DE3212698A1

DE3212698A1 - Scheinwerfer fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3212698A1
Application number: DE19823212698
Authority: DE
Inventors: Norbert 93000 Bobigny Brun
Original assignee: Cibie Projecteurs SA
Current assignee: Cibie Projecteurs SA
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1982-04-05
Publication date: 1982-11-18
Also published as: FR2503832B1; FR2503832A1; DE3212698C2; US4456948A

Description

DIPL.-ING. GERHARD PULS (l9S2-I97l)

1 -55 866 D-8000 MÜNCHEN 90

SCHWEIGERSTRASSE 2

CIBIE PROJECTEURS, t_b,p„™ t*\tc

' telefon: (089)662051

Bobxgny, Frankreich

³ ^J TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: 524070

5. April 1982

Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge

Die bekannten Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, ob es sich dabei um Fernlicht- oder Abblendlichtscheinwerfer, Weitstrahler oder Nebelscheinwerfer handelt, sind meistens von einer Lichtquelle, einem Reflektor mit nahe der Lichtquelle angeordnetem Brennpunkt und einer Abdeckscheibe gebildet, wobei letztere mit optischen Reliefs versehen ist, welche die Streuung des von der Lichtquelle ausgesandten und vom Reflektor zurückgestrahlten Lichtstromes vornehmen.

Der Reflektor hat im allgemeinen eine parabolische reflektierende Fläche, die aus einem oder mehreren Paraboloidsektoren zusammengesetzt ist.

Es ist wesentlich, daß auf den Reflektor ein größtmöglicher Teil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstromes auffällt, und daß dieser Lichtstromanteil vom.Reflektor in der zweckdienlichen Richtung zur Abdeckscheibe zurückgestrahlt wird.

Der Reflektor beispielsweise eines Fernlichtscheinwerfers muß ein stark gerichtetes Lichtbündel zurückstrahlen, also ein Lichtbündel, dessen Strahlen alle zumindest annähernd

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parallel zur Emissionsrichtung sind. Bei einem Abblendlichtbündel muß die Richtcharakteristik weniger stark sein, weil die Lichtstrahlen ein leicht konvergierendes Lichtbündel bilden sollen.

Im Lauf der letzten Jahre hat sich eine äußerst große Nachfrage nach Scheinwerfern für Kraftfahrzeuge ergeben, bei denen das Austrittsfenster, das zumindest annähernd der Kontur der Abdeckscheibe entspricht, sehr schmal, also von geringer Höhe im Vergleich zu seiner Quer- oder Breitenabmessung ist. Derartige Scheinwerfer vom Typ "Licht-" bzw. "Leuchtband" sind bei den Kraftfahrzeugherstellern sehr gefragt, weil die schmalen Austrittsfenster den Formgestaltern dadurch neue Möglichkeiten eröffnen, daß sie sich besonders gut in den Linienfluß bestimmter moderner Fahrzeuge integrieren lassen.

Für die Verwirklichung von Scheinwerfern dieser Art stellt die einfache Übertragung der herkömmlichen Maßnahmen insbesondere hinsichtlich des optischen Wirkungsgrades keine zufriedenstellende Lösung dar. Bei einem Scheinwerfer mit schmalem Austrittsfenster, der mit einem herkömmlichen parabolischen Reflektor, mit geringer Höhe und großer Breite hergestellt ist, wird nur ein sehr kleiner Anteil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstromes rückgewonnen bzw. aufgefangen. Die von der Anmelderin durchgeführten Untersuchungen haben andererseits gezeigt, daß diese Situation kaum verbessert wird, wenn der Reflektor aus mehreren parabolischen Sektoren zusammengesetzt ist oder, allgemeiner, wenn er von relativ abgeplatteter, von der herkömmlichen parabolischen Form abweichender Gestalt ist. Zusammenfassend läßt sich somit rsagen, daß, wenn für das Zusammenwirken mit der Lichtquelle ein einziger Reflektor verwendet wird, es schwierig ist, die beiden Forderungen, nämlich eine gute Lichtstromrückgewinnung und eine gute Richtcharakteristik, miteinander in Einklang zu bringen.

