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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine hocheffiziente Lichtquelle mit einem
doppelten Ausgang. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine
derartige Lichtquelle, die eine einzige Lampe hoher Helligkeit verwendet,
deren Lichtabgabe geteilt wird, wobei eine Reflektorkonfiguration
verwendet wird, die eine effiziente Kopplung dieser Lichtabgabe
in die Eingangsfläche
von zwei Lichtleitern zur Folge hat.
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Hintergrund
der Erfindung
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Lichtquellen
hoher Helligkeit sind für
eine Vielfalt von zentralisierten Beleuchtungsanwendungen vorgeschlagen
worden, bei denen es gewünscht ist,
eine einzige Lichtquelle zu haben, die auf wenigstens zwei Orte
entfernt von der Lichtquelle verteilt werden kann. Beispielsweise
könnte
eine derartige Anordnung mit einer einzigen Lichtquelle und einem doppelten
Ausgang für
eine vorteilhafte Nutzung in der Automobilindustrie für Zwecke
der Frontbeleuchtung angepasst werden. Zu diesem Zweck ist eine derartige
Konfiguration in den US Patenten 4,958,263 und 5,222,793 vorgeschlagen
worden, die für
Davenport u. a. am 18. September, 1990 bzw. 29. Juni, 1993 erteilt
und auf die gleiche Rechtsnachfolgerin wie die vorliegende Erfindung übertragen
wurden. Zentralquellen-/entfernte Lichtabgabekonfigurationen, wie
diese, könnten
auch in anderen Anwendungen zur Nutzung angepasst werden, wie beispielsweise
in einer Werbe-Displaysituation oder für medizinische oder wissenschaftliche
Instrumentierung. Bei einigen dieser Anwendungen, insbesondere Automobil-Frontbeleuchtungsanordnungen,
würde es
wünschenswert
sein, den Lichtquellenausgang aus den zwei Ports zu haben, die in
entgegengesetzten Richtungen zueinander gerichtet sind. Wie in 7 des oben genannten US-Patents 5,222,793 gezeigt
ist, würde
die eine Lösung
darin bestehen, zwei ellipsenförmige
Reflekto ren in einer Rücken-zu-Rücken-Konfiguration
zu verbinden, wobei die Lichtquelle etwa an der Mitte des Punktes
angeordnet ist, an dem die Reflektorsegmente verbunden sind. Obwohl
sie wirksam ist bei der Erzielung einer doppelten Lichtabgabe, die
die Quelle in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlässt, würde diese
Lösung
zur Implementierung Präzisions-Fertigungs- und Montagevorgänge erfordern
und würde demgemäß ein hochpreisiges
Endprodukt zur Folge haben. Es würde
deshalb vorteilhaft sein, wenn eine Einquellen/Doppelausgang-Beleuchtungsanordnung
erhalten werden könnte
bei vernünftigen
Kosten in Bezug auf die Fertigung der Teilelemente und ihrer Montage
zu einer Systemkonfiguration.
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Eine
andere Lösung
zur Bereitstellung eines Doppelausganges aus einer einzigen Lichtquelle würde die
Verwendung einer Reflektor- und Spiegelanordnung sein, wie sie in 3 des
zuvor erwähnten
US-Patents 5,222,793 gezeigt ist. In dieser Anordnung sind zwei
Lichtleiter in einer engen Kontaktrelation zueinander angeordnet,
so dass das von einem ellipsenförmigen
Reflektor abgegebene Licht von einer planaren Spiegelfläche weg
und in die Eingangsflächen
von den in Kontakt befindlichen Lichtleitern reflektiert wird. Die
Längen
der Lichtleiter können
dann in einer geeigneten Art und Weise angeordnet werden, um so
eine effektive Trennung der Lichtabgabe auf Bereiche zu erzielen,
die im Abstand von 180 Grad zueinander angeordnet sind. Obwohl diese
Lösung
bei der Teilung des abgegebenen Lichtes wirksam ist, um so beispielsweise
zu gegenüberliegenden
Seiten von einem Automobil-Frontbeleuchtungssystem befördert zu
werden, hat die Art und Weise, durch die diese Bündelteilung erzielt wird, einen
merklichen Lichtverlust zur Folge, der der Tatsache zuzurechnen
ist, dass die Form der Eingangsfläche der zwei Seite-an-Seite angeordneten
Lichtleiter nicht mit dem abgegebenen Bündelmuster zusammenpasst und
deshalb Licht um den Rand der Seite-an-Seite-Anordnung zwischen
den Lichtleitern verloren geht. Da der Raum, in dem die Lichtleiter
geführt
werden, üblicherweise
begrenzt ist, würde
es zusätzlich
wünschenswert
sein, dass die Lichtleiter die Lichtquelle in einem Trennwinkel
zwischen 90 und 180 Grad verlassen, wodurch eine Biegung der Lichtleiter
vermieden wird, um die erforderliche Trennung auf die zwei Frontendenorte
zu erzielen.
