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Optisches System für batteriebetriebene Scheinwerferlampen Die Erfindung
betrifft ein optisches System für batteriebetriebene Scheinwerferlampen, bei dem
zwei zueinander parallelliegende Linsenstreuscheiben, die aus plankonkaven und plankonvexen
Elementen bestehen, derart angeordnet sind, daß sie gegeneinander in ihren Ebenen
bewegbar sind und daß die Linsenscheiben durch Wahl ihrer Stellungen zueinander
sowohl optisch unwirksam sein als auch den Lichtstrahlen eine maximale Divergenz
erteilen können.
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Bei einer batteriebetriebenen bündelnd wirkenden Scheinwerferlampe,
insbesondere Taschenlampe, bei welcher die Lage des Glühfadens einer Birne zu einem
Parabolreflektor eingestellt wird, ergibt das von der Lampe ausgehende divergierende
Lichtbündel auf dem zu beleuchtenden Objekt ein Muster aus hellen und dunklen Ringen
und Stellen.
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Dieser Nachteil tritt auch bei einem bekannten Scheinwerfer auf, in
welchem zwei Sätze streifenförmiger Linsen verwendet werden, die jeweils von Glasstreifen
mit parallelen Seiten voneinander getrennt sind. In den beiden Linsensätzen sind
entweder eben-konkave oder eben-konvexe Streifen angeordnet. Bei einer seitlichen
Bewegung beispielsweise der eben-konvexen Streifen senkrecht zur Längsrichtung der
Streifen ergibt sich eine Diffusion des Lichtstrahls. Diese bekannte Ausführung
hat aber keine durchgehend gewellte Fläche. Bei dieser bekannten Ausführung ergeben
sich infolge der abgesetzten Anordnung der Linse zwangläufig helle und dunkle Streifen
im Beleuchtungsbild, so daß eine gleichmäßige Ausleuchtung eines Gegenstandes nicht
möglich ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einstellbares optisches
System zu schaffen, bei welchem das Lichtbündel entweder im wesentlichen unverändert
durch das System hindurchtreten oder so vom System gebrochen werden kann, daß man
ein im wesentlichen gleichmäßiges Lichtbündel variabler Divergenz erhält. Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Linsenscheiben von einer ebenen Fläche und
einer spiralförmig angeordneten Wellenfläche begrenzt werden und daß ihre Bewegung
gegeneinander durch Drehung erfolgt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Linsen
kreisförmig ausgebildet und zur Einstellung durch Verdrehung um einen Winkelbetrag
koaxial gehaltert.
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In Kombination mit einer batteriebetriebenen Scheinwerferlampe,
in der einem Parabolreflektor eine Glühlampe so zugeordnet ist, daß ein im wesentichen
paralleles Lichtbündel erhalten wird, sieht die Erfindung eine Ausführungsform vor,
daß die Linsen vor Reflektor und Glühlampe angeordnet sind, eine der Linsen in bezug
auf den Reflektor fest angeordnet und die andere Linse koaxial zur ersten Linse
in einem Linsenring angeordnet ist, der gegenüber dem Reflektor verdrehbar ist und
dadurch die Einstellung der Linsen zueinander erlaubt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist jede Wellenfläche zu
zwei schneckenförmig verlaufenden Wellen gleicher Steigung ausgebildet, welche vom
Zentrum der Wellenfläche in um 180° entgegengesetzten Richtungen ausgehen.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform sieht die Erfindung
vor, daß die gewellte Fläche aus einer Anzahl gleicher Sektoren ausgeführt ist,
die abwechselnd konkav und konvex und so geformt sind, daß sie zur Bildung einer
durchgehend gewellten Fläche ineinander übergehen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigen, näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 die Draufsicht auf eine in dem optischen System gemäß
der Erfindung verwendete planwellig ausgebildete Linse,
Fig. 2 und
3 zwei Einstellungen der Linsen von Fig. 1 im Schnitt längs einer senkrechten Linie
durch den Linsenmittelpunkt in Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt durch eine batteriebetriebene,
mit zwei Linsen gemäß Fig.2 und 3 ausgerüstete Scheinwerferleuchte.