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■2-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für dieses Problem eine auf alle Scheinwerfertypen zutreffende allgemeine Lösung sowie spezielle Lösungen zu schaffen, die insbesondere für die Verwirklichung des einen oder des anderen Scheinwerfertyps geeignet sind.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß, um das Lichtbündel im Falle des Fernlichtes in zweckdienlicher Weise zu richten, also parallel zur Emissionsrichtung zu machen, und im Falle des Abblendlichtes leicht konvergieren zu lassen, die beiden Funktionen der Rückgewinnung des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstromes und der Bildaufrichtung bzw. Bildumkehr getrennt werden.

Hierzu werden erfindungsgemäß zwei optische Systeme miteinander kombiniert, welche die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen nacheinander behandeln und je ein geradliniges Brennsegment aufweisen, wobei die Brennsegmente der beiden Systeme zumindest annähernd zusammenfallen.

Bei dem Scheinwerfer gemäß der Erfindung sind die folgenden Merkmale miteinander kombiniert:

a) Ein optisches Lichtstrom-Rückgewinnungssystem, das eine reale oder virtuelle Brennpunktlinie erzeugt. Diese Brennpunktlinie, die nachfolgend als Brennsegment bezeichnet wird, verläuft quer zur optischen Achse des Rückgewinnungssystems. Falls dieses Brennsegment waagerecht ist, ist-seine Länge gleich der Breite des Austrittsfensters des Scheinwerfers. Bei vertikaler Anordnung dieses Brennsegmentes ist seine Länge gleich der Höhe des Austrittsfensters des Scheinwerfers. Ein solches Lichtstrom-Rückgewinnungssystem vermag zusammen mit einer zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle ein Bündel von Lichtstrahlen zu erzeugen, die alle durch das Brennsegment gehen und dabei alle zur Ausrichtung der Ebene, welche rechtwinklig zum Brennsegment ist, zumindest annähernd parallel verlaufen.

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.9.

b) Ein optisches Bildumkehrsystem, das ein mit dem erstegenannten Brennsegment zusammenfallendes Brennsegment hat und das aus dem Liclitstrom-Rückgewinnungssystem austretende Lichtbündel in ein Lichtbündel von kontrollierter Richtcharakteristik umzuwandeln vermag.

Insbesondere für die Konstruktion von Kraftfahrzeugscheinwerfern sind optische Systeme mit Brennsegmenten bereits vorgeschlagen worden. In den meisten Fällen sind diese Brennsegmente jedoch axial und nicht quer ausgerichtet. Und in den Fällen mit quer angeordneten Brennsegmenten nutzen diese Systeme niemals die grundsätzliche Eigenschaft des lichtstromrückgewinnenden Spiegels aus, die darin besteht, eine Brennpunktlinie zu erzeugen, und benutzen diese "Lichtlinie" nicht als spezielle Lichtquelle eines zweiten optischen Systems, das in der Lage ist, alle Lichtstrahlen einwandfrei aufzurichten bzw. umzukehren. Der Anmelderin ist nicht bekannt, daß jemals vorgeschlagen worden ist, die Koppelung von Systemen mit koinzidierenden Brennsegmenten mit der vorstehend beschriebenen Trennung der Funktionen zu benutzen.

Die Bildung der beiden optischen Systeme kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden.

Für die allgemeine Offenbarung der Erfindung ist der Hinweis ausreichend, daß das beiden Systemen gemeinsame Brennsegment vertikal oder waagerecht und bei dem einen und/oder dem anderen System real oder virtuell sein kann.

Außer daß der erfindungsgemäße Scheinwerferaufbau die vorstehend genannten grundsätzlichen Merkmale und Vorteile besitzt, eignet er sich aufgrund seiner Zusammensetzung aus zwei optischen Systemen zu verschiedenen topologischen Anordnungen.

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Die optische Achse des Bildumkehrsystems verläuft in der Emissionsrichtung und fällt dabei mit der Achse des Kraftfahrzeuges zusammen, wogegen das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem verschieden angeordnet sein kann: in der Emissionsachse; seitlich auf der Karosserieseite des Fahrzeuges mit quergerichteter optischer Achse; am unteren Abschnitt der Fahrzeugkarosserie mit vertikaler optischer Achse. Daraus ergeben sich verschiedene Möglichkeiten für den Anbau an die Karosserie eines Kraftfahrzeuges.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. la eine axonometrische Schrägansicht eines elliptischen Paraboloids der ersten Art, das in ein Trieder OXYZ mit drei rechten Winkeln eingezeichnet ist,

Fig. Ib, Ic und Id Schnitte durch dieselbe Fläche in der Ebene YOZ, XOZ bzw. XOY,

