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Die
Erfindung betrifft eine Beleuchtungseinheit für einen Kraftfahrzeugscheinwerfer,
der insbesondere ein Lichtbündel
mit Hell-Dunkel-Grenze zu erzeugen vermag. Sie betrifft insbesondere
eine Einheit des Typs mit einem konkaven Reflektor, wenigstens einer
Lichtquelle, die in der Konkavität
des Reflektors angeordnet ist, um wenigstens nach oben zu leuchten,
und einer Linse, die vor dem Reflektor und der Lichtquelle angeordnet
ist, wobei der Reflektor einer ebenen, insbesondere horizontalen
Platte zugeordnet ist, deren Oberseite reflektierend ist, um das
vom Reflektor kommende Lichtbündel
umzulenken, wobei die Platte einen vorderen äußeren Rand aufweist, der die
Hell-Dunkel-Grenze in dem Lichtbündel
zu formen vermag.
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Eine
derartige Beleuchtungseinheit ist zum Beispiel aus der
EP-A-1 357 334 bekannt, in
der ein Reflektor beschrieben ist, der von einem Ellipsoid-Spiegel
gebildet ist, der mit einer um eine optische Achse rotationssymmetrischen
Linse gekoppelt ist. Von vorne betrachtet hat die Linse eine kreisrunde
Kontur, die in einer zur optischen Achse orthogonalen vertikalen
Ebene liegt. Sollen mehrere Einheiten nebeneinander angeordnet werden,
tangieren die Linsen mit kreisrunder Kontur in einem Punkt einen
Raum, der zwischen den Konturen nicht genutzt wird. Zwischen den
kreisrunden Konturen können
Ecken eingefügt
werden, es handelt sich aber um nicht beleuchtete Bereiche, zum
Erzeugen einer nicht nutzbaren, zusätzlichen sichtbaren Fläche. Alternativ
können
die Linsen als Quadrat oder Sechseck zugeschnitten oder vergrößert werden,
um sie aneinanderzufügen,
indem die zugeschnittenen Seiten miteinander in Kontakt kommen.
Verfährt
man auf diese Weise, so führt
dies zu einem Verlust an Leuchtfläche.
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Ein
Scheinwerfer, der mit einer derartigen Aneinanderfügung von
Einheiten realisiert ist, vermittelt den Eindruck einer Vielzahl
von Schachteln. So ist nicht nur die Lichtsammlung nicht optimal,
sondern ein Betrachter nimmt auch die Vielzahl verschiedener Lichtquellen
durch die Linsen hindurch wahr, was unter stilistischen Gesichtspunkten
nicht befriedigend ist, insbesondere wenn zahlreiche Lichtquellen
vorhanden sind, die vor allem aus Leuchtdioden gebildet sind.
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Eine
erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einheit bereitzustellen,
die sich mit ähnlichen
Einheiten kontinuierlich zusammenfügen lässt, wobei der Lichtverlust minimal
ist, und ohne dass die innen im Scheinwerter angeordneten Lichtquellen
erkennbar sind.
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Mit
einem Ellipsoid-Reflektor ist die Linse ferner stigmatisch. Die
Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels ist
nur in der optischen Achse des Scheinwerfers scharf ausgeprägt. Dies
macht sich bei einer Einheit, deren Lichtquelle von einer Leuchtdiode
gebildet ist, noch stärker
bemerkbar, da eine derartige Einheit eine geringe Brennweite hat;
die Hell-Dunkel-Grenze des Lichtbündels ist an den Rändern verschwommen.
Bei einem sehr breiten Lichtbündel
ist über
die ganze Breite keine scharfe Hell-Dunkel-Grenze vorhanden. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung besteht darin, die Schärfe der Hell-Dunkel-Grenze über die
Breite des Lichtbündels
zu verbessern.
