DE10063134A1

DE10063134A1 - Fokussierbarer Scheinwerfer mit Negativlinse

Info

Publication number: DE10063134A1
Application number: DE10063134A
Authority: DE
Inventors: Dedo Weigert; Depu Chin
Original assignee: Dedo Weigert Film GmbH
Current assignee: Dedo Weigert Film GmbH
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2002-06-27
Also published as: CN1360169A; EP1215437A3; DE50104196D1; EP1215437B1; CN1193189C; EP1215437A2; US6575598B2; US20020114160A1

Abstract

Ein Scheinwerfer weist einen gekrümmten Reflektor (1, 1') und eine innerhalb des durch den Reflektor (1, 1') gebildeten Hohlraums angeordnete Lampe (2, 2') auf. Die Lampe (2, 2') und der Reflektor (1, 1') sind in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers relativ zueinander bewegbar. In Abstrahlrichtung vor dem Reflektor (1, 1') ist eine Sammellinse (5) angeordnet. Zwischen dem Reflektor (1, 1') und der Sammellinse (5) befindet sich eine Zerstreuungslinse (6).

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1.

Derartige aus dem Stand der Technik bekannte gattungsgemäße Scheinwerfer liefern zwar eine gute Lichtausbeute, sind aber nicht fokussierbar. Die Bewegbarkeit der Lampe im Reflektor ist bei diesen Scheinwerfern häufig sehr eingeschränkt, und stets dient die genannte Bewegbarkeit der Lampe lediglich zum Auffinden einer optimale Lampenstellung, bei der eine möglichst gleichmäßi ge Lichtverteilung erreicht wird. Befindet sich die Lampe außerhalb dieser optimalen Stellung, so liefern die gattungs gemäßen Scheinwerfer eine stark ungleichmäßige Lichtverteilung mit mehreren ringförmigen Maxima und Minima der Lichtintensitäts verteilung. Das ist derselbe Effekt, wie er regelmäßig bei Taschenlampen vorkommt, sofern diese mit einem glatten, tiefen Reflektor gebaut sind.

Nach dem Stand der Technik versucht man, die beschriebene Ungleichmäßigkeit der Lichtverteilung bei diesen Scheinwerfern durch einen geriffelten, facettierten Reflektor auszugleichen. Durch eine derartige Maßnahme verliert man aber die gerichtete Charakteristik des Reflektors. Zur Korrektur oder Veränderung der Abstrahlcharakteristik der gattungsgemäßen Scheinwerfer werden auch zusätzliche Sammellinsen als Frontlinsen verwendet, was jedoch einen erhöhten Material- und Arbeitsaufwand bedeutet, denn je nach aktueller Lampenstellung muß die entsprechend passende Frontlinse bereitgestellt, ausgewählt und eingesetzt werden.

Aus dem Stand der Technik weiter bekannt sind zwar auch fokussierbare Scheinwerfer, jedoch arbeiten diese stets mit flachen Reflektoren, woraus - vor allem bei kleinem Abstrahlwin kel (Spotstellung) - eine sehr schlechte Lichtausbeute resul tiert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem gattungsgemäßen Scheinwerfer einen Scheinwerfer bereitzustellen, der eine hohe Lichtausbeute liefert und gleichzeitig fokussierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Scheinwerfer nach Anspruch 1.

Ganz wesentlich ist bei dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer die Anordnung der Zerstreuungslinse zwischen dem Reflektor und der Sammellinse. Erst diese Zerstreuungslinse ermöglicht im Zusammenspiel mit der innerhalb des Reflektorhohlraums bewegbaren Lampe die angestrebte Fokussierbarkeit, während der tiefe Reflektor eine hohe Lichtausbeute garantiert. Zwar ist die Lichtverteilung beim Fokussieren des erfindungsgemäßen Scheinwer fers nicht perfekt gleichmäßig, jedoch war nach dem Stand der Technik eine Fokussierung bei Scheinwerfern mit vergleichbarer Lichtausbeute gar nicht möglich.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungs gemäßen Scheinwerfers sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 16.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen nach den Ansprüchen 2 bis 4 ist aufgrund der angegebenen erweiterten Relativbewegungs möglichkeiten die Fokussierbarkeit des Scheinwerfers noch weiter verbessert. Diese Ausführungsformen sind insbesondere deshalb sehr vorteilhaft, weil bei ihnen die Veränderung des Abstrahlwin kels durch einfache mechanische Verschiebungen der optischen Bauelemente des Scheinwerfers erfolgt. Ein zeitraubendes Auswechseln der Sammellinse zwecks Veränderung des Abstrahlwin kels entfällt somit gänzlich.

