DE19910192C2 - Reflektor mit einem konkaven rotationssymmetrischen Grundkörper und einer Facetten aufweisenden Reflexionsfläche - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reflektor mit einem konkaven rotationssymmetrischen Grundkörper und einer Facetten aufweisenden Reflektionsfläche. Solche Reflektoren werden beispielsweise verwendet für Leuchten für allgemeine Beleuchtungszwecke. Sie haben insbesondere im Einzelhandel große Verbreitung gefunden. Sie werden aber auch verwendet für die Lichteinspeisung in Lichtleiter, in Videoprojektoren oder in Scheinwerfern, die ein schart begrenztes Lichtfeld erzeugen (sogenannte Verfolgungsscheinwerfer).

Solche Reflektoren besitzen im allgemeinen eine elliptische, parabolische oder kegelschnittähnliche Grundkontur. In vielen Fällen sind dieser Grundkontur Facetten überlagert, um die Gleichmäßigkeit des Lichtfeldes zu verbessern und/oder die Größe des Lichtfeldes zu erhöhen.

Im allgemeinen strebt man an, dass Reflektoren der genannten Art ein kreisrundes Lichtfeld erzeugen. Dies wird jedoch nicht immer erzielt. Der Grund liegt darin, dass die verwendeten Leuchtkörper nicht rotationssymmetrisch sind. Die Folge davon ist ein Lichtfeld, das von der Kreisform abweicht. Es kann oval sein oder gar annähernd die Gestalt eines Rechteckes haben, was unerwünscht ist.

Umgekehrt kann aber auch der Fall vorliegen, dass man gern ein von der Kreisform abweichendes Lichtfeld hätte, dass man aber aus Gründen der Herstellung oder des Einbaus nur rotationssymmetrische Leuchtkörper verwenden kann. Bei Verwendung eines solchen rotationssymmetrischen Leuchtkörpers ist somit das Erzeugen eines von der Kreisform abweichenden Lichtfeldes mit einfachen Mitteln nicht möglich.

Aus DE 195 43 005 A1 ist ein Reflektor für eine strahlende Lichtquelle bekannt, der aus Metall besteht und dessen reflektierende Oberfläche mit einer Interfe­ renzschicht versehen ist, wobei auf die aus Aluminium bestehende Oberfläche abwechselnd hoch und niedrig brechende Schichten aus Oxiden und Metallen aufgetragen sind, deren Schichtdecke im Bereich von 0,05 µm bis 2 µm liegt.

Aus EP 0 250 191 A2 ist ein Lampenreflektor bekannt, der für prefokusierende Lampen geeignet ist und teilweise mit Facetten bedeckt ist. Die Oberfläche weis unfacettierte Bereiche zwischen mindestens einer Facette und einer un­ mittelbar benachbarten Facette auf.

Aus EP 0005080 B1 ist ein Lichtprojektionssystem für ein Spotlicht- Scheinwerfer mit einer Glühfadenlampe bekannt, die einen ebenen, längli­ chen Gitterglühfaden enthält, und mit einer konkaven Reflektoranordnung, auf deren Achse der Gitterglühfaden axial angeordnet ist und von der vom Glüh­ faden abgestrahltes Licht durch eine Blende in ein Objektiv reflektiert wird, um das Spotlichtbündel zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoran­ ordnung Facetten aufweist, die jeweils einen Lichtfleck erzeugen, der die Blende gerade ausfüllt.

Aus DE 196 27 940 A1 ist ein optischer Signalgeber für Verkehrssignalanlagen bekannt, mit einem Reflektor, wenigstens einer Lichtquelle und einer im Strahlengang des vom Reflektor reflektierten Lichtbündels angeordneten lichtdurchlässigen Abdeckscheibe, wobei der Reflektor derart ausgebildet ist, daß durch diesen von der wenigstens einen Lichtquelle ausgesandtes Licht als ein Lichtbündel reflektiert wird, das ohne die Abdeckscheibe einen vor dem Signalgeber etwa koaxial zu dessen optischer Achse angeordneten Meßschirm in einem Bereich beleuchtet, dessen Schwerpunkt unterhalb einer die optische Achse enthaltenden Horizontalebene (HH) liegt, der sich nach unten hin verbreitert und der sich zumindest annähernd symmetrisch beider­ seits einer die optische Achse enthaltenden Vertikalebene erstreckt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflektor zum Reflektieren von Lichtstrahlen derart zu gestalten, dass sich Lichtfelder willkürlich erzeugen lassen, die wenigstens nahezu kreisrund oder nahezu rechteckig sind, und zwar ungeachtet der Gestalt des verwendeten Leuchtkörpers.

