DE208030C

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Publication number: DE208030C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 208030 KLASSE 42 h. GRUPPE- M 208030 CLASS 42 h. GROUP

Dr.TH. MEYER in ST. JOHANN, Saar.Dr.TH. MEYER in ST. JOHANN, Saar.

Lichtbrechende Körper für Beleuchtungszwecke.Refractive bodies for lighting.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Mai 1907 ab.Patented in the German Empire on May 1, 1907.

Die aplanatischen Kurven vierter Ordnung, die nicht zu einer Kurve zweiter Ordnung degeneriert sind (kartesische Ovale), d. h. die Linien vierter Ordnung, die in der Ebene zwei Medien mit verschiedenen Brechungsexponenten derartig trennen, daß die von einem Punkte M in dem einen Medium ausgehenden Lichtstrahlen an der Kurve so in das andere gebrochen werden, als kämen sie von einemThe aplanatic curves of the fourth order that have not degenerated into a curve of the second order (Cartesian ovals), i.e. the lines of the fourth order that separate two media with different refractive exponents in the plane in such a way that the rays of light emanating from a point M in one medium at the curve are broken into the other as if they came from one

ίο andern Punkte C oder' konvergierten nach einem solchen, sind schon öfters Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen gewesen. Dagegen ist eine technische Nutzbarmachung dieser Kurven und der entsprechenden Rotations- oder Zylinderflächen nicht bekannt.ίο other points C or 'converged after such, have often been the subject of scientific investigations. In contrast, a technical utilization of these curves and the corresponding rotational or cylindrical surfaces is not known.

Bekannt sind vielmehr nur die degenerierten Formen zweiter Ordnung (Ellipsoide, KugelnRather, only the degenerate forms of the second order (ellipsoids, spheres) are known

u. dgl.). ' ■ . 'and the like). '■. '

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun für Beleuchtungszwecke, und zwar zur stärkeren Konzentration der Lichtstrahlen, lichtbrechende Körper hergestellt, die einerseits von einer aplanatischen Fläche obengenannter Art oder von Zonen solcher Flächen und andererseits von einer Kugelfläche oder von Kugelzonen begrenzt sind, die den einen aplanatischen Punkt zum Mittelpunkt haben.According to the present invention are now used for lighting purposes, namely for the stronger Concentration of light rays, refracting bodies produced the one hand from an aplanatic surface of the type mentioned above or from zones of such surfaces and on the other hand are bounded by a spherical surface or spherical zones, which are aplanatic Have point to center.

Zur Erläuterung der Erfindung dienen die beifolgenden Zeichnungen. Es stellt dar:The following drawings serve to explain the invention. It shows:

Fig. ι eine aplanatische Kurve vierter Ordnung mit ihren beiden Ovalen, und zwar für den Fall, daß der' rein aplanatische Punkt C außerhalb der Kurve liegt,Fig. Ι an aplanatic curve of the fourth order with its two ovals, specifically for the case that the 'purely aplanatic point C is outside the curve,

Fig. 2 einen Achsenschnitt durch einen Körper, der außen von einer solchen Fläche und innen von einer Kugelfläche begrenzt ist, Fig. 3 eine aplana'tische Kurve vierter Ord-'nung, die die beiden aplanatischen Punkte umschließt,Fig. 2 is an axial section through a body on the outside of such a surface and is bounded on the inside by a spherical surface, Fig. 3 is an aplana'tic curve of the fourth order, which encloses the two aplanatic points,

Fig. 4 einen Achsenschnitt durch einen Körper, der außen von Zonen aplanatischer Flächen und innen von einer Kugelfläche begrenzt ist, , 4 shows an axial section through a body which is delimited on the outside by zones of aplanatic surfaces and on the inside by a spherical surface ,

Fig. 5 einen Achsenschnitt durch einen Körper, der außen von Kugelzonen und innen von einer aplanatischen Fläche, begrenzt ist.Fig. 5 shows an axial section through a body, the outside of spherical zones and inside is bounded by an aplanatic surface.

