專利名稱：發(fā)光體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光體，尤其涉及在醫(yī)療處理情況下用于治療區(qū)照明，如牙醫(yī)使用的，或者用于精密機加工的，例如鐘表匠使用的便攜式發(fā)光體。
背景技術：
這類發(fā)光體從現有技術中可以得知。尤其是例如在用戶頭上隨身攜帶的、用于上述的應用領域的小而輕的發(fā)光體。在醫(yī)療領域，這樣的發(fā)光體例如在手術時常常輔助手術燈使用。不僅在醫(yī)療領域，而且在精密機加工領域，從發(fā)光體輻射的光強度具有決定性的意義。
為了實現上述目的，迄今為止在現有技術中基本上采用兩類發(fā)光體。一方面，在現有技術中迄今為止采用借助玻璃纖維技術或者液體光導反射光的發(fā)光體。雖然這種發(fā)光體具有相當高的光強度，然而其缺點為，為了在玻璃纖維或者在液體光導體內產生和傳輸光，它需要一個昂貴的、大的、重的單元，這對于隨身攜帶來說太大和太重了。為此必需的電纜也常常是不方便的，因為它限制了移動性。
另一方面，眾所周知，基本上有必要在頭上借助一條皮帶保持該便攜式臺燈的發(fā)光體。這樣的燈按照經典方式裝備完全標準的白熾燈泡。當這樣的便攜式臺燈借助于電池供電，雖然它相當輕，并因此也是可便攜的，然而該形式的缺點是在用白熾燈泡實現這樣的燈時，80％能量轉變?yōu)闊?，而只?0％的能量轉變?yōu)楣狻Ｒ虼?，為了在醫(yī)療或精密機械感興趣的應用領域作為可便攜的發(fā)光體應用，在尚且合理的電池大小情況下，這樣的解決方案常常光線太弱。因為通過總功率上升來提高發(fā)光功率的嘗試在這樣傳統的燈上是徒勞的，因為這時燈太熱，以致通過這樣的燈會使得工作區(qū)域經受太強的、在醫(yī)療領域不合理的——熱效果。
在此還需要提及的是，現有技術中也研究了通過應用鹵素燈達到發(fā)光強度所希望的最大值。然而對于在本文開始指出的應用領域中的治療領域的應用，這類燈仍然太熱。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務是提供改進的發(fā)光體，尤其是改進的、在頭上可便攜的發(fā)光體。
本任務通過如權利要求1所述的發(fā)光體解決。
本發(fā)明包含如下技術方案，即通過使用發(fā)光二極管作為發(fā)光手段，一方面，可以得到一較輕的、因此可便攜的發(fā)光體，另一方面，在較低能耗下同時實現低的散熱。按照這種方式，通過使用發(fā)光二極管作為本發(fā)明的發(fā)光體的發(fā)光手段，可以有效地避免現有技術中公知的、具有太大的散熱問題。
為了同時得到本發(fā)明的發(fā)光體的光電效益或發(fā)光強度的最大化，本發(fā)明的優(yōu)選實施形式使用了第二聚焦透鏡，該第二聚焦透鏡安排在發(fā)光二極管輻射方向第一聚焦透鏡之前。這樣的第二聚焦透鏡最好具有一定的曲率半徑，安排在距第一聚焦透鏡一定距離，在對于本文開始所述的應用領域，典型地，在沿第一聚焦透鏡的光學軸約25cm到約50cm的距離處，光強度可以達到從約19,000勒克司(Lux)到約50,000勒克司。
同時有利地只引起少量的發(fā)熱，在本發(fā)明的實施例中，在發(fā)光二極管上導致約55℃的最高溫度，至少低于60℃。最終，本發(fā)明的發(fā)光體的效率顯著地增高，因為發(fā)光二極管約80％的能量轉變?yōu)楣?，而只有約20％的能量轉變?yōu)闊崮?。因此，應用本發(fā)明的發(fā)光體借助于電池可以非常長時間移動工作，同時在前述領域中不喪失大的發(fā)光強度。
本發(fā)明的優(yōu)點是要在現有技術中借助于公知的發(fā)光二極管只能以直接在發(fā)光二極管上產生最大10,000勒克司的發(fā)光強度的背景下進行評估。因此，在對于本文開始所述的處理中離開發(fā)光二極管約30cm處的距離，用現有技術只可以達到離10,000勒克司很遠的值。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，借助于容置發(fā)光二極管的專用外罩的外罩形式，達到特別是在離開發(fā)光二極管從約25cm到50cm的距離內，最好在約30cm處發(fā)光強度的進一步最大化。該專用外殼形式充分利用了本發(fā)明的見解，即在本文開始列舉的應用領域，在醫(yī)療或精密機械領域，僅僅根據尤其離開發(fā)光二極管約25cm到約50cm，最好在30cm的距離，可達到的最高發(fā)光強度進行發(fā)光體的評估。
