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Signalscheinwerfer mit einer Einrichtung zum Beseitigen von Phantomlicht
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Erfindung davon Gebrauch gemacht, für diese Spiegelung die Totalreflexion an einer im passenden Winkel in den Strahlenbereich eingefügten Glasfläche auszunutzen. Die Erfindung besteht daher aus einem
Signalscheinwerfer mit einer Einrichtung zum Beseitigen von Phantomlicht und mit einem Gehäuse, in dem eine Lichtquelle sowie ein Reflektor untergebracht und das mit einer Abschlussscheibe abgedeckt ist, und kennzeichnet sich dadurch, dass die Abschlussscheibe, wie an sich bekannt, mit einer Anzahl paralleler, im wesentlichen horizontal angeordnete Basisflächen aufweisender Prismenelemente besetzt ist, wobei die brechenden Flächen der einzelnen Prismenelemente derart gegeneinander und zur Horizontalen geneigt angeordnet sind, dass Lichtstrahlen,
welche auf die Aussenfläche der Prismenelemente auffallen und mit derHorizontalen einen Winkel einschliessen, der den für die Erzeugung von Reflexphantomlicht kritischen Winkel von z. B. 70 übertrifft, von der Innenfläche dieses Prismenelementes zu dessen Basisfläche hin total reflektiert werden, und dass diese Basisflächen lichtabsorbierend ausgebildet sind.
Um die durch die Blende bewirkten Verluste an direktem Signallicht wesentlich zu vermindern, bildet man die Blenden auf ihrer leuchtenseitigen Fläche reflektierend aus, so dass die von der Lichtquelle her auf sie auffallende Strahlung nach dem Reflektor hin zurückgeworfen wird, oder aber durch die prismatischen Elemente in den Beobachterraum gelangen kann.
Die Erfindung bezieht sich im übrigen nicht nur auf den vorstehend gekennzeichneten Aufbau eines Signalscheinwerfers als ganzes, sondern auch auf die Ausbildung der Abschlussscheibe und der Blendenscheibe für derartige Scheinwerfer an sich.
Das Grundprinzip sowie eine Ausführungsform der Erfindung sollen nun an Hand der Zeichnungen bezüglich baulicher Ausgestaltung und optischer Gesetzmässigkeit näher erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch eine Abschlussscheibe, die auf ihrer der Lichtquelle zugewendeten Seite mit erfindungsgemäss ausgestalteten Prismenelementen besetzt ist, Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch ein Prismenelement der Abschlussscheibe gemäss Fig. 1 in vergrössertem Massstabe, an dem die Gesetzmässigkeiten bezüglich von aussen auffallender gerichteter Strahlung erläutert werden sollen, Fig. 3 eine ähnliche Schnittdarstellung wie Fig. 2, an der die Gesetzmässigkeiten bezüglich der gerichteten Scheinwerferstrahlung erläutert werden sollen, und Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäss wirksamen Prismenelementes.
Fig. 1 zeigt die grundsätzliche Form einer gemäss dieser Erfindung ausgestalteten Abschlussscheibe mit glatter Aussenfläche 2 und prismenbesetzter Innenfläche. Die einzelnen Prismen besitzen die totalreflektierenden Innenflächen 3 und die blendenbesetzten Basisflächen 4. Die horizontal gestellte Scheinwerferachse ist durch die strichpunktierte Linie 1 angedeutet.
In den Fig. 2 und 3 ist ein Einzelprisma einer solchen Anschlussscheibe vergrössert herausgezeichnet, wobei die Aussenfläche 2 sinngemäss zum Schnitt mit der Fläche 3 gebracht wurde, um den Pris- menwinkel 6 darstellen zu können. Die äusserePrismenfläche 2 bildet mit der Horizontalen l den Winkel 9 und, wie gesagt, mit der inneren Prismenfläche 3 den Prismenwinkel 6. Die Linien 5a bis d stellen diejenigen Strahlen der für die Innenreflexphantomlichterzeugung kritischen, gerichteten Aussenstrahlung, z. B. Sonnenlicht, dar, die gerade unter dem kleinsten, noch kritischen Winkel X (von z. B. 70) zur Horizontalen 1 einfallen.