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Die
Erfindung betrifft somit vor allem die Breitstellung einer Beleuchtungseinheit
des Typs wie oben definiert, welche die vorstehend genannten Nachteile
nicht mehr oder nur noch in geringem Maße aufweist. Die Erfindung
betrifft insbesondere die Realisierung eines dreidimensionalen Lichtbündels mit
minimalen, insbesondere tonnenförmigen
Verzerrungen.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Beleuchtungseinheit für
einen Kraftfahrzeugscheinwerfer der vorstehend definierten Art dadurch
gekennzeichnet, dass der Reflektor dazu bestimmt ist, eine von der
Lichtquelle stammende kugelförmige
Welle in eine Welle zu transformieren, die sich auf einen in der
Ebene der Platte liegenden Kreisbogen zurückführen lässt, und dass die Linse um
eine zur Ebene der Platte im Wesentlichen orthogonale und durch
den Mittelpunkt des Kreisbogens verlaufende Achse rotationssymmetrisch
ist.
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Der
Reflektor und die Linse sind erfindungsgemäß so konzipiert, dass der Reflektor
die horizontale Verteilung des Lichtbündels gewährleistet, während die
Linse für
die Hell-Dunkel-Grenze und die vertikale Verteilung sorgt, ohne
hierbei in die durch den Reflektor erzeugte horizontale Verteilung
einzugreifen.
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Der
Reflektor ist durch die Wahl des Radius des Kreisbogens, des Abstands
der Lichtquelle zum Mittelpunkt des Kreisbogens und des Abstands
der Lichtquelle zum Scheitelpunkt des Reflektors in der Ebene des
Kreisbogens bestimmt.
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Vorzugsweise
verläuft
die Ebene der Platte im Wesentlichen durch den Mittelpunkt der Lichtquelle,
die vorteilhafterweise im Wesentlichen punktförmig ist.
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Gemäß einer
weiteren Definition ist die Oberfläche des Reflektors derart,
dass die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen, die in
Punkten auftreffen, die auf einer Kurve liegen, welche durch den
Schnittpunkt der Oberfläche
des Reflektors mit einer vertikalen Ebene gebildet ist, die durch
den Mittelpunkt des Kreisbogens verläuft, jedoch entfernt von der
Lichtquelle, von der Reflektoroberfläche in diese vertikale Ebene solchermaßen reflektiert
werden, dass sie in einem Punkt konvergieren, der durch den Schnittpunkt
der vertikalen Ebene mit dem Kreisbogen gebildet ist.
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Vorzugsweise
wird die reflektierende Platte oder "Ablenkungsreflektor" von einem Scheibenteil gebildet, dessen
Rand der Kreisbogen ist.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Scheinwerfer, der aus einer Zusammenstellung
mehrerer vorstehend definierter Einheiten gebildet ist.
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Die
Erfindung besteht, abgesehen von den oben genannten Vorrichtungen,
aus einer bestimmten Zahl weiterer Vorrichtungen, auf die im Folgenden
anhand von Ausführungsbeispielen
noch näher
eingegangen wird, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben sind, die jedoch in keiner Weise einschränkenden
Charakter haben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine
vereinfachte schematische Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Einheit;
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2 eine
perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Einheit in einem anderen
Winkel in Teilschnittansicht und in größerem Maßstab, mit Wiedergabe des Strahlengangs;
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3 eine
vereinfachte Perspektivdarstellung in anderem Maßstab, die im Wesentlichen
den Ablenkungsreflektor zeigt;
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4 ein
schematischer Vertikalschnitt durch die optische Achse, der den