In Fig. ι bedeutet M einen leuchtenden Punkt im Innern eines gleichartigen Mediums, das bis zu dem äußeren der beiden Ovale reichen möge, die zusammen die aplanatische Kurve vierter Ordnung ausmachen Außerhalb der Kurve sei Luft. M, A ist einer der Strahlen, die von M ausgehen, er wird an dem äußeren Oval so in die Luft gebrochen, als käme er von dem zweiten aplanatischen Punkte C. Zwischen den Strecken M A = ρ und CA= p', dem Brechungsexponent η des Mediums und einer konstanten Größe k besteht die Beziehung η ρ ~+ ρ' = k, die zur punktweisen Konstruktion der Kurve benutzt werden kann. Hierbei bedeutet k die sog. optische Länge zwischen den Punkten M und C. Denken wir« uns die Luft bis an das innere Oval reichend, so wird der Strahl bereits in A' gebrochen, und zwar in die Verlängerung der Strecke C-A'. Von C sind ferner die vier gleichlangen Tangenten C-T₁, C-T₂, C-T_s und C-T₄ an die Kurve gezogen. Ihre Berührungspunkte zerlegen, die Ovale in zwei Bogen, die sich in physikalischer Hinsicht unterscheiden. Von jedem Punkte der beiden Bogen T₁-A-T₂ und T₃-A^T₁, die C die kon-In FIG. 1, M denotes a luminous point in the interior of a medium of the same type, which may extend as far as the outer of the two ovals which together make up the aplanatic curve of the fourth order. Outside the curve, there is air. M, A is one of the rays emanating from M ; it is refracted into the air at the outer oval as if it came from the second aplanatic point C. Between the lines MA = ρ and CA = p ', the refraction exponent η of the medium and a constant quantity k, there is the relationship η ρ ~ + ρ ' = k, which can be used to construct the curve point by point. Here k means the so-called optical length between the points M and C. If we imagine “the air reaching as far as the inner oval, the ray is already refracted in A ' , namely in the extension of the distance C-A'. The four tangents CT ₁ , CT ₂ , CT _s and CT _{4 of} equal length are also drawn from C to the curve. Break up their points of contact, the ovals into two arcs that differ in physical terms. From each point of the two arcs T ₁ -AT ₂ and T ₃ -A ^ T ₁ , the C the con-

kave Seite zukehren, treten die Lichtstrahlen so in die Luft, als kämen sie von C. Von den beiden andern Bogen T₁-T₂ und T₃-T₄ hingegen, die C die konvexe Seite zukehren, besitzen nur die Endpunkte die angegebene Eigenschaft. In einem solchen Punkte bildet der auffallende Strahl, weil er in einer Tangente des Punktes C gebrochen wird, mit der Normale des Berührungspunktes den Grenzwinkel β des brechenden Mediums, also mit der Tangente den Winkel 90⁰ — ß.Turning on the cave side, the rays of light enter the air as if they came from C. Of the two other arcs T ₁ -T ₂ and T ₃ -T _4, on the other hand, which turn C on the convex side, only the end points have the specified property . At such a point the incident ray, because it is refracted in a tangent to point C , forms the critical angle β of the refracting medium with the normal of the point of contact, i.e. the angle 90 ^° - ß with the tangent.

