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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheinwerfer zur
Verwendung bei Fahrzeugen, wie es in dem Oberbegriff des
Anspruches 1 angegeben ist. Insbesondere betrifft die
Erfindung einen Scheinwerfer, der frei von irgendwelchen
Farbstreifen an der Hell-Dunkel-Grenze ist, die durch
chromatische Aberration des Objektives (Sammellinse) erzeugt
werden.
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Bisher sind Methoden zur Verringerung des Farbstreifens
vorgeschlagen worden, der sich nahe der Hell-Dunkel-Grenze
entwickelt und durch die chromatische Aberration der
Sammellinse verursacht wird. Eines von ihnen ist beispielsweise
das Patent US-A-4 562 519 der Vereinigten Staaten, bei dem
örtliche Ablenkelemente an der rückwärtigen Oberfläche der
Sammellinse oder in ihrer Nähe angeordnet sind, um Licht,
das durch den oberen und unteren Abschnitt der Sammellinse
hindurchgegangen ist, abzulenken, wodurch der Farbstreifen
verringert wird, der sich nahe der Hell-Dunkel-Grenze
entwickelt hat. Solche örtlichen Ablenkelemente werden
einstükkig mit der Sammmellinse als Teile gebildet, die an dem
oberen und dem unteren Abschnitt der rückwärtigen Oberfläche
der Sammellinse angeordnet sind und erlauben, teilweise die
intensive Färbung zu verringern, die sich aus der vertikalen
Streuung des Lichtes ergibt, daß durch den oberen und
unteren Abschnitt der Sammellinse hindurchgegangen ist, aber
nicht erlaubt, die Färbung aufgrund der Streuung des Lichtes
zu verringern, das durch die Abschnitte hindurchgeht, die
jene um die Mitte der Sammellinse herum einschließen.
Deshalb entwickelt sich weiterhin nahe der Hell-Dunkel-Grenze
bei der in dem Patent US-A-4 562 519 der Vereinigten Staaten
geoffenbarten Anordnung ein Farbstreifen, die durch Streuung
des Lichtes bewirkt wird, das durch die von dem oberen und
dem unteren Abschnitt verschiedenen Bereiche der Sammellinse
hindurchgegangen ist.
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Ein Scheinwerfer, wie er oben angegeben ist, ist auch aus
EP-A-0 221 416 bekannt. Auch in diesem Fall tritt das
Problem der Farbstreifen auf, selbst wenn die rückwärtige
Oberfläche der Sammellinse als flach angenommen wird, wie es
üblich ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde,
einen Scheinwerfer zu schaffen, bei dem die sich aufgrund
der Dispersion des Lichtes entwickelten Farbstreifen, das
durch den oberen und unteren Abschnitt der Sammellinse sowie
die Abschnitte hindurchgeht, die jene um die Mitte herum
einschließen, unauffällig sind, und der keinerlei
komplizierte Linsenzusammensetzung gegen die chromatische
Aberration und irgendwelche Mittel zur Korrektur letzterer
benötigt.
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Die vorstehende Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wird
erreicht, indem ein Scheinwerfer zur Verwendung bei
Fahrzeugen bereitsgestellt wird, der umfaßt einen Reflektor (der
eine optische Achse und einen von dem Reflektor weit
entfernten, ersten Brennpunkt aufweist), eine Lichtquelle, die
im wesentlichen bei dem ersten Brennpunkt des Reflektors
angeordnet ist, eine Sammellinse, die dem Reflektor
gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der zweite Brennpunkt von
letzterem zwischen ihnen angeordnet ist, und deren optische
Achse im wesentlichen mit derjenigen des Reflektors
zusammenfällt und die einen Brennpunkt im wesentlichen bei dem
zweiten Brennpunkt des Reflektors hat, und eine Blende, die
im wesentlichen an dem Brennpunkt der Sammellinse angeordnet
ist und deren Trennlinie im wesentlichen auf der optischen
Achse der Sammellinse liegt, wobei die Sammellinse eine
asphärische, vordere Oberfläche und eine im wesentlichen
flache, rückwärtige Oberfläche aufweist, die allmählich im
Verlauf vom oberen Abschnitt in Richtung zu dem unteren
Abschnitt der Sammellinse dem Brennpunkt der vorderen
Oberfläche näher ist, wodurch alle Farbstreifen, die durch die
Aberration der Sammellinse verursacht werden, innerhalb der
am meinsen beleuchteten Zone unterhalb der
Hell-Dunkel-Grenze sind, so daß die Farbstreifen unauffällig sind, um den
Einfluß, wie Blenden auf des Fahrers eines auf der
gegenüberliegenden Fahrbahn fahrenden Kraftfahrzeuges zu
minimieren.
