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ALLGEMEINER STAND DER
TECHNIK
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Lichtleiter, der fähig ist,
Licht von einer Beleuchtungsvorrichtung zu einem bestimmten Bestimmungsort
zu übertragen,
und insbesondere einen Lichtleiter, der einen epizykoiden Querschnitt
eines Leiters aufeist.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Im
Allgemeinen richtet eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen kanalförmigen Lichtleiter
aufweist, der fähig
ist, Licht von einer Beleuchtungsvorrichtung durch eine seitliche
Oberfläche
umzuverteilen, Beleuchtungslicht auf Basis eines Lichtflusses, der
kleiner als bei einer Beleuchtungsvorrichtung ist, die keinen Lichtleiter
aufweist, zu einer Wandfläche eines
Leiters. Der kanalförmige
Lichtleiter muß zur wirksamen
Verwendung für
verschiedenste Beleuchtungszwecke die folgenden Bedingungen erfüllen:
- 1. Die Verteilung eines Lichtflusses, der zu
einem Leiter ausgestrahlt wird, muß eine notwendige Verteilung
eines Beleuchtungsparameters bereitstellen, was eine konstante Eigenschaft
und Menge für
ein beleuchtetes Objekt in einer Richtung und in einem Winkel erfordert.
- 2. Im Vergleich zu anderen Beleuchtungseinheiten muß der Leistungsverbrauch
verhindert werden.
- 3. Verglichen mit anderen technischen Einheiten muß ein bestimmter
Gewinn hinsichtlich der Kosten erzielt werden.
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Als
eine Beleuchtungsvorrichtung, die einen kanalartigen Lichtleiter
aufweist, ist in vielen Patenten, die nicht tatsächlich in allen Arten von Beleuchtungsvorrichtungen
verwendet werden, ein vorderer Abschnitt eines Lichtleiters in einer
runden (einen bestimmten konvexen Abschnitt aufweisenden) oder vieleckigen
Form für
einen mit dem Licht verbundenen Aufbau eines Kanallichtleiters gebildet.
Eine Lichtreflexionseinheit, die eine Lampe aufweist, ist rund ausgebildet
und mit einem Loch eines kanalartigen Lichtleiters in Übereinstimmung
gebracht.
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Ein
runder Lichtleitkanal, wie er zum Beispiel in
DE 196 40 324 A1 offenbart
ist, oder ein vieleckiger Lichtleitkanal ist fähig, ungeachtet dessen, daß ein für einen
Lichtleiter verwendetes Material eine Spiegelreflexion oder eine
transparent prismatische oder lichtstreuende Wirkung aufweist, eine
Ausstrahlung von Licht durch eine Lichtleiterwandfläche wirksam zu
verhindern. Zusätzlich
wird eine Lichtverteilungseigenschaft, die nach verschiedensten
Anwendungen verändert
werden muß,
nicht verändert.
Viele Patenttechnologien, die eine geometrische Veränderung
einer Lichtteilung auf Basis einer Länge, einer Abänderung
eines Lichtleiters, und eines Lichtausstrahlungsparameters betreffen,
sind nicht fähig,
eine Beleuchtungsvorrichtung unter einer erforderlichen Bedingung
zu optimieren.
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Es
ist nötig,
gestreutes Licht von einem Lichtleiter an einem bestimmten Abschnitt
zu konzentrieren (zu verdichten). Zur Überwindung des oben beschriebenen
Problems wird ein Verfahren vorgeschlagen, mehrere Linsen abwechselnd
in der Längsrichtung
des Lichtleiters anzuordnen und die optischen Eigenschaften einer
Lichtleiterwand zu verändern.
