DE69832508T2

DE69832508T2 - Eine durch extrinsische differential geometrie entworfene beleuchtung

Info

Publication number: DE69832508T2
Application number: DE69832508T
Authority: DE
Inventors: A. William PARKYN
Original assignee: Teledyne Lighting and Display Products Inc
Current assignee: Teledyne Lighting and Display Products Inc
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: EP1015808A1; US5924788A; EP1015808A4; DE69832508D1; EP1015808B1; JP2001517855A; JP4183907B2; CA2303007C; WO1999015826A1; CA2303007A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer Linsenform für ein Beleuchtungsgerät mit einem vorgeschriebenen Ausgabemuster mit einer Lichtquelle und einer optischen Linse.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Fast der gesamte Stand der Technik der Linsengestaltung kann unter der Abbildungskategorie subsumiert werden, deren Zweck es ist, das äußere Erscheinungsbild eines Objektes genau zu gestalten. Linsen sind auf dem Gebiet der Beleuchtung wenig angewendet worden, bei dem Reflektoren überwiegen aufgrund ihrer geringeren Kosten und überlegenen Effizienz, wenn sie mit herkömmlichen Lichtquellen angewendet werden. Somit wurde wenig Nachdruck auf die Gestaltung von Linsen für eine Beleuchtung gelegt bei denen es die Aufgabe ist, ein vorgeschriebenes Muster einer Lichtverteilung zu erfüllen und das Abbilden der Lichtquelle unerwünscht ist. Viele dieser Vorschriften gelten für rechtwinklige und andere nicht kreisartige Lichtmuster.
Da optische Linsen in überwältigendem Umfang durch Schleifen und Polieren ausgebildet worden sind, sind ihre Oberflächen von Umlaufgestalt wie beispielsweise Kugeln, Tori und Zylinder. Im Allgemeinen sind Umlaufgestalten nicht geeignet zum Ausbilden von Beleuchtungsmustern, die nicht kreisartig symmetrisch sind.
Die vorliegende Erfindung führt ein anderes Verfahren einer Linsengestaltung als jenes von optischen Abbildungslinsen aus. Sie nutzt Formen, die keine Umlaufgestalt haben, sondern die durch Formen aus Kunststoff oder Glas hergestellt werden können.
Sie sind besonders geeignet für eine Anwendung mit Lichtemittierdioden, deren kleine Größen ermöglichen, dass derartige Linsen klein sind und bei ihnen ein Spritzformen leicht ist.
Die wichtigsten Beleuchtungsvorschriften, die von der vorliegenden Erfindung angesprochen werden, sind diejenigen für Fahrzeugbeleuchtung durch die Vereinigung der Automobilingenieure (Society of Automotive Engineers) und für Schiffe durch die Küstenwache der Vereinigten Staaten (United States Coast Guard). Spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sprechen diese Vorschriften an. Diese sind Weitfeldvorschriften für eine Winkelverteilung des Lichtes, wohingegen die Beleuchtungsvorschriften für eine in der Nähe befindliche Fläche da ist, wie beispielsweise die Wände oder die Decke eines Raumes.
Die gegenwärtige Technik der Leuchtkörpergestaltung nutzt das Verfahren der computerunterstützten Suche durch eine Anzahl an Gestaltungsvariationen mit einer Strahlverfolgung, die angewendet wird, um die Geschlossenheit einer Ausgabe eines fraglichen Beleuchtungskörpers anhand der erwünschten Lichtverteilung auszuwerten. Diese Technik ist nicht gänzlich zufriedenstellend, da die Weite des Gestaltungsraumes eine exakte Übereinstimmung der Ausgabe des Leuchtkörpers mit der vorgeschriebenen Ausgabe ausschließt, unter der Voraussetzung, dass der Gestaltungsstartpunkt lediglich ein Schätzwert ist.
Ein Beispiel einer herkömmlichen Gestaltung ist die Lenslet-Aufreihung, die bei Signallampen von Kraftfahrzeugen genutzt wird. Viele kleine Linsenelemente, üblicherweise sphärische, zylindrische oder torische Linsenelemente, übertragen das kollimierte Lichtstrahlbündel von einem Reflektor in ein Weitwinkelstrahlbündel, das so geformt ist, dass es die gesetzlichen Normen erfüllt. Derartige Kombinationen aus einem Reflektor und Lenslet-Aufreihungen haben jedoch typischerweise schlechte Wert im Hinblick auf die Effizienz wie beispielsweise ein Drittel. Obwohl der Reflektor für einen großen Teil dieser Ineffizienz verantwortlich gemacht werden kann, ist die Begrenzung von Lensletformen auf Kugeln, Zylindern und Tori (die durch Drehen von Schneidelementen ausgebildet werden) verantwortlich, was das Vermögen des Gestalters, die Form des Ausgangsstrahlbündels mit dem vorgeschriebenen Muster in Übereinstimmung zu bringen, außerordentlich einschränkt. Ein derartiges Übereinstimmen gestaltet die Effizienz maximal, da jeder Punkt der Spezifikation mit einer minimalen Lichtmenge erlangt werden kann.
Die allgemeine Gestaltung von drehsymmetrischen Leuchtkörpern verwendet das Verfahren des Übereinstimmens der kumulativen Verteilung der Quellenintensität mit derjenigen des erwünschten Ausgabewertes. Die kumulative Intensität verläuft von 0 bis 100 beginnend an der optischen Achse und sich hinaus zu dem Rand des erwünschten Ausgabemusters erstreckt. Eine andere kumulative Verteilung wird für die Intensität der Lichtquelle über den Winkelbereich, der durch den Leuchtkörper umzulenken ist, berechnet. Dann wird jeder Winkel eines Strahls von der Quelle mit einem speziellen prozentualen Anteil an der kumulativen Quellenintensität in einen Ausgabewinkel mit gleichen prozentualen Anteil an kumulativer Ausgabeintensität umgelenkt. Von diesen beiden Winkeln wird der Winkel berechnet, den die Oberfläche des Leuchtkörpers haben muss, um das Umlenken auszuführen. Dann wird die tatsächliche Oberfläche des Leuchtkörpers abgeleitet durch eine radiale Integration nach außen von einem Anfangsstart. Die sich ergebende Form hat die Neigung, die erforderlich ist, um das Licht von einer drehsymmetrischen Quelle zu einem vorgeschriebenen drehsymmetrischen Ausgabemuster umzulenken.
Dieses Verfahren der Übereinstimmung der kumulativen Verteilungen ist jedoch für jene Fälle nicht geeignet, bei denen entweder die Quellenintensitätsverteilung oder das erwünschte Ausgabemuster keine Umlaufgestalt haben, das heißt azimuthal konstant sind (ein Beispiel von einer derartigen Quelle ist eine Leuchtmitteldiode mit zwei Verbindungsanschlüssen). Dies ist der Fall, weil eine kumulative Verteilung naturgemäß eindimensional ist, während die zwei Dimensionen eines Winkelraumes verhindern, dass eine einzige Linie integral verwendet wird, um einen eine Bedeutung tragenden Index der Form der Verteilung zu berechnen.
Bei der Gestaltung von optischen Linsen ist das konzeptuell am nächsten liegende Gestaltungsverfahren jenes von anamorphischen Linsen. Diese jedoch werden für ein vorgeschriebenes Distorsionsmuster gestaltet, wobei es sich dabei um etwas ganz anderes als das Erreichen einer vorbestimmten Variation bei der Beleuchtungsintensität handelt.
Die Druckschrift US-A-4 755 047 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen einer Geometrie von einem vorhandenen dreidimensionalen Objekt unter Anwendung einer gaußschen Sphäre.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Erzeugen einer Linsenform für ein Beleuchtungsgerät in einem vorgeschriebenen Ausgabemuster mit einer Lichtquelle und einer optischen Linse in derartiger Weise zu schaffen, dass die Linsenform mit der Lichtquelle bei einer speziell erwünschten Ausgabe des Belichtungsgerätes genau übereinstimmen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Erzeugung einer allgemeinen Klasse an Beleuchtungslinsen, die genau mit einer Quelle einer speziellen erwünschten Ausgabe übereinstimmen können, wenn eine oder beide von ihnen keine Umlaufgestalt haben. Keine Ausprobierprozesse (trial and error) sind für ihre Gestaltung erforderlich. Der mathematische Zweig der Differenzialgeometrie ist die Basis für die Erzeugung der Formen von speziellen Linsen. Wie bei dem vorstehend erwähnten Verfahren der Rotationssymmetrie gibt es zwei Basisstufen bei dem Gestaltungsprozess:

(1) Ableiten einer Verteilung einer Oberflächenneigung, indem die Quelle und die Ausgabeintensitätsmuster übereinstimmen;
(2) Erzeugen der Form des Leuchtkörpers, indem die Neigungsfläche integriert wird.

