DE2560242C2

DE2560242C2 - Polarisationsscheinwerfer

Info

Publication number: DE2560242C2
Application number: DE2560242A
Authority: DE
Inventors: Oscar Veyrier Dill; Johann Genf Schwarzmüller
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-12-10
Filing date: 1975-12-08
Publication date: 1985-01-03
Also published as: CH587439A5; FR2294390A1; GB1521715A; DE2555631C2; JPS5613961B2; DE2555631A1; JPS5182986A; FR2294390B1

Description

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

d) Die lichi^enkenden Mittel zur Lichtbündelaufweitung bestehen aus zwri Linsenkörpern (L\, L₂) mit unterschiedlicher Größe und Brennweite;

e) der erste Linsenkörper (Li) besteht aus einer am Ausgang des Brewster-Polarisators (3') angeordneten konkaven Fläche (15), die das linear polarisierte, parallele Lichtbündel in ein divergentes, von einem virtuellen Brennpunkt (Bi) ausgehendes Lichtbündel (Xpi) umwandelt;

f) der zweite Linsenkörper (L₂) besteht aus einer Sammellinse, deren Brennpunkt (B) mit den; virtuellen Brennpunkt (B3) der konkaven Fläche (15) übereinstimmt, so daß das divergente Lichtbündel (Xp 1) in ein paralleles Lichtbündel (Xp₂) mit dem gewünschten größeren Querschnitt umgewandelt wird.

2. Polarisationsscheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammellinse (L₂) als Fresnellinse (16) ausgebildet ist (F i g. 2).

3. Polarisationsscheinwerfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisatoranordnung ein Polarisations-Schichtsystem (P) aufweist, das innerhalb einer durchsichtigen Prismenanordnung (11, 12) unter einem Winkel von 45° zum kleinen unpolarisierten Lichtbündel (Xi) angeordnet ist, wobei die Prismenanordnung eine senkrecht zum kleinen unpolarisierten Lichtbündel (Xi) angeordneten Eintrittsfläche aufweist, und daß eine Yierteiwellenlängen-(/i/4-) Folie (13) sowie ein Flachspiegel (14) senkrecht zur Eintrittsfläche und unter einem Winkel von 45° zur Eintrittsseite des Polarisations-Schichtsystems (P) derart angeordnet sind, daß die von diesem Schichtsystem (P) reflektierten Strahlen durch den Flachspiegel (14), unter zweimaligem Durchgang der Λ/4-Folie (13), entlang der gleichen Bahn zurückreflektiert werden und durch dieses Schichtsystem (P) polarisiert und transmittiert werden.

4. Polarisationsscheinwerfer nach-Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der kleine Reflektor (1) das intensive, unpolarisierte Licbtbündel (Xi) senkrecht zur gewünschten Abstrahlrichtung des zweiten polarisierten Lichtbündels (Xp₂) aussendet, wobei die Polarisatoranordnung (11 bis 14) derart vorgesehen ist, daß sie sowohl die Umwandlung des unpolarisierten Lichtbündels (Xi) in linear polarisierte Strahlen als auch eine Richtungsänderung von 90° bewirkt(Fig.3).

5. Polarisationsscheinwerfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Prismenanordnung (11, 12) und der Sammellinse (16) ein Flachspiegel (17) angeordnet ist, der das aufgeweitete Lichtbündel (Xp i) in einer im allgemeinen zur Richtung des Lichtbündels (Xi) senkrechten Richtung reflektiert (F ig. 4).

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polarisationsscheinwerfer zum Abstrahlen eines polarisierten parallelen Lichtbündels mit einem gewünschten Querschnitt, insbesondere einen blendungsarmen Kraftfahrzeugscheinwerfer der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art

Aus der DE-OS 23 43 771 ist ein Brewsterwinkel-Polarisationssystem mit einem ähnlichen Aufbau bekanntgeworden. Ein solcher Polarsiationsscheinwerfer benötigt jedoch eine relativ große Projektionsfläche, wobei sich eine bedeutende Vergrößerung der Gesamtabmessungen des Scheinwerfers ergibt, sowohl was seine Tiefe als auch was seinen Querschnitt angeht.