與此相對，光錐大小的最大化只起著次要的作用，因為在本文開始處列舉的應用領域內，工作區(qū)域大多是極小的。所以對于本文開始所述目標在離開發(fā)光二極管約25cm到約50cm的距離，最好為30cm的距離處，能夠提供從約3cm到8cm的直徑的光錐就足夠了。因此可以借助于本發(fā)明的外罩通過應用的透鏡對由發(fā)光二極管產生的發(fā)光光束接著進行聚焦，以便使離發(fā)光二極管約25cm到約50cm，最好為約30cm處的發(fā)光強度達到最高值。
為此最好應用具有一定開角的外罩。較好開角從約40°到約80°，更好在約50°到約70°，最好在約58°到約64°。
如果第二聚焦透鏡的外輪廓具有相對于外罩開角具有例如為約1°到約2°的較大開角時也是有益的。因為以這種方式在第二聚焦透鏡和外罩之間就會產生空氣間隙。該空氣間隙導致發(fā)光效率進一步最佳化。
本發(fā)明的其它優(yōu)選實施例在從屬權利要求中給出。


以下參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例加以說明。附圖中圖1示出了本發(fā)明的發(fā)光體的第一實施例的截面；圖2以放大形式示出了圖1的實施例的外罩；圖3只示出了圖1的實施例的第二聚焦透鏡；圖4示出了本發(fā)明的發(fā)光體的第二實施例的截面；
圖5以放大形式示出了圖4的實施例的外罩。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的發(fā)光體1的第一實施例。圖1所示的發(fā)光體1尤其適用于作為醫(yī)療或精密機械加工領域之照明的便攜式發(fā)光體1，其具有圍繞轉軸2a軸對稱、基本上呈漏斗形的外罩2。
發(fā)光二極管4處于外罩2內。該發(fā)光二極管4由未圖示的電源，例如一可攜帶的電池，以公知方式通過未示出的導線供電。
一處于發(fā)光二極管4輻射方向的第一聚焦透鏡6直接靠在發(fā)光二極管4上。第一聚焦透鏡6具有基本上與郎伯曲線相當的輻射特性。第一聚焦透鏡6由玻璃或其它適合的透明且光折射的材料構成。
第一聚焦透鏡6基本上為半球形。半球具有2.5mm的曲率半徑。在發(fā)光二極管4的輻射方向2a上——在圖1中為向上——具有半球凸面。在附圖的線5的下方，該半球圓柱形地向下朝向發(fā)光二極管的方向延長到部分6a，添加線5僅是為了便于理解。部分6a只在附圖內通過指引線5界定地示出。然而，在實際上部分6a與透鏡6的半球連接成一體，并因此也由與半球同一材料構成，并具有與半球相同的5mm直徑。部分6a的直徑基本上相當于圖1未詳細示出的發(fā)光二極管4的發(fā)光部的直徑。
在外罩2內還設置有第二聚焦透鏡8。第二透鏡8由PMMA晶體構成，然而也可以由玻璃或由其它任何合適的透明的且折射的材料構成。第二聚焦透鏡8具有基本上圓柱形的凹部10。該凹部10面向第一透鏡6。凹部深度P(參看圖3)這樣安排，使得第一聚焦透鏡6包括其部分6a一起能夠完全處于凹部10內。凹部10面向第一透鏡6的底面12在朝向第一聚焦鏡6的方向上彎曲地形成。
此外，沿著第一聚焦透鏡6的光學軸2a在第一聚焦透鏡6和底面12之間存在距離a。該距離a為1.8mm。在該中間空間存在空氣。底面12的曲率半徑約為9mm，因此基本上大于第一聚焦透鏡6的、面向底面12的半球形表面的2.5mm的曲率半徑。
第二聚焦透鏡8是這樣構成的，使得在圖3所示的它的最大外徑b基本上與圖2所示的外罩2的最大內徑c＝26mm相當。此外，可選擇地，具有約24mm到約35mm外徑的實施例也是可能的。在這種情況下，其它的尺寸應當相應地匹配。
