DE1921873A1 - Zier-Beleuchtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Image Optic*, Inc. 2 9 APR

Natick. Mass., V.St.A. \ '

Zier—Beleuchtungsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Zier-Beleuchtungsvorrichtung. .

Die üblicherweise z.B. zum Schmücken von Weihnachtsbäumen verwendeten Beleuchtungsanordnungen bestehen im allgemeinen aus elektrisch gespeisten Glühlarapen. Obgleich diese Anordnungen im Laufe der Jahre immer mehr verbessert wurden, können sie nicht als absolut sicher bezeichnet werden, da die elektrischen Verbraucher Wärme abgeben und die stromführenden elektrischen Anschlüsse zusätzliche Gefahrenquellen darstellen. Bin Kurzschluß in einem Anschluß oder eine lokale Überhitzung kann eine Entzündung des umgebenden Materials und damit die Entstehung eines Brandes verursachen. Aus diesem Grund können herkömmliche Anordnungen, soweit sie z.B. in Gebäuden aufgestellt sind, nicht unbewacht bleiben, wenn die Sicherheitsvorschriften beachtet werden sollen, und zwar insbesondere dann, wenn der geschmückte Gegenstand wie z.B. ein Weihnachtsbaum entzündbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, also insbesondere die Schaffung einer Zier-Beleuchtungsvorrichtung zu ermöglichen, welche gefahrlos in Verbindung mit brennbaren Stoffen benutzt werden kann, wobei erfindungsgemäß die Lichtquelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung von dem zu schmückenden Gegenstand bzw. Gebilde getrennt ist und ein optisches Faserbündel als Verteiler zur lichtübertragung auf die beleuchtete Verzierung verwendet wird.

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Dabei soll insbesondere eine neuartige Weihnachtsbaum-B eleuchtungsvorrichtung geschaffen werden, die konstruictionsbedingt gefahrlos ist und eine Reihe von Verzierungen aufweist, welche beleuchtet, aber nicht erwärmt werden und welche sieh ohne weiteres an eine Vielfalt von Konfigurationen und Musteranordnungen anpassen lassen.

Erfindungsgemäß wird dabei vorteilhaft die Schaffung einer neuartigen Einrichtung zur Änderung der scheinbaren Färbverteilung an den zierenden bzw. schmückenden Endpunkten der Licht-Verteileranordnung geschaffen, die ausschließlich an der Lichtquelle betätigt wird.

Die Erfindung lehrt in diesem Zusammenhang eine wirkungsvolle und wirtschaftliche Licht-Verteileranordnung, bei welcher eine größtmögliche Anzahl von Leuchtverzierungen mit Hilfe eines optischen Faserstrangs mit Licht von einer einzigen Lichtquelle versorgt wird.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Bs zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur allgemeinen Veranschaulichung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung an einem Weihnachtsbaum, ·

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungaform des Faserbündels der Verteileranordnung,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform eines Faserbündels,

Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Lichtquelle,

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Fig. 5 einen Teilschnitt durch ein Faserbündel am lichtquellenseitigen Ende,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer optischen Anordnung mit einem aus verschmolzenen optischen Fasern bestehenden Wärmeisolator,

Fig. 7 eine Ausführungsform eines leuchtenden Zier-Körpers ,

Fig. 8 eine abgewandelte Ausführungsform eines Zier-Körpers ,

Fig. 9 eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Zier-Körpers,

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Satzes von Faserstrang-Enden, ausgebildet als Mehrfarbenanordnung,

Fig. 11 einen Längsschnitt duroh eine einzelne Glasfaser, in stark vergrößertem Maßstab, und

Fig. 12 eine schematische Schnittansicht eines Faserstrangs im hohlen Stamm eines Weihnachtsbaums.

Gemäß Fig. 1 ist ein Weihnachtsbaum 10· mit leuchtenden Zier-Körpern 11 dekoriert, welche von einer Lichtquelle 12 aus über einen optischen Verteiler 13 beleuchtet werden, welcher Hauptzweige H und Nebenzweige 15 aufweist. Die Lichtquelle 12 kann über einen Stecker 17 an Spannung gelegt werden, w»