Bei dem aus der DE-OS 22 16 991 bekanntgewordenen Polarisationsscheinwerfer sind die lichtlenkenden Mittel zur Lichtbündelaufweilung in·; Polarisator selbst untergebracht, wobei zur Korrektur der Polarisation ein Absorptions-Polarisationsfilter dient. Eine solche Anordnung trägt zur Verkleinerung des Scheinwerfers nicht bei.

Das Gleiche gilt für den aus der DE-AN 01 210 bekanntgewordenen Fahrzeugscheinwerfer, wo die Aufweitung des Lichtbündels ebenfalls im Polarisator erfolgt.

Im »Electric Journal«, Vol. 33, Nr. 9, 1936, Seiten 418 und 419 ist die Anwendung eines Ellipsoidspiegel bekanntgeworden, in dessen einem Brennpunkt die Lichtquelle steht, während in der Nähe des zweiten Brennpunkts eine Polarisationsfolie angebracht ist. Infolge der starken Wärmeentwicklung ist eine solche Anordnung praktisch nicht realisierbar, weil die Polarisationsfolie zerstört werden würde.

Aus der DE-AS 2! 55 378 ist ein Polarisationsscheinwerfer mit einer Fresnellinse bekanntgeworden.

Ferner ist aus der VDI-Zeitschrift 1972, Nr. 11, Seite 783 ein Polarisationsscheinwerfer bekannt, bei dem das polarisierende Licht unter einem rechten Winkel zur optischen Achse des Reflektors ausgestrahlt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein erstes linear polarisiertes paralleles Lichtbündel in ein zweites linear polarisiertes paralleles Lichtbündel mit einem größeren Querschnitt umzuwandeln.

Diese Aufgabe wird bei einem Polarisationsscheinwerfer der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß

mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Mitteln gelöst

Der Vorteil eines solchen erfindungsgemäß ausgebildeten Polarisationsscheinwerfers liegt in der Verknüpfung der polarisationsoptischen Wirkung mit der geometrisch-optischen Wirkung der Scheinwerferanordnung unter dem Gesichtspunkt einer verkleinerten Brewsterwinkel-Polarisationsanordnung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. ι eine Polarisationsscheinwerferanordnung im Querschnitt;

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Polarisationsscheinwerfers gemäß der Erfindung im Querschnitt;

F i g. 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2 im Querschnitt;

Fig.4 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2 im Querschnitt.

Die in F i g. 1 schematisch dargestellte Scheinwerfer-

änürunüng üuliäut ciHcil Κι€ΐΠεΠ rOiaiiGnSpSrauGiGiuförmigen Reflektor 1 mit einer Lampe 2, die so angeordnet ist daß ein kleines, intensives paralleles Lichtbündel X\ von höherer Lichtstärke und kleinerem Querschnitt als das gewünschte polarisierte Lichtbündel Λ>2 entsteht, im Strahlengang dieses kleinen, intensiven Lichtbündels X] ist ein mit 3 schematisch dargestellter Brewsterwinkel-Polarisator angeordnet, der das Bündel Xi in ein erstes, linear polarisiertes paralleles Uchtbündel Xp ι umwandelt Schließlich sind zwei Sammellinsen L\ und Li derart im Strahlengang des ersten polarisierten Bündels Xp \ vorgesehen, daß dieses in ein zweites polarisiertes, paralleles Lichtbünde! Xp2 umgewandelt wird, das den gewünschten größeren Querschnitt sowie die gewünschte Lichtintensität aufweist.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, wird die Wendel der Lampe 2 im gemeinsamen Brennpunkt S der zwei Linsen L\ und Li abgebildet.

Das in Fig.2 im Querschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt einen ähnlichen rotationsparaboloidförmigen Metallreflektor 1 mit einer Lampe 2 zur Lichterfassung und Lichtbündelung, wie oben unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben, wobei auch hier ein relativ kleines, intensives Lichtbündel ΛΊ ausgestrahlt wird.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, unterscheiden sich hingegen hier die Anordnung des nachgeschalteten Polarisationssystems bzw. die Mittel zur Lichtbündelaufweitung wesentlich von der beschriebenen Anordnung gemäß Fig. 1.

