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Optisches System für Beleuchtungssysteme, z. B. Lichtsignale Die vorliegende
Erfindung bezieht sich auf optische Systeme zur Verwendung in Beleuchtungssystemen,
z. B. von Lichtsignalen oder Anzeigern, und hat zum Zweck, ein verbessertes System
dieser Art zu schaffen.
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Optische Systeme, welche gemäß der Erfindung ausgebildet sind, sind
insbesondere an solchen Lichtsignalen und Anzeigern anwendbar, welche zwei oder
mehrere Anblickformen oder Anzeigen gemäß veränderlichen Bedingungen anzeigen sollen,
welche Formen das Arbeiten der Signale oder Anzeiger kontrollieren.
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Ein Beispiel eines Lichtsignals, am welchem ein optisches System gemäß
der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, ist das allgemein bekannte Lichtsignal,
welches zur Kontrolle von Eisenbahn-oder Wegverkehr verwendet wird und das zwei
oder mehrere Anblickformen, jedes von einer verschiedenen Farbe, anzeigen kann.
Das optische System, welches bei solchen Signalen verwendet wird, umfaßt für gewöhnlich
eine Lampe, welch: mit einem besonders konzentrierten Leuchtfaden versehen ist,
an deren Hinterseite ein Reflektor und ein Linsensystem aus einer oder mehreren
Linsen angeordnet werden kann; das System ist gewöhnlich so ausgeführt, daß es ein
verhältnismäßig konzentriertes Lichtbündel gibt. Um dem Lichtbündel eine Färbung
zu geben, kann eine Linse des Systems selbst in der gewünschten Farbe gefärbt sein;
in diesem Fall ist) für jede zu offenbarende Anblickform ein besonderes optisches
System vorzusehen, oder ein Farbfilter kann an einer zweckentsprechenden Stelle
in dem Bündel angeordnet sein. Im letzteren Fall braucht nur ein optisches System
verwendet zu werden, und Filter verschiedener Farbe werden zu verschiedenen
Zeiten
durch eine zweckentsprechende Einrichtung in das Bündel zwischengeschaltet.
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Ein Zweck der Erfindung besteht darin, ein einziges optisches System
für ein; solches Signal zu schaffen, welches das Anzeigen der einen oder der anderen
von zwei oder mehreren verschiedenen Anblickformen ohne die Verwendung .einer Einrichtung
zum Bewegen vom. Filtern in das Lichtbündel und aus ihm heraus, wie sie bei den
bekannten Vorrichtungen notwendig ist, verursachen kann.
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Die durch solche Signale angezeigten Anblickformen sind mitunter auf
einer Kontrolltafel oder einem Schaltbild anzuzeigen, welches an einer Kontrollstelle
angeordnet ist. Bisher hat dies die Anordnung va n zwei oder mehreren. Lampeneinheiten
mit sieh gebracht, deren jede mit einer eigenen gefärbten Kappe versehen ist und
die auf der Tafel oder dem Schaltbild angeordnet sind. Eine solche Ausführung hat
den Nachteil, d'aß es schwierig ist, genügend kleine Lampeneinheiten zu schaffen,
welche nahe genug aneinander angeordnet sein könnten, um das Signal realistisch
nachzuahmen, <las sie darstellen sollen. Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht
darin, ein optisches System zu schaffen, durch welches die verschiedenen durch ein
Signal offenbarten Anblickformen an einer einzigen Stelle auf derTafel des Schaltbildes
angezeigt werden können.
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Gemäß der Erfindung ist ein optisches System geschaffen, welches zwei
oder mehrere Lichtquellen und eine Lichtführung enthält, die so angeordnet ist,
daß Lichtstrahlen von den Lichtquellen durch innere Reflexion innerhalb der Lichtführung
übertragen werden und aus dem Austrittsende der Lichtführung heraustreten.
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Durch den Ausdruck Lichtführung, wie er hier verwendet wird, wird
ein Körper aus durchsichtigem Material verstanden, durch den hindurch Licht von
einem Ende zum anderen Ende durch Innenreflexion übertragen werden kann.
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Die Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsformen in den Zeichnungen
mehr oder weniger schematisch dargestellt.
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Fig. i zeigt eineAusführungsform einesoptischen Systems, an dem die
Erfindung verkörpert ist, wie es in einem Lichtsignal verwendet werden kann, das
einen konkaven Spiegel benutzt; Fig.2 zeigt eine abgeänderte'Ausführungsform des
Systems der Fig. i ; Fig.3 zeigt die Erfindung, wie sie an einem Lichtsignal verwendet
wird, das ein Linsensystem enthält, und Fig. 4 zeigt die Erfindung in Anwendung
auf ein Schautafels(fhaltbild.