在第二聚焦透鏡8或者外罩2的內徑C的直徑范圍內，在圖3中突出地示出的第二聚焦透鏡8的外壁16的部分14與第一聚焦透鏡6和第二聚焦透鏡8的光學軸2a平行。這對于在圖2突出地示出的于外罩2的內壁20的上部分18也是如此。然而部分18在光軸2a的方向具有長度e＝7.7mm，大于第二聚焦透鏡8的上部分14的長度d＝5.9mm。因此外罩2的內壁20的部分18與第2聚焦透鏡8的部分14的重疊尺寸約為f＝1.8mm。然而，該尺寸e和d可任意改變，并且也可以是同樣大小的。
此外，正如從圖1所看到的，在部分14的外表面26和底面24之間，第2聚焦透鏡8具有平截頭圓錐形的、向著發(fā)光二極管方向收縮傾斜的部分26。
在第二聚焦透鏡8的傾斜的外表面26和與其相應的同樣地呈平截頭圓錐形傾斜的外罩2之內壁20的部分28之間也存在空氣隙30?？諝忾g隙30從其最大外延開始，緊鄰發(fā)光二極管4，在朝向上部分14的方向上連續(xù)減小。在部分14的范圍內，在外壁14和外罩2的內壁18之間不再存在任何空氣間隙。
在第二聚焦透鏡8的底面24下面，按照圖1所示的方式繼續(xù)延長約長度g＝6.8mm。外罩2的終端32離開發(fā)光二極管4的中央約為距離h＝6mm。然而g和h的大小可任意地改變，并且也可以是相同的。
在發(fā)光二極管4下面被空氣填充的范圍34例如可以用于引導為發(fā)光二極管4供電的電纜。
圖2以放大形式示出了圖1的第一實施形態(tài)1的外罩2。圖2尤其是用于精確地描述對本發(fā)明很重要的外罩2內壁20的下部分28的開角α。該開角α在圖1和圖2所示本發(fā)明的發(fā)光體的實施例1內為58°。由于外罩2的壁厚，在外罩2的外表面34a上測得的外罩2的外表面的傾角為60°。同樣基于外罩2的壁厚，在外罩2的部分18的范圍內，外罩2的最大外徑i為28mm。因為外罩2的壁厚可任意地放大，所以外罩2的傾角β和最大外徑i也可以采用其它的任意值。
在圖2所示的其它尺寸為j＝9mm，k＝13mm，i＝4.5mm，m＝10mm和n＝13mm。
因為第二透鏡8的外廓的下部分26具有開角約65°，也就是它也比外罩2的內壁28的開角α大約7°，所以出現圖1中所示的空氣間隙30以圖1所示的連續(xù)地減小的方式形成。
圖3只示出了第二聚焦透鏡8。在圖3另外示出第二聚焦鏡8的尺寸為o＝17.8mm，p＝6mm，q＝6.6mm和r＝9.54mm。這時這樣選擇高度p，使得第一聚焦透鏡6一方面可以完全地安放到凹部10內，而在另一方面可以保證根據圖1的間距a。這樣選擇凹部10的直徑q，以使得第一聚焦透鏡6可以沒有問題地，即很輕松地插入凹部10內。因為從圖1可以看到，不希望在第一聚焦透鏡6和第二聚焦透鏡8之間在凹部10的范圍內直接接觸。
圖4示出了根據本發(fā)明的發(fā)光體的第二實施例的截面。相同功能的部件用與以前相同的符號示出。第二實施例200基本上與圖1所示的第一實施例1相當。在上述實施例中，說明為不超出對于本技術領域的普通技術人員來說普遍的容差范圍任意可變的尺寸在本實施例200中也可以任意地改變。
與第一實施例1相反，第二實施例200首先在外罩2內壁20的部分28的范圍內改變外罩2的開角。這種開角2的改變在只示出外罩2的圖5中放大地示出。在圖4和圖5所示的第二實施例200中的角度α為64°。基于該較大的開角α，在圖4的實施例中，空氣間隙30進一步朝向第2聚焦透鏡8的上部分14方向或者外罩2的內壁20的上部分18的方向向上延伸。于是第二聚焦透鏡8的下部分26的傾斜在第二實施例200不對第一實施例而改變地保持在32.5°。因此導致空氣間隙30較緩慢地減小。
圖4所示的尺寸為f＝1.4mm，a＝2.3mm，g＝7.3mm，h＝6mm。圖5所示的尺寸為α＝64°，β＝60°，i＝28.4mm，c＝26.1mm，e＝7.7mm，j＝9mm，k＝13mm，l＝4.5mm，m＝10mm和n＝13mm。無論在圖1所示的實施例1或在圖4所示的實施例200中，發(fā)光二極管的功率均為43W。在這樣的功率情況下產生約55℃的最大熱量，然而至少小于60℃。
特別是由于前面詳細示出的尺寸，兩個發(fā)光體1和200都可以借助于相應的固定裝置固定在使用者的頭部進行攜帶。在此，發(fā)光二極管4經外罩2的敞開的區(qū)域34有利地借助未圖示的電纜與可移動的能源，例如便攜電池連接。該電池例如也可以承載在本發(fā)明的發(fā)光體用戶的頭上，從而整體地提供便攜和可移動的光源裝置。