Das Poiarisationssystem 3' gemäß F i g. 2 besteht aus zwei Glasprümen 11 und 12, einer Viertelwellenlängen-Folie (bzw. /ί/4-Folie) 13 und einem Flachspiegel 14, wobei ein nicht gezeigtes System von dünnen Polarisationsschichten zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen der Prismen angeordnet ist und mit dem Buchstaben P bezeichnet ist.

Die Anordnung und Wirkungsweise solcher Polarisation-Schichtsysteme sind bei herkömmlichen Polarisatoren (z. B. der Brcwsterwinkel-Bauart) bekannt. Zum Verständnis der Wirkungsweise wird daher lediglich der Strahlengang durch das Polarisationssystem in F i g. 2 angezeigt, wobei erkennbar ein Bündel von parallelen, linear polarisierten Lichtstrahlen durch das Prisma 12 nach vorn hindurchgeht.

An der Ausgangsseite des Prismas 12 ist eine konkave, sphärische Vertiefung bzw. eine Konkavfläche 15 eineescliliffen. Diese Konkavfläche 15 und die senkrechte Eintrittsflache des Prismas 11 haben die Wirkung einer plan-konkaven Streulinse mit dem virtuellen Brennpunkt Sj.

Diese Streulinse ergibt eine Lichtbündclaufweitung durch Umwandlung der linear polarisierten (transmittierten und reflektierten) Lichtstrahlen in ein divergentes Lichtstrahlenbündel, wobei sowohl die transmittierten divergenten Strahlen Xp \ (oberhalb der Achse Sj, F i g. 2) als auch die reflektierten divergenten Strahlen Xp\ (unterhalb der Achse S?) alle von demselben virtuellen Brennpunkt Ss ausgehen.

Diese Streulinse erzeugt also ein virtuelles Bild der Wendel der Lampe 2 im Brennpunkt S3. Dadurch wird eine Überlappung der transmittierten, polarisierten Strahlen Xp \ mit den reflektierten polarisierten Strahlen Xp ι vermieden. Diese durch die beschriebene Streulinse erhaltene Konzentrierung der beiden Lichtstrahlen in einem einzigen virtuellen Brennpunkt S₃ ist besonders wichtig, da eine Überlappung es nach den optisehen Gesetzen unmöglich machen w/-:de, im Überlappimgsbcrcich anschließend mit einer Sammellinse ein Parallellichtbündel mit gleichem Polarisationszustand und mit gleicher Abstrahlrichtung zu erzeugen.

Das divergente Bündel Xp \ wird schließlich durch eine Fresnellinse 16 in ein paralleles Lichtbündel Xp₂ aus linear polarisiertem Licht umgewandelt, das mit der gewünschten Lichtintensität bzw. dem gewünschten Querschnitt von der beschriebenen Scheinwerferanordnung ausgestrahlt wird. Der Brennpunkt der als Sammellinse wirkenden Fresnellinse 16 stimmt dabei mit dem virtuellen Brennpunkt Bi der beschriebenen Streulinse überein.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, ergibt dieses Ausführungsbeispiel eine Verkleinerung des Polarisationssystems 11 bis 14 zufolge seiner Zwischenschaltung zwischen den Mitteln 1,2 (zur Lichterfassung und Lichtbündelung mit geringerer Projektionsfläche) und den Mitteln 15, 16 (zur nachträglichen Lichtbündelaufweitung) bzw. zufolge der Vorschaltung des Polarisationssystems 11 bis 14 vor den Mitteln 15,16 zur Lichtbündelerweiterung.

Es sei erwähnt, daß man auch zirkulär polarisiertes Licht mit der Scheinwerferanordnung gemäß der Erfindung erhalten kann, indem eine Viertelwelienlängen-Folie (/ί/4-Foiie) in an sich bekannter Weise der Anordnung nachgeschaltet wird, d. h. im Stranlengang des zweiten, parallelen linear polarisierten Lichtbündels Xr 2.