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In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die in Fig. 1 dargestellte planwellig ausgebildete Linse ist kreisförmig
und mit einer ebenen Fläche und einer Wellenfläche ausgestattet, die ihrerseits
zu zwei schneckenförmig verlaufenden Wellen mit den Bärgen 1 und den Tälern 2 ausgebildet
ist. Die beiden schneckenförmig verlaufenden Wellen besitzen die gleiche Steigung
und gehen vom Linsenzentrum in um 180° entgegengesetzten Richtungen aus.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen je ein Paar der planwellig ausgebildeten Linsen
3 und 4 in koaxialer Anordnung; wobei die Wellenflächen der Linsen einander gegenüberliegen
und die Linsen in Bezug aufeinander einstellbar sind.
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Die Wellenfläche jeder Linse ist zu zwei schnekkenförmig verlaufenden
Wellen ausgebildet (vgl. Fig. 1), und die Winkelstellung der einen Linse zur anderen
ist zwischen der Lage nach Fig. 2, in welcher die Wellenberge 5 der Linse 3 sich
in Einstellung zu den Wellentälern der Linse 4 befinden, und der Lage nach Fig.
3 regelbar, in welcher sich die Berge 5 in Einstellung zu den Bergen 6 der anderen
Linse 4 befinden. Die Linsen werden durch das Aneinanderstoßen ihrer Nabenflächen
8 und 9 so im Abstand voneinander gehalten, daß die Berge der einen Linse nicht
in die Täler der anderen Linsen eingreifen können.
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Ein senkrecht auf die ebene Fläche einer der Linsen auftreffendes
paralleles Lichtbündel wird nicht an derselben, aber an den Wellenflächen der Linsen
gebrochen. Wenn die Linsen gemäß Fig. 2 eingestellt sind, werden zwar die Lichtstrahlen
an jeder Wellenfläche der Linse gebrochen, aber die Ablenkung jedes Lichtstrahles
des Strahlenbündels an der Wellenfläche von Linse 4 wird durch die Ablenkung an
der Wellenfläche von Linse 3 wiederaufgehoben, so daß das Lichtbündel die Linsen
ohne wesentliche Veränderung seiner Richtung passiert.
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Wenn die Winkellage der Linsen zueinander verändert wird, indem man
die Linse 3 gegenüber Linse 4 um 90° verdreht, kommen die Berge 5 und 6 der Wellenflächen
in Einstellung zueinander (Fig. 3), und der zwischen den Linsen befindliche Raum
10 besteht aus einer Reihe abwechselnd bikonkaver und bikonvexer Teile, die durch
die Zusammenwirkung der übereinanderliegenden Berge und Täler der Wellenflachen
der Linsen gebildet werden.
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Parallele Lichtstrahlen konvergieren auf Grund der Brechung an jedem
bikonkaven Teil, da der Brechungsindex der Luft in dem Linsenzwischenraum geringer
als derjenige des Linsenmaterials ist, und parallele Lichtstrahlen divergieren auf
Grund der Brechung an jedem bikonvexen Teil. Da jeder dieser Teile wie eine Linse
von kurzer Brennweite wirkt, wird in einem Abstand von. dem Linsenzwischenraum und
nach Brechung an der ebenen Fläche der Linse 3 in der Gesamtwirkung ein divergierendes
Lichtbündel erhalten, dessen Intensität im wesentlichen gleichmäßig ist. Der maximal
mögliche Abstand zwischen den Linsen hängt hauptsächlich von zwei Faktoren ab, nämlich
dem Brechungsindex des Linsenmaterials und dem Verhältnis der Entfernung zwischen
benachbarten Bergen der Wellenflächen zur Tiefe der Wellentäler. Diese Faktoren
bestimmen den Winkel, unter dem jeder die Linsen passierende Lichtstrahl gebrochen
wird, und die Linsen dürfen nicht so weit voneinander entfernt sein, daß die an
einem Berg oder Tal der Linse 4 maximal gebrochenen Lichtstrahlen auf einen Berg
oder ein Tal der Linse 3 auftreffen, der nicht in Einstellung zu dem genannten Berg
oder Tal der Linse 4 gebracht werden kann. Diese Faktoren bestimmen ebenso die Brennweite
jedes Teils des Zwischenraums 10 und damit die maximal mögliche Divergenz des Lichtbündels.
