DE3125168A1

DE3125168A1 - "reflektor und daraus hergestellte reflektorlampe"

Info

Publication number: DE3125168A1
Application number: DE19813125168
Authority: DE
Inventors: David Downing van East Cleveland Ohio Horn; John Michael Twinsburg Ohio Putz; Gilbert Henry Chardon Ohio Reiling
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1982-03-04
Also published as: GB2079435B; JPS5730801A; FR2486200A1; CA1172682A; GB2079435A; DE3125168C2

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y./U.S.A.

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der optischen Reflektoren und Reflektorlampen.

Eine allgemeine Art von Reflektorlampen umfaßt einen konkaven Reflektor, der eine parabolische Kontur bezüglich eines Brennpunkts hat, so daß er Licht, das von einer am bzw. im Brennpunkt angeordneten Lichtquelle emittiert wird, nach vorwärts reflektiert. Der Querschnitt des Reflektors ist gewöhnlich kreisförmig, und sein Durchmesser variiert mit dem Abstand vom Brennpunkt. Außerdem verläuft ein Konus von Lichtstrahlen direkt von der Lichtquelle am bzw. im Brennpunkt unreflektiert durch die Vorderseite des Reflektors, wobei der Winkel dieses Strahlenkonus durch den vorderen Rand des Reflektors bestimmt und begrenzt ist. Die weitläufiger divergenten Lichtstrahlen des Strahlenkonus, d. h. die Strahlen, die relativ näher zum Rand des Reflektors hin verlaufen, haben eine so große nach seitwärts verlaufende Richtungskomponente, daß sie aus dem gewünschten Lichtverlauf herausfallen und daher vergeudet werden. Diese Vergeudung von Licht kann vermindert und die

optische Leistungsfähigkeit bzw. der optische Wirkungsgrad kann verbessert werden, indem der Reflektor tiefer (langer) ausgebildet wird, so daß relativ mehr Licht :in der gewünschten Richtung reflektiert wird und der Konus aus nichtreflektiertem Licht enger ist, so daß auf diese Weise der Betrag an vergeudetem divergentem Licht vermindert wird. Jedoch gibt es praktische Beschränkungen hinsichtlich des Erhöhens der Tiefe des Reflektors, wie beispielsweise die Kosten, das Gewicht und die Unhandlichkeit bei dessen Verwendung. Außerdem verschiebt sich der Brennpunkt, wenn der Reflektor bei einem gegebenen maximalen Durchmesser tiefer ausgebildet wird, näher an die rückwärtige Oberfläche, wodurch die Anordnung der Lichtquelle erschwert wird, und wenn die Lichtquelle ein Faden ist, findet eine beschleunigte Schwärzung der nahe daran befindlichen rückwärtigen Fläche des Reflektors aufgrund der Verdampfung des Fadenmaterials (üblicherweise Wolfram) statt. Diese beschleunigte Schwärzung kann dadurch vermindert werden, daß man eine konkave Ausnehmung im rückwärtigen Teil des Reflektors vorsieht, die den Nachteil hat, daß sie die optische Leistungsfähigkeit bzw. den optischen Wirkungsgrad vermindert.

Es sind Reflektoren entworfen worden, die Kombinationen von parabolischen und sphärischen Formen haben. Zum Beispiel ist in der US-PS 2 629 o46 ein Reflektor dargestellt, der einen parabolischen vorderen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen sphärischen rückwärtigen Abschnitt hat. In der US-PS 1 799 711 ist ein Kraftfahrzeugscheinwerferreflektor dargestellt, der einen parabolischen vorderen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen parabolischen rückwärtigen Abschnitt hat, wobei diese Abschnitte mit Bezug aufeinander gekippt sind, so daß sie unterschiedliche Brennpunkte haben. Es sind auch andere Reflektorformen vorgeschlagen

worden, wie beispielsweise eine elliptische Reflektorlampe, wie sie in der US-PS 4 o41 344 beschrieben ist.

Kurz zusammengefaßt werden mit der Erfindung ein Reflektor und eine Reflektorlampe zur Verfügung gestellt, die eine verbesserte optische Leistungsfähigkeit bzw. einen verbesserten optischen Wirkungsgrad haben, die bzw. der eine Ausbildung ermöglicht, welche einen niedrigeren Leistungsverbrauch hat, und die Erfindung ermöglicht es, das mit einer ziemlich kompakten Lampe zu erzielen.

