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Optisches System mit einer Lichtquelle und mehreren Signalfeuern Bei
den gewöhnlichen Leuchtfeuergeräten, insbesondere bei den optischen Systemen, die
aus Gürtellinsen oder aus dioptrischen Linsen mit katadioptrischen Elementen bestehen,
umfassen die dioptrischen Ringe mit Bezug auf die Lichtquelle einen senkrechten
Winkel von (lo bis maximal go° für die festen Feuer und einen Öffnungskegel von
6o bis maximal 9o° für die Blinkfeuer. Der übrige Teil der von der Lichtquelle ausgehenden
Strahlen wird von den katadioptrischen Ringen aufgenommen, die bezüglich der dioptrischen
Ringe folgende Machteile aufweisen: sie besitzen viel höhere Gewichte, schlechtere
Leistung, merklich höheren Preis, sehr kleine Regelung und benötigen teuere und
verwickelte Armaturen, ferner erhalten sie die Lichtstrahlen von der Lichtquelle
unter einem ungünstigen Winkel.
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Da schließlich diese Ringe notwendigerweise zurückspringend angeordnet
sind, wird die scheinbare Fläche jedes optischen Feldes, welches keinen horizontalen
Winkel von etwa 18o° umfaßt, schmaler, je weiter man sich von der Brennpunktsebene
entfernt.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diese starken Nachteile dadurch,
daß den gewöhnlichen Fresnelschen dioptrischen Flächen, die unmittelbar von einer
Lichtquelle erleuchtet werden, zusätzliche dioptrische Flächen hinzugefügt werden,
die nach Reflexion auf geeignet angeordneten Spiegeln einen Teil der von der Lichtquelle
ausgehenden Lichtstrahlen erhalten. Die ganze Anordnung bildet ein optisches System
mit mehreren Feuern, die von einer einzigen Lichtquelle gespeist werden.
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Die Erfindung umfaßt auch noch folgende einzelne Merkmale bzw. Kombinationen
derselben a) die spiegelnden Flächen können durch Spiegel, durch Prismen mit totaler
Reflexion usw. gebildet sein.
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b) ihre Querschnitte können abgestufte Ellipsenbogen sein, und zwar
derart, daß die von der einzigen Lichtquelle ausgehenden Strahlen auf eine bestimmte
Anzahl nebeneinanderliegender zusätzlicher dioptrischer Flächen zurückgeworfen werden.
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c) durch die Drehung des theoretischen optischen Systems um beide
orthogonale Achsen, die durch die einzige Lichtquelle hindurchgehen, erhält man
entsprechend ein optisches Linsensystem und ein dioptrisches Gürtellinsensystem,
deren spiegelnde Flächen entsprechend entweder ebene in Form eines Kreisringes oder
zylindrische spiegelnde Flächen sind.
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Andere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung hervorgehen,
in der die auf der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert sind.
Fig.
i stellt ein einfaches Beispiel eines optischen Systems mit zwei Feuern gemäß der
Erfindung dar; Fig. 2 zeigt die Anwendung dieses Systems bei einem Gerät mit dioptrischen
Linsen, Fig.3 die entsprechende Anwendung bei einem Linsengerät; F ig. 4 stellt
eine andere Ausführung mit einer größeren Zahl von Feuern dar, während Fig. 5 und
6 entsprechend die erfindungsgemäße Anwendung des Systems nach Fig. 4 bei einem
Gerät mit Gürtellinse und dioptrischen Linsen nach Fresnel darstellen.
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Gemäß der Erfindung sind den bekannten Fresnelschen dioptrischen Ringen,
die in Fig. i durch die Querschnitte a, b,. c, d, e,
b', c', d', e'
dargestellt sind, deren gemeinsames Feuer bei F liegt, wo die einzige Lichtquelle
angeordnet ist, zusätzliche dioptrische Ringe beigeordnet, deren Querschnitte mit
13 2" 3@ 4, 5, 6 usw. bezeichnet sind, und deren gemeinsames Feuer bei F' liegt.
