DE1201275B

DE1201275B - Scheinwerfer zum Ausleuchten einer recht-winkligen Flaeche

Info

Publication number: DE1201275B
Application number: DEJ20389A
Authority: DE
Inventors: Marcel Wohlers
Original assignee: INFRANOR SA
Current assignee: INFRANOR SA
Priority date: 1960-08-20
Filing date: 1961-08-11
Publication date: 1965-09-23
Also published as: FR1297598A; ES269597A1; CH366406A; GB988411A; US3152765A

Description

Scheinwerfer zum Ausleuchten einer rechtwinkligen Flä Quecksilber-Hochdrucklampen zeigen eine wesentlich größere Leistung und Lebensdauer als Glüh- lampen, und ihre Verwendung in Scheinwerfern ist vorteilhaft.
Diese Hochdrucklampen weisen gewöhnlich einen fluoreszierenden Kolben großen Ausmaßes auf, der den Vorteil hat, die Farbe des Lichtes zu korrigieren, ohne den Lichtstrom zu reduzieren. Jedoch ist dieser Vorteil gering im Vergleich zu f olgendem Nachteil, der bei großen Lichtquellen auftritt: Man kann das Licht einer derartigen Lichtquelle nicht ohne die Verwendung von Reflektoren außergewöhnlich großer Ausmaße richten. Hinzu kommt, daß man das direkte Streulicht, welches aus dem Hauptstrahlenbündel heraustritt, niemals ganz beseitigen kann.
Insbesondere können diese Lampen mit fluoreszierenden Kolben schlecht in Scheinwerfern verwendet werden, die eine rechtwinklige Fläche, z. B. eine Hausfassade oder einen Sportplatz, praktisch gleichmäßig ausleuchten sollen.
Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer, durch den diese Nachteile beseitigt werden und insbesondere eine rechtwinklige Fläche praktisch gleichmäßig ausgeleuchtet werden kann.
Dieser Scheinwerfer, zum Beleuchten einer rechtwinkligen Fläche, mit einer senkrecht zu seiner optischen Achse sich erstreckenden, im wesentlichen geradlinigen Lichtquelle, die umgeben ist von einer hinter und parallel zu ihr liegenden reflektierenden Zylinderschale von zwei auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse parallel zu der Lichtquelle angeordneten, ebenfalls zylinderschalenförmigen Reflektoren sowie von zwei weiteren, in der Nähe der Enden der Lichtquelle den seitlichen Abschluß des Scheinwerfers bildenden Reflektoren, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugende der gegenüber der optischen Achse angeordneten zwei zylinderschalenförmigen Reflektoren rechnerisch durch die Differentialgleichung oder graphisch durch die Formel bestimmt ist, worin x, y die durch die Lichtquelle gelegten rechtwinkligen Koordinaten, K eine Konstante, o4 der Winkel eines reflektierten Strahles mit der optischen Achse, #xm der größte Ausgangswinkel eines reilektierten Strahles, ß der Winkel, unter dem ein Strahl auf den Reflektor fällt, und J, die Lichtintensität für oc # 0 ist.
Zweckmäßig umfaßt die hintere reflektierende Zylinderschale die Lichtquelle um 180'.
Die beiden auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse befindlichen Reflektoren können mit der hinteren Zylinderschale über zwei zylindrische Spiegel verbunden sein, die das auf sie auftreffende Licht auf die Zylinderschale reflektieren, die es ihrerseits auf die zu beleuchtende Fläche wirft.
Vorzugsweise haben die vorderen Ränder der Reflektoren zur optischen Achse schräg verlaufende Schirme, die den Öffnungswinkel der direkten Lichtstrahlen begrenzen.
Im allgemeinen sind innerhalb der seitlich der optischen Achse angeordneten Rellektoren zwei weitere parallel zur Lichtquelle ausgerichtete zylinderschalenförmige Reflektoren vorgesehen.
Die vorderen Ränder der zweiten Rellektoren können zur optischen Achse schräg verlaufende Schirme haben, die den Öffnungswinkel der direkten Lichtstrahlen begrenzen. Die Zeichnung zeigt schematisch und beispielhaft mehrere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers.
F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform, der senkrecht zur Lichtquelle und parallel zur optischen Achse des Scheinwerfers verläuft; F i g. 2 zeigt diese Ausführungsf orm in Perspektive; F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch diese Ausführungsform senkrecht zu dem Schnitt der F i g. 1 und parallel zur optischen Achse; F i g. 4 und 5 zeigen Schnitte entsprechend denjenigen der F i g. 1 durch zwei weitere Ausführungsformen.
Der in den F i g. 1 bis 3 dargestellte Scheinwerfer weist eine reflektierende Zylinderkalotte 1 auf, die hinter einer Lichtquelle angeordnet ist. Diese ist als eine im wesentlichen geradlinige Entladungsröhre 2 ausgebildet, die senkrecht zur optischen Achse 3 des Scheinwerfers angeordnet ist.
