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EP1020681B1 - Spotlight with variable illumination output angle and with an aspherical front lens - Google Patents

Spotlight with variable illumination output angle and with an aspherical front lens Download PDF

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Publication number
EP1020681B1
EP1020681B1 EP99124750A EP99124750A EP1020681B1 EP 1020681 B1 EP1020681 B1 EP 1020681B1 EP 99124750 A EP99124750 A EP 99124750A EP 99124750 A EP99124750 A EP 99124750A EP 1020681 B1 EP1020681 B1 EP 1020681B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
lens
spotlight
light source
spotlight according
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99124750A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1020681A2 (en
EP1020681A3 (en
Inventor
Dedo Weigert
Depu Chin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dedo Weigert Film GmbH
Original Assignee
Dedo Weigert Film GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dedo Weigert Film GmbH filed Critical Dedo Weigert Film GmbH
Publication of EP1020681A2 publication Critical patent/EP1020681A2/en
Publication of EP1020681A3 publication Critical patent/EP1020681A3/en
Application granted granted Critical
Publication of EP1020681B1 publication Critical patent/EP1020681B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00Refractors for light sources
    • F21V5/04Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/048Refractors for light sources of lens shape the lens being a simple lens adapted to cooperate with a point-like source for emitting mainly in one direction and having an axis coincident with the main light transmission direction, e.g. convergent or divergent lenses, plano-concave or plano-convex lenses
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21SNON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S10/00Lighting devices or systems producing a varying lighting effect
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V14/00Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements
    • F21V14/06Controlling the distribution of the light emitted by adjustment of elements by movement of refractors

Definitions

  • the invention relates to a headlight with variable beam angle, in which the change in the emission angle is caused differently than by shadowing of the beam path by aperture or mask, arranged with a headlight interior light source and a first lens, which is the front lens of the headlamp.
  • This class of headlamps does not include profile projectors in which a slight change in the angle of emission occurs as a side effect in the sharpness adjustment of the image.
  • variable headlamps known from the prior art can be divided into three classes, namely Fresnel spotlights, headlamps with a very deep reflector and headlamps with a second lens, a light source and a reflector movable relative to the front lens.
  • Fresnel lens spotlights have a single Fresnel lens.
  • halogen lamps or discharge lamps are used in these Fresnel spotlights.
  • the light source and a reflector are mounted at a fixed distance from each other on a carriage.
  • the carriage is movable relative to the Fresnel lens.
  • the focusing takes place by means of the movement of the carriage.
  • Fresnel spotlights there is a considerable effective loss of light for focusing settings of small emission angle. Since there is no second lens which concentrates the light toward the Fresnel lens, a large part of the light emitted by the light source is simply absorbed by the inner wall of the housing at said focus settings, resulting in loss of light and unnecessary housing heating.
  • Headlamps with very deep reflector are in general designed so that lamp and reflector can be moved relative to each other, but the lamp always remains within the reflector on the optical axis. By changing the position of the lamp within the reflector, the beam angle of such a headlight is changed. However, the achievable focusing distance is low, so that the emission angle can only be varied within relatively narrow limits.
  • headlamps provide a high luminous efficacy, but a unfavorable light distribution in almost all lamp positions. The reason for this generally poor light distribution is that the reflector shape fixed in each case for each individual such headlight can be optimally matched to only one single lamp position with respect to the resulting light distribution. Focusing movements of the lamp or of the reflector result in uneven light distributions.
  • headlamps are known from US-A-4 823 243 and EP-A-0 846 913 of the generic type. They have a light source, a reflector associated with the light source, a first convergent lens (front lens) arranged in the beam path in the emission direction of the light source / reflector combination, and a second convergent lens arranged in the beam path between the light source and the first convergent lens.
  • the reflector, the light source and the second condenser lens are mounted as an optical unit movable relative to the first condenser lens along the optical axis of the headlamp.
  • the distance between the light source and the second condenser lens is changeable.
  • Commercially also very similar headlamps in which, however, the mutual distances between the reflector, the light source and the second convergent lens can not be changed. In the latter headlamps, the optical unit can only be moved as a rigid whole.
  • both the distance between the light source and the second condenser lens and the distance between the light source and the reflector can be changed.
  • all of the headlights described in this paragraph have in common that the front lens is a spherical lens.
  • variable angle headlamps provide a wide range of variation of the angle of radiation (see FIGS. 6a, 6b) and have a high efficiency of illuminance achieved with respect to the operation of the Headlamps needed energy. Furthermore, they offer an extraordinarily even light distribution. In addition, with these headlamps, a stray light defined according to the traditional concept (light intensity ⁇ 50% of the maximum light intensity) no longer exists due to the steep flanks of the light intensity at the edge of the illuminated area. As can be seen from Fig.
  • the intensity increases occurring in the illuminance characteristic at the edge are attenuated, but they do not completely disappear.
  • the reduction of the intensity increases at the edge is paid for by increased scattering effects and light loss.
  • the invention has for its object to provide a generic headlight, which provides a more uniform light distribution, especially in the Abstrahlwinkeleinwolfen outside the spot position compared to the known from the prior art such headlamps.
  • an aspherical lens as the first lens, that is, as the front lens of the generic headlight, ensures a uniform light distribution outside the spot position in comparison with the known headlights of the prior art.
  • aspherical lenses refers to lenses in which at least one sub-surface is not spherical, with plane surfaces are always calculated here to the spherical surfaces.
  • aspherical Lenses are lenses with an ellipsoid and a spherical surface and lenses with a spherical surface and a hyperbolic surface.
  • Fresnel lenses with aspherically designed partial surfaces are also aspherical lenses as defined above.
  • the prior art edge intensity increases the light distribution are completely smoothed, and it results with high variability of the radiation angle, a particularly uniform illumination of the illuminated area regardless of the selected Abstrahlwinkeleingnally.
  • the graining according to claim 14 need not be carried out so deep in the headlight according to the invention, as the commonly known from the prior art graining the second lens. In this way results in a lower loss of light and, especially in the spot position, a higher light intensity with the same input power.
  • a particularly uniform light distribution is obtained in the embodiments of the headlamp according to the invention according to claims 7, 10, 21 and 24.
  • the headlamp according to the invention according to claim 26 it is ensured that the headlamp also has all the advantages of the known from US-A-4,823,243 headlamp.
  • the headlamp in the embodiment of the headlamp according to the invention as claimed in claim 27 when dependent on claim 26 it is ensured that the headlamp also all the advantages of the headlamp known from EP-A-0 846 913, in particular the very large variability of the radiation angle and the light intensity, having.
  • FIG. 1a an embodiment of the headlamp according to the invention is shown in cross section.
  • the headlight has a cup-like, opaque housing 1, in which at the light exit side as the front lens of the headlamp, a first converging lens 2 is inserted.
  • the facing in the direction of emission of the headlight surface of the first converging lens 2 is rotationally symmetrical and has the meridional section in the form of a hyperbola section, wherein the apex of the hyperbola lies on the optical axis of the pig launcher.
  • the underlying coordinate system is shown in FIG.
  • the interior of the headlight facing surface of the first converging lens 2 is a plane surface. However, it can also be executed concavely curved. This applies in principle for all embodiments of the headlamp according to the invention described below.
  • a light source 4 which is formed by a filament lamp with a small filament, and a light source 4 associated with the reflector 5 are arranged on a carriage 3.
  • the light source 4 and the reflector 5 are mounted so that the resulting light beam path is directed in the direction of the first converging lens 2.
  • a second converging lens 6 is arranged on the carriage 3 in the beam path between the light source 4 and the first convergent lens 2.
  • the second converging lens 6 is a meniscus lens whose surface facing the first condenser lens 2 is grained.
  • the second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis.
  • the grainy surface of the second converging lens 6 facing away from the light source 4 has the shape of a hyperbola section in the meridional section, the vertex of the hyperbola lying on the optical axis of the headlight.
  • the light source 4, the reflector 5 and the second converging lens 6 are mounted so that both the distance between the light source 4 and the second condenser lens 6 and the Distance between the light source 4 and the reflector 5 can be changed.
  • the first converging lens 2 it is also possible, even with the first converging lens 2 to provide a lens surface with a grain, so that a microlens structure is formed. By this measure, a particularly good uniformity of the light distribution is achieved.
  • Fig. 1a shows the light source 4, the reflector 5 and the second converging lens 6 in a position maximum radiation angle of the headlamp according to the invention.
  • the distance between the first condenser lens 2 and the second condenser lens 6 and the distance between the second condenser lens 6 and the light source 4 are minimal according to the spotlight dimensions, and the distance between the light source 4 and the reflector 5 is the maximum distance corresponding to the mounting conditions.
  • the carriage 3 In order to reduce the emission angle, the carriage 3 is moved in the direction away from the first converging lens 2.
  • the mechanism of the carriage and cooperating with him guide parts is designed so that the second converging lens 6 initially remains in its original position and move only the light source 4 and the reflector 5 while maintaining their original mutual distance in the direction of the first convergent lens 2 away , This type of movement continues until the distance between the light source 4 and the second converging lens 6 has reached a predetermined value.
  • Fig. 1b shows the optical system of the headlamp according to the invention in just this position.
  • the reflector 5 reaches a corresponding the headlamp dimensions outermost distance to the first converging lens 2 and stops in its movement (see Fig. 1d). This is the position at which the headlamp known from US-A-4 823 243 achieves its minimum beam angle and maximum illuminance.
  • the headlamp undergoes a critical beam angle adjustment, in which the headlamp known from US-A-4,823,243 shows brighter illuminated edges in its light distribution characteristic (see Fig. 6a, 6b).
  • the headlamp according to the invention with the aspherical front lens 2 shows a very uniform light distribution characteristic in all beam angle settings, in particular also in the beam angle setting critical according to the prior art. Such will be explained in more detail below with reference to FIGS. 7a and 7b with reference to another embodiment of the headlamp according to the invention.
  • the headlamp according to the invention shown in FIGS. 1a to le corresponds to the headlamp shown in EP-A-0 846 913.
  • D. h. It is possible, starting from the headlight position shown in Fig. 1d, the light source and the second converging lens 6 while maintaining their mutual distance achieved with the reflector 5 still further away from the first converging lens 2 and thus closer to the reflector 5 introduce (see Fig. 1e).
  • FIGS. 2a to 2e a further embodiment of the headlamp according to the invention is shown.
  • the surface of the first converging lens 2 directed in the emission direction of the headlight is rotationally symmetrical with respect to its optical axis, and the surface of the first converging lens 2 directed into the headlight interior is a plane surface.
  • the difference from the embodiment of the headlight according to the invention shown in FIGS. 1a to 1e with respect to the first converging lens 2 is that in the emission direction of the headlamp facing surface of the first converging lens 2 has the shape of an ellipse section, wherein the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the headlight.
  • the second converging lens 6 is a meniscus lens.
  • the remote from the light source 4 surface of the second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis and has the meridional section in the form of an ellipse section, wherein the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the headlamp.
  • the embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 2a to 2e substantially corresponds to the exemplary embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 1a to 1e.
  • the only difference is that, when the reflector 5 has reached its outermost distance to the first converging lens 2 according to the spotlight dimensions, the second converging lens 6 can not be further moved away from the first converging lens 2 in the embodiment according to FIGS. 2a to 2e.
  • the second converging lens 6 in the rear portion of the movement of the carriage 3 of the first converging lens 2 are not abrupt, but it is at constant relative speed between the light source 4 and the first converging lens 2, the relative velocity between the second converging lens 6 and the first convergent lens 2 continuously slows down until the second condenser lens 6 finally stops, while the reflector 5 and the light source 4 still move away from the first condenser lens 2 while maintaining their mutual distance (FIGS. 3a to 3e). Finally, the reflector 5 reaches the outermost position shown in Fig. 3e, and only the light source 4 moves away from the first converging lens 2 until the light source 4 finally reaches its outermost position (Fig. 3f). The reversal of this sequence of movements takes place accordingly.
  • the second converging lens 6 is formed in the embodiment of Fig. 3a to 3f as Meniskuslinse whose remote from the light source 4 surface in meridional section has the shape of a hyperbola section, wherein the vertex of the hyperbola lies on the optical axis of the pig.
  • FIG. 7a shows illuminance characteristics for the embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 3a to 3f.
  • the improved uniformity of illumination by means of the headlamp according to the invention becomes clear.
  • the intensity increases at the edge occurring outside the spot position according to the prior art have also disappeared in the hitherto critical emission angle setting between spot position and flood position.
  • a direct comparison for the critical Abstrahlwinkelein ein deliver Fig. 6b and 7b.
  • FIGS. 1a to 3f there are many other possible variations for embodiments of the headlamp according to the invention.
  • FIGS. 4a to 4c Such an embodiment of the headlight according to the invention is shown in FIGS. 4a to 4c.
  • the facing in the direction of emission of the headlight surface of the first converging lens 2 is rotationally symmetric in this embodiment and has the meridional section in the form of a hyperbola section, the apex the hyperbola lies on the optical axis of the headlamp.
  • the interior of the headlight facing surface of the first converging lens 2 is a plane surface.
  • the second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis.
  • the facing away from the light source 4, grained surface of the second converging lens 6 has the meridional section in the form of an ellipse section, wherein the vertex of the ellipse lies on the optical axis of the headlamp.
  • FIG. 4a shows the light source 4, the reflector 5 and the second convergent lens 6 in a position of maximum emission angle of the headlamp.
  • the carriage 3 is moved in the direction away from the first converging lens 2.
  • the mechanism of the carriage and cooperating with him guide parts designed so that the distances of the second converging lens 6, the light source 4 and the reflector 5 with each other initially not change.
  • the movement process just described proceeds in exactly the reverse order.
  • the light source 4 and the reflector 5 move while maintaining their mutual distance to the two converging lenses 6 and 2.
  • the second converging lens 6 participates in the movement, and the light source 4, the reflector 5 and the second convergent lens 6 move now while maintaining their mutual Distances to the first convergent lens 2 to.
  • the second converging lens 6 does not necessarily have to be formed as a meniscus lens or as an aspherical lens.
  • the inwardly directed surface of the first converging lens 2 is aspherical.
  • the carriage system need not necessarily be formed as described in US-A-4,823,243 or EP-A-0 846 913.
  • the distance between the reflector 5, the light source 4 and the second convergent lens 6 can not be changed.
  • the possible design variants of the first lens 2 as an aspherical lens are just as little affected by this mechanical construction as the design variants of the second lens 6.
  • a rotationally symmetrical lens is used as the aspheric front lens 2.
  • Embodiments with non-rotationally symmetric aspherical lenses are also possible.
  • aspherical lenses having hyperbolic or ellipsoidal surfaces they need not necessarily be arranged so that the hyperbola apexes or small ellipse ellipses are on the optical axis of the piglet.
  • Embodiments are also conceivable in which the corresponding lenses are arranged offset relative to the optical axis of the pig launcher. This applies both to the first converging lens 2 and to the second converging lens 6.
  • the reflector 5 is always shown as a relatively flat reflector and the light source 4 as an upright filament lamp. However, it is also possible to use a deep reflector and / or a recessed mounted lamp.
  • the light source 4 may be e.g. also be formed by a halogen lamp or by a discharge lamp without helix with light spot between two electrodes.
  • aspherical front lens Although the use of an aspherical front lens has been described above in connection with a very special variable-angle headlight, the aspherical front lens is even more uniform, especially in the spotlight positions between spot position and flood position Allows light distribution compared to the known from the prior art such headlamps, aspherical front lenses can also be used in all sorts of other lights with variable beam angle to influence the light distribution of the headlamp. This is especially true for headlamps with replaceable front lens.
  • the aspherical front lens can in this case be rotationally symmetric or non-rotationally symmetrical and centered on the optical axis of the headlight or offset from the optical axis of the pig headlight.
  • the conic constants r and k can assume many more values.
  • the invention is not limited to headlights of a certain power class.
  • headlamps according to the invention can be implemented both as miniature headlamps with a power of a few 10 W and as high-power headlamps with a power of a few 10 kW.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Scheinwerfer mit veränderlichem Abstrahlwinkel, bei dem die Veränderung des Abstrahlwinkels anders als durch Abschattung des Strahlenganges mittels Blende oder Maske hervorgerufen wird, mit einer im Scheinwerferinneren angeordneten Lichtquelle und einer ersten Linse, welche die Frontlinse des Scheinwerfers ist. Zu dieser Klasse von Scheinwerfern gehören nicht Profilprojektoren, bei denen eine geringfügige Veränderung des Abstrahlwinkels als Nebeneffekt bei der Schärfeeinstellung der Abbildung auftritt.The invention relates to a headlight with variable beam angle, in which the change in the emission angle is caused differently than by shadowing of the beam path by aperture or mask, arranged with a headlight interior light source and a first lens, which is the front lens of the headlamp. This class of headlamps does not include profile projectors in which a slight change in the angle of emission occurs as a side effect in the sharpness adjustment of the image.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Scheinwerfer mit veränderlichem Abstrahlwinkel lassen sich in drei Klassen unterteilen, nämlich Stufenlinsenscheinwerfer, Scheinwerfer mit sehr tiefem Reflektor und Scheinwerfer mit relativ zur Frontlinse beweglicher optischer Einheit aus einer zweiten Linse, einer Lichtquelle und einem Reflektor.The variable headlamps known from the prior art can be divided into three classes, namely Fresnel spotlights, headlamps with a very deep reflector and headlamps with a second lens, a light source and a reflector movable relative to the front lens.