Querschnitt der Linse darstellt;
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5 eine
schematische Draufsicht auf einen Scheinwerfer mit drei nebeneinanderliegenden
Einheiten mit parallelen optischen Achsen;
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6 eine
schematische Draufsicht auf einen Scheinwerfer mit vier nebeneinanderliegenden
Einheiten mit sich schrittweise neigenden optischen Achsen;
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7 eine
schematische Draufsicht auf einen Scheinwerfer mit drei nebeneinanderliegenden
Einheiten mit parallelen optischen Achsen, bei dem die Linse der
mittleren Einheit eine Krümmung
in entgegengesetzter Richtung zu den seitlichen Linsen aufweist;
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8 eine
schematische Draufsicht auf zwei nebeneinanderliegende Einheiten
mit entgegengesetzt verlaufenden Krümmungen;
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9 ein
Netz von Isoluxkurven, das mit einer erfindungsgemäßen Einheit
erzielt wird, deren Kreisbogenradius unendlich ist;
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10 ein
Netz von Isoluxkurven, das mit einer erfindungsgemäßen konvexen
Einheit erzielt wird; und
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11 ein
Netz von Isoluxkurven, das mit einer erfindungsgemäßen konkaven
Einheit erzielt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist schematisch eine Beleuchtungseinheit 1 für einen
Kraftfahrzeugscheinwerfer dargestellt, die zum Erzeugen eines Lichtbündels mit
Hell-Dunkel-Grenze
geeignet ist. Diese Einheit 1 umfasst einen konkaven Reflektor 2,
wenigstens eine Lichtquelle S, die in der Konkavität des Reflektors angeordnet
ist, um wenigstens nach oben zu leuchten, und eine Linse 3,
die vor der Lichtquelle S und dem Reflektor 2 in der Ausbreitungsrichtung
des Lichtbündels
angeordnet ist.
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Der
Reflektor
2 ist einer ebenen, insbesondere horizontalen
Platte
4 zugeordnet, wie in
1 dargestellt.
Die Ebene der Platte
4 verläuft vorzugsweise, aber nicht
notwendigerweise durch den Mittelpunkt der Lichtquelle S. Der Reflektor
2 ist über der
Platte
4 angeordnet, und die Oberseite der Platte
4 ist
reflektierend, um das vom Reflektor
2 kommende Strahlenbündel umzulenken,
wie insbesondere in der
EP-A-1
357 334 erläutert.
Die reflektierende Platte
4 wird häufig auch als "Ablenkungsreflektor" bezeichnet und weist
einen vorderen äußeren Rand
auf, der die Hell-Dunkel-Grenze
in dem Lichtbündel
zu erzeugen vermag. Ist die Platte
4 horizontal, so ist
die Hell-Dunkel-Grenze horizontal und der Bereich, der von dem Lichtbündel beleuchtet
wird, das vom Scheinwerfer
1 kommt, liegt unterhalb einer
horizontalen Linie. Wird die Ebene der Platte
4 oder ein Teil
der Platte bezüglich
der horizontalen Ebene geneigt, kann die Linie der Hell-Dunkel-Grenze
bezüglich
einer horizontalen Richtung geneigt werden, indem die Linse um den
gleichen Winkel geneigt wird.
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Die
Lichtquelle S ist vorteilhafterweise im Wesentlichen punktförmig und
ist insbesondere durch eine Leuchtdiode gebildet, die von einer
halbkugelförmigen
Glocke oder Kapsel umgeben ist, wobei die Diode eine im Wesentlichen
zur ebenen Platte 4 orthogonale Lichtstreuungsachse aufweist
und nach oben leuchtet.
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Erfindungsgemäß ist der
Reflektor 2 dazu bestimmt, eine von der Lichtquelle stammende
kugelförmige Welle
in eine Welle zu transformieren, die sich auf einen in der Ebene
der Platte 4 liegenden Kreisbogen A zurückführen lässt, und ist die Linse 3 um
eine zur Ebene der Platte 4 orthogonale und durch den Mittelpunkt C
des Kreisbogens A verlaufende Achse Z rotationssymmetrisch.
