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Einrichtung zum Projizieren von Lichtstrahlen
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum ?rojizieren von Lichtstrahlen
und bezieht sich insbesondere auf eine solche Einrichtun, welche dazu geeignet ist,
iii einem Leuchtfeuer oder einem Scheinwerfer verwendet zu werden, wie er an der
See verwendet wird oder wie er unter solchen Bedingungen verwendet wird, bei welchen
die Versorgunrr mit elektrischem Licht SO schwierig ist, daB die Versorgung von
einer Batteriespeisung abhängt.
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Im allgemeinen ist zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades bei einem
Scheinwerfer der obengenannten irt eine besonders gute Projektionseinrichtung erforderlich,
insbesondere fiir Leuchtfeuer oder Scheinwerfer, wie sie an der See verwendet werden.
Insbesondere ist auch dann auf einen besonders rr'3uten Wirkungsgrad einer elektrischen
Lichtnuelle Wert zu legen, wenn
die Energieversorgung so schwierig
ist, daß ein Scheinwerfer wie ein Leuchtfeuer aus einer batterie gespeist werden
muß.
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Ein besonders @ er Wirkungsgrad ist insbesondere im hinblick auf eine
möglichst große Lebensdauer der Batterie vorteilhaft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionseinrichtung
für eine Lichtquelle der oben näher genannten Art zu schaffen, welche bei besonders
kompaktem Aufbau einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad gewährleistet.
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Zur Lösung dieser iufgabe dienen insbesondere die im Patentbegehren
niedergelegten Merkmale.
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Gemäß der Erfindung werden somit durch eine spezielle Anordnung von
Zerstreuungslinsen, sohärischen oder praktisch sphärischen Linsen und entsorechenden
Lichteuellen eine besonders gute Eundelung eines Lichtbündels und damit auch eine
entsprechend große Reichweite erreicht.
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Gemäß der Erfindung wird somit eine besonders hochwertige Projektionseinrichtung
geschaffen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich weiterhin dadurch aus,
daß sie in ihrem Aufbau besonders kompakt ist, daß sie mit geringem gerätetechnischem
und finanziellem Aufwand herstellbar ist, daß sie bei einem Batteriebetrieb eine
besonders lange Lebensdauer der Batterien gewährleistet, und es ist gemäß der Erfindung
der weitere Vorteil erreichbar, daß mit einer derartigen Einrichtung eine gleichförmige
Lichtintensität über den gesamten Umfangsbereich von 3600 bei Verwendung von einer
kleinen Anzahl von Lichtquellen erreichbar ist.
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Weiterhin wird gemäß der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, die
gleichförmige Lichtintensität über den gesamten Umfangsbereich dadurch herbeizuführen,
daß der Brennpunkt einer sphärischen Linse verhältnismäßig stark verändert wird.
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Weiterhin wird gemäß der Erfindung der Vorteil erreicht, daß Bereiche
geringerer helligkeit im gesamten Umfangsbereich oraktisch vermieden werden.
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Die Erfindung wird nacilfolgend beispielsweise anhand der ;:eichnun:J
beschrieben in dieser zeigen: Wig. 1 eine Seitenansicht eines sohärischen Linsensystems,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines sphärischen Linsensystems, welches zwei Lichtquellen
aufweist, 5 3 eine Seitenansicht einer sphärischen Linse, welche in Verbindung mit
einer Zerstreuungslinse verwendet wird, Fig. 4 einen Grundriß eines vollständigen
Linsensystems, bei welchem Lichtquellen in derselben Ebene angeordnet sind, Fig.
5 eine Seitenansicht einer Zerstreuungslinse in Verbindung mit Lichtnuellen, welche
vertikal übereinander angeordnet sind, Fig. 6 einen Grundriß der in der Fig. 5 dargestellten
Zerstreuungslinse, Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer eiförmigen Linse
und Fig. 8 eine Seitenansicht einer Zylinderlinse.