Lassen wir nun einen der beiden wirksamen Bogen, etwa den äußeren T₁-A-T₂ um die Gerade C-M als Achse rotieren, so erhalten wir eine aplanatische Rotationsfläche vierter Ordnung, die C und M als aplanatische Punkte besitzt. In Fig. 2 ist ein Achsenschnitt durch einen lichtbrechenden Körper, etwa Glas, dargestellt, der außen von einer solchen aplanatischen Fläche und innen von einer Kugelhaube begrenzt ist, die M als Mittelpunkt hat und durch die Berührungspunkte T₁ und T₂ der Tangenten des Punktes C geht. Alle Strahlen des leuchtenden Punktes M, die auf den Körper auffallen, treten ungebrochen ein und divergieren nach der Brechung an der äußeren Fläche aus dem Punkte C. Sie werden also aus dem größeren (überstumpfen) Winkelraum T₁-M-T₂ in den kleineren T₁-C-T₂ konzentriert und bewirken da, wo sie hinfallen, eine entsprechende Helligkeitsvermehrung, deren Größe durch den Abstand der beiden aplanatischen Punkte und die Konstanten k bedingt ist. Die beschriebene Form des Glaskörpers eignet sich besonders zur Konzentration der Strahlen einer Nernstlampe.If we now let one of the two effective arcs, for example the outer T ₁ _{-AT 2,} rotate around the straight line CM as the axis, we obtain an aplanatic surface of revolution of the fourth order, which has C and M as aplanatic points. 2 shows an axial section through a refractive body, such as glass, which is bounded on the outside by such an aplanatic surface and on the inside by a spherical cap which has M as its center and through the contact points T ₁ and T _{2 of} the tangents of the point C goes. All rays of the luminous point M, which fall on the body, enter uninterrupted and diverge after the refraction on the outer surface from the point C. They are thus from the larger (truncated) angular space T ₁ _{-MT 2} into the smaller T ₁ -CT ₂ concentrates and causes a corresponding increase in brightness where they fall, the size of which is determined by the distance between the two aplanatic points and the constant k . The shape of the glass body described is particularly suitable for concentrating the rays of a Nernst lamp.

Die Fig. 3 ist ebenso wie Fig. 1 eine aplanatische Kurve vierter Ordnung, unterscheidet sich aber von dieser dadurch, daß außer dem aplanatischen Punkte M auch der zugehörige Punkt C innerhalb der Ovale liegt. Keinem Punkt des inneren Ovals, dagegen allen Punkten des äußeren kommt die Eigenschaft zu, die von dem leuchtenden Punkt M ausgehen-Like FIG. 1, FIG. 3 is an aplanatic curve of the fourth order, but differs therefrom in that, in addition to the aplanatic point M , the associated point C also lies within the ovals. Any point of the inner oval, however, all points of the outer leads to the property emanating from the luminous point M

den Strahlen an der Kurve so in die Luft zu brechen, als kämen sie von C. Das innere Oval hat für diesen Fall nur eine geometrische aber keine physikalische Bedeutung. Denken wir uns das größere Oval außen von dem Medium (Glas) und innen von Luft umgeben und nehmen wir C als leuchtenden Punkt an, so divergieren die Strahlen im Glase von M. to break the rays at the curve into the air as if they came from C. The inner oval has only a geometric but no physical meaning in this case. If we imagine the larger oval surrounded by the medium (glass) on the outside and air on the inside and if we assume C as a shining point, the rays diverge in the glass of M.

Zum Verständnis der Fig.' 4 sei zunächstTo understand the Fig. ' 4 is initially

hervorgehoben, ■ daß durch die Punkte M und C nicht eine, sondern, was ja auch die Gleichung η ρ +" ρ' = k erkennen läßt, eine ' ganze Schar von aplanatischen Kurven bestimmt ist. Hierbei hat man k wie einen veränderlichen Parameter aufzufassen. .In der Fig. 4 wird wieder wie in Fig. 2 des brechenden Mediums nach innen zu von dem Kreisbogen T₁-T₂ begrenzt, der M als Mittelpunkt enthält. Die äußere Begrenzungslinie besteht jetzt nicht aus einem Kurvenzug, sondern aus mehreren Kurvenstücken, die verschiedenen durch M und C bestimmten aplanatischen , Kurven angehören. Die Endpunkte der Bogen liegen, auf zwei Kreisen, die M als Mittelpunkt haben, und die aufeinanderfolgenden Bogen sind durch Strecken verbunden, die alle nach M konvergieren. Durch Rotation der Figur um die Gerade M-C ergibt sich ein Körper, der innen von einer Kugelhaube und außen von Zonen aplanatischer Flächen sowie von Kegelmänteln begrenzt ist. Wir denken uns den Körper aus dem lichtbrechenden Stoffe von dem angenommenen Brechungsexponent η bestehend. Darm werden wieder alle auf ihn fallenden Strahlen des Punktes M nach der Brechung von C divergieren. Aber wir haben jetzt außer der verminderten Divergenz erreicht, daß die Dicke des Körpers^ und damit die Absorption der Strahlen beträchtlich verringert worden ist. Das gebrochene Licht schwingt jetzt im allgemeinen nicht mehr mit gleicher Phase, was jedoch für die hier in Frage kommenden Zwecke der Beleuchtung belanglos ist.emphasized that the points M and C determine not one but, as can be seen from the equation η ρ + " ρ ' = k , a whole family of aplanatic curves. Here k has to be understood as a variable parameter In Fig. 4, as in Fig. 2, the refractive medium is again bounded inwards by the circular arc T ₁ -T ₂ , which contains M as the center , which belong to different aplanatic curves determined by M and C. The endpoints of the arcs lie on two circles with M as their center, and the successive arcs are connected by lines which all converge to M. By rotating the figure around the MC in particular results in a body that is delimited on the inside by a spherical cap and on the outside by zones of aplanatic surfaces as well as by conical shells a refraction exponent η . Then all rays of point M falling on it will again diverge after the refraction of C. But we have now achieved, in addition to the reduced divergence, that the thickness of the body, and with it the absorption of the rays, has been considerably reduced. The refracted light now generally no longer oscillates with the same phase, which, however, is irrelevant for the purposes of lighting in question here.

