DE3027719C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/04—Optical design
- F21V7/09—Optical design with a combination of different curvatures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft einen Reflektor gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Er dient zur Ausleuch
tung einer Fläche, beispielsweise zur Bildwandaus
leuchtung bei Projektionssystemen. Die Schwierig
keit 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 entspre
chend dem Wendelbild zu örtlichen Helligkeits
schwankungen im Bildfenster. Daher ist man dazu
übergegangen, die Oberfläche des Reflektors aufzu
rauhen, indem man sie punziert oder facettiert hat.
Ein Reflektor, der auf seiner Oberfläche viele
kleine spiegelnde Flächen aufweist, ist beispiels
weise aus US-PS 40 21 659 und US-PS 40 35 631
bekannt. Andere Oberflächenstrukturierungen werden
u. a. in DE-OS 21 48 478 und DE-OS 23 63 378 angege
ben. Durch die beschriebenen Strukturierungen der
Reflektoroberfläche werden die Strahlenbündel gegen
über der glatten Reflektorfläche stärker aufgefä
chert bzw. gestreut. Somit tritt eine Verwischung
der Wendelstruktur im Bildfenster ein, wobei jedoch
immer noch eine gewisse Wolkigkeit der Bildfenster
ausleuchtung 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.
Aus der DE-PS 4 23 470 ist ein Reflektor für Leucht
körper bekannt, der aus einer Vielzahl von Ringen
von Rotationsellipsoiden besteht. Er dient jedoch
dazu, das Licht eines Leuchtkörpers auf eine mög
lichst kleine Fläche zu werfen, wobei die Gleichmä
ßigkeit der Ausleuchtung keine Rolle spielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Reflektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
mit einer Oberfläche zu schaffen, mit der eine gute
Gleichmäßigkeit der Leuchtdichte auf der zu be
leuchtenden Fläche in der Gegenstandsebene (im
folgenden als Gleichmäßigkeit der Bildfensteraus
leuchtung bezeichnet) erreicht werden kann und
Streulicht möglichst vermieden wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk
male gemäß Anspruch 1 gelöst.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich
in den Unteransprüchen.
Der Reflektor zur Ausleuchtung einer Fläche weist
mindestens zwei bezüglich der optischen Achse des
Gesamtreflektorsystems rotationssymmetrische Kontu
ren auf, deren erzeugende Kegelschnitten folgen.
Der Reflektor ist in zonale Bereiche unterteilt,
wobei aufeinanderfolgende zonale Bereiche verschiede
ne Konturen aufweisen. Dabei können die Brennpunkte
der Erzeugenden zusammenfallen oder in der opti
schen Achse oder auf einer Parallelen zur optischen
Achse gegeneinander verschoben sein. Je nach Ver
wendung des Reflektors können die Konturen identi
schen oder nicht identischen Kegelschnitten folgen.
Die die unterschiedlichen Konturen bildenden zonalen
Bereiche müssen mit einem bestimmten Flächeninhalt vorhanden
sein. Bei Verwendung von zwei zonalen Bereichen A und B
sollten die Flächenanteile FA und FB an der gesam
ten reflektierenden Fläche F den Gleichungen
FA = x F und FB = (1 - x) F gehorchen mit 0,2 < x <
0,8. Je nach gewünschter Lichtverteilung können die
Verhältnisse der Flächenanteile der unterschiedlichen zonalen Bereiche
zwischen 1 : 4 und 1 : 1 betragen. Ebenso
richtet sich die Aufeinanderfolge der zonalen Bereiche unter
schiedlicher Kontur nach dem Anwendungszweck. Der
Reflektor soll mindestens zwei bezüglich der opti
schen Achse rotationssymmetrische zonale Bereiche
aufweisen. Die Reflektorfläche einer Kontur ent
steht 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 Kegelschnitts eine
spotförmige Ausleuchtung und durch die Kontur des
anderen Kegelschnitts eine sattelförmige Ausleuch
tung erfolgt, ist eine sehr gleichmäßige Ausleuch
tung des Bildfensters zu erzielen.
