DE2229120A1

DE2229120A1 - Projektor mit quadratischem Licht unter Verwendung prismatischer Linsen

Info

Publication number: DE2229120A1
Application number: DE19722229120
Authority: DE
Inventors: Robert G Springfield Ohio Nordquist (V St A)
Original assignee: GRIMES Manufacturing Co
Current assignee: GRIMES Manufacturing Co
Priority date: 1971-06-16
Filing date: 1972-06-15
Publication date: 1972-12-21
Also published as: CA958393A; GB1391677A; FR2141789B1; FR2141789A1; US3732417A

Description

Priorität vom 16. Juni 1971 _L Serial No.153642

in U S A

Die Erfindung bezieht sich auf die in den Vereinigten Staaten von Amerika am 29· April I968 angemeldete entsprechende Anmeldung mit dem Aktenzeichen 724 688 von Nordquist. In jener Anmeldung sind Beispiele von Projektionslampen- und Reflektoraufbauten beschrieben, bei denen ein rechteckiges oder quadratisches Lichtmuster durch Verkanten, Kippen oder Modifizieren von Teilen eines üblichen Reflektors gebildet, wird, so daß der sich ergebende Reflektor einen nicht kreisförmigen Querschnitt hat. Von den Reflektorsegmenten projizierte Bilder oder Felder läßt man sich bilden oder einander überlappen, um ein gewünschtes geometrisches Lichtmuster im wesentlichen über die Breite gleichmäßiger Intensität zu bilden. Der Lampenaufbau, der in jener Anmeldung gezeigt

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ist, führte zu wirtschaftlichem Erfolg und wird zur Zeit beispielsweise für die Leselampen in dem Flugzeug Boing 7^7 verwendet. Es ist jedoch erforderlich, daß der Reflektorteil der Lampe besonders ausgebildet ist, hat aber den Vorteil, daß keine besondere Linse erforderlich ist, wodurch eine leichte und wirksame Projektorkonstruktion geschaffen ist.

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine andere Anordnung, durch die ein rechteckiges oder quadratisches Lichtmust oder -feld durch wechselweise Überlappung von Lichtsegmenten gebildet, von einem üblichen, nicht bündelnden, kreisförmigen kontinuierlichen Parabolreflektor oder elliptischem Reflektor gebildet werden kann. Beispielsweise kann der Reflektor die übliche parabolische Form haben, bei der der Glühdraht der Glühlampe entweder vor oder hinter dem Bi*ennpujnkt verlegt worden ist, um ein divergierendes, streuendes Glühdrahtbild und Lichtmuster zu bilden. Auf der anderen Seite kann der Reflektor als eine gedrehte Ellipse gebildet sein, d.h., bei der ein kreisartiger kontinuierlicher Reflektor durch Drehen eines Segmentes einer um eine Achse gekippten Ellipse erzeugt worden ist. Beispiele der Erzeugung solcher Reflektoren sind in der oben erwähnten USA-Anmeldung beschrieben, und ein anderes Beispiel eines solchen Reflektors ist beispielsweise in der USA-Patentschrift 2 602 135 vom 1. Juli 1952 (Nordquist) beschrieben. Gedrehte Ellipsenreflektoren werden .im allgemeinen dort verwendet, wo es erwünscht ist, ein verteiltes oder gestreutes

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Hustender Feld aus Licht zu schaffen.

Bei jeder Art der oben beschriebenen Reflektoren wird erfindungsgemäß eine prismatische Linse verwendet, die einzelne bogenförmig angeordnete Prismensegmente aufweist. Jedes Prismensegment ist so angeordnet^ daß es sich mit einem entsprechenden Liehtsegment, beispielsweise einem Quadranten, vom Ref£^j$or schneidet und daß dieses Segment seitlich bezüglich einer Mittelachse versetzt wird. Die von dem Prismensegment bewirkte seitliche Versetzung ist in der Wirkung ähnlich jener, die durch die modifizierten Reflektoren der USA-Anmeldung mit der Serial No. 7Zk 688 bewirkt wird.