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Für eine bestimmte
Wahl des Radius R des Kreisbogens A, des Abstands der Lichtquelle
S zum Mittelpunkt C des Kreisbogens A und des Abstands f von S zum
Scheitelpunkt 5 des Reflektors in der Ebene des Kreisbogens
A ergibt sich ein einziger geeigneter Reflektor 2, der
die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt. Der Scheitelpunkt 5 des
Reflektors entspricht dem Schnittpunkt der optischen Achse Y-Y der
Einheit mit dem Reflektor, dessen optische Achse mit der durch C
und S verlaufenden Geraden zusammenfällt.
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Die
von der Lichtquelle stammende kugelförmige Welle lässt sich
auf einen Punkt S reduzieren, wie in 2 dargestellt.
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Die
Merkmale des Reflektors 2 werden mit Bezug auf 2 dargestellt,
in der der Reflektor 2 nur zum Teil wiedergegeben ist.
Ausgegangen wird von einer vertikalen Ebene V, die durch den Punkt
C und die Achse Z verläuft,
jedoch entfernt von der Lichtquelle S, die sich somit außerhalb
der Ebene V befindet. Der Punkt, an dem die Ebene V den Reflektor 2 schneidet,
ist durch eine zum Teil wiedergegebene Kurve 6 gebildet.
Zwei Punkte m1 und m2 dieser Kurve 6 bilden beliebige Laufpunkte
der Oberfläche
des Reflektors 2.
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Ausgegangen
wird von zwei Lichtstrahlen i1, i2, die von der Lichtquelle S stammen
und in m1 bzw. m2 auf die reflektierende Innenseite des Reflektors 2 auftreffen.
Die Strahlen i1 und i2 befinden sich nicht in der Ebene V, da S
außerhalb
dieser Ebene liegt.
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Mit
dem Reflektor 2 der vorstehend beschriebenen Art werden
die auftreffenden Strahlen i1 und i2 entlang der Strahlen k1 und
k2 reflektiert, die beide in der vertikalen Ebene V liegen. Die
reflektierten Strahlen k1 und k2 konvergieren in einem Punkt P,
der durch den Schnittpunkt der vertikalen Ebene V mit dem Kreisbogen A
gebildet ist.
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Diese
Eigenschaften bleiben unverändert
bestehen, egal von welchem Punkt m auf der Kurve 6 ausgegangen
wird, und egal welche Winkelausrichtung eine durch CZ verlaufende
vertikale Ebene V hat.
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Jeder
Punkt P des Bogens A verhält
sich wie eine neue Lichtquelle, die eine Wellenfläche hervorbringt, deren
Schnittfläche
durch die Ebene V ein Kreis 7 mit Radius r ist, der proportional
zur Zeit zunimmt.
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Der
Lichtweg von der Lichtquelle S zum Punkt P, durch den Laufpunkt
m1 oder m2 der Kurve 6 hindurch, ist konstant: Sm1 + m1P = Sm2 + m2P = konstant.
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Die
Linse 3 bildet einen um die vertikale Achse Z rotationssymmetrischen
Raum. Der Schnittpunkt der Ebene des Kreisbogens A mit der Eintrittsfläche 3E1 der
Linse 3 ist durch ein Umfangsstück 8 mit gleichem Mittelpunkt
C wie der Bogen A gebildet, jedoch mit größerem Radius als R.
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Die
vom Reflektor 2 reflektierten Lichtstrahlen k1, k2 treffen
in P auf den Rand der reflektierenden Platte 4 bzw. des "Ablenkungsreflektors" auf und werden somit
in Richtungen q1, q2 reflektiert, wobei sie jedoch in der vertikalen
Einfallsebene bleiben. Die Strahlen q1, q2 treffen in n1, n2 auf
die Eintrittsseite 3E1 der Linse auf. Die Normalen zur
Fläche 3E1 in
den Punkten n1, n2 befinden sich in der vertikalen Ebene V, welche
die Lichtstrahlen q1, q2 umfasst. Die sich in der Linse brechenden
Strahlen t1, t2 bleiben in derselben Ebene V ebenso wie die Strahlen
u1, u2, die durch die Austrittsseite 3ES der Linse austreten.