Der Strahl 5a wird an der Fläche 2 gebrochen, gelangt als Strahl 5'a zur Fläche 3, wird hier erfindungsgemäss total reflektiert, wandert als Strahl 5"a zur Basisfläche 4 und wird an ihr erfindungsgemäss zumindest weitgehend geschwächt. Dieser Strahlenverlauf gilt ersichtlicherweise für alle zu 5a parallelen Aussenstrahlen, die zwischen den Grenzstrahlen 5b und 5c liegen. Es bedarf weiterhin keines Beweises, dass alle auf die Fläche 2 unter einem grösseren als dem kritischen Winkel X auftreffenden gerichteten Strahlen, also z. B. solche von höher stehender Sonne, ebenfalls an der inneren Prismenfläche 3 unter Totalreflexion nach der Fläche 4 hin abgelenkt werden.
Einfache optische Überlegungen führen zu der Feststellung, dass die erfindungsgemässe, mit Totalreflexion arbeitende Strahlenführung dann erreicht wird, wenn die Prismenelemente derart in bezug auf die Horizontalebene angeordnet und derart ausgestaltet sind, dass zumindest für die Mehrzahl von ihnen der brechende Prismenwinkel , der Neigungswinkel up ihrer Aussenfläche 2, der Kleinsteinfallwinkel X der für die Innenreflexphantomlichterzeugung als kritisch angesehenen, gerichteten Aussenstrahlung und der Brechungsexponent n des Prismenmaterials der Formel
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genügen, wobei der Prismenwinkel â für eine Minderzahl der Prismenelemente einen grösseren als den formelgerechten Wert besitzen kann.
Die auf die Basisflächen 4 auftreffende Aussenstrahlung wird dadurch phantomlichtunwirksam
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gemacht, dass man dieFläche mattiert oder durch Beschichtung undurchlässig oder teildurchlässig macht. Solche Massnahmen zur Erzielung diffuser oder gerichteter Teillichtdurchlässigkeit sind dem Fachmann bekannt und bedürfen deshalb keiner näheren Erläuterung.
Nunmehr soll an Hand der Fig. 3 der Einfluss eines erfindungsgemässen Prismenelementes auf die vom Reflektor ausgehende, gerichtete Signalscheinwerferstrahlung erörtert werden. Dabei wird von der bereits mehrfach erwähnten Grundidee der Erfindung ausgegangen, den oberhalb des kritischen Winkels X liegenden Aussenbezirk in bezug auf den Scheinwerfer totzulegen, oder-anders betrachtet-alles Scheinwerferlicht in den Beobachterraumbereich einzustrahlen, der unterhalb des kritischen Winkels X liegt und durch die die Abschlussscheibenvorderfläche 2 streifend verlassende Strahlung begrenzt ist.
Die Grenzstrahlen für diesen Raumbereich sind in Fig. 3 durch die Linien 6"a und 6"b dargestellt. In der Praxis wird der Neigungswinkel des Strahles 6"a ersichtlicherweise etwas kleiner als X gewählt, um überhaupt Strahlungsenergiein diesem Grenzbezirk abzugeben. Dementsprechend mussderden Grenz- strahl 6"a erzeugende Scheinwerferstrahl 6a, der als Strahl 6'a das Prismenelement durchsetzt, auf die innere Prismenfläche 3 fast streifend auffallen. Er bildet somit theoretisch mit der Horizon- talen 1 den Winkel 1800 - (eS + cp).
Der andere Grenzstrahl 6"b des in den Beobachterbereich ein- tretenden Strahlenbündels wird von dem Scheinwerferstrahl 6b erzeugt, der unter dem Winkel J ge- genüber der Horizontalen 1 auf die Prismenfläche 3 auftrifft, als Strahl 6'b das Prisma durchsetzt und die äussere Prismenfläche 2 streifend, also theoretisch unter dem Winkel (P gegenüber der Horizontalen 1 als Strahl 6"b verlässt. Wie Fig. 3 deutlich erkennen lässt, liegen die beiden Strahlengänge 6a, 6'a, 6"a und 6b, 6'b, 6"b symmetrisch zur Winkelhalbierenden 7 des Winkels 6 des Prismenelementes.
