwinkel zu erzielen, beispielsweise über das Prinzip der Ulbrichtkugel. Diese Techniken sind jedoch vergleichsweise aufwendig und erfordern eine sehr exakte optische Justierung.It is also known to achieve uniform illumination over a large solid angle using suitable reflection or diffuser techniques, for example using the principle of the integrating sphere. However, these techniques are comparatively complex and require very precise optical adjustment.

Schließlich beschreibt das deutsche Gebrauchsmuster 201 10 289 eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl lichtemitierender Dioden als Leuchtmittel, welche flächig nebeneinander angeordnet sind, zur Beleuchtung eines dieser Fläche gegenüber liegenden Objekts, wobei diese Fläche wenigstens über einen Teilbereich konkav gekrümmt ausgebildet ist. Diese Krümmung ist jedoch konstant und nur eindimensional (also tunnelförmig), so daß weder eine Anpassung an verschiedene Leuchtcharakteristika der verwendeten lichtemittierenden Dioden noch eine Anpassung an das Objekt stattfinden kann. Dies ist einerseits problematisch, da das Polardiagramm, also die Leuchtdichteverteilung von Leuchtdioden, teilweise sehr kompliziert ist, so daß zur Erzielung einer gleichmäßigen Beleuchtung eine Anpassung der Abstrahlwinkel der lichtemittierenden Dioden im Verhältnis zueinander und zu dem Objekt erforderlich wäre. Zum zweiten läßt sich gerade ein punktförmiges Objekt mit einer derartigen Tunnelanordnung nur ungünstig allseitig beleuchten.Finally, German utility model 201 10 289 describes a lighting device with a large number of light-emitting diodes as lighting means, which are arranged flatly next to one another, for illuminating an object lying opposite this surface, this surface being concavely curved over at least a partial area. However, this curvature is constant and only one-dimensional (i.e. tunnel-shaped), so that neither adaptation to different lighting characteristics of the light-emitting diodes used nor adaptation to the object can take place. On the one hand, this is problematic because the polar diagram, i.e. the luminance distribution of light-emitting diodes, is sometimes very complicated, so that in order to achieve uniform lighting, the beam angles of the light-emitting diodes in relation to one another and to the object would have to be adjusted. Secondly, a point-shaped object in particular can only be illuminated from all sides in an unfavorable way with such a tunnel arrangement.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Beleuchtungseinrichtung so weiterzubilden, daß sie besser an besondere Beleuchtungssituationen angepaßt werden kann.The task is therefore to further develop a lighting device so that it can be better adapted to special lighting situations.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved with the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher beschrieben, welche zeigen:An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawings, which show:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Figure 1 : a schematic representation of an inventive

Beleuchtungseinrichtung in mehreren Krürnmungsstellungen der die lichtemittierenden Dioden tragenden Fläche;Illumination device in several curvature positions of the surface carrying the light-emitting diodes;

Figur 2: eine Draufsicht auf die die lichtemittierenden Dioden tragenden Fläche aus Figur 1; Figure 2: a plan view of the surface carrying the light-emitting diodes from Figure 1;

Figur 3: eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Änderung der Krümmung der Fläche mit den lichtemittierenden Dioden; Figure 3: an embodiment of a device for changing the curvature of the surface with the light-emitting diodes;

Figur 4: die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform bei veränderter Krümmung der Fläche (nur halbseitige Darstellung); und Figure 4: the embodiment shown in Figure 3 with a modified curvature of the surface (only half-side view); and