Die Erfindung umfaßt, kurz zusammengefaßt sowie in einer bevorzugten Ausführungsform einen Reflektor und eine Lampe, die einen Reflektor hat, der einen parabolischen vorderen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen parabolischen rückwärtigen Abschnitt besitzt, wobei .jeder der Reflektorabschnitte den gleichen gemeinsamen Brennpunkt hat bzw. alle Reflektorabschnitte den gleichen gemeinsamen Brennpunkt haben, und wobei die Reflektorabschnitte so dimensioniert sind, daß alle Lichtstrahlen oder im wesentlichen alle Lichtstrahlen, welche von dem sphärischen mittleren Abschnitt, herkommend von einer am bzw. im Brennpunkt angeordneten Lichtquelle, reflektiert werden, durch den parabolischen vorderen Abschnitt erneut reflektiert werden.

Die Erfindung sei nachstehend anhand einer in den Fig. 1 und 2 der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsform näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Reflektorlampe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 2 eine seitliche Querschnittsansicht gemäß der Li-

nie 2-2 der Figur 1.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, umfaßt eine Reflektorlampe, die einen konkaven Reflektor 11 hat, der eine solche Form besitzt, daß er einen vorderen Reflektorabt;chnitt 12 hat, welcher eine parabolische Kontur bezüglich einem Brennpunkt 13 aufweist, sowie einen mittleren Reflektorabschnitt 14, der eine sphärische Kontur bezüglich des Brennpunkts 13 hat, und einen rückwärtigen Reflektorabschnitt 15, der eine parabolische Kontur bezüglich des Brennpunkts 13 besitzt. Der Querschnitt des Reflektors 11 senkrecht zu seiner optischen Hauptachse ist kreisförmig, wie in Fig. 1 gezeigt. Infolgedessen ist jeder der drei Reflektorabschnitte durch eine Rotationsfläche einer parabolischen oder einer kreisförmigen Kurve begrenzt. Kin Faden 16 ist im Brennpunkt 13 zentriert und vorzugsweise in oder in der Nähe der Ebene 17 der gemeinsamen Abstumpfungsfläche an der Stelle des Zusammenstoßens des vorderen Abschnitts 12 und des mittleren Abschnitts 14, wie in der Zeichnung dargestellt, eingeordnet. Anstelle des Fadens 16 können alternative Lichtquellen angewandt werden, wie beispielsweise eine Halögen-Regenerativzyklus-Glühlampe oder eine Bogenentladungslampe. Eine Linseneinrichtung, wie beispielsweise eine geformte Linse oder eine Abdeckungsplatte 2o kann über der vorderen Öffnung des Reflektors 11 angeordnet oder dicht angebracht sein, um die reflektierende Oberfläche zu schützen und sie sauberzuhalten und/oder den Lichtverlauf zu modifizieren; und eine solche Linseneinrichtung ist erforderlich, wenn die Lichtquelle ein freiliegender Faden 16 im Reflektor ist. Der Reflektor 11 kann aus geschmolzenem Glas hergestellt sein, und seine innere Oberfläche ist zur Erzielung einer reflektierenden Oberfläche mit Aluminium oder Silber beschichtet, und der Faden 16 ist vorzugsweise aus Wolfram hergestellt und auf zwei Durchführungs-Haltedrähten 18, 19

aus cjueiqneleni MaLerial, wie beispielsweise aus Molybdän, angebracht.

Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 16 am Brennpunkt ausgehen und auf den parabolischen vorderen Reflektorabschnitt 12 auftreffen, werden in einer allgemeinen Vorwärtsrichtung reflektiert, wie durch den Lichtstrahlweg 21 angedeutet ist. In entsprechender Weise werden Lichtstrahlen, die vom Faden 16 ausgehen und den parabolischen rückwärtigen Reflektorabschnitt 15 treffen, allgemein nach vorwärts reflektiert, wie durch den Lichtstrahlweg 22 angedeutet. Ein gewisser relativ kleiner Betrag an Licht, das von der Lichtquelle 16 ausgeht, wird nicht vom Reflektor 11 reflektiert und tritt in unerwünschter Weise durch die vordere Öffnung des Reflektors in einem divergenten Strahlverlauf aus, wie durch'den Lichtstrahlweg 23 angedeutet. Der Relativbetrag dieses Lichts hängt davon ab, wie weit sich der Reflektor von dem Brennpunkt nach vorwärts erstreckt.