無論是圖1所示的本發(fā)明的發(fā)光體第一實施例1或者第二實施例200，在從直徑約為3cm到8cm的光錐內的光學軸2a上，在離開第二聚焦透鏡8約30cm的距離處產生約30,000勒克司的光強度。上述的具有直徑約30mm的第2聚焦透鏡8的實施例在離開第二透鏡8約30cm的距離上，沿著直徑約為3cm到約8cm的光錐的光學軸2a產生約50,000勒克司的光強度。
權利要求
1.一種發(fā)光體(1，200)，尤其是用于醫(yī)療或精密機械加工領域照明的便攜式發(fā)光體，它具有如下部件外罩(2)，由外罩(2)保持的發(fā)光二極管(4)，由外罩(2)保持的、處于發(fā)光二極管(4)的照射方向(2a)內的第一聚焦透鏡(6，6a)，由外罩(2)保持的、處于發(fā)光二極管(4)的照射方向(2a)內的、位于第一聚焦透鏡(6，6a)之后、基本上具有圓柱形凹部(10)的第二聚焦透鏡(8)；其特征在于，面向第一聚焦透鏡(6，6a)的凹部(10)的底面(12)朝向第一聚焦透鏡(6，6a)的方向彎曲地形成。
2.根據權利要求1所述的發(fā)光體，其中底面(12)的曲率半徑比第一聚焦透鏡(6，6a)朝向底面(12)彎曲側的曲率半徑大，較佳至少大二倍，更好至少大3倍，最好至少大3.5倍。
3.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，第一聚焦透鏡(6)朝向底面(12)的彎曲側至少部分地安放在凹部(10)內。
4.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，第一聚焦透鏡(6)安放在凹部(10)內。
5.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，在第一聚焦透鏡(6)和底面(12)之間沿著聚焦透鏡(6，6a)的光軸限定一定的間距(a)。
6.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，該間距(a)約為1到3mm，較好地為1.8mm到2.3mm。
7.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，發(fā)光二極管(4)具有約0.5～5W的功率，最好具有約2～4W的功率。
8.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，外罩(2)具有至少朝向第二聚焦透鏡(8)的圓錐面形內壁(28)，該內壁在發(fā)光二極管(4)的照射方向(2a)至少分段地具有約40°～80°，較好約50°～70°，最好約58°～64°的開角。
9.根據前述權利要求之一的發(fā)光體，其中，在外罩(2)的內壁(20，28)和第二聚焦透鏡(8)之間至少局部地限定一定的間隙，較好是在發(fā)光二極管(4)的照射方向連續(xù)地減小的空氣間隙(30)。
10.一種光源，具有根據前述權利要求之一所述的發(fā)光體和一個電源，該電源是便攜的，較佳地包含一電池，與發(fā)光二極管連接，并且對發(fā)光二極管進行供電。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光體(1，200)，尤其涉及用于醫(yī)療或精密機械加工領域的便攜式發(fā)光體(1，200)，它包含外罩(2)，由外罩(2)保持的發(fā)光二極管(4)，由外罩(2)保持的、處于發(fā)光二極管(4)照射方向的第一聚焦透鏡(6，6a)，由外罩(2)保持的、位于第一聚焦透鏡(6)之后、發(fā)光二極管(4)內的、主要具有圓柱形凹部(10)的第二聚焦透鏡(8)；其特征在于，面向第一聚焦透鏡(6，6a)的凹部(10)的底面(12)朝向第一聚焦透鏡(6，6a)的方向彎曲地形成。
文檔編號F21V5/04GK1727744SQ200510087318
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權日2004年7月30日
發(fā)明者史蒂夫·貝克 申請人:希格瑪牙科系統有限責任公司