Jedes Prismensegment bildet ein entsprechendes Lichtmustersegment, welches entsprechend versetzt ist, so daß ein wechselweise sich überlappendes Lichtmuster oder-feld im wesentlicen von Seite zu Seite oder diagonal von Ecke zu Ecke gleichmäßiger Intensität gebildet wird. Wenn vier gleiche 90 -Segmente verwendet werden, wird ein rechteckiges Muster gebildet, in dem die Seiten des Musters vorher Radien des nicht modifizierten Kreismusters vom Reflektor waren. Ein derartiges quadratisches Muster ist kleiner als das nichtmodifizierte Muster, und zwar um einen Faktor ,pi.

Die einzelnen Prismensegmente der Linse können so geformt werden, daß der dike Teil am Umfang der Linse ist oder daß

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der dicke Teil in der Mitte der Linse ist, je nach dem Reflektor und der Stellung der Lichtquelle. Wenn die Achse der Schwenkung oder Kippung des elliptischen Reflektors klein ist, kreuzen sich die Lichtstrahlen von jeder Seite des Reflektors einander und werden auf entgegengesetzten Seiten der Mittellinie bei einer gegebenen Feldebene versetzt. In diesem Fall werden die dickeren Teile der Prismen am Umfang der Linse sein, um die erforderliche Bildversetzung vorzusehen. Auf der anderen Seite, wenn der elliptische Reflektor mit einer gedrehten Ellipse gebildet ist, in der der Brennpunkt der Ellipse für jeden Querschnitt derselben auf einer mehr gekippten Achse liegt, konvergieren die einzelnen Strahlen von jedem Segment bei einem engeren Winkel, und die einzelnen Segmente von einem derartigen Reflektor können bei einer gegebenen Fokallänge in die gewünschte wechselweise Überlappungsbeziehung durch eine prismatische Linse gebracht werden, in der die Segmente des Prismas ihre dickeren Teile in der Mitte der Linse·aufweisen.

Wenn ein parabolischer Reflektor benutzt wird, bei dem der Glühdraht vor dem Fokus versetzt ist, wird eine prismatische Linse benutzt, in der die dickeren Teile sich am Umfang befinden. Wenn auf der anderen Seite der Glühdraht hinter dem Fokus angeordnet wird, um ein divergieren-des, nidi; umgekehrtes Lichtmuster zu bilden, dann wird eine prisma-

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tische Linse benutzt, in der die dickeren Teile bei der Mitte der Linse liegen» -Bei jeder der hier beschriebenen Ausführungsform liegt es im Rahmen der Erfindung, die Gesamtdicke der Linse durch die Presnel-Technik zu reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer vereinfachten Projektion und Linsenanordnung, durch die ein gleichrmäßigesj rechteckiges oder quadratisches Lichtmuster von einem kreisförmigen kontinuierlichen Reflektor gebildet wird₀

Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, einen Projektor zu schaffen, der eine prismatische Linse aufweist, die in vier im wesentlichen gleichen Quadranten oder Segmenten gebildet ist, wobei jedes Segment ein einzelnes Prisma bildet, welches im wesentlichen dem benachbarten Prisma identisch ist, und die mit einem Reflektor zur Bildung eines Lichtmusters wirksam sind, welches eine entsprechende Zahl gerader Seiten auftoedst.

Vorteilhaft ist die Schaffung eines Projektors und einer Linsenanordnung erfindungsgemäß ferner, die zu.verwenden ist, um ein rechteckiges oder quadratisches Lichtmuster zu bilden, welches kleiner als das durch den Reflektor allein gebildete Muster ist und im allgemeinen über das gesamte Muster eine gleichmäßige Intensität hat_e - Ferner ist es erfindungsgemäß von Vorteil, wenn ein Projektor und eine Linse geschaffen werden, die ein quadratisches Lichtmuster aus parabolischen oder elliptischen Reflektoren erzeugen«

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichlceiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden

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Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen·
Es zeigens

Figo 1 ein Schema eines Reflektors und des von diesem
gebildeten Lichtmusters, auf welches sich die
vorliegende Erfindung bezieht»

Fig» 2 einen Blick in den Reflektor hinein,

Figo 3 eine Ansicht der Anlage der Fig. 1 unter Darstellung der Art und Weise, in der ein Linsenquadrant ein Teil des Lichts vom Reflektor modifiziert,