Herkömmliche Stufenlinsenscheinwerfer weisen eine einzige Stufenlinse (Fresnellinse) auf. Als Lichtquelle werden in diesen Stufenlinsenscheinwerfern Glühlampen, Halogenlampen oder Entladungslampen eingesetzt. Die Lichtquelle und ein Reflektor sind in festem Abstand zueinander auf einem Schlitten montiert. Der Schlitten ist relativ zur Fresnellinse beweglich. Die Fokussierung erfolgt mittels der Bewegung des Schlittens. Bei derartigen Stufenlinsenscheinwerfern ergibt sich jedoch für Fokussiereinstellungen kleinen Abstrahlwinkels ein erheblicher effektiver Lichtverlust. Da keine zweite Linse vorhanden ist, die das Licht zur Fresnellinse hin bündelt, wird bei den genannten Fokussiereinstellungen ein großer Teil des von der Lichtquelle ausgesandten Lichts einfach von der Gehäuseinnenwand absorbiert, was zum Lichtverlust und zu nutzloser Gehäuseaufheizung führt.Conventional Fresnel lens spotlights have a single Fresnel lens. As a light source bulbs, halogen lamps or discharge lamps are used in these Fresnel spotlights. The light source and a reflector are mounted at a fixed distance from each other on a carriage. The carriage is movable relative to the Fresnel lens. The focusing takes place by means of the movement of the carriage. With such Fresnel spotlights, however, there is a considerable effective loss of light for focusing settings of small emission angle. Since there is no second lens which concentrates the light toward the Fresnel lens, a large part of the light emitted by the light source is simply absorbed by the inner wall of the housing at said focus settings, resulting in loss of light and unnecessary housing heating.

