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Vorrichtung zur Einsteflung eines. Lichtstrahls Es ist bekannt, physikalische
Instrumente mittels dreier Stellschrauben einzurichten. Es ist auch bekannt, einen
Lichtstrahl dadurch einzustellen, daß man ihn durch einen Spiegel reflektieren läßt,
wobei dieser Spiegel in zwei zueinander senkrechten Ebenen geschwenkt werden kann.
Dieses Verschwenken des Spiegels geschieht mittels zweier Stellschrauben, welche
die Eckpunkte eines reclhtwinkligen Dreiecks bilden und von denen die im Scheitelpunkt
des rechten Winkels befindliche Stellschraube nur ein Drehpunkt zu sein braucht.
Diese einfache Einstellvorrichtung betrifft jedoch nur den einfachen Fall, daß die
Reflexionsebene des Lichtstrahls mit einer der beiden Einstellebenen zusammenfällt.
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Die Erfindung geht aus -von einer Vorrichtung zum Einstellen eines
Lichtstrahls in zwei zueinander senkrechten Ebenen, bestehend aus einem ebenen Spiegel,
der einen festen Drehpunkt hat und auf den zwei Stellschrauben einwirken, deren
Verbindungslinien mit dem festen Drehpunkt ein rechtwinkliges Dreieck bilden. Um
nun einen Lichtstrahl auf einfache Weise in eine @he-stimmte Achtung einstellen
zu können, wobei die Lichteinfallsrichtung nicht mit einer der beiden Einstellebenen
zusammenfällt, ist die Einrichtung nach der Erfindung so getroffen, daß bei Nichtzusammenfallen
der Reflexionsebene des Lichtstrahls mit einer der beiden Einstellebenen des reflektierten
Lichtstrahls und einem Einfallswinkel von q.5° für endliche Einstellwinkel zwischen
reflektiertem Lichtstrahl und Einstellebene die eine Kathete des rechtwinkligen
Dreiecks, dessen Eckpunkte der Drehpunkt und die Stellschrauben sind, mit der Schnittlinie
der Reflexionsebene und Spiegelebene einen Winkel a bildet, der gegeben ist durch
die Gleichung wobei q@ der Winkel ist, den die Reflexionsebene mit der betreffenden
Einstellebene bildet, und für kleine Einstellwinkel h Übereinstimmung der beiden
Winkel a und 99 vorhanden ist.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Fig. z bis 3 der Zeichnung.
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In Fig. z stellen. S1 und S2 zwei miteinander einen Winkel von go°
bildende Spiegel dar, die so gestellt sind, daß ein Lichtstrahl, welcher senkrecht
auf die Zeichnungsebene fällt und den Spiegel S1 trifft, von diesem um go ° abgelenkt
wird und nun, in der Zeichnunggebene verlaufend, den Spiegel S2 trifft. Der Spiegel
S2 lenkt diesen Lichtstrahl wieder um go° ab, so daß der Lichtstrahl diesen Spiegel
S2 senkrecht zur Zeichnungsebene verläßt.
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Die beiden Mittelpunkte der Spiegel sind mit L1 und L2 bezeichnet.
Die Verbindungslinien von L1 und L2 bilden mit der Waagerechten W den Winkel p.
Der Spiegel S2 kann gemäß- der Erfindung verschwenkt wer-
den. Zweckmäßig bedient man sich für die Drehung des Spiegels S2
eines festen Drehpunktes und zweier durch Schrauben beinahe_ senkrecht zur Spiegelebene
zu bewegende: Drehpunkte. Die Angriffspunkte diegäi:@ Schrauben liegen derart, daß
die von i1144 nach dem festen Drehpunkt gezogenen Lin'i'en.; aufeinander senkrecht
stehen. Beim Verstellen der einen Schraube schwenkt der Spiegel stets um den anderen,
in Ruhe bleibenden Schenkel des rechten Winkels. Die Lage dieses rechten Winkels
zur, Mittelachse des Spiegels, die durch den Schnitt mit der Einfallsebene des Zentralstrahls
festgelegt ist, ergibt sich auf Grund einer mathematischen Untersuchung dahingehend,
daß die Schenkel des rechten Winkels die Winkel p und go° mit der Senkrechten bilden
müssen, wenn qi der Winkel ist, den die Verbindungslinie der beiden Spiegelmittelpunkte,
also der Zentralstrahl mit dem Waagerechten, bildet. In der Fig. i hätte der Spiegel
S1 auch fortgelassen werden können. Er ist lediglich zum besseren Verständnis der
Lichtstrahlrichtung mit aufgenommen.