Figur 5: eine alternative Ausführungsform der in Figur 2 dargestellten Fläche mit lichtemittierenden Dioden. Figure 5: an alternative embodiment of the area shown in Figure 2 with light emitting diodes.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Fläche 3, insbesondere einer flexiblen Leiterplatte, welche eine Vielzahl lichtemitierender Dioden 1 trägt, von denen in Figur 1 nur zwei dargestellt sind. Die flexible Leiterplatte ist in Figur 1 in drei verschiedenen, möglichen Krümmungspositionen dargestellt, wobei die Flexibilität noch durch die beiden Doppelpfeile angedeutet wird. Eine Vorrichtung zur Erzielung dieser Krümmung ist in Figur 1 als Prinzipdarstellung nicht gezeigt. Ersichtlich ist jedoch, daß die flexible Leiterplatte in ihrer Mitte eine Öffnung 8 aufweist, welche beispielsweise das Objektiv 7 einer Kamera aufnehmen kann, die den beleuchteten (nicht dargestellten) Gegenstand bzw. das Objekt aufnimmt. Aus Figur 1 ist der schematisch dargestellte Lichtkegel der beiden lichtemitierendne Dioden ersichtlich, und zwar für jede der drei dargestellten Krümmungspositionen der Leiterplatte. In der ebenen Position der Fläche 3 zeigt der Beleuchtungskegel gerade nach unten, während in der nach oben gekrümmten Position nach außen und der nach unten gekrümmten Position der Fläche 3 nach innen zeigt, wobei sich hier die beiden Beleuchtungskegel der beiden dargestellten lichtemittierenden Dioden 1 gerade zu überlappen beginnen. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Beleuchtungskegel idealisierte Darstellungen sind und das Polardiagramm, also die flächige Lichtverteilung einer lichtemittierenden Diode, in Wirklichkeit wesentlich komplizierter ist.Figure 1 shows a schematic representation of a surface 3, in particular a flexible circuit board, which carries a plurality of light-emitting diodes 1, of which only two are shown in Figure 1. The flexible circuit board is shown in Figure 1 in three different possible curvature positions, the flexibility being indicated by the two double arrows. A device for achieving this curvature is not shown in Figure 1 as a basic representation. However, it is clear that the flexible circuit board has an opening 8 in its center, which can accommodate, for example, the lens 7 of a camera that records the illuminated (not shown) item or object. Figure 1 shows the schematically represented light cone of the two light-emitting diodes, for each of the three curvature positions of the circuit board shown. In the flat position of surface 3, the illumination cone points straight downwards, while in the upwardly curved position of surface 3 it points outwards and in the downwardly curved position of surface 3 it points inwards, whereby here the two illumination cones of the two light-emitting diodes 1 shown just begin to overlap. It should be noted that these illumination cones are idealized representations and the polar diagram, i.e. the planar light distribution of a light-emitting diode, is in reality much more complicated.

Die flexible Leiterplatte, welche die lichtemittierenden Dioden 1 trägt, ist in Figur 1 von oben dargestellt. In der dargestellten Ausführungsform weist diese eine Vielzahl lichtemitierender Dioden 1 auf, welche in drei konzentrischen Ringen angeordnet sind. Dargestellt ist ferner die zur Aufnahme des Objektives 7 vorgesehene Öffnung 8 in der Mitte der Fläche 3. Die FlächeThe flexible circuit board, which carries the light-emitting diodes 1, is shown from above in Figure 1. In the embodiment shown, it has a plurality of light-emitting diodes 1, which are arranged in three concentric rings. Also shown is the opening 8 in the middle of the surface 3, which is intended to accommodate the lens 7. The surface

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3 ist im wesentlichen Rund und weist an ihrem Rand eine Vielzahl radial verlaufender Einschnitte 2 auf, welche jeweils eine bestimmte Breite haben, hierdurch wird die Krümmung der Fläche 3 ermöglicht, wobei sich bei der Krümmung die Breite dieser radialen Einschnitte 2 verringert.3 is essentially round and has a plurality of radially extending incisions 2 on its edge, each of which has a certain width, thereby enabling the curvature of the surface 3, wherein the width of these radial incisions 2 decreases during the curvature.

Zur Verstellung der Krümmung der Fläche 3 sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, von denen lediglich eine beispielhaft in den Figuren 3 und 4 wiedergegeben ist. Der Innenbereich der Leiterplatte (Fläche 3) ist hierbei rings um seine Öffnung 8 mit einem Innenring 4 fest verbunden, beispielsweise verschraubt oder verklebt. Dieser Innenring 4 weist ein Außengewinde auf, auf welchem ein entsprechendes Innengewinde eines Außenrings 6 läuft, so daß der Außenring 6 gegenüber dem Innenring 4 über das Gewinde 5 verdrehbar ist. Der Außenring 6 kann wiederum auf die Rückseite der Leiterplatte (Fläche 3) drücken bzw. an dieser ziehen, wodurch im ersten Fall eine konkave und im zweiten Fall eine konvexe Krümmung der Fläche 3 erzielt wird. In Figur 3 ist bereits eine leicht konkave Krümmung der Fläche 3, also ein nach innen gerichteter Beleuchtungskegel der lichtemitierender Dioden 1, dargestellt. Figur 4 unterscheidet sich von Figur 3 einerseits durch die nur halbseitige Darstellung, vor allem jedoch durch die um einen Gewindegang verstellte Relativposition des Außenrings 6 gegenüber dem Innenring 4 und die hierdurch erzeugte stärkere Krümmung der Fläche 3, wodurch wiederum der Beleuchtungskegel der lichtemittierenden Diode 1 stärker nach innen gerichtet ist.There are various ways of adjusting the curvature of surface 3, only one of which is shown as an example in Figures 3 and 4. The inner area of the circuit board (surface 3) is firmly connected, for example screwed or glued, to an inner ring 4 around its opening 8. This inner ring 4 has an external thread on which a corresponding internal thread of an outer ring 6 runs, so that the outer ring 6 can be rotated relative to the inner ring 4 via the thread 5. The outer ring 6 can in turn press on or pull on the back of the circuit board (surface 3), whereby in the first case a concave and in the second case a convex curvature of surface 3 is achieved. Figure 3 already shows a slightly concave curvature of surface 3, i.e. an inward-directed illumination cone of the light-emitting diodes 1. Figure 4 differs from Figure 3 on the one hand by the fact that it is only shown on one side, but above all by the relative position of the outer ring 6 with respect to the inner ring 4, which is adjusted by one thread turn, and the resulting stronger curvature of the surface 3, which in turn causes the illumination cone of the light-emitting diode 1 to be directed more inwards.