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1A und 1B veranschaulichen
die Fälle,
bei denen ein Prisma an einer Wandfläche eines Lichtleiters angebracht
ist, der einen runden Querschnitt aufweist. Wie beim Aufbau eines
Lichtleiters von 1A gezeigt ist eine Reflexionsabdeckung
um eine Glühbirne 3 angebracht,
um Licht von der Glühbirne 3 an
einem bestimmten vorderen Abschnitt zu konzentrieren, und ist ein
Leiter 1 angeschlossen, um das Licht zu einem bestimmten
Bestimmungsort an der Vorderfläche
der Reflexionsabdeckung zu übertragen.
Eine Kappe 2 ist an einem Ende des Leiters in Eingriff
gebracht. Wie in 1B gezeigt, die den Querschnitt
des Lichtleiters veranschaulicht, ist die Form des Querschnitts
rund, und ist an seinem oberen Abschnitt ein Eingriffsabschnitt 5 gebildet.
Der Leiter ist aus einem äußeren Leiter 4 und
einem inneren Leiter 9 gebildet. Das innere Material ist
aus einem strukturierten Prisma gebildet. 2A und 2B veranschaulichen
die Form des Prismas. Wie in 2A gezeigt,
ist auf dem Prismendünnfilm
fortlaufend ein gleichschenkeliges Dreieck gebildet, wobei 2B dessen
Größe veranschaulicht.
Der Leiter, der das Prisma verwendet, ist fähig, das in einem bestimmten
Winkel eingegebene Licht vollständig
zu reflektieren. 2C ist eine perspektivische
Ansicht, die einen Teil des Leiters, der das Prisma aufweist, veranschaulicht.
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Es
ist jedoch unmöglich,
die Probleme des kanalartigen Lichtleiters durch Verändern der
optischen Eigenschaften einer Lichtleiterwand durch abwechselndes
Anordnen der Linsen oder Verwenden des Prismas grundlegend zu überwinden.
Das oben beschriebene Verfahren zur Problemüberwindung kann die Kosten
des kanalartigen Lichtleiters erhöhen. Daher muß der Aufbau
des Lichtleiterkanals und die optische Verbindung mit der Lichtausstrahlungseinheit
verbessert werden.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Demgemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Lichtleiter bereitzustellen, der
fähig ist,
die Leistungsfähigkeit
und die Herstellungskosten zu verbessern, ohne so wie der herkömmliche
Lichtleiter Linsen oder ein Prisma zu verwenden.
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Zur
Erfüllung
der obigen Aufgabe ist der epizykloide Lichtleiter bei der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Querschnitt des Leiters
in einer Rohrform ausgebildet ist, die eine epizykliode Kurve aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGE
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung geboten werden und die
vorliegenden Erfindung daher nicht beschränken, besser verstanden werden,
wobei
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1A eine
senkrechte Querschnittansicht ist, die den Aufbau veranschaulicht,
bei dem ein Prisma an einer Lichtleiterwandfläche gebildet ist, die einen
runden Querschnitt nach dem Stand der Technik aufweist;
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1B eine
waagerechte Querschnittansicht ist, die die Form eines Lichtleiterquerschnitts von 1A veranschaulicht;
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2A eine
perspektivische Ansicht ist, die den Aufbau eines Prismas eines
Lichtleiterquerschnitts von 1A veranschaulicht;
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2B eine
Querschnittansicht ist, die die Größe eines Prismas von 2A veranschaulicht;
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2C eine
perspektivische Ansicht ist, die einen Lichtleiter veranschaulicht,
der ein Prisma von 2A aufweist;
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3 eine
veranschaulichende Ansicht von verschiedensten Formen einer epizykloiden
Kurve ist;
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4 eine
veranschaulichende Ansicht einer Parametergleichung eines epizykloiden
runden Zylinders nach der vorliegenden Erfindung ist;
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5A eine
Querschnittansicht ist, die eine Ausführungsform eines Lichtleiters
nach der vorliegenden Erfindung ist; und
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5B eine
waagerechte Querschnittansicht ist, die einen Querschnitt eines
Lichtleiters von 5A veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beleuchtungsvorrichtung, die
aus einer Lichtquelle und einer leeren Leitereinheit, die sich von
der Lichtquelle erstreckt und einen durchsichtigen Teil aufweist,
gebildet ist. Die vorliegende Erfindung weist einen rohrförmigen Lichtleiter
auf, der einen Querschnitt aufweist, welcher eine epizykloide Kurve
aufweist, um eine Leistungs- und Lichtausstrahlungseigenschaft zu
verbessern. An einem bestimmten Abschnitt des epizykloid gekrümmten Querschnitts
wird unter Verwendung eines bestimmten Materials oder Prismas Licht
hindurchgeführt,
und an den restlichen Abschnitten ist eine Reflexionsplatte mit
einem hohen Reflexionsverhältnis
gebildet.