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Gemäß Pig. 2 kann der Verteiler 13 aus einer Vielzahl von einzelnen optischen Faserleitungen 14 bestehen, von denen jede ein Bündel von optischen Glasfasern enthält, die von einem Mantel aus beispielsweise Poläthylen umgeben sind. Bei der Faserstrang-Anordnung gemäß Fig. 2 sind alle Faserleitungen 14 am lichtaufnehmenden Ende 18 des Verteilers zusammengefaßt und auf zweckmässige Weise mit der Lichtquelle 12 verbunden, über die Länge des Verteilers 15 hinweg zweigen die Faserleitungen 14 in regelmäßigen Abständen beispielsweise an Punkten 19, 20, 21 und 22 ab, so daß die Dicke des Faserstrangs 13 zum Ende 23 hin abnimmt. Der Mantel jeder Faserleitung 14 hält diese vom Ende 18 des Verteilers über jede Verzweigung 19-22 bis zu den Ausgangspunkten 24, 25, 26 und 27 der Nebenzweige 15. Von diesen Ausgangspunkten 24 - 27 bis zu den Zier-Körpern 11 fehlt der Mantel der Faserleitung 14, so daß die optischen Faserbündel in Nebenzweige unterteilt werden können, die jeweils einen getrennten Zier-Körper 11 aufweisen. Die Nabenzweige 15 sind gleichfalls mit einem Mantel umgeben.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Anordnung, bei welcher der Tferteiler 13 Faserleitungen 14 aufweist, welche derart ausgeführt eind, daß die Gesamtlänge der Faserleitungen 14 des Verteilers 13 möglichst klein bleibt. Es wird also hierbei «in möglichst direkter Strahlengang von der Lichtquelle 12 bis zum Ende 29 des Mantels jeder Faserleitung 14 erreicht* Jede Faserleitung 14 kann am Punkt 29 unmittelbar in einen einzigen Zier-Körper 11 auslaufen, anstatt sioh in mehrere Enden aufzuteilen! diese Anordnung kann vorteilhaft sein, wenn es gewünscht wird, die Llcht-

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intensität jedes Zier-Körpers zu erhöhen. Bei dieser Anordnung läuft also eine separate Faserleitung 14 von der Lichtquelle 12 zu jedem Zier-Körper 11. In diesem Fall verläuft der Mantel jeder Faserleitung 14 durchgehend vom lichtquellenseitigen Ende Ms zur Verzierung 11.

Gemäß Fig. 4 weist die allgemein bei 30 angedeutete Lichtquelle ein Gehäuse 31 mit einer Fassung 32 zur Halterung einer Lampe 33 auf. Bin Gebläse 34 mit Motor 35 richtet eine Kühlluftstrom auf die im Betrieb hohe Temperaturen erreichende Lampe 33» Die Lampe 33 kann eine übliche, stark bündelnde Projektionslampe mit einem in die Fassung 32 einsetzbaren Sockel 36 sein. Ein Glühfaden 37 ist so montiert, daß er auf einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Reflektors 38 liegt. Der zweite Brennpunkt des Reflektors 38 liegt am Ende 18 der Faserbündel des Verteilers 13» so daß eine konzentrierte Bündelung des Lichts des Glühfadens 37 am Ende 18 der Faserbündel gewährleistet wird, welche die Voraussetzung für eine maximale Lichtübertragung auf den Verteiler 13 darstellt.

In der Lichtquelle 30 ist ein herkömmliches Wärmefilter 40 vorgesehen, das einen Wirkungsgrad von etwa 85$ besitzt. Eine Farbscheibe 41 ist auf einer Aohse 42 gslagert und vermag eine Ansah! von auf der Farbscheibe 41 angeordneten Filtern 43 ₉ 44 in den Strahlengang su bringen, und zwar üblicherweise an einer dem zweitan Brennpunkt 39 und dem Ende 18 dos Faseratrangs 13 möglichst nahe liegenden Stelle. Mit Hilfe &®r Filter 43, 44 kann jede beliebige Liehtfarbe in den Verteiler 13 projiziert und "zu den Zier-Körpars. 11 Übertragen werden« Die Farbseheibe 41 kaan tob, Hand in die

gewünschte Filterstellung verdreht werden; wahlweise können auch herkömmliche Einrichtungen zum automatischen Weiterschalten einer Filterfolge angewandt werden. Ebenso kann auch je nach Wunsch jeweils ein einzelnes Filter 43 von Hand zwischen die beiden Brennpunkte eingeschoben werden.

Eine Haltehülse 45 des Verteilers 13 ist komplementär in einen am Gehäuse 31 ausgebildeten Fassungsring 46 eingesetzt, so daß das Ende 18 des Verteilers 13 einwandfrei auf dem zweiten Brennpunkt des Reflektors ausgerichtet ist.