Die Reflektorgestaltung bei der ebenfalls bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach Anspruch 5 gewährleistet eine außerordentlich gute Strahlführung im Hinblick auf eine gleichmäßige Ausleuchtung der auszuleuchtenden Fläche bei jedem Abstrahlwinkel.

Die besonderen Gestaltungen der Sammellinse in den bevorzug ten Ausführungsformen nach den Ansprüchen 12 und 13 ermöglichen einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer mit sehr geringer Masse. Ein solcher leichter erfindungsgemäßer Scheinwerfer eignet sich ganz besonders für den Einsatz auf Videokameras, da hier die Masse für die Handhabung der gesamten Videokameraanordnung eine ent scheidende Rolle spielt.

Die besondere Gestaltung der Zerstreuungslinse in der bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 14 stellt sicher, daß bei jedem Abstrahlwinkel die auszuleuchtende Fläche besonders gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Einem ebensolchen Zweck dient die besondere Gestaltung der Sammellinse bei der ebenfalls bevorzug ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach Anspruch 16.

Bei der ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 15 kann die dort als asphärische Linse gestaltete Zerstreuungslinse mit ihrem zentralen Teil eine andere Funktion ausüben als mit ihrem Randbereich. So kann z. B. sichergestellt werden, daß bei allen Stellungen des optischen Systems der gesamte Durchmesser der Frontlinse (Sammellinse) ausgeleuchtet wird. Dies ist besonders vorteilhaft dann, wenn weiche Schatten kanten erzeugt, der erfindungsgemäße Scheinwerfer also als eine Art fokussierbares Softlight dienen soll.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Scheinwerfers werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers mit einseitig gesockelter Lampe,

Fig. 2 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers mit zweiseitig gesockelter Lampe,

Fig. 3 schematisch die Konstruktion des Reflektors beim Aus führungsbeispiel von Fig. 1 und

Fig. 4 ein mathematisches Konstruktionsdetail in Ergänzung zu Fig. 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Scheinwerfers weist einen gekrümmten Reflektor 1 und eine innerhalb des durch den Reflektor 1 gebildeten Hohlraums angeordnete Lampe 2 auf. Einen Reflektor, bei dem die Lampe innerhalb des durch den Reflektor gebildeten Hohlraums angeordnet ist, bezeichnet man auch als "tiefen Reflektor". Die Lampe 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Glühfadenlampe, jedoch kann anstelle der Glühfadenlampe 2 auch eine Gasentladungslampe oder eine Lampe eines anderen Typs verwendet werden.

Die Lampe 2 ist in einer Sockel- und Bewegungseinrichtung 3 einseitig gesockelt. Die Reflektorwandung weist in ihrem rück wärtigen Zentrum eine Öffnung 4 für die Sockel- und Bewegungsein richtung 3 auf. Über die Sockel- und Bewegungseinrichtung 3 wird die Lampe 2 an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen. Ferner dient die Sockel- und Bewegungseinrichtung 3 dazu, die Lampe 2 innerhalb des durch den Reflektor 1 gebildeten Hohlraums relativ zum Reflektor 1 in Richtung der optischen Hauptachse des erfindungsgemäßen Scheinwerfers hin und her zu bewegen.

In Abstrahlrichtung der Reflektor-Lampe-Kombination 1, 2 ist eine Sammellinse 5 angeordnet. In Abstrahlrichtung zwischen der Reflektor-Lampe-Kombination 1, 2 und der Sammellinse 5 befindet sich eine bikonkave Zerstreuungslinse 6. Die der Lampe 2 zuge wandte Oberfläche der Zerstreuungslinse 6 wurde einer speziellen Oberflächenbehandlung unterzogen und weist infolgedessen eine Mikrolinsenstruktur auf.

Die Sammellinse 5 ist eine Fresnellinse aus Kunststoff.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Scheinwerfers ist die Sammellinse 5 in fester Position an das Scheinwerfergehäuse 7 montiert. Der Reflektor 1 und die Zerstreuungslinse 6 sind in fester Position auf einem Schlitten 8 montiert, der als solcher in Richtung der optischen Achse des Scheinwerfers hin und her bewegbar ist. Auf diese Weise sind im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schein werfers der Reflektor 1 und die Zerstreuungslinse 6 unter Beibehaltung ihres gegenseitigen Abstandes einerseits und die Sammellinse 5 andererseits relativ zueinander in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers bewegbar. Die Flutstellung des Scheinwerfers ergibt sich, wenn der Schlitten 8 in seiner durch die Scheinwerferkonstruktion vorgegebenen dichtestmöglichen Stellung in der Nähe der Sammellinse 5 steht. Die Spotstellung erhält man bei der durch die Scheinwerferkonstruktion vor gegebenen weitestmöglichen Entfernung des Schlittens 8 von der Sammellinse 5.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel des erfin dungsgemäßen Scheinwerfers entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Der Unterschied besteht darin, daß bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 das rückwärtige Zentrum des Reflektors 1' geschlossen und die Lampe 2' zweiseitig gesockelt ist. Die Reflektorwandung weist zwei Führungsschlitze zur Aufnahme und Bewegungsführung der zweiseitigen Lampen sockelung auf. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Lampe 2' innerhalb des durch den Reflektor 1' gebildeten Hohlraums in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers relativ zum Reflektor 1' bewegbar.