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Weiterhin
würde es
vorteilhaft sein, wenn eine Lichtkopplungsanordnung erreicht werden könnte, durch
die Licht in den Lichtleiter oder ein dazwischen angeordnetes optisches
Kopplungsteil unter einem verkleinerten Winkel relativ zur Längsachse
des Lichtleiters oder des optischen Kopplers eintreten würde. Indem
der Eintrittswinkel in den Lichtleiter oder den optischen Koppler
minimiert wird, tritt weniger Prellen der Lichtstrahlen innerhalb
des Lichtleiters oder des optischen Kopplers auf. Da jeder Prellvorgang
einen messbaren Lichtverlust zur Folge hat, kann dieser Verlust
minimiert werden, indem der Eintrittswinkel verkleinert und somit
die Anzahl von Lichtstrahlreflexionen innerhalb des Lichtleiters
oder des optischen Kopplers verkleinert wird.
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In
Verbindung mit der Verkleinerung des Eintrittswinkels würde es weiterhin
vorteilhaft sein, wenn eine größere Eingangsfläche bereitgestellt
werden könnte,
als sie anderenfalls in bestimmten zentralisierten Beleuchtungssystemen
erreichbar ist. Beispielsweise wird für eine Automobil-Frontbeleuchtungsanwendung üblicherweise
ein Lichtleiter mit einem Durchmesse von 12 mm verwendet zum Übertragen
von Licht, das von der Lichtquelle abgegeben wird, zu den zwei Frontlampenorten.
Für ein
Beleuchtungssystem, das eine Lichtquelle mit einem kurzen Bogenspalt
und einem elliptischen Reflektor verwendet, wie es in dem US-Patent 5,222,793
beschrieben ist, ist jedoch ein 12 mm Lichtleiter ineffektiv zur
Aufnahme von Licht, das aus einer runden Fläche mit einem Durchmesser von
19 mm austritt. Es würde
deshalb wünschenswert
sein, die Sammlung von möglichst
viel Licht mit einer größeren Eingangsoberfläche zu gestatten,
aber trotzdem die Sammlung von diesem Licht über großen Eintrittswinkeln zu vermeiden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein zentralisiertes Beleuchtungssystem,
das eine maximale Eingangskopplungseffizienz zwischen der Lichtquelle
und der Lichtsammelanordnung erzielt. Dieses zentralisierte Beleuchtungssystem
sorgt ferner für die
Verteilung von dieser Lichtabgabe an Ports, die im Abstand von wenigstens
90 Grad voneinander angeordnet sind, und wobei der Lichteingang
in die Lichtsammelanordnung an einer maximalen Eingangsoberfläche und
zugleich unter einem verkleinerten Eintrittswinkel auftritt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein zentralisiertes Beleuchtungssystem geschaffen,
das enthält:
eine
Quelle für
Licht hoher Intensität,
die eine Lichtabgabe erzeugt, ein Reflektorteil, das in einer gekrümmten Art
geformt ist und erste und zweite Brennpunkte aufweist, wobei das
Reflektorteil eine Achse hat, die durch die ersten und zweiten Brennpunkte
verläuft,
wobei die Lichtquelle an dem ersten Brennpunkt angeordnet ist, der
Reflektor geformt ist, um das abgegebene Licht in einer vorbestimmten Winkelbündelverteilung
relativ zur Lampenachse zu reflektieren;
ein v-förmiges Spiegelteil,
das zwischen den ersten und zweiten optischen Brennpunkten angeordnet
ist, wobei das v-förmige
Spiegelteil erste und zweite Spiegelsegmente aufweist, wobei jedes
Spiegelsegment unter einem vorbestimmten Winkel relativ zur Reflektorachse
angeordnet ist, um die Lichtabgabe zu richten, und wobei jedes Spiegelsegment
einen reflektierten zweiten Brennpunkt definiert, wobei das Spiegelteil
zum Empfangen der Lichtabgabe konfiguriert und zum Aufteilen der
Lichtabgabe in erste und zweite Bündelabschnitte konfiguriert
ist, die von den Spiegelsegmenten auf entsprechende Weise bis zu 90
Grad relativ zur Reflektorachse reflektiert werden;
erste und
zweite optische Übertragungsteile,
die jeweils eine optische Übertragungsachse
haben, wobei jedes optische Übertragungsteil
zum Empfangen von einem der Bündelabschnitte
und zum Senden des Bündelabschnittes
entlang einer Übertragungsachse
zu einer Stelle entfernt von der Lichtquelle konfiguriert ist;
wobei
eine Eingangsoberfläche