Die Reflektion der von der Lichtquelle F ausgehenden Lichtstrahlen wird durch spiegelnde
Flächen R, R bewirkt, die die Lichtstrahlen auf die Nebenflächen der dioptrischen
zusätzlichen Ringe z, 2, 3, 4. usw. werfen. Nach dem Hindurchgehen durch diese Ringe
werden die Lichtstrahlen parallel zu denen, die aus den Fresnelschen Ringen a,
b, c, d, e usw. herauskommen, gerichtet.
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Die von der Lichtquelle F und durch die spiegelnden Flächen
R, R reflektierten Lichtstrahlen laufen in der Ebene der Fig. i in einem
Punkt zusammen. Der Schnittpunkt ist F', das scheinbare Bild der als punktförmig
angenommenen Lichtquelle.
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Die Anordnung ist also derart, als ob die dioptrischen zusätzlichen
Ringe i, 2, 3, 4., 5 usw. von einer zweiten Lichtquelle F' bestrahlt würden.
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Wenn z. B. die Entfernung von der Verbindungslinie der beiden spiegelnden
Flächen R, R bis zur Achsey,y' gleich der Brennweite O, F der dioptrischen Ringanordnung
ist, und wenn die reflektierten Strahlen I, M und I', M'
entsprechend
den Strahlen F, N und F', N'
parallel sind, zeigt die Betrachtung der beiden
ähnlichen Dreiecke 0, F, N und 0, F',111 ohne weiteres, daß die Brennweite
0, F' der Anordnung der zusätzlichen dioptrischen Ringe dreimal so groß ist wie
die Brennweite 0, F der normalen dioptrischen Ringe nach Fresnel, und daß die ganze
nutzbare Höhe <111, 1111 der Anordnung ebenfalls dreimal so groß ist wie die
ganze nutzbare Höhe der Fresnelschen Ringe.
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Infolgedessen wird bei dem optischen System nach der Erfindung die
nutzbare Höhe des dioptrischen Linsengürtels oder der nutzbare Durchmesser der stufenförmigen
Linsen, wie sie bisher üblich wären, beträchtlich vergrößert und auf diese Weise
ein billigeres, kleineres und weniger schweres Gerät erhalten.
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Die Drehung des in Fig. i dargestellten Querschnittes um die Achse
y, y' ergibt eine dioptrische Gürtellinse T, T' (Fig. 2) mit der Brennweite
0, F und zwei zylindrischen Spiegelflächen R2, R3.
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Bei dem so erhaltenen System laufen die auf die zusätzlichen dioptrischen
Ringe i, 2, 3, 4 usw. fallenden Lichtstrahlen auf einem Kreisbogen F, F' zusammen,
der den geometrischen Ort für die Brennpunkte, wie z. B. F', darstellt.
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Die Drehung des in Fig. i dargestellten Querschnittes um die Achse
x, x' ergibt eine dioptrische Stufenlinse L, L' (Fig. 3) mit der Brennweite
0, F und eine ebene Spiegelfläche R1, R1 in Form eines Kreisringes.
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Bei der so erhaltenen Anordnung laufen die auf die zusätzlichen dioptrischen
Ringe i, 2, 3, 4 usw. fallenden Lichtstrahlen in einem einzigen Punkt F' zusammen.
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Bei den bisher beschriebenen Anordnungen weichen die einzelnen dioptrischen
Ringe alle unter sich bezüglich ihres Querschnittes ab. Die Erfindung betrifft aber
auch eine weiter unten als Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung, die eine
Abänderung der oben beschriebenen ist. Bei diesem Beispiel sind die zusätzlichen
dioptrischen Ringe identisch mit den bekannten dioptrischen Ringen nach Fresnel.
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Den gewöhnlichen dioptrischen Ringen nach Fresnel, deren Querschnitte
a, b, c, d,
b', c', d' usw. in Fig. Z dargestellt sind, und deren gemeinsames
Feuer bei F liegt, wo die einzige Lichtquelle angeordnet ist, sind eine gewisse
Anzahl von zusätzlichen Ringen a1, b1, cl, dl, e1 usw. beigeordnet, die ihr gemeinsames
Feuer in F' haben, ferner zusätzliche Ringe a2, b2, c._, e2 usw., die ihr gemeinsames
Feuer bei F" haben, desgleichen a3, b3, c3, d3, e3 usw., die ihr gemeinsames Feuer
bei F"' haben.