Zur Gewährleistung eines maximalen Wirkungsgrads der allgemeinen optischen Anox'dnung gemäß Pig. 4 muß der durch das Ellipsenverhältnis des Reflektors 38 festgelegte Sammelwinkel 47-48 auf die numerische Apertur der verwendeten Glasfasern abgestimmt sein. Darüber hinaus sollte dar Jjurchmöaser des Faserstrang-Bndes 18 auf die Größe des Glühfadens 37 der verwendeten Projaktionslam=» pe abgestimmt sein.

kann sin Glühfaden 37 eine Größe von etwa 6,35 mm besitzen und kana alt einer scheinbaren Größe von 9»5 mm auf den zweiten Brennpunkt 39 geworfen werden In diesen fall sollte dar Durchmesser des Faser-Strang-Endes 18 sur Gewährleistung feestar Anpassung einen Durchmesser von 9_f5 an besitzen» Zur Gewährlei«=· stuäg eines optimalen Mchtiibartragung-Wirkuiigsgrads sollten alle - optischen Wl'aohmn wischen der Lampe 33 dem swsiten 'B^^mn-pumlzt. 59 mit ©in©B reflaxions-Ütosrzug vsrsefeen

Die numerische Apertur einer Glasfaser läßt sich gemäß Fig. 11, welche im wesentlichen einen Längschnitt, durch eine Faser 50 zeigt, naoh der Formel N. A. = berechnen, wobei der Brechungsindex des Faserkerns mit 51 und der Brechungsindex des Überzugs mit 52 bezeichnet ist. Bei Verwendung einer herkömmlichen lampe 33 muß die numerische Apertur an einen vergleichsweise kleinen Sammelwinkel 47-48 angepasst werden, da das Ellipsensegment des Reflektors 38 nur einen kleinen Teil der Ellipse ausmacht. Falls ein Reflektor 38 mit einem sich stärker einer Halbellipse annähernden Segment verwendet wird, sollten die Glasfasern mit entsprechend hoher numerischer Apertur gewählt werden, um eine optimale Lichtübertragung zu gewährleisten. Darüber hinaus kann auch ein Kugelsegment-Reflektor angewandt werden, um Verluste des Glühfaden-Lichts zu vermeiden, das anderenfalls im Bereich zwischen dem Ellipsensegment und dem aufnehmenden Ende 18 des Faserstrangs 13 entweicht.

Gemäß Fig. 5 können die Mantel der Faserleitungen 14 zwischen einem Punkt 53 des Verteilers 13 und dem Ende 18 entfernt sein, wobei die Glasfasern aller Faserleitungen 14 miteinander verbunden und am Ende 18 durch die Haltehülse 45 zusammengespannt sind. Bei dieser Anordnung kann die Haltehülse 45 als zweckmäßiges Anschlußmittel zur Verbindung des Verteilers 13 mit der Lichtquelle 12 dienen, wobei die Haltehülse 45 in den Fassungsring 46 eingesetzt ist. Ein genauer Paßsitz ist zur Gewährleistung eines optimalen Lichtübertragung-VTirkungsgrads erforderlich, da das projjizierte Glühfaden-Bild auf daa Ende 18 gebündelt werden soll, welches die Schnittebene der Glasfasern aller den Verteiler 13 bildenden Faserleitungen 14 darstellt. Eine

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passende Hülle 70 kann auf herkömmliche Weise zum Schutz des Verteilers 13 während der Handhabung vorgesehen sein.

Wahlweise kann zur Bildung des Verteilers 13 eine Anordnung von Pasern verwendet werden, die ursprünglich keine Umhüllung aufweisen. Die spezielle Anordnung wird durch die Übertragungs-Erfordernisse bestimmt, wobei die zusammengesetzte Faseranordnung mit einem Oberflächenüberzug zur Gewährleistung des mechanischen Zusammenhalts und zur Ermöglichung einer einfachen Handhabung versehen wird. In diesem Fall verjüngt sich das Anschlußende des Verteilers 13 vom Punkt 53 aus nicht, sondern weist gleichbleibenden Durchmesser vom Ende 18 bis zur ersten Verzweigung der Einzelfasern aus der Hauptgruppe auf; von diesem Punkt ab nimmt der Durchmesser des Verteilers 13 fortlaufend ab, je mehr Zweige der Reihe nach abgeleitet werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer abgewandelten Lichtquelle, welche einen hochintensiven Jod-Quarz-Glühfaden 72 in Verbindung mit einer aus einem verschmolzenen Faserbündel bestehenden Liohtführung 71 verwendet. Die Jod-Quarz-Lampe 73 befindet sich möglichst dicht am Ende 54 der Lichtführung 71» welche als Wärmeisolator dient. Durch das dichte Anordnen aee Glühfadens 72 am Ende 54 wird ein enger Sammelwinkel 47-48 festgelegt, in welchem eine Lichtmenge von bis zu 50$ des vom Glühfaden 72 abgegebenen Lichts auf die Lichtführung 71 übertragen werden kann; die günstigste Bedingung besteht in der Anordnung des Glühfadens 72 in der Ebene des Endes 54 der Lichtführung 71. Ein sphärischer Reflektor 55 wirft alles nach hinten auege* strahlte Licht auf den Glühfaden 72 zurück, wodurch der