Diese Aufgabe wird durch einen Reflektor mit einem konkaven rotationssymmetrischen. Grundkörper und einer Facetten aufweisenden Reflexionsfläche, mit einer Fassungsöffnung gelöst, wobei die Facetten in Sektoren angeordnet sind, die um die Rotationsachse des Reflektors gruppiert sind und die Facetten in den Sektoren zeilenförmig entgegengesetzt der Lichtaustrittsrichtung des Reflektors angeordnet sind, wobei die Radien von Facetten innerhalb eines Facettensektors und/oder einer Facettenzeile unterschiedlich groß sind und die Radien und/oder Sektorenwinkel der Facetten innerhalb einer Facettenzeile variieren.

Die Erfinder haben erkannt, dass eine bestimmte Lichtfeldkontur bei gegebener Gestalt des Leuchtkörpers allein durch die Wahl der Formen einzelner oder aller Facettenflächen sowie durch die Anordnung oder Lage solcher Facettenflächen zur optischen Achse des Reflektor-Grundkörpers erzeugbar ist.

Mit der Erfindung lassen sich die folgenden Probleme lösen. Entweder ist ein nicht- rotationssymmetrischer Leuchtkörper vorgegeben, und man möchte ein rundes Lichtfeld erzeugen. Oder es ist ein rotationssymmetrischer Leuchtkörper vorgegeben, und man möchte ein nicht-rundes Lichtfeld erzeugen. In beiden Fällen werden die Facettenflächen derart gestaltet und angeordnet, dass eine Rotationssymmetrie der Facettenflächen, bezogen auf die optische Achse des Reflektor-Grundkörpers, weitgehend vermieden wird.

Die Erfindung lässt sich in vielfältiger Weise in die Praxis umsetzen. So gibt es bezüglich der Formen der Facettenflächen zahlreiche Möglichkeiten. Die Facettenflächen können beispielsweise eben, kugelförmig oder zylindrisch sein. In den zwei letztgenannten Fällen können sie sowohl konkav als auch konvex sein.

Die Abweichung von der Rotationssymmetrie kann auch darin liegen, dass Gruppen von Facettenflächen größer, und andere Gruppen wiederum kleiner sind. Maßgeblich ist, dass gewisse Facettenflächen oder Gruppen von Facettenflächen, die sich über einen gewissen Umfangsbereich des Reflektor-Grundkörpers erstrecken, bezüglich ihrer Formen und Lagen von gewissen anderen Facettenflächen oder Gruppen von Facettenflächen unterscheiden, die sich über einen anderen Umfangsbereich erstrecken.

Bekannte Reflektoren weisen Facettenflächen auf, die in Zeilen verlaufen, welche ihrerseits in achssenkrechten Ebenen angeordnet sind, In der Draufsicht auf den hohlen Reflektor-Grundkörper - somit in diesen hinein - kann man die gesamte Reflexionsfläche in Sektoren aufteilen, die sich von der Lichtaustrittsöffnung des Reflektors zur Fassung des Leuchtkörpers hin erstrecken. Die Grenzlinien zwischen einander benachbarten Sektoren können mit Meridianlinien zusammenfallen. Sie müssen es aber nicht.

Desgleichen müssen die genannten Zeilen nicht unbedingt in achssenkrechten Ebenen verlaufen. Sie könnten sich auch spiralig um die optische Achse des Reflektors herumwinden.

