DE3125168C2

DE3125168C2 - "Reflektor und daraus hergestellte Reflektorlampe"

Info

Publication number: DE3125168C2
Application number: DE3125168A
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: 1983-07-21
Also published as: GB2079435B; DE3125168A1; GB2079435A; JPS5730801A; CA1172682A; FR2486200A1

Abstract

Mit der Erfindung wird ein Reflektor und eine daraus hergestellte Lampe zur Verfügung gestellt; die Reflektorlampe weist einen konkaven Reflektor auf, der einen parabolischen rückwärtigen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen parabolischen vorderen Abschnitt hat, wobei jeder der Reflektorabschnitte den gleichen gemeinsamen Brennpunkt hat; und eine Lichtquelle im gemeinsamen Brennpunkt; die Reflektorabschnitte sind so dimensioniert, daß alle Lichtstrahlen von der Lichtquelle, die mittels des sphärischen mittleren Abschnitts reflektiert werden, erneut mittels des parabolischen vorderen Abschnitts reflektiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen konkaven Reflektor, bestehend aus einem rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt, einem sphärischen mittleren Abschnitt und einem rotationsparaboloidförmigen rückwärtigen Abschnitt, mit einer Lichtquelle im Kriimmungsmitte¹-punkt des sphärischen Abschnittes, wobei die Achsen der beiden rotationsparaboloidiörmipen Abschnitte fluchten und der Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Abschnitts auf der gemeinsamen Achse liegt und der vordere Abschnitt in Achsrichtung eine solche Länge aufweist, daß alle Strahlen, die vom mittleren Abschnitt reflektiert werden, mindestens einmal auch vom vorderen Abschnitt reflektiert werden, und wobei die senkrecht zur gemeinsamen Achse durch die Lichtquelle verlaufende Schnittfläche die Trennlinie zwischen vorderem und mittlerem Abschnitt bildet.

Ein Reflektor mit den vorstehenden Merkmalen ist in der GB-PS 3 14 545 beschrieben. Dieser Reflektor weist jedoch zusätzlich zu der Lichtquelle im Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Abschnittes, der gleichzeitig der Brennpunkt des rückwärtigen Abschnittes sein kann, noch eine weitere Lichtquelle im Brennpunkt des vorderen Abschnittes auf, der im Abstand von dem Brennpunkt des rückwärtigen Abschnittes liegt. Zweck dieser Anordnung ist es, daß der Reflektor sowohl bei der Betätigung der einen wie der anderen Lichtquelle jeweils einen Strahl erzeugt, von dem ein Teil auf den rotationsparaboloidförmigen Abschnitt beschränkt ist, auf dessen Brennpunkt sich die Lichtquelle befindet, während ein anderer Teil dieses Strahles für den anderen rotationsparaboloidförmigen Abschnitt außerhalb des Brennpunktes ist. Der mittlere sphärische Abschnitt kann zur Verstärkung des jeweiligen Strahles beitragen und seine Anwendung gestattet für beide rotationsparaboloidförmige Abschnitte den gleichen Parameter.

Es gibt auch einen konkaven Reflektor, der eine parabolische Kontur bezüglich eines Brennpunktes 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 -Jes 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 Richtungskomponentc, daß sie aus dem gewünschten Lichtvcrlauf herausfallen und daher vergeudet werden. Diese Vergeudung von Licht kann vermindert und die op'Jsche Leistungsfähigkeit bzw. der optische Wirkungsgrad kann verbessert werden, in dem der Reflektor in Achsenrichtung länger 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 v/ird. Jedoch gibt es praktische Beschränkungen hinsichtlich der Verlängerung 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 länger 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 nat■*: 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

Schließlich gibt es noch weitere Reflektoren, die Kombinationen von parabolischen und sphärischen Formen aufweisen:

So ist in der US-PS 26 29 046 ein Reflektor dargestellt, der einen rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen sphärischen rückwärtigen Abschnitt hat.

In der US-PS 17 99 711 ist ein Reflektor eines Kraftfahrzeugscheinwerfers dargestellt, der einen rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt, einen sphärischen mittleren Abschnitt und einen rotationsparaboloidförmigen rückwärtigen Abschnitt hat wobei diese Abschnitte mit Bezug aufeinander gekippt sind, so daß sie unterschiedliche Brennpunkte haben.