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Wirkungsgrad der Übertragung zur Lichtführung 71 verbessert wird. Wahlweise können auch andere hoohinten« sive Lichtquellen, wie z.B. ein kurzer Xenon-Lichtbogen, Verwendung finden. Die Lichtführung 71 besitzt beim bevorzugten Ausführungabelspiel eine Länge von etwa 25,4 mm und ist an ihrem kühlen Ende 56 an das Ende 18 des Verteilers 13 angepasst.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen Sohnittdarstellungen von Faserleitungen 14 mit Zier-Körpern 11. Fig. 7 zeigt eine einfache Anordnung mit sphärischer durchsoheinender Kunststoff-Kugel, welche eine Ausnehmung 58 zur Aufnahme der Faserleitung 14 aufweist. Die Faserleitung 14 ist bei 59 rechtwinkelig abgeschnitten und mit Presspassung in die Ausnehmung 58 des Endes 11 eingefügt. Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei welcher die Faserenden der Faserleitung 14 bei 61 konisoh zulaufen. Hierdurch wird ein heller Leuchtkern erzeugt, der in gewisser Weise einen in der Mitte des Zier-Körpers 11 angeordneten.Glühfaden vortäuscht. Fig. 9 zeigt ein abgeschrägtes Ende 60 der Faserleitung 14, wodurch ebenfalls den Eindruck eines hellen Glühfadens erweckt wird. Das sohräge Ende 60 kann so erzeugt werden» daß die Faserleitung 14 zusammen mit ihrer Schutzumhüllung einfaoh unter einem entsprechenden Winkel geschnitten wird? hierauf kann die geschnittene Faserleitung 14 in die Ausnehmung 58 eingesteckt werden, wobei keine weiteren Arbeitsgänge erforderlioh sind, um die erwähnte hoohintenaive, glühfadenartige Leuohtwirkung zu erzielen. Der Ziex-Körper 11 gemäß Fig.9 zeigt, daß dabei jede beliebige Form Anwendung finden kann.

Ee hat sioh gezeigt, daß sioh für dauerhafte Verbindungen der Faserleitungen 14 mit den Enden 11 klare Bpoxyharz-Kleber sehr gut eignen, da sie für die optiaohe

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Anpassung der Faserenden an den Kunststoff der Zier-Körper 11 einen vorteilhaften Brechungsindex besitzen. Ein attraktives Aussehen ergibt sich auch bei Verwendung von größeren Zier-Körpern mit reifartig aufgerauhter Oberfläche, welche bei Betrachtung aus einiger Ent~ fernung die Zierform deutlicher erscheinen lassen.

In Fig. 10 ist ein Satz von Zier-Körjujern 11 in vier Reihen 62, 63, 64 und 65 angeordnet, von denen jede eine spezielle Farbschattierung, wie z.B. farblos, rot, grün bzw. gelb, besitzt. Die Gesamtanordnung gemäß Fig. 10 veranschaulicht mithin eine mögliche Anordnung der Zier-Körper 11, die mit einem speziellen Verteiler 13 ermöglicht werden kann. In Verbindung mit über den Faserstrang 13 übertragenen, sich, ändernden Farben wird dabei die erscheinende Farbwirkung durch die jeweils durch die Farbscheibe 41 und das spezielle, in den Strahlengang der Lichtquelle eingefügte Filter bestimmte Färbung bewirkt. Wenn über den Faserstrang 13 weißes Licht übertragen wird, so entspricht die Farbe der Zier-Körper 11 den Schattierungen des jeweiligen Materials. Wenn dagegen grünes Licht übertragen wird, erscheint die farblose Reihe 62 ebenfalls grün, die rote Reihe 63 schwarz, die grüne Reihe 64 in einer anderen Schattierung von QrUn und die gelbe Reihe 65 blau. Wenn mittels der Farbscheibe 41 andere Farben gewählt werden, ändert sich das resultierende Fartespiel entsprechend, wobei die Wirkung durch die jeweilige Art der beiden in jedem Zier-Körper 11 tatsächlich einander nachgeschalteten Filter, von denen das erste durch die Farbscheibe 41 und das zweite durch die färbung des Körpers 11 selbst gebildet wird, bestimmt wird.