Fig. h ein weiteres Schema der Reflektor- und Linsenkombination diecex^j Erfindung unter Darstellung eines davon gebildeten rechteckigen Musters,

Fig. 5a die Draufsicht der bei der AusfUhrungsformen der Flg. 1 bis k verwendeten Linse,

Fig· 5b eine Seitenansicht der Linse,

Fig» 6 ein weiteres Schema unter Darstellung einer anderen Form eines Reflektors, auf den die Erfindung angewendet werden kann, und des durch einen solchen
Reflektor erzeugten Musters,

FIg₀ 7 ein Sohetna unter Darstellung eines Musters, wie es von einer modifizierten Linse gemäß der Erfindung gebildet ist,

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Fig» 8a eine Draufsicht der modifizierten Linse und Fig. 8b eine Seitenansicht derselben«

Unter BezugnahnB auf Fig· 1 ist mit 10 ein elliptischer Reflektor bezeichnet, und eine Lichtquelle, die der Glühdraht einer Lampe sein kann, .ist bei 12 gezeigt, die innerhalb des Reflektors 10 angeordnet ist. Der Reflektor 10 ist von der Art einer gekippten Ellipse, in der die Oberfläche 14 des Reflektors als gekipptes und gedrehtes Segment einer Ellipse gebildet isto Die Brennpunkte bei dem Glühdraht 15 und an der Stelle 16 liegen auf einer geneigten Achse 17« Der Reflektor wird durch Drehen um die Mittellinie gebildet, so daß der Ort aller den Sekundärbrennpunkt 16 bildenden Punkte einen Kreis bildet, dessen Mittelpunkt auf der Mittellinie liegte Je nach der Neigung der Achse . 17 kann das Lichtfeld 18 entweder breit oder eng bzw₀ schmal sein· Die konzentrischen Kreise oder Ringe, die

zum bei 20 dargestellt sind, sind nur Zweck der Bezugspunkte vorgesehen und können tatsächlich hellere Lichtringe infolge der Drehung des Glühdrahtbildes at£Weisen_f wenn ein spulenartiger Axialglühdraht 15 als Quelle 12 verwendet wird* Zwecte dieser Erfindung können die konzentrischen Ringe 20 jedoch als Darstellung der reflektierten Bilder von den Bezugsstellen I₉ 2, 3i ^- und 5 betrachtet werden,

18 wie auf dem Reflektor gezeigt und auf dem Feld bezeichnet·

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In Fig. 1 haben sich die Bilder einander Überkreuzt, so daß Licht vom Quadranten A des Reflektors durch Umkehrung beim Brennpunkt 16 gelaufen ist und eine diametral gegenüberliegende Position einnimmt, die durch dieselben Bezugspunkte 5» ^» 3t ² und ^{1 aui}" ^dem Lichtfeld dargestellt ist. In ähnlicher ¥eise nimmt das Licht von den Quadranten B, C und D umgekehrte Stellungen ein, wie durch die entsprechenden Buchstaben auf dem Lichtfeld gezeigt ist₀ Während das Lichtfeld 18 dargestellt ist, als sei es von einem gedrehten elliptischen Reflektor gebildet, kann im wesentlichen dasselbe Llchtntuster zum Zwecke dieser Erfindung von einem üblichen parabolischen Reflektor entwickelt werden, indem der Glühdrahtpunkt vor den Brennpunkt versetzt worden ist, so daß der Reflektor in wirksamer Weise ein Bildumkehrreflektor bezüglich dem Glühdrahtbild wird.

In Fig* 3 ist ein Prisma 25 zwischen den Brennpunkt 16 und die offene Seite des Reflektors 10 angeordnet gezeigt. Bei dieser Ausführungsform liegt der dickere Teil des Prismas an der Umfangskante* Da das Prisma das Licht zu seiner dickeren Seite hin umlenkt, kann das Prisma 25» wenn es als ein 90 -Segment eines Kreises entsprechend dem Segment A der Fig. 2 gebildet 1st, mit einer ausreichenden Abschrägung ausgewählt werden, um den Quadranten A des Lichtfeldes bezüglich der Mittellinie um einen Abstand zu verschieben, der gleich dem Radius R des Musters 18 multipliziert mit der Quadratwurzel 2 ist. Die Seiten 26 und 27 des bewegten Segments, welches gleich dem Radius R ist, würden zwei der