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Zusätzlich kann
in einer bestimmten Entfernung von der Lampe eine kegelförmige Reflexionsplatte
im Lichtleiter angebracht werden. Die Reflexionsplatte ist in einer
kegelförmigen
Form ausgebildet und weist die gleiche Anzahl von Zweigen wie die
Anzahl der Zweige der epizykloiden Kurve des Leiterquerschnitts
auf.
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Die
Epizykloide ist als eine Bahn definiert, auf der ein Punkt eines
Kreises hindurchverläuft, wenn
ein bestimmter Kreis um den festen Kreis gezeichnet wird. Daher
werden auf Basis des Radius des festen Kreises verschiedenste Kurven
gebildet, und ist es möglich,
gemäß der Größe des Radius
des festen Kreises und der Größe des Radius
des sich drehenden Kreises verschiedenste Kurven zu bilden. Unter
der Annahme, daß der
Radius des festen Kreises "a" und der Radius des
sich drehenden Kreises "b" ist, und der Winkel "t" ist, lautet die Parametergleichung
der Epizykloide wie folgt: X = (a + b)cos(t) – bcos((a/b
+ 1)t) Y = (a + b)sin(t) – bsin((a/b + 1)t)
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3 veranschaulicht
verschiedenste epizykloide Kurven. Die meisten epizykloiden Kurven
sind in der Form eines Blumenblatts gebildet. Unter der Annahme,
daß ein
halbkreisförmiger
Bogen wie ein Zweig ist, ist die Anzahl der Zweige drei bis sechs. 3 veranschaulicht
eine runde Form und eine elliptische Epizykloide (siehe i bis l).
Bei der vorliegenden Erfindung wird im Grunde die runde Epizykloide, die
fünf Zweige
aufweist, verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung kann die Anzahl der Zweige und ihre grundlegende Art gemäß dem Verwendungszweck
des Lichtleiters und den Herstellungsbedingungen auf verschiedenste
Weisen verändert
werden.
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Der
Lichtleiter, der in einer epizykloiden Kurvenform verschiedenste
Querschnitte aufweist, weist die folgenden Bedingungen auf.
- 1) Die Reflexionsmenge von der Wand des Lichtleiterkanals
wird verringert und der Bewegungsweg der aufeinanderfolgenden Reflexionen
wird verringert.
- 2) In einer Ausbreitungsrichtung des Lichtflusses am Lichtleiter
wird eine Kaustikdomäne
gebildet, und das Licht wird in der axialen Richtung des Kanals
verdichtet.
- 3) Die oben beschriebenen Bedingungen 1 und 2 können durch
Verändern
der Form der Epizykloide oder eines Lichtparameters eines Materials, das
die Lichtleiterwand bildet, verändert
werden.
- 4) Die Herstellungskosten werden verringert und die beleuchtungstechnischen
Eigenschaften und die Energieeigenschaften werden verbessert.
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Die
oben beschriebenen Bedingungen sind eine Hauptbedingung, die zur Überwindung
der Probleme einer Beleuchtungsvorrichtung, die einen herkömmlichen
hohlen Lichtleiter aufweist, benötigt wird.