Fig. 2a eine axonometrische Schrägansicht eines hyperbolischen Paraboloids, das in einen Trieder OXYZ mit drei rechten Winkeln eingezeichnet.ist,

Fig. 2b, 2c und 2d Schnitte durch dieselbe Fläche in der Ebene YOZ, XOZ bzw. XOY,

Fig. 3 den grundsätzlichen Aufbau eines Scheinwerfers gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine Kavalierperspektive eines Sammelkegels für den Scheinwerfer gemäß Fig. 3,

Fig. 5 ein erstes optisches Äquivalent zu dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau,

Fig. 6 ein zweites optisches Äquivalent zu dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau,

Fig. 7 bis 16 und 7a bis 16a je eine Reihe von Varianten des Grundaufbaues,

Fig. 17 eine zweite Ausführungsform des Aufbaues eines Scheinwerfers gemäß der Erfindung,

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Fig. 18 bis 20 und 18a bis 20a je eine Reihe von Varianten zu dem in Fig. 17 dargestellten Aufbau,

Fig. 21 bis 23 und*21a bis 23a je eine Reihe von Varianten einer dritten Ausführungsform,

Fig. 24 einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform eines Scheinwerfers gemäß der Erfindung,

Fig. 25 eine Schrägansicht derselben Ausführungsform,

Fig. 26a, 26b und 26c eine vierte Ausführungsform des Aufbaues eines Scheinwerfers gemäß der Erfindung,

Fig. 27 bis 30 und 27a bis 30a je eine Reihe von Varianten zu der vierten Ausführungsform.

Es werden zuerst die verschiedenen optischen Bauteile definiert, die für die Bildung des optischen Lichtstrom-Rückgewinnungssystems und des optischen Bildunikehrsystems gemäß der Erfindung verwendbar sind.

Unter einem Rotationsparaboloid - Symbol A - wird ein Spiegel verstanden, dessen reflektierende Fläche durch die Drehung einer Parabel um ihre Brennachse erhalten wird. Eine solche reflektierende Fläche hat einen realen Brennpunkt, wobei die aus dem Brennpunkt austretenden Lichtstrahlen parallel zur Paraboloidachse zurückgestrahlt werden.

Unter einem elliptischen Paraboloid der ersten Art - Symbol B - wird eine reflektierende Fläche verstanden, die ein reales waagerechtes Brennsegment hat. Eine solche Fläche ist in Fig. la bis Id dargestellt. Mit anderen Worten, die von einer zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen werden als Bündel von Lichtstrahlen zurückgestrahlt, die alle zum Brennsegment SF hin konvergieren und dabei zur Ausrichtung von zum Brennsegment rechtwinkligen Ebenen parallel sind. Eine solche Fläche in einem Trieder XYZ mit drei rechten Winkeln, bei dem die Z-Achse vertikal, die Y-Achse quer und die X-Achse in Längsrichtung verläuft, läßt

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./tu.

sich mathematisch durch die folgende Gleichung definieren:

(x² + 2cy + k_o ² - c² )² =4 k_o ² (x² + y² + z² ) , worin k und c charakteristische Konstanten des Spiegels sind.

Die vertikale Meridionallinie B einer solchen Fläche ist

eine Ellipse, wogegen die waagerechte Meridionallinie B

eine Parabel ist.

Unter einem elliptischen Paraboloid der zweiten Art - Symbol B¹ - wird eine reflektierende Fläche verstanden, die mit der vorstehend beschriebenen gleich ist, bei der jedoch das reale Brennsegment - entsprechend einer Vierteldrehung der zuvor beschriebenen Fläche - vertikal angeordnet ist.

Unter einem hyperbolischen Paraboloid - Symbol C -. wird-eine reflektierende Fläche mit einem vertikalen und virtuellen Brennsegment verstanden (Fig. 2a bis 2d). Dies bedeutet, daß die von einer zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgesandten und von einer solchen Fläche zurückgestrahlten Lichtstrahlen ein Lichtbündel bilden, in dem alle Strahlen vom Brennsegment SF zu kommen scheinen und dabei zu der zum Brennsegment normalen Ebenenausrichtung, also zur waagerechten Ebene, parallel sind. In einem Trieder XYZ mit drei rechten Winkeln gilt für eine solche Fläche im allgemeinen die Gleichung:

(z² - 2cy + k_o ² - c²)²= 4 k_o ² (x² + y² + z² ) , worin k und c charakteristische Konstanten des Spiegels sind.