Die reflektierende Kalotte 1 ist an ihren Rändern mit zwei ebenfalls zylindrischen Reflektoren 4 und 5 verbunden, deren Erzeugende parallel zur Achse der Lichtquelle 2 verlaufen und die auf beiden Seiten der optischen Achse 3 angeordnet sind.
Wie aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, weist der Scheinwerfer außerdem zwei seitliche Reflektoren 6 und 7 auf, die in der Nähe der Enden der Lichtquelle 2 angeordnet sind. Diese Re:flektoren 6 -und 7 sind mit den Seitenrändern der zylindrischen Reflektoren 4 und 5 verbunden. Um eine möglichst große Asymmetrie in der Lichtverteilung des Bündels gemäß dem bekannten Prinzip der Dezentrierung der senkrecht zur optischen Achse ausgerichteten Lampe zu erhalten, überdeckt der kalottenförmige Reffektor 1 einen Winkel von 180' um die Lichtquelle 2. Die Asymmetrie erlaubt nämlich die gleichmäßige Ausleuchtung einer Fläche, selbst wenn diese schräg zur optischen Achse liegt.
In der F i g. 1 ist mit mm der halbe Öffnungswinkel des-,Lichtbündels des Scheinwerfers bezeichnet. Alle Strahlen, die ihn verlassen, müssen innerhalb des doppelten Winkels mm hegen. Wenn man in der F i g. 1 nur die oberhalb der optischen Achse befindliche auszuleuchtende Fläche, d. h. die Hälfte der ganzen auszuleuchtenden Fläche, betrachtet, erkennt man, daß diese von der Lichtquelle direkt ausgehende Strahlen empfängt, die innerhalb des Winkels mm liegen. Außerdem erhält diese Fläche Strahlen, die vom Reflektor 5 reilektiert werden. Die Form dieses Reflektors ist derart, daß die Strahlen p, die unter dem Winkel -xm einfallen, in die Strahlenp' reflektiert werden, die den Scheinwerfer unter dem Winkelam verlassen.
Die Strahlen q, die unter dem auf den Reflektor 5 auftreffen, verlassen nach der Reflexion den Scheinwerfer parallel zur optischen Achse, wie mit q' angezeigt. Die beleuchtete halbe Fläche erhält außerdem Lichtstrahlen, die von dem unteren Teil der Kalotte 1 kommen, deren Form derart ist, daß die einfallenden Lichtstrahlen q den Scheinwerfer als Lichtstrahlen q" unter dem Winkel ocbf verlassen, während die Strahlen r, die parallel zur optischen Achse 3, aber in umgekehrter Richtung auftreffen, in die Strahlen r' parallel zur optischen Achse reflektiert werden. Bekanntlich ist Beleuchtungsintensität eines Scheinwerfers, der eine senkrecht zur optischen Achse stehende rechtwinklige Fläche gleichförmig ausleuchten soll, wobei x der Winkel zwischen dem betrachteten Strahl und der optischen Achse und J, die Lichtintensität für a = 0 ist.
Es folgt daraus, daß man die Kurve für die Reflektoren 4 bzw. 5 erhält, wenn man annimmt, daß ein Strahl unter dem Winkelp auf den Reflektor fällt und ein entsprechenderStrahl ihn unter dem Winkel a verläßt, wobei ß und a gegeben sind, durch wenn die Lichtintensität in einer Ebene senkrecht zur Lichtquelle konstant sein soll.
Wenn mm klein ist, so ist die Form des Reflektors, wie man zeigen kann, durch die Differentialgleichung gegeben. (Für die Kalotte gilt Andererseits ist die Kurve graphisch bestimmbar, indem man den Winkel des auf den Reflektor fallenden Strahlenbündels in n Teile teilt. Dabei sind die dadurch entstehenden n Winkel ßi durch ihre Winkelhalbierenden gegeben. Die Winkel ai ergeben sich gemäß der Formel I, die es ermöglicht, die Winkel der Tangenten der Kurve mit der optischen Achse in den entsprechenden Punkten auszurechnen. Man kann also ein Tangentenpolygon dieser Kurve konstruieren und kann auf diese Weise die Kurve selber bestimmen.
Die Kurve für die seitlichen Reflektoren 6 und 7 kann zur Erreichung einer gleichförmigen Beleuchtung auch in der anderen Richtung, wegen der Länge der Lichtquelle in dieser Richtung, nicht so leicht bestimmt werden. Um diese Kurve zu bestimmen, kann man von der Betrachtung ausgehen, daß alles Licht innerhalb eines gewissen Winkels ausgesandt wird, wodurchman schließlich zu dem Ergebnis kommt, daß diese Reflektoren die geeignete parabohsche Form haben müssen. Das Experiment zeigt, daß dann die Ausleuchtung auch in dieser Richtung sehr gleichförmig ist.
Wenn der Öffnungswinkel des Lichtbündels sehr klein sein soll, so müssen die Reflektoren 4, 5, 6 und 7 der Ausführungsform gemäß F i g. 1 relativ groß sein; insofern sind sie- schlecht verwendbar für Scheinwerfer, die industriell verwendet werden sollen. In diesem Fall ist es-,zweckmäßiger, andere Ausführungsformen zu wählen, beispielsweise solche, wie sie in den F i g. 4 und 5 dargestellt sind, die mit kleineren Ausmaßen auskommen. Die Zylinderschale 1 der Ausführungsform der F i g. 4 besitzt in einer senkrecht zur Achse der Lichtquelle liegenden Ebene, also zwischen den Punkten a und b, ein Ausmaß, welches größer ist als der Abstand zwischen den beiden benachbarten Kanten c und d der zylindrischen Reflektoren 4 und 5. Auf diese Weise ist es möglich, die zylindrischen Reflektoren 4 und 5 sehr nahe aneinanderzustellen, ohne daß auch die Zylinderschale 1 allzu nahe an die Lichtquelle 2 kommt, was im Zusammenhang mit Konstruktionsfragen störend sein kann.
