Beleuchtungavorriehtung mit einem Hohlspiegel und mindestens zwei Linsenrastern. In der Beleuchtungstechnik steht man oft. vor der Aufgabe, eine Fläche mit einer ein zigen Lichtquelle so zu beleuchten, dass eine vorgeschriebene Verteilung der Beleuchtungs stärke entsteht. Liegt die zu beleuchtende Fläche im unendlichen, so handelt es sich darum, einen Scheinwerferkegel lnit vorge schriebener Lichtverteilung über den Kegel querschnitt zu realisieren.
Als Beispiel eines Problems, das die vor liegende Erfindung zu lösen gestattet, be trachten wir den letzteren Fall, da hier die massgebenden Zusammenhänge besonders klar in Erscheinung treten. Der Querschnitt des Scheinwerferkegels soll ein Rechteck sein, des sen Länge bedeutend grösser als die Breite ist, wobei die Verteilung der Beleuchtungsstärke über das gesamte Querschnittsrecliteck kon stant sein soll.
Entsprechend Fig.1 habe die Lichtquelle L die Form eines leuchtenden Zylinders, der sich quer zur optischen Achse in der Brennebene eines Parabolspiegels P befindet, wobei das Verhältnis der Zvlinderlänge zu seinem Durchmesser ungefähr der verlangten Quer schnittsform des Scheinwerferkegels entspre chen soll. b" ist ein Schirm, welcher den Aus tritt der nicht auf den Spiegel fallenden Strahlen verhindert.
Die Längs- und Quer apertur des Lichtbogens von verschiedenen Punkten auf dem Spiegel sind mit ('o1, all, a21, olu bzw. aoq, alq, a2q, aRq bezeichnet. Q - ist die unendlich ferne, beleuchtete Fläche. Bei einem sehr kleinen Aufnahmewinkel des Parabolspiegels entsteht ohne weiteres das verlangte homogene Bündel, dessen Quer schnitt der Form des Leuchtzylinders ent spricht. Ein derartiger Scheinwerfer hat aber eine sehr schlechte Ausnutzung der Gesamt strahlung des Lichtzylinders. Um auf einen hohen Wirkungsgrad zu kommen, muss der Aufnahmewinkel erhöht werden.
Wir betrach ten den Grenzfall eines Parabolspiegels mit. einem Aufnahmewinkel von 180 . Durch diese Erhöhung des Aufnahmewinkels gehen die rechteckige Querschnittsform des Scheinwer ferkegels und die homogene Verteilung der Beleuchtungsstärke innerhalb desselben ver loren. Fig. 2 veranschaulicht diese Verhält nisse. Die entstehende Verzerrung des. Bün delquerschnittes und die stark inhomogene Lichtverteilung innerhalb desselben ist. auf zwei Ursachen zurückzuführen: 1.
Der Leuchtzylinder erscheint bei gro sser Spiegelöffnung von den verschiedenen Punkten des Spiegels aus gesehen unter ver schieden grossen Raumwinkeln, so dass die nach der Spiegelung telezentrischen Elemen tarbündel über den Spiegelquerschnitt sehr unterschiedliche Öffnungswinkel aufweisen. z. Bei einem Parabolspiegel grosser Öff nung entsteht durch die Spiegelung eine über die Spiegelfläche veränderliche Verdrehung der von den einzelnen Spiegelpunkten nach dem Leuchtzylinder zielenden Elementarlicht kegel.
Diese Verdrehung ist in Fig. 3 darge- stellt für einen Parabolspiegel mit 180 Öff nung und einen Leuehtzylinder, dessen Länge 1/15 des Spiegeldurehmessers beträgt und des sen Durchmesser 1/5 seiner Länge ist.
Die vorliegende Erfindung gestattet, einen Scheinwerfer zu konstruieren, der bei sehr guter Lichtausbeute eine sehr homogene Licht verteilung bewirkt, beschränkt sich aber nicht auf das soeben erörterte Problem.
Gegenstand der Erfindung ist eine Be leuchtungsvorrichtung zur Ausleuchtung einer Fläche mit. vorgeschriebener Berandung, mit. einem Hohlspiegel mit sehr grossem Auf nahmewinkel und mindestens zwei Linsen rastern, wobei die Linsen des ersten Rasteis je einzeln die Lichtquelle in die Eintrittsöff nungen der Linsen des zweiten Rasters abbil den, während die Linsen des zweiten Rasters die zugeordneten Linsen des ersten Rasters auf die zu beleuchtende Fläche abbilden.
Diese Beleuehtungsvorrichtung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Berandungen der Eintrittsfläehen der Linsen des zweiten Rasters nach Grösse und Form den von den Linsen des ersten Rasters entworfenen Licbt- quellenbildern derart entsprechen, dass die Liehtquellenbilder sieh nicht überdecken und der ganze Lichtstrom einer durch eine Linse des ersten Rasters erzeugten Elementarlicht röhre von der entsprechenden Linse des zweiten Rasters aufgenommen wird.
Fig. 4 bis 7 veranschaulichen Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes.
Fig:4 stellt den Fall eines rechteckigen Scheinwerferkegels mit. konstanter Beleuch tungsstärke über den Kegelquer schnitt dar. Die homogen ausgeleuchtete Fläche, ein un endlich grosses Rechteck, liegt in diesem Falle im unendlichen. Die Linsenraster I und II sind darstellungsgemäss in dem durch den Parabolspiegel erzeugten telezentrischen Strah lengang angeordnet. Durch die Linsen der ersten Platte wird der gesamte aus dem Para bolspiegel austretende Lichtstrom in einzelne Elementarlichtröhren zerlegt.
