DE3027719A1 - Reflektor zur ausleuchtung einer flaeche - Google Patents

Reflektor zur ausleuchtung einer flaeche

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    • F21V7/04—Optical design
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation

Description

- 3 Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen mbH, München
Reflektor zur Ausleuchtung einer Fläche *)
Die Erfindung betrifft einen Reflektor, der zur Ausleuchtung einer Fläche, beispielsweise zur Bildwandaus leuchtung bei Projektionssystemen, verwendet wird. Die Schwierigkeit dabei ist, das Bildfenster mit Hilfe eines Reflektors möglichst gleichmäßig ausleuchten zu können.
Bei strukturiertem Leuchtkörper, z.B. einer Wendel, und glatter Reflektoroberfläche kommt es entsprechend dem VTendelbild zu
örtlichen Helligkeitsschwankungen im Bildfenster. Daher ist man dazu übergegangen, die Oberfläche des Reflektors aufzurauhen,
indem man sie punziert oder facettiert hat. Ein Reflektor, der
auf seiner' Oberfläche viele kleine spiegelnde Flächen aufweist, ist beispielsweise aus US-PS 4 021 659 und US-PS 4 O35 631 bekannt. Andere Oberflächenstrukturierungen werden u.a. in
DE-OS 21 48 478 und DE-OS 23 63 378 angegeben. Durch die beschriebenen Strukturierungen der Reflektoroberfläche werden die Strahlenbündel gegenüber der glatten Reflektorfläche stärker
aufgefächert bzw. gestreut. Somit tritt eine Verwischung der
Wendelstruktur im Bildfenster ein, wobei jedoch immer noch eine gewisse Wolkigkeit der Bildfensterausleuchtung übrigbleibt.
Doch sinkt infolge des vermehrten Streulichts der Nutzlichtstrom, was durch Steigerung der Lampenleistung kompensiert werden muß, wodurch sich auch die Temperatur im Bildfenster gegenüber glatten Reflektoroberflächen erhöht. Allen diesen Lösungen gemeinsam ist, daß die Reflektoren nur eine Kontur aufweisen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Reflektor mit
einer Oberfläche zu schaffen, mit der eine gute Gleichmäßigkeit der Bildfensterausleuchtung erreicht werden kann und Streulicht möglichst vermieden wird.
*) F 21 V 7/10
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Der Reflektor zur Ausleuchtung einer Fläche ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor mindestens zwei bezüglich der optischen Achse des Gesamtsystems rotationssymmetrische Konturen aufweist, deren Erzeugende Kegelschnitten folgen, der Reflektor in zonale Bereiche unterteilt ist, wobei aufeinanderfolgende Bereiche auf verschiedenen Konturen liegen. Dabei können die Brennpunkte der Erzeugenden zusammenfallen oder in der optischen Achse oder auf einer Parallelen zur optischen Achse gegeneinander verschoben sein. Je nach Verwendung des Reflektors können die Konturen identischen oder nicht identischen Kegelschnitten folgen. Die die unterschiedlichen Konturen bildenden Teile müssen mit einem bestimmten Flächeninhalt vorhanden sein. Bei Verwendung von zwei Konturen A und B sollten die Flächenanteile F und F_ an der gesamten reflektierenden Fläche F A B
den Gleichungen F. = χ F und F= (l - x) F gehorchen mit
Λ 15
0,2 < χ S 0,8. Je nach gewünschter Lichtverteilung können die Verhältnisse der Flächen der unterschiedlichen Konturen zwischen 1:4 und 1:1 betragen. Ebenso richtet sich die Aufeinanderfolge der Zonen unterschiedlicher Kontur nach dem Anwendungszweck. Der Reflektor soll mindestens zwei bezüglich der optischen Achse rotationssymmetrische zonale Bereiche aufweisen. Die Reflektorfläche einer Kontur entsteht durch Rotation einer Erzeugenden, die dem Kurvenverlauf eines Kegelschnittes folgt. Dabei kann die geometrische Achse mindestens eines der Kegelschnitte gegen die optische Achse geneigt sein, d.h. einen Winkel mit der optischen Achse des Gesamtsystems bilden.
Durch Abstimmung der verschiedenen Konturen der Kegelschnitte aufeinander, beispielsweise so, daß durch die Kontur des einen Kegelschnittes eine spotförmige Ausleuchtung und durch die Kontur des anderen Kegelschnittes eine sattelförmige Ausleuchtung erfolgt, ist eine sehr gleichmäßige Ausleuchtung des Bildfensters zu erzielen.
Durch die erfindungsgemäßen Reflektorformen, bei denen man den Leuchtkörper mit mehreren Reflektorkonturen in das Bildfenster
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abbildet, läßt sich sowohl bei Projektion als auch bei Beleuchtung die Gleichmäßigkeit verbessern. Dabei ist entscheidend, daß sich bei der Projektion die Gleichmäßigkeit der 1. Ordnung
