DE2432970A1 - Lichtreflektor - Google Patents

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DP. W LANGHOFP Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

β MÜNCHEN 81 · WISSMANNSTRASSE 14 · TELEFON 93 27 74 · TELEGRAMMADRESSE: LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 9. Juli 1974 Unser Zeichen: 55 - 1447

Esquire, Inc., 488 Madison Avenue, New York City, New York, U.S.A.

Lichtreflektor

Die Erfindung betrifft einen Lichtreflektor für eine darin untergebrachte Lichtquelle.

Es ist seit langem üblich, Glühlampen und Leuchtstofflampen mit Reflektoren zu versehen, um ds.s Licht in eine gewünschte Richtung zu lenken.

Die wirksamsten der bekannten Reflektoren sind konkav gestaltet, wobei das ganze-Licht, das aus dem Lampen-Reflektorsystem austritt, entweder das direkte Licht von der Lichtquelle oder das primäre Reflexionslicht ist. Letzteres ist jenes Licht, welches nur einmal auf seinem Weg von der Lichtquelle reflektiert wird, bevor es den Reflektor verläßt. Derartige Reflektoren sind z.B. Taschenlampenreflektoren, die üblicherweise einen hyperbolischen Reflektor aufweisen.

Die Herstellung derartig gewölbter Oberflächen ist jedoch verhältnismäßig kostspielig, insbesondere bei größeren

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* Ständiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO. zugelassen bei den Landgerichten München I und II. Postscheckkonto: München. Nr. 489 52-808 ■ Bankkonten: Bayerische Vereinsbank. München,,Nr. 861899, Deutsche Bank. München, Nr. 52/1393Θ

Reflektoren, wie sie etwa für Quecksilberdampflampen verwendet werden. Bisher wurden hierfür flachseitige Reflektoren verwendet, die sich von der öffnung nach rückwärts verjüngten und gewöhnlich eine rechteckige oder viereckige öffnung aufwiesen, durch die ein großer Anteil an primär reflektiertem Licht ausstrahlte. Derartige Reflektoren sind verhältnismäßig preiswert herzustellen. Sie ergeben jedoch einen beträchtlichen Anteil an Mehrfachreflexionen, wodurch ein Wirkungsgradverlust entsteht. Z.B. werden alle nicht direkt durch die öffnung austretenden Lichtstrahlen mindestens zweimal reflektiert. Außerdem muß selbst das nach vorne ausgesandte Licht, welches durch die öffnung des Reflektors begrenzt wird, mindestens zweimal reflektiert werden, bevor es die öffnung verläßt. Auch das in die Ecken des Reflektors gerichtete Licht wird erst nach zweimaliger Reflexion ausgesandt.

Das Fehlen der LichtausSendung von den Ecken quadratischer Reflektoren führte zur Verwendung von Eckenflächen, wobei üblicher Weise diese Eckenflächen an dem unteren Ende der quadratischen Basis des Reflektors beginnen und gegen die Austrittsöffnung des Reflektors immer größer werden. Eine derartige Konstruktion stellt tatsächlich praktisch einen achtflächigen Reflektor dar mit verkleinerter öffnung und schafft tote Flächen, welche an der Reflexion nicht teilnehmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lichtreflektor zu schaffen, der eine optimale Lichtausbeute ermöglicht und trotzdem einfach herzustellen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gegeben durch im Winkel zueinander angeordnete gewölbte Seitenreflexionsflächen, deren die Austrittsöffnung bildende Kanten aneinandergrenzen und die so orientiert und gewölbt sind, daß die