Scheinwerfer mit sehr tiefem Reflektor sind im allgemeinen so konstruiert, daß Lampe und Reflektor relativ zueinander verschoben werden können, wobei die Lampe jedoch stets innerhalb des Reflektors auf dessen optischer Achse verbleibt. Durch Verändern der Position der Lampe innerhalb des Reflektors wird der Abstrahlwinkel eines solchen Scheinwerfers verändert. Der erreichbare Fokussierweg ist hierbei jedoch gering, so daß der Abstrahlwinkel nur in relativ engen Grenzen variiert werden kann. Derartige Scheinwerfer liefern zwar eine hohe Lichtausbeute, aber eine in fast allen Lampenpositionen ungünstige Lichtverteilung. Ursache für diese im allgemeinen schlechte Lichtverteilung ist, daß die für jeden einzelnen derartigen Scheinwerfer jeweils fest vorgegebene Reflektorform bezüglich der resultierenden Lichtverteilung nur auf jeweils eine einzige Lampenposition optimal abgestimmt sein kann. Durch Fokussierbewegungen der Lampe bzw. des Reflektors ergeben sich ungleichmäßige Lichtverteilungen. Um die Lichtverteilung zu verbessern wird deshalb bei einem derartigen Scheinwerfer häufig eine austauschbare Frontlinse verwendet. Diese kann eine Mattierung, eine Wabenstruktur oder andere Gestaltungsbesonderheiten, die einer zusätzlichen Fokussierung oder Streuung dienen, aufweisen, wobei bisher in Scheinwerfern mit veränderlichem Abstrahlwinkel allerdings noch niemals asphärische Frontlinsen benutzt wurden. Es ergibt sich bei diesen Scheinwerfern die Notwendigkeit, für unterschiedliche Abstrahlwinkel unterschiedlich modifizierte Frontlinsen zu verwenden. Bei manchen Scheinwerfern mit sehr tiefem Reflektor sind sogar sowohl die Lampe als auch der Reflektor starr in einem Gehäuse montiert, d.h. die Veränderung des Lichtabstrahlwinkels erfolgt in diesem Fall ausschließlich durch das Auswechseln verschiedenartig gestalteter Frontlinsen. Dies bedingt einen relativ hohen Arbeits- und Zeitaufwand zum Wechseln der Frontlinse, wenn ein derartiger Scheinwerfer in einer Situation angewendet wird, in welcher der Abstrahlwinkel oft geändert werden muß.Headlamps with very deep reflector are in general designed so that lamp and reflector can be moved relative to each other, but the lamp always remains within the reflector on the optical axis. By changing the position of the lamp within the reflector, the beam angle of such a headlight is changed. However, the achievable focusing distance is low, so that the emission angle can only be varied within relatively narrow limits. Although such headlamps provide a high luminous efficacy, but a unfavorable light distribution in almost all lamp positions. The reason for this generally poor light distribution is that the reflector shape fixed in each case for each individual such headlight can be optimally matched to only one single lamp position with respect to the resulting light distribution. Focusing movements of the lamp or of the reflector result in uneven light distributions. In order to improve the light distribution is therefore often used in such a headlight interchangeable front lens. This may have a matting, a honeycomb or other design features that serve additional focusing or scattering, however, have been used in headlamps with variable beam angle, however, never aspherical front lenses. It results in these headlights, the need to use different modified front lenses for different beam angles. In some headlamps with very deep reflector even both the lamp and the reflector are rigidly mounted in a housing, ie the change in the light emission angle takes place in this case exclusively by the replacement of differently shaped front lenses. This requires a relatively high labor and time to change the front lens, when such a headlamp is applied in a situation in which the radiation angle must be changed often.

Gegenüber den eben beschriebenen Scheinwerfern wesentlich verbesserte Scheinwerfer mit veränderlichem Abstrahlwinkel sind die Scheinwerfer der dritten Gruppe entsprechend der oben vorgenommenen Klassifizierung. Hierzu gehörende Scheinwerfer sind aus der US-A-4 823 243 und der gattungsbildenden EP-A-0 846 913 bekannt. Sie weisen eine Lichtquelle, einen der Lichtquelle zugeordneten Reflektor, eine in Abstrahlrichtung der Lichtquelle-Reflektor-Kombination im Strahlengang angeordnete erste Sammellinse (Frontlinse) und eine im Strahlengang zwischen der Lichtquelle und der ersten Sammellinse angeordnete zweite Sammellinse auf. Der Reflektor, die Lichtquelle und die zweite Sammellinse sind als eine relativ zur ersten Sammellinse längs der optischen Achse des Scheinwerfers bewegliche optische Einheit montiert. Innerhalb der optischen Einheit ist gemäß der US-A-4 823 243 der Abstand zwischen der Lichtquelle und der zweiten Sammellinse veränderbar. Handelsüblich sind auch ganz ähnliche Scheinwerfer, bei denen allerdings die gegenseitigen Abstände zwischen dem Reflektor, der Lichtquelle und der zweiten Sammellinse nicht verändert werden können. Bei den letztgenannten Scheinwerfern kann die optische Einheit nur als starres Ganzes verschoben werden. Im Gegensatz dazu läßt sich bei dem aus der EP-A-0 846 913 bekannten Scheinwerfer innerhalb der relativ zur ersten Sammellinse verschiebbaren optischen Einheit sowohl der Abstand zwischen der Lichtquelle und der zweiten Sammellinse, als auch der Abstand zwischen der Lichtquelle und dem Reflektor verändern. Alle in diesem Absatz beschriebenen Scheinwerfer haben jedoch gemeinsam, daß die Frontlinse eine sphärische Linse ist.Compared to the just described headlights much improved headlights with variable beam angle are the headlights of the third group according to the above classification. Related headlamps are known from US-A-4 823 243 and EP-A-0 846 913 of the generic type. They have a light source, a reflector associated with the light source, a first convergent lens (front lens) arranged in the beam path in the emission direction of the light source / reflector combination, and a second convergent lens arranged in the beam path between the light source and the first convergent lens. The reflector, the light source and the second condenser lens are mounted as an optical unit movable relative to the first condenser lens along the optical axis of the headlamp. Within the optical unit, according to US-A-4 823 243, the distance between the light source and the second condenser lens is changeable. Commercially also very similar headlamps, in which, however, the mutual distances between the reflector, the light source and the second convergent lens can not be changed. In the latter headlamps, the optical unit can only be moved as a rigid whole. In contrast, in the headlamp known from EP-A-0 846 913, within the optical unit displaceable relative to the first condenser lens, both the distance between the light source and the second condenser lens and the distance between the light source and the reflector can be changed. However, all of the headlights described in this paragraph have in common that the front lens is a spherical lens.

Die im vorangegangenen Absatz genannten Scheinwerfer mit veränderlichem Abstrahlwinkel, von denen einer schematisch in Fig. 5 dargestellt ist, liefern einen großen Veränderungsbereich des Abstrahlwinkels (siehe Fig. 6a, 6b) und haben eine hohe Effizienz der erzielten Beleuchtungsstärke in bezug auf die zum Betrieb des Scheinwerfers benötigte Energie. Ferner bieten sie eine außerordentlich gleichmäßige Lichtverteilung. Außerdem ist bei diesen Scheinwerfern ein nach traditionellem Konzept definiertes Streulicht (Lichtintensität ≤ 50% der maximalen Lichtintensität) aufgrund der steilen Flanken der Lichtintensität am Rande des ausgeleuchteten Bereichs nicht mehr vorhanden. Wie man aus Fig. 6a, 6b ersehen kann, weist die Beleuchtungsstärkekennlinie eines ausgeleuchteten Feldes zwar am Rande kleine Intensitätserhöhungen auf, deren Größe von der Stellung der optischen Einheit abhängt, jedoch ist die Lichtintensität über den gesamten ausgeleuchteten Bereich im wesentlichen konstant. Die Intensitätserhöhungen am Rand treten in der Spotstellung nicht auf. Sie erscheinen erst bei der Bewegung des Scheinwerfers aus der Spotstellung heraus und nehmen dann in ihrer Größe kontinuierlich zu, bis eine kritische Abstrahlwinkeleinstellung zwischen Spotstellung und Flutstellung erreicht wird, in der die Größe der Intensitätserhöhungen am Rand maximal ist. Bei weiterer Bewegung des Scheinwerfers in Richtung auf die Flutstellung zu nimmt die Größe der Intensitätserhöhungen am Rand wieder kontinuierlich ab.The variable angle headlamps referred to in the previous paragraph, one of which is shown schematically in FIG. 5, provide a wide range of variation of the angle of radiation (see FIGS. 6a, 6b) and have a high efficiency of illuminance achieved with respect to the operation of the Headlamps needed energy. Furthermore, they offer an extraordinarily even light distribution. In addition, with these headlamps, a stray light defined according to the traditional concept (light intensity ≤ 50% of the maximum light intensity) no longer exists due to the steep flanks of the light intensity at the edge of the illuminated area. As can be seen from Fig. 6a, 6b, points Although the illuminance characteristic of an illuminated field on the edge of small intensity increases, whose size depends on the position of the optical unit, but the light intensity over the entire illuminated area is substantially constant. The intensity increases at the edge do not occur in the spot position. They only appear from the spot position as the headlamp moves, and then increase in size continuously until a critical beam angle adjustment is achieved between spot position and flood position, where the magnitude of the intensity increases at the edge is maximum. Upon further movement of the headlamp in the direction of the flood position, the magnitude of the intensity increases at the edge decreases again continuously.