von jedem optischen Übertragungsteil
im wesentlichen an einem der reflektierten zweiten Brennpunkte angeordnet
ist, um die Lichteingabe in das optische Übertragungsteil zu optimieren;
und wobei der vorbestimmte Winkel von jedem Spiegelsegment so eingestellt
ist, dass ein Winkel von einem der ersten und zweiten Bündelabschnitte,
die in das Übertragungsteil
eintreten, relativ zu der Übertragungsachse
minimiert ist, um so die Lichtübertragung
entlang jeder Übertragungsachse zu
der von der Lichtquelle entfernten Stelle zu maximieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf
die beigefügten
Zeichnungen, in denen:
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1 eine
Seitenansicht von einem zentralisierten Beleuchtungssystem ist,
das nach bekannten Prinzipien aufgebaut ist;
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2 eine
Seitenansicht von einem zentralisierten Beleuchtungssystem ist,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist
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3 eine
Seitenansicht von dem zentralisierten Beleuchtungssystem gemäß 2 ist,
das abgewandelt ist, um ein optisches Kopplungsteil zu enthalten.
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Detaillierte
Beschreibung und Arbeitsweise
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Wie
in 1 zu sehen ist, stellt ein zentralisiertes Beleuchtungssystem 10 eine
Anordnung dar, die im wesentlichen gemäß der Offenbarung der US-A-4,048,486
aufgebaut ist und in der nur eine Lichtquelle verwendet ist. Das
System enthält
eine Lichtquelle 12 hoher Intensität, die in einem Reflektorteil 14 angeordnet
ist. Das Reflektorteil kann ellipsenförmig sein oder kann in einer
anderen Bogenform geformt sein, um einen ersten optischen Brennpunkt
zu erhalten, an dem die Lichtquelle 12 an geordnet werden
kann. Die Lichtquelle 12 kann durch eine Entladungslampe
hoher Intensität
gebildet sein, wie sie in dem US-Patent
5,239,230 beschrieben ist, das für
Mathews u. a. am 24. August 1993 erteilt und auf die gleiche Rechtsnachfolgerin
wie die vorliegende Erfindung übertragen
wurde. In diesem Patent ist eine Lichtquelle beschrieben, die einen
kurzen Bogenspalt in der Größenordnung
von 4 mm oder weniger und einen Helligkeitswert von etwa 50.000
Lumen pro Zentimeter der Bogenspalt-Flächeneinheit hat.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch andere Typen von Lichtquellen
in Verbindung mit dem hier vorgeschlagenen zentralisierten Beleuchtungssystem verwendet
werden könnten,
beispielsweise könnte eine
Glühlampe,
die eine Wolfram-Halogen-Lichtquelle verwendet, benutzt werden oder
auch andere Entladungslampen, die längere Bogenspalte oder kleinere
Helligkeitswerte haben.
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Das
elliptisch geformte Reflektorteil 14 hat ein offenes Ende 14a und
einen Halsabschnitt 14b, in dem das eine Ende von der Lichtquelle 12 angebracht
ist. Die Lichtquelle 12 ist entlang der Längsachse
des Reflektorteils 14 an dem ersten optischen Brennpunkt
angebracht, der dem Reflektorteil 14 zugeordnet ist. Durch
diese Anordnung der Lichtquelle 12 an dem ersten optischen
Brennpunkt des Reflektorteils 14 wird bekanntlich eine
konzentrierte Lichtabgabe durch die einen kurzen Bogenspalt und eine
hohe Helligkeit aufweisende Lichtquelle 12 erzeugt, die
an dem zweiten optischen Brennpunkt abgebildet wird, die dem Reflektorteil 14 zugeordnet
ist.
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Um
eine Anordnung mit doppelter Lichtabgabe zu erzielen, wie es beispielsweise
für eine
Automobil-Frontbeleuchtunganwendung notwendig sein würde, ist
es nötig,
die abgebildete Lichtabgabe zu teilen, die an dem zweiten optischen
Brennpunkt auftritt. In dem zentralisierten Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 wird
der Teilungsvorgang der Lichtabgabe durch einen Bündelteilungsspiegel 16 herbeigeführt, der
zwischen dem offenen Ende 14a des Reflektorteils 14 und
dem zweiten optischen Brennpunkt dieses Reflektors angeordnet ist.