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Die Wellenfläche jeder Linse kann zu einer einzelnen schneckenförmigen
Welle oder zu einer Anzahl schneckenförmig verlaufender Wellen gleicher Steigung
ausgebildet werden, die von ihrem gemeinsamen Ursprung in Richtungen ausgehen, die
gleichmäßig um den Ursprung verteilt sind. Wenn die Wellenfläche jeder Linse zu
n solchen Schneckenwindungen ausgebildet ist, wird die Bewegung der Berge der einen
Wellenfläche aus der Lage, in welcher sie sich in Einstellung zu den Tälern der
anderen Wellenfläche befinden, in diejenige Lage, in welcher sie sich in Einstellung
zu den Bergen der anderen Wellenfläche befinden, durch Verdrehung der Linsen um
einen Winkel von 180°/n gegeneinander erhalten.
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Fig. 4 zeigt zwei Linsen 3, 4 der oben an Hand von Fig: 1 bis 3 beschriebenen
Art, die koaxial und in Bezug aufeinander einstellbar von einer batteriebetriebenen
Scheinwerferleuchte vor dem Reflektor 11 und der Glühlampe 12 gehalten werden, die
in dem Lampengehäuse 13 so angeordnet sind, daß sie ein im wesentlichen paralleles
Lichtbündel liefern. Der Reflektor 11 sitzt mit Preßpassung in dem zylindrischen
Flansch 14, der von dem Umfang der ebenen Fläche der Linse 4 ausgeht. Der Flansch
14 ist mit Außengewinde versehen und in den Gewindeteil 15
des Lampengehäuses
13 eingesehraubt, der sich von einer Stelle in der Nähe des Lampengehäuseendes aus
nach innen erstreckt. Die Linse 4, der Reflektor 11 und die Glühlampe 12 können
auf diese Weise in einem Stück aus dem Lampengehäuse 13 entfernt werden.
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Die Linse 4 muß in bezug auf das Lampengehäuse starr gehaltert sein,
um ihre Drehung beim Einstellen der Lage von Linse 3 zur Linse 4 zu verhindern.
Diese starre Halterung wird mit einem Federstreifen 17 erzielt, dessen Ende 16 in
einen Schlitz 18 im Flansch 14 eingreift. Die Feder 17 ist mit einem Niet 19 an
dem Lampengehäuse befestigt und mit einem Druckknopf 20 versehen, der sich durch
eine Lochung des Lampengehäuses erstreckt. Durch Niederdrücken des Knopfes 20 wird
das Ende 16 der Feder 17 aus seinem Eingriff reit dem Schlitz 18 herausgeführt,
wonach man die Linse 4 gegenüber dem Lampengehäuse verdrehen kann.
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Die Linse 3 wird von einer Mittelnabe 21, die in eine Mittelbohrung
in der Linse 4 eingreift, koaxial zu der letztgenannten gehalten, wobei die Wellenflächen
der Linsen 3, 4 einander gegenüberliegen. Der die Linse 3 hastende Linsenring 22
ist mit einer Metallauskleidung 23 ausgestattet, die von drei in Winkelabständen
von 120° vorgesehenen Ösen 24 gehalten wird. Die Linse 3 selbst wird von einem federnden
geschlitzten, hinter eine Schulter 26 auf
der Innenseite des Linsenringes
greifenden Ring 25 in dem Linsenring 22 gehalten.
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Der Linsenring 22 paßt eng auf das Ende des Lampengehäuses 13 und
die Linse 4 und wird von einem Stift 27 gehalten, der an dem Federstreifen 17 sitzt
und in eine Umfangsnut 28 in der Innenseite des Linsenringes eingreift. Durch Verdrehen
des Linsenringes 22 gegenüber dem Lampengehäuse 13 und Reflektor 11 wird die Winkeleinstellung
der Linse 3 zur Linse 4 bewirkt; der Betrag dieser Regelung wird von der Länge der
Nut 28 bestimmt. Die Nut 28 erstreckt sich hierzu über ein Viertel des Linsenringes,
und wenn der Stift 27 an den Enden der Nut anliegt, befinden sich die Berge der
Wellenfläche von Linse 3 in Einstellung zu den Bergen bzw. den Tälern der Wellenfläche
von Linse 4.
