DE2329602A1

DE2329602A1 - Reflektor fuer scheinwerfer

Info

Publication number: DE2329602A1
Application number: DE2329602A
Authority: DE
Inventors: Olivier Puyplat
Original assignee: Cibie Projecteurs SA
Current assignee: Cibie Projecteurs SA
Priority date: 1972-07-11
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1974-02-14
Also published as: FR2192272B1; IT991088B; ES416163A1; GB1436886A; FR2192272A1

Description

Reflektor für Scheinv/erfer

Die Erfindung betrifft einen Reflektor für Scheinv/erfer und Kleinleuchten oder dergleichen, welcher aus einem durchsichtigen Kunststoff gefertigt und an seiner äußeren Oberfläche mit einer spiegelnden Dünnschicht aus Metall versehen ist. Scheinwerfer oder Kleinleuchten mit einem derartigen Reflektor werden insbesondere für (Kraft-)Fahrzeuge verwendet. Derarte Reflektoren sollen die von einer punkt- oder linienförmigen Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen als ein Bündel von im wesentlichen parallelen Strahlen zurückwerfen. Um diese Bedingung zu erfüllen, hat man sich seit langem den Eigenschaften parabolischer Spiegel (Rotationsparaboloide oder parabolische Zylinder) zugewandt und die Reflektoren mit einer parabolischen,reflektierenden Oberfläche versehen, die mit einer im Brennpunkt oder in der Brennlinie angeordneten Lichtquelle zusammenwirkt.

Im Falle von metallischen Reflektoren gibt man der reflektierenden inneren Oberfläche des Reflektors eine streng parabolische Form. Eine derartige parabolische Oberfläche wirkt in der bezeichneten weise mit einer im Brennpunkt (auf der Brennlinie im Falle eines parabolischen Zylinders) angeordneten Lichtquelle zusammen.

Seit einigen Jahren wird vorgeschlagen, Reflektoren aus durch-, sichtigem Kunststoff herzustellen, wobei die reflektierende Oberfläche durch Metallisierung,insbesondere durch einen Aluminiumspiegel, erzeugt ist, der auf der Außenseite des Reflektors angeordnet ist.

In Analogie damit, was für metallische Reflektoren getan ist, hat man Reflektoren aus Kunststoff ganz allgemein mit einer parabolischen inneren Oberfläche versehen und die Dicke des Reflektors darüber hinaus an allen Stellen kostant oder im wesentlichen konstant gehalten. Fig. 1 der Zeichnung zeigt anhand eines schematisch zur Hälfte dargestellten axialen Längsschnittes

den Aufbau eines solchen, zum Stand der Technik gehörenden Reflektors.

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Dieser Reflektor ist rotationssymmetrisch zur Achse A-A ausgebildet. Er besteht aus einem durchsichtigen Kunststoff (1) und weist eine innere Oberfläche S. und eine äußere Oberfläche S auf, die mit einer Dünnschicht a aus Aluminium versehen ist. Die Dicke e des Kunststoffes (1) ist überall gleich. Typischerweise ist die innere Oberfläche S. eine parabolische Fläche, deren Brennpunkt F auf der Achse A-A liegt. Bei einer derartigen Konstruktion wird, wie die Fig. 1 zeigt, ein vom Brennpunkt F ausgehender und vom Reflektor zurückgeworfener Lichtstrahl nicht parallel zur Achse A-A reflektiert, obwohl dies wünschenswert wäre. Vielmehr bildet der reflektierte Strahl einen Winkelt mit der Richtung der Achse A-A. Der Winkel .< , der sich mit dem Einfallswinkel des Lichtstrahles ändert, ist zweifelsohne ziemlich klein. Er kann jedoch in gewissen Fällen bis auf zwischen 7 und 8 anwachsen. Ein derartiger Reflektor besitzt nicht mehr die gewünschten Eigenschaften des optischen Stigmatisraus.

Das Experiment zeigt, daß die bekannten Reflektoren aus Kunststoff, welche den oben geschilderten Aufbau zeigen, optisch nicht zufriedenstellend sind, insbesondere im Falle von Reflektoren mit großer Brennweite und großer Öffnung.