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Diese Reihen von zusätzlichen Ringen sind identisch mit einer der
beiden Hälften der Reihe a, b, c, d, e, b', c', d', e', wobei angenommen
ist, daß diese Reihe durch die Achse x, x' in zwei Teile geteilt ist. Die
entsprechenden Brennweiten 0', F'; 0", F";
0 ' , F"' sind alle
unter sich gleich und gleich der Brennweite 0, F.
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Die Feuer F, F', F", F"' liegen alle auf der gleichen Achse
y, y'.
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Spiegelnde Flächen R1, R2, R3, deren Erzeugende Ellipsenbogen sind
und die entsprechend ihr Feuer bei F, F'; F, F"; F, F"'
haben, ergeben entsprechend
bei F', F", F"' wirkliche Bilder der bei F liegenden einzigen
Lichtquelle,
und zwar auf Grund der Eigenschaft, daß.ein Ellipsenbogen auf das zweite Feuer alle
von dem ersten Feuer ausgehenden Strahlen, die er reflektiert, auf das zweite Feuer
konzentriert.
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Die Anordnung ist also so, als ob dein Feuer jeder Reihe vön zusätzlichen
Ringen eine neue Lichtquelle hinzugefügt wäre.
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Wenn die Entfernung F, f (Fig. .4) gleich der Entfernung O,
F ist, wenn man ferner drei verschiedene Ellipseribogen verwendet, und wenn schließlich
die Strahlen f, F', 0";
i'; F", 0"'; f", F', 0"" parallel
zu F, 0' liegen, zeigt sich (wegen der Gleichheit der Dreiecke
0, F, 0'; 0', F', 0" usw.), daß die ganze nutzbare Höhe M, M' der Anordnung
viermal so groß ist wie die ganze nutzbare Höhe der gewöhnlichen Fresnelschen Ringe.
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Die Drehung des Querschnittes der Fig.4 um die Achse y, y' ergibt
einen dioptrischen Linsengürtel T, T' (Fig. 5) und sechs spiegelnde Flächen
R1, R:, R3, R4, R5, R6 in Form eines Drehungsellipsoides. Die Drehung des Querschnittes
der Fig. q. um die Achse x, x' ergibt eine dioptrische Stufenlinse
L, L'
(Fig.6) und drei elliptische spiegelnde Flächen R1, Ry, R, Die Spiegel
können aus geblasenem, gegossenem oder bearbeitetem Glas bestehen oder metallisch
oder aus einem anderen Material gefertigt sein.
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Die dioptrischen Ringe sind gewöhnlich aus bearbeitetem, gegossenem
Glas, können aber auch aus ungegossenem, nichtbearbeitetem Glas oder aus einem anderen
Stoff von guter Durchsichtigkeit und einem Brechungsexponenten sein, der verschieden
von dem der Luft ist.
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Es ist augenscheinlich, daß die beschriebenen und dargestellten Beispiele
keine Begrenzung der Erfindung vermitteln, daß man vielmehr in irgendeiner geeigneten
`'eise die Zahl, die Form, das Wesen, die Anordnung und die Anbringung der verschiedenen
Elemente ändern kann, ohne sich aus dem Bereich der Erfindung zu entfernen.
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Besonders kann man die benutzten optischen Flächen durch äquivalente
Flächen ersetzen, z. B. können statt der Spiegel auch Prismen mit totaler Reflektion,
sogar mit teilweiser Reflektion, verwendet werden, wenn man einen Teil der ausgesandten
Strahlen für einen Nebenzweck auffangen will usw. Es können auch z. B. die zusätzlichen
Reihen von Ringen nicht aneinandergerückt sein, um auf diese Weise gegebenenfalls
dunkle Zonen zwischen den erleuchteten Zonen zu bilden.
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Die Anwendungen der Erfindung sind sehr zahlreich, folgende seien
als Beispiele gegeben: Leuchttürme für See- und Luftfahrt, und zwar mit festen oder
sich drehenden Leuchtsignalen, Befeuerung von Grenzen und Baken, feste oder bewegliche
Scheinwerfer zur Beleuchtung von großen Flächen und Häuserfronten, alle Arten von
Hafenfeuern, Linsenscheinwerfer, Schaufensterbeleuchtung, Bühnenbeleuchtung, Leuchtsäulen
usw.