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Die Fig. 2 zeigt schematisch die Lage der drei Spiegeldrehpunkte des
Spiegels S2, und zwar stellt sie diesen Spiegel S2 voii hinten gesehen dar. Die
Linie C-D ist der Schnitt der Lichteinfallsebene des Zentralstrahls mit der Spiegelebene.
Auf dieser Linie C-D liegt der feste Drehpunkt M. Trägt man im Punkte JI an C-D
den Winkel (p aus Fig. i an, so ist der sich ergebende Schenkel dieses Winkels der
geometrische Ort für den einen beweglichen Drehpunkt A. Der geometrische Ort für
den anderen beweglichen Drehpunkt B ist die auf A-M im Punkte IVI errichtete Senkrechte,
welche parallel zur Spiegel-,ebene geführt ist. Es ist also Winkel C-M-B = go° -
cp und Winkel C-M-A = T. In Fig. 2 würde eine Verschwenkung des Spiegels
um die Achse Ahl eine-,Vertikalbewegung des Lichtstrahls und eine Verschwenkung
um die Achse MB eine Horizontalbewegung desselben bewirken.
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Diese einfache Beziehung gilt aber nur für den Fall, daß die Abweichung
des über die Planspiegel gelenkten Strahlenbüschels von der Parallelität zu dem
direkten Strahlenbüschel nur sehr gering ist. Eine Abweichung des Strahlenbüschels
um den endlichen Winkel ls gegen die Horizontale wird erreicht, wenn der zweite
Planspiegel um eine Achse gedreht wird, deren Richtungswinkel a (Fig. 3) gegeben
ist durch die Gleichung
Auf analogem Wege erhält man die Größe des Winkels C-JU-B = ß. Dieser Winkel
stellt den Richtungswinkel der Achse dar, um die der Spiegel gedreht werden muß,
damit der Lichtstrahl in horizontaler Richtung um den endlichen Winkel W abgelenkt
wird. Der @Yinkel ergibt sich aus der Formel Bei kleinen Winkeln la und w wird
a --E- ß nicht sehr stark von go° abweichen. Man sieht daraus, daß nur für
kleine Werte von h die oben angegebene Regel zutrifft, daß a und qq übereinstimmen
müssen.
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Die in obigem gegebene allgemein gültige Lösung dieses Problems hat
eine große Bedeutung für bestimmte Eisenbahnsignale, insbesondere für Vorsignale,
die aus zwei schräg übereinanderstehenden Leuchtstellen bestehen. Man hat bei diesen
Signalen den Wunsch, beide Leuchtstellen mit einer einzigen Lichtquelle zu betreiben.
Das ist möglich, wenn man die Lichtquelle sowohl nach vorn wie nach hinten mit einer
lichtsammelnden Vorrichtung, z. B. Stufenlinse oder Parabolspiegel, ausrüstet und
die von dem rückwärtigen Lichtsammler gerichtete Strahlung über zwei Spiegel in
bekannter Weise zweimal um go° umlenkt, so daß die gesammelte rückwärtige Strahlung
schließlich parallel zu dem von der ersten Sammelvorrichtung erfaßten Lichtbüschel
austritt.