In der US-PS 40 41 344 schließlich ist eine elliptische Reflektorlampe beschrieben.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen konkaven Reflektor der eingangs genannten Art mit nur einer Lichtquelle zu schaffen, der dauerhaft einen

verbesserten optischen Wirkungsgrad hat

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennpunkt des rückwärtigen Abschnittes beträchtlich weiter von seinem Scheitelpunkt entfernt ist als der des vorderen Abschnittes und daß die Brennpunkte des vorderen und des hinteren Abschnittes im wesentlichen mit dem Krünunungsmittelpunkt des mittleren Abschnittes zusammenfallea.

Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist an der Austrittsöffnung des vorderen Abschnittes eine Linse vorgesehen bzw. weist die Lichtquelle eine langgestreckte, senkrecht zur Achse orientierte Geometrie auf.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine Vorderansicht eines konkaven Reflektors gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und

F i g. 2 eine seitliche Querschriittsansicht gemäß der Linie 2-2 der F ig. 1.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, zeigt einen konkaven Reflektor 11, der einen rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt 12 und einen Brennpunkt 13 aufweist sowie einen sphärischen mittleren Abschnitt 14, dessen Krümmungsmittelpunkt mit dem Brennpunkt 13 zusammenfällt und einen rotationsparaboloidförmigen rückwärtigen Abschnitt 15, dessen Brennpunkt mit dem Brennpunkt 13 zusammenfällt Der Querschnitt des Reflektors 11 senkrecht zu seiner optischen Hauptachse ist kreisförmig, wie in F i g. 1 χι gezeigt. Infolgedessen ist jeder der drei Reflcktorabschnitte durch eine Rotationsfläche einer parabolischen oder einer kreisförmigen Kurve begrenzt. Als Lichtquelle ist ein Faden 16 im Brennpunkt 13 zentriert und vorzugsweise in oder in der Nähe der Ebene 17 an der ü Stelle des Zusammenstoßens des vorderen Abschnittes 12 und des mittleren Abschnitts 14, wie in der Zeichnung dargestellt, angeordnet Anstelle des Fadens 16 können auch andere Lichtquellen eingesetzt werden, wie beispielsweise eine Halogen-Regenerativzyklus-Glühlampe oder eine Bogenenlladungslampe.

Eine Linseneinrichtung, wie beispielsweise eine geformte Linse oder eine Abdeckungsplatte 20 kann über der vorderen Öffnung des Reflektors U angeordnet oder dicht angebracht sein, um die reflektierende 4-. Oberfläche zu schützen und sie sauber zu nahen und/oder den Lichtverlauf zu modifizieren. Eine solche Linseneinrichtung ist erforderlich, wenn die Lichtquelle ein freiliegender Faden 16 im Reflektor ist.

Der Reflektor 11 kann aus geschmolzenem Glas Μ' hergestellt sein, und seine innere Oberfläche ist zur Erzielung einer reflektierenden Oberfläche mii Aluminium oder Silber beschichtet, und der Faden 16 ist vorzugsweise aus Wolfram hergestellt und auf zwei Zuleitungsdrähten 18, 19 aus geeignetem Material, wie >"> Molybdän, angebracht.

Lichtstrahlen, die von der Lichtquelle 16. am Brennpunkt 13 ausgehen und auf den rotationsparaboloidförmigen vorderen Reflektorabschnitt 12 auftreffen, werden in einer allgemeinen Vorwärtsrichtung reflek- t>o tien, wie durch den Lichtstrahlweg 21 angedeutet ist. In entsprechender Weise werden Lichtstrahlen, die vom Faden 16 ausgehen und den rotationsparaboloidförmigen rückwärtigen Reflektorabschnitt 15 treffen, allgemein nach vorwärts reflektiert, wie durch den Lichtstrahlweg 22 angedeutet. Ein gewisser relativ kleiner Anteil des Lichtes, 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 Uchtanteils hängt davon ab, wie weit sich der Reflektor von dem Brennpunkt nach vorwärts erstreckt

