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Die Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere einen Fahrzeugscheinwerfer.
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Das von Fahrzeugscheinwerfern ausgesandte Licht muss bestimmten gesetzlichen Vorschriften genügen, die beispielsweise die Helligkeit und Lichtverteilung regeln. Aufgrund hoher Verkehrsdichten wird heutzutage überwiegend das so genannte Abblendlicht als Fahrlicht verwendet. Derartige Scheinwerfer benötigen beispielsweise eine Hell-Dunkel-Grenze in der Lichtverteilung, gemäß der innerhalb Europas geltenden so genannten ECE-Norm. Eine eine Hell-Dunkel-Grenze aufweisende Lichtverteilung ermöglicht es einerseits eine Blendung des Gegenverkehrs zu verhindern und andererseits dennoch unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze eine relativ große Beleuchtungsstärke zulässt.
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Neben maximalen Sichtweiten und minimaler Blendwirkung muss die Lichtverteilung auch im Nahbereich bestimmten Anforderungen genügen. Beispielsweise müssen Kurven sicher durchfahren werden können, was beispielsweise mit einer seitlich über die Fahrbahnränder hinausreichenden Lichtverteilung ermöglicht wird.
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Zur Erzeugung einer möglichst optimalen Lichtverteilung werden gegenwärtig überwiegend Projektionssysteme oder Reflexionssysteme verwendet.
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Projektionssysteme bieten hohen Gesamtlichtstrom sowie eine gute Reichweite und Seitenausleuchtung. Projektionssysteme weisen eine in einem ersten Brennpunkt des ellipsoid-förmigen Reflektors angeordnete Lichtquelle auf. Die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen werden von dem Reflektor reflektiert und anschließend von einer (Projektions)-Linse gebrochen, um eine bestimmte Lichtverteilung zu erhalten. Bedingt durch diese zweistufige Abbildung und üblicherweise kleine Brennweiten des Projektionssystems sind die abgebildeten Lichtbogenbilder beziehungsweise Wendelbilder jedoch sehr groß. Damit ist es schwierig, die Beleuchtungsstärke gezielt, beispielsweise im Nahbereich, abzusenken. Dies bedingt in der Regel auch einen Verlust der Reichweite und einen inhomogenen Nahbereich, was als störend empfunden wird.
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Reflexionssysteme bieten hingegen in der Regel eine gute Kernlichtverteilung und wenig störendes Vorfeld. Reflexionssysteme erzielen jedoch üblicherweise eine schlechtere Seitenausleuchtung als Projektionssysteme. Ferner ist bei Reflexionssystemen üblicherweise der Gesamtlichtstrom geringer, da häufig die eingesetzte Lichtquelle einen niedrigeren Lichtstrom abgibt und zum anderen die räumliche Umfassung aus Gründen des Verhältnisses des benötigten Bauraums zu dem zur Verfügung stehenden Bauraum schlechter ist als bei Projektionssystemen.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2006 023 139 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug bekannt, die eine Lichtquelle, einen Primärreflektor zur Erzeugung einer Kernlichtverteilung und einen zur Erzeugung einer peripheren Lichtverteilung mit einer Linse zusammenwirkenden Sekundärreflektor aufweist. Aus der
DE 197 56 437 A1 ist eine Beleuchtungseinrichtung mit einem Primärreflektor, der einen Kernbereich der resultierenden Lichtverteilung ausleuchtet, und einem Sekundärreflektor bekannt, der im Zusammenwirken mit einer Linse eine periphere Lichtverteilung erzeugt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Beleuchtungseinrichtung mit verbesserten lichttechnischen Eigenschaften zu schaffen. Insbesondere soll eine derartige Beleuchtungseinrichtung eine hohe Reichweite, eine breite Seitenausleuchtung und ein großes Lichtvolumen bei gleichzeitiger kleiner Abmessung ermöglichen. Ferner soll ein möglichst homogenes Vorfeld mit niedrigem Niveau erreicht werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass der Primärreflektor aus zwei seitlich angeordneten Reflektorelementen gebildet ist und dass der Primärreflektor derart ausgestaltet ist, dass die mittels der reflektierten Lichtstrahlen erzeugte Kernlichtverteilung eine Hell-Dunkel-Grenze aufweist.