über die ganze Bildwand verbessert und nicht wie bei den anfangs erwähnten Reflektoren mit vielen kleinen, auf einer Kontur liegenden spiegelnden Flächen nur die Gleichmäßigkeit der 2. Ordnung (Wolkigkeit der Bildfensterausleuchtung). Zur Erläuterung: Die Gleichmäßigkeit der 1. Ordnung beschreibt den Verlauf der Beleuchtungsstärke über die Bildwand (Grundverlauf der Kurve), die Gleichmäßigkeit der 2. Ordnung beschreibt innerhalb des Grundverlaufs die leichten Beleuchtungsstärkeschwankungen, die durch Abbildungen von Lampenstrukturen oder anderen Nebenerscheinungen im Bildfenster verursacht werden. Die Verbesserung läßt sich vielleicht damit erklären, daß Reflektoren, deren Kontur einer einzigen Kegelschnittgleichung entspricht, primär immer nur in der Lage sind, einen Objektpunkt in einen Bildpunkt zu projizieren. Bei Verwendung von z.B. zwei Konturen lassen sich zwei Objektpunkte in einen Bildpunkt oder ein Objektpunkt in zwei Bildpunkte projizieren. Bei Verwendung von mehreren Konturen kann man entsprechend viele Zuordnungen Objektpunkt/Bildpunkt festlegen. Die Konturen können in beliebiger Anordnung auf dem Reflektor verteilt werden. Wichtig ist dabei, daß die Gesamtlänge der Stoßkanten der Reflektorkonturen einen minimalen Wert haben und die Ausformschrägen für z.B. die Preßlingherstellung einen möglichst kleinen Raumwinkel in Anspruch nehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 bis dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Figur 1 gibt eine perspektivische Draufsicht des Reflektors,
Figur 2 einen Schnitt des Reflektors wie'derj
Figur 3a - c zeigt relative Beleuchtungsstärkeverteilungen.
Figur 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Lage der für die Kegelschnitte verwendeten Koordinatensysteme schematisch dargestellt ist.
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302771a
Der Reflektor 1 in Figur 1 besteht vorzugsweise aus Borosilikatgla« und ist in fünf Zonen unterteilt. Die drei Zonenflächen 2a - c weisen eine Kontur K auf. Die jeweils dazu abwechselnd angeordneten Zonenflächen 3* und 3b gehören zu einer anderen Kontur K . Der Strahlengang verläuft wie in Figur 2 dargestellt. Figur 3a zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung von Kontur 1, die eine spotförmige Ausleuchtung ergibt, Figur 3b die von Kontur 2, die auf dem Bildfenster eine sattelförmige Ausleuchtungscharakteristik erzeugt. In Figur 3c ist die mit dem aus den beiden Teilkonturen zusammengesetzten Reflektor erzeugte günstigere Ausleuchtungskurve dargestellt. Bei diesem Beispiel verhalten sich die die unterschiedlichen Konturen bildenden Teile im Flächeninhalt wie 5 : 3 (von Fläche K zu Fläche K).
X 2
In dem Diagramm in Figur 4 sind die beiden Kegelschnitte in ihrer Lage zur optischen Achse des Gesamtsystems wiedergegeben. Die Koordinaten X , Y. gehören zum Mittelpunkt des geneigten Koordinatensystems X1, Y', das der Kontur 1 zugeordnet ist. Entsprechend wird der Mittelpunkt des für die Kontur 2 zugeordneten Koordinatensystems durch X021 YQ2 bestimmt. Das Koordinatensystem X', Y1 ist gegen das Koordinatensystem X, Y um den Winkel \P geneigt, wobei die X-Achse durch die optische Achse des Gesamtsystems gegeben ist. F bzw. F bezeichnen die Brennpunkte der beiden Kegelschnitte.
Solche Reflektoren mit mehreren Konturen eignen sich für Lampen mit kleinen Leuchtkörpern, großen Bildfenstern und bei Verwendung von relativ schwach geöffneten Objektiven. Zum Beispiel werden gute Ergebnisse erzielt bei folgender Ausführung: Der Reflektor weist zwei zonal angeordnete Konturen auf, die identischen Kegelschnitten folgen. Der Reflektordurchmesser beträgt 50 mm. Die Gleichung für-die Kontur 1 bzw. Kontur 2 lautet X|2/4l,252 + Y«2/24,652 » 1 mit XQ1 =■ 4l,24 wn und YQ1 » - 0,37 ■» (für Kontur K.) und ΧΛ_ * 43,54 mm und Y__ » - 0,37 mm (für Kontur K) und ψ ■ 1,42°.(Figur 4). Die dem.Scheitel nächstgelegene Zone gehört der Kontur K an..Ihre Fläche beträgt 4 %
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"- 7 —
der gesamten Reflektorfläche. Darauf folgt eine Zone, die der Kontur K angehört (iO % Reflektorfläche). Es folgen abwechselnd die Zonen der Konturen» K (l6 %)v K (25 %) und wiederum K
χ Z X
(45 %)(siehe auch Figur 1 und 2). Das optische Auflagemaß be-
2 trägt 35 »"α« das Bildfenster hat die Ausmaße 9,60 χ 7,0 mm (l6 mm-Projektion), die Objektivöffnung ist 1»1,3/35. Als Einbaulampe wird eine Halogenglühlampe 24 Volt/250 Watt mit einen Leuchtkörperdurchmesser von 2,6 mm und einer Leuchtkörperlänge von 4,6 mm verwendet.
Dr. Hz/Mg
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Leerseite

