EP0402740B2 - Method to determine the shape of a reflector - Google Patents
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- EP0402740B2 EP0402740B2 EP90110622A EP90110622A EP0402740B2 EP 0402740 B2 EP0402740 B2 EP 0402740B2 EP 90110622 A EP90110622 A EP 90110622A EP 90110622 A EP90110622 A EP 90110622A EP 0402740 B2 EP0402740 B2 EP 0402740B2
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- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/04—Optical design
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Definitions
- the invention relates to a reflector for a Luminaire and a method for determining the Form of such a reflector.
- the lights in question here are meant to be especially for illuminating a room Illumination of an object or also for coupling serve from light into a light guide.
- the reflection properties described above of the conic-shaped reflectors can also be done by varying the parameters mentioned generally not be changed.
- the designer is one given certain reflector boundary conditions, according to which the luminaire is to be constructed, for example, the light exit diameter and the length of the lamp due to the structural Given conditions and also the desired one Light distribution at a certain distance from the lamp.
- Elliptical reflectors are often used to illuminate a relatively large area. However, this is the light distribution very inhomogeneous within the beam angle and falls with increasing distance from the optical axis to the outside.
- a reflector is known from US Pat. No. 3,390,262 known in which only a reflector section near the edge corresponds to a conic section, while eir inner reflector section is constructed differently
- the transition between the two mentioned reflector sections is discontinuous.
- the latter has disadvantages in the manufacture of reflectors with regard to Tool. At the discontinuity the reflector cannot work exactly according to the tool be shaped and it gets lively Stray light generated. You have to do with an energy loss count. This is also better known Solution the equalization of the light distribution not reachable to the desired extent.
- From DE-OS 35 07 143 is a lamp known, the reflector consists of segments, which are arranged so that each segment of radiation reflected by another area of the Light source goes out so that points on one too receiving radiation receive radiation, which is reflected by several different segments is.
- the invention has for its object a Possibility to construct reflector shapes to show with the desired light distributions produced with great efficiency as required can be.
- a preparation of the Microstructure of the reflection surface may not be necessary and the reflector should also no seams of a connection from have different curves.
- the two curves between which the invention Reflector runs in particular two different ellipses (i.e. ellipses with at least one different parameter), two different parabolas (i.e. parabolas with different parameters) or an ellipse and be a parabola.
- the reflector shape according to the invention is thus characterized in the latter example, that they are neither a pure ellipse, nor is a pure parabola, but continuous, i.e. over their entire extension, an "in-between" between such conventional known ones Reflector shapes.
- the reflector shape according to the invention does not correspond to a conic section.
- the reflective properties of the invention constructed reflectors are fundamental different from the reflective properties of conical Reflectors and correspond in usually not simple "averages” the reflective properties of the envelopes Reflectors corresponding to curves. With others Words, the light distributions achieved according to the invention are not always an "intermediate thing" between the properties of the used two enveloping curves. This is especially true then when the two enveloping curves are different Conic sections are like a parabola and an ellipse.
- the invention does not only suggest certain reflector shapes but gives the luminaire designer also a process in hand like him generally depending on the given Boundary conditions for the lamp and the desired Light distribution an optimal reflector shape can construct the desired Light distribution largely without using additional optical aids such as lenses etc., can be reached.
- Reflector shapes are constructed with which Radiation from one light source optimally into one Radiation conductor can be coupled.
- Conventional generate purely ellipsoidal reflectors relatively large angle of incidence between the radiation to be coupled in and the light guide.
- the reflector according to the invention enables a relatively small angle of incidence between the radiation to be coupled in and the light guide, thereby directing the radiation through the Radiation conductor, e.g. Fiber, is improved.
- a reflector that for a given distance, e.g. a meter that Radiation with high efficiency on a certain Can bundle point.
- the bundling is better than with a paraboloidal reflector.
- Fig. 1 is the optical axis with the reference numerals 1 provided.
- the reflector cut curve according to the invention R is shown with a solid line.
- the whole reflector is created either by Rotation of the curve R around the optical axis 1 or by translational displacement of the curve R when a trough-shaped reflector is created shall be.
- the shape of the reflector cut curve R is formed such that it lies between two narrowing (envelope) curves in the manner described in more detail below, which are an outer ellipse E 1 and an inner ellipse E 2 in the embodiment shown in FIG. 1.
- the ellipses E 1 and E 2 differ with respect to at least one parameter (a and / or b).
- the use of two ellipses according to FIG. 1 as an envelope for the reflector cut curve R enables a reflector shape with which, in particular, radiation can be optimally coupled into a light guide, that is to say the coupled radiation has a relatively small angle of incidence.
- the two ellipses E 1 , E 2 and the reflector intersection curve R have a common optical axis 1.
- Two focal points F 1 , F 2 coincide.
- a fixed point O is also at the location of the focal points F 1 , F 2 .
- the fixed point O defines a polar angle and a distance ratio described in more detail below.
- the reflector formed in this way is not an ellipsoid.
- the reflector intersection curve R runs much closer to the inner ellipse E 2 in the vicinity of the apex than as it approaches the edge R a of the reflector. This is explained in more detail below using the "distance ratio".
- the embodiment shown in Fig. 1 can be modified so that instead of two ellipses two parabolas as enveloping curves for the reflector cut curve R side by side be placed.
- a strong concentration of radiation in achieve a given distance from the lamp is to be able (reverse to the one described above Embodiment according to FIG. 1) provided that the reflector shape close to the Apex (i.e. on the optical axis) closer to the outer parabola (not shown) lies than on the inner parabola (not shown).