Von den zahlreichen Arten, eine Rotations-Asymmetrie vorzusehen, ist noch die folgende Möglichkeit zu erwähnen: Handelt es sich um Facettenflächen von zylindrischer Form, so können die Achsen der Zylinder parallel zur optischen Achse des Reflektors verlaufen, aber auch in Umfangsrichtung.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, ungleiche Formen miteinander zu paaren. So kann beispielsweise ein Bereich der Reflektor-Innenfläche aus kugeligen Facettenflächen gebildet sein, während ein anderer Bereich aus ebenen Facettenflächen gebildet ist. Eine weitere Paarung zwischen verschiedenen Sektoren kann in konkaven und konvexen Zylindern bestehen, oder in großen und kleinen Zylindern.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen facettierten Reflektor mit 24 Sektoren und 9 Zeilen.

Fig. 2 zeigt wiederum eine Draufsicht auf einen facettierten Reflektor mit vier Gruppen von Facettenflächen.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen abgewickelten, facettierten Reflektor, bei dem nur eine einzige Zeile dargestellt ist.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf einen Reflektor mit gegeneinander versetzten Facettenzeilen.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Reflektor sind die Facettenflächen in Zeilen angeordnet, die zur x-Achse konzentrisch verlaufen. Die Facettenflächen sind gleichzeitig in Sektoren angeordnet. Die Facettenflächen können kugelförmig oder zylindrisch sein.

Dabei werden die Radien der Facettenflächen (das heißt die Radien der Kugeln oder der Zylinder) innerhalb einer Facettenzeile, variiert entsprechend der Größe des Raumwinkels, unter dem die Facette den Leuchtkörper "sieht". Bei großem Raumwinkel und damit verbundener größerer Lichtstreuung wird dem gemäß eine kleinere Krümmung der Facettenfläche gewählt, somit ein größerer Facettenradius, und umgekehrt. Sind beispielsweise die Abmessungen des Leuchtkörpers in Richtung der y- Achse größer, als in Richtung der z-Achse, so müssen die Radien der Facettenflächen in zwei Sektoren, die auf der z-Achse liegen, größer sein als die Radien der Facettenflächen in den beiden Sektoren, die auf der y-Achse liegen. Die Radien der Facettenflächen in den dazwischen liegenden Sektoren sind dann in geeigneter Weise zwischen diesen beiden Extremwerten zu wählen.

In der Praxis hat sich dabei folgende cosinusförmige Beziehung als sehr geeignet erwiesen:

Es können jedoch auch andere periodische Beziehungen mit gleicher Periode gewählt werden, z. B.:

Einen ähnlichen Effekt erhält man, wenn nicht der Radius der Facette innerhalb einer Zeile variiert wird, sondern der Winkel, über den sich eine Spalte von Facettenflächen erstreckt. Dieses Prinzip lässt sich nicht nur auf kugelförmige oder zylindrische Facettenflächen, sondern auch auf ebene Facettenflächen anwenden. Es werden die Sektorwinkel von kugeligen oder zylindrischen oder ebenen Facettenflächen innerhalb einer Facettenzeile entsprechend der Größe des Raumwinkels variiert, unter dem die Facettenfläche den Leuchtkörper "sieht". Bei großem Raumwinkel und dem gemäß größerer Lichtstreuung wählt man einen kleineren Sektorwinkel, und umgekehrt. Sind zum Beispiel die Abmessungen des Leuchtkörpers in Richtung der y-Achse größer, als in Richtung der z-Achse, so müssen die Sektorwinkel in den beiden Sektoren, die auf der z-Achse liegen, kleiner sein als die Sektorwinkel der Facettenflächen in den beiden Sektoren, die auf der y-Achse liegen. Die Sektorwinkel in den dazwischen liegenden Sektoren sind dann in geeigneter Weise zwischen diesen beiden Extremwerten zu wählen.