Folglich muss zwecks Erfüllung der Erfindungsforderung, nämlich der Ausleuchtung nur des Beobachterbereiches zwischen den Grenzstrahlen 6"a und 6"b, der inneren Signallichtbereich zwischen den Grenzstrahlen 6a und 6b den gleichen Öffnungswinkel wie der Beleuchtungsbereich, also
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besitzen. Daraus ergibt sich für den Neigungswinkel, des Grenzstrahles 6b der Formelwert
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Im Rahmen dieser Formel kann man ersichtlicherweise der Beleuchtungseinrichtung eine Lichterteilungscharakteristik geben, die der geforderten Lichtverteilung über den Beobachterbereich hinweg entspricht.
In der Regel soll das Signal an jedem Ort des Beobachterbereiches gleichmässig erkennbar sein.
Folglich wird man die Signallichtintensität - wie es an sich bekannt ist - dem Entfemungsgesetz entsprechend verteilen, also dem Femlicht einen grösseren Energieanteil als dem Nahlicht zuteilen. Die Ausleuchtung des intensitätsschwächeren Nahlichtbereiches erfordert aber den gesamten Beleuchtungs- öffnungswinkel von (o + X). Ersichtlicherweise kommt für das ferne und mittlere Signallicht ein Öffnungswinkel in Betracht, der kleiner als (9'+ X) ist. Mit einem derart kleineren Beleuchtungsöffnungs- bereich als ( + X) kann jedoch Signallicht inden Nahbereich abgestrahlt werden, wenn man den Winkel 6 des dem Nahbereich zugeordneten Prismenelementes vergrössert, ohne dabei ersichtlicherweise die Ausschaltung der Innenreflexphantomlichtgefahr zu gefährden.
Diese Massnahme gibt also den beleuchtungstechnischen Vorteil, dass man den weiter oben für den Gesamtbeobachterbereich vom Öffnungswinkel ,o + X berechneten, für durchwegs gleichartige Prismenelemente vom Prismenwinkel 6 gültigen Öffnungswinkel der Beleuchtungsstrahlen dadurch verkleinern kann, dass man der Nahlichtzone des Beobachterbereiches Prismenelemente mit grösserem Prismenwinkel 5 zuordnet, dessen Wert sich aus der Formel (1) errechnet, in die man für x einen kleineren als den kritischen Wert einsetzt.
Die Verkleinerung des Öffnungswinkels der Beleuchtungsstrahlen lässt sich im Rahmen der Erfindung auch ohne Aufteilung der Beobachterbereichzonen auf verschiedene Prismenelemente durch alle Prismen- elemente gemeinsam durchführen. Zu diesem Zweck erhalten die Prismenelemente die in Fig. 4 schema-
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Tangenten mit letzterer einen Winkel bilden, der grösser als der Formelwert von 6 mit X von kritischer Grösse ist.
Aus dem eingangs angegebenen Grundgedanken der Erfindung, den für die Innenreflexphantomlichtentstehung kritischen Aussenbereich optisch so unwirksam zu machen, dass überhaupt kein Innenreflex-
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phantomlicht entstehen kann oder, falls es zugelassen wird, unter der Empfindlichkeitsschwelle des menschlichen Auges bleibt, ergibt sich die Möglichkeit, das viel intensivere Scheinwerferlicht mit noch befehlswirksamer Energie auch in Gebiete abzustrahlen, die etwas oberhalb des phantomlichtkritischen
Neigungswinkels. X liegen, sofern man die optischen Daten etwa eines Teiles der Prismenelemente ge- mässFormel (1) und (2) unter Zugrundelegung eines Wertes X errechnet, der grösser als der kritische X
Wert ist.