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Die
reflektierende Platte 4 bzw. der "Ablenkungsreflektor" ist durch einen Teil einer Scheibe
gebildet, deren Rand der Umfangsbogen A ist. Diese reflektierende
Platte verläuft
unter dem den Reflektor 2 bildenden Konkavspiegel. Die
Begrenzung 9 (3) zur Lichtquelle S hängt nur
von praktischen Erwägungen
hinsichtlich des Durchlasses des von der Lichtquelle S stammenden
Lichts ab. Diese Begrenzung 9 ist zum Beispiel durch die
beiden Seiten eines Winkels gebildet, dessen Konkavität dem Mittelpunkt
C zugewandt ist, wobei dieser Winkel allgemein die durch die optische
Achse CS verlaufende Ebene als Halbierungsfläche zulässt.
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Die
Lichtquelle S ist vorzugsweise durch eine in der oberen Kugelhälfte nach
oben ausstrahlende Leuchtdiode gebildet.
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Tatsächlich ist
die Lichtquelle S nicht gänzlich
punktförmig,
und Lichtstrahlen (nicht dargestellt zwischen der Lichtquelle S
und der Umgebung von P) werden jenseits des Rands A verlagert und
setzen ihren ganz geraden Weg in q'1, q'2
fort, ohne von der Platte 4 umgelenkt zu werden, auf die
sie nicht treffen.
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4 zeigt
einen Querschnitt der Linse 3 durch eine Ebene, die durch
die vertikale Achse Z und die optische Achse CS verläuft, die
den Kreisbogen A im Punkt a schneidet.
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Die
Kurve E1 der Eintrittsseite der Linse in der Querschnittsebene aus 4 hat
einen Einfluss auf die Schärfe
der Hell-Dunkel-Grenze. Die Kurve E1 ist so gewählt, dass die Hell-Dunkel-Grenze
des Lichtbündels scharf
und so gut wie möglich
wiedergegeben wird, selbst bei einem breiten Lichtbündel. Die
Kurve E1 ist vorteilhafterweise durch ein Umfangsstück gebildet,
dessen Mittelpunkt auf der Geraden liegt, welche die Lichtquelle
S und den Mittelpunkt C verbindet; dieses Umfangsstück E1 ist
mit seiner Konvexität
nach innen gewandt, das heißt
zum Mittelpunkt C, wie in 4 dargestellt.
Die Enden der Kurve E1 können
stärker
gekrümmt
sein. Der Querschnitt der Linse ist nach außen durch eine Kurve ES begrenzt,
die im Wesentlichen glockenförmig
ist, das heißt
in der Mitte einen runden Höcker
aufweist, dessen Konvexität
nach außen
gewandt ist und sich auf beiden Seiten durch einen umgebogenen Bereich
fortsetzt, der nach außen
konkav wird.
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Die
Bahn eines vom Punkt a stammenden Lichtstrahls q3 ist dargestellt.
Dieser Lichtstrahl q3 trifft in einem Punkt n3 auf der Kurve E1
auf und wird in t3 gebrochen, um durch die Seite ES längs u3 auszutreten.
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Der Öffnungswinkel Ω (2)
des Reflektors 2, der bezüglich der durch die optische
Achse CS verlaufenden vertikalen Ebene symmetrisch ist, hat einen
Maximalwert, der durch den Winkel bestimmt wird, der zwischen den
Geraden gebildet ist, die den Punkt C an den Schnittpunkten des
Kreisbogens A mit dem Reflektor 2 in der Ebene der Platte 4 verbinden.
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Die
Breite des aus der Einheit austretenden Lichtbündels hängt überwiegend von diesem Winkel Ω ab, aber
auch von anderen Parametern, insbesondere vom Abstand Lichtquelle-Scheitelpunkt,
aufgrund ihres Einflusses auf die Größe der Abbildungen.