Es ist außerdem festzustellen, daß ein Reflektor aus Kunststoff, dessen metallisierte äußere Oberfläche streng parabolisch wäre, wiederum Unzulänglichkeiten in der gleichen Größenordnung aufweisen würde, weil vor der äußeren Oberfläche eine lichtbrechende Schicht aus Kunststoff vorhanden ist, die ein Diopter bildet.

Außerdem stellen die Erfordernisse der industriellen Herstellung von Reflektoren aus Kunststoff durch Gießen die Bedintmg, daß der Reflektor eine konstante oder im wesentlichen konstante Dicke hat, wobei die zulässigen Toleranzen im Hinblick hierauf ziemlich eng sind. Das Experiment zeigt nämlich, daß es viel schwieriger ist, ein Wandteil mit großen Dickenschwankungen zu gießen als ein Teil mit im wesentlichen konstanter Dicke.

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Darüber hinaus ist es auf optischem Gebiet vorteilhaft, wenn die äußere und innere Oberfläche des Reflektors parallel oder pseudoparallel sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gesamtheit der oben gestellten Probleme zu lösen, um einen Reflektor aus Kunststoff zu schaffen, der sowohl optisch zufriedenstellend als auch industriell realisierbar ist.

Diese Aufgabe ist bei einem Reflektor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens in einer Zone des Reflektors das Bild der äußeren Oberfläche im Diopter, das durch die innere Oberfläche als Grenzfläche zur umgebenden Luft begrenzt ist, eine parabolische Bildfläche ist und daß der Abstand zwischen den die Dicke des Reflektors bestimmenden beiden Oberflächen im wesentlichen überall gleich ist. Mit Zone ist ein Ausschnitt oder Abschnitt des Reflektors gemeint. Die innere Oberfläche und die beispielsweise aluminisierte äußere Oberfläche sind in Abhängigkeit voneinander definiert. Die Bildfläche ist vorzugsweise streng parabolisch geformt.

Unter ciesen Umständen ist, wie aus dem folgenden noch hervorgbht, die optische Wirkung des gesamten Reflektors diejenige eines Spiegels,,der streng der genannten parabolischen Bildfläche entspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungs form des erfindungsgemäßen Reflektors ist die Dicke innerhalb der Toleranzgrenzen überall genau gleich. Dies gestattet das Gießen und eine einfache industrielle Fertigung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen der inneren und äußeren Oberfläche des Reflektors nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ausgehend von der in Abhängigkeit von der Brennweite und der Öffnung bestimmten parabolischen Bildfläche in deren Innerem als innere Oberfläche der geometrische Ort aller Punkte bestimmt wird, die einen bestimmten Abstand von der parabolischen Bildfläche haben,und daß außerhalb der parabolischen Bildfläche die äußere Oberfläche Punkt für Punkt so bestimmt wird, daß ihr Bild im Diopter genau mit der para-

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bolischen Bildfläche zusammenfällt. Die äußere Oberfläche läßt sich aber auch ausgehend von der inneren Oberfläche bestimmen. Es ergibt sich nach diesem Verfahren ein Reflektor, dessen Dicke ziemlich wenig schwankt.

In anderen Fällen kann man nach dem Festlegen der parabolischen Bildfläche die strenge Bedingung stellen, daß die Materie zwischen der inneren und der äußeren Oberfläche eine konstante Dicke hat.

Um der Erfindung Gestalt zu geben und einen Reflektor durch Spritzguß herzustellen, benutzt man zv/ei Gießformen, welche die gewünschte Form und den gewünschten Abstand voneinander haben. Es ist bekannt, derartige Gießformen ausgehend von einer Darstellung der Elementarkurve herzustellen, die jede der beiden Oberflächen berücksichtigt. Man kann gleichermaßen von jeder der beiden Oberflächen eine mathematische Darstellung erhalten ^nd benutzen, insbesondere im Zusammenhang mit einer Datenverarbeitung durch einen Computer. Der Gießvorgang bereitet überhaupt keine Schwierigkeiten, weil die Dicke des Reflektors hinreichend konstant ist.