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In der lvig. 1 ist ein sphärisches Linsensystem dargestellt, welches
gemäß der Erfindung ausgebildet ist. Im Hinblick auf die Messung der Vergrößerungsleistung
ist festzustellen, daß bei einem Durchmesser einer sphärischen Linse 1 von 30 mm
und bei der Verwendung einer kleinen Lampe als Lichtquelle 2 ein Wert erreichbar
ist, welcher 20- bis 30-mal so groß ist wie die tatsächliche Größe, während die
Vergrößerungsleistung einer herkömmlichen Zylinderlinse, die in einem Leuchtfeuer
oder einem Scheinwerfer verwendet wird, wobei die Linse Lichtstrahlen in einer Horizontalebene
von 3600 aussendet, nur 5-bis 6-mal so groß ist wie die tatsächliche Größe. Wenn
man die Vergrößerungsleistung gemäß der Erfindung mit derjenigen einer herkömmlichen
Linse vergleicht, so ist ersichtlich, daß gemäß der Erfindung ein beachtlicher technischer
Fortschritt erreichbar
ist. Wenn bei einer Anordnung gemäß Fig.
1 die Lichtquelle in der Nähe des Brennpunktes der sphärischen Linse angeordnet
wird, so daß eine Projektion in einer einzigen Richtung erreicht wird, so können
die Lichtstrahlen praktisch parallel gerichtet werden, so daß sie eine besonders
große Entfernung zurücklegen können. Wenn eine beliebige Anzahl von Lichtquellen
in einem Bereich eines bestimmten Projektionswinkels angeordnet werden, beispielsweise
zwischen 300 und j600,so ist es möglich, Lichtstrahlen um den gesamten Umfang von
)7600 herum zu projizieren.
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Wenn jedoch Lichtstrahlen über den gesamten Umfang von ;3600 projiziert
werden, sO tritt die Erscheinung auf, daß ein weniger heller Bereich 3 erzeugt wird,
wie es in der Fig. 2 dargestellt ist, wenn nicht entweder die Lichtstrahlen divergent
projiziert werden, indem der Brennpunkt der sphärischen Linse betrachtlich verschoben
wird, oder die Anzahl der Lichtquellen stark erhöht wird. Gemäß der Erfindung ist
jedoch der wesentliche Vorteil erreichbar, daß eine gleichförmige Lichtintensität
über den gesamten Umfang zu gewährleisten ist, und zwar mit einer außerordentlich
kleinen Anzahl von Lichtquellen.
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Die Erfindung wird nachfolgend weiter anhand von Beispielen beschrieben.
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Beispiel 1 In der Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Linsensystem dargestellt.
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Dieses Linsensystem weist Lichtquellen 2a und 2b auf, und es hat weiterhin
eine sphärische Linse 1 sowie eine Zerstreuungslinse 4, welche eine bestimmte Oberflächenwelligkeit
mit einem vorgebbaren Kriimmungsradius aufweist. In diesem Fall ist die Lichtquelle
2a mit einem vertikalen Projektionswinkel zu der sphärischen Linse 1 und mit einem
horizontalen Projektionswinkel zu der benachbarten Lichtquelle 2b angeordnet. Vorzugsweise
sollten die Lichtquellen so nahe wie möglich nebeneinander angeordnet werden, um
die Lichtintensität zu erhöhen.
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Wenn das Linsensystem gemäß Fig. 3 ausgebildet ist, läßt sich der
weninger helle Bereich gemäß Fig. 2 vollständig vermeiden, und zwar mit llilfe der
Zerstreuungslinse 4. Da die Lichtsuellen 2a und 2b so nahe wie möglich nebeneinander
angeordnet sind, ergibt sich kaum ein Unterschied in der Lichtintensität in dem
Bereich, welcher durch einen Projektionswinkel 5 festgelegt ist.
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Die Zer t;reuungslinse 4 hat einen großen Zerstreuungswinkel, und
somit ist ihre Verwendung für den Fall besonders vorteilhaft, in welchem es notwendig
ist, Lichtstrahlen über den gesamten Umfang von 360° zu orojizieren.
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Beisoiel 2 Dieses Beispiel beschreibt eine Einrichtung zum Projizieren
von Lichtstrahlen über den gesamten Bereich von 5600. Eine entsprechende Einrichtung
ist in der Fig. 4 dargestellt. Es besteht die Möglichkeit, Lichtstrahlen über den
gesamten Umfang von 3600 zu Drojizieren, indem der gesamte Umfang von drei sDhärischen
Linsen 1a, ib und ic mit ihren entsorechenden Lichtquellen 2a, 2bvorgesehen werden.