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Damit ist es möglich, die Vorteile eines Projektionssystems und die Vorteile eines Reflexionssystems in einer Beleuchtungseinrichtung zu vereinen. Der Primärreflektor wirkt hierbei wie ein Reflexionssystem und erzeugt somit eine besonders gute Kernlichtverteilung. Der Sekundärreflektor wirkt zusammen mit der Linse wie ein Projektionssystem und erzeugt somit eine homogene Basislichtverteilung mit hoher Seitenstreuung und niedrigem Lichtniveau im Nahbereich vor dem Fahrzeug.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung eine mit dem Sekundärreflektor zusammenwirkende Blende auf, mittels der eine Hell-Dunkel-Grenze gebildet wird, die den gesetzlichen Vorgaben entspricht.
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Vorteilhafterweise ist der Primärreflektor derart ausgestaltet, dass die von diesem reflektierten Lichtstrahlen eine asymmetrische Hell-Dunkel-Grenze erzeugen.
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In der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung wird folglich ein Teil der von der Lichtquelle abgestrahlten Lichtstrahlen von dem Primärreflektor abgestrahlt und ein anderer Teil derselben Lichtquelle wird aus dem Sekundärreflektor und der Linse bestehenden System abgestrahlt. Die Linse kann hierbei beispielsweise als symmetrische runde Linse ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist der Primärreflektor aus zwei seitlich angeordneten Reflektorelementen gebildet. Übliche Scheinwerfer in Reflexionstechnologie weisen bedingt durch Bauraum und Design häufig eine rechteckige und sehr flache Form auf. Dies hat zur Folge, dass die die Lichtquelle umfassende Reflexionsfläche nur einen kleinen Raumwinkel des abgestrahlten Lampenlichtstroms erfasst. Der Gesamtlichtstrom des Systems und damit der Wirkungsgrad sind somit gering, da im oberen und unteren Bereich Lichtstrom verloren geht. Eine seitliche Anordnung des Primärreflektors hat somit den Vorteil, dass der Teil des von der Lichtquelle ausgestrahlten Lampenlichtstroms, der auch bei herkömmlichen Reflexionssystemen den größten Anteil am Gesamtlichtstrom hat, in der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung für den Reflexionsteil und damit für die Erzeugung der Kernlichtverteilung genutzt wird.
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Demzufolge wird von dem Sekundärreflektor überwiegend der von der Lichtquelle nach oben und unten abgestrahlte Lichtstrom reflektiert und der Linse zugeführt, so dass dieser Teil des Lichtstroms die Basislichtverteilung erzeugt und gleichzeitig eine hohe Seitenstreuung ermöglicht.
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Vorzugsweise ist der Primärreflektor weitgehend parabolisch ausgeformt. Hierbei kann der Primärreflektor beispielsweise Teil eines Rotationsparaboloids sein. Dies ermöglicht, für die Herstellung des Primärreflektors bekannte Verfahren aus dem Bereich der Reflexionssysteme anzuwenden. Analog hierzu ist der Sekundärreflektor vorzugsweise weitgehend elliptisch ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung sind der Primärreflektor und der Sekundärreflektor einstückig ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders kompakte Bauform des Scheinwerfers. Ferner wird dadurch ermöglicht, dass sowohl der Primärreflektor als auch der Sekundärreflektor in einem gemeinsamen Verfahren, beispielsweise einem Spritzgussverfahren, hergestellt werden. Hierzu muss dann lediglich ein Werkzeug hergestellt werden. Ferner entfallen dabei Verbindungselemente, mittels derer sonst der Primärreflektor mit dem Sekundärreflektor verbunden werden müsste. Des weiteren hat die einstückige Ausführungsform den Vorteil, dass eine besonders präzise Lichtverteilung erzielbar ist, da das Zusammenwirken des Primärreflektors mit dem Sekundärreflektor aufgrund einer hohen Fertigungsgenauigkeit vorbestimmt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist an dem Sekundärreflektor eine Lampenhalterung angeordnet. Insbesondere vorteilhaft ist, wenn diese Lampenhalterung einstückig mit dem Sekundärreflektor und damit auch einstückig mit dem Primärreflektor ausgebildet ist. Dies ermöglicht eine noch effizientere Herstellung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung. Ferner kann damit eine nochmalige Verringerung des benötigten Bauraums erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung ist die Linse als Zylinderlinse ausgebildet. Eine Zylinderlinse ermöglicht eine Brechung der von dem Sekundärreflektor reflektierten Lichtstrahlen derart, dass eine Begrenzung des Abstrahlwinkels nach oben erreicht werden kann. Eine Einflussnahme auf die Führung von seitlich abgestrahlten Lichtstrahlen durch die Linse ist nicht notwendig, da die von der Lichtquelle seitlich abgestrahlten Lichtstrahlen von dem Primärreflektor und nicht von dem Sekundärreflektor reflektiert werden. Mittels einer derartigen Zylinderlinse sind beispielsweise besonders flache Bauformen der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung realisierbar. Ferner ist eine Zylinderlinse besonders kostengünstig herstellbar.