Das Bündelteilungs-Spiegelteil 16 ist
ein vielschichtiger, nicht-absorbierender Spiegel, der für einen
Einfallswinkel von 45 Grad ausgelegt und von Firmen zur Lieferung
optischer Geräte
im Handel erhältlich
ist.
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Die
einen kurzen Bogenspalt aufweisende Lichtquelle 12, die
in axialer Richtung innerhalb des elliptisch geformten Reflektorteils 14 angebracht
ist, wird an dem zweiten optischen Brennpunkt als ein runder Punkt
abgebildet, wobei die höchste
Lichtintensität
an der Mitte von dem runden Punkt auftritt und diese von dort radial
nach außen
abfällt.
Es ist ein wünschenswertes
Merkmal, und im Fall der Automobil-Frontbeleuchtung ein notwendiges
Merkmal, dass das von den Lichtleitern gelieferte Bündelmuster
bezüglich
Bündelform,
Intensität
und Farbe im wesentlichen das gleiche ist. Mit dem Bündelteilungs-Spiegelteil 16 ist
es möglich,
die Eingangsenden von zwei runden Lichtleitern 18, 20 präzise konzentrisch
mit ersten und zweiten runden Bündelabschnitten
anzuordnen, die aus dem Punktquellen-Lichtausgang der Lichtquelle 12 geteilt
werden. Das Bündelteilungs-Spiegelteil 16,
das vor dem zweiten optischen Brennpunkt des Reflektorteils 14 angeordnet
ist, ist wirksam, um die einzelne Lichtabgabe in ein reflektiertes
Bündel
und ein durchgelassenes Bündel
zu teilen. Das reflektierte Bündel
und das durchgelassene Bündel
ist jeweils im wesentlichen ähnlich
zueinander in Form, Intensität
und Farbe. Das reflektierte Bündel
und das durchgelassene Bündel
wird jeweils in ein entsprechendes Eingangsende von jedem der Lichtleiter 18, 20 eingeführt.
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Durch
die Verwendung eines Bündelteilungs-Spiegelteils 16 mit
einem Einfallswinkel von 45 Grad können die ersten und zweiten
runden Lichtleiter 18, 20 in einem Abstand von
90 Grad zueinander angeordnet werden. Wenn das zentralisierte Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 dann
in einer Automobil-Frontbeleuchtungsanwendung benutzt werden würde, würde es notwendig
sein, den einen oder beide Lichtleiter 18 oder 20 zu
biegen, um so eine 180 Grad Breitenstreuung zu erzielen, um die
zwei Frontlampenpositionen auf dem Fahrzeug zu erreichen.
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Das
zentralisierte Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 enthält ferner
ein Gehäuse 26,
das die Lichtquelle 12, das Reflektorteil 14,
das Bündelteilungs-Spiegelteil 16 und
auch die notwendige Vorschaltanordnung 28 zum Speisen der
Lichtquelle 12 umschließt. Die Vorschaltanordnung 28 kann
durch eine übliche
Schaltungsanordnung gebildet sein und kann aus einer externen Quelle
(nicht gezeigt) entweder des Gleichspannungs- oder Wechselspannungstyps
gespeist werden. Auskleidungshülsen 22, 24 können um
denjenigen Abschnitt von jedem Lichtleiter 18, 20 herum
angeordnet sein, der das Gehäuse 26 verlässt. Ein
zentralisiertes Beleuchtungssystem 10, wie es in 1 gezeigt
ist, wurde konstruiert und betrieben, mit dem Ergebnis, dass eine
verbesserte Kopplungseffizienz erzielt wurde, wobei 1050 Lumen durch
das reflektierte Bündel
zu einem Lichtleiter mit einem Durchmesser von 12 mm eingeführt wurden,
und 1064 Lumen wurden durch das durchgelassene Bündel zu einem Lichtleiter mit
12 mm Durchmesser geleitet. Wenn die konzentrierte Lichtabgabe durch
eine Kaltspiegelübertragung
zu einem einzelnen Lichtleiter mit einem Durchmesser von 12 mm gerichtet
wurde, wurden 2059 Lumen in das Eingangsende von diesem Lichtleiter
eingeführt. Somit
kann gesehen werden, dass diese Bündelteilungsanordnung einen
hohen Grad an Kopplungseffizienz beim Teilen des Bündels erzielt,
und ferner erzielt sie eine Teilung, die Bündelabschnitte zur Folge hat,
die im wesentlichen ähnlich
in Bezug auf Intensität
und auch Form und Farbe sind. Weiterhin wird deutlich, dass, da
die durchgelassenen und reflektierten Bündelabschnitte, die aus dem
Bündelteilungsvorgang
resultieren, in gleicher Weise geformt waren und tatsächlich die
gleiche runde Form hatten, wie das von der Lichtquelle 12 abgegebene
Bündelmuster,
eine maximale Kopplungseffizienz erzielt werden kann durch Auswahl
von Lichtleitern, die runde Querschnittsformen haben und die so
bemessen sind, dass sie im wesentlichen gleich sind wie die Größe der reflektierten
und durchgelassenen Bündelabschnitte,
die dem runden Mittelabschnitt hoher Intensität und dem äußeren Umfang davon entsprechen,
wo die Intensität
sich nicht signifikant verringert hat. Eine derartige Kopplungseffizienz
konnte nicht für
eine Doppelportkonfiguration erzielt werden, die eine Kaltspiegel-Übertragungstechnik
verwendete, um die rund geformte Lichtabgabe zu einer Fläche zu richten,
die von zwei getrennten runden Lichtleitern eingenommen wird, die
in einer Seite-an-Seite-Kontaktrelation verbunden sind. In einer
derartigen Seite-an-Seite-Anordnung würde es eine signifikante Lichtmenge
geben, die um die Ränder
der verbundenen Lichtleiter herum verloren geht, die nicht zusammenpassen,
um eine größere runde
Querschnittsfläche
zu erzielen.