Wenn die Lichtstrahlen der einander zugewandten Lichtquellen 2a, 2b einander in
der Zentrallichtachse treffen, besteht die Tendez, daß die Lichtintensität in der
Mitte vermindert wird. Um diesen Nachteil zu überwinden, werden eine Mehrzahl von
Lichtquellen 2 derart angeordnet, daß der Bereich von 1200 in diesem Beispiel überdeckt
wird, so daß die drei sphärischen Linsen la, Ib und lc Lichtstrahlen über den gesamten
Bereich von 5600 abstrahlen.
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Praktische Überlegungen geben zu der Bemerkung Veranlassung, daß Lichtstrahlen
normalerweise mit einem bestimmten Divergenzwinkel abgestrahlt werden, und deshalb
ist die Lichtquelle 2 in dem Brennnunkt oder in der Nähe des Brennpunktes einer
sehärischen Linse angeordnet.
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Beispiel 5 Dieses Beispiel zeigt eine Ausführungsform, bei welcher
die sphärischen Linsen in vertikaler Richtung anbeordnet sind, wie es in der Fig.
5 veranschaulicht ist. Die einordnung von Lichtquellen 2 ist dieselbe wie in der
Fig. 4. Obwohl die Fig. 5 drei Linsen darstellt, ist es möglich, auch mehr als drei
Linsen zu verwenden. Wenn in diesem Beispiel eine Blinkdiode verwendet wird, welche
über eine Entfernung in der Grössenordnung von einigen zehn heftern noch sichtbar
ist, und wenn eine sphärische Linse mit einem Durchmesser von 40 mm verwendet wird,
so ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen knordnunx die Lichtquelle über eine
Entfernung von etwa einem Kilometer noch zu sehen. Mit einer herkömmlichen zylindrischen
Linse ist es hingegen nur möglich, die Lichtquelle über eine Entfernung von etwa
200 m noch zu sehen. Somit ist gemäß der Erfindung ein wesentlicher technischer
Fortschritt erreichbar.
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Beispiel 4 In diesem Beispiel wird eine eiförmige Linse dazu verwendet,
anstatt einer sohärischen Linse eingesetzt zu werden. Eine entsprechende unordnung
ist in der Fig. 7 veranschaulicht.
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Im allgemeinen hat eine vollkommen sphärische Linse, insbesondere
eine solche Linse, welche den Brechungsindex von Glas oder von Plastikmaterial aufweist,
ihren Brennounkt in der l'[ähe der Oberfläche des sPhärischen Körpers. Wenn die
Lichtnuelle verhältnismäßig groß ist, wie es beispielsweise bei einer elektrischen
Birne der Fall ist, so ist es notwendig, die Birne auf einem gewissen Abstand anzuordnen,
um die Linse davor zu bewahren, daß sie übermäßig stark aufgeheizt wird. Da es erforderlich
ist, den brennpunkt der Linse zu verlagern, wird deshalb eine derartige, eiförmig
ausgebildete Linse verwendet, wie sie in der Fig. 7 veranschaulicht ist.
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Beispiel 5 Dieses Beispiel veranschaulicht den Fall, in welchem die
Projektion von Lichtstrahlen auf der horizontalen Fläche dazu gebracht wird, geringer
zu divergieren, während die Projektion auf der vertikalen Flache mehr divergiert.
Es gibt auch einen Fall, in welchem eine Zylinderlinse verwendet wird, wie sie in
der Fig. 8 dargestellt ist, um dies zu erreichen. Somit sollte die Zylinderlinse
ebenso behandelt werden wie die sphärische Linse, und in diesem Beispiel sollte
sie als eine bevorzugte rusfiihrungsform der Erfindung angesehen werden. Natürlich
ist es auch möglich, diese .nordnung auf die Projektion von Lichtstrahlen über den
gesamten Bereich von 3600 anzuwenden.
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- Patentansprüche -