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Tendiert
der Radius R des Kreisbogens A gegen unendlich, tendiert die Linse 3 zu
einer zylindrischen Linse und das Lichtbündel (das ansonsten gleich
ist) tendiert zu dem von der Lichtstärke der Lichtquelle und der
sichtbaren Fläche
intensivst möglichen
Lichtpunkt. Dies entspricht optisch somit der Kombination eines
Ellipsoids mit einer stigmatischen Linse mit unendlichem Punkt,
gemäß der Erfindung
jedoch mit geringeren Abbildungsfehlern im Lichtfeld.
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Das
spezielle Beispiel für
das für
die Kurve E1 gegebene Umfangsstück
ist nicht einschränkend.
E1 kann jede beliebige Kurve sein.
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Die
Kurve ES der Austrittsseite ist solchermaßen konstruiert, dass in der
betreffenden Ebene (durch die Rotationsachse CZ verlaufende Ebene)
die Linse 3 zwischen dem Punkt a und Unendlich stigmatisch
ist; mit anderen Worten wird aus einem divergenten Strahlenbündel, das
vom Punkt a stammt, beim Verlassen der Kurve ES ein zur optischen
Achse CS paralleles Lichtbündel.
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Der
Abstand zwischen dem Punkt a und dem Scheitelpunkt der Kurve E1
auf der optischen Achse CS ist ein Parameter; dieser Abstand wird
Ausdehnung T der Linse genannt. Für einen gegebenen Reflektor 2 hängt die
Höhe H
der Linse von ihr ab, für
den Fall, dass die Linse so konstruiert ist, dass sie den gesamten möglichen
Lichtstrom aufnimmt.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 1 bis 4 liegt der Mittelpunkt C des
Kreisbogens A hinter der Lichtquelle in der Ausbreitungsrichtung
des von der Einheit stammenden Lichtbündels; in diesem Fall ist die
Krümmung
des Rands des Ablenkungsreflektors 4, die durch den Kreisbogen
A gebildet ist, mit ihrer Konvexität nach vorne gewandt, in der
Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels.
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Liegt
der Mittelpunkt C1 (8) des Kreisbogens A1 jenseits
der Lichtquelle S1 in der Ausbreitungsrichtung des Lichtbündels, ändert die
Krümmung
des Rands A1 des Ablenkungsreflektors das Vorzeichen und ist mit
ihrer Konkavität
nach vorne gewandt. Alle vorstehend gegebenen Erläuterungen
bleiben hierbei gültig.
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Die
Stirnseiten 3Ld, 3Lg (1) der Linse 3 sind
eben und liegen in den äußersten
durch CZ verlaufenden Ebenen mit einem Öffnungswinkel Ω.
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Es
ist möglich,
mehrere Einheiten ohne Unterbrechung und Versatz zusammenzufügen, indem
die rechte bzw. linke Stirnseite der Linse einer Einheit gegen die
linke bzw. rechte Stirnseite einer anderen Einheit platziert wird.
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5 zeigt
die Ausführung
eines Scheinwerfers L durch Aneinanderfügen identischer Einheiten 1a, zum
Beispiel drei Einheiten, für
die der Radius R unendlich ist, so dass der Kreisbogen zu einem
geradlinigen Segment wird. Die Linsen 3a einer jeden Einheit
befinden sich in gegenseitiger Verlängerung, um eine Art geradlinige
Leiste orthogonal zu den durch die Pfeile dargestellten parallelen
optischen Achsen zu bilden.
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6 ist
eine schematische Darstellung eines Scheinwerfers Lb, der durch
Zusammenfügen
mehrerer Einheiten, insbesondere vier Stück, erzielt wird, die einen
positiven Radius haben (1 bis 4), dessen Wert
jedoch in einer Richtung abnimmt, in 6 von rechts
nach links.