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Wie
in 2 zu sehen ist, verwendet das zentralisierte Beleuchtungssystem 50 gemäß der Erfindung
einige gleiche Komponenten, wie sie in Verbindung mit 1 beschrieben
sind; diese gleichen Komponenten haben die gleichen Bezugszahlen
wie in 1. Anders als das zentralisierte Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 bildet
jedoch das System 50 gemäß 2 eine Doppelausgangskonfiguration
in einer Art und Weise, durch die die ersten und zweiten Lichtleiter 18, 20 das
Gehäuse 26 180
Grad voneinander getrennt verlassen. Auf diese Weise ist es nicht
länger
notwendig, einen oder beide Lichtleiter 18 oder 20 zu
biegen, um zu den zwei Frontlampenorten zu verlaufen, die für eine Automobil-Frontbeleuchtungsanwendung
erforderlich sind.
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Als
ein weiterer Unterschied von dem zentralisierten Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 verwendet
das Beleuchtungssystem 50 gemäß 2 eine Spiegelkonfiguration 30,
die erste und zweite Spiegelsegmente 30a und 30b enthält, die
in einer V-förmigen
Anordnung miteinander verbunden sind. In der dargestellten Konfiguration,
in der das Reflektorteil 14 Licht über eine Breitensteuerung von ±30 Grad
abgibt, sind die ersten und zweiten Spiegelsegmente 30a und 30b so
miteinander verbunden, dass sie einen Winkel von etwa 75 Grad dazwischen
bilden, Ähn lich
der Anordnung des Bündelteilungsspiegels 16 ist
der V-förmige
Spiegel 30 gemäß 2 an einer
Stelle vor dem zweiten optischen Brennpunkt des Reflektorteils 14 angeordnet.
Es sollte selbstverständlich
klar sein, dass die Verkleinerung in dem Winkelabstand zwischen
den Spiegelsegmenten 30a, 30b von einem Anfangspunkt
von 90 Grad weitgehend von dem Bündelstreuausgang
aus dem Reflektorteil 14 bestimmt wird. Im allgemeinen
würde es für eine Bündelstreuung
breiter als die ±30
Grad des Reflektors 14 eine weitere Verringerung in dem Trennwinkel
von 75 Grad geben. Beispielsweise sollte der Trennwinkel auf etwa
70 Grad verringert sein, wenn eine Bündelstreuung von ±40 Grad
verwendet würde.
Wenn umgekehrt eine kleinere Bündelstreuung
bereitgestellt würde,
würde der
Trennwinkel auf zwischen 75 und 85 Grad vergrößert sein, wie es erforderlich
ist. Durch diese Einstellung des Trennwinkels zwischen den Spiegelsegmenten 30a und 30b minimiert
das zentralisierte Beleuchtungssystem 50 gemäß 2 den
mittleren Winkel der Lichteingabe in die Lichtleiter 18, 20.
Um alternativ den minimalen durchschnittlichen Eintrittswinkel zu
erzielen, würde es
auch möglich
sein, die Spiegelsegmente 30a und 30b in einem
Winkel von 90 Grad zu orientieren und den Winkel der Lichtleiter 18, 20 zu ändern.