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Im Hinblick auf die vergleichsweise große Dicke des Verteilers 13 an seinem Ende 18 und insbesondere wegen des Mantels der Faserleitungen 14 kann es als vorteilhaft angesehen werden, die Vorrichtung in Verbindung mit einem künstlichen Baum zu verwenden, welcher einen hohlen Stamm 80 gemäß I¹Ig. 12 aufweist. Der verhältnismäßig dicke Verteiler 15 kann dann im Hohlraum des Stamms untergebracht werden, während die Faserleitungen 14- nach Belieben an Punkten 81, 82, 83» 84 aus dem Inneren des Stamms 80 herausgeführt werden. Auf diese Weise wird der Teil des Verteilers 13 für den Betrachter unsichtbar, und an der Außenseite des Stamms 80 sind nur mehr die einzelnen .Faserleitungen 14 sieht« bar.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine Zier-Beleuchtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, die an einen optischen Fasertrang angekoppelt ist, welcher das Licht von der Lichtquelle auf eine Vielzahl von Zier-Körpern zu Übertragen vermag, wobei Einrichtungen zur Änderung der Abstrahlungsfarbe der Zierkörper vorgesehen sind.

Obgleich vorstehend nur einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlich zahlreiche Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Aus diesem Grund soll die Erfindung alle innerhalb des erweiterten Schutzumfangs liegenden Änderungen, Abwandlungen und Äquivalente mit umfassen.

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Claims (1)

1. Pate ntansprüche

   1· Ziei-Beleuchtungsvorriehtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Lichtquelle, welche konzentriertes Lioht auf das Ende eines optischen Verbindungselemente mit . vergleichsweise kleinem Durohmesser zu bündeln vermag, sowie eine optische Faser-Anordnung mit einem der Lichtquelle zugeordneten Ende und mit getrennten, in Zier-Körpern auslaufenden Paeerzweigen aufweist und daß die getrennten Faserzweige zur übertragung des Lichte von der Lichtquelle zu den an ihren Enden angeordneten Zier-Körpern vorgesehen sind·

   2« ^Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^-^ sie zur Beleuchtung eines Weihnachtsbaums verwendet wird·

   3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Weihnachtsbaum künstlioh hergestellt ist und einen hohlen Stamm zur Aufnahme des lotrecht verlaufenden dicksten Seils des Faserstrange aufweist·

   4· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur V₀rschaltung eine* Farbfilter* vor Aa* lichtquellenseitige Ende de* Faeerstrang* zur Bestimmung der Farbe des zu den Zier-Körpern übertragenen Lichte vorgesehen ist·

   5· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Torschaltung eines Farbfilter* eine Farbscheibe mit einer Anzahl von Farbfiltern aufweist, die mechanisch betätigbar ist, um fortlaufend die Farbe des zu den Zier-Körpern übertragenen Lichts zu verändern·

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   6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zier-Körper vielfach unterschiedliche Farben besitzen*

   7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der getrennten Faserzweige einzeln bis zu einer Stelle vor seinem Zier-Körper umhüllt und von dieser Stelle ab in Untergruppen unterteilt ist, die jeweils ihre eigenen Zier-Körper aufweisen.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine starre Lichtführung als Wärmeisolator zwischen der Lichtquelle und dem lichtquellenseitigen Ende des Faserstrangs vorgesehen ist·

   9· Lichtquelle zur Verwendung bei einem optischen System, insbesondere der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dicht neben einer Lichtführung angeordnete hoohintensive Lampe in Verbindung mit einem Kugelsegment-Heflektor, welcher das Licht von der hoohintensiven Lampe auf deren Glühfaden zurückwirft·

   10· Lichtquelle nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Jod-Quarz-Lampe, die dicht neben dem Ende einer aus einem verschmolzenen optischen Faserbündel bestehenden Lichtführung angeordnet ist.

   11« Lichtquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dafi die numerische Apertur der Lichtführung an den durch die Größe des abstrahlenden Abschnitts der hoohinteneiven Lampe festgelegten Sammelwinkel angepaßt ist»

   12. Vorrichtung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch ein© Lichtquelle mit einer Lampe in Verbindimg mit sines Ellipsansegaent-Reflektor» dessen Durölim®$s©s? einen

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   Sammelwinkel festlegt, α®τ praktisch an di© numerisch© Apertur des auf seinem einen Brennpunkt liegenden optischen Aufnahme- bzw. Lichteinfall-Endes angepaßt ist, während der abstrahlende Abschnitt der Lampe auf dem anderen Brennpunkt liegt·

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