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Da die obengenannte vordere und rückwärtige Oberfläche ohne
weiteres mit einem einzigen Schleifvorgang gebildet werden
kann und die Linse eine äußerst einfache Ausgestaltung hat,
kann der Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung mit
niederen Herstellungskosten geschaffen werden.
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Vorzugsweise sollte die rückwärtige Oberfläche so gebildet
sein, daß der Winkel, der zwischen der normalen Richtung und
der Richtung der optischen Achse davon liegt, innerhalb
eines Bereiches von 0,5 bis 2,5 Grad ist, und um weiter den
Einf luß der chromatischen Aberration zu minimieren, sollte
die Linse vorzugsweise so ausgelegt werden, daß sie eine F-
Zahl (= Brennweite der Linse/Linsenapertur) etwas kleiner
als 1 oder etwas größer als 1 (aber kleiner als 2) hat.
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Diese und andere Zielsetzungen und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden besser aus der folgenden Beschreibung
verstanden, die in beispielhafter Weise von den
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen gemacht wird.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Konstruktion der
Scheinwerferlampe gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung zum Erläutern der
Konstruktion und Funktion der Sammellinse gemäß
der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung, die den
Einfallbereich des Lichtes zeigt, das auf die Sammellinse
auffällt;
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Fig. 4 zeigt in der Form von Kurven die Beziehung
zwischen der Einfallslage von rotem Licht und blauem
Licht auf der rückwärtigen Oberfläche der
Sammellinse; und
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Fig. 5 ist eine beispielhafte Zeichnung, die die Lage des
Farbstreifens zeigt, der durch das rote Licht und
das blaue Licht in Fig. 4 hervorgerufen wird.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Konstruktion des Scheinwerfers
gemäß der vorliegenden Erfindung. In der Figur bezeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Reflektor, der einen konkaven
Spiegel und einen ersten Brennpunkt F1, der innerhalb des
konkaven Spiegels angeordnet ist, und einen zweiten
Brennpunkt F2 hat, der an einer von dem konkaven Spiegel
entfernten Stelle angeordnet ist. Innerhalb des Reflektors 10
ist eine Lichtquelle 12 angeordnet, die einen Leuchtfaden
aufweist, der nahe dem Brennpunkt F1 auf der optischen Achse
des Reflektors 10 positioniert ist. Eine Sammellinse 14, die
der vorliegenden Erfindung besonders zueigen ist, ist
gegenüber der Lichtquelle 12 angeordnet, wobei sich der
Brennpunkt F2 des Reflektors 10 in der Zwischenposition zwischen
der Sammellinse 14 und der Lichtquelle 12 befindet, und die
optische Achse der Sammellinse 14 fällt mit derjenigen des
Reflektors 10 zusammen (die optische Achse ist als X-Achse
in den Figuren angegeben). Dies Sammellinse 14 ist so
angeordnet, daß ihre meridionale Bildebene nahe dem zweiten
Brennpunkt F2 des Reflektors 10 liegt. Ferner ist, um durch
Abschneiden das von der Lichtquelle 12 ausgesandte und von
dem Reflektor 10 reflektierte Lichtbündel zu formen, nahe
der meridionalen Bildebene der Sammellinse 14 eine
Abschirmung 16 vorgesehen, die nahe dem zweiten Brennpunkt F2 des
Reflektors 10 einen abgeschnittenen Rand hat. Das somit
durch den Abschnitt geformte Lichtbündel wird nach vorne
durch die Sammellinse 14 hindurch projiziert. Wie es
beispielsweise in der EC-Norm vorgeschrieben ist, wird es auf
einen Schirm 25 Meter vor dem Scheinwerfer mit einer Hell-
Dunkel-Grenze 30 projiziert, die dem abgeschnittenen Rand
der Blende 16 entspricht, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Bei
dem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung ist die
Sammellinse 14 aus einer asphärischen, vorderen Oberfläche
18 und einer im wesentlichen flachen, rückwärtigen
Oberfläche 20 zusammengesetzt, die allmählich näher bei dem
Brennpunkt der Sammellinse 14, nämlich zu dem zweiten Brennpunkt
F2 des Reflektors 10 ist, wenn man von dem oberen Abschnitt
der Sammellinse 14 nach unten zu ihrem unteren Abschnitt
geht. Bei dem herkömmlichen Scheinwerfer wird eine einfache
Sammellinse, deren rückwärtige Oberfläche eben, senkrecht zu
der optischen Achse ist, als Sammellinse verwendet und
einstückig mit oder getrennt von einer Einrichtung zum
Korrigieren der chromatischen Aberration der Sammellinse
angeordnet. Bei dem Scheinwerfer gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die rückwärtige Oberfläche 20 der Sammellinse von einer
Ebene gebildet, die unter einem Winkel θ in bezug auf eine
Ebene senkrecht zu der optischen Achse geneigt ist, so daß
alle Farbstreifen, die durch die Farbaberration bewirkt
werden, innerhalb der hauptsächlich beleuchteten Zone 32
unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 30 auftreten.