- the reflector intersection curve R of the inner parabola With increasing Approaching the edge of the lamp is approaching then the reflector intersection curve R of the inner parabola.
- the reflector is not a paraboloid.
- the beam 2 intersects the ellipses E 1 , E 2 and the reflector intersection curve R.
- the intersection points are provided with the reference symbols A, B and C, respectively. 1 shows two positions of the traveling beam 2, 2 ', the corresponding reference numerals being provided with a line in the second position.
- the distance ratio k in the region of the vertices S 1 , S 2 and S R of the curves E 1 , E 2 and R is relatively small, ie the vertex S R of the reflector R is closer to the vertex S 2 inner envelope ellipse E 2 as at the vertex S 1 of the outer envelope ellipse E 1 .
- the distance ratio changes in such a way that near the edge R a of the reflector, the reflector is closer to its outer envelope ellipse E 1 than to its inner envelope ellipse E 2 .
- y means a real number, in particular 1 and also U and V each mean real numbers.
- the reflector should not have any discontinuities have, i.e. the change in the distance ratio as a function of the polar angle ⁇ follow steady function.
- the reflector preferably has a constantly differentiable form. This also applies to the other exemplary embodiment shown in FIG. 2 of a reflector according to the invention.
- Polar coordinates have certain here Advantages, but it is also possible to Cartesian or use other coordinates.
- the reflector R shown in Fig. 2 is used to generate a uniform light distribution.
- An ellipse E and a parabola P are placed side by side so that the focal point F 1 of the parabola coincides with a focal point F 2 of the ellipse E.
- the fixed point O which defines the beam 2 and the polar angle a, also lies in the two focal points on the optical axis 1.
- the optical properties of the reflector Change R as needed.
- the optical properties of the reflector R in the exemplary embodiment according to FIG. 2 are determined by the parameters a, b of the ellipse E, the parameter p of the parabola P, the distance between the vertices S E and S P of the ellipse E and the parabola P on the optical axis 1 and the distance ratio k described above.
- the distance ratio k also vary as a function of the polar angle ⁇ , especially according to the above functions (1), (2) and (3).
- the exemplary embodiment according to FIG. 2 can also be modified such that the focal points of the parabola or ellipse do not coincide.
- the distance between the vertices S E and S P on the optical axis 1 can also be reduced; in extreme cases, the two vertices can coincide.
- FIGS. 1 and 2 can be modified such that the optical axes of the enveloping curves E 1 , E 2 , E, P do not coincide in each case.
- the optical axis of one envelope curve can be slightly inclined with respect to the optical axis of the other envelope curve.
- the light distribution of an inventive Reflector can be both mathematically and empirically be determined.
- a mathematical statement is particularly easy when an analytical Expression for the distance ratio or the course of the curve R is given, so that the Tangent can be calculated by differentiation can. From the tangents to a variety of Points, each with constant angular distances from each other on the reflector cut curve R selected, result from the reflection law ("angle of incidence equals angle of reflection") the directions of those leaving the lamp Radiate and this results in one given distance from the luminaire the intensity distribution, i.e. the number of arriving Light rays per unit area.
- the light beam S reaching the opening edge Ra of the reflector R with the optical axis 1 includes an angle ⁇ which is equal to the angle ⁇ 'which the beam S' reflected at the edge forms with the optical axis.
- the direct radiation from the light source at location O and the reflected radiation form the same light cone.
- the light source does not necessarily have to be arranged in the focal points F 1 , F 2 or at location O.
- FIG. 3 and 4 show a comparison of the light intensity distributions in a conventional luminaire with an ellipsoid reflector and a luminaire according to the invention according to FIG. 2.
- the light intensity distribution I 1 of a luminaire with a conventional ellipsoid reflector is a function of the beam angle in applied in the usual way. It can be seen from curve I 1 that the brightness drops sharply starting from a maximum at 0 ° to the side.
- a reflector surface according to the invention it is possible to have a reflector surface according to the invention to be faceted to give certain Light sources using a coiled wire have an aesthetically disruptive appearance of light and dark rings in the light spot to avoid.
- the shape does not necessarily have to be in relation to the central longitudinal plane of the reflector symmetrical be. Rather, the lower part of the reflector differ from the top to make an optimal Adaptation to the required lighting too to reach.
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reflektor für eine Leuchte sowie ein Verfahren zum Bestimmen der Form eines solchen Reflektors.The invention relates to a reflector for a Luminaire and a method for determining the Form of such a reflector.
Die hier in Rede stehenden Leuchten sollen insbesondere zur Ausleuchtung eines Raumes, zur Beleuchtung eines Objektes oder auch zum Einkoppeln von Licht in einen Lichtleiter dienen.The lights in question here are meant to be especially for illuminating a room Illumination of an object or also for coupling serve from light into a light guide.
Als Reflektorformen sind im Stand der Technik Kegelschnittkurven bekannt, nämlich Ellipse, Parabel, Hyperbel, Kreis und gerade Linien (letztere als sogenannte singuläre Kegelschnitte). Diese Reflektorschnittkurven entstehen bekanntlich in ebenen Schnittfiguren, welche die optische Achse der Leuchte enthalten.As reflector shapes are in the prior art Known conic curves, namely ellipse, parabola, Hyperbole, circle and straight lines (the latter as so-called singular conic sections). These reflector cut curves as is well known, arise in levels Sectional figures showing the optical axis of the Luminaire included.