Durch die erfindungsgemäßen Reflektorformen, bei
denen man den Leuchtkörper mit mehreren Reflektor
konturen in das Bildfenster
abbildet, läßt sich sowohl bei Projektion als auch bei Beleuch
tung 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, eine Kontur
aufweisenden 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 Fig. 1 bis 4
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 gibt eine perspektivische Draufsicht des Reflektors,
Fig. 2 einen Schnitt des Reflektors wieder;
Fig. 3a-c zeigt relative Beleuchtungsstärkeverteilungen;
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem die Lage der für die Kegelschnitte
verwendeten Koordinatensysteme schematisch dargestellt ist.
Der Reflektor 1 in Fig. 1 besteht vorzugsweise aus
Borosilikatglas und ist in fünf zonale Bereiche
(2a, 2b, 2c, 3a, 3b) unterteilt. Die drei zonalen
Bereiche 2a-c basieren auf der erzeugenden Kegel
schnittkurve K1. Die jeweils dazu abwechselnd
angeordneten zonalen Bereiche 3a und 3b gehören zu
einer anderen erzeugenden Kegelschnittkurve K2. Der
Strahlengang verläuft wie in Fig. 2 dargestellt.
Fig. 3a zeigt die Beleuchtungsstärkeverteilung E
über die Diagonale d des Bildfensters bei Zugrun
deliegen einer erzeugenden Kegelschnittkurve K1, die
eine spotförmige Ausleuchtung ergibt, Fig. 3b bei
erzeugender Kegelschnittkurve K2, die auf dem Bild
fenster eine sattelförmige Beleuchtungsstärkeverteilung E
erzeugt. In Fig. 3c ist die mit der aus den
beiden erzeugenden Kegelschnittkurven ausgebildeten
Reflexionsfläche des Reflektors erzeugte günstigere
Beleuchtungsstärkeverteilung E dargestellt. Bei
diesem Beispiel verhalten sich die auf unterschied
lichen Konturen beruhenden Flächenanteile im Flä
cheninhalt wie 5 : 3 (von Fläche zugeordnet Kegelschnittkurve K1 zu Fläche zugeordnet Kegelschnittkurve K2).
In dem Diagramm in Fig. 4 sind die beiden erzeu
genden Kegelschnittkurven in ihrer Lage zur opti
schen Achse des Gesamtsystems wiedergegeben. Die
Koordinaten X01, Y01 gehören zum Mittelpunkt des
geneigten Koordinatensystems X′, Y′, das der erzeu
genden Kegelschnittkurve K1 zugeordnet ist. Ent
sprechend wird der Mittelpunkt des der erzeugenden
Kegelschnittkurve K2 zugeordneten Koordinatensystems
durch X02, Y02 bestimmt. Das Koordinatensystem X′,
Y′ ist gegen das Koordinatensystem X, Y um den
Winkel ϕ geneigt, wobei die X-Achse durch die
optische Achse des Gesamtsystems gegeben ist.
F1 bzw. F2 bezeichnen die Brennpunkte der beiden
erzeugenden Kegelschnittkurven.
Solche Reflektoren, deren Reflexionsfläche auf
mehreren erzeugenden Kegelschnittkurven beruht,
eignen sich für Beleuchtungssysteme mit kleinen
Leuchtkörpern, großen Bildfenstern und bei Verwen
dung von relativ schwach geöffneten Objektiven. Zum
Beispiel werden gute Ergebnisse erzielt bei folgen
der Ausführung: Der Reflektor weist zwei zonale
Bereiche auf, die identischen Kegelschnitten fol
gen. Der Reflektordurchmesser beträgt 50 mm. Die
Gleichung für die erzeugende Kegelschnittkurve K1
bzw. erzeugende Kegelschnittkurve K2 lautet
X′2/41,252 + Y′2/24,652 = 1 mit X01 = 41,24 mm und
Y01= - 0,37 mm (für erzeugende Kegelschnitt
kurve K1) und X02 = 43,54 mm und Y02 = - 0,37 mm
(für erzeugende Kegelschnittkurve K2) und ϕ = 1,42°
(Fig. 4). Der dem Scheitel nächstgelegene zonale
Bereich gehört der erzeugenden Kegelschnittkurve K1
an. Seine Fläche beträgt 4% der gesamten Reflek
torfläche. Darauf folgt ein zonaler Bereich, der
auf der erzeugenden Kegelschnittkurve K2 basiert
(10% Reflektorfläche). Es folgen abwechselnd die
zonalen Bereiche der erzeugenden Kegelschnittkurven
K1 (16%), K2 (25%) und wiederum der zonale Be
reich der erzeugenden Kegelschnittkurve K1 (45%)
(s.a. Fig. 1 und 2). Das optische Auflagemaß, das
ist der Abstand zwischen der Ebene, in der die
Umrandung der Reflektoröffnung liegt, und der Ebene
des Bildfensters, beträgt 35 mm, das Bildfenster hat
die Ausmaße 9,60 mm×7,0 mm (16 mm-Projektion),
die Objektivöffnung ist 1 : 1,3/35. Als Einbaulampe
wird eine Halogenglühlampe 24 Volt/ 250 Watt mit
einem Leuchtkörperdurchmesser von 2,6 mm und einer
Leuchtkörperlänge von 4,6 mm verwendet.