Die waagerechte Meridionallinie D einer solchen Fläche ist eine Hyperbel, wogegen die vertikale Meridionallinie D eine Parabel ist.

Unter einem Zerstreuungskegel - Symbol D - wird eine reflek-

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•/3.

tierende Fläche von der geometrischen Gestalt eines Rotationskegels verstanden, auf die von außen Lichtstrahlen auffallen.

Unter einem Sammelkegel - Symbol E - wird eine reflektierende Fläche von der geometrischen Gestalt eines Rotationskegels verstanden, auf die von innen Lichtstrahlen auffallen.

Unter einem zylindrischen Spiegel mit zerstreuendem parabolischen Profil - Symbol F - wird eine reflektierende Fläche verstanden, die geometrisch als Zylinder mit parabolischer Leitlinie definiert und mit ihrer konvexen Seite zur Lichtquelle ausgerichtet ist.

Unter einem zylindrischen Spiegel mit sammelndem parabolischen Profil - Symbol G - wird eine reflektierende Fläche verstanden, die geometrisch als Zylinder definiert ist, dessen Leitlinie eine Parabel ist, und mit ihrer konkaven Seite gegen die Lichtquelle weist.

Ein 45° gegen einfallende Lichtstrahlen geneigter Planspiegel - Symbol H - lenkt die Lichtstrahlen im rechten Winkel ab. Mit dem Symbol I ist eine sammelnde Zylinderlinse, mit dem Symbol J eine zerstreuende Zylinderlinse, mit dem Symbol K die eingangs erwähnte Abdeckscheibe von bekanntem Typ für den Scheinwerfer bezeichnet. Mit den Symbolen I und J wird auch eine sammelnde bzw. zerstreuende Fresnel-Linse bezeichnet.

Nach der Definition und Festlegung von Symbolen für die optischen Grundbauteile der erfindungsgemäßen optischen Systeme werden nun verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Gemäß Fig. 3 handelt es sich darum, ausgehend von einer

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zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle 10, die z.B. die Glühwendel einer Lampe ist, durch ein Austrittsfenster 300 hindurch, das beim gezeigten Beispiel die Gestalt eines langgestreckten Rechtecks hat, ein Lichtbündel von kontrollierter Richtcharakteristik zu erhalten.

Gemäß der Erfindung wirkt mit der Lichtquelle 10 ein Licht- \ strom-Rückgewinnungssystem 100 zusammen, das ein waagerech- ^! tes Brennsegment SF hat. Dieses Lichtstrom-Rückgewinnungs- j

system 100 ist ein elliptisches Paraboloid der weiter oben ■

genannten ersten Art - Symbol B -. Seine Fläche hüllt die ■

Lichtquelle 10 über einen großen Raumwinkel so ein, daß der ! größte Teil des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichtstroms vom elliptischen parabolischen Spiegel B aufgefangen wird. Das von ihm zurückgestrahlte Lichtbündel besteht aus Strahlen, die alle auf das Brennsegment SF gebündelt werden und dabei alle zu der zum Brennsegment SF rechtwinkligen Ebenenausrichtung parallel sind. Die Lichtstrahlen werden sodann von einem optischen Bildumkehrsystem 200 erfaßt, das ihnen die gewünschte Richtcharakteristik verleiht, indem es sie, wenn ein Fernlichtbündel gewünscht wird, ins Unendliche und, wenn ein weniger stark gerichtetes Lichtbündel gewünscht wird, mit einer leichten Bündelung zurückstrahlt. Das Bildumkehrsystem 200 hat ebenfalls ein Brennsegment, das mit dem Brennsegment SF zusammenfällt.

Wenn ein exakt gerichtetes Lichtbündel, beispielsweise ein Fernlichtbündel, erzeugt werden soll, ist das Bildumkehrsystem 200 mit Vorteil ein Sammelkegel E, dessen Rotationsachse mit dem Brennsegment SF zusammenfällt, wobei der Halbwinkel an der Kegelspitze 45° beträgt.

Für einen solchen, in Fig. 4 dargestellten Kegel gilt die

Gleichung: · !

y² + z^z - (x + k_o)² = 0,

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. AS.

worin k eine von der Geometrie der Vorrichtung abhängige Konstante ist.