Die bekannten Reflektorschnittkurven Ellipse,
Parabel, Hyperbel, Kreis und Gerade weisen jeweils
die folgenden Parameter und Reflexionseigenschaften
auf:
Die vorstehend beschriebenen Reflexionseigenschaften der kegelschnittförmigen Reflektoren können auch durch Variation der genannten Parameter grundsätzlich nicht geändert werden.The reflection properties described above of the conic-shaped reflectors can also be done by varying the parameters mentioned generally not be changed.
Im allgemeinen sind dem Konstrukteur eines bestimmten Reflektors Randbedingungen vorgegeben, gemäß denen die Leuchte zu konstruieren ist, beispielsweise kann der Lichtaustrittsdurchmesser und die Länge der Leuchte aufgrund der baulichen Gegebenheiten vorgegeben sein und auch die gewünschte Lichtverteilung in einem bestimmten Abstand von der Leuchte.In general, the designer is one given certain reflector boundary conditions, according to which the luminaire is to be constructed, for example, the light exit diameter and the length of the lamp due to the structural Given conditions and also the desired one Light distribution at a certain distance from the lamp.
Herkömmliche Reflektoren mit kegelschnittförmigen Schnittfiguren zwingen den Konstrukteur zu erheblichen Kompromissen, wenn die Randbedingungen eng gesetzt sind. Reflektoren mit kegelschnittförmigen Schnittfiguren erlauben bei gegebenen Randbedingungen nur selten eine optimale Gestaltung der Leuchte im Hinblick auf die gewünschte Lichtverteilung. Bei Kurvenarten mit zwei Parametern, wie Ellipse und Hyperbel, kann nur noch der Brennpunkt variiert werden, wobei aber Einschränkungen aufgrund der verwendeten Lichtquelle gegeben sind.Conventional reflectors with a conic section Cut figures force the designer to significant compromise when the constraints are set closely. Cone-shaped reflectors Section figures allow for given Boundary conditions rarely an optimal design the luminaire with regard to the desired Light distribution. For curve types with two parameters, like ellipse and hyperbola, only the can Focus can be varied, but with limitations given due to the light source used are.
Liegen die Randbedingungen (Parameter) und der Brennpunkt fest, so ist auch die Form der Reflektorkurve determiniert.Are the boundary conditions (parameters) and the focus is fixed, so is the shape of the Determined reflector curve.
Beispielsweise ist es möglich, mit einem parabelförmigen Reflektor einen kleinen Lichtfleck zu bilden. Die Größe des Lichtfleckes kann dann aber nur noch geändert werden, indem die Größe des Reflektors ingesamt verändert wird.For example, it is possible to use a parabolic A small spot of light form. The size of the light spot can then, however can only be changed by changing the size of the Overall reflector is changed.
Ellipsenförmige Reflektoren werden häufig verwendet, um einen relativ großen Raumbereich auszuleuchten. Allerdings ist dabei die Lichtverteilung innerhalb des Ausstrahlungswinkels sehr inhomogen und fällt mit zunehmenden Abstand von der optischen Achse nach außen stark ab.Elliptical reflectors are often used to illuminate a relatively large area. However, this is the light distribution very inhomogeneous within the beam angle and falls with increasing distance from the optical axis to the outside.
Es ist bekannt, die Mikrostruktur der Reflexionsoberfläche zu präparieren, zum Beispiel durch Aufrauhung, Hammerschlag oder Sandstrahlung, so daß die Strahlung homogener wird, d.h. die Lichtintensität wird in der Mitte reduziert und am Rande erhöht. Jedoch hat dieses Verfahren insofern Nachteile als man die Breite des Streulichtes bei der Konstruktion der Leuchte rechnerisch nicht abstimmen kann sondern vielmehr auf Erfahrungswerte und Versuche angewiesen ist. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß das Streulicht auch weit außerhalb des Austrahlungswinkels auftritt und somit die Abgrenzung des Lichtfleckes undeutlich werden läßt. Auch ist bei den bekannten Verfahren der Homogenisierung der Lichtverteilung der Wirkungsgrad der Leuchte relativ gering, d.h. um eine bestimmte vorgegebene Helligkeit zu erreichen, ist ein relativ großer Energieverbrauch in Kauf zu nehmen. Auch sind die Ergebnisse hinsichtlich der Vergleichmäßigung der Lichtverteilung innerhalb des Ausstrahlungswinkels verbesserungsfähig.It is known the microstructure of the reflection surface to prepare, for example by Roughening, hammer blow or sandblasting, see above that the radiation becomes more homogeneous, i.e. the light intensity is reduced in the middle and on the edge elevated. However, this method has disadvantages in this respect than the width of the scattered light at Do not arithmetically coordinate the design of the luminaire can rather based on experience and is instructed to try. Another disadvantage this method is that the stray light also occurs far outside the beam angle and thus the delimitation of the light spot can be indistinct. It is also known Method of homogenizing light distribution the efficiency of the lamp is relatively low, i.e. in order to achieve a certain predetermined brightness, is a relatively large energy consumption in To take purchase. The results are also regarding the homogenization of the light distribution Can be improved within the beam angle.