In der Ausführungsform der F i g. 4 sind die Ränder a und b der Zylinderschale 1 mit den Rändern c und d der zylindrischen Reilektoren 4 und 5 durch Flächenelemente 8 und 9 verbunden, welche undurchsichtig sein können und die in ihre Richtungen fallenden direkten Strahlen auffangen. Außerdem hat man den Vorteil, sie reflektierend auszubilden und so zu berechnen, daß das Licht, welches auf sie trifft, auf die Zyhnderschale 1 reflektiert wird. Letztere verteilt es dann auf die auszuleuchtende Fläche. Überdies können die von der Lichtquelle entfernten Ränder der Reflektoren 4 und 5 mit Schirmen 10 und 11 versehen sein, die den Öffnungswinkel der direkten Lichtstrahlen begrenzen, wodurch vermieden wird, daß die Reflektoren 4 und 5 eine allzu große Breite haben.
Nach F i g. 5 besteht eine Variante, um die Ab- messungen der Rellektoren 4 und 5 zu verringern, darin, die komplementären Reflektoren 12 und 13 in die Zone zu setzen, die von der durch die Reflektoren 1, 4 und 5 gerichteten Strahlung frei ist. Diese Reflektoren 12 und 13 richten die Strahlen, die zwischen den äußeren Strahlen 14 und 15 und dem direkten Büschel des Projektors ausgesandt werden. Die Schirme 10 und 11 sind dafür bestimmt, die Öffnung des direkten Strahlenbüschels zu begrenzen, wodurch vermieden wird, den Reflektoren 12 und 13 eine zu große Länge zu geben.
Natürlich kann an Stelle eines Entladungsrohres, das im Ausführungsbeispiel als Lichtquelle dient, auch eine Glühlampe mit geradem Heizdraht verwendet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Scheinwerfer zum Beleuchten einer rechtwinkligen Fläche, mit einer senkrecht zu seiner optischen Achse sich erstreckenden, im wesentlichen geradlinigen Lichtquelle, die umgeben ist von einer hinter und parallel zu ihr liegenden reflektierenden Zylinderschale von zwei auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse parallel zu der Lichtquelle angeordneten, ebenfalls zylinderschalenförmigen Reilektoren sowie von zwei weiteren, in der Nähe der Enden der Lichtquelle den seitlichen Abschluß des Scheinwerfers bildenden Reflektoren, dadurch gekennzeichn e t, daß die Erzeugende der gegenüber der optischen Achse angeordneten zwei zylinderschalenf örmigen Reflektoren (4, 5) rechnerisch durch die Differentialgleichung oder graphisch durch die Formel bestimmt ist, worin x, y die durch die Lichtquelle gelegten rechtwinkligen Koordinaten, K eine Konstante, oc der Winkel eines reflektierten Strahles mit der optischen Achse, ocm der größte Ausgangswinkel eines reflektierten Strahles, ß der Winkel, unter dem ein Strahl auf den Reffektor fällt, und J, die Lichtintensität für oc = 0 ist.
2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere reflektierende Zylinderschale (1) die Lichtquelle (2) um 180' umfaßt. 3. Scheinwerfer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekenn eichnet, daß die beiden auf gegenüberliegenden Seiten der optischen Achse befind-Echen Reflektoren (4, 5) mit der hinteren Zylinderschale (1) über zwei zylindrische Spiegel (8, 9) verbunden sind, die das auf sie auftreffende Licht auf die Zylinderschale (1) reflektieren, die es ihrerseits auf die zu beleuchtende Fläche wirft. 4. Scheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekenn eichnet, daß die vorderen Ränder der Reflektoren (4, 5) zur optischen Achse schräg verlaufende Schirme (10, 11) haben, die den Öffnungswinkel der direkten Lichtstrahlen begrenzen. 5. Scheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn eichnet, daß innerhalb der seitlich der optischen Achse angeordneten Reflektoren (4, 5) zwei weitere parallel zur Lichtquelle ausgerichtete, zyhnderschalenförmige Reflektoren (12, 13) vorgesehen sind. 6. Scheinwerfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Ränder der zweiten Reflektoren (12, 13) zur optischen Achse schräg verlaufende Schirme (10, 11) haben, die den Öffnun-Swinkel der direkten Lichtstrahlen begrenzen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 635 350, 651909; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1809 209; französische Patentschrift Nr. 454 342.