Claims (10)
1. Reflektor zur Ausleuchtung einer Fläche mit
folgenden Merkmalen:
- - die Reflexionsfläche des Reflektors ist in ring förmig um die Längsmittelachse des Reflektors verlaufende Bereiche (zonale Bereiche) unter teilt, deren jeweilige Begrenzungsebenen quer zur Längsmittelachse des Reflektors (optische Achse) stehen
- - die Reflexionsfläche des Reflektors ist durch Oberflächen von mindestens zwei sich hinsichtlich der Krümmung ihrer Oberfläche unterscheidenden Rotationskörpern gebildet, die durch Rotation von Abschnitten von Kegelschnittkurven um eine als Rotationsachse bezeichnete Achse entstehen, wobei diese Rotationsachse mit der Längsachse des Reflektors zusammenfällt
- - die Oberfläche der jeweils aufeinanderfolgenden Bereiche weist in einer durch die Längsmittelach se des Reflektors gehenden Ebene einen unter schiedlichen Krümmungsverlauf auf,
dadurch gekennzeichnet, daß die geometrischen
Achsen (im Sinne von Hauptachse einer Kegelschnitt
kurve) der Kegelschnittkurven (K1, K2) in einer
durch die Längsmittelachse des Reflektors (1)
gehenden Ebene liegen, wobei die geometrische Achse
zumindest einer der Kegelschnittkurven (K1, K2)
gegen die Längsmittelachse des Reflektors (1)
geneigt ist.
2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Brennpunkte der die zonalen Bereiche
(2a, 2b, 2c, 3a, 3b) erzeugenden Abschnitte der
Kegelschnittkurven (K1, K2) zusammenfallen.
3. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Brennpunkte der erzeugenden Kegel
schnittkurven (K1, K2) auf der optischen Achse oder
auf einer Parallelen zur optischen Achse gegenein
ander verschoben sind.
4. Reflektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß die zonalen Bereiche (2a, 2b, 2c, 3a, 3b)
der erzeugenden Kegelschnittkurven (K1, K2) identi
sche Kegelschnitte sind.
5. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung seiner
Reflexionsfläche durch zwei Rotationskörper die
zonalen Bereiche (2a, 2b, 2c, 3a, 3b) durch eine
abwechselnde Folge von Oberflächenabschnitten
jeweils eines der beiden Rotationskörper festgelegt
sind.
6. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (1)
mindestens zwei zonale Bereiche aufweist.
7. Reflektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei zonalen Berei
chen A und B die jeweiligen Flächenanteile FA und
FB an der gesamten reflektierenden Fläche F durch
die Gleichungen FA = x F und FB = (1 - x) F mit
0,2 x 0,8 festlegbar sind.
8. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die die Rotationskörper erzeugenden Kegel
schnittkurven (K1, K2) Abschnitte von Ellipsen
sind.
9. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Flächen der jeweils aufeinanderfolgen
den zonalen Bereiche (2a, 2b, 2c, 3a, 3b) in Stoß
kanten aneinanderschließen.
Priority Applications (4)
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Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
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