Aus der US-PS 3 390 262 ist ein Reflektor bekannt, bei dem nur ein randnaher Reflektorabschnitt einem Kegelschnitt entspricht, während eir innerer Reflektorabschnitt anders konstruiert ist Der Übergang zwischen den beiden genannten Reflektorabschnitten ist unstetig. Letzteres hat Nachteile bei der Reflektorherstellung bezüglich des Werkzeuges zur Folge. An der Unstetigkeitsstelle kann der Reflektor nicht exakt gemäß dem Werkzeug geformt werden und es wird in der Rege Streulicht erzeugt. Dabei muß man mit einem Energieverlust rechnen. Auch ist bei dieser bekannter Lösung die Vergleichmäßigung der Lichtverteilung nicht in dem gewünschten Maße erreichbar.A reflector is known from US Pat. No. 3,390,262 known in which only a reflector section near the edge corresponds to a conic section, while eir inner reflector section is constructed differently The transition between the two mentioned reflector sections is discontinuous. The latter has disadvantages in the manufacture of reflectors with regard to Tool. At the discontinuity the reflector cannot work exactly according to the tool be shaped and it gets lively Stray light generated. You have to do with an energy loss count. This is also better known Solution the equalization of the light distribution not reachable to the desired extent.
Aus der DE-OS 35 07 143 ist eine Leuchte bekannt, deren Reflektor aus Segmenten besteht, die so angeordnet sind, daß jedes Segment Strahlung reflektiert, die von einem anderen Bereich der Lichtquelle ausgeht, so daß Punkte auf einer zu bestrahlenden Fläche jeweils Strahlung empfangen, die von mehreren unterschiedlichen Segmenten reflektiert ist.From DE-OS 35 07 143 is a lamp known, the reflector consists of segments, which are arranged so that each segment of radiation reflected by another area of the Light source goes out so that points on one too receiving radiation receive radiation, which is reflected by several different segments is.
Das Dokument US-A-3 398 272 beschreibt eine Reflektorschnittkurve, die nicht kegelschnittförmig ist. Diese Reflektorschnittkurve wird dort so erzeugt, daß zwei Konstanten festgelegt werden (bestimmte Winkel). Durch Vorgabe dieser konstanten Winkel ist der Reflektor vollständig definiert und wird mittels einer mathematischen Gleichung berechnet.Document US-A-3 398 272 describes one Reflector cut curve that is not conical is. This reflector cut curve is generated there that two constants are specified (certain Angle). By specifying this constant Angle, the reflector is fully defined and is calculated using a mathematical equation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Konstruktion von Reflektorformen aufzuzeigen, mit denen gewünschte Lichtverteilungen nach Bedarf mit großem Wirkungsgrad erzeugt werden können. Dabei soll eine Präparierung der Mikrostruktur der Reflexionsoberfläche (wie oben erläutert) nicht notwendig sein und der Reflektor soll auch keine Nahtstellen einer Verbindung von unterschiedlichen Kurven aufweisen.The invention has for its object a Possibility to construct reflector shapes to show with the desired light distributions produced with great efficiency as required can be. A preparation of the Microstructure of the reflection surface (as above explained) may not be necessary and the reflector should also no seams of a connection from have different curves.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen beschrieben.The solution to this problem according to the invention is with their configurations in the claims described.
Die zwei Kurven, zwischen denen der erfindungsgemäße Reflektor verläuft, können insbesondere zwei unterschiedliche Ellipsen (also Ellipsen mit zumindest einem unterschiedlichen Parameter), zwei unterschiedliche Parabeln (also Parabeln mit unterschiedlichen Parametern) oder auch eine Ellipse und eine Parabel sein.The two curves between which the invention Reflector runs, in particular two different ellipses (i.e. ellipses with at least one different parameter), two different parabolas (i.e. parabolas with different parameters) or an ellipse and be a parabola.
Die erfindungsgemäße Reflektorform ist somit bei dem letztgenannten Beispiel dadurch gekennzeichnet, daß sie weder eine reine Ellipse, noch eine reine Parabel ist, sondern kontinuierlich, d.h. über ihre gesamte Erstreckung, ein "Zwischending" zwischen solchen herkömmlichen bekannten Reflektorformen. Die erfindungsgemäße Reflektorform entspricht keinem Kegelschnitt.The reflector shape according to the invention is thus characterized in the latter example, that they are neither a pure ellipse, nor is a pure parabola, but continuous, i.e. over their entire extension, an "in-between" between such conventional known ones Reflector shapes. The reflector shape according to the invention does not correspond to a conic section.
Die Reflexionseigenschaften von erfindungsgemäß konstruierten Reflektoren sind grundsätzlich verschieden von den Reflexionseigenschaften kegelschnittförmiger Reflektoren und entsprechen in der Regel auch nicht einfachen "Mittelwerten" aus den Reflexionseigenschaften von den einhüllenden Kurven entsprechenden Reflektoren. Mit anderen Worte, die erfindungsgemäß erzielten Lichtverteilungen sind nicht notwendig immer ein "Zwischending" zwischen den Eigenschaften der verwendeten zwei einhüllenden Kurven. Dies gilt insbesondere dann, wenn die zwei einhüllenden Kurven unterschiedliche Kegelschnittarten sind, wie eine Parabel und eine Ellipse.The reflective properties of the invention constructed reflectors are fundamental different from the reflective properties of conical Reflectors and correspond in usually not simple "averages" the reflective properties of the envelopes Reflectors corresponding to curves. With others Words, the light distributions achieved according to the invention are not always an "intermediate thing" between the properties of the used two enveloping curves. This is especially true then when the two enveloping curves are different Conic sections are like a parabola and an ellipse.