Bei der Variante gemäß F i g. 3 ist ein Polarisationssystem 3' vorgesehen, bei welchem zwei Glasprismen 11 und 12 sowie eine /?/4-Folie 13 und ein Flachspiegel 14 ähnlich wie in Fi g. 2 vorgesehen sind und im wesentlichen dieselbe Wirkungsweise ergeben. Dabei ist ebenfalls, ei^r.e nicht dargestellte, Fresnellinse zum selben Zweck wie in Fi g. 2 vorgesehen. Diese Variante unterscheidet sich hingegen, dadurch, daß die Relativstellung des Reflektors 1 mit der Lampe 2 sowie def/Z/4-Folie 13 mit dem Flachspiegel 14 um 90° gegenüber den Prismen 11,12 gedreht ist, so daß das eintretende, von Reflektor 1 stammende, unpo.arisierte Lichibündel ΑΊ senkrecht zu der Symmetrieachse 52 des von der Konkavfläche 15 austretenden, ersten polarisierten Lichtbündel:: Xp 1 steht.

Durch diese Variante ergibt sich somit gegenüber Fig. 2 eine entsprechende Verkürzung der Länge der gesamten Anordnung κ: Richtung des abgestrahlten parallelen polarisierten Lichibündels Xn. Eine solche gedrängte Bauart kann besondere Vorteile bieten, bei-SDielsweise bei Verwendung in Fahrzeuescheinwerfern.

Bei der zweiten Variante gemäß F i g. 4 ist ein iihnliches Polarisationssystem 3' wie in F i g. 2 sowie ein Reflektor 1 mit einer Lampe 2 und eine Fresnellinse 16 vorgesehen. Diese Variante unterscheidet sich jedoch zunächst dadurch, daß die Fresnellinse 16 parallel zur Symmetrieachse S2 des von der Konkavfläche 15 austretenden polarisierten Lichtbündels AVi steht, wobei ein großer Flachspiegel 17 in einem Winkel von 45" zur Achse 52 sowie zur Ebene der Fresnellinse 16 derart vorgesehen ist, daß die divergierenden ersten polarisierten Strahlen Xp\ in Richtung der Fresnellinse 16 reflektiert und durch diese parallel gerichtet werden.

Diese zweite Variante gemäß Fig.4 ergibt ebenfalls eine gedrängte Bauart, die für Fahrzeugscheinwerfer von besonderem Vorteil ist.

Gemäß einer weiteren Variante der beschriebenen Ausführungsbeispiele von F i g. 2 bis 4 kann das Prisma 12 anstatt der Konkavfläche 15 eine ebene Ausgan«sfläche aufweisen, an der eine Fresnellinse angebracht ist, um die parallelen, polarisierten Lichtstrahlen in ein divergentes Strahlenbündel umzuwandeln. Es handelt sich somit bei dieser Variante um die Ersetzung der als Streulinse wirkenden Konkavfläche 15 durch eine nicht gezeigte Fresnellinse mit negativem Brennpunkt, der mit dem Brennpunkt flj gemäß F i g. 2 zusammenfällt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

JO

35

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Polarisationsscheinwerfer zum Abstrahlen eines polarisierten parallelen Lichtbündels mit einem gewünschten Querschnitt, insbesondere blendungsarmer Kraftfahrzeugscheinwerfer, bestehend aus

a) einem rotationsparaboloidförmigen Reflektor (1) mit einer in seinem Brennpunkt (Bi) angeordneten Lichtquelle (2), wobei der Querschnitt des reflektierten, unpolarisierten parallelen Lichtbündels (Xi) kleiner ist als der gewünschte Querschnitt des abzustrahlenden, polarisierten parallelen Lichtbündels (Xp 2);

b) einem im Strahlengang des Reflektors (1) angeordneten Brewster-Polarisator (3) zur Umwandlung des unpolarisierten parallelen Lichtbündels (Xi) in ein erstes linear polarisiertes paralleles Lichtbündel (Xp ι) mit nur wenig veränderten? tjuerschnitt;

c) lichtlenkenden Mitteln (L\, Lj) zur Lichtbündelaufweitung, die das erste linear polarisierte parallele Lichtbündel (Xp \) in das abzustrahlende, zweite, linear polarisierte parallele Lichtbündel (Xp₂) mit dem gewünschten größeren Querschnitt umwandeln;