In optischer Hinsicht ist ein solcher Sammelkegel E das Äquivalent zu einer Anordnung aus einem in bezug auf die X-Achse 45° geneigten und zur Ebene XY rechtwinkligen Planspiegel und einer Zylinderlinse.

Zur Erzeugung eines Abblendlichtbündels, also eines leicht konvergierenden Lichtbündels, können die vorstehend beschriebenen Bauteile beibehalten werden, wobei die Lichtquelle 10 in der Achse des elliptischen Paraboloids 100 etwas versetzt wird. Eine solche Stellungsänderung führt zu einer vertikalen Bündelung des vom Paraboloid 100 zurückgestrahlten Lichtbündels und zu einer Höhenstreuung des vom Sammelkegel E zurückgestrahlten Lichtbündels. Es genügt dann, das Austrittsfenster 300 mit einer Abdeckscheibe K zu versehen, die das Lichtbündel nach der Seite zerstreut, um in allen Richtungen die gewünschte Streuung zu erreichen.

Eine andere, strengere Lösung besteht darin, das Bildumkehrsystem 200 in Form eines elliptischen Paraboloids der ersten Art B auszubilden, das selbstverständlich von den Parametern des Lichtstrom-RUckgewinnungssystern 100 verschiedene Parameter besitzt.

Die Kontur des gerade definierten Lichtbündels ist geometrisch durch die Parameter des ersten elliptischen Paraboloids 100 bestimmt. Es handelt sich um eine in Fig. 3 mit gestrichelten Linien dargestellte Pseudoellipse, die in das Austrittsfenster 300 eingeschrieben ist. In allen vorstehend beschriebenen Fällen wird das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem 100 von je zwei waagerechten und vertikalen parallelen Ebenen begrenzt.

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Es gibt optische Äquivalente, und die vorstehend beschriebenen Funktionen lassen sich mit Hilfe anderer Bauteile durchführen. So ist das elliptische Paraboloid der ersten Art B das Äquivalent der Anordnung aus einem parabolischen Spiegel A und einer sammelnden Zylinderlinse I. Der vorstehend defi-. nierte Kegel D bzw. E ist das Äquivalent zur Anordnung aus einem 45° geneigten Planspiegel H und einer zerstreuenden Zylinderlinse J bzw. einer sammelnden Zylinderlinse I mit Fokussierung auf das Brennsegment SF. Aufgrund dieser Äquivalenzen lassen sich andere Ausführungsformen definieren, jeweils mit einem Lichtstrom-Rückgewinnungssystem und einem Bildumkehrsystem, die beide ein Brennsegment SF aufweisen.

Bei der in Fig. 5 dargestellten derartigen äquivalenten Ausführungsform haben alle optischen Bauteile dieselbe optische Achse, nämlich die Achse des Scheinwerfers. Das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem 100 ist aus einem parabolischen Spiegel A und einer sammelnden Zylinderlinse I zusammengesetzt, wogegen das Bildumkehrsystem 200 von einer sammelnden Zylinderlinse I gebildet ist. Eine Verschiebung der Zylinderlinse I' in der zur optischen Achse XX¹ rechtwinkligen Richtung ο ermöglicht eine Einstellung der Höhenneigung der Lichtstrahlen, mil, anderen Worten, eine Einstellung der Hell -Dunkel -Oron/.e..

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem .100 wie vorstehend beschrieben ausgebildet, wogegen das Bildumkehrsystem 200 von einer zerstreuenden Fresnel-Linse J mit dem Brennsegment SF als virtuellem Brennpunkt gebildet ist. Auch in diesem Falle läßt sich mit der Fresnel-Linse J die Hell-Dunkel-Grenze einstellen.

In Fig. 7 bis 16 sind die verschiedenen Lösungen, die mit einem von einem elliptischen Paraboloid der ersten Art B gebildeten Lichtstrom-Rückgewinnungssystem verwirklichbar sind,

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mit den weiter oben angegebenen Buchstabensymbolen dargestellt. Außer den Anordnungen in einer Linie gemäß Fig. 7 und 8 sind Anordnungen benutzbar, bei denen die Achse des Lichtstrom-Rückgewinnungssystems zur Austrittsachse rechtwinklig ist, entweder mit Anordnung des Rückgewinnungssystems unterhalb, d.h. an einem unteren Abschnitt der Karosserie, gemäß Fig. 13 bis 16 oder seitlich gemäß Fig. 9 bis 12. In Fig. 7a bis 16a sind den·Beispielen gemäß Fig. 7 bis 16 äquivalente Ausführungsformen dargestellt, bei denen das elliptische Paraboloid B durch die Kombination eines Rotationsparaboloids A mit einer Sammellinse I ersetzt ist.