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Die
erste Einheit 1b hat einen unendlichen Radius R; die folgende
Einheit 1c hat einen kleineren Radius R und der Mittelpunkt
Cc der Einheit 1c ist auf einer Begrenzungslinie (im Beispiel
links) der Einheit 1b angeordnet, und so weiter: Die folgende
Einheit 1d hat einen kleineren Radius R als die Einheit 1c und
der Mittelpunkt Cd der Einheit 1d liegt auf der linken
Winkelbegrenzungslinie der Einheit 1c. Die äußerste Einheit 1e hat
den kleinsten Radius R und ihr Mittelpunkt Ce liegt auf der linken
Winkelbegrenzungslinie der Einheit 1d. Die optischen Achsen
der darauffolgenden Einheiten, dargestellt durch Pfeile, haben bezüglich der
optischen Achse der ersten Einheit 1b eine zunehmende Neigung.
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Die
durch die Zusammenfügung
der Linsen 3b, 3c, 3d, 3e gebildete
Oberfläche
ist stetig und ableitbar.
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Der
Scheinwerfer Lb aus 6 kann ein dynamisches Kurvenlicht
DBL ("Dynamic Gending
Light") mit aufeinanderfolgendem
Einschalten der Lichtquellen der Einheiten 1b ... 1e zum
Folgen des Kurvenverlaufs bilden.
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7 zeigt
einen anderen Typ Scheinwerfer Lc, der durch Zusammenfügen von
drei Einheiten 1f, 1g, 1h erzielt wird.
Die beiden seitlichen Einheiten 1f, 1g haben einen positiven
Krümmungsradius
gemäß dem Ausführungsbeispiel
aus 1 bis 4, während die mittlere Einheit 1h einen
negativen Radius R hat, was eine entgegengesetzte Krümmung der
Linse 3h bewirkt. Die durch die Zusammenfügung der
Linsen gebildete Kurve weist demnach eine Wellenform auf. Die optischen
Achsen der drei Einheiten aus 7 sind parallel, hier
auch wieder durch Pfeile dargestellt.
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8 ist
eine schematische Draufsicht auf einen Scheinwerfer mit wenigstens
einer Zusammenfügung
zweier nebeneinanderliegender Einheiten 1g und 1h.
Die Einheit 1g hat einen positiven Krümmungsradius und die andere
Einheit 1h hat einen negativen Krümmungsradius mit einer entgegengesetzten
Krümmung der
Linse 3h. Die Reflektoren 2g, 2h und
die Ablenkungsreflektoren 4g, 4h sind schematisch
wiedergegeben. Der Mittelpunkt des Kreisbogens A bei der Einheit 1g liegt
in C, in der Figur links, während
der Mittelpunkt des konkaven Kreisbogens A1 in C1 liegt, in 8 rechts.
Die Zusammenfügung
aus 8 bildet ein Grundmuster, das durch eine nebeneinanderliegende
Anordnung mehrfach wiederholt werden kann.
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Die
Linse 3h, die an ihrer Austrittsseite konkav ist, sorgt
für den
Lichtpunkt, das heißt
den konzentrierten Lichtbereich des Lichtbündels, während die nach vorne konvexe
Linse 3g für
die seitliche Auffächerung sorgt,
so wie die Linse 3f aus 7.
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Die
erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheiten
bieten somit Möglichkeiten
komplexer Zusammenstellungen, die für die Schaffung origineller
Design-Effekte und den Einbau einer Vielzahl von Einheiten günstig ist.
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Blickt
ein Betrachter auf eine erfindungsgemäße Einheit bzw. einen erfindungsgemäßen Scheinwerfer, bemerkt
er weder die nebeneinanderliegenden Einheiten noch die Lichtquellen,
insbesondere nicht die innerhalb der Einheiten liegenden Leuchtdioden.
Der Betrachter hat somit den Eindruck, eine einzige Einheit vor sich
zu haben.