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Vorzugsweise ist die der Lichtquelle abgewandten Seite der Linse asphärisch ausgebildet. Damit ist eine besonders homogene und seitlich weitstreuende Lichtverteilung erreichbar. Eine asphärische Linse kann mit einer höheren Apertur als eine nichtasphärische Linse ausgeführt werden und hat somit einen besseren Wirkungsgrad.
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Vorteilhafterweise ist der Linse ein Streuelement zugeordnet. Ein derartiges Streuelement kann beispielsweise wellenförmige Streuprofile aufweisen und bewirkt vorzugsweise eine horizontale Streuung. Damit kann die Homogenität des von der Beleuchtungseinrichtung ausgestrahlten Lichts nochmals erhöht werden. Ferner kann eine beabsichtigte Lichtverteilung durch die Streuscheibe erreicht beziehungsweise optimiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Streuscheibe einstückig mit der Zylinderlinse, insbesondere auf der der Lichtquelle zugewandten Seite ausgebildet ist.
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Vorzugsweise ist die Lichtquelle als eine Gasentladungslampe ausgebildet. Eine Gasentladungslampe ist beispielsweise eine so genannte Xenon-Lampe. Damit kann ein besonders hoher Lichtstrom erreicht werden.
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Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1 eine schematisierte dreidimensionale Darstellung einer Beleuchtungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 eine Darstellung der Kernlichtverteilung, erzeugt durch Primärreflektoren;
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3 eine Darstellung der Basislichtverteilung, erzeugt durch einen Sekundärreflektor;
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4 eine schematische Darstellung der Gesamtlichtverteilung;
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5a bis 5e schematisierte Darstellungen von beispielhaften Zylinderlinsen in einer Ansicht von oben.
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In 1 ist eine schematisierte drei-dimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung 1 gezeigt. Die Beleuchtungseinrichtung 1 umfasst einen Primärreflektor 2, der aus zwei seitlich angeordneten Reflektorelementen besteht. Einstückig mit dem Primärreflektor 2 ist ein Sekundärreflektor 3 verbunden. Die Beleuchtungseinrichtung 1 weist ferner eine Zylinderlinse 4 und eine Lichtquelle 5 auf.
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Der Primärreflektor 2 reflektiert den von der Lichtquelle 5, beispielsweise einer Gasentladungslampe, seitlich abgestrahlten Lichtstrom. Der Primärreflektor 2 ist hierbei derart ausgestaltetet, dass die mittels der reflektierten Lichtstrahlen eine Hell-Dunkel-Grenze entsteht. Die seitlich angeordneten Reflektorelemente des Primärreflektors weisen weitgehend parabolisch modifizierte Flächen auf. Die optischen Flächen können beispielsweise segmentiert oder facettiert sein.
