DE3827834A1 - Fresnellinse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fresnellinse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bekannte Fresnellinsen dieser Art bestehen aus einer zentralen gewöhnlichen dünnen Linse und nach außen anschließenden, etwa gleichstarken, ringförmigen Zonen, deren Krümmungsradien so gewählt sind, daß die Brennpunkte aller Ringzonen zusammenfallen. Die Mittelzone wirkt brechend, während die äußeren Ringzonen durch Totalreflexion wirksam sind.

Die äußeren Ringzonen können jedoch nur teilweise ausgenutzt werden, da sich ein Teil des Lichteintrittsbereiches der durch Totalreflexion wirkenden Zonen im Schatten der jeweils davor liegenden Ringzone befindet. Dadurch weisen die Ringzonen jeweils einen für die Reflexion unwirksamen Bereich auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fresnellinse dieser Art so auszubilden, daß ihre Lichtausbeute erhöht wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Fresnellinse der gattungsbildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung ist an der Ringzone der Bereich entfallen, an dem keine Totalreflexion auftritt. Die zwischen den Ringzonen dadurch gewonnenen Bereiche bzw. Zwischenzonen können daher für andere Zwecke ausgenutzt werden. Beispielsweise kann durch die Zwischenzonen paralleles Licht geschleust oder paralleles Licht auf einen Brennpunkt fokussiert werden. Es kann aber auch in der Zwischenzone Licht einer zweiten, weiter entfernten Lichtquelle parallel gemacht oder Licht unterschiedlicher Farbe getrennt oder gemischt werden. Die erfindungsgemäßen Fresnellinsen eignen sich insbesondere für Leuchten, vorzugsweise Kraftfahrzeugrückleuchten, in denen sie vorzugsweise mit einem Parabel-Reflektor kombiniert sind. Bei solchen Leuchten kann eine sehr hohe und gleichmäßige Be­ leuchtung der Abdeckscheibe erreicht werden, weil zwischen den Ringzonen beispielsweise paralleles Licht hindurchgeschickt werden kann. Die Leuchte bzw. deren Abdeckscheibe gewährleistet dadurch eine sehr hohe und gleichmäßige Beleuchtung. Dadurch kann die Leuchte beispielweise mit einer farbigen oder grau getönten Abdeckscheibe versehen werden.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Teil einer bekannten Fresnellinse,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen äußeren Teil der Fresnellinse nach Fig. 1,

Fig. 3 in schematischer Darstellung einen äußeren Teil einer erfindungsgemäßen Fresnellinse,

Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fresnellinse gemäß Fig. 3,

Fig. 5-7 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fresnellinse in einer Darstellung entsprechend Fig. 4,

Fig. 8 eine erfindungsgemäße Fresnellinse, die mit einem Parabel-Reflektor in einem Kraftfahrzeugrückleuchten­ gehäuse eingebaut ist.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine herkömmliche Fresnellinse mit einer Mittelzone 1, die von einem Außenteil 2′ umgeben ist. Die Mittelzone 1 besteht aus einer zentralen gewöhnlichen dünnen Linse, die brechend wirkt. Das Außenteil 2 besteht aus mehreren etwa gleich starken, ringförmigen Zonen 2 a, 2 b, von denen in Fig. 2 nur zwei Ringzonen dargestellt sind. Die Ringzone 2 a schließt unmittelbar an die Mittelzone 1 an. Die Ringzone 2 b schließt an die innerste Ringzone 2 a an. Die Ringzonen 2 a, 2 b wirken reflektierend. Ihre Krümmungsradien sind so gewählt, daß die Brennpunkte aller Ringzonen zusammen fallen. Die Ringzonen haben dreieckigen Querschnitt, so daß die Fresnellinse durch ihren stufenartigen Aufbau gewichtsmäßig relativ leicht ist.

In Fig. 2 ist das Außenteil 2 der Fresnellinse mit mehreren Ringzonen 2 a bis 2 d dargestellt. Wie Fig. 2 zeigt, können die Ringzonen 2 a bis 2 d zur Reflexion des von einer Lichtquelle LQ ausgehenden Lichtes nicht vollständig genutzt werden. Wie für die Ringzone 2 b dargestellt, befindet sich ein Teil ihrer Lichteintrittsfläche im Schatten der vorhergehenden Ringzone 2 a. Dieser Teil F 2 ist in Fig. 2 durch eine Schraffur gekennzeichnet. Der von der Lichtquelle LQ ausgehende und durch die Ringkante R der Ringzone 2 a gehende Strahl S bestimmt die Grenze zwischen wirksamer Fläche bzw. wirksamem Bereich F 1 und unwirksamem Bereich F 2 der Ringzone 2 b. Auf diese Weise sind bei den übrigen Ringzonen 2 c, 2 d ebenfalls solche unwirksamen Flächen bzw. Bereiche vor­ gesehen, die jeweils im Schatten der vorhergehenden Ringzone liegen. Der Übersichtlichkeit wegen sind diese weiteren un­ wirksamen Flächen in Fig. 2 nicht eingezeichnet worden.