Ein solcher Signalscheinwerfer kommt, wie bereits erwähnt, für hangaufwärtsführende Ver- kehrswege in Betracht.
Um einen grösseren Anteil des Signallichtes in einen oberhalb der Horizontalen liegenden Raum- winkelbereich abzustrahlen, kann man auch die Basisflächen halbdurchlässig machen und die Beleuch- tungseinrichtung derart auf die Prismenelemente abstimmen, dass sie durch die teildurchlässigen Basis- flächen der einzelnen Prismenelemente Strahlen in diesen Bereich sendet. In diesem Fall kann die Be- leuchtungseinrichtung so ausgebildet sein, dass von ihr abgestrahltes Licht an der inneren Prismenflä- che 3 eines Prismenelementes teilweise reflektiert und in die Basisfläche 4 eines benachbarten
Prismenelementes eingeleitet wird.
Im allgemeinen wird die Beleuchtungseinrichtung aus Lichtquelle, Reflektor und einer Lichtvertei- lungsscheibe bestehen, wobei die letztere Prismen-, Streu- und Linsenelemente enthalten kann. Bei
Anwendung der Erfindung auf Farbsignalscheinwerfer kann entweder die Signalabschlussscheibe aus farbi- gem Material und die Lichtverteilungsscheibe aus farblosem Material hergestellt oder es kann eine farb- lose Abschlussscheibe und eine farbige Lichtveteilungsscheibe verwendet werden.
Wird keine Lichtverteilungsscheibe verwendet, so wird bei Farbsignalscheinwerfern die Abschluss- scheibe aus farbigem Material sein. In allen Fällen, in denen die Abschlussscheibe aus farbigem Material hergestellt werden muss, kann sich die Schwierigkeit ergeben, dass die Farbe von der Dicke des
Materials abhängt, und bei Anordnung der phantomverhindernden Prismenelemente nach der Erfindung kann die Abschlussscheibe unterschiedliche Farbtönungen in Abhängigkeit von der Prismendicke zeigen. Hier kann, um diesen Mangel zu beseitigen, die Abschlussscheibe aus einer gleichmässig dicken, ge- färbten äusseren Zone und einer mit ihr vorzugsweise durch optisch neutralen Kitt vereinigten ungefärbten Zone bestehen, die Prismenelemente gemäss der Erfindung aufweist.
Die Erfindung ist grundsätzlich von der Verteilung der Prismenelemente auf der Abschlussscheibe unabhängig und daher nicht nur bei streifenförmigen Elementen, sondern auch bei diskret auf der Scheibe verteilten kurzen Elementen anwendbar, wie sie an sich für Abschlussscheiben bekannt sind.
Die mit den erfindungsgemäss besetzten Prismenelementen ausgerüstete Abschlussscheibe kann plan oder konkav oder konvex gekrümmt und unter beliebigem Winkel gegenüber der Horizontalen angeordnet sein. Bei der inFig. l dargestelltenAusführungsform handelt es sich um eineAusgestaltung gemäss einem früheren Vorschlag der Patentinhaberin, die den Vorteil besitzt, dass etwa durch Reflexion an ihrer Aussenfläche entstehendes Reflexphantomlicht nach oben, also nicht in den Beobachterbereich hinein, abgestrahlt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Abschlussscheibe besteht aus einer konkaven Zylinderfläche mit bodenseitiger, schwach schräggestellter Kegelfläche.
Ergänzend sei noch bemerkt, dass derjenigeAnteil der gerichteten Aussenstrahlung, der gemäss Fig. 2 zwischen den Grenzstrahlen 5c und 5d liegt, direkt auf die Basisfläche 4 auftrifft und ebenso wie der übrige Anteil des gerichteten Aussenlichtes an ihr absorbiert, diffus gestreut oder, wie sonst angegeben, für die Innenref1exphantomlichterzeugung unwirksam gemacht wird.
Bei der Anwendung der Erfindung auf Farbsignalscheinwerfer kann die farbbestimmende Substanz der Abschlussscheibe oder der Blendenscheibe oder beiden in passender Verteilung zugeordnet sein.
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