Bei jeder Stufe erfordert jedoch die Oberflächentheorie vollständig andere Gestaltungsverfahren als jene in dem eindimensionalen Fall der Drehsymmetrie oder Rotationssymmetrie. Wenn Flächen als gekrümmte zweidimensionale Räume untersucht werden, ist die intrinsische Differenzialgeometrie involviert im Hinblick auf die Eigenschaften, die durch Klappen nicht beeinflusst werden jedoch durch Dehnen sich ändern.
In dem Fall der vorliegenden Erfindung arbeitet jedoch die Linsenoberfläche in unserem täglichen dreidimensionalen Raum, so dass die extrinsische Differenzialgeometrie verwendet wird, um sie zu gestalten. Beispielsweise hat ein Polyhedron wie beispielsweise ein Würfel, eine dreidimensionale Form, die durch die extrinsische Differenzialgeometrie untersucht wird; jedoch hat er auch derartige intrinsische Eigenschaften, wie sie durch das Zeichnen von Dreiecken an ihm, die eine Ecke umschließen, offenbaren. Diese Dreiecken verletzen die Gesetze der ebenen Trigonometrie (das heißt ihre Innenwinkel ergeben nicht 180°), so dass diese räumliche Eigenschaft der Oberfläche ein intrinsischer Aspekt ist, unabhängig davon, dass er im dreidimensionalen Raum ist.
Die spezielle Anwendung der extrinsischen Differenzialgeometrie bei der vorliegenden Erfindung geschieht bei der Oberflächensynthese, wodurch die Linsenoberfläche von der Spezifikation ihrer Neigung bei einer großen Anzahl an Punkten integriert wird. Die Oberflächenneigung wird berechnet gemäß den optischen Gesetzen aus der Kenntnis, wie das Licht von einer Quelle umgelenkt werden muss, um eine spezielle Vorschrift zu erfüllen. Wenn entweder das Quellenlicht oder die Vorschrift eine Intensitätsverteilung hat, die nicht drehsymmetrisch ist, sind die Gestaltungsverfahren des Standes der Technik unzureichend, wie dies vorstehend erläutert ist. Die vorliegende Erfindung nutzt Computerberechnungen, um eine Linsenoberfläche numerisch zu spezifizieren, wobei die Intensitätsverteilungen der Quelle und die erwünschte Ausgabe gegeben sind.
Beim Umgang mit einer Intensitätsverteilung, die nicht rotationssymmetrisch ist, ist der Schauplatz zum Ausdrücken dieser Verteilung die Oberfläche eines kugelartigen Körpers mit Einheitsradius, der mathematisch als die Gaußsche Sphäre oder der Gaußsche Raum bekannt ist, gemessen in Steradian, wobei 4π der Raumwinkel der gesamten Gaußschen Sphäre ist. Ein Steradian ist ein Kreis über 65,5° oder ein Viereck von 59,3° an einer Seite, in jedem Fall insgesamt (180/)² = 3282,8 Quadratgrad. Die Leuchtintensität ist einfach die Menge an Lumen, die in einem Raumwinkel ausgegeben wird, wobei ein Kandela gleich 1 Lumen pro Steradian ist (wobei dieser den alten Ausdruck „Leuchtstärke" ersetzt hat, was entweder die Intensität oder eine Messeinheit der Intensität bedeuten kann). Ein Identitätsmuster kann graphisch mit entweder einer zweidimensionalen Tabelle von Konturen einer konstanten Intensität oder einer dreidimensionalen Tabelle mit einer Höhe, die die Intensität repräsentiert, aufgezeigt werden.
Der Hauptteil des Gestaltungsverfahrens der vorliegenden Erfindung und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein drittes Verfahren zum Anzeigen einer Intensitätsfunktion: ein Gitter oder Netz an der Gaußschen Sphäre mit Zellen sich verändernder Größe. Die Zellengröße ist umgekehrt proportional zur Intensität, so dass jede Zelle die gleiche Menge an Lichtfluss hat. Das spezielle Gittermuster, das gewählt wird, wird Tesselation oder Deckung oder die Sphäre genannt. Ein Beispiel ist der Breitengrad und der Längengrad in der Geographie und ein anderes Beispiel ist die Trigangulation auf der Grundlage des Icosahedron. In dem Fall der vorliegenden Erfindung ist jedoch der gesamte Raum nicht abgedeckt, da normalerweise weder Lichtquellen noch Beleuchtungsvorschriften sämtliche Richtungen abdecken. Daher gibt es eine größere Freiheit bei dem Aufgreifen von Abdeckungen für spezielle Gestaltungen, die so genannte in der Mathematik bekannte unvollständige Atlanten (incomplete atlases) ausbilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Linse erzeugt werden, deren Oberfläche keine Umlaufoberfläche oder Revolutionsoberfläche ist, und wobei die Linsenoberfläche Oberflächennormalenvektoren besitzt, die es ermöglichen, dass die Linse Quellenlicht in ein Objektstrahlbündel überträgt oder umwandelt, wobei das vorgeschriebene Abgabemuster erfüllt ist.
Die sich ergebende Linse hat eine Gesamtgröße in Bezug auf die Größe der Lichtquelle und wird erhalten durch eine Auswahl des Abstandes von einem Anfangsstartpunkt der Linsenoberfläche, der von der Lichtquelle erzeugt wird, der eine Unschärfe des abgegebenen Strahlbündels unterhalb einer Höhe hält, die durch die Winkelauflösung der Objektmustervorschrift definiert ist.
Das Verfahren kann außerdem den Schritt des Ausführens von einander folgenden Integrationen von benachbarten charakteristischen Streifen in einer derartigen Weise umfassen, dass die Bedingung der Integrationsfähigkeit erfüllt ist, die eine Gleichheit der gekreuzten zweiten Ableitungen (Kreuzsekundärderivate = crossed secondary derivates) der Oberflächen der Linse diktiert, um dadurch sicherzustellen, dass die Oberfläche der Linse die Oberflächennormalen hat, die erforderlich sind, damit sie das Licht von der Quelle in ein Abgabestrahlbündel umwandelt, wobei im Wesentlichen die Vorschrift erfüllt ist.
Diese Aufgabe und die Vorteile der vorliegenden Erfindung und auch die Einzelheiten von einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel sind aus der nachstehend dargelegten Beschreibung und den Zeichnungen deutlicher verständlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Gitter bei der Gaußschen Sphäre einer vorgeschriebenen Intensitätsabgabe.
2 zeigt eine Seitenansicht von einem entsprechenden Gitter bei der Gaußschen Sphäre einer Lichtquellenintensität.
3 zeigt eine Draufsicht auf das Gitter von 2.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Linse, die aus diesen Gittern abgeleitet ist.
5 zeigt eine Seitenansicht der Linse.
6 zeigt eine schematische Darstellung von Gittern und einer erzeugten Linse und Lichtabgaben.
7 zeigt ein Querschnitt durch eine Linse, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Linse, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht von einer Linseneinheit, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt worden ist, und von einem Reflektor.
9a zeigt eine Schnittansicht durch die Linse und den Reflektor von 9.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht von einer Linseneinheitsaufreihung.
11 zeigt eine Video- oder TV-Einheit mit einem Bildschirm, bei dem die Linseneinheitsaufreihung von 10 eingebaut ist.
12 zeigt eine Schaltungsdarstellung zum Steuern von LEDs bei jeder der Aufreihung der Linseneinheiten in 10.
13 zeigt eine bildliche Darstellung von einer Empfängersichtzone oder einem -bereich in Bezug auf einen großen Videobildschirm bei dem die Aufreihung von 10 eingebaut ist, wobei die Relativwinkel der Linseneinheiten oder -zellen gezeigt sind.
14 zeigt eine Draufsicht auf ein Schiff, das Lichtquellen trägt, auf die Bezug genommen wird.
15 zeigt eine Draufsicht auf die Linse von 4.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es gibt verschiedene Verfahren zum Konstruieren eines Gitters, auf das Bezug genommen wird, für eine spezielle Spezifikation.
Eine reguläre Tesselation, bei der sämtliche Zellen die gleiche Größe haben, kann gekrümmt sein, damit sie auf die Vorschrift passt. Mit einer größeren Anzahl an Zellen kann ein derartiges Krümmen genau mit der Vorschrift übereinstimmen. Dieses Krümmen wird verwirklicht durch ein Koordinatenschrumpfen von dem regulären Gitter. Eine typische Vorschrift hat eine Mitte oder eine Näherungsrichtung der größten Intensität IMAX. Ein rechtwinkliges Gitter (das heißt ein Äquatorsektor von einem Breitengrad-Längengrad-Gitter) wird an der Mitte ausgerichtet, so dass es sich an der Ecke von einer Zelle befindet, bei der Richtung (x₀, y₀).
Es wird ein Iterationsintervall dx angewendet, das viel kleiner als die Zellenbreite w_x des Gitters ist, beispielsweise dx = w_x/1000. Dann wird die folgende Summierung iteriert, um den Abstand x₁ zu der anderen Ecke der gekrümmten Zelle zu finden:
Dadurch schrumpft die Zelle in der Richtung x, um die Intensität auszugleichen, da sie mit x variiert. In der senkrechten Richtung y wird entlang einer Gittelinie bei x_i das gleiche Verfahren angewendet:
Hierbei gibt eine Ausdehnung der Zelle beim Abnehmen der Intensität relativ zu ihren Wert an der Linie y₀. Durch dieses Verfahren bleibt das Gitter orthogonal mit einem unterschiedlichen Krümmungsmuster in den beiden Richtungen, jedoch ist die Gesamtkrümmung ein Produkt der Krümmungen x und y. Dieser Zustand ist als Repariervermögen bekannt.
Mitunter ist das Nutzen eines derartigen Repariervermögens nicht möglich, so, wenn die Vorschrift ein großes Verhältnis I (x_i, y₀)/I(x_i, y₁) hat, von der Gittermitte zu der Gitteroberseite y₁ bei x und ein viel kleineres als an dem Gitterrand x_c ist. Dies bewirkt, dass eine viel größere Anzahl an Zellen bei x_c als bei x₀ erzeugt werden. Stattdessen geschieht die Krümmung x erneut bei jedem y_i, so dass das Gitter nicht orthogonal ist und die Gitterlinien gekrümmt sind.
Alternativ kann ein Polargitter angewendet werden, das heißt der Polarabschnitt eines Breitengrad-Längengrad-Gitters, wobei der Pol an dem Quellenmaximum ist. Dann kann die Krümmung geschehen, indem die Breitengradkreise zu Ovalen gestaltet werden oder indem die Längengradlinien bei ungleichmäßigen Intervallen gehalten werden oder beides geschieht, so dass ein orthogonales Gitter sich ergeben würde. Alternativ könnte ein nicht orthogonales Gitter durch ein Biegen der Längengradlinien gebildet werden.
Alternativ kann eine reguläre Tesselation (Mosaikarbeit) mit einer sehr großen Anzahl an Zellen zusammengefasst werden, indem diese kleinen Zellen zu größeren mit variierender Größe in Gruppen gestaltet werden, so dass jede Gruppe an Zellen den gleichen Gesamtlichtfluss hat. In dem Fall werden die Gitterzellen so indexiert, dass die Position innerhalb des Gitters ausgedrückt wird, mit entweder einer einzelnen Zahl oder einem Paar an Zahlen analog zu dem Breitengrad und dem Längengrad in der Geographie.
Der Schlüssel zu dem Gestaltungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau von zwei derartigen Gittern: das erste (siehe 1) an der Gaußschen Sphäre mit der Ausgabeintensität und das zweite (siehe 2) an der Gaußschen Sphäre mit der Quellenintensität. Diese Sphären haben keinen physikalischen Ort, sondern existieren abstrakt zu dem Zwecke des Errichtens der beiden Gitter. Das Quellengitter kann so gedacht werden, dass es eine kleingestaltete Version der Quelle an seiner Mitte hat. Das Vorschriftsgitter kann so gedacht werden, dass es eine kleingestaltete Version der vorliegenden Erfindung an seiner Mitte hat. Beide drücken das Weitfeldverhalten des Lichtes aus.
Beide Gitter haben die gleiche Anzahl an Quellen und das gleiche Indexiermuster, so dass ein Verhältnis eins zu eins zwischen ihnen errichtet ist. Dieses Verhältnis macht es erforderlich, dass beide Gitter die gleiche Topologie haben, so dass dann, wenn eines dreieckig beispielsweise ist, das andere nicht rechtwinklig oder polar sein kann. Eine andere Gittertopologie ist elliptisch-parabolisch. Somit wäre das Krümmungsverfahren der Gittererzeugung zu bevorzugen, da es besser die Unterschiede zwischen den Quellen- und Abgabeverteilungen der Intensität unterbringt. Das Abgabegitter wird zuerst gebildet, da die Erfüllung der Vorschrift der Zweck der Linse ist, und typischerweise hat die Vorschrift mehr Unregelmäßigkeiten oder Idiosynkrasien als die Quellenabgabe.
1 zeigt ein typisches Gitter 100 an der Gaußschen Sphäre mit Richtungen, die sich horizontal für eine Spanne von 112,5° und vertikal 25° oberhalb und unterhalb der horizontalen Ebene erstrecken. Bei der vertikalen Spanne von 5° oberhalb und unterhalb der horizontalen Ebene haben die Zellen 110 die Hälfte der Größe der restlichen Zellen 120. Dieses Gitter drückt die „U.S. Coast Guard specification for navigation lights" aus, bei der die volle Intensität innerhalb von 5° der horizontalen und die halbe Intensität innerhalb von 25° der Horizontalen gehalten wird. Somit enthält jede Zelle die gleiche Menge an Lichtfluss. Aus Gründen der Deutlichkeit der Darstellung gibt es lediglich 22 horizontale Reihen mit 46 Zellen bei diesem Muster, obwohl in der tatsächlichen Praxis es ein Vielfaches mehr wäre. Das Gitter ist an der Achse 130 ausgemittelt.
2 zeigt eine Seitenansicht und 3 eine Draufsicht von dem entsprechenden Lichtquellengitter 200 ebenfalls mit 22 Reihen mit 46 Zellen. Dieses Gitter befindet sich an der Gaußschen Sphäre mit Richtungen von Licht, das von einer Lambertschen Quelle kommt, die eine Intensität hat, die mit dem Kosinus des Winkels 210 mit der Achse 220 abfällt. Die Zellen 230, die am nächsten zu der Achse 220 sind, sind die kleinsten, während jene, die weiter weg sind, größer sind, wobei die Eckenzelle 240 die Größte ist. Der horizontale Winkel 250 ist analog zu dem Längengrad und der vertikale Winkel 210 ist analog zu dem Breitengrad.
4 zeigt eine Draufsicht auf eine Linse 400, ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die aus der Korrespondenz zwischen den Gittern von 1 und 2 erzeugt worden ist. Die optische aktive obere Fläche 410 wird von den Flächennormalen mathematisch erzeugt, die von den entsprechenden Gittern 100 und 200 abgeleitet sind. Unterhalb der oberen Fläche ist eine konische Stützbasis 420. An dem Boden der Linse ist eine Vertiefung 430 zum Aufnehmen einer Schalttafel 440, an der zwei Reihen an Lichtimitierdioden 450 montiert sind, die in einer transparenten Schutzepoxidmasse 460 gebettet sind. Die Linse 400 steht in optischem Kontakt mit einer transparenten Masse 460, so dass kein Luftzwischenraum vorhanden ist. Diese Linse transformiert in effizienter Weise die Lambertsche Ausgabe, repräsentiert durch das Gitter 200, von Absorbiersubstrat-LEDs 450 in eine Strahlung, die mit der Küstenwachennorm (Coast Guard Standard) übereinstimmt, repräsentiert durch das Gitter 100. Diese Ansicht zeigt, dass der maximale horizontale Quellenwinkel 470 den Wert 77° hat, innerhalb dem 95% der Ausgabe einer Lambertschen Quelle imitiert werden. Dies zeigt, dass es sein kann, dass schwache Ränder einer Quellenabgabe nicht ein Sammeln wert sind.
In 4 entsprechen die erzeugten gekrümmten Oberflächenlinien 421 den erzeugten gekrümmten Gitterlinien 230 in 3; und erzeugte gekrümmte Gitterlinien 422 in
4 (orthogonal zu den Linien 421) entsprechen den erzeugten gekrümmten Gitterlinien 231 in 2.
Vertikale Linien 423 in 4 repräsentieren eine Seitenansicht von der geneigten Seite von 420. Die Linse der 4 und 5 ist im Allgemeinen kuppelförmig und hat eine Gesamtlänge L₁ in den Richtungen, die durch Pfeile 424 in 4 gezeigt sind, die größer als ihre Gesamtbreite W₁ in der Richtung, die durch Pfeile 427 in 5 gezeigt ist, normal zu 424 und normal zu der Seite von 4 ist. Die Linse ist nach oben konvex entlang ihrer anderen Längsfläche, die mit 426 gezeigt ist, und nach oben konvex entlang ihrer obersten Breitenfläche 428.
5 zeigt eine Seitenansicht der Linse 400 mit Lichtimitierdioden 450. Der maximale vertikale Winkel 480 beträgt 60°, das Maximum, das zu der 25°-Grenze des Gitters 100 gebrochen werden kann. Die Gesamthöhe eines Arbeitsmodels der Linse 400 beträgt lediglich ungefähr die Hälfte von einem Zoll, viel kleiner als äquivalente lichtausgebende Glühlampen des Standes der Technik. Der Anfangspunkt 500 an der Linsenkrone ist der Startpunkt für ein Streifen der Linsenoberfläche 410. Ein Anfangsstreifen 510 erstreckt sich horizontal von 500. Charakteristische Streifen 520 erstrecken sich orthogonal von 510.
Die Grenze befindet sich bei 530.
Üblicherweise ist die Geometrie von dem Quellengitter ausreichend anders von denjenigen des Abgabegitters dahingehend, dass „übrig gebliebenes" Quellenlicht außerhalb des Quellengitters vorhanden ist. In diesem Fall kann das Quellengitter so überladen werden, dass einige der Abgabegitter mehr Licht als vorgeschrieben haben. Somit kann die Gesamtlichtausnutzung maximal gestaltet werden und das zusätzliche Licht führt dazu, dass die vorgeschriebene Intensität überschritten wird. In vielen Fällen dient die Vorschrift lediglich für eine minimale Intensität, so dass dies zulässig wäre.
Diese Entsprechung zwischen dem Quellengitter und dem Abgabegitter spezifiziert die Umrichtfunktion, die die Linse ausführen muss, um das Licht von der Quelle zu dem erwünschten Abgabestrahlbündel zu transformieren. Die Gitterzellen müssen so ausreichend klein sein, dass die Intensität annähernd konstant innerhalb einer Zelle ist. Sie müssen außerdem ausreichend vielzahlig so sein, dass die Umrichtfunktion sich langsam von der Zelle zu der benachbarten Zelle ändert. Dies ermöglicht einen gleichförmigen Aufbau der Linsenoberfläche.