Die Erfindung schlägt nicht nur bestimmte Reflektorformen vor, sondern gibt dem Leuchtenkonstrukteur auch ein Verfahren in die Hand, wie er allgemein in Abhängigkeit von den gegebenen Randbedingungen für die Leuchte und die gewünschte Lichtverteilung eine optimale Reflektorform konstruieren kann, wobei die gewünschte Lichtverteilung weitgehend ohne Verwendung von zusätzlichen optischen Hilfsmitteln wie Linsen etc., erreicht werden kann.The invention does not only suggest certain reflector shapes but gives the luminaire designer also a process in hand like him generally depending on the given Boundary conditions for the lamp and the desired Light distribution an optimal reflector shape can construct the desired Light distribution largely without using additional optical aids such as lenses etc., can be reached.
Nach der erfindungsgemäßen Lehre können Reflektorformen konstruiert werden, mit denen Strahlung aus einer Lichtquelle optimal in einen Strahlungsleiter eingekoppelt werden kann. Herkömmliche, rein ellipsoidförmige Reflektoren erzeugen relativ große Einfallswinkel zwischen der einzukoppelnden Strahlung und dem Lichtleiter. Ein erfindungsgemäßer Reflektor hingegen ermöglicht einen relativ kleinen Einfallswinkel zwischen der einzukoppelnden Strahlung und dem Lichtleiter, wodurch die Leitung der Strahlung durch den Strahlungsleiter, z.B. Glasfaser, verbessert wird.According to the teaching of the invention Reflector shapes are constructed with which Radiation from one light source optimally into one Radiation conductor can be coupled. Conventional, generate purely ellipsoidal reflectors relatively large angle of incidence between the radiation to be coupled in and the light guide. A However, the reflector according to the invention enables a relatively small angle of incidence between the radiation to be coupled in and the light guide, thereby directing the radiation through the Radiation conductor, e.g. Fiber, is improved.
Nach der erfindungsgmäßen Lehre ist es ebenfalls möglich, einen Reflektor zu schaffen, der für einen gegebenen Abstand, z.B. ein Meter, die Strahlung mit hohem Wirkungsgrad auf einen bestimmten Punkt bündeln kann. Die Bündelung ist besser als bei einem paraboloidförmigen Reflektor.According to the teaching of the invention, it is also possible to create a reflector that for a given distance, e.g. a meter that Radiation with high efficiency on a certain Can bundle point. The bundling is better than with a paraboloidal reflector.
Im Vergleich mit beim Stand der Technik für große Ausstrahlungswinkel vorgesehenen ellipsoidförmigen Reflektoren ermöglicht ein erfindungsgemäß konstruierter Reflektor eine relativ gleichmäßige Lichtverteilung.Compared to the prior art for large beam angle provided ellipsoidal Reflectors enables one according to the invention constructed reflector a relatively uniform Light distribution.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1
- schematisch einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Reflektors;
- Fig. 2
- einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektors;
- Fig. 3
- eine Lichtstärkeverteilung einer Leuchte mit einem herkömmlichen Ellipsoid-Reflektor und
- Fig. 4
- eine Lichtstärkeverteilung einer Leuchte mit einem erfindungsgemäßen Reflektor gemäß Fig. 2.
- Fig. 1
- schematically shows a section through a first embodiment of a reflector;
- Fig. 2
- a section through a second embodiment of a reflector according to the invention;
- Fig. 3
- a luminous intensity distribution of a lamp with a conventional ellipsoid reflector and
- Fig. 4
- a light intensity distribution of a lamp with a reflector according to the invention as shown in FIG. 2.
Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die optische Achse mit den Bezugszeichen
1 versehen. Die erfindungsgemäße Reflektorschnittkurve
R ist mit durchgezogener Linie dargestellt.
Der ganze Reflektor entsteht entweder durch
Rotation der Kurve R um die optische Achse 1
oder durch translatorische Verschiebung der Kurve
R, wenn ein rinnenförmiger Reflektor geschaffen
werden soll.In the embodiment shown in Fig. 1
is the optical axis with the
Die Form der Reflektorschnittkurve R wird so gebildet, daß sie in weiter unten näher beschriebener Weise zwischen zwei eingrenzenden (einhüllenden) Kurven liegt, die beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine äußere Ellipse E1 und eine innere Ellipse E2 sind. Die Ellipsen E1 und E2 unterscheiden sich hinsichtlich zumindest eines Parameters (a und/oder b).The shape of the reflector cut curve R is formed such that it lies between two narrowing (envelope) curves in the manner described in more detail below, which are an outer ellipse E 1 and an inner ellipse E 2 in the embodiment shown in FIG. 1. The ellipses E 1 and E 2 differ with respect to at least one parameter (a and / or b).
Die Verwendung von zwei Ellipsen gemäß Fig.
1 als Einhüllende für die Reflektorschnittkurve R
ermöglicht eine Reflektorform, mit der insbesondere
Strahlung in optimaler Weise in einen Lichtleiter
eingekoppelt werden kann, also die eingekoppelte
Strahlung einen relativ kleinen Einfallswinkel aufweist.