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Die
optische Gestaltung, die aus einem zylinderförmigen Lichtleiter mit der
Epizykloide gebildet wird, kann auf verschiedenste Weisen ausgeführt werden.
Der hohle zylinderförmige
Kanal des Lichtleiters weist einen Radius, der die Epizykloide bildet, eine
Anzahl "m" der Zweige, verschiedenste
Formen auf Basis der Länge
L des Kanals, der sich optisch nahe der Lichteingangsvorrichtung
befindet, und einen geometrischen Parameter auf. Die Form der Epizykloide
kann ausgedehnt oder kurz sein, so daß es möglich ist, auf Basis von verschiedenen
Veränderungen
der Materialart und des Parameters viele Veränderungen am Lichtleiter auszuführen.
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Angesichts
der technischen Punkte wird bevorzugt, die verringerte Epizykloide
zu wählen,
die als ein Punkt M veranschaulicht ist, der um eine Entfernung
von a·r
(☐· < 1) vom Zentrum
am Radius "r" entfernt ist, nicht
auf dem Kreis, der die wie in 4 gezeigte
Epizykloide bildet. Die zylindrische Parametergleichung der Epizykloide
in Bezug auf die Achse z lautet wie folgt: x = r[(1 + m)cos☐ – ☐cos(1 + m)☐]
y
= r[(1 + m)sin☐ – ☐sin(1
+ m)☐]
z = z (1)wobei
jeder Parameter ☐ einen Bereich von 0 bis 2☐ aufweist.
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Wenn
jeder Zweig der Epizykloide eine Zykloide ist, erfüllt das
Licht, das von der Wand des Lichtleiters spiegelreflektiert wird
oder eine innere vollständige
Reflexion aufweist, die oben beschriebene Beziehung zwischen einem
Einfallswinkel und einem Reflexionswinkel. In Hauptmerkmalen des
epizkloiden Lichtleiters wird die Hüllkurve aller normalen Linien
in Bezug auf eine Tangentenlinie an jedem Punkt des einfallenden
Strahls eine Hypozykloide, und kann sie wie folgt ausgedrückt werden. x = r[(1 – m)cos☐ + ☐cos(1 – m)☐]
y
= r[(1 – m)sin☐ – ☐sin(1 – m)☐]
z
= z (2)
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Die
oben ausgedrückte
Gleichung (2) gilt in Bezug auf den hohlen Lichtleiter, der auf
Basis einer epizykloiden Kombination der Zweige gebildet ist, die an
einer geschlossenen Kurve wie einem Cassini-Oval gebildet sind.
Ein ovaler Lichtleiter ist in 3(j) gezeigt.
Die Zweige sind eine Kombination der Epizykloide, wobei m = 3, 4,
5, 6 ist (3(l). Der oben beschriebene
Lichtleiter wird als ein kombinierter epizykloider Lichtleiter bezeichnet.
Ein Randeffekt, der mehrere Lichtreflexionen verursacht, wird an einem
normalen Lichtleiter wie auch an einem kombinierten Lichtleiter
verringert, und eine Ausdehnung von unwirksamem Licht wird verringert.
Die Konzentration des Reflexionsstrahls (Konvergenz) erhöht einen
Weg zwischen den Reflexionswegen, die den Energieverlust während des
Reflexionsvorgangs abwechselnd verringern. Da der Radius der Lichtleiterhüllkurve
verringert ist, ist die Konzentration des Reflexionsstrahls erhöht.
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Die
Ausbreitungseigenschaften des Lichts am epizykloiden Lichtleiter
sehen so aus, daß am Kaustikbereich
der Mitte des Lichtleiters eine Konzentration des Lichts erhalten
wird. Die Hüllkurve
des Kaustikbereichs ist eine Hypozykloide. Die Art derselben weist
eine Ähnlichkeitskonstante
K = R/(R – 2r)
auf und ist der am gleichen Zentrum um ☐/K gedrehten Epizykloide ähnlich.