6 zeigt eine Linse 80 in einer Querschnittsseitenansicht, die in der beschriebenen Art und Weise aufgebaut worden ist. Die Linsenoberfläche ist mit 81 gezeigt. Das erste Gitter 82 ist als ein Schnitt durch die expandierte Gaußsche Sphäre gezeigt, wobei die Richtungen des Lichtabgabestrahlbündels von der Oberfläche 81 der Linse ausgehen. Siehe beispielsweise den Strahlbündelvektor V₁, der die Linsenoberfläche verlässt und der dem erwünschten Strahlbündelvektor V₁' entspricht, der die Oberfläche des Gitters 82 verlässt; und den Strahlbündelvektor V₂, der die Linsenoberfläche verlässt und der dem erwünschten Strahlbündelvektor V₂' entspricht, der die Oberfläche des Gitters verlässt.
Das zweite Gitter 83 ist als ein Schnitt durch die reduzierte Gaußsche Sphäre gezeigt, mit einer Richtung der Lichtausgabe von der LED-Quelle mit 84. Siehe den Lichtabgabevektor V₃.
Für jedes Paar an entsprechenden Zellen an den beiden Gittern gibt es eine Ablenkung des Quellenstrahls zu dem Abgabestrahl, die durch die Linse ausgeführt werden muss.
Diese Ablenkung kann erzeugt werden durch eine Brechung, Reflektion durch eine dünne Filmmetallbeschichtung, eine Gesamtinnenreflektion oder eine Kombination aus diesen, wenn die Ablenkung in Stufen ausgeführt wird. Große Ablenkwinkel können ein derartiges Vorgehen in Stufenweise erforderlich machen, wie dies der Fall bei einer Weitwinkelquelle und einem schmalen Abgabestrahl ist.
Für ein Umrichten, das durch eine einzelne Brechung ausgeführt wird, ist die Analyse wie folgt. Das Brechungsgesetz von Snellius an der Grenze zwischen zwei isotropischen Medien mit Brechungsindizes n und n' wird ausgedrückt durch die Gleichung: n sin i = n' sin i'für Einfallwinkel i und i' in der Einfallebene. Lichtstrahlen werden durch dreidimensionale Einheitslängenvektoren repräsentiert, die in die Ausbreitungsrichtung zeigen. Die Grenzfläche zwischen den beiden Medien wird durch einen Einheitslängenvektor repräsentiert, der senkrecht zu dieser steht, der Oberflächennormalenvektor. Für den Einfallstrahl I und den Oberflächennormalenvektor N kann der gebrochene Strahl R von der Vektorform des Gesetzes von Snellius über den Sinusvektor S und den Kosinusvektor C berechnet werden: S = (n'/n)[I – N(N·I)] C = N √ (1 – |S|2)/|N·I| R = C + S
Diese Gleichungen dienen der Ableitung des gebrochenen Vektors R, wenn die Vektoren I und N bekannt sind. Bei der Gestaltung der Linse der vorliegenden Erfindung wird der Vektor I angegeben durch die Position an dem Quellengitter, während der Vektor R durch die entsprechende Position an dem Abgabegitter angegeben wird. Der Oberflächennormalenvektor N muss für jede Zelle bei dem Quellengitter abgeleitet werden. Dies wird unterschiedlich gemäß dem Umstand gemacht, ob n > n' (der Strahl geht aus dem Material heraus) der Fall ist oder ob n < n' (er geht hinein) der Fall ist. In beiden Fällen wird ein Vektor M zunächst berechnet und dann zu einer Einheit gemacht, damit sich der Oberflächennormalenvektor ergibt: N = M/|M|
In dem ersten Fall von n > n' (der Strahl geht aus dem Material heraus) wird der Vektor M angegeben durch: M = I + [n'/(n – n')](I – R)
In dem Fall von n > n' (er geht in das Material hinein) wird der Vektor M angegeben durch: M = R + [n/(n' – n)](R – I)
Für die Reflektion entweder durch einen Metallfilm oder eine totale innere Reflektion wird die Oberflächennormale, die den hineingelangenden Strahl I in einen reflektierten Strahl Q reflektiert, angegeben unter der Anwendung von M = Q – I
Bei einem in den 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geht die Quelle in einem optischen Kontakt mit der Linse, so dass die Oberflächennormalewerte N(i,j) bestimmt werden durch den Fall n > n'.
7 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Linse 700 eine Eingangsfläche 710 und auch eine Ausgangsfläche 720 hat, so dass es einen Zwischenstrahl 730 innerhalb der Linse mit einem Vektor T(i,j) gibt, in der Ebene die durch den Einfallsstrahl 740 mit einem Vektor I und dem Ausfallstrahl 750 mit einem Vektor R und ein wenig zwischen ihnen definiert ist. Um Aberrationen, die die Effekte der finiten Quellengröße stören, minimal zu gestalten, wird T so gewählt, dass die beiden Oberflächennormalen, der Eingang N₁(755) und der Ausgang N₂(756) die gleichen Winkel mit den Strahlen I und R haben. Dies kann numerisch geschehen mit dem Wurzel-Bisektions-Verfahren. Wenn der Ablenkwinkel zwischen I und R größer als 35° ist, macht der Brechungsindex in dem Bereich 1,5, typischerweise von Spritzformkunststoff oder Zweistufenformkunststoff, zwei Flächen erforderlich und eine Minimalaberrationswahl des Strahls T ist erforderlich. Wenn der größte Winkel zwischen dem ersten und zweiten Gitter kleiner als 35° ist, kann die Eingangsfläche hemisphärisch sein ohne Netzablenkung des Lichtes. Dies wäre der Fall für Glühlampen mit Mänteln mit erhöhten Temperaturen, die einen Luftspalt erforderlich machen, der zwischen der Lampe und der Linse liegt.
Die Küstenwachennorm (Coast Guard Standard) für Toplichtlampen oder Masttoplampen für ein unter Anker liegendes Schiff hat ein 360° Muster, was eine Glühlampe mit einem vertikalen Faden verlangt. Im Allgemeinen fallen derartige Fäden unter einen Vertikalstützpfosten, der einen Schatten wirft. Die vorliegende Erfindung kann eine Tränenform einnehmen, um Licht um diesen Schatten herum zu erhalten.
8 zeigt eine Draufsicht mit einer Lampe 600 mit einem transparenten Mantel 610, einem vertikal ausgerichteten zylindrischen Faden 620 und einem vertikalen Stützpfosten 630. Die Linse 640 hat eine Innenfläche 650 und ein Tränenäußeres 660. Ein Strahl 665, der gerade an dem Pfosten 630 vorbei geht, wird in seinen Schatten gebrochen, so dass die 360° Vorschrift erfüllt ist.
Allgemein gesagt übertragen Glühlampen üblicherweise Licht zu einem Muster, das viel größer als eine Hemisphäre ist, typischerweise die gesamte Sphäre minus ein kleiner Abschnitt, der durch die Fadenstützeinrichtung oder Filamentstützeinrichtung oder die Mantelabdichteinrichtung blockiert ist. Wenn das vorgeschriebene Beleuchtungsmuster relativ schmal ist (beispielsweise die Rücklichtnorm der „Society of Automotive Engineers" mit einer Musterbreite von 40°), ist sogar eine Brechung durch zwei Flächen unzureichend, um eine 300° breite Lampenausgabe zu einem derartigen schmalen Muster umzurichten. In diesem Fall nutzt ein Teil der Linse die Totalinnenreflektion (TIR) und auch eine Brechung durch eine Eingangsfläche und eine Ausgangsfläche. Es gibt zwei Gestaltungsstrategien, gemäß denen entweder der TIR-Abschnitt der Linse das Licht zu dem äußeren Abschnitt des Ausgabegitters umrichtet oder ein Ausgabegitter für sich allein hat mit einem mittleren Abschnitt, der eine Zugabe zu dem Abgabegitter von dem Gesamtbrechungsabschnitt der Linse ist. In der Tat beläuft sich die zweite Strategie darauf, dass es zwei unabhängige Nebenlinsen gibt, die parallel wirken, um in zusätzlicher Weise die Beleuchtungsvorschrift zu erfüllen.
Die reflektierende Fläche macht ihre eigene Ausgangsfläche erforderlich, die nicht bedeutsame Menge an Licht von der Quelle blockierend auf. Daher sollte die Ausgangsfläche die Form eines Konikoides einnehmen, wobei dessen Spitze an der Lichtquelle ist. Ein Konikoid ist ein gekrümmter Konus, wobei einer abwickelbare Fläche aus Linien besteht, die von ihrer Spitze strahlen. Der äußere Teil von dem ersten Abgabegitter muss durch dieses Konikoid gebrochen werden, um zu einem transformierten Gitter zu werden, wobei es sich um die Vorschrift für die reflektierende Fläche handelt. In 9 hat die Linse 900 einen mittleren Körper 910, der ähnlich wie bei der Linse der 4 und 5 ist, mit einer Lichtquelle 920. Diesen umgibt, wobei sie sich von ihrem Umfang erstreckt, eine Konikoidfläche 930, wobei ihre Spitze an der Quelle 920 ist. Eine reflektierende Fläche 940 erstreckt sich von dem Konikoid 930 nach unten.
Die Lichtemittierdiode (LED) gibt im Gegensatz dazu typischerweise Licht in lediglich eine Hemisphäre aus, da sie an größeren Objekten montiert ist, wie beispielsweise Schalttafeln. Außerdem ermöglicht ihre niedrige Betriebstemperatur, dass sie in einem optischen Kontakt mit einer Kunststofflinse steht, in dem Fall einer relativ breiten Beleuchtungsvorschrift, wie beispielsweise die Navigationslichte der Küstenschutzwache (Coast Guard). Für die Automobillichter mit schmalerem Winkel kann eine Eingangsfläche erforderlich sein, um das Licht von dem Rand des zweiten Gitters zu dem Rand des ersten Gitters umzurichten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine oder mehrere Linsenoberflächen zu bauen. Die erste Oberfläche, dem das Licht von der Quelle begenet, ergibt sich durch r(i,j) = r(i,j) I(i,j)wobei r der Abstand von der Quelle zu der Linsenoberfläche in der Richtung des Strahlvektors I ist. Eine zweite Fläche ist spezifiziert durch r2(i,j) = r1(i,j) + r12(i,j) T(i,j)wobei r₁₂ der Abstand von der ersten Fläche entlang des gebrochenen Vektors T ist. Wenn die zweite Fläche reflektierend ist, dann gibt eine dritte Fläche, die spezifiziert ist durch r3(i,j) = r2(i,j) + r23(i,j) Q(i,j)wobei r₂₃ der Abstand von der zweiten Fläche entlang des reflektierten Vektors Q ist.
Jede Linsenfläche muss so geformt sein, dass jeder Strahlvektor, der ihr begegnet, richtig umgerichtet wird: I in R (einzelne Oberfläche) oder I in T und T in R oder T in Q und Q in R. Jede Umrichtung geschieht, wenn ein Strahl dem richtigen Oberflächennormalenvektor N begegnet. Die Oberflächen können in einem Koordinatensystem ausgedrückt werden, das seinen Ursprung an der Lichtquelle hat, wobei die Achse z mit dem Abgabestrahlbündel ausgerichtet ist, so dass ein Punkt (x,y,z) an der Oberfläche durch die Funktion z (x,y) spezifiziert ist, wobei es Ableitungen (Derivate) p = (δz/δx) und q = (δz/δy) gibt. Dann ergibt sich die Oberflächennormale durch N = (–pi – qi + k)/√(1 + p² + q²), wobei i, j und k kartesische Einheitsvektoren sind, die die Koordinatenachsen x, y beziehungsweise z jeweils definieren.
Beim Anstreben einer Berechnung einer Linsenoberfläche aus der Kenntnis ihrer Oberflächennormalen, ausgedrückt als eine Aufreihung N(i,j) ist eine numerische Iteration erforderlich, beginnend mit einem Anfangspunkt und mit einer Bewegung nach außen. Diese Iteration sollte sich weder von einer korrekten Lösung weg bewegen noch zu einer inkorrekten Lösung konvergieren. Anders als bei vielen Problemen der Oberflächenerzeugung ist es so, dass die vorliegende Erfindung in großem Maße durch die Kenntnis unterstützt wird, dass jeder Oberflächenpunkt z(i,j) an einem Strahlvektor liegen muss wie beispielsweise I(i,j) in dem Fall einer Einzelflächenlinse. Somit kann ein Versuchspunkt entlang dieses Strahls bewegt werden, bis der beste Punkt für einen Sitz der erwünschten Oberflächennormalen zu den benachbarten Oberflächenpunkten oder zu deren Oberflächennormalen gefunden wird. Eine grundsätzliche Eigenschaft von Oberflächen im Raum ist die Glätte, die durch die Gleichung der gekreuzten zweiten Ableitungen oder Kreuzsekundärderivate (crossed secondary derivates) ausgedrückt wird: δ2/δxδy = δ2z/δyδx
Es kann auch als eine Integrierbarkeitsbeschränkung ausgedrückt werden: δp/δy = δq/δx
Diese Beschränkung kann genutzt werden, um das Passen der erzeugten Fläche an der Aufreihung der Oberflächennormalen zu überprüfen. Die Oberflächenkrümmung wird gemessen, indem ermittelt wird, wie schnell der normale Vektor rotiert aufgrund einer Bewegungstangente zu der Oberfläche. Mit Ausnahmen von sehr wenigen Oberflächen wie beispielsweise Sphären, die eine konstante Krümmung haben, variiert die Oberflächenkrümmung an einem Punkt mit der Tangentenrichtung gemäß einer Funktion, die als Formoperator bekannt ist. Die maximalen und minimalen Werte der Oberflächenkrümmung definieren die Hauptkurven primär beziehungsweise sekundär. Sie liegen in senkrecht voneinander stehenden Richtungen. Die beiden orthogonalen Tangentenvektoren, die zu den Hauptkurven ausgerichtet sind, zusammen mit dem Oberflächennormalenvektor, definieren das Hauptbildfeld. Dies ist eine Dreiergruppe an Vektoren, die für jeden Oberflächenpunkt definiert ist. Außerdem bekannt als das Darboux-Bild ist dies für die Oberflächenerzeugung sehr geeignet.
Demgemäß beginnt die Erzeugung der Linsenoberfläche typischerweise an einem Anfangspunkt r(0,0) und geht nach außen voran, wobei ein Anfangsstreifen an der Oberfläche erzeugt wird (unter Verwendung der Terminologie der Teildifferenzialgleichungen). Die genaueste Integration wird erhalten, wenn die nach außen weisende Richtung so gewählt wird, dass sie mit der Primärhauptkrümmung übereinstimmt (beispielsweise wie dies in 4 ersichtlich ist), so dass darauf folgende Änderungen von den normalen Vektoren mit dem Anfangsstreifen ausgerichtet sind. Zusammen mit dieser Hauptkrümmung ist die Integration eindimensional und folglich leichter auszuführen. Ein anderer Anfangsstreifen wird entlang der Sekundärhauptkrümmung erzeugt (wie dies beispielsweise in 5 zu sehen ist). Dann wird die Oberfläche vollendet durch ein aufeinander folgendes Erzeugen von charakteristischen Streifen parallel zu dem Primäranfangsstreifen beginnend an aufeinander folgenden Orten an dem Sekundäranfangsstreifen.
Die numerische Genauigkeit ist kritisch bei einer erfolgreichen Linsengestaltung, so dass die abgeleitete Oberfläche irgendwo den richtigen Oberflächennormalenvektor hat. Das Verfahren der anfänglichen und charakteristischen Streifen ermöglicht die Anwendung von eher dem Hauptbildfeld als dem Dreifachvektorkreuzprodukt. Das letztgenannte Verfahren ist abstrakt geeignet, um einen charakteristischen Streifen parallel zu einem vorherigen Streifen zu halten. Für die eigentliche Berechnung wirken jedoch die kleinen Winkel zwischen aufeinander folgenden Gitterpunkten, dass das Dreifachvektorprodukt, mit seinem Quadrieren dieser kleinen Winkel, eine extreme Empfindlichkeit gegenüber einer Maschinengenauigkeit hat (das heißt die Anzahl an Dezimalpunkten, die durch den speziellen Computer verwendet werden). Diese Empfindlichkeit führt typischerweise zu großen Oberflächenerzeugungsfehlern und zu einem Fehler bei dem Erzeugungsprozess.
Die Anwendung von Hauptkrümmungen zum Ausrichten des Anfangsstreifens hebt einen wichtigen Faktor beim Wählen der Ausgangs- und Quellengitter heraus: sie sollten so ausgerichtet sein, dass ihre Achsen den maximalen und minimalen Mengen an Umrichtung des Quellenlichtes in das Ausgabelicht entsprechen. Dann ist die Aufreihung N(i,j) der Oberflächennormalen mit den Hauptkrümmungen der Linsenoberfläche vorausgerichtet. Das Anordnen der Gitter bei den Quellen- und Ausgabelichtverteilungen sollte typischerweise entweder die Maxima oder die Zentroiden der Verteilungen sein, was jeweils die Strahlvektoren I(0,0) und R(0,0) wären. Der Primäranfangsstreifen und der Sekundäranfangsstreifen werden ausgebildet durch Integrationen von einem Anfangspunkt r(0,0) durch r(1,0), r(2,0), etc. und von r(0,0) durch r(0,1), r(0,2), etc., beziehungsweise. Der erste charakteristische Streifen würde bei r(0,1) durch r(1,1), r(1,2), etc. beginnen und an jedem Punkt r(i,j) = r(i,j) I(i,j) ist der Wert von r(i,j) eine Funktion der vorherigen Werte r(i,j – 1), die diesem an dem charakteristischen Streifen vorangehen, und r(i – 1,j) an dem benachbarten vorherigen Streifen.
Wenn einmal jeder Streifen erzeugt worden ist, kann der vorherige Streifen, wenn es nicht ein Anfangsstreifen ist, Punkt für Punkt überprüft werden für einen Sitz an beiden Seiten, und gemäß den Integrierbarkeitsbeschränkungen eingestellt werden. Dann kann der charakteristische Streifen aus diesen neuen vorherigen Streifen regeneriert werden. Dies ist als ein Relaxationsverfahren bekannt.
Für das Ausführen der vorliegenden Erfindung mit einer Vielzahl an Flächen werden die Oberflächen mit der innersten Fläche und nach außen in Abfolge erzeugt. Die Anfangspunkte für die aufeinander folgenden Oberflächen werden so gewählt, dass die Iteration nicht mit einer vorherigen Fläche kollidiert. Dies kann mehrere Versuche erforderlich machen. In dem Fall von 9 kann der Anfangsstreifen der reflektierenden Fläche 940 entweder ein oberer Rand 950 oder ein unterer Rand 960 sein.
Wenn schließlich eine Linsengestaltung vollendet ist und im Hinblick auf die Leistung überprüft wird, kann eine Einstellung erforderlich sein, wenn ihr Transmissionsgrad irgendwo durch große Brechungswinkel in bedeutsamer Weise verringert ist. Beispielsweise beträgt bei einem Brechungsindex 1,5 der größte anwendbare Einfallwinkel von Luft in das Material 75°, wobei der Transmissionsgrad 75° ist, eher als die 96° eines normalen Einfallens. Dies ist äquivalent einer Verringerung der Quellenintensität. Bei dem Quellengitter würden seine Zellen vergrößert werden, um diesen Effekt unterzubringen, und die Linse würde mit dem modifizierten Gitter erneut berechnet werden. Ähnliche Einstellungen können für ein Verteilen von der Oberflächenrauhigkeit oder von einem Metallfilmreflektionsgrad von weniger als eine Einheit gestaltet werden.
Demgemäß erwägt die vorliegende Erfindung ein Beleuchtungssystem mit einem vorgeschriebenen Abgabemuster mit einer Lichtquelle und einer optischen Linse, die das Licht von der Quelle zu einem Ausgabestrahlbündel umrichtet, wobei die Linse mehrere Oberflächen hat, wobei zumindest einer von ihnen eine Form hat, die keine Umlauffläche oder Revolutionsfläche ist, wobei die Form durch das folgende Verfahren erzeugt wird:

a) An der Gaußschen Sphäre mit Richtungen eines Abgabestrahlbündels, der die Oberfläche der Linse verlässt, in Übereinstimmung mit den vorgeschriebenen Abgabemuster, wobei ein erstes Gitter an Gleichflusszonen mit festem Winkel errichtet wird;
b) An einem Abschnitt der Gaußschen Sphäre mit Richtungen des Lichtes, das von der Quelle zu dem Inneren der Linse abgegeben wird, wobei ein zweites Gitter mit der gleichen Anzahl an Gleichflusszonen mit festen Winkeln wie bei dem ersten Gitter errichtet wird, mit einer Koordinatensystemtopologie, die mit derjenigen des ersten Gitters kongruent ist in einer derartigen Weise, dass die Zonen von dem zweiten Gitter in einer Entsprechung von eins zu eins mit den Zonen des ersten Gitters sind, wobei der Fluss von jeder Zone proportional zu einer entsprechenden Zone des ersten Gitters ist, gemäß dem örtlichen Transmissionsgrad der Linse, wobei eines von beiden Gittern nicht rotationssymmetrisch ist;
c) Durch die Entsprechung erfolgendes Definieren einer flussumlenkenden Direktionalmappingfunktion von der ersten Gaußschen Sphäre zu der zweiten Sphäre, wodurch jeglicher Lichtstrahl von der Quelle einer Richtung bei dem Abgabestrahlbündel zugewiesen werden kann, gemäß der Zone des zweiten Gitters, in die der Strahl fällt, so dass der umgerichtete Strahl in die entsprechende Zone des ersten Gitters fällt;
d) Errichten von einer oder mehreren Linsenoberflächen zum Umrichten oder Umlenken der Quellenstrahlen zu den Abgabestrahlen unter Verwendung der Vektorgesetze der Brechung oder der Reflektion zum Ableiten einer Verteilung von normalen Vektoren für jede Oberfläche; und
e) Von den Verteilungen der normalen Vektoren in aufeinander folgender Weise erfolgendes Erzeugen von jeder Linsenfläche beginnend mit der nächsten Quelle und nach außen voranschreitend.