Im Vorstehenden wurden Ausführungsformen beschrieben, bei denen ein reales Brennsegment für ein Lichtstrom-Rückgewinnungssystem verwendet wird, das von einem elliptischen Paraboloid der ersten Art B, also mit waagerechter Achse, gebildet ist. Bei einer zweiten Bauart wird ein elliptisches Paraboloid der zweiten Art B¹, also mit vertikalem Brennsegment, verwendet. Weil gemäß Fig. 17 in diesem Falle, das in der vorstehend beschriebenen Weise definierte Brennsegment SF vertikal angeordnet ist, ist.das Bildumkehrsystem bei diesem Beispiel von einer sammelnden Zylinderlinse 250 der Art I mit vertikaler Achse gebildet. Die Zylinderlinse 250 weist eine Brennlinie auf, die mit dem Brennsegment SF koinzidiert. Um jede gewünschte Ausbreitung bzw. Zerstreuung des Lichtbündels zu erreichen, kann eine Verteilungsscheibe benutzt werden.

In Fig. 18 bis 20 sind verschiedene Ausführungsvarianten dargestellt, wobei den benutzten Buchstabensymbolen die eingangs definierten Bedeutungen zugeordnet sind. Die in Fig. 18a bis 20a dargestellten Ausführungsformen sind .den in Fig. 18 bis 20 dargestellten ähnlich, wobei das zur Lichtstromrückgewinnung benutzte elliptische Paraboloid B¹ durch die Kombination eines Rotationsparaboloids A mit einer Sammellinse I ersetzt ist.

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Im Vorstehenden wurde das Zusammenwirken zwischen einem Lichtstrom-Rückgewinnungssystem und einem Bildumkehrsystem beschrieben, die dasselbe Brennsegment SF aufweisen, wobei dieses Brennsegment für das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem real ist.

Bei einer dritten Hauptbauart läßt sich ein Lichtstrom-Rückgewinnungssystem mit einem virtuellen Brennsegment benutzen, das dabei in Form eines hyperbolischen Paraboloids C oder allen dessen optischen Äquivalenten ausbildbar ist. Diese Maßnahmen sind in Fig. 21 bis 23 und 21a bis 23a dargestellt, in denen die Buchstabensymbole mit den eingangs definierten Bedeutungen benutzt sind.

Bei der in Fig. 24 und 25 dargestellten praktischen Ausführungsform ist das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem ein hyperbolischer Paraboloidspiegel C mit vertikalem virtuellem Brennpunkt. Seine Daten sind folgende:

Öffnung I₁ ' 310 mm

Höhe Yi₁ 95 mm

Tiefe Ip 150 mm

Durchmesser d.. des Loches in der Rückwand

Brennweite

Konstante k

Konstante c

Das Bildumkehrsystem ist eine zylindrische Fresnel-Linse I, die vor dem hyperbolischen Paraboloidspiegel angeordnet ist und folgende Daten hat:

Öffnung 1 = I₁ 310 mm

Höhe h = h 95 mm

O X

Brennweite 319 mm

Prismenteilung e- 3 mm

40	mm
18	mm
151	mm²
187	mm

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Um die durch die zurückgenommenen Flächen bedingten Verluste zu verringern, können die Prismen, die beim gezeigten Beispiel gemäß Fig. 25 nach innen gerichtet sind, zur Außenseite des Spiegels hin gerichtet sein.

In Fig. 24 ist der Strahlengang der von den die Lichtquelle IO bildenden Glühwendeln einer Lampe ausgesandten Lichtstrahlen dargestellt. Fig. 25 zeigt die Parameter, für die vorstehend das Zahlenbeispiel angegeben wurde.

Mit einem entsprechend Fig. 24 und 25 ausgeführten Prototyp wurden völlig zufriedenstellende Ergebnisse bei sehr guter Rückgewinnung des von der Lampe ausgesandten LichtStroms und ausgezeichneter Richtcharakteristik erzielt, trotzdem das Öffnungs- bzw. Austrittsfenster mehr als dreimal so breit wie hoch war.