In der Praxis hat sich dabei folgende cosinusförmige Beziehung als sehr geeignet erwiesen;

Es können jedoch auch andere periodische Beziehungen mit gleicher Periode gewählt werden, z. B.:

Handelt es sich um zylindrische Facettenflächen, so können die Zylinderachsen relativ zum gesamten Reflektor variiert werden. Die Zylinderachsen können beispielsweise in Umfangsrichtung verlaufen, und somit dem Verlauf einer Zeile folgen, oder in Richtung der Sektoren verlaufen.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist die gesamte Reflektorfläche in vier gleiche Sektoren A, B, C und D von jeweils 90 Grad aufgeteilt. Die z-Achse ist dabei gleichzeitig Symmetrieachse der Sektoren A und C, und die y-Achse ist gleichzeitig Symmetrieachse der Sektoren B und D. Je nach der gewünschten Lichtverteilung und dem gewünschten Lichtfeld wird dann für die Sektoren A und 0 eine zum Reflektorumfang senkrechte (bzw. tangentiale) Ausrichtung der Zylinderachse der Facettenflächen gewählt, und für die Sektoren 5 und D eine zum Reflektorumfang tangentiale (bzw. senkrechte) Ausrichtung.

Damit der gewünschte Effekt erreicht wird, sollte in geeigneter Weise eine Marke am Reflektor angebracht werden. Hierdurch lässt sich die Lampe mit dem nicht- rotationssymmetrischen Leuchtkörper in der richtigen Winkelposition in den Reflektor einbauen. Es lässt sich damit erkennen, in welche Richtung sich das ovale Lichtfeld erstreckt.

Fig. 3 lässt eine einzige Zeile von Facettenflächen erkennen. Diese verläuft spiralig um die x-Achse und damit um die optische Achse des Reflektors. Die anderen Zeilen verlaufen ebenfalls spiralig. Die Zeilen liegen somit nicht in Ebenen, die senkrecht zur optischen Achse des Reflektors verlaufen.

In den Fig. 1 und 2 verlaufen die Grenzlinien zwischen zwei einander benachbarten Sektoren radial. Dies muss jedoch nicht unbedingt so sein. Vielmehr können auch die Grenzlinien - und damit die Sektoren selbst - einen anderen Verlauf haben, beispielsweise einen gegen die Radiale geneigten Verlauf.

Die Ausdrucksweise "Facettenflächen" bedeutet nicht unbedingt, dass es sich um scharf gegeneinander abgegrenzte Flächen handelt. Vielmehr können die Facettenflächen auch stetig ineinander übergehen.

Wenn von "Zellen" und "Sektoren" die Rede ist, so bedeutet dies ebenfalls nicht zwingend eine strenge Abgrenzung zwischen einzelnen Zeilen und einzelnen Sektoren. Vielmehr ist auch hier ein stetiger Übergang zwischen einander benachbarten Zeilen bzw. einander benachbarten Sektoren möglich. Es handelt sich somit in einem solchen Falle nur um ideelle Zeilen und ideelle Sektoren.

Claims (9)

1. Reflektor mit einem konkaven rotationssymmetrischen Grundkörper und einer Facetten aufweisenden Reflexionsfläche, mit einer Fassungsöffnung, wobei die Facetten in Sektoren angeordnet sind, die um die Rotationsachse des Reflektors gruppiert sind und die Facetten in den Sektoren zeilenförmig entgegengesetzt der Lichtaustrittsrichtung des Reflektors angeordnet sind, wobei die Radien von Facetten innerhalb eines Facettensektors und/oder einer Facettenzeile unterschiedlich groß sind und die Radien und/oder Sektorenwinkel der Facetten innerhalb einer Facettenzeile variieren.

2. Reflektor nach Anspruch 1, wobei die Zeilen in Ebenen liegen, die zur optischen Achse des Reflektors senkrecht verlaufen.

3. Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Grenzlinien zwischen den Sektoren jeweils Ebenen aufspannen, die die optische Achse enthalten.

4. Reflektor nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Zeilen von Facetten spiralig um die optische Achse des Reflektors verlaufen.

5. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens einige Facettenflächen Zylinder sind.

6. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei wenigstens einige Facettenflächen sphärisch sind.

7. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenigstens einige Facettenflächen andere gekrümmte Flächen aufweisen, wie Rotations-Ellipsoide oder Rotations-Paraboloide.

8. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei wenigstens einige Facettenflächen eben sind.

9. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Facettenflächen konvex oder konkav sind.