Des Weiteren werden die Linsenoberflächen von den Verteilungen der normalen Vektoren durch das folgende Verfahren erzeugt:

f) Von einem Anfangsstartpunkt erfolgendes Berechnen der der Oberflächenkoordinaten der Oberfläche der Linse durch ein Kontakt-Integrieren der Oberflächennormalenvektoren entlang Hauptkrümmung der eines Anfangsstreifens, der einer Oberfläche folgt, und dann durch aufeinander folgende Kontakt-Integrationen orthogonal von dem Anfangsstreifen nach außen, von dem Gitter der Oberflächenormalen erfolgendes Erzeugen von benachbarten charakteristischen geodäsischen Streifen nach außen zu der Grenze des zweiten Gitters hin;
g) Um sicherzustellen, dass die Oberfläche der Linse die Oberflächennormalen hat, die erforderlich sind, damit sie das Licht von der Quelle zu einem Abgabestrahlbündel transformiert, der im Wesentlichen die Vorschrift erfüllt, erfolgendes Ausführen der aufeinander folgenden Integrationen von benachbarten charakteristischen geodäsischen Streifen in einer derartigen Weise, dass die die Integrierbarkeitsbedingung diktierende Gleichung der Kreuzsekundärderivate der Oberfläche der Linse erfüllt ist;
h) Und Bestimmen der Gesamtgröße der Linse relativ zu der Größe von der Lichtquelle durch ein Wählen des Abstandes von dem Anfangspunkt von der Quelle, um eine Unschärfe des Abgabestrahlbündels unterhalb einer Höhe zu halten, die durch die Winkelauflösung der Vorschrift definiert ist.