Hierzu weisen die beiden Ellipsen E1, E2
und die Reflektorschnittkurve R eine gemeinsame
optische Achse 1 auf. Zwei Brennpunkte F1, F2
fallen zusammen. Ein fester Punkt O liegt ebenfalls
am Ort der Brennpunkte F1, F2. Der ortsfeste Punkt
O definiert einen Polarwinkel und ein weiter unten
näher beschriebenes Abstandsverhältnis.The use of two ellipses according to FIG. 1 as an envelope for the reflector cut curve R enables a reflector shape with which, in particular, radiation can be optimally coupled into a light guide, that is to say the coupled radiation has a relatively small angle of incidence. For this purpose, the two ellipses E 1 , E 2 and the reflector intersection curve R have a common
Der so gebildete Reflektor ist kein Ellipsoid.The reflector formed in this way is not an ellipsoid.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, verläuft die Reflektorschnittkurve R in der Nähe des Scheitels wesentlich näher an der inneren Ellipse E2 als bei zunehmender Annäherung an den Rand Ra des Reflektors. Dies wird weiter unten anhand des "Abstandsverhältnisses" näher erläutert.As can be seen in FIG. 1, the reflector intersection curve R runs much closer to the inner ellipse E 2 in the vicinity of the apex than as it approaches the edge R a of the reflector. This is explained in more detail below using the "distance ratio".
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel läßt sich dahingehend abwandeln, daß statt der beiden Ellipsen zwei Parabeln als einhüllende Kurven für die Reflektorschnittkurve R nebeneinander gelegt werden. Um mit einem derart konstruierten Reflektor eine starke Bündelung der Strahlung in einem gegebenen Abstand von der Leuchte erzielen zu können, ist (umgekehrt als beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1) vorgesehen, daß die Reflektorform nahe dem Scheitel (also auf der optischen Achse) näher an der äußeren Parabel (nicht gezeigt) liegt, als an der inneren Parabel (nicht gezeigt). Mit zunehmender Annäherung an den Rand der Leuchte nähert sich dann die Reflektorschnittkurve R der inneren Parabel. Dabei ist der Reflektor kein Paraboloid.The embodiment shown in Fig. 1 can be modified so that instead of two ellipses two parabolas as enveloping curves for the reflector cut curve R side by side be placed. To with such a constructed Reflector a strong concentration of radiation in achieve a given distance from the lamp is to be able (reverse to the one described above Embodiment according to FIG. 1) provided that the reflector shape close to the Apex (i.e. on the optical axis) closer to the outer parabola (not shown) lies than on the inner parabola (not shown). With increasing Approaching the edge of the lamp is approaching then the reflector intersection curve R of the inner parabola. The reflector is not a paraboloid.
Mit der vorstehend beschriebenen Reflektorform mit zwei Parabeln als Einhüllenden, wird eine Leuchte erzeugt, deren Strahlung nicht genau parallel zur optischen Achse ausgerichtet ist, sondern etwas nach innen reflektiert wird. Es kann also ohne Verwendung einer Linse in einem gegebenen Abstand von der Leuchte ein Lichtfleck erzeugt werden, dessen Durchmesser geringer ist als der Öffnungsdurchmesser der Leuchte.With the reflector shape described above with two parabolas as envelopes, one becomes Luminaire whose radiation is not exactly parallel is aligned to the optical axis, but something is reflected inwards. So it can without using a lens in a given Distance from the lamp creates a light spot whose diameter is smaller than that Opening diameter of the lamp.
Beim in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Verlauf der Reflektorschnittkurve R
zwischen seinen beiden einhüllenden Ellipsen E1,
E2 mittels eines von einem ortsfesten Punkt O,
welcher mit den Brennpunkten F1, F2 der Ellipsen
zusammenfällt, ausgehenden Strahls 2 und dem
von diesem Strahl erzeugten Polarwinkel α beschrieben.
Der Strahl 2 schneidet die Ellipsen E1,
E2 und die Reflektorschnittkurve R. Die Schnittpunkte
sind mit den Bezugszeichen A, B bzw. C
versehen. In Fig. 1 sind zwei Stellungen des wandernden
Strahles 2, 2' gezeigt, wobei in der zweiten
Stellung die entsprechenden Bezugszeichen
mit einem Strich versehen sind.In the embodiment shown in Fig. 1, the course of the reflector section curve R between its two enveloping ellipses E 1 , E 2 by means of a
Es kann nun ein Abstandsverhältnis k wie folgt
definiert werden:
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist das Abstandsverhältnis k im Bereich der Scheitelpunkte S1, S2 und SR der Kurven E1, E2 bzw. R relativ klein, d.h. der Scheitelpunkt SR des Reflektors R liegt näher am Scheitelpunkt S2 der inneren einhüllenden Ellipse E2 als am Scheitelpunkt S1 der äußeren einhüllenden Ellipse E1.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the distance ratio k in the region of the vertices S 1 , S 2 and S R of the curves E 1 , E 2 and R is relatively small, ie the vertex S R of the reflector R is closer to the vertex S 2 inner envelope ellipse E 2 as at the vertex S 1 of the outer envelope ellipse E 1 .
Mit größer werdendem Polarwinkel α ändert sich das Abstandsverhältnis dahingehend, daß nahe dem Rand Ra des Reflektors der Reflektor näher an seiner äußeren einhüllenden Ellipse E1 liegt als an seiner inneren einhüllenden Ellipse E2.As the polar angle α increases, the distance ratio changes in such a way that near the edge R a of the reflector, the reflector is closer to its outer envelope ellipse E 1 than to its inner envelope ellipse E 2 .