Der sphärische mittlere Abschnitt 14 ist mit Bezug auf den rotationsparaboloidförmigen 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 rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt 12 auftriffl und von diesem erneut in einer allgemeinen Vorwärtsrichtung reflektiert wird. Zum Beispiel trifft der Lichtstrahl 26, der von der Lichtquelle 16 am Brennpunkt 13 des Reflektors ausgeht auf den mittleren sphärischen Abschnitt 14 auf, wird zurück längs seines Wegs und durch den Brennpunkt 13 reflektiert, trifft auf den rotationsparaboloidförm.'gen vorderen Abschnitt 12 auf und wird nach vorwärts gerichtet wie mittels !es Lichtstrahlenweges 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 Abschnittes 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 Schnittebene 28 am rückwärtigen Ende des Abschnittes 14 fest, wo dieser mit 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, trifft auf den 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 einer parabolischen Reflektorkurve am Brennpunkt der Parameter eines Kegelschnittes bzw. des iatus recüim, und er für den vorderen Abschnitt 12 in F i g. 2 durch die durch den Brennpunkt 13 verlaufende Linie 17 repräsentiert Der Scheitelpunkt des vorderen Abschnitts 12 ist der Punkt auf der Kurve, eier sich direkt hinter dem Brennpunk'. 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, und er ist wesentlich weiter vom Schei";!punkt der rückwärtigen parabolischen Kurve 15 entfernt. Der Durchmesser des sphärischen mittleren Abschnittes 14 ist irr> wesentlichen gleich de/ Länge des Parameters eines Kegelschnitts bzw. des Iatus rectum der vorderen parabolischen Kurve 12.

Aufgrund der langgestreckten Form des Fadens 16 wird nicht alles Licl.t, das von den verschiedenen Teilen des Fadens cusgeht, am Brennpunkt 13 abgestrahlt, und daher wird es unter leicht unterschiedlichen Winkeln an jedem spezifischen Punkt des Reflekio/s 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 Diffuseren modifiziert werden, um eine Lichtverteilung in einem gewissen Abstand von der Lampe zu erzielen, welche die Erfordernisse für eine Punkilarnpe oder eine Klutlichtlampe erfüllt, wie sie allgemein von der Beleuchtungsindustrie entworfen worden sind. Es bleibt jedoch richtig, daß der Hauptteil :o der Vorteile, die mit dem oben beschriebenen Reflektor bezüglich «iner Punktquelle erzielt werden, mit einem langgestreckten Faden und mit den üblichen Linsen und/oder Lichlzerstreuungseinrichtungen realisiert wird. ΐί

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 Oberilächen im rückwärtigen Abschnitt des Reflektors genügend weit weg vom Faden 16 anzuordnen, um ein Schwärzen desselben durch verdampftes Fadenmaterial auf ein Minimum herabzusetzen. Dadurch wird dauerhaft ein optischer Wirkungsgrad aufrechterhalten, der im wesentlichen dem eines Reflektors ans einem einzigen Rotationsparaboloid entspricht.

Da mit der Erfindung ein Reflektor zur Verfugung gestelii wird, in dem alles Licht, das durch den mittleren Abschnitt reflektiert wird, mittels des rotationsparabo- !oidförmigen vorderen Abschnitts in der gewünschten Vorwärtsrichtung 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 Lieh' geringere Wattleistungen erfordert, so daß auf diese Weise zur Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs beigetragen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Konkaver Reflektor, bestehend aus einem rotationsparaboloidförmigen vorderen Abschnitt, einem sphärischen mittleren Abschnitt und einem rotationsparaboloidförmigen rückwärtigen Abschnitt, mit einer Lichtquelle im Krümmungsmittelpunkt des sphärischen Abschnittes, wobei die Achsen der beiden rotationsparaboloidförmigen Abschnitte fluchten und der Krümmungsmittelpunkt to des sphärischen Abschnitts auf der gemeinsamen Achse liegt und der vordere Abschnitt in Achsrichtung eine solche Länge aufweist, daß alle Strahlen, die vom mittleren Abschnitt reflektiert werden, mindestens einmal auch vom vorderen Abschnitt reflektiert werden, und wobei die senkrecht zur gemeinsamen Achse durch die Lichtquelle verlaufende Schnittfläche die Trennlinie zwischen vorderen und mittlerem Abschnitt bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennpunkt des rückwärtigen Abschnittes beträchtlich weiter von seinem Scheitelpunkt entfernt ist als der des vorderen Abschnittes und daß die Brennpunkte des vorderen und des hinteren Abschnittes im wesentlichen mit dem Krümmungsmittelpunkt des mittleren Abschnittes zusammenfallen.

2. Reflektorlampe mit einem Reflektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Linse an der Austrittsseite des vorderen Abschnitts vorgesehen ist.

3. Reflektorlampe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine langgestreckte, senkrecht zur Achse orientierte Geometrie aufweist.

35