Außerdem ist die Quelle typischerweise in einem optischen Kontakt mit der Linse vorgesehen und die Umrichtung geschieht von innerhalb des Linsenmaterials nach außen in die Umgebung durch eine Brechung, wobei die Verteilung der Oberflächennormalen durch die Vektorform des Brechungsgesetzesses von Snellius bestimmt wird.
In dieser Hinsicht ist die Linse so vorgesehen, dass sie eine Eingangsfläche, die Licht von der Quelle in ihr Inneres zulässt, und eine Ausgangsfläche für ein das Innere verlassende Licht hat; und wobei die Eingangsfläche eine vernachlässigbare Umrichtung ausführt, und wobei im Wesentlichen die Ganzheit der Umrichtung durch die externe Oberfläche ausgeführt wird. Die Eingangsfläche richtet das Quellenlicht so um, dass ein neues System an Innenstrahlen verwendet wird, um die Oberflächennormalenverteilungen von beiden Flächen zu erzeugen, wobei die Umrichtung zwischen den Normalen der Eingangsfläche und der Ausgangsfläche zugewiesen ist.
Typischerweise kann eine reflektierende Oberfläche vorgesehen sein, wobei große Umrichtungswinkel mit der reflektierenden Fläche ausgeführt werden. Außerdem nutzt die reflektierende Oberfläche typischerweise eine Totalinnenreflektion, was bei einer Dünnfilmmetallbeschichtung zu bevorzugen ist. Die Beschichtung wäre lediglich dann erforderlich, wenn der Einfallwinkel geringer als der kritische Winkel Arcus Sinus (1/n) für den Brechungsindex n ist.
Eine bedeutende Anwendung der vorliegenden Erfindung liegt bei Großvideoanzeigen, die eine Gruppe an individuell gesteuerten Lichtemittierdioden nutzen: rot, grün, blau und möglicherweise gelb. Jede Gruppe würde ihre eigene Linse haben, in ähnlicher Weise wie bei den 4 und 5, jedoch möglicherweise etwas kleiner. Eine Ganzvideoanzeige wie beispielsweise für ein Sportstadium, würde 525 Reihen an 800 Linsen haben, jede mit einer Gruppe an LEDs. Wie dies in 10 gezeigt ist, liegen benachbarte Linsen 1101 und 1102 vertikal versetzt so, dass sie nicht die horizontal gerichtete Ausgabe voneinander beeinträchtigen. Die Linse 1101 ist über eine Aufreihung 1110 von sechs LEDs positioniert: 2 rot, 2 grün, 1 blau und 1 gelb. Die Linse hat einen horizontalen Streifen von 120° und einen vertikalen Streifen von 30°. Ein Vorteil gegenüber dem Stand der Technik von einem Groß-TV ist, dass die gekrümmten Oberflächen der Linsenreflektionen von grellen Quellen wie beispielsweise die Sonne streuen. Außerdem würde die Rückfläche 1120 eine Einrichtung mit geringem Reflektionsvermögen wie beispielsweise eine Schwarzmattbeschichtung haben.
12 zeigt mehrere LEDs mit 850 bis 855, deren Lichtintensitäten durch eine Hauptsteuerung 856 gesteuert wird. Die haben unterschiedliche Wellenlängen beispielsweise zwei rot emittierende LEDs 850 und 851, zwei grün emittierende LEDs mit den Bezugszeichen 852 und 853, eine blau emittierende LED 854 und eine gelb emittierende LED 855. Jede der Linsen von 10 hat typischerweise eine Lichtquelle, die aus der LED-Gruppe (cluster) von 12 besteht, und die LEDs werden so gesteuert, dass sie ein sichtbares gefärbtes Bild vorsehen, das sich mit der Zeit ändert. Ein Bus 857 repräsentiert eine Steuersignalbahn zu anderen LEDs in der Aufreihung.
In 10 sind die vielen Linsen oder Einheiten, die mit dem Bezugszeichen 1150 bezeichnet sind, in einer Aufreihung, wie dies gezeigt ist, (angeordnet in Reihen und Spalten) und können einen Videobildschirm für eine TV-Anzeige oder eine Computerabbildung aufweisen, so dass jede der Linsen einen Pixel der Anzeige aufweist. Siehe 1, in der eine Videoeinheit gezeigt ist, die Gleiche wie ein flacher Fernseher 859 mit einem Sichtbildschirm 860, der aus der Linsenaufreihung oder dem Raster von 10 aufgebaut ist.
13 zeigt die Linsenaufreihung 860 wie bei 10 beispielsweise, die flach gekrümmt ist, um in effektiver Weise bei einem spezifischen Empfängerort, der mit dem Bezugszeichen 861 gezeigt ist, angestrebt zu werden. Linsen an entgegen gesetzten Enden des Bildschirms sind unterschiedlich winklig, um Lichtausgaben vorzusehen, die die Empfängerzone überstreichen. Die Linsen bei der Aufreihung in 10 sind an einer Oberfläche 1120 mit geringem Reflektionsvermögen montiert, um den effektiven „Bildschirm" vorzusehen.
14 zeigt ein Schiff 870 in einer Draufsicht, wobei Linseneinheiten, wie sie vorstehend beschrieben sind, eingebaut sind. Die gezeigten Lichtquellen können Glühlampen an den vorstehend beschriebenen LED-Orten haben, mit einer Weißlichtvorschrift für die Linsen. Die Linse 871 ist ein 360°-Masttopnavigationslicht der Coast Guard, wie in 8 ersichtlich; und die Linse hat einen horizontalen Querschnitt mit einer Tränenform, die ein Schatten bilden von dem Faden oder Filament der Lampe durch Stützpfosten des Filamentes beseitigt. Die Lampen 872 können ein im Wesentlichen zylindrisches Fundament in einer vertikalen Ausrichtung haben. Die Vorschrift ist die „Coast Guard 135-degree stern navigation light"; und die Linse nutzt eine reflektierende Fläche, um einen Abschnitt von der Abgabe der Lampe zu der vorgeschriebenen Abgabe umzurichten.
Bogenlinsen sind mit dem Bezugszeichen 873 für Rotsteuerbord (Positionslicht) und 874 bezeichnet jeweils mit der 112° Seitenmarkierungsvorschrift (Standlichtvorschrift). 9a zeigt einen Leuchtkörper gemäß der vorliegenden Erfindung, der folgendermaßen gekennzeichnet ist:

a) Ein Linsenkörper 880 mit einem nach vorn gerichteten kuppelförmigen inneren Abschnitt 880a und einem äußeren Abschnitt 880b, der sich um den inneren Abschnitt herum erstreckt und von diesem beabstandet ist, wobei die Abschnitte lichtübertragend und einstöckig sind;
b) wobei der innere Abschnitt sich nicht kreisartig um eine sich nach vorne erstreckende Achse 882 erstreckt;
c) wobei ein Reflektor 883 an dem äußeren Abschnitt vorhanden ist, wodurch eine Lichtquelle mit dem Bezugszeichen 884 bei einer nach hinten gerichteten Ausrichtung mit dem inneren Abschnitt bestimmte Lichtstrahlen 885 vorsieht, die nach vorn laufen und durch den kuppelförmigen inneren Abschnitt gebrochen werden, um von dem inneren Abschnitt nach vorn zu laufen, und andere Lichtstrahlen 886, die in dem äußeren Abschnitt laufen und durch den Reflektor reflektiert werden, um nach vorn in dem äußeren Abschnitt zu laufen und von dem äußeren Abschnitt nach vorn zu laufen.

Der Leuchtkörper von 9a kann den Aufbau der Linseneinheit von 9 haben.
Die reflektierende Fläche von dem Reflektor 883 wird typischerweise durch das Verfahren erzeugt, dass die folgenden Schritte hat:

a) Teilen des ersten Gitters in einen inneren Abschnitt für lediglich eine Unterbrechung und eine größere eine Reflektion unterstützende Zone gemäß dem maximalen praktischen Umrichtwinkel von dem Brechungsindex des Materials der Linse, und Bewirken einer entsprechenden Teilung von dem dritten Gitter des Lichtinneren zu der Linse,
b) Umgeben der externen Fläche von dem mittleren Abschnitt, der lediglich der Brechung dient von der Linse, Errichten eines äußeren konikoiden Abschnittes von der externen Fläche der Linse, wobei der Konikoid so gezeigt ist, dass das Auftreffen an diesen von den Strahlen, die direkt von der Quelle kommen, minimal gestaltet ist,
c) über ein Rückwärtsstrahlverfolgen der Brechung durch die geneigte Fläche erfolgendes Transformieren des äußeren Abschnittes von dem ersten Gitter in ein Gitter an der Gaußschen Sphäre mit Richtungen des Lichtinneren zu der Linse,
d) Errichten eines Verhältnisses von eins zu eins zwischen dem Teilgitter von dem Rückwärtsstrahl verfolgten Lichtinneren der Linse und dem äußeren Abschnitt des dritten Gitters,
e) durch die Vektorform des Brechungsgesetzes erfolgendes Ausdrücken der Entsprechung, in dem an dem äußeren Abschnitt von dem dritten Gitter eine Überlagerungsverteilung der Oberflächennormalenvektoren errichtet wird,
f) Nutzen des äußeren Umfangs von der geneigten äußeren Fläche als einen Anfangsstreifen, mathematisches Erzeugen der Oberflächenkoordinaten der reflektierenden Fläche durch das Verfahren der Kontaktintegration von orthogonalen charakteristischen Streifen,
g) und Erstrecken der konischen Fläche ausreichend weit derart, dass die charakteristischen Streifen nicht an der Lichtquelle oder der Innenlinsenfläche auftreffen.

Die Linse ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass sie folgendes hat:

a) eine TIR-Oberfläche,
b) eine Spiegelfläche.

15 zeigt in einer allgemeinen ellipsoidalen (gedehnten) Draufsicht eine Ansicht der Konturform der Linse von 4.