Versieht man eine Fläche der zweiten Linse mit einer Narbung derart, daß eine Mikrolinsenstruktur auf der genarbten Fläche entsteht, so werden die in der Beleuchtungsstärkekennlinie am Rand auftretenden Intensitätserhöhungen zwar gedämpft, sie verschwinden jedoch nicht völlig. Außerdem wird hierbei die Verringerung der Intensitätserhöhungen am Rand durch erhöhte Streueffekte und Lichtverlust erkauft.If one provides an area of the second lens with a graining such that a microlens structure is formed on the grained surface, the intensity increases occurring in the illuminance characteristic at the edge are attenuated, but they do not completely disappear. In addition, the reduction of the intensity increases at the edge is paid for by increased scattering effects and light loss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Scheinwerfer bereitzustellen, der im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Scheinwerfern eine gleichmäßigere Lichtverteilung, vor allem in den Abstrahlwinkeleinstellungen außerhalb der Spotstellung, liefert.The invention has for its object to provide a generic headlight, which provides a more uniform light distribution, especially in the Abstrahlwinkeleinstellungen outside the spot position compared to the known from the prior art such headlamps.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Scheinwerfer nach Anspruch 1.According to the invention this object is achieved by a headlamp according to claim 1.

Die Verwendung einer asphärischen Linse als erste Linse, also als Frontlinse des gattungsgemäßen Scheinwerfers, gewährleistet eine im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Scheinwerfern gleichmäßigere Lichtverteilung außerhalb der Spotstellung.The use of an aspherical lens as the first lens, that is, as the front lens of the generic headlight, ensures a uniform light distribution outside the spot position in comparison with the known headlights of the prior art.

Unter dem Begriff "asphärische Linsen" versteht man Linsen, bei denen mindestens eine Teiloberfläche nicht sphärisch ausgeführt ist, wobei Planflächen hier stets zu den sphärischen Flächen gerechnet werden. Beispiele für asphärische Linsen sind Linsen mit einer ellipsoiden und einer sphärischen Fläche und Linsen mit einer sphärischen Fläche und einer hyperbolischen Fläche. Auch Fresnellinsen mit asphärisch gestalteten Teilflächen sind asphärische Linsen im Sinne der obigen Definition.The term "aspherical lenses" refers to lenses in which at least one sub-surface is not spherical, with plane surfaces are always calculated here to the spherical surfaces. Examples of aspherical Lenses are lenses with an ellipsoid and a spherical surface and lenses with a spherical surface and a hyperbolic surface. Fresnel lenses with aspherically designed partial surfaces are also aspherical lenses as defined above.

Vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 27.Advantageous and preferred embodiments of the headlight according to the invention are subject matter of claims 2 to 27.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach Anspruch 13 werden die nach dem Stand der Technik vorhandenen Rand-Intensitätserhöhungen der Lichtverteilung vollständig geglättet, und es ergibt sich bei hoher Variabilität des Abstrahlwinkels eine besonders gleichmäßige Ausleuchtung des angestrahlten Bereichs unabhängig von der gewählten Abstrahlwinkeleinstellung.In the embodiment of the headlamp according to the invention according to claim 13, the prior art edge intensity increases the light distribution are completely smoothed, and it results with high variability of the radiation angle, a particularly uniform illumination of the illuminated area regardless of the selected Abstrahlwinkeleinstellung.

Die Narbung gemäß Anspruch 14 braucht bei dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer nicht so tief ausgeführt zu werden, wie die aus dem Stand der Technik üblicherweise bekannte Narbung der zweiten Linse. Auf diese Weise ergibt sich ein geringerer Lichtverlust und, wichtig vor allem in der Spotstellung, eine höhere Lichtintensität bei gleicher eingespeister Leistung.The graining according to claim 14 need not be carried out so deep in the headlight according to the invention, as the commonly known from the prior art graining the second lens. In this way results in a lower loss of light and, especially in the spot position, a higher light intensity with the same input power.

Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 16 wird, verglichen mit einer als sphärische Linse ausgebildeten zweiten Linse, in der Spotstellung die Lichtausbeute bei gleicher eingespeister Leistung vergrößert.In the particularly preferred embodiment according to claim 16, compared to a second lens designed as a spherical lens, in the spot position the luminous efficacy is increased for the same power fed in.

Eine besonders gleichmäßige Lichtverteilung erhält man bei den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers gemäß den Ansprüchen 7, 10, 21 und 24.A particularly uniform light distribution is obtained in the embodiments of the headlamp according to the invention according to claims 7, 10, 21 and 24.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach Anspruch 26 ist gewährleistet, daß der Scheinwerfer auch alle Vorteile des aus der US-A-4 823 243 bekannten Scheinwerfers aufweist.In the embodiment of the headlamp according to the invention according to claim 26 it is ensured that the headlamp also has all the advantages of the known from US-A-4,823,243 headlamp.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers nach Anspruch 27 in Rückbeziehung auf Anspruch 26 ist gewährleistet, daß der Scheinwerfer auch alle Vorteile des aus der EP-A-0 846 913 bekannten Scheinwerfers, insbesondere die sehr große Variabilität des Abstrahlwinkels und der Lichtintensität, aufweist.In the embodiment of the headlamp according to the invention as claimed in claim 27 when dependent on claim 26 it is ensured that the headlamp also all the advantages of the headlamp known from EP-A-0 846 913, in particular the very large variability of the radiation angle and the light intensity, having.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Scheinwerfers werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-1e
schematisch einen Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheinwerfers bei Bewegung einer aus Lichtquelle, Reflektor und zweiter Linse bestehenden optischen Einheit aus einer dichtmöglichst an einer ersten Linse befindlichen Position in eine weitmöglichst von der ersten Linse entfernte Position,
Fig. 2a-2e
schematisch einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers bei Bewegung der aus Lichtquelle, Reflektor und zweiter Linse bestehenden optischen Einheit aus der dichtmöglichst an der ersten Linse befindlichen Position in die weitmöglichst von der ersten Linse entfernte Position,
Fig. 3a-3f
schematisch einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers bei Bewegung der aus Lichtquelle, Reflektor und zweiter Linse bestehenden optischen Einheit aus der dichtmöglichst an der ersten Linse befindlichen Position in die weitmöglichst von der ersten Linse entfernte Position,
Fig. 4a-4c
schematisch einen Querschnitt einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers bei Bewegung der aus Lichtquelle, Reflektor und zweiter Linse bestehenden optischen Einheit aus der dichtmöglichst an der ersten Linse befindlichen Position in die weitmöglichst von der ersten Linse entfernte Position,
Fig. 5
schematisch einen Querschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Scheinwerfers mit veränderlichem Abstrahlwinkel und sphärischer Frontlinse,
Fig. 6a
Lichtverteilungskennlinien des Scheinwerfers von Fig. 5 für verschiedene Abstrahlwinkeleinstellungen,
Fig. 6b
schematisch einen von dem Scheinwerfer von Fig. 5 beleuchteten Bereich in kritischer Abstrahlwinkeleinstellung zwischen Spotstellung und Flutstellung des Scheinwerfers,
Fig. 7a
Lichtverteilungskennlinien des erfindungsgemäßen Scheinwerfers aus Fig. 3a bis 3f für verschiedene Abstrahlwinkeleinstellungen,
Fig. 7b
schematisch einen von dem erfindungsgemäßen Scheinwerfer aus Fig. 3a bis 3f beleuchteten Bereich bei kritischer Abstrahlwinkeleinstellung zwischen Spotstellung und Flutstellung des Scheinwerfers und
Fig. 8
schematisch ein Ausführungsbeipiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers mit eingezeichnetem Koordinatensystem.
Embodiments of the headlight according to the invention are explained below with reference to figures. Show it:
Fig. 1a-1e
1 is a schematic cross-section of an embodiment of a headlamp according to the invention when an optical unit consisting of light source, reflector and second lens moves from a position as close as possible to a first lens to a position as far away as possible from the first lens;
Fig. 2a-2e
1 schematically shows a cross-section of a further embodiment of the headlamp according to the invention when the optical unit comprising the light source, reflector and second lens moves from the position as close as possible to the first lens to the position as far as possible from the first lens;
Fig. 3a-3f
1 schematically shows a cross-section of a third embodiment of the headlamp according to the invention when the optical unit comprising the light source, reflector and second lens moves from the position closest possible to the first lens into the position as far as possible from the first lens,
Fig. 4a-4c
1 is a schematic cross-sectional view of a fourth embodiment of the headlamp according to the invention when the optical unit consisting of light source, reflector and second lens moves from the position closest to the first lens to the position as far as possible from the first lens;
Fig. 5
schematically a cross section of one of the Prior art known headlamps with variable beam angle and spherical front lens,
Fig. 6a
Light distribution characteristics of the headlamp of FIG. 5 for different radiation angle settings,
Fig. 6b
FIG. 2 shows schematically an area illuminated by the headlamp of FIG. 5 in a critical angle setting between spot position and flood position of the headlamp, FIG.
Fig. 7a
Light distribution characteristics of the headlamp according to the invention from FIGS. 3a to 3f for different radiation angle settings,
Fig. 7b
schematically an illuminated by the inventive headlight of Fig. 3a to 3f range at critical Abstrahlwinkeleinstellung between spot position and flood position of the headlamp and
Fig. 8
schematically a Ausführungsbeipiel the headlamp according to the invention with drawn coordinate system.

