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Lichtdurchlässige, wenigstens teilweise reflektierende, mit Prismen
versehene Scheibe Die Erfindung betrifft eine lichtdurchlässige, wenigstens teilweise
reflektierende Scheibe, bestehend aus zwei mit parallelen symmetrischen Prismen
besetzten Einzelplatten, die so zueinander angeordnet sind, daß die symmetrischen
Prismenflächen ohne oder mit Abstand parallel aneinanderliegen, während die Grundflächen
der Prismen die beiden äußeren parallelen Begrenzungsebenen der lichtdurchlässigen
Scheibe bilden.
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Es sind Blendschutzscheiben dieser Art für Kraftfahrzeuge bekannt.
Die brechenden Kanten der dort verwendeten Prismen zeigen drei Winkel von
je 60'.
Damit sollen die in der optischen Achse des Scheinwerfers ausgerichteten
Lichtstrahlen nach unten und oben abgelenkt werden, so daß eine Dunkelzone entsteht,
die eine Blendung verhindert.
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Es sind auch geriffelte Glasscheiben zur Gebäudeverglasung bekannt,
die einen Winkel von 901 haben. Die Glasscheiben dieser Art sind entweder
einschichtig ausgebildet oder zu Glasbausteinen zusammengesetzt. Die bekannten,
mit derartigen Reflexionsprismen ausgestatteten Glaselemente werden zur Verglasung
insbesondere von Dächern verwendet und dienen hier als Sonnen- oder Blendschutz.
Die einfallenden Strahlen des Sonnenlichtes werden dabei in einem bestimmten, der
Anordnung der Re>-flexionsprismen entsprechenden Bereich reflektiert. Sehr störend
wirkt es sich jedoch hierbei aus, daß die unter anderen Winkeln eintretenden, z.
B. von der diffusen Strahlung des Himmelsgewölbes herrührenden Lichtstrahlen, die
zur Beleuchtung des Innenraumes erwünscht wären, gebrochen und zum Teil in Richtungen
abgelenkt werden, wo sie zur Beleuchtung des Innenraumes wenig oder nichts beitragen
können, so daß die Lichtausbeute verhältnismäßig gering ist.
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Eine glatte Durchsicht durch derartige Scheiben ist infolge ihrer
lichtbrechenden Eigenschaften auch nicht möglich. Die durch diese Scheiben betrachteten
Gegenstände erscheinen verzerrt und in einer anderen, vom tatsächlichen Standort
abweichenden Richtung. In dem Bereich, in dem eine Totalreflexion zustande kommt,
haben die bekannten Scheiben, seien es die zusammengesetzten oder nicht totalreflektierenden
einschichtigen, ferner den Nachteil, daß die Lichtstrahlen erst nach drei- oder
mehrmaligen Brechungen zurückgeworfen werden. Bei Einfall von Sonnenstrahlen beispielsweise
können sich diese Scheiben daher erwärmen, was man bei Verglasungen stets zu vermeiden
sucht.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Nachteile. Den erfindungsgemäßen
Zweck erfüllt eine aus zwei mit parallelen symmetrischen Prismen besetzten Einzelplatten
bestehende Scheibe, bei welcher der von den symmetrischen Prismenflächen eingeschlossene
Winkel 901 beträgt.
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In völlig überraschender Weise werden bei dieser Prismenanordnung
die nachteiligen Lichtbrechungs-bzw. Verzerrungserscheinungen völlig ausgeglichen,
und der Totalreflexionseffekt kommt immer bei nur zweimaliger Lichtbrechung zustande.
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Die Verbundplatte kann zwecks Befestigung und Abdichtung an den Rändern
verklebt sein. Es ist auch möglich, die Einzelplatten mit Hilfe von Distanzierungsmitteln
mit Abstand voneinander anzuordnen.
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Eine bevorzugte Anwendung finden die erfindungsgemäßen Scheiben bei
der Dachabdeckung. Hier können sie so mit ihren lichibrechenden Kanten in der Strahleneinfallsrichtung
starr oder nachgehend beweglich angeordnet werden, daß die Sonne in dieser Zone
verschwindet, also von einem senkrecht auf der Hypotenusenfläche stehenden Standort
im Innenraum nicht mehr bemerkt werden kann. Hiermit wird sowohl ein Blendschutz
erreicht als auch eine übermäßige Erwärmung des Innenraumes wirksain verhindert.