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Durch
die angegebene Anordnung vor dem zweiten optischen Brennpunkt und
die Orientierung der Spiegelsegmente 30a und 30b relativ
zueinander kann die punktförmige
Lichtabgabe aus der Lichtquelle 12 geteilt und in Abschnitte
getrennt werden, die im Abstand von 180 Grad zueinander sind und
die wie ein wesentlicher Teil des Lichtmusters aus der Lichtquelle 12 geformt
sind. Mit anderen Worten, das V-förmige Spiegelteil 30 gemäß 2 erreicht
das gleiche Ergebnis bezüglich
Teilung einer einzelnen Punktquelle der Lichtabgabe in Abschnitte,
die die gleiche Form, Intensität
und Farbe haben, wie es durch den Bündelteilungsspiegel 16 gemäß 1 erreicht
wurde. Während
jedoch der Bündelteilungsspiegel 16 die
Bündelabschnitte
um 90 Grad trennte, trennt das V-förmige Spiegelteil 30 die
Bündelabschnitte
um 180 Grad, was die Verteilung der Lichtabgabe an Stellen gestattet,
die im Abstand von 180 Grad zueinander sind, ohne dass es erforderlich
ist, dass die übertragenden
Lichtleiter gebogen werden.
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Beim
Zusammenbauen des gesamten zentralisierten Beleuchtungssystems 50,
wie es in 2 gezeigt ist, sollte verständlich sein,
dass dieses System auch die Vorschaltanordnung 28 enthält, wie
sie in Bezug auf 1 beschrieben wurde, und es
kann auch die Auskleidungshülsen 22, 24 um
Abschnitte der Lichtleiter 18, 20 herum aufweisen,
wenn diese das Gehäuse 26 verlassen,
Weiterhin wird der Montagevorgang die Schritte enthalten, dass die
Eingangsenden der Lichtleiter 18, 20 in einer
derartigen Art und Weise angeordnet werden, dass sie mit dem oberen
Abschnitt von dem V-förmigen
Spiegelteil 30 ausgerichtet sind. Durch eine derartige
Ausrichtung zwischen dem V-förmigen
Spiegelteil 30 und den Lichtleitern 18, 20 maximiert
das zentralisierte Beleuchtungssystem 50 die Lichtmenge,
die in die Lichtleiter 18, 20 über einer horizontalen Ebene
eintritt, die die Lichtleiter 18, 20 in zwei Teile
schneidet. Es ist die Orientierung der Spiegelteile 30a und 30b in
einem Winkel von weniger als etwa 85 Grad, und vorzugsweise 75 Grad,
die die Maximierung der Lichteingabe in die Lichtleiter gestattet.
Es ist gemessen worden, dass, wenn die Spiegelsegmente 30a und 30b in
einem Winkel von 90 Grad relativ zueinander angeordnet wurden, der
größere Teil
des in die Lichtleiter eingegebenen Lichtes oberhalb der Ebene sein
würde, die
die Lichtleiter in zwei Hälften
schneidet, wodurch ein ungleichmäßiges Bündelmuster
entsteht, das an den Austrittsenden der Lichtleiter 18, 20 abgegeben wird.
Wie jedoch zuvor erläutert
wurde, könnte
der durchschnittliche Eintrittswinkel minimiert werden, indem die
Winkel der Lichtleiter 18, 20 gedreht werden. Weiterhin
sind die Lichtstrahlen, die in die Lichtleiter an den mit einem
V-förmigen
Spiegel verbundenen höheren
Winkeln größer als
etwa 85 Grad eintreten, Gegenstand einer größeren Anzahl von Prellvorgängen innerhalb
der Lichtleiter sind, bis sie das Ausgangsende erreichen; es ist
bekannt, dass je mehr Prellen innerhalb der Lichtleiter auf tritt,
desto größer ist
der Lichtverlust. Deshalb tritt durch Verwendung einer Orientierung
zwischen den Spiegelsegmenten von weniger als 85 Grad, und vorzugsweise
75 Grad, Licht nun in die Lichtleiter 18, 20 symmetrisch
zu der Ebene ein, die diese Lichtleiter in zwei Hälften schneidet.