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Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist die rückwärtige Oberfläche
20 der Sammellinse 14 bei dieser Ausführungsform unter einem
Winkel θ = 1 Grad in bezug auf eine gedachte Ebene 22
senkrecht zu der optischen Achse X geneigt (eine Ebene, in der
eine Y Achse senkrecht zu der optischen Achse X verläuft,
wie es gezeigt ist) und mit einem Abstand C = 0,5 mm von dem
Schnittpunkt O zwischen der gedachten Ebene 22 und der
optischen Achse x beabstandet. Ferner ist die Linsenapertur
dieser Linse 14 gleich 65 mm und ihre Brennweite ist
ungefähr 54 mm. Daher ist die F-Zahl ungefähr 0,83. Bei dem
herkömmlichen Scheinwerfer hat die Sammellinse eine vordere
Oberfläche, die nahezu die gleiche geometrische Form wie die
der vorderen Oberfläche 18 der Sammellinse 14 der
vorliegenden Erfindung hat, und eine rückwärtige Oberfläche, die die
gleiche geometrische Form wie die obengenannte, gedachte
Ebene 22 der vorliegenden Erfindung hat. Jedoch nimmt im
Fall der Sammellinse 14 bei der vorliegenden Erfindung die
geometrische Form einer Zone 24, die durch die gedachte
Ebene 22 und die rückwärtige Oberfläche 20 begrenzt ist,
eine keilartige Form ein, die die gesamte, gedachte Ebene
22, und den oberen und den unteren Abschnitt S1 bzw. S2 der
Sammellinse 14, den linken und den rechten Abschnitt S3 bzw.
S4 überdeckt, und der gesamte Einfallsbereich einschließlich
auch des mittleren Bereiches sind so angeordnet, daß alle
Farbstreifen, die durch die chromatische Aberration bewirkt
werden, innerhalb der hauptsächlich beleuchteten Zone 32
unterhalb der Hell-Dunkel-Grenze 30 erscheinen. Von dem auf
das Ende des oberen Abschnittes S1 der rückwärtigen
Oberfläche 20 der Sammellinse 14 auftreffenden Licht werden
rotes Licht und blaues Licht zu Licht R (1a) bzw. Licht B
(1a), das nach unterhalb der geraden Linie L1 parallel zu
der optischen Achse X gebrochen wird. Von dem auf das untere
Ende des unteren Abschnittes 52 auftreffenden Lichtes werden
das rote Licht und das blaue Licht zu Licht R (1b) und Licht
B (1b), das nach unterhalb der geraden Linie L2 parallel zu
der optischen Achse X gebrochen wird. Von dem auf den oberen
Abschnitt S1 auffallenden Licht wird das blaue Licht B (1a),
das als von der Sammellinse 14 gebrochen ausgeht, stärker
nach unten als das rote Licht R (1a) gebrochen. Andererseits
wird von dem auf den unteren Abschnitt S2 auffallenden Licht
rotes Licht R (1b), das als von der Linse 14 gebrochenes
Licht ausgeht stärker nach unten als das blaue Licht B (1b)
gebrochen. Auch werden von dem auf diese Bereiche um die
Mitte herum auffallende Licht, die den oberen Abschnitt S1
und den unteren Abschnitt S2 miteinander verbinden, das rote
Licht und das blaue Licht nach unterhalb der optischen Achse
abgelenkt, aber dort gibt es keinen großen Unterschied bei
der Ablenkungsrichtung zwischen ihnen. Deshalb sind sie
wegen des starken weißen Lichtes ganz unauffällig.
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Bei dieser Ausführungsform sind die abgelenkten Winkel Φ von
rotem Licht R (1a), blauem Licht B (1a), rotem Licht R (1b)
und blauem Licht B (1b) gleich -0,7, -1,71, -1,88 bzw. -0,99
Grad, und der abgelenkte Winkel Φ des weißen Lichtes, das
auf den mittleren Bereich auffällt und gebrochen wird, ist
-0,37 Grad.