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Denkbar ist die Anwendung als Schaufensterverglasung oder in sonstiger
senkrechter Bauweise sowie auch in der Optik uiid Fotografie.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Funktions- und Ausführungsbeispielen
näher beschrieben und erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein bisher übliches Reflexionsprismensystem;
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung
zweier zusammengefügter
erfindungsgemäßer Reflexionsprismensysteme; F i g. 3 und 4 veranschaulichen
die totale Reflexion beim Erfindungsgegenstand; F i g. 5 und 6 sind
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes.
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In F i g. 1 ist ein bekanntes Totalreflexionsprismensystern
im Normalschnitt zu den brechenden Kanten veranschaulicht, dessen Hypotenusenflächen
1 in einer Ebene aneinandergereiht sind. Die einzelnen Prismen
1, 11 und III stellen dabei rechtwinklige, in diesem Beispiel gleichschenklige
Dreiecke dar. Es ist in der Zeichnung veranschaulicht, wie ein im Normalschnitt
liegender Lichtstrom paralleler Strahlen auf das Prisma 1 unter einem angenommenen
Winkel a - der außerhalb des Bereichs der totalen Reflexion des Prismensystems
liegt - auftrifft. Der Lichtstromanteil a wird an der Hypotenuse
1 und der Kathete 3
gebrochen und tritt aus dem Prisma 1 unter
einem Winkel ß aus. Die gesamte Ablenkung von der ursprünglichen Richtung
beträgt also a + fl und ist somit beträchtlich.
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Der Lichtstromanteil b wird an der Hypotenuse 1
gebrochen
und an der Kathete 2 total reflektiert, durchtritt dann die Kathete 3 unter
Brechung und wird vom Prisma I durch die das Zwischenmedium darstellende Luftschicht
zum Prisma II abgelenkt, in das er durch die Kathete 2 eintritt. Brechung und Totalreflexion
wiederholen sich nun mehrmals bei den folaenden Prismen 11 und
111 und weiteren, nicht dargestellten, bis der Lichtstromanteil
b schließlich das Prismensystem nach unten abgelenkt in einem ziemlich spitzen
Winkel verläßt.
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Der Weg des Lichtstromanteils c im Prismensystem verläuft etwa wie
der des vorbeschriebenen, mit dem Unterschied, daß er aus dem Prismensystem nach
oben unter einem Winkel ö austritt. Der Ab-
schnitt d ist eine
Dunkelzone, da durch die Kathete 2 kein Lichtstrahl wegen der beschriebenen Totalreflexion
durchtreten kann.
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Zur Beleuchtung des Innenraumes trägt eigentlich nur der Lichtstromanteil
a bei, denn der Lichtstromanteil b ist durch den mehrmaligen Durchtritt durch
die Prismenfläche geschwächt und tritt außerdem unter einem zu flachen Winkel aus
dem Prismensystem aus. Der Lichtstromanteil c geht ganz verloren.
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Bei dem gemäß der Erfindung ausgeführten Prismensystem der F i
g. 2 tritt von dem das Prisma 1
treffenden Lichtstrom der Lichtstromanteil
a durch die Hypotennse 1 in das Prisma I ein unter BrechÜn-g, trifft auf
die Kathete 3 auf und tritt in den Luftspalt zwischen den Katheten
3 von Prisma I und 2 des Prismas 11 ein, wobei die Strahlrichtung
gebrochen wird wie bei F i g. 1. Von dem Luftspalt tritt der Strahl durch
die Kathete 2 in das Prisma II ein, wird dabei gebrochen und ist nun wieder parallel
zu der Richtung, die er im Prisma 1 zwischen Kathete 1
und
3 hatte; er ist lediglich etwas seitlich verschoben. Bei sehr engem Luftspalt
wie in F i g. 2 tritt diese parallele Verschiebung nicht in Erscheinung.
Beim Durchtreten des Lichtstrahls durch die Hypotenuse 1
wird er nochmals
gebrochen, und zwar so, daß er parallel ist zu der ursprünglichen Richtung, die
er vor Eintritt in das Prisma 1 hatte.
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Der in das Prismensystem eintretende Strahl ist parallel dem daraus
austretenden Strahl er ist lediglich etwas seitlich versetzt.
Der Lichtstromanteil b wird an der Hypotenuse 1
von Prisma I gebrochen,
an der Kathete 2 desselben total reflektiert und trifft dann auf die Kathete
3 von Prisma 1 und dann Kathete 2 von Prisma II mit dem zwischerfliegenden
Luftspalt. Die Brechungen sind dieselben, wie bei Lichtstromanteil a beschrieben:
Die Strahlrichtung des Lichtstromanteils b bleibt in Prisma I und Il parallel,
der Luftspalt bringt ebenso eine kleine parallele Verschiebung, die in der F i
g. 2 nicht erkennbar ist. An der Kathete 3 von Prisma 11
wird
der Lichtstromanteil b total reflektiert, durchtritt die Hypotenuse
1 unter Brechung und tritt nach unten aus, und zwar unter demselben Winkel
zur Hypotenusenfläche, unter dem er oben eingetreten ist, was durch die eingezeichneten
Winkel fl und deutlich gemacht ist.