Bei der erfindungsgemäßen Fresnellinse gemäß Fig. 3 weisen die Ringzonen 2 a bis 2 d des Bereiches 2 die unwirksamen Flächen nicht auf. Zwischen den einander benachbarten Ringzonen 2 a, 2 b und 2 b, 2 c und 2 c, 2 d ist anstelle der unwirksamen Bereiche F 2 gemäß Fig. 2 jeweils ein diesen Bereich entsprechender Ringraum 3 a bis 3 c vorhanden. Vorzugsweise ent­ spricht die radiale Breite des Ringraumes im wesentlichen der radialen Breite des unwirksamen Bereiches F 2 gem. Fig. 2. Er kann aber auch kleiner als die Breite dieses Bereiches F 2 sein, so daß der Abstand zwischen einander benachbarten Ringzonen kleiner ist, aber dennoch ein Großteil des unwirksamen Bereiches F 2 entfernt ist. Die Ringzonen 2 a bis 2 d haben im dargestellten Ausführungsbeispiel Zylindermantelflächen 6 a bis 6 d, die die vom zentralen Bereich 1 (Fig. 1) abgewandten Außenseiten der jeweiligen Ringzonen 2 a bis 2 d bilden und parallel zu den zylin­ drischen Innenseiten I, I 1 bis I 3 der Ringzonen liegen.

Der Ringraum 3 a bis 3 c wird bei der erfindungsgemäßen Fresnellinse für neue Aufgaben genutzt.

So kann, wie Fig. 4 zeigt, durch die Ringräume 3 a bis 3 c paralleles Licht geschleust werden, das dann durch die Fresnellinse nicht mehr gebrochen wird.

In den Ringräumen 3 a′ bis 3 c′ können auch dünne herkömmliche Linsen 4 a bis 4 c (Fig. 5) angeordnet werden, die das in die Ringräume einfallende parallele Licht auf einen Brennpunkt F fokussieren. Diese Linsen 4 a bis 4 c sind vorzugsweise gleich ausgebildet und haben im Querschnitt teilkreisförmig gekrümmte Oberflächen 5 a bis 5 c. Die Dicke der Linsen 3 a′ bis 3 c′ nimmt von der jeweils außenliegenden Ringzone von etwa 0 so zu, daß sich die Linsen nahezu in halber Höhe der angrenzenden zylin­ drischen Außenwand 6 a′ bis 6 d′ der benachbarten Ringzone er­ strecken. Durch gezielte Formgebung der Linsen 4 a bis 4 c kann die Lage des Brennpunktes F an die jeweils gewünschte Stelle gelegt werden. Die Linsen 4 a bis 4 c können auch so ausgebildet werden, daß die Strahlen nicht fokussiert, sondern beispielweise gestreut werden. Fig. 6 zeigt die Möglichkeit, durch Anordnung von Linsen 7 a, 7 b in den Ringräumen 3 a′′, 3 b′′ Licht von unter­ schiedlich weit von der Fresnellinse angeordneten Lichtquellen LQ 1 und LQ 2 parallel zu machen. Die von der näher bei der Fresnel­ linse liegenden Lichtquelle LQ 1 ausgehenden Strahlen S 1 treffen auf die Ringzone 2 b′′ und werden an ihr so reflektiert, daß die Strahlen senkrecht aus der Fresnellinse austreten. Die von der weiter entfernten Lichtquelle LQ 2 ausgehenden Strahlen S 2 durchdringen die Ringzonen 2 b′′ und treten in die Linse 7 b ein, an der die Strahlen S 2 so reflektiert werden, daß sie parallel zu den Strahlen S 1 aus der Fresnellinse austreten.

Die Linsen 7 a, 7 b haben gemäß Fig. 6 dreieckigen Querschnitt. Vorzugsweise haben sie den Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks, dessen Grundseite 8 a, 8 b sich zwischen der oberen Kante der zylindrischen Außenwand 9 a, 9 b und der unteren Kante 10 a, 10 b der höheren zylindrischen Innenwand 11 a der Ringzonen 2 a′′, 2 b′′ erstreckt.