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Die Zuordnung der beiden planwellig ausgebildeten Linsen 3, 4 zu einer
batteriebetriebenen Lampe erlaubt auf diese Weise die stufenlose Einstellung des
Lichtbündels zwischen einem im wesentlichen parallelen, gleichmäßigen Verlauf (wenn
die Berge der Wellenfläche von Linse 3 sich in Einstellung zu den Tälern der Wellenfläche
von Linse 4 befinden) und einem im wesentlichen gleichmäßigen, maximal divergierenden
Verlauf (wenn die Berge der Wellenflächen der Linsen 3 und 4 sich in Einstellung
zueinander befinden).
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Jeder Schnitt durch den Mittelpunkt der Wellenflächen der beiden Linsen
ergibt, wie in Fig. 2, 3 und 4 dargestellt, ein kontinuierliches wellenförmiges
Profil, dessen Berge und Täler im wesentlichen Kreisbogen darstellen. Mit dieser
Ausbildung wird, wie oben beschrieben, ein im wesentlichen gleichmäßiges Lichtbündel
erhalten. Wenn eine andere Lichtbündelung erforderlich ist, wird die Form der Wellenberge
verändert. Zum Beispiel werden zur Erzielung eines Lichtbündels mit einer hellen
Mittelzone und sonst im wesentlichen gleichmäßigen Ausleuchtung die Scheitel der
Wellenberge und der Boden der Wellentäler abgeflacht. Das auf die abgeflachten Teile
der Wellenflächen auftreffende Licht tritt ohne wesentliche Brechung durch die Linsen
hindurch und erzeugt die helle Mittelzone, und das auf die zwischen den abgeflachten
Teilen liegenden Linsenflächen auftreffende Licht wird, wie oben beschrieben, unter
Erzeugung der im wesentlichen gleichmäßig ausgeleuchteten Zone gebrochen.
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Das Lampengehäuse kann aus einer gezogenen Hülse bestehen, in welche
die Batterien nach Abnahme von Linsen, Reflektor und Glühlampe durch den Kopf eingesetzt
werden, aber auch zur Füllung vom Boden her mit der üblichen abnehmbaren Bodenkappe
versehen sein.
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Die Linsen werden zweckmäßig so angeordnet, daß ihre Wellenflächen
einander gegenüberliegen. Es können aber auch die ebenen Linsenflächen einander
gegenüberliegen, und weiter kann die Wellenfläche der einen Linse der ebenen Fläche
der anderen Linse zugewandt sein.
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Bei einem anderen Linsenaufbau wird die Linse 4 wie in Fig. 4 starr
gehaltert und die Linse 3 mit einem Umfangsringflansch versehen, der mit der Linsenebene
einen rechten Winkel bildet. Der Flanschinnendurchmesser wird dabei so gewählt,
daß die Linse 3 eine Kappe bildet, die mit Reibungspassung auf die Linse 4 paßt.
Die Wellenfläche jeder Linse kann zu einer Anzahl untereinander gleicher, abwechselnd
konkaver und konvexer Sektoren ausgebildet werden, so daß die konvexen Flächenteile
radial vom Flächenzentrum nach außen verlaufende Berge bilden und die konkaven Oberflächenteile
die zwischen den Bergen liegenden Täler bilden. Die Linsen sind dabei unter einem
Winkelbetrag gegeneinander verstellbar, der gleich dem Winkelbereich eines Sektors
ist, und zwar zwischen einer Lage, in welcher sich die konvexen Flächenteile der
einen Wellenfläche in Einstellung zu den konkaven Flächenteilen der anderen Wellenfläche
befinden, und einer Lage, in welcher sich die konkaven Flächenteile beider Wellenflächen
in Einstellung zueinander befinden.
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Das erfindungsgemäße Linsensystem kann auf jede Lichtquelle Anwendung
finden, die ein im wesentlichen paralleles Lichtbündel liefert, wobei man ein im
wesentlichen paralleles oder im wesentlichen gleichmäßig divergierendes Lichtbündel
erhalten kann, beispielsweise ohne Rücksicht auf die Lichtquelle für Fahrradlampen,
Fahrzeugscheinwerfer, Leuchten für Innenräume, bei denen eine regelbare Ausbreitung
des Lichtbündels erwünscht ist, Theater-und Fassadenbeleuchtung verwendet werden.