Claims

Verfahren zum Erzeugen einer Linsenform für ein Beleuchtungsgerät mit einem vorgeschriebenen Ausgabemuster mit einer Lichtquelle (84; 600; 884; 920; 884) und einer optischen Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) für ein Umlenken des Lichtes der Quelle (84; 600; 884; 920; 884) zu einem Ausgabestrahlbündel, wobei die Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) eine Form hat, die keine Umlauffläche ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Errichten eines ersten Gitters (82) von Gleichflusszonen mit festem Winkel an einer ersten Gausschen Sphäre entlang einer Richtung des Ausgabestrahlbündels, das eine Fläche der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) verlässt, gemäß dem vorgeschriebenen Ausgabemuster; b) Errichten eines zweiten Gitters (83) an einer zweiten Gausschen Sphäre entlang einer Richtung des Lichtes, das von der Quelle zu einem Innenabschnitt der Linse abgegeben wird, wobei das zweite Gitter (83) die gleiche Anzahl an Gleichflusszonen mit festem Winkel wie das erste Gitter (82) hat, und mit einer Koordinatensystemtopologie, die mit derjenigen des ersten Gitters (82) kongruent ist, so dass die Zonen des zweiten Gitters (83) in einer topologischen Entsprechung von 1:1 mit den Zonen des ersten Gitters (82) sind, wobei der Fluss von jeder Zone des zweiten Gitters proportional zu dem Fluss seiner entsprechenden Zone des ersten Gitters (82) gemäß einem örtlichen Transmissionsgrad der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) ist, wobei entweder das erste oder das zweite Gitter (82, 83) oder beide Gitter nicht rotationssymmetrisch ist/sind; c) Definieren einer den flussumverteilenden Richtungsabbildungsfunktion von der ersten Gausschen Sphäre in die zweite Gaussche Sphäre durch die Entsprechung von 1:1 der Zonen des ersten und des zweiten Gitters (82, 83), wobei jeglicher Lichtstrahl von der Quelle (84; 600; 884; 920; 884) einer Richtung bei dem Ausgabestrahlbündel bestimmt ist gemäß der Zone des zweiten Gitters (83), in die der Strahl fällt, so dass der umgelenkte Strahl ebenfalls in die entsprechende Zone des ersten Gitters fällt; d) Ausdrücken der Entsprechung gemäß der Vektorform des Gesetzes von Snellius über die Brechung durch Errichten einer überlagerten Verteilung von flächennormalen Vektoren an dem zweiten Gitter (83); e) Mathematisches Erzeugen der Oberflächenkoordinatenlinse (80; 400; 640; 700; 880; 900) von einem Anfangsstart durch Integrieren der Verteilung der flächennormalen Vektoren entlang eines Anfangsstreifens, der einer Hauptkrümmung der Fläche folgt, und anschließend durch darauffolgende Integrationen orthogonal nach außen von dem Anfangsstreifen der Oberflächennormalen erfolgendes Erzeugen benachbarter charakteristischer geodätischer Streifen, die der anderen Hauptkrümmung der Linsenfläche folgen nach außen zu einer Grenze des zweiten Gitters (83) hin; f) Ausführen von aufeinanderfolgenden Integrationen von benachbarten charakteristischen geodätischen Streifen, um so eine Integrabilitätsbedingung zu erfüllen, die eine Gleichheit von Kreuzsekundärderivaten (crossed second derivates) der Fläche der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) diktiert; g) Bestimmen einer Gesamtgröße der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) relativ zu einer Größe der Lichtquelle (84; 600; 884; 990; 884) durch Auswählen eines Abstandes des Anfangspunktes von der Quelle (84; 600; 884; 920; 884).
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weiteren den folgenden Schritt aufweist: Vorsehen der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900), die zwei Brechungsflächen hat.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Schritt des Vorsehens der Linse, die die beiden Brechungsflächen hat, des weiteren die folgenden Schritte aufweist: a) Errichten eines dritten Gitters von Gleichflusszonen mit festem Winkel an einer dritten Gausschen Sphäre entlang einer Richtung des Ausgabestrahlbündels, das die äußere Brechfläche der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) verlässt, in Übereinstimmung mit dem vorgeschriebenen Ausgabemuster, wobei ein erstes Gitter erzeugt wird; b) Errichten eines vierten Gitters an eine vierten Gausschen Sphäre entlang einer Richtung von Licht, das die Quelle (84; 600; 884; 920; 884) in die Luft verlässt, wobei das vierte Gitter die gleiche Anzahl an Gleichflusszonen mit festem Winkel wie das dritte Gitter hat, und mit einer Koordinatensystemtopologie, die mit derjenigen des dritten Gitters kongruent ist, so dass die Zonen des dritten Gitters mit dem Fluss von jeder Zone des vierten Gitters proportional zu dem Fluss zu einer entsprechenden Zone des dritten Gitters gemäß dem örtlichen Transmissionsgrad der Linse sind; c) Errichten eines fünften Gitters an de vierten Gausschen Sphäre entlang einer Richtung des Lichtes, das zu dem inneren Abschnitt der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) durch die Innenfläche gebrochen wird, wobei das fünfte Gitter die gleiche Anzahl an Gleichflusszonen mit festem Winkel wie das vierte Gitter hat, und mit einer Koordinatensystemtopologie, die mit derjenigen des vierten Gitters kongruent ist, so dass die Zonen des fünften Gitters in einer topologischen Entsprechung von 1:1 mit den Zonen des vierten Gitters sind, wobei der Fluss von jeder Zone des fünften Gitters proportional zu dem Fluss seiner entsprechenden Zone des vierten Gitters ist entsprechend dem örtlichen Transmissionsgrad der Innenfläche der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900), wobei ein beliebiges, beliebige zwei oder sämtliche drei Gitter des dritten, vierten oder fünften Gitters nicht rotationssymmetrisch ist/sind; d) Definieren von den flussumlenkenden Direktionalmappingfunktionen von der dritten Gausschen Sphäre in die fünfte Gaussche Sphäre und von der vierten Gausschen Sphäre in die fünfte Gaussche Sphäre, wobei Lichtstrahlen von der Quelle (84; 600; 884; 920; 884) einer Richtung in dem Ausgabestrahlbündel gemäß der Zone des vierten Gitters zugewiesen sind, in die jeder Strahl fällt, so dass ein gebrochener Strahl in einem inneren Abschnitt der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) ebenfalls in die entsprechende Zone des fünften Gitters fällt, und so, dass ein gebrochener Ausgabestrahl ebenfalls in die entsprechende Zone des dritten Gitters fällt; e) Ausdrücken der Entsprechungen gemäß der Vektorform des Gesetzes von Snellius über die Brechung durch ein an dem zweiten Gitter erfolgendes Errichten einer Überlagerungsverteilung von flächennormalen Vektoren für die Innenlinsenfläche und durch ein an den fünften Gitter erfolgendes Errichten einer Überlagerungsverteilung von flächennormalen Vektoren für die Außenlinsenfläche; f) Mathematisches Erzeugen der Oberfläche, die von der Innenlinsenfläche koordiniert wird, von einem Anfangsstartpunkt durch ein Integrieren der Verteilung der flächennormalen Vektoren an dem vierten Gitter entlang eines Anfangsstreifens, der einer Hauptkrümmung der Innenlinsenfläche folgt, und anschließend durch aufeinanderfolgende Integrationen orthogonal von dem Anfangsstreifen nach außen von den Flächennormalen, wobei benachbarte charakteristische geodätische Streifen erzeugt werden, die der anderen Hauptkrümmung der Innenlinsenfläche nach außen zu der Grenze des vierten Gitters hin folgen; g) Errichten eines Anfangsstartpunktes für die Außenfläche der Linse bei einem geeigneten Abstand entlang des Innenstrahls, der von dem Anfangsstartpunkt der Innenlinsenfläche gebrochen wird, und durch das Verfahren der Integration erfolgendes Erzeugen der Außenfläche, wobei der geeignete Abstand bestimmt wird, indem die Außenfläche davor bewahrt wird, dass sie die Innenlinsenfläche an irgendeinem Punkt im Inneren der Grenze der Innenlinsenfläche schneidet; und h) Bestimmen einer Gesamtgröße der Linse relativ zu der Größe der Lichtquelle (84; 600; 884; 920; 884;) durch Wählen des Abstandes von dem Anfangspunkt der Innenlinsenfläche von der Quelle (84; 600; 884; 920; 884).
Verfahren gemäß Anspruch 2, mit den weiteren Schritten: Vorsehen einer reflektierenden Fläche mit Umlenkwinkeln, die mit der reflektierenden Fläche ausgeführt sind, wobei die reflektierende Fläche gemäß einem Verfahren erzeugt wird mit den folgenden Schritten: a) Teilen des dritten Gitters in einen inneren lediglich eine Brechung bewirkenden Abschnitt und eine äußere Reflektionsunterstützungszone gemäß dem maximalen praktischen Umlenkwinkel von dem Brechungsindex des Materials der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) und Bewirken einer entsprechenden Teilung des fünften Gitters von Licht in einem Innenabschnitt der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900); b) Umgeben einer Außenfläche von dem mittleren lediglich eine Brechung bewirkenden Abschnitt der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900), Errichten eines äußeren konikoiden Abschnittes von der Außenfläche (80; 400; 640; 700; 880; 900), wobei der Konikoid so geneigt ist, dass das an ihm erfolgende Auftreffen von Strahlen, die direkt von der Quelle kommen, minimal gestaltet ist; c) über ein Rückwärtsstrahlverfolgen der Brechung durch die geneigte Fläche erfolgendes Transformieren des Außenabschnittes des dritten Gitters in ein Gitter an der Gausschen Sphäre mit Richtungen des Lichtes in einem Innenabschnitt der Linse; d) Errichten in einer Entsprechung von 1:1 zwischen dem Teilgitter des rückwärtsstrahlverfolgten Lichtes in dem Innenabschnitt der Linse (80; 400; 640; 700; 880; 900) und des Außenabschnittes von dem fünften Gitter; e) durch die Vektorform des Brechungsgesetzes erfolgendes Ausdrücken der Entsprechung durch ein an dem Außenabschnitt des dritten Gitters erfolgendes Errichten einer Überlagerungsverteilung der flächennormalen Vektoren; f) Nutzen des Außenrandes der geneigten Außenfläche als ein Anfangsstreifen, wobei die Flächenkoordinaten der Brechungsfläche durch das Verfahren der Kontaktintegration von senkrechten charakteristischen Streifen mathematisch erzeugt werden; und g) Verlängern der konischen Fläche ausreichend weit, so dass die charakteristischen Streifen nicht an der Lichtquelle (84; 600; 884; 920; 884) oder der Innenlinsenfläche auftreffen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Linse so gekennzeichnet ist, dass sie Oberflächen hat, die aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus folgendem besteht: a) eine Gesamtinnenreflektionsoberfläche (TIR-Fläche), b) eine Spiegeloberfläche.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weiteren den folgenden Schritt aufweist: Optisches In-Kontakt-Gelangen der Quelle (884) mit der Linse (880).
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weiteren den folgenden Schritt aufweist: Einlassen des Quellenlichtes zu einem Innenabschnitt der Linse über eine Eingangsfläche.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dass des weiteren den folgenden Schritt aufweist: Vorschreiben des Ausgangsmusters gemäß der Küstenwachennorm für Navigationslicht („Coast Guard standard for navigation lights") und Vorsehen einer Lichtquelle mit einer oder mehreren Lichtemitterdioden, wobei die Linse eine Knollenform hat mit vierseitiger Symmetrie, die eine horizontale Hauptachse und eine vertikale Nebenachse hat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, der des weiteren den folgenden Schritt aufweist: Vorsehen des Lichtes von einer Lichtquelle durch Anregen bzw. Einschalten von einem beliebigen der folgenden: a) einem Glühlicht, b) einer LED, c) einer Aufreihung an LEDs, d) zusammen mit einem Lichtdiffusor, durch den das Quellenlicht vor dem Eintreten in die Linse tritt, und e) einer LED zusammen mit einem Lichtdiffusor, durch den das Quellenlicht vor dem Eintreten in die Linse tritt, und f) eine Aufreihung an LEDs zusammen mit einem Lichtdiffusor, durch den das Quellenlicht vor dem Eintreten in die Linse tritt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weiteren die folgenden Schritte aufweist: Vorschreiben des Ausgabemusters gemäß dem „U.S. Departement of Transportion Photometric Standard" für Kraftfahrzeugbremslichtlampen, mittlere oben montierte Bremslichtlampen, Blinklichteinrichtungen oder Standlichteinrichtungen und Vorsehen einer Lichtquelle mit einer oder mehreren Lichtemittierdioden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weiteren die folgenden Schritte aufweist: Vorschreiben des Ausgabemusters gemäß dem „Institute of Transportation Engineers Standard" für farbige Verkehrssignale für Kraftfahrzeuge und Schienenfahrzeuge und Vorsehen einer Lichtquelle mit einer roten, gelben, grünen oder blauen Lichtemittierdiode.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das des weitern den folgenden Schritt aufweist: Vorschreiben eines Ausgabemusters gemäß einem Beleuchtungsmuster an einer nicht-sphärischen Fläche in der Nähe der Linse.