Die Fresnellinse gemäß Fig. 7 eignet sich zum Trennen oder Mischen von Licht unterschiedlicher Wellenlänge, das von der Lichtquelle LQ ausgeht. In diesem Fall ist mit geeignetem Abstand von der Fresnellinse ein Parabel-Reflektor 13 angeordnet. Außerdem ist in dem auf den Parabel-Reflektor fallenden Strahlengang S 1 der Lichtquelle LQ ein Gelbfilter 14 und in dem auf die Ringzonen 2 b′′′ fallenden Lichtstrahl S 1 ein Rotfilter 15 angeordnet. Das Gelbfilter 14 ist näher bei der Lichtquelle angeordnet als das Rotfilter 15. Der vom Parabel-Reflektor 13 reflektierte Strahl S 1 wird in den Ringraum 3 b′′′ zwischen den Ringzonen 2 b′′′ und 2 c′′′ abgelenkt und tritt senkrecht aus der Fresnellinse aus. Der das Rotfilter 15 durchlaufende Strahl S 2 gelangt zur Ringzone 2 b′′′ und wird an ihr so reflektiert, daß er parallel zum anderen Strahl S 1 aus der Fresnellinse austritt.

Die in den Fig. 3 bis 7 beschriebenen Fresnellinsen können vorteilhaft im Leuchtenbau eingesetzt werden. Mit diesen Fresnellinsen ergeben sich zusätzliche Möglichkeiten zur Beeinflussung des Lichts, ohne daß die Funktion der herkömmlichen Fresnellinsen beinträchtigt wird.

Die Fresnellinse 16 wird vorteilhaft zusammen mit einem Parabel-Reflektor 17 und einer Lichtquelle LQ an einem Leuchtengehäuse 18 angeordnet (Fig. 8), dessen Gehäuseöffnung durch eine Abdeckscheibe 19 abgedeckt ist. Das von der Lichtquelle LQ ausgehende Licht wird bei der Leuchte gemäß Fig. 8 durch den Parabel-Reflektor in paralleles Licht umgewandelt.

Bei der Leuchte gemäß Fig. 8, die sich besonders für Kraftfahrzeuge als Kraftfahrzeugrückleuchte oder dergleichen eignet, kann ein größerer Raumwinkelbereich des von der Lichtquelle LQ ausgesandten Lichts erfaßt und in paralleles Licht umgewandelt werden, ohne daß das vom Parabel-Reflektor 17 kommende parallele Licht von der Fresnellinse 16 wieder gestreut wird.

Benachbart zur Mittelzone 20 der Fresnellinse 16 ist die Außenzone 21 mit mehreren im Abstand voneinander liegenden Ringzonen 21 a bis 21 g versehen. Der Abstand der Ringzonen von­ einander entspricht vorzugsweise etwa der radialen Breite der unwirksamen Flächen F 2 (Fig. 2) der Ringzonen. Der Abstand der einander benachbarten Ringzonen 21 a bis 21 d nimmt von innen nach außen zu. Die Fresnellinse 16 hat eine Ausbildung wie die Fres­ nellinse gemäß den Fig. 3 bis 4.

Zwischen den Ringzonen 21 a bis 21 d werden die Ringräume 22 a bis 22 d gebildet. In sie wird das von der Lichtquelle LQ ausgesandte Licht durch den Parabel-Reflektor 17 abgelenkt. Der Parabel-Reflektor 17 wird von einzelnen Reflektorflächen 17 a bis 17 c gebildet, die Teil einer Paraboloidfläche oder eines Stufenreflektors sind. Die Reflektorflächen 17 a bis 17 c sind so angeordnet, daß sie die Strahlen parallel zueinander in die Ringräume 22 a bis 22 d reflektieren. Die Strahlen durchlaufen dann die Fresnellinse und die Abdeckscheibe 19 parallel zueinander (vgl. Pfeile in Fig. 8). Die Ringzonen 21 a bis 21 d haben, wie auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 3 bis 7, etwa trapezförmigen Querschnitt, dessen kleinere Grundseite 23 (vgl. die Ringzone 21 d) die zylindrische, von der Mittelzone 20 abgewandte Außenwand und dessen größere Grundseite 24 die zylindrische, der Mittelzone 20 zugewandte Innenseite bildet. Mit der gewölbten Reflektorfläche 17 d können die Licht­ strahlen auch konzentriert in den oder die Ringräume re­ flektiert werden.