Im folgenden ist die Erfindung anhand einer durch die Zeichnung dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Relativanordnung von innerer Oberfläche, äußerer Oberfläche und Bildfläche;
Fig. 3 einen schematisch zur Hälfte dargestellten axialen

Längsschnitt durch die Ausführungsform mit im wesentlichen konstanter Dicke;
Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung für einen

Reflektor mit streng konstanter Dicke und Fig. 5 ein Diagramm, das die Bestimmung der Oberflächen erläutert, die einen solchen Reflektor mit konstanter Dicke begrenzen.

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Fig. 2 zeigt das der Erfindung zugrundeliegende Konstruktionsprinzip. Man sieht daran, daß für einen einfallenden Lichtstrahl i,der die innere Oberfläche S. des Reflektors beaufschlagt, die Materie (1) durchdringt, von der aluminisierten äußeren Oberfläche S an der Stelle I zurückgeworfen wird und die Materie (1) schließlich als reflektierter Strahl i¹ verläßt, alles so verläuft, als ob die Reflektion an einer Stelle I¹ erfolgen würde, die das Bild der Stelle I in dem Diopter ist, das von der inneren Oberfläche S. als Grenzfläche zwischen der Materie (1) und der umgebenden Luft begrenzt wird.

Man sieht folglich, daß, damit der Reflektor insgesamt wie eine streng parabolische, reflektierende Fläche wirkt, es notwendig ist und hinreicht, wenn die Gesamtheit aller Punkte I¹ in einer solchen Fläche liegt. Demnach ist es notwendig und hinreichend, daß der geometrische Ort aller Punkte I¹, welcher das Bild der aluminisierten äußeren Oberfläche S in dem von der inneren Oberfläche S. begrenzten Diopter ist, eine parabolische Bildfläche P darstellt.

Fig. 3 zeigt die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reflektors, bei der die innere und äußere Oberfläche erfindungsgemäß gestaltet sind. Man gibt zunächst eine parabolische Bildfläche P und den Brennpunkt oder die Brennlinie F vor, die in Abhängigkeit von den optischen Eigenschaften (öffnung und Brennweite) gewählt werden, die man dem Reflektor zu geben wünscht.

Man setzt die innere Oberfläche S. in einen konstanten Abstand h zur konkaven Seite der parabolischen Bildfläche P. Anschließend wird die äußere Oberfläche S Punkt für Punkt so bestimmt, daß ihr Bild in dem von der inneren Oberfläche S. begrenzten Diopter genau die Bildfläche P ist.

Man kann eine geometrische Konstruktion Punkt für Punkt wählen. Es ist aber auch, wie oben erwähnt, möglich, eine mathematische Behandlung durchzuführen. V7enn die Oberflächen einmal bestimmt sind, lassen sich die zugehörigen Gießformen in bekannter Weise herstellen.

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Fig. 4 und 5zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Abstand zwischen den beiden Oberflächen S. und S streng konstant gehalten ist.

Fig. 4 zeigt die Ausgestaltung eines Reflektors mit konstanter Dicke.
Man gibt folgendes vor:

-Das theoretische Bild P der äußeren Oberfläche S im

Diopter der inneren Oberfläche S. als eine streng parabolische Bildfläche;

-die konstante Dicke e des Reflektors, dessen Kunststoffmaterie den Brechungsindex η hat.

Man leitet hieraus die innere und die äußere Oberfläche S. bzw. S in folgender Weise ab:

Wenn x, und χ die entlang der Flächennormalen gemessenen Abstände der inneren Oberfläche S. bzw. der äußeren Oberfläche S von der parabolischen Bildfläche P sind und wenn/3der Einfallswinkel eines Lichtstrahles ist, der auf die innere Oberfläche S. fällt,ergeben sich folgende Beziehungen:

(1) e = x_d + x_m

(2) x, = e«tan ß> tan arc sin(n ·Ξίη/3)

Diese Beziehungen definieren die beiden gesuchten Oberflächen vollständig und ganz allein.