Analytisch kann die Variation des Abstandsverhältnisses
als Funktion des Polarwinkels α z.B.
durch folgende Gleichungen dargestellt werden:
Der Reflektor soll keine Unstetigkeitsstellen aufweisen, d.h. die Änderung des Abstandsverhältnisses als Funktion des Polarwinkels α soll einer stetigen Funktion folgen. Bevorzugt weist der Reflektor eine stetig differenzierbare Form auf. Dies gilt auch für das in Fig. 2 gezeigte andere Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reflektors.The reflector should not have any discontinuities have, i.e. the change in the distance ratio as a function of the polar angle α follow steady function. The reflector preferably has a constantly differentiable form. This also applies to the other exemplary embodiment shown in FIG. 2 of a reflector according to the invention.
Vorstehend ist die erfindungsgemäße Konstruktion eines Reflektors anhand von Polarkoordinaten beschrieben. Polarkoordinaten haben hier bestimmte Vorteile, es ist aber auch möglich, cartesische oder andere Koordinaten zu verwenden.Above is the construction according to the invention of a reflector based on polar coordinates described. Polar coordinates have certain here Advantages, but it is also possible to Cartesian or use other coordinates.
Der in Fig. 2 gezeigte Reflektor R dient zur
Erzeugung einer gleichmäßigen Lichtverteilung.
Eine Ellipse E und eine Parabel P werden so
nebeneinander gelegt, daß der Brennpunkt F1 der
Parabel mit einem Brennpunkt F2 der Ellipse E
zusammenfällt. Auch der feste Punkt O, welcher
den Strahl 2 und den Polarwinkel a definiert, liegt
in den beiden Brennpunkten auf der optischen Achse
1.The reflector R shown in Fig. 2 is used to generate a uniform light distribution. An ellipse E and a parabola P are placed side by side so that the focal point F 1 of the parabola coincides with a focal point F 2 of the ellipse E. The fixed point O, which defines the
Beim in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das wie oben definierte Abstandsverhältnis k des Reflektors R zwischen den einhüllenden Kurven E und P konstant.In the embodiment shown in Fig. 2 is the distance ratio as defined above k of the reflector R between the enveloping curves E and P constant.
Durch Änderung des Abstandsverhältnisses k lassen sich die optischen Eigenschaften des Reflektors R nach Bedarf ändern. Je näher das Abstandsverhältnis k bei 1,0 liegt, umso ähnlicher sind die optischen Eigenschaften des Reflektors R denen eines parabelförmigen Reflektors.By changing the distance ratio k the optical properties of the reflector Change R as needed. The closer the distance ratio k is 1.0, the more similar are the optical properties of the reflector R those of a parabolic reflector.
Die optischen Eigenschaften des Reflektors R
beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind bestimmt
durch die Parameter a, b der Ellipse E, den
Parameter p der Parabel P, den Abstand der
Scheitelpunkt SE und SP der Ellipse E bzw. der
Parabel P auf der optischen Achse 1 und das oben
beschriebene Abstandsverhältnis k.The optical properties of the reflector R in the exemplary embodiment according to FIG. 2 are determined by the parameters a, b of the ellipse E, the parameter p of the parabola P, the distance between the vertices S E and S P of the ellipse E and the parabola P on the
In Abwandlung des in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispieles kann das Abstandsverhältnis k auch als Funktion des Polarwinkels α variieren, insbesondere gemäß den obigen Funktionen (1), (2) und (3).In a modification of that described in Fig. 2 Embodiment can the distance ratio k also vary as a function of the polar angle α, especially according to the above functions (1), (2) and (3).
Auch kann das Ausführungsbeispiels gemäß
Fig. 2 dahingehend abgewandelt werden, daß die
Brennpunkte der Parabel bzw. Ellipse nicht zusammenfallen.
Auch kann der Abstand der Scheitelpunkte
SE und SP auf der optischen Achse 1 verringert
werden, im Extremfall können die beiden
Scheitelpunkte zusammenfallen.The exemplary embodiment according to FIG. 2 can also be modified such that the focal points of the parabola or ellipse do not coincide. The distance between the vertices S E and S P on the
Es ist auch möglich, in Abwandlung des Ausführungsbeispieles
gemäß Fig. 2 die Ellipse außer-halb
der Parabel anzuordnen, also das Größenverhältnis
von Parabel und Ellipse umzukehren.It is also possible, in a modification of the
Weiterhin können die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele dahingehend abgewandelt werden, daß die optischen Achsen der einhüllenden Kurven E1, E2, E, P nicht jeweils zusammenfallen. Die optische Achse einer einhüllenden Kurve kann in bezug auf die optische Achse der anderen einhüllenden Kurve leicht schräg gestellt sein.Furthermore, the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 and 2 can be modified such that the optical axes of the enveloping curves E 1 , E 2 , E, P do not coincide in each case. The optical axis of one envelope curve can be slightly inclined with respect to the optical axis of the other envelope curve.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
von die Reflektorform einhüllenden Kurven
wie E1, E2, E, P, können durch Gleichungen
Die Lichtverteilung eines erfindungsgemäßen Reflektors kann sowohl rechnerisch als auch empirisch festgestellt werden. Eine rechnerische Feststellung ist dann besonders einfach, wenn ein analytischer Ausdruck für das Abstandsverhältnis bzw. den Verlauf der Kurve R gegeben ist, so daß die Tangente durch Differenzierung berechnet werden kann. Aus den Tangenten an einer Vielzahl von Punkten, die jeweils mit gleichbleibenden Winkelabständen voneinander auf der Reflektorschnittkurve R ausgewählt werden, ergeben sich aufgrund des Reflexionsgesetzes ("Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel") die Richtungen der die Leuchte verlassenden Strahlen und daraus ergibt sich in einen gegebenen Abstand von der Leuchte die Intensitätsverteilung, d.h. die Zahl der ankommenden Lichtstrahlen pro Flächeneinheit.The light distribution of an inventive Reflector can be both mathematically and empirically be determined. A mathematical statement is particularly easy when an analytical Expression for the distance ratio or the course of the curve R is given, so that the Tangent can be calculated by differentiation can. From the tangents to a variety of Points, each with constant angular distances from each other on the reflector cut curve R selected, result from the reflection law ("angle of incidence equals angle of reflection") the directions of those leaving the lamp Radiate and this results in one given distance from the luminaire the intensity distribution, i.e. the number of arriving Light rays per unit area.