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die Austrittsöffnung schneidenden Primärreflexionsstrahlen aneinandergrenzende Seitenreflexionsflächen auf ihrem Weg von der Lichtquelle an Punkten schneiden, die gekrümmte Linien bilden, und durch zwischen benachbarten Seitenreflexionsflächen angeordnete Eckreflexionsflächen, die durch die gekrümmten Schnittlinien begrenzt sind und so in bezug auf die Lichtquelle orientiert sind, daß sie das von der Lichtquelle ausgehende Licht wenigstens teilweise nach einmaliger Reflexion durch die Austrittsöffnung austreten lassen. Die Seitenreflexionsflächen sind so in bezug auf die Lichtquelle orientiert, daß lediglich Primärreflexionen, d.h. einmal reflektierte Strahlung, durch die Austrittsöffnung austreten. Die zwischen den Seitenreflexionsflächen angeordneten Eckreflexionsflächen sind derart gewölbt, daß sie Primärreflexionen von denjenigen Bereichen ergeben, die sonst durch die Austrittspupille der Seitenreflexionsflächen Mehrfachreflexionen ausführen würden. Dadurch wird eine bessere Lichtausbeute des Reflektors erreicht.

Die Auslaßöffnung des Lichtreflektors ist durch gerade Kantenlinien der Seitenreflexionsflächen begrenzt, welche im Winkel zueinander angeordnet sind. Die unterste Stelle jeder Eckreflexionsfläche liegt an der Schnittstelle dieser Kantenlinien.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Figur 1 ist eine Draufsicht auf einen bekannten Lichtreflektor.

Figur 2 ist eine Draufsicht auf einen Lichtreflektor nach der Erfindung.

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Figur 3 ist eine perspektivische Darstellung des Lichtreflektors nach Figur 2.

Figur 4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Strahlenverhältnisse.

Figur 5 ist eine schematische Darstellung, die die direkten Lichtstrahlen und die Primärreflexionsstrahlen erkennen läßt.

Figur 6 ist eine perspektivische Darstellung zur Erläuterung der Bestimmung der Abmessungen der Eckreflexionsflächen.

Figur 1 zeigt einen bekannten Lichtreflektor mit einer quadratischen öffnung. Dieser Reflektor umfaßt Seitenreflexionsflächen 11, 13, 15 und 17, die sich pyramidenartig schräg nach hinten verjüngen und an eine quadratische Basisfläche 19 an der Rücksei-^% des Reflektors angrenzen. Diese Basisfläche ist parallel zur Austrittsöffnung des Lichtreflektors.

Ohne die Anbringung von Eckreflexionsflächen, wie weiter unten noch beschrieben ist, würden die Seitenreflexionsflächen an den Kanten 21, 23, 25 und 27, die gestrichelt dargestellt sind, zusammenstoßen. Das von einer Lichtquelle im Brennpunkt des Reflektors ausgehende Licht würde von den Kantenbereichen der Seitenreflektoren nicht zurückgeworfen werden, so daß ein derartiger Reflektor ohne Eckenreflexionsflächen äußerst unwirksam wäre.

Die Lichtausstrahlung wird in üblicher Weise durch Eckreflexionsflächen 29, 31, 33 und 35 erhöht. Diese Eckreflexionsflächen haben die Gestalt eines gleichschenkeligen

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Dreiecks und sind zwischen benachbarten Seitenreflexionsflächen angeordnet. Die von den gleichlangen Schenkeln gebildeten Spitzen enden an den Ecken der Basisfläche 19, während die beiden anderen Ecken der Eckreflexionsflächen in der Ebene der Austrittsöffnung liegen.

Durch die Einfügung von Eckreflexionsflächen ergibt sich eine achteckige Austrittsöffnung, wobei die Austrittsöffnung durch die dreieckigen Eckflächen 37, 39, 41 und 43 verringert ist.

Figur 4 zeigt, wie die Reflexionsflächen bemessen werden, so daß sie das auftreffende Licht nach einmaliger Reflexion durch die Austrittsöffnung lenken und die ganze Austrittsöffnung ausnutzen. Die Punktlichtquelle O sendet Strahlen aus, die an dem gekrümmten Reflektor 50 so zurückgeworfen werden, als ob sie von der virtuellen Lichtquelle I herrühren würden, welche einen gleichen Abstand von der Tangentialebene 48 hat wie die Punktlichtquelle O selbst. Die Tangentialebene 48 liegt im Reflexionspunkt an der Reflexionsfläche 50 an. Sie verläuft normal zur Verbindungslinie zwischen der Punktlichtquelle O und der virtuellen Lichtquelle I.