In Fig. 1a ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers im Querschnitt dargestellt. Der Scheinwerfer weist ein becherartiges, undurchsichtiges Gehäuse 1 auf, in das an der Lichtaustrittsseite als Frontlinse des Scheinwerfers eine erste Sammellinse 2 eingesetzt ist. Die in Abstrahlrichtung des Scheinwerfers gewandte Oberfläche der ersten Sammellinse 2 ist rotationssymmetrisch und hat im Meridionalschnitt die Form eines Hyperbelabschnitts, wobei der Scheitel der Hyperbel auf der optischen Achse des Schweinwerfers liegt. Die Hyperbel genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0001

mit k= -1,5 und r = 52 mm
(k - Kegelschnittkonstante; r - Scheitelkrümmungsradius) Das zugrundeliegende Koordinatensystem ist aus Fig. 8 ersichtlich.In Fig. 1a, an embodiment of the headlamp according to the invention is shown in cross section. The headlight has a cup-like, opaque housing 1, in which at the light exit side as the front lens of the headlamp, a first converging lens 2 is inserted. The facing in the direction of emission of the headlight surface of the first converging lens 2 is rotationally symmetrical and has the meridional section in the form of a hyperbola section, wherein the apex of the hyperbola lies on the optical axis of the pig launcher. The hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0001

with k = -1.5 and r = 52 mm
(k - conic constant; r - vertex curvature radius) The underlying coordinate system is shown in FIG.

Die ins Scheinwerferinnere gewandte Oberfläche der ersten Sammellinse 2 ist eine Planfläche. Sie kann jedoch auch konkav gekrümmt ausgeführt werden. Dies gilt prinzipiell für alle im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Scheinwerfers.The interior of the headlight facing surface of the first converging lens 2 is a plane surface. However, it can also be executed concavely curved. This applies in principle for all embodiments of the headlamp according to the invention described below.

Innerhalb des Gehäuses 1 sind auf einem Schlitten 3 eine Lichtquelle 4, die durch eine Glühfadenlampe mit kleiner Wendel gebildet wird, und ein der Lichtquelle 4 zugeordneter Reflektor 5 angeordnet. Die Lichtquelle 4 und der Reflektor 5 sind so montiert, daß der resultierende Lichtstrahlengang in Richtung der ersten Sammellinse 2 gerichtet ist. Außerdem ist auf dem Schlitten 3 im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 4 und der ersten Sammellinse 2 eine zweite Sammellinse 6 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist die zweite Sammellinse 6 eine Meniskuslinse, deren zur ersten Sammellinse 2 hin gewandte Oberfläche genarbt ist.Within the housing 1, a light source 4, which is formed by a filament lamp with a small filament, and a light source 4 associated with the reflector 5 are arranged on a carriage 3. The light source 4 and the reflector 5 are mounted so that the resulting light beam path is directed in the direction of the first converging lens 2. In addition, a second converging lens 6 is arranged on the carriage 3 in the beam path between the light source 4 and the first convergent lens 2. In the illustrated embodiment of the headlight according to the invention, the second converging lens 6 is a meniscus lens whose surface facing the first condenser lens 2 is grained.

Die zweite Sammellinse 6 ist bezüglich ihrer optischen Achse rotationssymmetrisch. Die von der Lichtquelle 4 abgewandte, genarbte Oberfläche der zweiten Sammellinse 6 hat im Meridionalschnitt die Form eines Hyperbelabschnitts, wobei der Scheitelpunkt der Hyperbel auf der optischen Achse des Scheinwerfers liegt. Die Hyperbel genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0002

mit k = -1,1 und r = 24 mm.The second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis. The grainy surface of the second converging lens 6 facing away from the light source 4 has the shape of a hyperbola section in the meridional section, the vertex of the hyperbola lying on the optical axis of the headlight. The hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0002

with k = -1.1 and r = 24 mm.

Die Lichtquelle 4, der Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 sind so montiert, daß sowohl der Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und der zweiten Sammellinse 6 als auch der Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und dem Reflektor 5 verändert werden kann.The light source 4, the reflector 5 and the second converging lens 6 are mounted so that both the distance between the light source 4 and the second condenser lens 6 and the Distance between the light source 4 and the reflector 5 can be changed.

Es ist ferner möglich, auch bei der ersten Sammellinse 2 eine Linsenfläche mit einer Narbung zu versehen, so daß eine Mikrolinsenstruktur entsteht. Durch diese Maßnahme wird eine besonders gute Gleichmäßigkeit der Lichtverteilung erreicht.It is also possible, even with the first converging lens 2 to provide a lens surface with a grain, so that a microlens structure is formed. By this measure, a particularly good uniformity of the light distribution is achieved.

Fig. 1a zeigt die Lichtquelle 4, den Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 in einer Stellung maximalen Abstrahlwinkels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Der Abstand zwischen der ersten Sammellinse 2 und der zweiten Sammellinse 6 sowie der Abstand zwischen der zweiten Sammellinse 6 und der Lichtquelle 4 sind entsprechend den Scheinwerferdimensionen minimal, und der Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und dem Reflektor 5 ist der entsprechend den Montagegegebenheiten maximale Abstand.Fig. 1a shows the light source 4, the reflector 5 and the second converging lens 6 in a position maximum radiation angle of the headlamp according to the invention. The distance between the first condenser lens 2 and the second condenser lens 6 and the distance between the second condenser lens 6 and the light source 4 are minimal according to the spotlight dimensions, and the distance between the light source 4 and the reflector 5 is the maximum distance corresponding to the mounting conditions.

Um den Abstrahlwinkel zu verkleinern, wird der Schlitten 3 in Richtung von der ersten Sammellinse 2 weg bewegt. Dabei ist die Mechanik des Schlittens und mit ihm zusammenwirkender Führungsteile so ausgelegt, daß die zweite Sammellinse 6 zunächst in ihrer ursprünglichen Position verbleibt und sich nur die Lichtquelle 4 und der Reflektor 5 unter Beibehaltung ihres ursprünglichen gegenseitigen Abstandes in Richtung von der ersten Sammellinse 2 weg bewegen. Diese Art der Bewegung dauert so lange an, bis der Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und der zweiten Sammellinse 6 einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Fig. 1b zeigt das optische System des erfindungsgemäßen Scheinwerfers in eben dieser Position.In order to reduce the emission angle, the carriage 3 is moved in the direction away from the first converging lens 2. The mechanism of the carriage and cooperating with him guide parts is designed so that the second converging lens 6 initially remains in its original position and move only the light source 4 and the reflector 5 while maintaining their original mutual distance in the direction of the first convergent lens 2 away , This type of movement continues until the distance between the light source 4 and the second converging lens 6 has reached a predetermined value. Fig. 1b shows the optical system of the headlamp according to the invention in just this position.

Bei weiterer Bewegung des Schlittens 3 in Richtung von der ersten Sammellinse 2 weg verändert sich, wie in Fig. 1c dargestellt, zunächst weder der Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und dem Reflektor 5 noch der erreichte Abstand zwischen der Lichtquelle 4 und der zweiten Sammellinse 6. Je weiter sich die Lichtquelle 4 und der Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 von der ersten Sammellinse 2 weg bewegen, um so kleiner wird der Abstrahlwinkel und um so größer wird die Beleuchtungsstärke auf dem ausgeleuchteten Feld.As the carriage 3 moves further in the direction away from the first converging lens 2, as shown in FIG. 1c, neither the distance between the light source 4 and the reflector 5 nor the distance between the light source 4 and the second converging lens 6 changes. The further the light source 4 and the reflector 5 and the second condenser lens 6 move away from the first converging lens 2, the smaller the angle of radiation and the greater the illuminance on the illuminated field.

Schließlich erreicht der Reflektor 5 einen entsprechend den Scheinwerferdimensionen äußersten Abstand zur ersten Sammellinse 2 und hält in seiner Bewegung inne (siehe Fig. 1d). Dies ist die Stellung, bei welcher der aus der US-A-4 823 243 bekannte Scheinwerfer seinen minimalen Abstrahlwinkel und seine maximale Beleuchtungsstärke erreicht.Finally, the reflector 5 reaches a corresponding the headlamp dimensions outermost distance to the first converging lens 2 and stops in its movement (see Fig. 1d). This is the position at which the headlamp known from US-A-4 823 243 achieves its minimum beam angle and maximum illuminance.

Auf dem Weg von der in Fig. 1a dargestellten Anfangsposition bis zu der in Fig. 1d dargestellten Position durchläuft der Scheinwerfer eine kritische Abstrahlwinkeleinstellung, bei welcher der aus der US-A-4 823 243 bekannte Scheinwerfer in seiner Lichtverteilungskennlinie heller ausgeleuchtete Ränder zeigt (siehe Fig. 6a, 6b). Der erfindungsgemäße Scheinwerfer mit der asphärischen Frontlinse 2 dagegen zeigt jedoch in allen Abstrahlwinkeleinstellungen, insbesondere auch in der nach dem Stand der Technik kritischen Abstrahlwinkeleinstellung, eine sehr gleichmäßige Lichtverteilungskennlinie. Eine solche wird mit Bezug auf Fig. 7a und 7b anhand eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers weiter unten genauer erläutert.On the way from the initial position shown in Fig. 1a to the position shown in Fig. 1d, the headlamp undergoes a critical beam angle adjustment, in which the headlamp known from US-A-4,823,243 shows brighter illuminated edges in its light distribution characteristic (see Fig. 6a, 6b). However, the headlamp according to the invention with the aspherical front lens 2, however, shows a very uniform light distribution characteristic in all beam angle settings, in particular also in the beam angle setting critical according to the prior art. Such will be explained in more detail below with reference to FIGS. 7a and 7b with reference to another embodiment of the headlamp according to the invention.