Auf diese Weise wird das eingegebene Licht über einen kleineren Winkel
relativ zu der Achse in der vertikalen Richtung verteilt und es
gibt keine Änderung
in der horizontalen Richtung. Dies bedeutet, dass ein größerer Anteil
des Lichtes mehr parallel zur Achse der Lichtleiter 18, 20 ist,
so dass das eingegebene Licht eine kürzere Bahn mit weniger Prellvorgängen erfährt. Deshalb
erzielt das in 2 gezeigte zentralisierte Beleuchtungssystem 50 eine gleichförmige Bündelform
am Ausgangsende der Lichtleiter 18, 20 und erfährt weniger
Lichtverlust durch die Lichtleiter 18, 20, indem
die Anzahl von Prellvorgängen
verkleinert wird, wie sie bei einem größeren Winkel zwischen den Spiegelsegmenten 30a und 30b auftreten
würde.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Spiegelsegmenten, die in
einem Winkel von weniger als etwa 85 Grad verbunden sind, ist der,
dass diese V-förmige
Spiegelanordnung näher
an die Lichtquellen/Reflektorkonfiguration bewegt werden kann, wodurch
die Gesamtgröße des Systems
verkleinert wird.
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Obwohl 2 so
dargestellt ist, dass dort ein Winkel von 75 Grad vorgesehen ist,
der die Spiegelsegmente 30a und 30b trennt, so
sollte doch klar sein, dass auch andere Winkel kleiner als etwa
85 Grad verwendet werden könnten.
Der Wert von 75 Grad ist am geeignetsten in einem zentralisierten
Beleuchtungssystem 50 aufgrund der Tatsache, dass Licht,
das von dem elliptisch geformten Reflektorteil 16 abgegeben
wird, über
etwa ±30
Grad gestreut wird. Um die Kopplungseffizienz zwischen dem Licht, das
von dem ellipsenförmigen
Reflektorteil 16 abgegeben wird, zu dem V-förmigen Spiegelteil
zu maximieren, ist es deshalb notwendig, das Lichtbündel um
etwa eine Hälfte
der Bündelstreuung
oder, in diesem Fall, etwa 15 Grad zu drehen. Diese Bündeldrehung
von 15 Grad führt
dann zu dem Erfordernis, dass die Spiegelsegmente jeweils etwa 7,5
Grad aus einer ursprünglichen
90 Grad Orientierung relativ zueinander weg gedreht werden. Diese
gleiche Relation würde
für einen
alternativen Reflektor mit einer anderen Bündelstreuung als 30 Grad gelten,
und es ist beabsichtigt, dass dieser andere Reflektor und V-förmige Spiegel mit einer Streuung
von weniger als etwa 85 Grad innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden
Erfindung liegt.
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Wie
in 3 zu sehen ist, enthält ein zentralisiertes Beleuchtungssystem 60 gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
eine Anzahl von gleichen Komponenten, die zuvor in Bezug auf die 1 und 2 erläutert wurden,
und deshalb sind die gleichen Bezugszahlen verwendet. Das zentralisierte Beleuchtungssystem 60 gemäß 3 enthält ferner eine
Abwandlung des Systems 50 gemäß 2, die die
Verwendung von Lichtleitern mit kleineren Abmessungen als denjenigen
gestattet, die zuvor erläutert
wurden, oder sie gestattet die Sammlung einer größeren Lichtmenge, die von der
V-förmigen
Spiegelanordnung 30 abgegeben wird. Die Fähigkeit,
die Größe des Lichtleiters
oder die Lichtmenge zu variieren, die von dem V-förmigen Spiegel 30 aufgenommen
wird, wird durch Verwendung von trichterförmigen optischen Kopplerteilen 32, 34 erreicht,
die teilweise in dem Gehäuse 26 angeordnet
sind und teilweise außerhalb
des Gehäuses 26 verlaufen,
um durch Hülsenteile 22, 24 mit
den Lichtleitern 18, 20 verbunden zu werden. Die
trichterförmigen
Kopplerteile 32, 34 können aus einem gebrannten Quarzmaterial
hergestellt sein. Wie in Bezug auf das zentralisierte Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 erläutert wurde,
wurden 12 mm Lichtleiter zum Messen der Eingangslichtwerte der durchgelassenen
und reflektierten Bündelabschnitte
verwendet. Ein derartiger Lichtleiter mit einem Durchmesser von
12 mm ist zur Verwendung in den meisten zentralisierten Beleuchtungssystemen
geeignet und gestattet genügend Systemflexibilität zur Lieferung
der Lichtabgabe zu verschiedenen im Abstand angeordneten Lichtversorgungsstellen.
In einem System, wo der flexiblere Lichtleiter mit einem Durchmesser
von 12 mm nicht erforderlich ist, ist es jedoch möglich, einen Lichtleiter mit
einem größeren Durchmesser
zu verwenden und mehr Licht aufzunehmen, das von der V-förmigen Spiegelanordnung 30 abgegeben
wird. Beispielsweise hat, wie zuvor erläutert wurde, das Punktquellenlicht,
das von der Lichtquelle 12 abgegeben wird, eine runde Form
mit der höchsten
Intensität
an der Mitte von dieser runden Form und mit abfallender Intensität, wenn
man sich von der Mitte des runden Punktes radial nach außen bewegt.