Gemäß der Erfindung ist der sphärische mittlere Abschnitt 14 mit Bezug auf den parabolischen vorderen Reflektorabschnitt 12 so dimensioniert, daß alles oder im wesentlichen alles Licht, welches von der Lichtquelle 16 ausgeht und auf den sphärischen mittleren Abschnitt 14 auftrifft, von diesem in einer solchen Richtung reflektiert wird, daß es auf dem parabolischen vorderen Abschnitt 12 auftrifft und von diesem erneut in einer allgemein vorwärts verlaufenden Richtung reflektiert wird. Zum Beispiel trifft ein Lichtstrahl 26, der von der Lichtquelle 16 am Brennpunkt 13 des Reflektors ausgeht, auf den mittleren sphärischen Abschnitt 14 auf und wird zurück längs seines Wegs und durch den Brennpunkt 13 reflektiert und trifft auf den parabolischen vorderen Reflektorabschnitt 12 auf und wird nach vorwärts gerichtet, wie mittels des Lichtstrahlwegs 27 angedeutet ist.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Entwerfen des Reflektors besteht darin, zunächst den vorderen Abschnitt 12 zu entwerfen und dann die Kontur des sphärischen Abschnitts 14. Als nächstes wird eine Linie vom Rand 31 und durch den Brennpunkt 13 zur Konturlinie des mittleren Abschnitts 14 gezogen; dieser Schnittpunkt legt die Verbindungsabene 28 am rückwärtigen Ende des Abschnitts 14 fest, wo dieser miL· dem rückwärtigen Abschnitt 15 zusammenstößt, infolgedessen wird ein Lichtstrahl 26', der von dem Brennpunkt 13 ausgeht und den sphärischen mittleren Abschnitt 14 in oder benachbart von dessen rückwärtiger Ebene 28 trifft, zurück längs seines Weges und durch den Brennpunkt 13 reflektiert und trifft auf den parabolischen vorderen Abschnitt 12 in oder in der Nähe von dessen vorderem Rand 31 auf und wird nach vorwärts gerichtet, wie bei 27' angedeutet.

In wissenschaftlicher optischer Terminologie ist die Breite der parabolischen Reflektorkurve am Brennpunkt 13 der Parameter eines Kegelschnitts bzw. der latus rectum, und er wird in der Zeichnung durch die Linie 17 in Fig. 2 repräsentiert , der Scheitelpunkt ist der Punkt auf der rückwärtigen Oberfläche direkt hinter dem Brennpunkt 13. Der Scheitelpunkt des Vorderen parabolischen Abschnitts 12 ist der Punkt auf demselben, der sich direkt hinter dem Brennpunkt 13 befinden würde, wenn der parabolische Kurvenverlauf bis hinter den Brennpunkt 13 fortgeführt werden würde. Infolgedessen befindet sich der Brennpunkt 13 relativ nahe am Scheitelpunkt der vorderen parabolischen Kurve, und er ist wesentlich weiter vom Scheitelpunkt der rückwärtigen parabolischen Kurve 15 entfernt. Der Durchmesser des sphärischen mittleren Abschnitts 14 1st im wesentlichen gleich der Länge des Parameters eines Kegelschnitts bzw. des latus rectum der vorderen parabolischen Kurve 12.

Aufgrund der langgestreckten Form des Fadens 16 wird nicht

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alles Licht, das von unterschiedlichen Teilen des Fadens ausgeht, am Brennpunkt 13 abgestrahlt, und daher wird es unter leicht unterschiedlichen Winkeln an jedem spezifischen Punkt des Reflektors reflektiert. Infolgedessen geht nicht alles Licht, das vom mittleren Abschnitt 14 reflektiert worden ist, durch den Brennpunkt 13. Daher ist die optische Leistungsfähigkeit des Reflektors gegenüber derjenigen, die sich bei einer hypothetischen Punktquelle im Brennpunkt 13 ergeben würde, etwas verschlechtert. Darüber hinaus kann das Bündel, das vom Reflektor kommt, wie es der Stand der Technik bei derartigen Lampen ist, weiter durch Linsen und/oder Diffusoren modifiziert werden, um eine Lichtverteilung in einem gewissen Abstand von der Lampe zu erzielen, welche die Erfordernisse für eine Punktlampe oder eine Flutlichtlampe erfüllt, wie sie allgemein von der Beleuchtungsindustrie entworfen worden sind. Es bleibt jedoch richtig, daß der Hauptteil der Vorteile, die mit dem oben beschriebenen Reflektor bezüglich einer Punktquelle erzielt werden, mit einem langgestreckten Faden und mit den üblichen Linsen und/oder Lichtzerstreuungseinrichtungen realisiert wird.

Der Raum, der von dem sphärischen mittleren Abschnitt 14 begrenzt und umgeben ist, bildet eine Ausnehmung zum Aufnehmen der Lichtquelle 16 und dient dazu, die reflektierenden Oberflächen im rückwärtigen Teil des Reflektors genügend weit weg vom Faden 16 anzuordnen, um ein Schwärzen desselben durch verdampftes Fadenmaterial auf ein Minimum herabzusetzen; und mit der Erfindung wird dieses erzielt, während eine optische Leistungsfähigkeit aufrechterhalten wird, die im wesentlichen so gut ist, wie in dem Fall, in dem der gesamte Reflektor eine einzige parabolische Krümmung besitzt.