Die Austrittspupille ist die Kante der Austrittsöffnung, auf deren einer Seite die Primärreflexionen von der Lichtquelle vorbeigelangen können und auf deren anderer Seite sie blockiert werden. Der Austrittspupillenstrahl ist daher ein Lichtstrahl entlang der in Figur 4 eingezeichneten Linie zwischen der virtuellen Lichtquelle I und der davon entfernt liegenden Austrittskante 52 der Austrittsöffnung.

Figur 6 zeigt in perspektivischer Darstellung, daß die Austrittspupillenstrahlen von der virtuellen Lichtquelle I,

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die an der gegenüberliegenden Seitenfläche 54 austreten können, nachdem sie von der Seitenfläche 50 reflektiert worden sind, an den Ecken 56 und 58 der Seiten'flache 54 durch die Ebene der Austrittsöffnung austreten können. Natürlich können die Strahlen auch an allen Punkten zwischen diesen Ecken entlang der Kante 52 austreten.

Austrittspupillenstrahlen können auch von der an die Seitenfläche 50 angrenzenden Seitenfläche 60 an den Ecken 62 und 56 austreten.

Man erkennt, daß die Lichtstrahlen in einem Winkel nur austreten können, wenn sie von der Seitenfläche 60 reflektiert worden sind. Dieser Winkel läßt sich bestimmen, indem man von der virtuellen Lichtquelle I zur Ecke 56 eine Linie zieht, die den Schnittpunkt 64 zwischen dieser Linie und der Seitenfläche 50 markiert,und dann eine gerade Linie von der Ecke 62 durch den Schnittpunkt zieht. In ähnlicher Weise läßt sich der dem Schnittpunkt entsprechende Punkt für jede Tangentialebene, etwa die Tangentialebene 48 der Seitenfläche 50 bestimmen.' Der geometrische Ort dieser Schnittpunkte bestimmt die Kurve 81 in Figur 5.

Die in Figur 6 für gerade Reflexionsflächen angegebene Berechnungsweise läßt sich auch für gewölbte Reflexionsflachen anwenden, wie_ sie bei einem Lichtreflektor nach der Erfindung vorhanden sind.

Figur 2 läßt erkennen, wie die Eckreflexionsflächen zwischen den Seitenreflexionsflächen angeordnet sind, wobei jede Eckreflexionsfläche durch zwei gekrümmte Linien begrenzt ist. Z.B. liegt die Eckreflexionsfläche 72a zwischen den gewölbten Seitenreflexionsflächen 70a und 7Od und wird von zwei krummen Linien begrenzt, die jeweils eine Kante der

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Eckreflexionsfläche und der angrenzenden Seitenreflexionsfläche bilden. Die Eckreflexionsflächen 70a, 70b, 70c, 7Od, 7Oe und 7Of und die Seitenreflexionsflächen 72a, 72b, 72c, 72d, 72e und 72f treffen sich an einer sechseckigen Basisfläche 74.

Gemäß Figur 4 können sämtliche Strahlen, die gerade noch an der Kante 52 vorbeigelangen können, d.h. sämtliche Strahlen, die so wie der Strahl von der Punktlichtquelle O, der die Tangentialebene 48 in dem Reflexionspunkt 80 schneidet,gerichtet sind, nach einer Primärreflexion, d.h. einer einzigen Reflexion, durch die Austrittsöffnung des Lichtreflektors austreten. Der Reflexionspunkt 80 läßt sich bestimmen, indem der Einfallswinkel von der Punktlichtquelle O an die Tangentialebene 48 gleich dem Reflexionswinkel gemacht wird, so daß der reflektierte Strahl die Kante 52 schneidet. Die Reflexionsfläche der Tangentialfläche 48 braucht sich praktisch nicht über den Reflexionspunkt 80 hinaus zu erstrecken. Jeder der in der gewölbten Reflexionsoberfläche liegenden verschiedenen Punkte kann durch eine einfache Bestimmung des Berührungspunktes der Tangentialoberfläche 48 mit der Seitenfläche 50 graphisch bestimmt werden. Die Seitenreflexionsfläche 50 erübrigt die Anbringung von Innenrückstrahlflachen, welche sonst erforderlich wären, um Primärreflexionen von Strahlen zu erhöhen, die sonst von der Kante 52 abgeschnitten werden wurden.