Von der mechanischen Beweglichkeit seiner einzelnen Teile her entspricht der in den Fig. 1a bis le dargestellte erfindungsgemäße Scheinwerfer dem in der EP-A-0 846 913 dargestellten Scheinwerfer. D. h., es ist möglich, ausgehend von der in Fig. 1d dargestellten Scheinwerferposition, die Lichtquelle und die zweite Sammellinse 6 unter Beibehaltung ihres erreichten gegenseitigen Abstandes bei stillstehendem Reflektor 5 noch weiter von der ersten Sammellinse 2 weg und somit dichter an den Reflektor 5 heranzuführen (siehe Fig. 1e).From the mechanical mobility of its individual parts, the headlamp according to the invention shown in FIGS. 1a to le corresponds to the headlamp shown in EP-A-0 846 913. D. h., It is possible, starting from the headlight position shown in Fig. 1d, the light source and the second converging lens 6 while maintaining their mutual distance achieved with the reflector 5 still further away from the first converging lens 2 and thus closer to the reflector 5 introduce (see Fig. 1e).

In den Fig. 2a bis 2e ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die in Abstrahlrichtung des Scheinwerfers gerichtete Oberfläche der ersten Sammellinse 2 bezüglich ihrer optischen Achse rotationssymmetrisch, und die ins Scheinwerferinnere gerichtete Oberfläche der ersten Sammellinse 2 ist ein Planfläche. Der Unterschied zu dem in den Fig. 1a bis 1e dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers hinsichtlich der ersten Sammellinse 2 besteht darin, daß die in die Abstrahlrichtung des Scheinwerfers gewandte Oberfläche der ersten Sammellinse 2 die Form eines Ellipsenabschnitts hat, wobei die kleine Achse der Ellipse auf der optischen Achse des Scheinwerfers liegt. Die Ellipse genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0003

mit k = -0,6 und r = 52 mm.In FIGS. 2a to 2e, a further embodiment of the headlamp according to the invention is shown. In this exemplary embodiment, too, the surface of the first converging lens 2 directed in the emission direction of the headlight is rotationally symmetrical with respect to its optical axis, and the surface of the first converging lens 2 directed into the headlight interior is a plane surface. The difference from the embodiment of the headlight according to the invention shown in FIGS. 1a to 1e with respect to the first converging lens 2 is that in the emission direction of the headlamp facing surface of the first converging lens 2 has the shape of an ellipse section, wherein the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the headlight. The ellipse satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0003

with k = -0.6 and r = 52 mm.

Auch bei dem in den Figuren 2a bis 2e dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist die zweite Sammellinse 6 eine Meniskuslinse. Die von der Lichtquelle 4 abgewandte Oberfläche der zweiten Sammellinse 6 ist bezüglich ihrer optischen Achse rotationssymmetrisch und hat im Meridionalschnitt die Form eines Ellipsenabschnitts, wobei die kleine Achse der Ellipse auf der optischen Achse des Scheinwerfers liegt. Die Ellipse genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0004

mit k = -0,6 und r = 24 mm.Also in the embodiment of the headlamp according to the invention shown in Figures 2a to 2e, the second converging lens 6 is a meniscus lens. The remote from the light source 4 surface of the second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis and has the meridional section in the form of an ellipse section, wherein the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the headlamp. The ellipse satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0004

with k = -0.6 and r = 24 mm.

Hinsichtlich der mechanischen Beweglichkeit der einzelnen Teile entspricht das in den Fig. 2a bis 2e dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers im wesentlichen dem in den Fig. 1a bis 1e gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Der einzige Unterschied besteht darin, daß, wenn der Reflektor 5 seinen entsprechend den Scheinwerferdimensionen äußersten Abstand zur ersten Sammellinse 2 erreicht hat, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 2a bis 2e auch die zweite Sammellinse 6 nicht weiter von der ersten Sammellinse 2 wegbewegt werden kann. In diesem Falle wird nur die Lichtquelle 4 unter Beibehaltung des gegenseitigen maximalen Abstandes zwischen zweiter Sammellinse 6 und Reflektor 5 weiter an den Reflektor 5 herangeführt, sobald der Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 ihre in dieser Ausführungsform größtmögliche Entfernung von der ersten Sammellinse 2 erreicht haben (siehe Fig. 2e). Die Vorteile einer solchen mechanischen Ausführung sind in der EP-A-0 846 913 ausführlich beschrieben. Gleiches gilt für die zu dem oben beschriebenen Bewegungsablauf entgegengesetzte Bewegung der Lichtquelle 4, des Reflektors 5 und der zweiten Sammellinse 6 in Richtung auf die erste Sammellinse 2. Es erfolgt praktisch nur eine einfache Umkehrung des Bewegungsablaufs. Bezüglich einer genauen Beschreibung sei auf die EP-A-0 846 913 verwiesen.With regard to the mechanical mobility of the individual parts, the embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 2a to 2e substantially corresponds to the exemplary embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 1a to 1e. The only difference is that, when the reflector 5 has reached its outermost distance to the first converging lens 2 according to the spotlight dimensions, the second converging lens 6 can not be further moved away from the first converging lens 2 in the embodiment according to FIGS. 2a to 2e. In this case, only the light source 4 while maintaining the mutual maximum distance between the second convergent lens 6 and reflector 5 is further brought to the reflector 5, as soon as the reflector 5 and the second converging lens 6 in this embodiment, the greatest possible distance from the first Conveying lens 2 have reached (see Fig. 2e). The advantages of such a mechanical design are described in detail in EP-A-0 846 913. The same applies to the movement of the light source 4, the reflector 5 and the second converging lens 6 in the direction of the first convergent lens 2, which movement is opposite to that described above. Practically only a simple reversal of the movement sequence takes place. For a detailed description, see EP-A-0 846 913.

Neben mechanischen Schlittensystemen, die die oben beschriebenen Bewegungsabläufe ermöglichen, gibt es in anderen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers Schlittensysteme, die leicht modifizierte Bewegungen hervorrufen. So bleibt z.B. bei einer Ausführungsform die zweite Sammellinse 6 im hinteren Abschnitt der Fortbewegung des Schlittens 3 von der ersten Sammellinse 2 nicht schlagartig stehen, sondern es wird bei konstanter Relativgeschwindigkeit zwischen der Lichtquelle 4 und der ersten Sammellinse 2 die Relativgeschwindigkeit zwischen der zweiten Sammellinse 6 und der ersten Sammellinse 2 kontinuierlich verlangsamt, bis die zweite Sammellinse 6 dann schließlich stehenbleibt, während sich der Reflektor 5 und die Lichtquelle 4 unter Beibehaltung ihres gegenseitigen Abstandes noch von der ersten Sammellinse 2 fort bewegen (Fig. 3a bis 3e). Schließlich erreicht der Reflektor 5 die in Fig. 3e gezeigte äußerste Position, und nur noch die Lichtquelle 4 bewegt sich von der ersten Sammellinse 2 weg, bis auch die Lichtquelle 4 schließlich ihre äußerste Position erreicht hat (Fig. 3f). Die Umkehrung dieses Bewegungsablaufes erfolgt entsprechend.In addition to mechanical slide systems, which enable the above-described movements, there are in other embodiments of the headlamp according to the invention carriage systems that cause slightly modified movements. Thus, for example, In one embodiment, the second converging lens 6 in the rear portion of the movement of the carriage 3 of the first converging lens 2 are not abrupt, but it is at constant relative speed between the light source 4 and the first converging lens 2, the relative velocity between the second converging lens 6 and the first convergent lens 2 continuously slows down until the second condenser lens 6 finally stops, while the reflector 5 and the light source 4 still move away from the first condenser lens 2 while maintaining their mutual distance (FIGS. 3a to 3e). Finally, the reflector 5 reaches the outermost position shown in Fig. 3e, and only the light source 4 moves away from the first converging lens 2 until the light source 4 finally reaches its outermost position (Fig. 3f). The reversal of this sequence of movements takes place accordingly.

Die erste Sammellinse 2 des in den Fig. 3a bis 3f dargestellten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers entspricht der ersten Sammellinse 2 aus dem in den Fig. 2a bis 2e gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, daß die Ellipsenkonstanten k und r in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3a bis 3f folgende Werte haben:

  • k = -0,5
  • r = 52 mm
The first converging lens 2 of the embodiment of the headlamp according to the invention shown in Figs. 3a to 3f corresponds to the first converging lens 2 of the embodiment shown in Figs. 2a to 2e with the difference that the ellipse constants k and r in the embodiment of Fig. 3a until 3f have the following values:
  • k = -0.5
  • r = 52 mm

Die zweite Sammellinse 6 ist in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3a bis 3f als Meniskuslinse ausgebildet, deren von der Lichtquelle 4 abgewandte Oberfläche im Meridionalschnitt die Form eines Hyperbelabschnitts hat, wobei der Scheitelpunkt der Hyperbel auf der optischen Achse des Schweinwerfers liegt. Die Hyperbel genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0005

mit k = -1,3 und r = 24 mm.The second converging lens 6 is formed in the embodiment of Fig. 3a to 3f as Meniskuslinse whose remote from the light source 4 surface in meridional section has the shape of a hyperbola section, wherein the vertex of the hyperbola lies on the optical axis of the pig. The hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0005

with k = -1.3 and r = 24 mm.

In Fig. 7a sind Beleuchtungsstärkekennlinien für das in den Fig. 3a bis 3f dargestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers gezeigt. Im Vergleich mit den in Fig. 6a dargestellten Beleuchtungsstärkekennlinien nach dem Stand der Technik wird die verbesserte Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung mittels des erfindungsgemäßen Scheinwerfers deutlich. Die nach dem Stand der Technik außerhalb der Spotstellung auftretenden Intensitätserhöhungen am Rand sind auch in der bisher kritischen Abstrahlwinkeleinstellung zwischen Spotstellung und Flutstellung verschwunden. Einen direkten Vergleich für die kritische Abstrahlwinkeleinstellung liefern die Fig. 6b und 7b.FIG. 7a shows illuminance characteristics for the embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 3a to 3f. In comparison with the prior art illuminance characteristics shown in Fig. 6a, the improved uniformity of illumination by means of the headlamp according to the invention becomes clear. The intensity increases at the edge occurring outside the spot position according to the prior art have also disappeared in the hitherto critical emission angle setting between spot position and flood position. A direct comparison for the critical Abstrahlwinkeleinstellung deliver Fig. 6b and 7b.