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    / Im Reflektor zur Ausleuchtung einer Fläche, dadurch gekennzeichnet« daß der Reflektor mindestens zwei bezüglich der optischen Achse des Gesamtsystems rotationssymmetrische Konturen aufweist, deren Erzeugende Kegelschnitten folgen, der Reflektor in zonale Bereiche unterteilt ist, wobei aufeinanderfolgende Bereiche auf verschiedenen Konturen liegen.
  2. 2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennpunkte der Erzeugenden der Konturen zusammenfallen.
  3. 3« Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennpunkte der Erzeugenden in der optischen Achse oder auf einer Parallelen zur optischen Achse gegeneinander verschoben sind·
  4. 4. Reflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugenden der Konturen identischen Kegelschnitten folgen.
  5. 5· Reflektor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrische Achse mindestens eines der Kegelschnitte einen Winkel mit der optischen Achse des Gesamtsystems bildet*
  6. 6. Reflektor nach Anspruch 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß
    bei zwei Konturen die Flächenanteile F. und F der Konturen A
    A 13
    und B an der gesamten reflektierenden Fläche F den Gleichungen F « χ F und F= (l - x) F gehorchen mit 0,2έ χ < 0,8. A B
  7. 7. Reflektor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor mindestens zwei zonale Bereiche aufweist.
  8. 8. Reflektor nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Konturen verwendet werden, von denen die Kontur des einen Kegelschnittes so ausgebildet ist, daß eine spotförmige Ausleuchtung erfolgt und die Kontur des anderen Kegelschnittes
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    so ausgebildet ist, daß eine sattelförmige Ausleuchtung erzielt wird.
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DE19803027719 1980-07-22 1980-07-22 Reflektor zur ausleuchtung einer flaeche Granted DE3027719A1 (de)

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