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Die Abb. i läßt die Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung
auf' derartige Signältypen erkennen. Die Lichtquelle ist senkrecht über der Zeichnungsebene
über dem Punkt L1 zu denken. Die Strahlen dieser Lichtquelle sollen den gleichen
Weg wie die Strahlen in dem eben erwähnten Signal gehen, d. h. die Lichtquelle sendet
ihre Strahlung horizontal auf den Spiegel S1. Der Spiegel S1 lenkt diese Strahlung
um go° und richtet sie gleichzeitig schräg nach oben, wobei der vom Spiegel S1 kommende
Lichtstrahl mit der Waagerechten den Winkel p bildet; der Spiegel S2 lenkt diesen
Lichtstrahl wieder um go°, so daß er parallel mit dem auf den Spiegel S1 fallenden
Strahl den Spiegel S2 verläßt. Man erkennt, daß eine Lenkung des vom Spiegel S2
kommenden Lichtstrahls dann leicht ist, wenn der Winkel p entweder o° oder go° ist.
Hat der Winkel p aber einen dazwischenliegenden Wert, so wie es die Abb. i darstellt,
so bedarf es notwendiger Untersuchungen, um die bisher mit drei Stellschrauben vorgenommene
Einstellung des Spiegels 2, bei der die Drehung jeder einzelnen Schraube das gespiegelte
Licht sowohl in der Höhe wie in der Breite schwenken ließ, so zu vereinfachen, daß
man mit zwei Stellschrauben auskommt.
Der Signalmeister, der ein Eisenbahnsignal einstellen soll, veflangt
aber nach denkbar einfachen Mitteln, um möglichst nur mit einer Schraube das Signäl
für die Seitenrichtung und mit Verstellung einer einzigen anderen Schraube auf die
richtige Höhe einzustellen. Diese wichtige Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst
worden.
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Die Fig. 4 .zeigt eine Ausführungsform der netten Vorrichtung, vorzugsweise
in der Anwendung auf Drehung eines Signalspiegels, in Seitenansicht. Der Spiegel
S2 sitzt in dem Halter H, welcher an den Punkten A, B und M mit Kugelgelenken
KA, KB und KM versehen ist. Das Kugelgelenk KAI wird durch die unbewegliche
Stütze RM an der Gehäusewand P festgehalten. Die beiden Punkte A und B können durch
in Gewinden der Wand P laufende Stellschrauben TA und TB bewegt werden.
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Betreffs der Anwendung der gegebenen Formeln 'sei. erwähnt, daß natürlich
infolge der baulichen Ungenauigkeiten bei einem solchen Signal anfängliche Abweichungen
von der Parallelität des auf den Spiegel S1 auffallenden und des -von dem Spiegel
S2 kommenden Lichtbüschels vorliegen können. Es können daher bei der praktischen
Fertigung solcher Signale auch Abweichungen von der Formel, für kleine Werte von
h, vorkommen. Man kann sich auch mit einer kleinen Abweichung des Winkels,. der
durch die Verbindungslinien der beiden in Höhe verstellbaren Drehpunkte mit dein
festen Drehpunkt gegeben ist und der mit 9o° allgemein angegeben wurde, von diesem
Grundbetrage begnügen und etwa Abweichungen bis zu höchstens ro ° von diesem Winkel
zulassen und doch noch ein einigermaßen einfaches Ausrichten des Signals erreichen,
obgleich diese Lösung schlechter ist, als wenn man die einfache mathematische Beziehung
a = 99 benutzt. Die Anwendung der Erfindung auf das beschriebene Eisenbahnsignal
gibt die Möglichkeit, die sehr schwierige Verstellung des zweiten Spiegels dieses
Signals durch einen einfachen Bahnbeamten vornehmen zu lassen, da man außerhalb
des Gehäuses an den Schrauben Schilder anbringen kann; welche darauf hinweisen,
daß Drehung der einen Schraube eine waagerechte Verschwenkung des Lichtstrahls und
Drehung der anderen. Schraube eine senkrechte Verschwenkung desselben bewirkt.