Neben den in den Fig. 1a bis 3f dargestellten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers gibt es vielfältige weitere Variationsmöglichkeiten für Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers. Eine erste Sammellinse 2 mit im Meridionalschnitt hyperbolischer von der Lichtquelle 4 abgewandter Oberfläche kann z. B. auch mit einer zweiten Sammellinse 6 kombiniert werden, deren von der Lichtquelle 4 abgewandte Oberfläche im Meridionalschnitt die Form eines Ellipsenabschnitts hat. Ein solches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist in den Fig. 4a bis 4c dargestellt. Die in Abstrahlrichtung des Scheinwerfers gewandte Oberfläche der ersten Sammellinse 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel rotationssymmetrisch und hat im Meridionalschnitt die Form eines Hyperbelabschnitts, wobei der Scheitel der Hyperbel auf der optischen Achse des Scheinwerfers liegt. Die Hyperbel genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0006

mit k = -2 und r = 52 mmIn addition to the embodiments of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 1a to 3f, there are many other possible variations for embodiments of the headlamp according to the invention. A first converging lens 2 with hyperbolic in the meridional section facing away from the light source 4 surface z. B. also be combined with a second converging lens 6, the surface facing away from the light source 4 in the meridional section has the shape of an ellipse section. Such an embodiment of the headlight according to the invention is shown in FIGS. 4a to 4c. The facing in the direction of emission of the headlight surface of the first converging lens 2 is rotationally symmetric in this embodiment and has the meridional section in the form of a hyperbola section, the apex the hyperbola lies on the optical axis of the headlamp. The hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0006

with k = -2 and r = 52 mm

Die ins Scheinwerferinnere gewandte Oberfläche der ersten Sammellinse 2 ist eine Planfläche.The interior of the headlight facing surface of the first converging lens 2 is a plane surface.

Die zweite Sammellinse 6 ist bezüglich ihrer optischen Achse rotationssymmetrisch. Die von der Lichtquelle 4 abgewandte, genarbte Oberfläche der zweiten Sammellinse 6 hat im Meridionalschnitt die Form eines Ellipsenabschnitts, wobei der Scheitelpunkt der Ellipse auf der optischen Achse des Scheinwerfers liegt. Die Ellipse genügt folgender Gleichung: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2

Figure imgb0007

mit k = -0,4 und r = 24 mmThe second converging lens 6 is rotationally symmetrical with respect to its optical axis. The facing away from the light source 4, grained surface of the second converging lens 6 has the meridional section in the form of an ellipse section, wherein the vertex of the ellipse lies on the optical axis of the headlamp. The ellipse satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
Figure imgb0007

with k = -0.4 and r = 24 mm

Der Bewegungsmechanismus bei dem in den Fig. 4a bis 4c dargestellten vierten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemä-ßen Scheinwerfers funktioniert folgendermaßen: Fig. 4a zeigt die Lichtquelle 4, den Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 in einer Stellung maximalen Abstrahlwinkels des Scheinwerfers. Um den Abstrahlwinkel zu verkleinern, wird der Schlitten 3 in Richtung von der ersten Sammellinse 2 weg bewegt. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Scheinwerfers die Mechanik des Schlittens und mit ihm zusammenwirkender Führungsteile so ausgelegt, daß sich die Abstände der zweiten Sammellinse 6, der Lichtquelle 4 und des Reflektors 5 untereinander zunächst nicht verändern. Sobald der Schlitten 3 jedoch einen bestimmten Abstand von der ersten Sammellinse 2 erreicht hat, hält die zweite Sammellinse 6 in ihrer Bewegung inne, während sich die Lichtquelle 4 und der Reflektor 5 unter Beibehaltung ihres gegenseitigen Abstandes gemeinsam noch weiter von der ersten Sammellinse 2 und jetzt auch von der zweiten Sammellinse 6 weg bewegen, bis sie ihren konstruktiv bedingten größtmöglichen Abstand von der ersten Sammellinse 2 erreichen (siehe Fig. 4c).The movement mechanism in the fourth exemplary embodiment of the headlamp according to the invention shown in FIGS. 4a to 4c functions as follows: FIG. 4a shows the light source 4, the reflector 5 and the second convergent lens 6 in a position of maximum emission angle of the headlamp. In order to reduce the emission angle, the carriage 3 is moved in the direction away from the first converging lens 2. Here, in this embodiment of the headlamp according to the invention, the mechanism of the carriage and cooperating with him guide parts designed so that the distances of the second converging lens 6, the light source 4 and the reflector 5 with each other initially not change. As soon as the Carriage 3, however, has reached a certain distance from the first converging lens 2, holds the second converging lens 6 in their movement, while the light source 4 and the reflector 5 while maintaining their mutual distance together further from the first convergent lens 2 and now also of Move the second converging lens 6 away until they reach their constructive conditional maximum distance from the first converging lens 2 (see Fig. 4c).

Bei der Bewegung des Schlittens 3 aus der Spotstellung (Fig. 4c) in die Flutstellung (Fig. 4a) läuft der soeben beschriebene Bewegungsvorgang in genau umgekehrter Reihenfolge ab. Zunächst bewegen sich die Lichtquelle 4 und der Reflektor 5 unter Beibehaltung ihres gegenseitigen Abstandes auf die beiden Sammellinsen 6 und 2 zu. Sobald ein bestimmter Abstand zwischen Lichtquelle 4/Reflektor 5 einerseits und der zweiten Sammellinse 6 andererseits erreicht ist, nimmt die zweite Sammellinse 6 an der Bewegung teil, und die Lichtquelle 4, der Reflektor 5 und die zweite Sammellinse 6 bewegen sich nun unter Beibehaltung ihrer gegenseitigen Abstände auf die erste Sammellinse 2 zu.During the movement of the carriage 3 from the spot position (FIG. 4c) into the flood position (FIG. 4a), the movement process just described proceeds in exactly the reverse order. First, the light source 4 and the reflector 5 move while maintaining their mutual distance to the two converging lenses 6 and 2. Once a certain distance between the light source 4 / reflector 5 on the one hand and the second converging lens 6 is reached on the other hand, the second converging lens 6 participates in the movement, and the light source 4, the reflector 5 and the second convergent lens 6 move now while maintaining their mutual Distances to the first convergent lens 2 to.

Mechanisch kann man eine wie oben unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4c beschriebene Bewegung der auf dem Schlitten 3 montierten optischen Elemente z. B. erreichen, indem man die zweite Sammellinse 6 innerhalb des Schlittens 3 auf einer beweglichen Führungsschiene 7 montiert, die auf der von der ersten Sammellinse 2 abgewandten Seite über den Grundkörper des Schlittens 3 hinausragt und bezüglich der Einheit Lichtquelle 4/Reflektor 5 mit einer Feder und mit einem geeigneten Anschlag versehen ist.Mechanically, one can as described above with reference to FIGS. 4a to 4c movement of the mounted on the carriage 3 optical elements z. B. achieve by mounting the second converging lens 6 within the carriage 3 on a movable guide rail 7, which projects beyond the base body of the carriage 3 on the side facing away from the first converging lens 2 side and with respect to the unit light source 4 / reflector 5 with a spring and provided with a suitable stop.

Generell gilt für den erfindungsgemäßen Scheinwerfer, daß die zweite Sammellinse 6 auch nicht unbedingt als Meniskuslinse oder als asphärische Linse ausgebildet sein muß.Generally applies to the headlamp according to the invention, that the second converging lens 6 does not necessarily have to be formed as a meniscus lens or as an aspherical lens.

Bei anderen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Scheinwerfers ist die nach innen gerichtete Oberfläche der ersten Sammellinse 2 asphärisch. Ferner muß das Schlittensystem nicht unbedingt wie in der US-A-4 823 243 oder in der EP-A-0 846 913 beschrieben ausgebildet sein. Es gibt daher auch Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Scheinwerfers, bei denen der Abstand zwischen Reflektor 5, Lichtquelle 4 und zweiter Sammellinse 6 nicht verändert werden kann. Bei diesen Ausführungsbeispielen ist es nur möglich, die drei eben genannten Elemente mit Hilfe des Schlittens 3 als starre optische Einheit gemeinsam relativ zur ersten Sammellinse 2 zu bewegen. Die möglichen Gestaltungsvarianten der ersten Linse 2 als asphärische Linse werden von dieser mechanischen Konstruktion ebensowenig beeinträchtigt wie die Gestaltungsvarianten der zweiten Linse 6.In other embodiments of the headlight according to the invention, the inwardly directed surface of the first converging lens 2 is aspherical. Further, the carriage system need not necessarily be formed as described in US-A-4,823,243 or EP-A-0 846 913. There is therefore also Embodiments of the headlamp according to the invention, in which the distance between the reflector 5, the light source 4 and the second convergent lens 6 can not be changed. In these embodiments, it is only possible to move the three aforementioned elements together with the aid of the carriage 3 as a rigid optical unit relative to the first converging lens 2. The possible design variants of the first lens 2 as an aspherical lens are just as little affected by this mechanical construction as the design variants of the second lens 6.