Messungen haben ergeben, daß der Lichtreflektor nach Figur 2 eine um 6 bis 10% größere Strahlungsstärke hat als der bekannte Lichtreflektor nach Figur 1.

Bei einem Lichtreflektor, der nur Seitenreflektoren aufweist, die entlang gekrümmten Linien aneinandergrenzen, wird das

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von gewissen Bereichen in der Umgebung dieser Linien reflektierte Licht nicht einmalig reflektiert. Durch die Anbringung von Eckreflexionsflachen gemäß der Erfindung an derartigen Bereichen lassen sich Primärreflexionen erreichen. Die Begrenzungslinien 81 und 83 in Figur 5 begrenzen diejenigen Kantenbereiche der Seitenreflexionsflächen, in denen ohne Eckreflexionsflächen keine Primärreflexionen auftreten würden. . _ .. .

Die Lichtreflektoren nach der Erfindung lassen sicli beliebig vielflächig aufbauen, und bei praktischen Konstruktionen brauchen die Ecken der Eckreflexionsflächen nicht genau punktförmig gestaltet zu.sein, .etwa um die Herstellung .-des Reflektors zu erleichtern. . . ■ ·.·

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   ί ±.J Lichtreflektor für eine darin untergebrachte Lichtquelle, gekennzeichnet durch im Winkel zueinander angeordnete gewölbte Seitenreflexionsflächen (70a, 70b, 70c, 7Od, 7Oe, 7Of), deren die■ Austritts.-öffnung bildende Kanten aneinandergrenzen und die so orientiert und gewölbt sind, daß die die Austrittsöffnung schneidenden Primärreflexionsstrahlen aneinandergrenzende Seitenreflexionsflächen auf ihrem Weg von der Lichtquelle an Punkten schneiden, die gekrümmte Linien bilden, und durch zwischen benachbarten Seitenreflexionsflächen angeordnete Eckreflexionsflächen (72a, 72b,.72c, 72d, 72e, 72f), die durch die gekrümmten Schnittlinien begrenzt sind und so in bezug auf die Lichtquelle orientiert sind, daß sie das von der Lichtquelle ausgehende Licht wenigstens teilweise nach einmaliger Reflexion durch die Austrittsöffnung austreten lassen.
2. 2. Lichtreflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Eckreflexionsflächen identisch ausgebildet sind.
3. 3. Lichtreflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die hinteren Ecken der Eckreflexionsflächen an die Ecken einer vielseitigen, ebenen hinteren Reflexionsfläche (74) angrenzen.
4. 4. Lichtreflektor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Eckreflexionsflächen gewölbt sind.

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5. 5. Lichtreflektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn ζ e ichnet , daß die austrittss,eitigen Ecken der Eckreflexionsflächen mit den Ecken der Austritts*- öffnung zusammenfallen. "·j
6. 6. Lichtreflektor nach Anspruch 5, d a d u r c h- gekennzeichnet , daß die Austrittsöffnung polygonal ist. ■
7. 7. Lichtreflektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e kenn ζ e i c h η e t , daß die der Lichtquelle zugewandten Oberflächen der Seitenreflexionsflächen und der Eckreflexionsflächen konkav sind.
8. 8. Lichtreflektor nach Anspruch 1 bis I₁ dadurch gekennzeichnet , daß die Seitenreflexionsflächen und die Eckreflexionsflächen nur in einer Ebene gewölbt sind.
9. 9. Lichtreflektor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Eckreflexionsflächen krummlinigeZweiecke bilden.

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