In diesem Fall wird verglichen mit dem runden Lichtleiter, bei dem
der Großteil
des Mittelstrahls mit dem Reflexionslicht zusammenstößt, bevor
er den Schlitz erreicht, der gesamte Mittelabschnittsstrahl reflektiert
und in einen Schlitz am epizykloiden Lichtleiter (die Anzahl der
Zweige ist insbesondere eine ungerade Zahl) eingegeben, so daß die Leistungsfähigkeit
erhöht
ist.
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5A und 5B veranschaulichen
eine Ausführungsform
des Lichtleiters, der in einer Querschnittsform eine epizykloide
Kurve aufweist. Wie in 5A gezeigt ist eine Reflexionsabdeckung
angebracht, um Licht von der Glühbirne 3 an
einem vorderen Abschnitt der Beleuchtungsvorrichtung zu konzentrieren.
Ein Leiter 1 ist an der Vorderfläche der Reflexionsabdeckung
angeschlossen, um das erzeugte Licht zu einem bestimmten fernen
Bestimmungsort zu übertragen.
Der Querschnitt des Leiters 1 weist die Form einer epizykloiden
Kurve, nicht die Form eines Kreises, auf. An einem Ende des Leiters ist
eine Stelleinrichtung 6 angebracht. 5B veranschaulicht
einen ausführlichen
Querschnitt. In diesem Fall ist eine epizykloide Oberfläche 21,
die fünf Zweige
aufweist, gebildet, um dadurch einen Leiter herzustellen. Dabei
lautet die Parametergleichung wie folgt. x =
150cos(t) – 20cos(6t) y = 150sin(t) – 20sin(6t)
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß verglichen
mit dem Stand der Technik eine hochtemperaturbeständige Reflexionsplatte 22 an
einem vorderen Abschnitt der Reflexionsabdeckung angebracht ist.
Die Reflexionsplatte 22 ist kegelförmig in einer vom Leiter 1 verschiedenen
epizykloiden Art geformt und weist fünf Zweige auf. Die Parametergleichung
der Reflexionsplatte 22 lautet wie folgt. x
= 75cos(t) + 10cos(6t) y = 75sin(t) – 10sin(6t)
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Da
die Querschnitte des Leiters 1 und der Reflexionsplatte 22 epizykloid
ausgebildet sind, wird das Licht, das von der Beleuchtungsvorrichtung
ausgegeben wird, bei der vorliegenden Erfindung daher leistungsfähig zu einem
bestimmten Bestimmungsort übertragen.
Wie oben beschrieben wird bei der vorliegenden Erfindung keine teure
Linse und kein teures Prisma verwendet, wodurch die Herstellungskosten
verringert werden, so daß es
möglich
ist, einen hochleistungsfähigen
Lichtleiter herzustellen. Insbesondere ist es möglich, durch Verändern der
Art der Epizykloide oder Verändern
eines optischen Parameters eines Materials, das die Wandfläche des
Lichtleiters bildet, die Beleuchtungs- und Energieleistungsfähigkeitseigenschaften
zu verbessern.
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Da
die vorliegende Erfindung in mehreren Formen ausgeführt werden
kann, ohne ihrem Geist oder ihren wesentlichen Eigenschaften abzuweichen,
sollte sich auch verstehen, daß die
oben beschriebene Ausführungsform
nicht durch irgendeine der Einzelheiten der vorhergehenden Beschreibung beschränkt ist,
sondern vielmehr innerhalb ihres Geists und Umfangs, wie dieser
in den beiliegenden Ansprüchen
definiert ist, weitgehend aufgefasst werden sollte, weshalb alle
Veränderungen
und Abwandlungen, die in die Grenzen der Ansprüche oder Entsprechungen dieser
Grenzen fallen, durch die beiliegenden Ansprüche umfaßt sein sollen.