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Die von dem Primärreflektor 2 reflektierten Lichtstrahlen erzeugen eine Kernlichtverteilung mit hoher Reichweite und einer asymmetrischen Hell-Dunkel-Grenze, die beispielsweise einen 15-Grad-Sektor aufweist. Der Primärreflektor 2 nutzt nur kleine Wendelbilder beziehungsweise Lichtbogenbilder der Lichtquelle 5 und generiert dadurch eine räumlich begrenzte Lichtverteilung, die sich nicht bis in das Vorfeld vor dem Fahrzeug erstreckt.
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Der Sekundärreflektor 3 besteht aus einem inneren umlaufenden Teilabschnitt sowie einem äußeren oberen und unteren Flügel. Der innere Teil erfasst somit den gesamten Lichtstrom (360°), der in Richtung dieser Fläche abgestrahlt wird. Erst ab einer gewissen Reflektortiefe wird der Lichtstrom der Lichtquelle 5 aufgeteilt zwischen Sekundärreflektor 3 oben/unter sowie Primärreflektor 2 rechts/links.
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Die Wendelbilder beziehungsweise Lichtbogenbilder werden in eine Zwischenbildebene abgebildet, in der eine nicht dargestellte Strahlenblende angeordnet ist. Die Strahlenblende ist hierbei annähernd in dem zweiten Brennpunkt des von dem Sekundärreflektor 3 gebildeten Ellipsoids angeordnet. Hierbei ist die Lichtquelle 5 näherungsweise in dem ersten Brennpunkt des Ellipsoids angeordnet. Das Zwischenbild und die Blende liegen insbesondere auch in der Nähe des Brennpunkts der horizontal streuenden Zylinderlinse 4.
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Die Zylinderlinse 4 vergrößert das Zwischenbild und projiziert dieses auf die sich vor der Beleuchtungseinrichtung 1 befindlichen Fläche, beispielsweise eine Straße. Die von dem Sekundärreflektor 3 reflektierten Lichtstrahlen erzeugen eine homogene Basislichtverteilung mit hoher Seitenstreuung und niedrigem Lichtniveau im Nahbereich vor dem Fahrzeug. Die Hell-Dunkel-Grenze wird hierbei durch die nicht dargestellte Blende gebildet und weist beispielsweise eine horizontale beziehungsweise weitgehend horizontale außen ansteigende Form auf. Der Anstieg beträgt hierbei beispielsweise ebenfalls 15°.
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Form und Größe des Sekundärreflektors 3 sind derart gewählt, dass ein ausgewogenes Verhältnis von Basislichtverteilung zu der von dem Primärreflektor 2 erzeugten Kernlichtverteilung erzielt wird.
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Die Lichtquelle 5, also beispielsweise eine sogenannte D2R-Lampe, ist in einer Lampenhalterung befestigt, die in dem Sekundärreflektor gebildet ist.
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2 zeigt eine durch den Primärreflektor 2 erzeugte beispielhafte Kernlichtverteilung. Die gestrichelte Linie stellt die Ideallinie der Hell-Dunkel-Grenze dar, die eine 15-Grad-Steigung in dem Bereich ab 0° horizontal aufweist. Die Kernlichtverteilung wird durch die parabolisch ausgebildeten Primärreflektoren 2 durch Reflexion der seitlich von der Lichtquelle 5 ausgestrahlten Lichtstrahlen erzeugt. Die Kernlichtverteilung ist von hoher Intensität und erreicht damit eine hohe Reichweite.
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In 3 ist eine beispielhafte Basislichtverteilung dargestellt, die durch ein Zusammenwirken des nach oben und nach unten von der Lichtquelle 5 abgestrahlten Lichtstroms gebildet wird, wenn dieser von dem Sekundärreflektor 3 reflektiert und über die Blende und die Zylinderlinse 4 von der Beleuchtungseinrichtung 1 abgestrahlt wird. Die in der 3 dargestellte Basislichtverteilung weist eine besonders homogene und besonders weit seitlich reichende Lichtverteilung auf.