Außerdem ist es nicht unbedingt notwendig, daß als asphärische Frontlinse 2 eine rotationssymmetrische Linse zum Einsatz gelangt. Es sind auch Ausführungsbeispiele mit nichtrotationssymmetrischen asphärischen Linsen möglich. Falls jedoch, wie oben beschrieben, asphärische Linsen mit hyperbolischen oder ellipsoiden Oberflächen verwendet werden, so müssen diese nicht unbedingt so angeordnet werden, daß die Hyperbelscheitel bzw. kleinen Ellipsenhalbachsen auf der optischen Achse des Schweinwerfers liegen. Es sind auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen die entsprechenden Linsen zur optischen Achse des Schweinwerfers versetzt angeordnet sind. Dies gilt sowohl für die erste Sammellinse 2, als auch für die zweite Sammellinse 6.In addition, it is not absolutely necessary that a rotationally symmetrical lens is used as the aspheric front lens 2. Embodiments with non-rotationally symmetric aspherical lenses are also possible. However, as described above, if aspherical lenses having hyperbolic or ellipsoidal surfaces are used, they need not necessarily be arranged so that the hyperbola apexes or small ellipse ellipses are on the optical axis of the piglet. Embodiments are also conceivable in which the corresponding lenses are arranged offset relative to the optical axis of the pig launcher. This applies both to the first converging lens 2 and to the second converging lens 6.

In den Fig. 1a bis 3f ist der Reflektor 5 stets als ein relativ flacher Reflektor und die Lichtquelle 4 als eine aufrecht stehende Glühfadenlampe dargestellt. Es ist jedoch auch möglich, einen tiefen Reflektor und/oder eine liegend angebrachte Lampe zu verwenden.In FIGS. 1a to 3f, the reflector 5 is always shown as a relatively flat reflector and the light source 4 as an upright filament lamp. However, it is also possible to use a deep reflector and / or a recessed mounted lamp.

Anstelle der im obigen Ausführungsbeispiel genannten Glühfadenlampe kann die Lichtquelle 4 z.B. auch durch eine Halogenlampe oder durch eine Entladungslampe ohne Wendel mit Lichtfleck zwischen zwei Elektroden gebildet werden.Instead of the filament lamp mentioned in the above embodiment, the light source 4 may be e.g. also be formed by a halogen lamp or by a discharge lamp without helix with light spot between two electrodes.

Obwohl oben die Verwendung einer asphärischen Frontlinse in Verbindung mit einem sehr speziellen Schweinwerfer mit veränderlichem Abstrahlwinkel beschrieben wurde, bei dem die asphärische Frontlinse vor allem in den Scheinwerferstellungen zwischen Spotstellung und Flutstellung eine noch gleichmäßigere Lichtverteilung im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Scheinwerfern bewirkt, lassen sich asphärische Frontlinsen auch in allen möglichen anderen Scheinwerfern mit veränderlichem Abstrahlwinkel verwenden, um die Lichtverteilung des Scheinwerfers zu beeinflussen. Dies gilt insbesondere für Scheinwerfer mit auswechselbarer Frontlinse. Die asphärische Frontlinse kann hierbei rotationssymmetrisch oder nicht rotationssymmetrisch sowie auf der optischen Achse des Scheinwerfers zentriert oder zur optischen Achse des Schweinwerfers versetzt angeordnet sein.Although the use of an aspherical front lens has been described above in connection with a very special variable-angle headlight, the aspherical front lens is even more uniform, especially in the spotlight positions between spot position and flood position Allows light distribution compared to the known from the prior art such headlamps, aspherical front lenses can also be used in all sorts of other lights with variable beam angle to influence the light distribution of the headlamp. This is especially true for headlamps with replaceable front lens. The aspherical front lens can in this case be rotationally symmetric or non-rotationally symmetrical and centered on the optical axis of the headlight or offset from the optical axis of the pig headlight.

Außer den oben angegebenen Werten können die Kegelschnittkonstanten r und k noch vielfältige weitere Werte annehmen. Der für praktische Anwendungen tatsächlich bedeutsame Wertebereich des r erstreckt sich von 15 mm bis 150 mm. Ist k kleiner als 0, jedoch größer als -1, so liefert die oben angegebene Gleichung eine ellipsoide Fläche. Bei k = -1 ergibt sich eine paraboloide Fläche und bei k < -1 eine hyperboloide Fläche. k kann beliebig kleine Werte annehmen, und r ist auch nicht auf den obengenannten Wertebereich beschränkt.Apart from the values given above, the conic constants r and k can assume many more values. The value range of the r, which is actually important for practical applications, ranges from 15 mm to 150 mm. If k is less than 0 but greater than -1, the equation given above yields an ellipsoidal surface. At k = -1 there is a paraboloidal surface and at k <-1 a hyperboloidal surface. k can take arbitrarily small values, and r is not limited to the above range of values.

Abschließend sei noch ausdrücklich darauf verwiesen, daß sich die Erfindung nicht auf Scheinwerfer einer bestimmten Leistungsklasse beschränkt. Beispielsweise kann man erfindungsgemäße Scheinwerfer sowohl als Miniaturscheinwerfer mit einer Leistung von einigen 10 W als auch als Hochleistungsscheinwerfer mit einer Leistung von einigen 10 kW ausführen.Finally, it should be expressly pointed out that the invention is not limited to headlights of a certain power class. For example, headlamps according to the invention can be implemented both as miniature headlamps with a power of a few 10 W and as high-power headlamps with a power of a few 10 kW.

Claims (27)

  1. Spotlight with a variable emission angle, in which the variation in the emission angle is caused otherwise than by shading the beam path by means of a diaphragm or mask, having a light source (4) arranged in the spotlight interior, and a first lens (2) which is the front lens of the spotlight and is embossed at least on one face, characterized in that the first lens (2) is an aspheric lens.
  2. Spotlight according to claim 1, characterized in that the first lens (2) is designed in a rotationally symmetrical fashion with reference to its optical axis.
  3. Spotlight according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the first lens (2) which is directed into the spotlight interior is aspheric.
  4. Spotlight according to one of the preceding claims, characterized in that in meridian section the surface of the first lens (2) facing in the direction of emission of the spotlight has the shape of a conic section segment other than a circular segment.
  5. Spotlight according to claim 4, characterized in that in meridian section the surface of the first lens (2) facing in the direction of emission of the spotlight has the shape of a hyperbolic segment.
  6. Spotlight according to claim 5, characterized in that the apex of hyperbola lies on the optical axis of the spotlight.
  7. Spotlight according to claim 6, characterized in that the hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
    Figure imgb0012

    k being a value from the range of -3.0 to -1.1, and r being a value from the range of 40 mm to 100 mm.
  8. Spotlight according to claim 4, characterized in that in meridian section the surface of the first lens (2) facing in the direction of emission of the spotlight has the shape of an elliptical segment.
  9. Spotlight according to claim 8, characterized in that the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the spotlight.
  10. Spotlight according to claim 9, characterized in that the ellipse satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
    Figure imgb0013

    k being a value from the range of -0.9 to -0.5, r being a value from the range of 40 mm to 100 mm.
  11. Spotlight according to claim 1, characterized in that the surface of the first lens (2) facing into the spotlight interior is spherical.
  12. Spotlight according to claim 1, characterized in that the surface of the first lens (2) facing into the spotlight interior is plane, or convex in the direction away from the light source (4).
  13. Spotlight according to one of the preceding claims, characterized by
    - a reflector (5) assigned to the light source (4),
    and
    - a second lens (6) arranged in the beam path between the light source (4) and the first lens (2), the reflector (5), the light source (4) and the second lens (6) being mounted as an optical unit which can move relative to the first lens (2) along the optical axis of the spotlight.
  14. Spotlight according to claim 13, characterized in that the second lens (6) is embossed at least on one face.
  15. Spotlight according to claim 13 or 14, characterized in that the second lens (6) is designed in a rotationally symmetrical fashion with reference to its optical axis.
  16. Spotlight according to one of claims 13 to 15, characterized in that the second lens (6) is an aspheric lens.
  17. Spotlight according to claim 16, characterized in that the surface of the second lens (6) facing the light source (4) is aspheric.
  18. Spotlight according to claim 16 or 17, characterized in that in meridian section the surface of the second lens (6) averted from the light source (4) has the shape of a conic section segment other than a circular segment.
  19. Spotlight according to claim 18, characterized in that in meridian section the surface of the second lens (6) averted from the light source (4) has the shape of a hyperbolic segment.
  20. Spotlight according to claim 19, characterized in that the apex of the hyperbola lies on the optical axis of the spotlight.
  21. Spotlight according to claim 20, characterized in that the hyperbola satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
    Figure imgb0014

    k being a value from the range of -3.0 to -1.1, and r being a value from the range of 20 mm to 70 mm.
  22. Spotlight according to claim 18, characterized in that in meridian section the surface of the second lens (6) averted from the light source (4) has the shape of an elliptical segment.
  23. Spotlight according to claim 22, characterized in that the minor axis of the ellipse lies on the optical axis of the spotlight.
  24. Spotlight according to claim 23, characterized in that the ellipse satisfies the following equation: Z = 1 r y 2 1 + 1 - k + 1 y 2 / r 2
    Figure imgb0015

    k being a value from the range of -0.9 to -0.5, and r being a value in the range of 20 mm to 70 mm.
  25. Spotlight according to one of claims 13 to 24, characterized in that the second lens (6) is a meniscus lens.
  26. Spotlight according to one of claims 13 to 25, characterized in that the distance between the light source (4) and the second lens (6) inside the optical unit can be varied.
  27. Spotlight according to one of claims 13 to 26, characterized in that the distance between the light source (4) and the reflector (5) inside the optical unit can be varied.
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