Bei dem Körper, der in Fig. 5 durch einen Achsenschnitt dargestellt ist, liegt die aplanatische Fläche nach innen zu, während die äußere Begrenzungsfläche .aus Kugelzonen und Kegelmänteln besteht, die den Punkt M als gemeinschaftlichen Mittelpunkt bzw. Spitze haben. Die Lichtquelle befindet sich jetzt 95 , in C. Die Strahlen C-A dieses Punktes treten so in den Körper ein, als kämen sie von M und gehen dann in dieser Richtung weiter ungebrochen in die Luft.In the case of the body, which is shown in Fig. 5 by an axial section, the aplanatic surface is inwardly, while the outer boundary surface consists of spherical zones and conical surfaces, which have the point M as a common center or tip. The light source is now 95, in C. The rays CA of this point enter the body as if they came from M and then continue uninterrupted into the air in this direction.

Wo es sich um Lichtquellen von geringer Ausdehnung wie beim Bogenlicht oder der -Nernstlampe handelt, wird man sie zur Erreichung einer stärkeren Konzentration der Strahlen in Verbindung mit einem der bisher beschriebenen Körper bringen. Wenn aber die Lichtquelle beträchtlich in die Länge ausgedehnt ist, wie etwa bei einem glühenden Metallfaden oder manchen Lampen, dann wird man dem lichtbrechenden Körper eine Zylinderform geben, dessen Querschnitt mit einem der beschriebenen Achsenschnitte übereinstimmt.. .Where there are light sources of small size such as the arc light or the - Serious lamp is used, one will use it to achieve a greater concentration of the Bringing rays in connection with one of the bodies described so far. If but the light source is considerably elongated, such as a glowing one Metal thread or some lamps, then the refractive body becomes a cylinder shape whose cross-section corresponds to one of the axis sections described .. .

Als Material wird man in erster Linie Glas benutzen, jedoch sind hier auch die übrigen lichtbrechenden Stoffe grundsätzlich nicht ausgeschlossen. Glass will primarily be used as the material, but the rest are also used here refractive substances cannot be excluded.

Claims

Patent Claims:

i. Refractive bodies for lighting purposes, characterized in that the one surface from a with respect to the essentially point-shaped advance

set light source aplanatic surface of the fourth order, - which does not form a surface second order is degenerated, or is formed from zones of such surfaces while the other consists of a sphere or spherical zones, the centers of which are in the second aplanatic point lie. .

2. Refractive body for lighting purposes, characterized in that the one surface from one with respect to the one assumed to be essentially straight Light source aplanatic cylinder surface, the generating line of which is a curve of the fourth or third order, or of zones "such Surfaces is formed, while the other from an ordinary circular cylinder surface or consists of zones of such surfaces, whose axes with the second aplanatic Lines coincide.

1 sheet of drawings.