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9 zeigt
ein Netz von Isoluxkurven, die auf einem Messschirm in bestimmter
Entfernung zu einer erfindungsgemäßen Einheit erhalten werden,
die einen unendlichen Radius R hat. Es zeigt sich, dass alle Kurven
unter einer horizontalen Linie einer besonders scharfen Hell-Dunkel-Grenze
liegen.
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10 entspricht
einer konvexen Beleuchtungseinheit, wie der aus 1 bis 4 oder
den Einheiten 1f, 1g aus 7. Die Hell-Dunkel-Grenze
ist ebenfalls scharf ausgeprägt
mit allen Kurven unterhalb einer horizontalen Linie; der Lichtstrom
ist nach unten und auf beiden Seiten der vertikalen Mittelebene
ein wenig stärker
aufgefächert.
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11 zeigt
die Isoluxkurven, die mit einer Einheit mit negativem Radius R erzielt
werden, wie der Einheit 1h aus 7 und 8.
Die Schärfe
der Hell-Dunkel-Grenze ist unverändert
erhalten. Die Isoluxkurven sind winkelmäßig weniger stark aufgefächert als
in 10.
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Zur Überprüfung, ob
eine Beleuchtungseinheit erfindungsgemäß ist, genügt es, eine punktförmige Lichtquelle
im Punkt S zu platzieren, wobei diese punktförmige Lichtquelle von einem
Laserpunkt oder einer Diode mit sehr kleiner Schmalseite gebildet
sein kann. Da es sich nur um eine Überprüfung handelt, ist es nicht erforderlich,
eine Leistungsquelle mit größeren Abmessungen
zu verwenden. Legt man ein Blatt Papier auf die reflektierende Platte 4 (oder
platziert das Papier an deren Stelle), muss auf dem Blatt Papier
ein leuchtender Kreisbogen auftauchen, der dem Bogen A entspricht.
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Zur Überprüfung der
Linse 3 wird ein vertikaler Lichtstreifen erzeugt, der
in a konvergiert. Man muss dann auf der anderen Seite der Linse
ein vertikales Lichtsegment erhalten.
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Nachstehend
ist mit sphärischen
Koordinaten eine Gleichung für
die Oberfläche
des Reflektors 2 angegeben.
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f
ist der Abstand der Lichtquelle S zum Scheitelpunkt 5 des
Reflektors (pseudo-fokal). Der Nullpunkt des Achsenkreuzes liegt
in S, die y-Achse ist CS, die x-Achse liegt in der Ebene der Platte 4 und
ist orthogonal zur y-Achse. Die z-Achse ist orthogonal zur Ebene
der Platte 4 und verläuft
durch den Punkt S.
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Die
Koordinaten des Mittelpunks C im Achsenkreuz sind entsprechend den
x-, y- und z-Achsen: Cx, Cy, 0.
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Der
Laufpunkt m der Oberfläche 2 des
Reflektors liegt in einer Richtung, die durch einen Längengrad θ und einen
Breitengrad φ definiert
ist. Der absolute Wert des Vektor-Radius des Punktes m ist mit μ bezeichnet.
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In
den nachstehenden Berechnungen sind α, β und χ Zwischenvariable.
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Gesetzt
wird:
φ und θ sind die Variablen der Parametergleichung
der Oberfläche.
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M
= S + μ · v → gehören somit
zu der Oberfläche
des gewünschten
Reflektors.
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Angegeben
wird die Gleichung für
die Kurve ES der Austrittsseite der Linse, wenn die Eintrittsseite
als Kurve E1 einen nach innen konvexen Kreis zulässt.
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Gesetzt
wird:
T = d(a, EI), Linsenausdehnung
Cfe,
Radius der Eintrittsseite
ep0, Dicke
in der Mitte der Linse
n, Brechungsindex des Werkstoffs
η und α sind die
Variablen der Parametergleichung der Oberfläche.
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