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Unter einleitender Bezugnahme auf die Fig. i umfaßt eine Lichtführung
eine Stange 1 aus transparentem.Material, welche zweckmäßig aus einem durchsichtigen
Kunststoff bestehen kann, deren eines Ende 2 eckig geschliffen und poliert ist,
während das andere Ende, also das Austrittsende 3, in derForm eines abgestumpften,
sich verjüngenden Konus ausläuft. Gegen das Ende 2 legen sich drei lichtzuführende
Teile 5, welche durch eine Metallbuchse 4 festgehalten werden und die aus ähnlichen
Stangen kleineren Querschnitts bestehen. Gegebenenfalls kann das Ende der Stange
i selbst in die gewünschte Anzahl von lichtzuführenden Teilen aufgeschlitzt sein,
die dann natürlich einstückig mit der Stange i ausgebildet sein würden, anstatt
sich mit ihr in Stoßberührung zu befinden.. Das andere Ende jedes lichtzuführenden
Teiles ist mit) einem Lampengehäuse 6 beliebiger zweckentsprechender Form versehen,
innerhalb welchem jeweils eine Lampe 7 untergebracht ist. In jedem Gehäuse ist zwischen
der Lampe und dem Ende der lichtzuführenden Teile ein( Farbfilter 8 in solcher Weise
angeordnet, d'aß Lichtstrahlen aus der Lampe durch das Filter hindurchgehen und
gefärbt werden, bevor sie in. den Teil 5 eintreuen. Die drei Filter können beispielsweise
rot bzw. gelb bzw. grün sein, um die drei Farben zu geben, die. gewöhnlich für Verkelhrskontrollsignale
verwendet werden. Die Birne jeder Lampe kann teilweise versilbert sein, und ein
Reflektor kann hinter der Birne in dem Lampengehäuse angeordnet sein, um den Anteil
an Lichtstrahlen zu vergrößern, die von der Lampe ausgestrahlt werden und die in
die Lichtführung eintreten. Die Lichtführung ist so geformt und angeordnet, daß
das Austrittsende 3 nahe dem Brennpunkt eines konkaven Reflektors 9 eines Lichtsignals
angeordnet ist. Die Steuerung der Beleuchtung der Lampen 7 kann auf beliebige zweckentsprechende
Weise, z. B. einfach durch Aus- und Einschaltren, ohne daß die Filter bewegt werden
müssen, in Übereinstimmung mit den Verkehrsbedingungen ausgeführt werden, um zu
veranlassen, daß rote, gelbe oder grüne Lichtstrahlen durch die Führung hindurch
übertragen werden. Diese Strahlen treten an dem Ausgangsende 3 im wesentlichen in
Form eines Lichtkonus aus, der auf die Oberfläche des Reflektors 9 fällt und als
ein im wesentlichen paralleles Bündel reflektiert wird, wie durch die Pfeile io
angedeutet ist.
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Zu gewissen Zeiten ist es erwünscht, damit das aus einem Signal heraustretende
Lichtbündel soweit wie möglich konzentriert wird, daß die an dem Brennpunkt des
Reflektors oder des LinsQnsystems des Signals angeordnete Lichtquelle möglichst
klein und möglichst konzentriert sein sollte. Beispielsweise würde, falls eine Lampe
mit großen Leuchtfäden an dem Brennpunkt des Linsensystems eines Lichtsignals angeordnet
ist, das Lichtbündel aus diesem Signal eine erhebliche Ausbreitung haben, die in
einigen Fällen zu beanstanden ist. Falls jedoch eine Lampe mit einem eng konzentrierten
Leuchtfaden verwendet wird, wird das Lichtbündel im wesentlichen parallel mit einem
schmalen Ausschnittswinkel verlaufen. Demgemäß kann, falls das optische System gemäß
der Erfindung in einem Signal verwendet werden soll, aus welchem ein verhältnismäßig
schmales paralleles Lichtbündel erforderlich ist, die durch die Lichtführung örtlich
verlegte Lichtquelle, welche am Brennpunkt des Reflektors oder des Linsensystems
angeordnet ist, dadurch klein gemacht werden, daß das Austrittsende der
Lichtführung
in der Form eines abgestumpften Konus ausgebildet ist, wie in Fig. i dargestellt
ist.