In Fig. 3 ist schematisch die Konstruktion des Reflektors 1 aus dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers von Fig. 1 gezeigt. Der Reflektor 1 ist ein Rotationskörper, dessen Form durch Rotation eines Kurvenabschnittes P um die optische Hauptachse des Scheinwerfers zustandekommt. Die optische Hauptachse des Scheinwerfers wird im Koordinatensystem von Fig. 3 durch die x-Achse repräsentiert. Der Kurvenabschnitt P ist ein Kurvenabschnitt einer durch eine Polynomialfunktion beschreibba ren glatten Kurve C. Diese Kurve C ist in Fig. 4 dargestellt. Für C gilt:

x = 0,046 y² - y

mit y ∈ R.

P ist gleich C in den Grenzen [y₁, y₂]. Wie in Fig. 4 zu sehen, liegt der Extremalpunkt von C nicht auf der optischen Hauptachse des Scheinwerfers.

Hinsichtlich der mechanischen Bewegbarkeit der optischen Komponenten des erfindungsgemäßen Scheinwerfers gegeneinander gibt es eine Vielzahl weiterer Ausführungsbeispiele. So gibt es z. B. ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers, das so gestaltet ist, daß die Zerstreuungslinse eine Relativbewe gung zum Reflektor vollführt, in Koordination mit einer gleich zeitigen Relativbewegung zwischen Lichtquelle (Lampe) und Reflektor sowie einer gleichzeitigen dritten Bewegung von Lampe, Reflektor und Zerstreuungslinse in Relation zur Sammellinse.

Claims

1. Scheinwerfer mit
einem gekrümmten Reflektor (1, 1') und
einer innerhalb des durch den Reflektor (1, 1') gebil deten Hohlraums angeordneten Lampe (2, 2'), wobei die Lampe (2, 2') und der Reflektor (1, 1') in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers relativ zuein ander bewegbar sind, und
einer in Abstrahlrichtung vor dem Reflektor (1, 1') angeordneten Sammellinse (5),
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Reflektor (1, 1') und der Sammellinse (5) eine Zerstreuungslinse (6) angeordnet ist.

2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1, 1') mit der Lampe (2, 2') in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers bewegbar ist.

3. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstreuungslinse (6) in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers bewegbar ist.

4. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1, 1') und die Zerstreuungslinse (6) miteinander in Richtung der optischen Hauptachse des Scheinwerfers bewegbar sind.

5. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1, 1') ein Rotationskörper ist, dessen Form, höchstens mit Ausnahme eines rückwärtigen zentralen Teilstücks, durch Rotation eines Kurvenabschnittes (P) um die optische Hauptachse des Scheinwerfers zustande kommt, wobei der Kurvenabschnitt P ein Kurvenabschnitt einer durch eine Polynomialfunktion beschreibbaren glatten Kurve (C) ist und, sofern die Kurve (C) nur einen einzigen Extremalpunkt hat, dieser Extremal punkt außerhalb der optischen Hauptachse des Scheinwerfers liegt.

6. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Kurve (C) folgendem funktionalen Zusammenhang genügt:
x = ay² - y
mit a, y ∈ R.

7. Scheinwerfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß a den Wert 0,046 hat.

8. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektorwandung in ihrem rückwärtigen Zentrum eine Öffnung (4) aufweist.

9. Scheinwerfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lampe durch die Öffnung (4) hindurch bewegbar ist.

10. Scheinwerfer nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine durch die Öffnung (4) hindurchreichende Sockel- und Bewegungseinrichtung (3) für die Lampe (2).

11. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das rückwärtige Zentrum des Reflektors (1') geschlossen ist,
die Lampe (2') zweiseitig gesockelt ist und
die Reflektorwandung zwei Führungsschlitze zur Aufnahme und Bewegungsführung der zweiseitigen Lampensockelung aufweist.

12. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (5) eine Fresnellinse ist.

13. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (5) eine Kunststofflinse ist.

14. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der im Strah lengang befindlichen Oberflächen der Zerstreuungslinse (6) mit einer Mikrolinsenstruktur versehen ist.

15. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstreuungslinse (6) eine asphärische Linse ist.

16. Scheinwerfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Oberfläche der Sammellinse (5) mit einer Mikrolinsen struktur versehen ist.