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Die rückwärtige Oberfläche 20 der Sammellinse 14 ist bei
dieser Ausführungsform unter einem Winkel von θ = 1 Grad in
bezug auf die gedachte Ebene 22 senkrecht zu der optischen
Achse X geneigt und mit einem Abstand von C = 0,5 mm von dem
Schnittpunkt O zwischen der gedachten Ebene 22 und der
optischen Achse X beabstandet. Aber die rückwärtige Oberfläche
20 kann von einer Ebene gebildet sein, die unter einem
Winkel von θ = 1 Grad im bezug auf die gedachte Ebene 22
geneigt ist, die senkrecht zu der optischen Achse ist und die
durch den Schnittpunkt O zwischen der gedachten Ebene 22 und
der optischen Achse X hindurchgeht. Sie kann auch durch eine
Ebene gebildet sein, die unter einem Winkel θ = 1 Grad in
bezug auf die gedachte Ebene 22 senkrecht zu der optischen
Achse X geneigt ist und die mit einem Abstand von C = -0,5
mm von dem Schnittpunkt O zwischen der gedachten Ebene 22
und der optischen Achse X beabstandet ist. Diese Ebenen sind
mit dem Bezugszeichen 26 bzw. 28 in der Fig. 2 angegeben.
Figur 4 zeigt die Positionen des Lichteinfalls auf die
rückwärtige Oberfläche 20 der Sammellinse 14 und die Beziehung
des Ablenkungswinkels Φ zwischen dem gebrochenen, roten
Licht und blauen Licht in dem Fall, bei dem die rückwärtige
Oberfläche 20 von der Ebene 20 (C = 0,5 mm) bzw. der Ebene
28 (C = -0,5 mm) gebildet ist. Die Positionen des
Lichtauffalls fallen in diesen Fällen auf die gerade Linie, die die
Y-Achse senkrecht zu der optischen Achse X unter einem
Winkel von Φ = 1 Grad schneidet, und sie sind mit ihren
jeweiligen Abständen (auf der Y-Ordinate) von der optischen Achse
X angegeben. Wie man der Figur 4 entnehmen kann: (1) selbst
in dem Fall, bei dem die rückwärtige Oberfläche durch eine
Ebene mit C = -0,5 mm gebildet ist, wie es durch das
Bezugszeichen 28 angegeben ist, wird das blaue Licht (es wird
nachfolgend als "B (2a)" bezeichnet) von dem auf den oberen
Abschnitt S1 auffallenden Licht stärker nach unten als das
rote Licht (dies wird als "R (2a)" nachfolgend bezeichnet)
wie in dem Fall gebrochen, wenn die rückwärtige Oberfläche
durch eine Ebene mit c = 0,5 mm gebildet wird, wie es durch
das Bezugszeichen 20 angegeben ist.
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Umgekehrt wird von dem auf den unteren Abschnitt S2
auffallenden Licht das rote Licht (nachfolgend als "R (2b)"
bezeichnet) stärker nach unten als das blaue Licht
(nachfolgend als "B (2b)" bezeichnet) gebrochen; (2) in dem Fall,
wenn die Strecke C kürzer ist, werden das von dem oberen
Abschnitt S1 der Sammellinse 14 gebrochene rote Licht R (2a)
und blaue Licht B (2a) unter einem größeren Winkel als das
rote Licht R (1a) und das blaue Licht B (1a) abgelenkt, aber
das durch den unteren Abschnitt S2 der Sammellinse 14
gebrochene rote Licht R (2b) und blaue Licht B (2b) werden unter
einem kleineren Winkel als das rote Licht R (1b) und das
blaue Licht B (1b) abgelenkt; und (3) die obigen Tatsachen
(1) und (2) gelten auch für das rote Licht und das blaue
Licht, das durch die Bereiche um die Mitte herum abgelenkt
wird, die den oberen und den unteren Abschnitt S1 und S2
miteinander verbinden.