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In 4 ist eine Gesamtlichtverteilung beispielhaft dargestellt, wie sie mit der Beleuchtungseinrichtung 1 erzeugt werden kann. Hierbei ergänzen sich die von dem Primärreflektor 2 und dem Sekundärreflektor 3 erzeugten Lichtverteilungen zu einer besonders ausgewogenen Gesamtverteilung mit hoher Reichweite und hoher Seitenstreuung sowie einer homogenen Vorfeldausleuchtung auf niedrigem Niveau. Durch den relativ rechteckigen Verlauf der so genannten Isoluxlinien wird in dem seitlichen Bereich vor dem Fahrzeug eine besonders gute Ausleuchtung erzielt. Die Gesamtlichtverteilung ergibt sich beispielsweise additiv aus der in den 2 und 3 dargestellten Lichtverteilungen.
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In den 5a–5e sind Ausführungsbeispiele für mögliche Zylinderlinsen 4 und mögliche Streuscheiben beziehungsweise mögliche Kombinationen aus diesen Elementen dargestellt.
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In 5a ist eine Zylinderlinse 4 ohne Profilierung dargestellt. 5b zeigt eine Zylinderlinse 4 in einer Ansicht von oben, an deren der Lichtquelle 5 zugeordneten Seite ein horizontal streuendes Wellenprofil 4a (z. B. nach Art einer Sinus- oder Kosinusfunktion) ausgebildet ist. In 5c ist ein separates Streuelement 6 dargestellt, das auf der der Lichtquelle 5 abgewandten Seite der Zylinderlinse 4 angeordnet ist. Das Streuelement 6 weist auf der der Zylinderlinse 4 zugewandten Seite ein Wellenprofil 6a (z. B. nach Art einer Sinus- oder Kosinusfunktion) auf.
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5d zeigt eine Ausführungsform, bei der die horizontal streuende Profilierung 4b (z. B. nach Art des Betrags einer Sinus- oder Kosinusfunktion) wie in 5b dargestellt, jedoch mit einem gröberen Profil ausgeführt ist.
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5e zeigt analog zu der in 5c dargestellten Ausführungsform eine plankonvexe Zylinderlinse 4 mit separatem Streuelement 6, das jedoch eine gröbere horizontal streuende Profilierung 6a aufweist (z. B. nach Art des Betrags einer Sinus- oder Kosinusfunktion).
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Je nachdem, welche Anforderungen an die Beleuchtungseinrichtung 1, beispielsweise bedingt durch gesetzliche Vorgaben oder durch eine bestimmte Bauform, gestellt werden, kann die Linse 4 mir einem entsprechenden Streuelement zusammenwirken, um eine möglichst optimale Lichtverteilung zu erzielen. Insbesondere kann die Linse 4 selbst, wie in den 5b und 5d dargestellt, an der der Lichtquelle zugewandten Seite eine Profilierung aufweisen.
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Es ist auch vorstellbar, statt der Zylinderlinse 4 eine Plankonvexlinse vorzusehen und diese gegebenenfalls mit einem Streuelement zu kombinieren.
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Selbstverständlich kann die Beleuchtungseinrichtung 1 beispielsweise auch mit einer Halogenlampe betrieben werden.
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Insbesondere ist es vorstellbar, den Primärreflektor 2 derartig auszugestalten, dass er einen mehr oder weniger großen Teil des von der Lichtquelle 5 nach oben beziehungsweise nach unten abgestrahlten Lichtstroms ebenfalls reflektiert. In diesem Fall kann der Sekundärreflektor 3 entsprechend kleiner ausgestaltet werden. Das heißt, dass das obere und/oder das untere Reflektorelement des Sekundärreflektors 3 einen kleineren Winkelbereich des von der Lichtquelle 5 ausgestrahlten Lichts reflektiert.
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Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Sekundärreflektor 3 auch einen mehr oder weniger großen Teil des von der Lichtquelle 5 seitlich abgestrahlten Lichts reflektiert. Die Dimensionen und Winkelbereiche des Primärreflektors 2 als auch des Sekundärreflektors 3 können folglich variieren. Jedoch wird der Kernlichtbereich primär von dem Primärreflektor und der Basislichtbereich primär von dem Sekundärreflektor 3 in Verbindung mit der Linse 4 erzeugt.