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Seiten des vollständigen Quadrats bilden, Wenn somit eine Linse aus vier 90 -Prismensegmenten 25 gebildet ist, einer für jeden Quadranten A₁ B, C und D der Linse 10, wären die entsprechenden 90 -Segmente des Lichte in ein wechselweise sich überlappendes Muster gejf>rmt, welches im allgemeinen bei 30 in Figo k dargestellt ist«

Solch eine zusammengesetzte prismatische Linse ist zu diesem Zweck bei 32 in den Fig. h und 5 gezeigt, in denen die einzelnen bogenförmigen Segmente 25A, B, C und D entlang gemeinsamer Radien verbunden sind, wobei jedes ein 90 -Segment einer vollständigen Kreislinse aufweist. Das zusammengesetzte oder Verbundmuster 30 ist aus vier versetzten Mustersegmenten A, B, C und D gebildet} und die Perimeteriinien weisen ehemalige Radiuslinien des Musters 18 auf« Erwünschtenfalls kann eine Fresnel-Technik auf die Linse 32 zur Verringerung deren Dicke angewendet werden» Die Linse 32 erfüllt im wesentlichen dasselbe mit dem gekippten elliptischen Reflektor gemäß Fig. 1, bei dem es eine Bildumkehr gibt, und mit einem parabolischen Reflektor, bei dem der Glühdraht vor den Brennpunkt bewegt worden ist, so daß Bildumkehr erfolgt.

Die in den Fig. 6 bis 8 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt ein Beispiel, bei dem der dickere Teil der Priemenlinse in der Mitte der Linse angeordnet 1st· Dies kann eine erwünschtere Anordnung sein, um dae Gesamtgewicht der Linse zu verringern, da die Linsenmaee geringer ist im

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Vergleich zu der Ausführungsform, bei der der dickere Teil des Prismas sich am Umfang befindet. Wir betrachten aunächst Fig, 6, wo ein gedrehter elliptischer Reflektor 50 entlang einer Achse 52 gekippt ist, die unter einem ziemlich großen Winkel zur Mittellinie liegt. Bei dieser Ausführungsform wird ein kreisförmiges Feld 58 vor dem Über-

kreuzen der Bilder vo« den einzelnen Reflektorsegmenten A, B, C und D gebildet. Wieder sind Bezugspunkte 1 bis 5 auf der Oberfläche des Reflektors 50 gezeigt, und die entsprechenden Punkte sind auf dem Feld 58 gezeigt. Somit nimmt ein Bezugspunkt 5 bei der Ausführungsform der Fig.

er

6 die Mitte des Feldes 58 ein, während bei der Ausführungsform der Fig. 1 eine Stellung am Umfang des Feldes 18 eint· nimmt. Der Reflektor 50 kann auch ein parabolischer Reflektor sein, aber ein solcher, bei dem die Lichtquelle oder der Glühdraht vom Brennpunkt einwärts verschoben worden 1st, statt auswärts, um ein verbreiteres Lichtmuster zu bilden.

Bei dieser Ausführungsform wird eine Linse 60 gebildet, die wiederum aus vier gleichen prismatischen Segmenten besteht, die zur Bildung einer Kreislinse zusammengeheftet sind. Die vier Segmente modifizieren oder wandeln das Licht von den entsprechenden Segmenten des Reflektors 50 um. In der Linse 60 befindet sich jedoch der diokere Teil jedes Prismensegmentes auf der Mittellinie, und awar bezüglich jedes Quadranten der Linse» Dies führt zu einer Ablenkung des Lichts naoh innen gegen dl· Mittellinie und bildet das In Fig. 7 gezeigte vollständig überlappende

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Bild oder Muster 6hm Dieses ist in Erscheinung und Form im wesentlichen identisch dem des Musters 30» ^mit der Ausnahme} daß de das Muster bildende Licht von umgekehrten Stellungen bezüglich des Reflektors kommt. Dieses Muster 6h ist also im wesentlichen in seiner Fläche in der Intensität gleichmäßig, hat eine spharfe Lichtabnahme außerhalb des Musters und ist um einen Faktor pi kleiner als das Feld 58a Wiederum wie auch im Fall der Linse 32 kann eine Fresnel-Technik bei der Linse zur Verringerung ihrer Gesamtdicke angewendet werden·