Durch die Vergrößerung der genannten Raumwinkel der oben beschriebenen Leuchte, im Vergleich zu herkömmlichen Leuchten, die nur einen Parabel-Reflektor oder nur eine Fresnellinse aufweisen, ist es mit der dargestellten Leuchte möglich, eine sehr hohe und gleichmäßige Beleuchtung der Abdeckscheibe 19 zu erreichen.

Dadurch kann bei der Leuchte eine farbige oder graugetönte Abdeckscheibe 19 verwendet werden, ohne daß die vorgeschriebene Signalfarbe beeinträchtigt wird.

Bei der Leuchte gemäß Fig. 8 entspricht die Anordnung der Lichtquelle LQ zum Parabel-Reflektor 17 und der Fresnellinse 16 im wesentlichen der Anordnung nach Fig. 7.

Claims (15)

1. Fresnellinse mit einer durch Brechung wirksamen Mittelzone und einer sie umgebenden, durch Totalreflexion wirksamen Außenzone, die Ringzonen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Mittelzone (1, 20) abgewandte Außenseite (6 a bis 6 c; 6 a′ bis 6 d′; 9 a, 9 b; 23) zumindest eines Teils der Ringzonen (2 a bis 2 b; 2 a′, 2 b′; 2 b′′′ 2 c′′′; 21 a bis 21 d) wenigstens annähernd an der Grenze zwischen einem für die Reflexion wirksamen Bereich (F 1) und einem unwirksamen Bereich (F 2) der Ringzone einer herkömmlichen Fresnellinse liegt.

2. Linse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwischen einem Teil von benachbarten Ringzonen (2 a bis 2 d; 2 a′′, 2 b′′; 2 b′′′, 2 c′′′; 21 a bis 21 d) Ringräume (3 a bis 3 c; 3 a′ bis 3 e′; 3 a′′, 3 b′′; 3 a′′′, 3 b′′′; 22 a bis 22 d) vorgesehen sind.

3. Linse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die äußeren Ringzonen (2 b bis 2 d; 2 b′′, 2 b′′′; 22 b bis 22 d) Abstand voneinander haben.

4. Linse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle, vorzugsweise alle bis auf die inneren Ringzonen (2 a, 2 a′′, 22 a) Abstand voneinander haben.

5. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander benachbarten Ringzonen (2 a bis 2 b; 2 a′′ bis 2 b′′; 2 b′′′; 21 a bis 21 d) von innen nach außen zunimmt.

6. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander benachbarten Ringzonen (2 a bis 2 c; 2 a′′, 2 b′′; 2 b′′′, 2 c′′′; 21 a bis 21 d) etwa der Breite des unwirksamen Bereiches (F 2) entspricht, an dem keine Totalreflexion stattfindet.

7. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Ringspalt (3 a bis 3 c; 3 a′ bis 3 c′; 3 a′′, 3 b′′; 22 a bis 22 d) zwischen den einander benachbarten Ringzonen (2 a bis 2 c) paralleles oder konvergierendes Licht hindurchfällt.

8. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem, vorzugsweise in jedem Ringraum (3 a′ bis 3 c′; 3 a′′, 3 b′′) jeweils zumindest eine Linse (4 a bis 4 c; 7 a bis 7 b) angeordnet ist.

9. Linse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (4 a bis 4 c) hindurchtretende, vorzugsweise parallele Strahlen fokussieren.

10. Linse nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (7 a, 7 b) so angeordnet sind, daß von unterschiedlich weit entfernten Lichtquellen (LQ 1, LQ 2) ausgehende Licht­ strahlen (S 1, S 2) parallel zueinander in den Ringzonen (2 a′′, 2 b′′) und den Linsen reflektiert wird.

11. Linse, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit wenigstens einem Parabel-Reflektor (13, 17) derart kombiniert ist, daß das von ihm kommende Licht parallel aus der Fresnellinse austritt.

12. Linse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit dem Parabel-Reflektor (13; 17) in einer Leuchte, insbesondere in einer Kraftfahrzeugrückleuchte, angeordnet ist.

13. Linse nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchte eine farbige und/oder graugetönte Abdeckscheibe (19) aufweist.

14. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Lichtquelle (LQ) und dem Parabel-Reflektor (13) wenigstens ein Farb-, vorzugsweise ein Gelbfilter (14) angeordnet ist.

15. Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß vor mindestens einer der Ringzonen (2 b′′′) ein Farb-, vorzugsweise ein Rotfilter (13) angeordnet ist.