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Der Durchgang des Lichtstromanteils c verläuft bis zur totalen Reflexion
an der Kathete 2 gleich wie beim Lichtstromanteil b. Von hier wird er an
den Katheten 3 Prisma 1 und 2 Prisma 11 und der Luftzwischenschicht
gebrochen und dann schließlich an der Hypotenusenfläche 1 des Prismas II
total reflektiert. Diese totale Reflexion wiederholt sich nach Durchtreten der Kathetenflächen
2 und 3 der Prismen II und III sowie an der Kathete 3 beim Prisma
111, wobei der Lichtstromanteil c das Prisma unter Brechung nach oben verläßt.
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Die als Abschnitt d gekennzeichnete Dunkelzone ist bei der
Anordnung gemäß der Erfindung gegenüber der nach F i g. 1 verhältnismäßig
klein.
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Vergleicht man die Ergebnisse beider Prismensysteme weiter, so ist
offensichtlich, daß beim Erfindungsgegenstand die durchtretenden Lichtstrahlen parallel
den eintretenden gerichtet sind, also keine die Durchsicht störenden Verzerrungen
auftreten. Außerdem wird eine wesentlich größere Lichtausbeute erzielt.
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Die auftreffenden Lichtstrahlen können auch schräg zur dargestellten
Normalebene verlaufen. Der in F i g. 2 gezeichnete Durchtritt kann also auch
die senkrechte Projektion schräg zur Normalebene auf diese auftreffender Lichtstrahlen
sein.
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In F i g. 3 ist der totalreflektierende Bereich bei einem erfindungsgemäßen
Prismensystem dargestellt. Auf die Hypotenusenfläche 1 treffen senkrechte
Strahlen auf, also unter einem Winkel von 90'. Diese durchtreten ungebrochen
die Hypotenusenfläche und treffen dann auf die Katheie 2, dort werden sie total
reflektiert, so daß also zwischen der Einfallrichtung und der im Einfallpunkt auf
der Kathete 2 errichteten Normalen ein Winkel von 45' entsteht. Der reflektierte
Strahl verläuft nun parallel zur Hypotenuse nach der Kathete 3, wo sich die
Totalreflexion wiederholt. Schließlich durchtritt der Strahl ungebrochen wieder
die Hypotenusenfläche 1
und wird parallel zu seiner Einfallrichtung zurückgeworfen.
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Diese zweimalige totale Reflexion ist nach den optischen Gesetzen
nur dann möglich, wenn die Brechungszahl für den übergang von Luft in das Mittel
der Prismen etwas größer ist als V2 = 1,41.
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Die Brechungszahlen bekannter Baustoffe für Prismen sind aber merklich
größer, so z. B. für Silikatglas - 1,5, für Acrylglas - 1,49. Dies
ist in F i g. 4 veranschaulicht. Hierbei können bei den von oben auf die
Hypotenusenflächel einfallenden Lichtstrahlen Abweiclungen von der Normalen auf
der Hypotenuse von - 4,7' auftreten; mit der auf der
Kathete
2 errichteten Normalen beträgt der Reflexionswinkel dann -48', mit der Normalen
auf der Kathete 3 schließlich - 42'. Der austretende Strahl ist auch
hier parallel dem eintretenden. Alle auf die Hypotenusenfläche in einem Reflexionsbereich
von ± 4,71 abweichend von der Normalen auftreffenden Lichtstrahlen werden
total rellektiert. Bei der Durchsicht aus einem Innenraum ins Freie erscheint bei
dem Prismensystem gemäß der Erfindung eine Dunkelzone mit einer Winkelöffnung von
- 9,4c>.
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In F i g. 5 und 6 sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Die Prismen werden hier in einfacher Weise durch Verformung der Glasoberflächen
erhalten, die dann in erfindungsgemäßer Weise zusammengefügt sind. An der optischen
Wirkung ändert sich dadurch nichts Wesentliches. Bei den Ausführungsbeispielen betragen
die Kantenwinkel 901.
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Wie in F i g. 6 veranschaulicht, kann zwischen die Glasscheiben
4 und 5 auch ein Mittel 6 zur Distanzierung eingefügt sein, daß beim
Ausführungsbeispiel gleichzeitig den Zwischenraum nach außen hin hermetisch abdichtet.