Bei der in Fig. 26a, 26b und 26c dargestellten vierten Hauptausführungsform ist das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem 100 ein elliptisches Paraboloid der zweiten Art B¹, das so angeordnet ist, daß seine Symmetrieachse vertikal verläuft. Dieses elliptische Paraboloid B' erzeugt ein Brennsegment SF, welches in'seiner optischen Achse liegt. Das Bildumkehrsystem 200 ist ein Sammelkegel E, bei dem der halbe Kegelwinkel 45° beträgt und dessen Achse mit dem Brennsegment SF zusammenfällt.

In Fig. 27 bis 30 und 27a bis- 30a sind acht Varianten der vierten Hauptausführungsform dargestellt.

Gemeinsam ist den verschiedenen Ausführungsformen die Vereinigung von zwei Systemen mit ein und demselben Brennsegment, wobei das eine System zum Auffangen bzw. Rückgewinnen des Lichtstroms dient und das andere für die Bildaufrichtung bzw. Bildumkehr sorgt, d.h. die Divergenz des Strahlenbündel aus

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dem-ersten System korrigiert, um dem schließlich austretenden Lichtbündel die gewünschte Richtcharakteristik zu verleihen. Eine solche gemeinsame Verwendung erscheint neu zu sein, wenngleich Spiegel mit Brennsegment, einzeln verwendet als Hauptbauteil von Scheinwerfern, bereits vorgeschlagen worden sind, beispielsweise in der FR-PS 1 039 135.

Jede in einer der Figuren angegebene Gruppe von Buchstabensymbolen dient zur Definition einer besonderen Kombination, die integrierender Bestandteil der Erfindung ist.

Claims

PATENTANWÄLTE

WUESTHOI^;F-v.PECHMANN-BEHRENS-GOHTZ «.■■»«·■. ««>* *_Ui-»tmoi.f(i_W >₉j6)

DIPL.-ING. GERHARD PULS (195I-I971)

EUROPEAN PATENTATTORNEYS d^-chem. dr. ε. pre.herk von pechmann

DR.-1NG. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-W1RTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

1 -55 866 D-8000 MÜNCHEN 90

SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089)662051 telegramm: protectpatent Telex: 514070

Patentansprüche :

Iy Scheinwerfer für Kraftfahrzeuge, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

a) ein optisches Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (100) aus der Gruppe mit elliptischen oder hyperbolischen Paraboloiden 4. Grades (B,B¹,C) und ihren optischen Äquivalenten, wobei das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (100) ein geradliniges Brennsegment (SF) aufweist und somit zusammen mit einer zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle (10) ein Bündel von Lichtstrahlen zu erzeugen vermag, die alle durch das Brennsegment (SF) gehen und dabei alle·zur Ausrichtung der Ebene, welche rechtwinklig zum Brennsegment (SF) ist, zumindest annähernd parallel verlaufen, und

b) ein optisches Bildumkehrsystem (200), das ein mit dem erstgenannten Brennsegment (SF) zusammenfallendes Brennsegment (SF) hat und das aus dem Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (lOO) austretende Lichtbündel in ein Bündel von Lichtstrahlen umzuwandeln vermag, die eine kontrollierte Richtcharakteristik besitzen und durch ein schmales Lichtfenster (300) hindurchtreten.
2. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Brennsegment (SF) waagerecht ist und seine Abmessung in waagerechter Richtung gleich ist der Breite des Lichtfensters (300).

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3. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Brennsegment (SF) vertikal ist und seine Abmessung in vertikaler Richtung gleich ist der Höhe des Lichtfensters (300).
4. Scheinwerfer nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das Brennsegment (SF) axial ist.

5. Scheinwerfer nach Anspruch 1, gekennzeich net durch eine der folgenden optischen Kombinationen:

BIK · AIIK

BJK AIJK

AIDK AIEK A IH I K AIHJK

AIGK AIFK AIHIK AIHJK

AIIK AIGK AIHIK

AJIK AJGK AJHIK

AJEK AJHIK AIEK AIHIK

B D I I E K B E G G H κ · B H H H I K B H E J K B G H K B F K B H I K B H J K B¹ ; κ B¹ ', K B¹ [ I K C K C K C I K C K C I K B¹ K B¹ I K

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A = ein Rotationsparaboloid, unter dem ein Spiegel verstanden wird, dessen reflektierende Fläche durch die Drehung einer Parabel um ihre Brennachse, erhalten wird; eine solche reflektierende Fläche hat einen realen Brennpunkt, wobei die aus dem Brennpunkt austretenden Lichtstrahlen parallel zur Paraboloidachse zurückgestrahlt werden.