In der Tat ist es bekannt, dass bei der Lichtquellen-Reflektorkonfiguration,
bei der der Bogenspalt der Lichtquelle weniger als etwa 4 mm beträgt und das
Reflektorteil dementsprechend bemessen ist, zusätzliches Licht nach außen bis
zu etwa 19 mm im Durchmesser zur Verfügung steht.
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Die
trichterförmigen
Kopplerteile 32, 34 können nach unten abgeschrägt sein
von einem größeren Durchmesser,
der die Aufnahme des zusätzlichen
Lichtes außen
in Richtung auf die 19 mm Abmessung gestattet, zu der 12 mm Größe der Lichtleiter 18, 20.
Der Schrägwinkel
für die
trichterförmigen Koppler 32, 34 sollte
wenige Grad nicht überschreiten,
denn das reflektierte Licht erfährt
eine Änderung in
der Richtung, die das Doppelte dieses Winkels beträgt. Zusätzlich sollte
die Länge
der Trichterkoppler 32, 34 so sein, dass sehr
wenige Strahlen mehr als Reflexion von dem Trichterabschnitt erfahren.
Ein Auslegungsbeispiel, das diese Erfordernisse erfüllt, würde die
Gesamtlänge
der Trichterkoppler 32, 34 von 25 mm und einen
Durchmesser haben, der sich von 15 mm auf 12 mm verjüngt, was
einem Schrägwinkel
von 3,4 Grad entspricht. In der Praxis wurde ermittelt, dass diese
Ausgestaltung zur Folge hat, dass wenige Lichtstrahlen nahe dem
Rand der Trichterkoppler 32, 34, wo die Intensität am kleinsten
ist und die Lichtstrahlen die größten Winkel
haben (nahe 30 Grad), auf den Trichterkoppler 32 oder 34 zwei Mal
innerhalb des Trichterabschnittes auftreffen. Die Majorität der Lichtstrahlen
nahe dem Rand sind einen kleinen Winkel aufweisende Strahlen, die
in den geraden Abschnitt von den Trichterkopplern 32, 34 unter
einem Winkel gut unterhalb dieser 30 Grad-Grenze eintreten und deshalb nicht die
vielfachen Prellvorgänge innerhalb
der Trichterkoppler 32, 34 erfahren. Es wurden
tatsächliche
Messungen der Kopplungseffizienz unter Verwendung der Trichterkoppler 32, 34 durchgeführt und
es wurde gefunden, dass es eine Verbesserung von 5,3% in der Lichtabgabe
aus den 12 mm Lichtleitern gab im Vergleich zu einem System, das
einen geraden 12 mm Lichtleiter verwendet. Darüber hinaus hat das zentralisierte
Beleuchtungssystem 60, das die Trichterkoppler 32, 34 verwendet,
den zusätzlichen
Vorteil, dass die Abgabe weniger empfindlich gegenüber kleineren Änderungen
in der Position oder Ausrichtung ist. Es sollte verständlich sein,
dass die trichterförmigen
Kopplerteile 32, 34 in dem zentralisierten Beleuchtungssystem 10 gemäß 1 implementiert
sein können,
um in gleicher Weise verbesserte Kopplungseffizienten zu erhalten.
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Obwohl
die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung darstellen, sollte verständlich sein, dass Modifikationen
daran vorgenommen werden können,
ohne von dem Schutzumfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen angegeben
ist, abzuweichen. Beispielsweise würde es anstelle einer Doppelausgangsanordnung
möglich
sein, das Spiegelteil 30 gemäß den 2 und 3 so
abzuändern,
dass eine Vierportanordnung erhalten wird. Durch Verwendung von
vier Spiegelsegmenten, die in einer Pyramidenkonfiguration angeordnet
und in gleicher Weise wie der Spiegel 30 positioniert und
im Winkel angeordnet sind, könnte das
abgegebene Licht in vier Abschnitte geteilt werden, die 90 Grad
voneinander getrennt sind. Andere Vielfach-Spiegelanordnungen könnten in
gleicher Weise wirksam sein. Zusätzlich
würde es
möglich sein,
die Lichtquelle 12/Reflektor-Konfiguration zusammen mit
dem V-förmigen
Spiegel 30 zu verwenden, so dass das von dem Spiegel 30 abgegebene Licht
als eine geteilte Flutlichtanordnung wirken könnte, wenn die Lichtleiter 18, 20 oder
die optischen Koppler 32, 34 eliminiert würden.