In bevorzugten Ausführungsformen kann eine (nicht dargestellte) Difusor- oder Filterfolie zwischen den lichtemittierenden Dioden 1 und dem zu beleuchtenden Objekt angeordnet sein. Diese ist dann parallel zu der die lichtemittierenden Dioden 1 aufweisenden Fläche 3. Ferner können die lichtemittierenden Dioden 1 in verschiedene, getrennt schalt- und/oder regelbare Zonen unterteilt sein, wobei jede Zone mindestens eine lichtemitierende Diode 1 aufweisen muß. Die lichtemittierenden Dioden 1 können entweder im Dauer- oder im Blitzbetrieb betrieben werden. Die Fläche 3 kann auf ihrer die lichtemittierenden Dioden 1 tragenden Seite mit einer diffus reflektierenden Beschichtung versehen sein, um eine möglichst homogene Beleuchtung zu erzielen.In preferred embodiments, a diffuser or filter film (not shown) can be arranged between the light-emitting diodes 1 and the object to be illuminated. This is then parallel to the surface 3 having the light-emitting diodes 1. Furthermore, the light-emitting diodes 1 can be divided into different, separately switchable and/or controllable zones, whereby each zone must have at least one light-emitting diode 1. The light-emitting diodes 1 can be operated either in continuous or flash mode. The surface 3 can be provided with a diffusely reflecting coating on its side bearing the light-emitting diodes 1 in order to achieve the most homogeneous lighting possible.

Es sind verschiedene Ausgestaltungen der die Fläche 3 bildenden Leiterplatte denkbar. Neben der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform kann beispielsweise nur ein Ring von lichtemittierenden Dioden 1 verwendet werden, wie es in Figur 5 dargestellt ist. FernerVarious designs of the circuit board forming the surface 3 are conceivable. In addition to the embodiment shown in Figure 2, for example, only one ring of light-emitting diodes 1 can be used, as shown in Figure 5. Furthermore

können die lichtemittierenden Dioden auch in anderer Form organisiert bzw. angeordnet sein, z. B. streifen- oder gruppenförmig. Um eine Krümmung der Fläche 3 zu ermöglichen muß jedoch mindestens ein radialer Einschnitt 2 vorhanden sein, um wenigstens das Übereinandergleiten benachbarter Stücke der Fläche 3 während der zunehmenden Krümmung zu ermöglichen.the light-emitting diodes can also be organized or arranged in a different form, e.g. in strips or groups. In order to enable a curvature of the surface 3, however, at least one radial incision 2 must be present in order to at least enable adjacent pieces of the surface 3 to slide over one another during the increasing curvature.