Die Linsen des zweiten Rasters sind in der Brennebene der Linsen des ersten Rasters angeordnet.. Die Linsen des ersten Rasters erzeugen in der Ebene des zweiten Rasters so viele Elementarbilder der Lichtquelle als Lin sen im ersten Raster angeordnet sind. Die Berandungen der Eintrittsfläcben der Linsen des zweiten Rasters sind nach Form und Grösse den Lielitquellenbildern derart ange passt, dass die Elementarbündel sieh nicht, überschneiden und je vollständig von der ent sprechenden Linse der zweiten Platte aufge nommen werden.
Anderseits ist, zu beachten, dass jede Linse des zweiten Rasters ihre zu gehörige Linse des ersten Rasters als homogen leuchtende Fläche sieht, deren Form durch ihre Berandung definiert ist. Im vorliegen den Beispiel sieht jede Linse ein homogen aus geleuchtetes Rechteck, wobei sämtliche Recht ecke gleich gross sind. Die Linsen des zweiten Rasters bilden diese leuchtenden Rechtecke ins unendliche ab. Im unendlichen entsteht also ein beleuchtetes Rechteck ähnlich den iden tischen Rechtecken der Berandungen der ersten Rasterplatte.
Die Beleuchtungsstärke jenes Reehteckes ergibt. sieh als Superposition der Abbildungen sämtlicher Linsen der ersten Rasterplatte durch die zweite Rasterplatte. Anders ausgedrückt: es entsteht ein scharf begrenzter Scheinwerferkegel mit konstanter Beleuehtungsstärke über den Kegelquer schnitt, dessen Öffnung durch die Berandun- gen der Linsen der ersten Platte und durch den Abstand der zweiten von der ersten Platte definiert ist.
Dadurch, dass nicht die Lichtquelle, son dern die identischen und homogen leuchten den Linsen der ersten Rasterplatte ins unend liehe abgebildet werden, wird an sich die Ver änderliehkeit der Aperturen nicht. aufgehoben und die dureli den Parabolspiegel bewirkte Drehung der elementaren Lichtquellenbilder nicht rückgängig gemacht, aber ihre Wirkung wird aufgehoben, indem die unendlich ferne Fläche trotz des grossen Aufnahmewinkels des Parabolspiegels homogen ausgeleuchtet wird.
Damit bei den in Fig.4 angewendeten Rastern aus gleichen, rotationssymmetrischen Linsen die Lichtquellenbilder sieh in der zen- trafen Zone des Strahlenganges nicht über lappen, mttss der Aperturwinkel a der Linsen mindestens dem Gesichtswinkel gleich sein, unter dem die Lichtquelle von einer zentral liegenden Linse Lz I des ersten Rasters aus ge sehen wird. Da dieser Gesichtswinkel für wei ter aussen liegende Linsen abnimmt, füllen die Lichtquellenbilder die nach aussen liegenden Linsen des zweiten Rasters nicht vollständig aus.
Ausserdem ist wegen der Veränderlich keit der Aperturen ss der Lichtstrom durch die aussen liegenden Linsen des ersten Ra sters geringer als derjenige durch die innen liegenden Linsen, so dass in endlichem Ab stand vom Scheinwerfer das Liehtbündel noch nicht. genügend homogen ist.
Dieser Nachteil kann durch Anwendung von Prismenlinsen behoben werden, wie in Fig.5 dargestellt ist. Die Prismenlinsen in der ersten Rasterplatte bewirken durch Sprei zung des Strahlenganges, dass sich die Elemen tarbilder der Lichtquelle in der zweiten Ra sterplatte nicht. überlappen. Die Aperturen der Prismenlinsen der zweiten Rasterplatte sind den erwähnten Gesichtswinkeln minde stens gleich, wobei der Strahlengang durch die zweiten Prismenlinsen wieder parallel gerich tet wird.
Die Grösse der ausgeleuchteten Fläche kann veränderlich gemacht werden, indem eine dritte Rasterplatte mit Negativlinsen an geordnet wird. Diese Verhältnisse gehen aus Fig. 6 hervor, wo ausser den Rastern I und II ein Raster III mit Negativlinsen vorgesehen ist. Die resultierende Brechkraft der posi tiven und negativen Linsen ist so abgestimmt, dass die zugeordneten Linsen des ersten Ra sters durch die Linsenkombination des zweiten und dritten Rasters ins unendliche abgebildet werden.
Zur Vergrösserung der ausgeleuehteten Fläche, kann das dritte Raster vom zweiten weg in die gestriehelt gezeichnete Lage III verschoben werden, ohne dass dabei die Homo ; genität der Beleuehtungsstärke auf derselben gestört wird.
Soll eine Fläche mit ungleichmässiger Licht verteilung beleuchtet werden, so wird dieselbe in Treppenform approximiert. Fig. 7a bis 7d veranschaulicht ein Beispiel. Fig. 7a und 7c gibt, den kontinuierlichen Sollverlauf der Lichtverteilung im Grund- und Aufriss, wo bei die charakteristischen Höhenkurven L1 bis L5 eingezeichnet sind. Fig.7b und 7d gibt. die gestufte Approximation wieder.
Zur Erreichung dieses Resultates wird die Berandungsform und Grösse der Elementar linsen der ersten Gruppe verschieden ausge führt, und zwar so, dass bei Superposition der elementaren Bilder die treppenförmige Fig. 7d entsteht.
Der Ausgleich der Treppenkurve kann durch Anwendung einer Streuscheibe hinter der letzten Rasterplatte erfolgen.