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Die Fig. 5 erläutert die Lage der Farbstreifen auf einem von
der Lichtquelle 25 Meter beabstandeten Schirm, die durch das
rote Licht und das blaue Licht bewirkt werden, das von der
Sammellinse 14 abgelenkt wird. Das rote Licht R (1a), das an
dem abgeschnittenen Rand der Blende 16 vorbeigeht, auf den
oberen Abschnitt S1 der Sammellinse 14 auftrifft, wo es
gebrochen und etwas nach unten abgelenkt wird, und das blaue
Licht B (1b), das auf den unteren Abschnitt S2 auffällt, wo
es gebrochen und etwas nach unten abgelenkt wird, erscheinen
in einer Zone 34 etwas unterhalb und entlang der
Hell-Dunkel-Grenze
30 des Lichtverteilungsmusters, und das blaue
Licht B (1a), das auf den oberen Abschnitt S1 auftrifft, wo
es gebrochen und etwas mehr nach unten als das rote Licht R
(1a) abgelenkt wird, und das rote Licht R (1b), das auf den
unteren Abschnitt S2 auftrifft, wo es gebrochen und etwas
mehr nach unten als das blaue Licht B (1b) abgelenkt wird,
erscheinen in einer Zone 36 weiter unterhalb der Zone 34. Da
sie alle innerhalb der hauptsächlich beleuchteten Zone 32
erscheinen, sind sie so wenig unterschieden, daß sie nicht
als Farbstreifen wahrgenommen werden können. Auch das rote
Licht und das blaue Licht, das in den Bereichen um die Mitte
herum abgelenkt worden ist, die den oberen und den unteren
Abschnitt S1 und S2 miteinander verbinden, erscheinen
innerhalb dieser Zonen 34 und 36. Das rote Licht, das bei dem
linken Bereich S3 abgelenkt worden ist, und das blaue Licht,
das bei dem rechten Bereich S4 abgelenkt worden ist,
erscheinen in der linken Hälfte der Zonen 34 und 36, aber sie
sind so wenig unterscheidbar, daß sie nicht als Farbstreifen
erkennbar sind. Der Lichtweg ist nur für das rote Licht und
das blaue Licht gezeigt, aber tatsächlich ist zwischen
diesem Licht das grüne Licht und das weiße Licht vorhanden, die
nicht als Farbstreifen erkannt werden können. Dieses Licht
erscheint in einer Zone zwischen den Zonen 34 und 36, aber
sie helfen, die obengenannten Farbstreifen unauffällig zu
machen, die durch das rote Licht und das blaue Licht
hervorgerufen werden.
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In dem Fall, daß die rückwärtige Oberfläche von der Ebene
mit c = -0,5 mm gebildet wird, wie es durch das
Bezugszeichen 28 angegeben ist, erscheinen das rote Licht R (2a) und
das blaue Licht R (2b) in einer Zone zwischen den Zonen 34
und 36, wobei das blaue Licht B (2b) in einer Zone zwischen
der Hell-Dunkel-Grenze 30 und der Zone 34 erscheint, und das
blaue Licht B (2a) weiter unterhalb der Zone 36 erscheint.
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Auch in dem Fall, daß die rückwärtige Oberfläche von der
Ebene mit C = 0 gebildet wird, wie es durch das
Bezugszeichen
26 angegeben ist, erscheinen das rote Licht, das durch
den oberen Abschnitt S1 der Sammellinse 14 abgelenkt worden
ist, und das blaue Licht, das durch den unteren Abschnitt S2
abgelenkt worden ist, in der Zone 34, wobei das rote Licht,
das durch den unteren Abschnitt S2 abgelenkt worden ist, dem
oberen Ende der Zone 34 benachbart erscheint und das blaue
Licht, das durch den oberen Abschnitt S1 abgelenkt worden
ist, etwas unterhalb der Zone 36 erscheint.
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Wie es aus dem Vergleich der drei rückwärtigen Oberflächen
mit C = 0,5, 0 und -0,5 mm offensichtlich ist werden im Fall
C = 0 das rote und das blaue Licht, das von dem oberen
Abschnitt S1 abgelenkt worden ist, und das rote und das blaue
Licht, das von dem unteren Abschnitt S2 abgelenkt worden
ist, besser im Hinblick auf die Ablenkung zwischen ihnen
ausgeglichen, und somit sind die Farbstreifen weniger
auffällig gemacht.
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Die rückwärtige Oberfläche der Sammellinse 14, die
vorstehend beschrieben worden ist, ist unter einem Winkel von θ =
1 Grad in bezug auf die gedachte Ebene 22 senkrecht zu der
optischen Achse X geneigt, aber die Zielsetzung der
vorliegenden Erfindung kann zufriedenstellend erreicht werden,
wenn der Winkel θ innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 2,0
Grad ist. Zur weiteren Verringerung des Einflusses der
chromatischen Aberration sollte die Linse vorzugsweise mit einer
F-Zahl entwickelt werden, die etwas kleiner oder größer ist.