Alternativ zu der unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung der Krümmung der Fläche kann diese Krümmung beispielsweise auch durch Schrauben erzeugt werden, welche in Gewinden laufen, die ortsfest zur Mitte der Fläche angeordnet sind und deren Enden auf die Rückseite der Fläche drücken. Dies hat gegenüber der oben beschriebenen Ausführungsform den Nachteil einer aufwendigeren Verstellung, da zur Erzielung einer gleichmäßigen Krümmung immer mehrere einzelne Schrauben betätigt werden müssen. Allerdings kann auf diese Weise eine noch genauere Anpassung der Beleuchtung, insbesondere unter Berücksichtigung der komplizierten Abstrahlcharakteristik der lichtemittierenden Dioden, vorgenommen werden. Auch eine Kombination der beiden Verstellvorrichtungen ist möglich. In diesem Fall könnten beispielsweise auf dem Außenring 6, der auf die Fläche 3 drückt zusätzlich Schrauben angeordnet sein, um eine lokale Verstärkung oder Abschwächung der Krümmung zu erzielen.As an alternative to the device for generating the curvature of the surface described with reference to Figures 3 and 4, this curvature can also be generated, for example, by screws that run in threads that are arranged in a fixed position in the middle of the surface and whose ends press against the back of the surface. Compared to the embodiment described above, this has the disadvantage of more complex adjustment, since several individual screws always have to be operated to achieve a uniform curvature. However, this allows an even more precise adjustment of the lighting, particularly taking into account the complicated radiation characteristics of the light-emitting diodes. A combination of the two adjustment devices is also possible. In this case, for example, additional screws could be arranged on the outer ring 6, which presses against the surface 3, in order to achieve a local strengthening or weakening of the curvature.

Ferner sind beliebige weitere Möglichkeiten zur Erzielung der Krümmung denkbar, beispielsweise unter Verwendung eines Innen- und Außenrings mit zwei schräg gestellten Schlitzen am Umfang des Außenrings, welche zwei Stifte im Innenring führen. Die Drehbewegung zwischen Innen- und Außenring wird dann - analog einem Gewinde - in Höhe und damit in Krümmung umgesetzt. Über zusätzliche Klemmschrauben kann auch eine definierte Position fixiert werden.Furthermore, any other possibilities for achieving the curvature are conceivable, for example using an inner and outer ring with two inclined slots on the circumference of the outer ring, which guide two pins in the inner ring. The rotational movement between the inner and outer ring is then converted - analogous to a thread - into height and thus into curvature. A defined position can also be fixed using additional clamping screws.

Besonders vorteilhaft bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist die optimale Anpaßbarkeit an das zu beleuchtende Objekt und an die Abstrahlcharakteristik der lichtemittierenden Dioden.A particular advantage of all embodiments of the invention is the optimal adaptability to the object to be illuminated and to the radiation characteristics of the light-emitting diodes.

Claims

1. Lighting device with a plurality of light-emitting diodes ( 1 ) as lighting means, which are arranged next to one another on a surface ( 3 ), for illuminating an object opposite this surface ( 3 ), characterized in that at least one partial area of the surface ( 3 ) is designed to be concavely curved at least one-dimensionally by mechanical influence and means for curving this at least one partial area are present.

2. Lighting device according to claim 1, characterized in that the surface ( 3 ) in the initial state is substantially round and has at least one radial incision ( 2 ).

3. Lighting device according to claim 2, characterized in that the surface ( 3 ) has a plurality of radial incisions ( 2 ) and each incision ( 2 ) has a width other than zero.

4. Lighting device according to claim 1, characterized in that the surface ( 3 ) is curved approximately hemispherically in cross section.

5. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the means for curving comprise an inner ring ( 4 ) connected to the center of the surface and an outer ring ( 6 ) running on this via a threaded connection ( 5 ), the outer ring ( 6 ) pressing on the back of the surface ( 3 ) when rotating on the thread ( 5 ).

6. Lighting device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the means for curving comprise screws which run in threads which are arranged in a fixed position relative to the center of the surface and whose ends press against the rear side of the surface.

7. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diodes ( 1 ) are arranged on a flexible, bendable circuit board forming the surface ( 3 ).

8. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized by a diffuser or filter film which is arranged between the light-emitting diodes ( 1 ) and the object to be illuminated and substantially parallel to the surface ( 3 ) having the light-emitting diodes ( 1 ).

9. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diodes ( 1 ) are divided into different, separately switchable and/or controllable zones, each zone having at least one light-emitting diode ( 1 ).

10. Lighting device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the surface ( 3 ) has at least one opening ( 8 ) for receiving the lens ( 7 ) of a camera.

11. Lighting device according to claim 10, characterized in that the opening ( 8 ) is arranged symmetrically with respect to the cross-section of the lighting device and/or its depth.

12. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting diodes ( 1 ) are operated in flash mode.

13. Lighting device according to one of the preceding claims, characterized in that the surface ( 3 ) carrying the light-emitting diodes ( 1 ) is provided with a diffusely reflecting coating.