B = ein elliptisches Paraboloid ist, unter dem.eine reflektierende Fläche verstanden wird, die ein reales waagerechtes Brennsegment hat, wobei die von einer zumindest annähernd punktförmigen.Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen als Bündel von Lichtstrahlen zurückgestrahlt werden, die alle zum Brennsegment hin konvergieren und dabei zur Ausrichtung von zum Brennsegment rechtwinkligen Ebenen parallel sind.

Eine solche Fläche in einem Trieder XYZ mit drei rechten Winkeln, bei dem die Z-Achse vertikal, die Y-Achse quer und die X-Achse in Längsrichtung verläuft, läßt sich mathematisch durch die folgende Gleichung definieren:

(x² + 2cy + k_o ² - c² )² = 4 k_o ² (x² + y² + z² ), worin k und c charakteristische Konstanten des Spiegels sind.

Die'vertikale Meridionallinie einer solchen Fläche ist eine Ellipse, wogegen die waagerechte Meridionallinie eine Parabel ist.

B¹ = ein elliptisches Paraboloid, unter dem eine reflektierende Fläche verstanden wird, die mit der vorstehend definierten Fläche B gleich ist, bei der jedoch das reale Brennsegment - entsprechend einer Vierteldrehung der Fläche B - vertikal angeordnet ist.

C = ein hyperbolisches Paraboloid, unter dem eine reflektierende Fläche mit einem vertikalen und virtuellen Brennsegment verstanden wird, wobei die von einer

• β ··

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zumindest annähernd punktförmigen Lichtquelle ausgesandten und von einer solchen Fläche zurückgestrahlten Lichtstrahlen ein Lichtbündel bilden, in dem alle Strahlen vom Brennsegment zu kommen scheinen und dabei zu der zum Brennsegment normalen Ebenenausrichtung, also zur waagerechten Ebene, parallel sind. In einem Trieder XYZ mit drei rechten Winkeln gilt für eine solche Fläche im allgemeinen die Gleichung:

(z² - 2cy + k_o ² - c²)² = 4 k_o ² (x² + y² + z²), worin k und c charakteristische Konstanten des Spiegels sind.

Die waagerechte Meridionallinie einer solchen Fläche ist eine Hyperbel, wogegen die vertikale Meridionallinie eine Parabel ist.

D = ein Zerstreuungskegel, unter dem eine reflektierende Fläche von der geometrischen Gestalt eines Rotationskegels verstanden wird, auf die von außen Lichtstrahlen auffallen.

E = ein Sammelkegel, unter dem eine reflektierende Fläche von der geometrischen Gestalt eines Rotationskegels verstanden wird, auf die von innen Lichtstrahlen auffallen.

F = ein zylindrischer Spiegel mit zerstreuendem parabolischen Profil, unter dem eine reflektierende Fläche verstanden wird, die geometrisch als Zylinder mit parabolischer Leitlinie definiert und mit ihrer konvexen Seite zur Lichtquelle ausgerichtet ist.

G = ein zylindrischer Spiegel mit sammelndem parabolischen Profil, unter dem eine reflektierende Fläche verstanden wird, die geometrisch als Zylinder definiert ist, dessen Leitlinie eine Parabel ist, und mit ihrer konkaven Seite gegen die Lichtquelle weist.

H = ein Planspiegel, der 45° gegen einfallende Lichtstrahlen geneigt ist und diese im rechten Winkel ablenkt.

= eine sammelnde Zylinderlinse oder eine sammelnde Fresnel-Linse.

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J = eine zerstreuende Zylinderlinse oder eine zerstreuende

Fresnel-Linse
und
K = eine Abdeckscheibe für den Scheinwerfer.

6. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (100) in der Achse der aus dem Scheinwerfer austretenden Lichtstrahlen angeordnet ist.
7. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (100) seitlich auf der Karosserieseite des Fahrzeuges angeordnet ist und seine optische Achse quergerichtet ist.
8. Scheinwerfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Lichtstrom-Rückgewinnungssystem (100) an einem unteren Abschnitt der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist und seine optische Achse vertikal verläuft.