Um mit einem Reflektor R gemäß Fig. 2 ohne
Verwendung von Hilfsmitteln (Kappen oder dergleichen)
einen einzigen homogen ausgeleuchteten
Lichtfleck auf einer von der Leuchte entfernten
Wand zu erzeugen, ist vorgesehen, daß der den
Öffnungsrand Ra des Reflektors R erreichende
Lichtstrahl S mit der optischen Achse 1 einen Winkel
β einschließt, der gleich ist dem Winkel β', den
der am Rand reflektierte Strahl S' mit der optischen
Achse einschließt. In diesem Falle bilden die direkte
Strahlung aus der Lichtquelle am Ort O und die
reflektierte Strahlung gleiche Lichtkegel.In order to produce a single homogeneously illuminated light spot on a wall remote from the lamp with a reflector R according to FIG. 2 without the use of aids (caps or the like), it is provided that the light beam S reaching the opening edge Ra of the reflector R with the
Die Lichtquelle muß nicht notwendig in den Brennpunkten F1, F2 bzw. am Ort O angeordnet werden.The light source does not necessarily have to be arranged in the focal points F 1 , F 2 or at location O.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Vergleich der Lichtstärkeverteilungen bei einer herkömmlichen Leuchte mit einem Ellipsoid-Reflektor und einer erfindungsgemäßen Leuchte gemäß Fig. 2. In Fig. 3 ist die Lichtstärkeverteilung I1 einer Leuchte mit herkömmlichem Ellipsoid-Reflektor als Funktion des Ausstrahlungswinkels in üblicher Weise aufgetragen. Der Kurve I1 ist zu entnehmen, daß die Helligkeit ausgehend von einem Maximum bei 0° zur Seite hin stark abfällt.3 and 4 show a comparison of the light intensity distributions in a conventional luminaire with an ellipsoid reflector and a luminaire according to the invention according to FIG. 2. In FIG. 3, the light intensity distribution I 1 of a luminaire with a conventional ellipsoid reflector is a function of the beam angle in applied in the usual way. It can be seen from curve I 1 that the brightness drops sharply starting from a maximum at 0 ° to the side.
Bei einem erfindungsgemäßen Reflektor hingegen ist die Lichtstärkeverteilung I2 gemäß Fig. 4 wesentlich gleichmäßiger und bleibt innerhalb eines bestimmten Winkels nahezu konstant. Der die Lichtverteilug gemäß Fig. 4 erzeugende Reflektor ist wie vorstehend beschrieben konstruiert mit zwei Kegelschnittkurven, nämlich einer Parabel mit p = 39,0, einer Ellipse mit a = 90,2 und b = 56,0 sowie einem Abstandsverhältnis k von 0,22 (konstant).In contrast, in a reflector according to the invention, the light intensity distribution I 2 according to FIG. 4 is substantially more uniform and remains almost constant within a certain angle. 4 is constructed as described above with two conic section curves, namely a parabola with p = 39.0, an ellipse with a = 90.2 and b = 56.0 and a distance ratio k of 0.22 (constant).
Es ist möglich, eine erfindungsgemäße Reflektorfläche mit Facetten zu versehen, um bei bestimmten Lichtquellen, die einen gewickelten Wendeldraht aufweisen, eine ästhetisch störende Erscheinung von hellen und dunklen Ringen im Lichtfleck zu vermeiden.It is possible to have a reflector surface according to the invention to be faceted to give certain Light sources using a coiled wire have an aesthetically disruptive appearance of light and dark rings in the light spot to avoid.
Insbesondere bei einem rinnenförmigen Reflektor muß die Form nicht unbedingt in bezug auf die zentrische Längsebene des Reflektors symmetrisch sein. Vielmehr kann das Unterteil des Reflektors sich vom Oberteil unterscheiden, um eine optimale Anpassung an die geforderte Beleuchtung zu erreichen.Especially with a trough-shaped reflector the shape does not necessarily have to be in relation to the central longitudinal plane of the reflector symmetrical be. Rather, the lower part of the reflector differ from the top to make an optimal Adaptation to the required lighting too to reach.
Claims (1)
- A method of generating a reflector shape whose cutting line (R) is not of the shape of a conic section in a plane including the optical axis (1) of the lamp, characterized in that the points of the reflector cutting line (R) are determined such as to each lie on straight lines (2, 2') starting from an origin (O) that is fixed with reference to the reflector and to form a different angle (α,α') with the optical axis (1) for each point (B, B') on the reflector cuting line (R), and in that the locus of the point (B, B') on the straight line (2, 2') between two conic sections (E1, E2; P, E) enveloping the reflector cutting line (R) between them is determined such that the distances of the point (B, B') from the points of intersection (A, C) of the straight line (2, 2') with the enveloping conic sections (E1, E2; P, E) are determined by a given distance ratio (k).
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