Da mit der Erfindung ein Reflektoraufbau zur Verfügung ge-

stellt wird, in dem alles Licht, das durch den mittleren Abschnitt reflektiert wird, mittels des parabolischen vorderen Abschnitts in der gewünschten vorderen Richtung erneut reflektiert wird und nicht dadurch "verloren geht", daß es in einem divergenten Verlauf über die vordere Fläche hinausgeht, ermöglicht die verbesserte optische Leistungsfähigkeit den Aufbau einer Lampe, die für einen gegebenen Betrag an brauchbarem Licht geringere Wattleistungen erfordert, so daß auf diese Weise zur Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs beigetragen wird.

■ ti.

Leerseite

Claims

Patentansprüche

hl Konkaver Reflektor, dadurch gekennzeichnet , daß er so geformt ist, daß er einen parabolischen vorderen Abschnitt (12), einen sphärischen mittleren Abschnitt (14) und einen parabolischen rückwärtigen Abschnitt (15) besitzt, wobei jeder dieser Abschnitte einen gleichen gemeinsamen Brennpunkt (13) hat und so dimensioniert ist, daß im wesentlichen alle Lichtstrahlen, die von dem sphärischen mittleren Abschnitt (14) von einer Lichtquelle (16) herkommend,welche in bzw. an dem Brennpunkt (13) angeordnet ist, reflektiert werden, durch den parabolischen vorderen Abschnitt (12) erneut reflektiert werden.
2. Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der parabolische vordere

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Abschnitt (12) eine derartige Tiefe hat, daß Lichtstrahlen, die in der Nähe der Rückseite des sphärischen mittleren Abschnitts (14) reflektiert werden, mittels der Reflektoroberfläche in der Nähe des vorderen Randes (31) des parabolischen vorderen Abschnitts (12) erneut reflektiert werden.
3. Reflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Brennpunkt in oder in der Nähe einer Ebene (17) liegt, die durch die gegenseitige Abflachung an der Verbindung des vorderen

Abschnitts (12) und des mittleren Abschnitts (14) definiert ist.
4. Reflektorlampe, dadurch gekennzeichnet , daß sie einen Reflektor (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 sowie eine Lichtquelle (16), die in bzw. an dem Brennpunkt (13) zentriert ist, aufweist.
5. Reflektorlampe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der parabolische vordere Abschnitt (12) eine derartige Tiefe hat, daß Lichtstrahlen, die in der Nähe der Rückseite des sphärischen mittleren Abschnitts (14) reflektiert werden, in der Nähe des vorderen Randes (31) des parabolischen vorderen Abschnittes (12) erneut reflektiert werden.
6. Reflektorlampe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (16) in oder in der Nähe einer Ebene (17) liegt, die durch die gemeinsame Abflachung an der Verbindung des vorderen Abschnitts (12) und des mittleren Abschnitts (14) definiert ist.
7. Reflektorlampe, insbesondere nach Anspruch 4, 5 oder

6, mit einem konkaven Reflektor, dadurch gekennzeichnet , daß der konkave Reflektor (11) einen vorderen Abschnitt (12) hat, der durch die Rotationsfläche einer ersten parabolischen Kurve begrenzt ist, deren Brennpunkt (13) relativ nahe an deren Scheitelpunkt liegt, wobei die Oberfläche bzw. Rotationsfläche im wesentlichen an deren latus rectum endet; sowie einen mittleren Abschnitt (14) von sphärischer Konfiguration, dessen Zentrum an bzw. in dem Brennpunkt (13) des vorderen Abschnittes (12) liegt und der einen Durchmesser hat, welcher im wesentlichen gleich der Länge des erwähnten latus rectum ist; und einen rückwärtigen Abschnitt (15), der durch eine Rotationsfläche einer zweiten parabolischen Kurve begrenzt ist, deren Brennpunkt (13) wesentlich weiter von deren Scheitelpunkt als die erste parabolische Kurve bzw. als bei der ersten parabolischen Kurve ist, wobei die beiden Brennpunkte (13) im wesentlichen zusammenfällen; wobei ferner der rückwärtige Abschnitt (15) an der kreisförmigen Verbindungsstelle mit dem sphärischen mittleren Abschnitt (14) endet, so daß ein Strahl, der von dem Brennpunkt (14) herkommt und zu irgendeinem Punkt längs der kreisförmigen Verbindungsstelle verläuft, zu dem entfernten Rand (31) des vorderen Abschnitts (12) reflektiert wird; eine Linseneinrichtung, die an dem entfernten Rand (31) des vorderen Abschnitts (12) angebracht ist; und eine Lichtquelle (16), die im wesentlichen an bzw. in dem zusammenfallenden Brennpunkt (13) angeordnet ist.
8. Reflektorlampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle (16) einen langgestreckten Faden umfaßt oder ein langgestreckter Faden ist, der im wesentlichen in der Ebene des latus rectum (der Sehne eines Konusabschnittes durch einen Brennpunkt und parallel zu einer Leitlinie) liegt.