Ein Parabolreflektor, bei dem die'Lichtquelle axial einwärts vom Brennpunkt versetzt wird, ist nicht bildumkehrend₀ Da ee dort kein Überkreuzeai des reflektierten Lichtes bezüglich den? Mittellinie des Reflektors gibt, ist das gebildete Muster sehr ähnlich dem des Musters 58» und demgemäß kann im wesentlichen dieselbe Linse 60 mit Prismensegmenten, bei denen der dickere Teil bei der Mittellinie oder Achse ausgerichtet ist, für die Quadratur-Bildversetzung in ein gegenseitig sich überlappendes Muster 6h benutzt werden.

Jede der gezeigten Ausführungsformen kann vorteilhaft bei luftdicht verschlossenen Strahlungslampen oder dergleichen verwendet werden, bei denen die Linsen 32 oder 60 ggfe einstückig mit dem Lampenreflektor gebildet werden könnten₀ Die Ausführungsfonn der Linse 60 würde wahrscheinlich wegen des geringeren Gesamtgewichtes vorgezogene Xn jedem Falle wäre es wahrscheinlich erwünscht, jedes Linsenseg-

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ment als Reihe kleiner Fresnel-Prismen ssu bilden', um die Gesamtdicke zu vermindern.

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Claims

Patentansprüche

1«) Reflektor und Linsenprojektionsaufbau für die Projektion eines im wesentlichen quadratischen Lichtmustere mit einer Lichtquelle und einem Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Bildung einer Lichtquelle (i2, 15)ι ein kontinuierlicher Projektionskreisreflektor (1O) vorgesehen sind, der bezüglich der Lichtquelle für die Projektion eines nicht fokussierenden, im allgemeinen kreisförmigen Lichtmusters von dort angeordnet ist, daß eine Linse (32,/6O) zwischengeschaltet ist für die Aufnahme reflektierten Lichts von dem Reflektor, daß die Linse vier bogenförmige Segmente (A-D ) aufweist, deren jedes ein einzelnes Prisma (25) bildet und zur Aufnahme des Lichtes von einem entsprechenden Segment des Reflektors angeordnet ist für eine seitliche Versetzung des Segmentes für ein sich ergebendes, sich gegenseitiges überlappendes quadratisohes Lichtmuster, wobei jede Seite des sich ergebenden Quadrats etwa gleich einem Radius (r) des Kreismusters (18) ist·

2« Aufbau naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreismueter (18) bei der Bildung auf einer Bildebene und bei Abwesenheit der Linse ein Muster ist, bei dam die Bilder von einer Seite des Reflektors über Kreuz und bezüglich der Mittelachse des Reflektors umgekehrt eiad und bei dem jedes Prismensegment der Lins® «o gebildet ist,

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daß ihr dickerer Teil am Linsenumfang liegt·

3t Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreismuster bei der Bildung auf einer Bildebene und bei Abwesenheit der Linse ein solches Muster ist, bei dem die Bilder von einer Seite des Reflektors auf derselben Seite der Mittelachse des Reflektors gebildet werden und bei dem der dickere Teil jedes Prismensegments der Linse im wesentlichen bei der Linsenmitte angeordnet ist.

ho Aufbau naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor parabolisch ist·

5· Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor elliptisch 1st,

6ο Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zugeordnete Bild jedes Linsensegmentes um einen Abstand versetzt ist, der etwa gleich dem Radius des Kreismusters, multipliziert mit Wurzel aus 2 lst_a

7» Aufbau naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einem Projektionsreflektor zu verwendende Linse vier im wesentlichen gleiche und identische 9° -prismatische Segmente aufweist, deren jedes zum anderen und
zum Linsenmittelpunkt symmetrisch angeordnet ist·

8· Aufbau naoh Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

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der dickere Tell jedes prismatischen Segmentes der Linse bei der Linsenmitte angeordnet 1st*

9· Aufbau nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet» daß der dickere Teil jedes prismatischen Segmentes der Linse am Linsenumfang angeordnet isto

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