Das Rechenschema, das es erlaubt, die beiden Oberflächen Punkt für Punkt zu berechnen, ist das folgende (Fig. 5) : Für eine Lichtquelle S, beispielsweise im Brennpunkt der Bildfläche P angeordnet, gibt man auf der Parabel P einen Punkt P₁ vor, der durch seine kartesischen Koordinaten χ und y in einem X-Y-Koordinatensystem bestimmt ist. Die Normale der Parabel im Punkt P. ist P.N. Als Einfallswinkel wird der Winkel ß₁ zwischen der Normalen P.N und dem Strahl SP₁ angenommen. Man bestimmt nun mit Hilfe der vorgenannten Formeln die zum Punkt P. gehörenden Punkte M und D. auf der Außen- bzw. Innenseite der Parabel auf der Normalen PN in erster Näherung.

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Um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, kann man anschließend den Winkelß„ zwischen der Normalen P.N und dem Strahl SD^ als Einfallswinkel wählen.Hieraus ergeben sich zwei nicht dargestellte Punkte M_ und D_ in einer besseren Näherung. Ersichtlich läßt sich auf diese Weise eine sehr große Genauigkeit bei der optimalen Bestimmung der Oberflächen S. und S erzielen.

Wenn θ der Winkel der Normalen P.« mit der X-Achse ist, lassen sich die Punkte M und D (und anschließend die Punkte M„ und D~) durch ihre kartesischen Koordinaten festlegen:

^xd⁼	X	+	^xd	Cos	θ	χ = m	χ	- χ m	Cos	θ
*d⁼	y	+	^xd	Sin	θ	^vm ⁼	y		Sin	θ

Die obigen Anweisungen erlauben die Bestimmung der gesuchten Oberflächen S. und S durch Berechnung.

Der Kunststoff des erfindungsgenäßen Reflektors kann gefärbt sein, wenn er nur durchsichtig bleibt.

Die Erfindung ist auch auf Signalleuchten für Kraftfahrzeuge anwendbar, welche den in Bezug auf Scheinwerfer beschriebenen Aufbau besitzen. Es läßt sich auf diese Weise eine große photometrische Genauigkeit bei der Verteilung des von solchen Kleinleuchten ausgehenden Lichtstromes erzielen.

Wenn hier von "Projektor" die Rede ist, so erstreckt sich diese Bezeichnung ganz allgemein auch auf Kleinleuchten, insbesondere auf Positionsleuchten.

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Claims

ANSPRÜCHE

( lWReflektor für Scheinwerfer und Kleinleuchten oder dergleichen, welcher aus einem durchsichtigen Kunststoff gefertigt und an seir.er äußeren Oberfläche mit einer spiegelnden Dünnschicht aus Metall versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in einer Zone des Reflektors das Bild der äußeren Oberfläche (S ) im Diopter, das durch die innere Oberfläche (S.) als Grenzfläche zur umgebenden Luft begrenzt ist, eine parabolische Bildfläche (P) ist und daß der Abstand (c) zwischen den die Dicke des Reflektors bestimmenden beiden Oberflächen (S , S.) im v/esentlichen überall gleich ist.
2) Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke innerhalb der /föleranzgrenzen überall genau gleich ist.
3) Verfahren zum Bestimmen der inneren und äußeren Oberfläche des Reflektors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von der in Abhängigkeit von der Brennweite und der Öffnung bestimmten parabolischen Bildfläche (P) in deren Innerem als innere Oberfläche (S.) der geometrische Ort aller Punkte (D ) bestimmt wird, die einen bestimmten Abstand von der parabolischen Bildfläche (P) haben.
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der parabolischen Bildfläche (P) die äußere Oberfläche (S_e) Punkt für Punkt so bestimmt wird, daß ihr Bild im Diopter genau mit der parabolischen Bildfläche (P) zusammenfällt.

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ORiGiNAL INSPBCTED