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Einige Lichtstrahlen, welche in die Lichtführung eintreten, werden,
wenn nicht Schritte unternommen werden, um dies zu verhindern, an irgendeiner Stelle
ihrer Bahn durch die Stange auf ihre Innenfläche in einem Winkel auftreffen, welcher
größer als der kritische Winkel für das Material ist, aus welchem die Stange hergestellt
ist, und statt daß das Licht nach innen zurückreflektiert wird, wird es nach draußen
hindurchgehen und geht verloren. Um diesen Lichtverlust zu vermeiden, kann ein Teil
oder die gesamte äußere Fläche der Stange auf eine beliebige zweckentsprechende
Weise versilbert werden, um die innere Reflexion der gesamten Lichtstrahlen zu gewährleisten.
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Wenn die Lichtstrahlen aus dein Austrittsende der l,iilirtiiig heraustreten,
werden sie in einem Winkel gebrochen, der von (lern Brechungsindex des Materials
abhängt, aus dem die Lichtführung gemacht ist, und falls die Querschnittsfläche
des Austrittsendes verhältnismäßig klein ist, können die Lichtstrahlen so angesehen
werden., als ob sie in der Form des Konus heraustreten. Es hat sich herausgestellt,
daß bei der Verwendung einer Lichtführung, welche aus einer Stange eines lichtdurchlässigen
hestiminten Kunststoffes hergestellt ist und welche einen kreisförmigen Querschnitt
von etwa 6 mm Durchmesser hat, der von diesem Konus erreichte Öffnungswinkel des
Lichtbündels etwa 9o° beträgt. Für viele Signale kann die Divergenz des Lichtes,
welches aus dem ebenen Ende der Stange heraustritt, ausreichend sein, um die gesamte
Öffnung des optischen Hauptsystems des Signals zu beleuchten. Falls jedoch eine
größere Divergenz erforderlich ist, wie es bei einem tiefen, parabolischen Reflektor
der Fall sein würde, kann diese dadurch erreicht werden, daß das Austrittsende der
Lichtführung mit zweckentsprechenden gekrümmten Flächen oder Facetten oder mit einer
verteilenden Fläche x-ersehen wird oder indem an ihrem Ende ein Kopf ausgebildet
wird, wodurch die austretenden Lichtstrahlen über einen größeren Winkel verteilt
Werden.
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Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführung, bei welcher ein Öffnung
in der Mitte des Reflektors g vorgesehen ist, durch welche hindurch das Austrittsende
der Lichtführung vorragt. Das Austrittsende ist sphärisch ausgebildet, wie bei i
i angedeutet ist, und die Spitze 12 des sphärischer, Teiles ist konkav ausgebildet
und versilbert, um eine reflektierende Fläche für Lichtstrahlen zu bilden., die
von innen leer auf sie auftreffen. Der Brennpunkt dieser konkaven Spitze
12 ist nahe dem Brennpunkt des Reflektors 9 angeordnet, und Lichtstrahlen,
welche vom Innern der Stange i her auf sie auftreffen, werden durch die Wandungen
des sphärischen Teiles auf die Oberfläche des Reflektors 9 reflektiert, von wo sie
in einem im wesentlichen parallelen Bündel, wie durch die Pfeile dargestellt ist,
nach vorn reflektiert werden.
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Fig. 3 zeigt die Erfindung in Anwendung auf ein Linsensystem. Bei
dieser Ausführung ist das Austrittsende 3 der Führung im wesentlichen im Brennpunkt
der Linsenkombination angeordnet, welche zwei Linsen 13 und 14 umfaßt. Die Arbeitsweise
dieser Ausführung ist ohne weiter ins einzelne gehende Beschreibung aus dem Strahlengang
der Abbildung ersichtlich.
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Bei einer Abänderung dieser Ausführungsform 'können die Linsen
13 und 14 durch eine einzige Linse ersetzt werden, welche aus dem gleichen
Material wie die Stange hergestellt und einstückig mit ihr ausgebildet sein, kann.
Bei dieser Ausführung kann das Austrittsende 3 der Lichtführung in der Gestalt eines
Konus sich nach außen erweitern, dessen Basis in der gewünschten Linsenkontur ausgebildet
ist und dessen Scheitel das Austrittsende der Stange i ist.
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Falls es erwünscht ist, das optische System der Erfindung zu verwenden,
um eine beleuchtete Signalanzeige auf einer Schautafel oder einem Schaltbild zu
schaffen, 'kann die in. Fig. 4 dargestellte Ausführung benutzt werden. Wie in dieser
Figur dargestellt ist, ist die Lichtführung hinter einer Tafel 15 angeordnet,
wobei das Austrittsende3 der Lichtführung mit einer geflanschten Buchse 16 bündig
liegt. Das Austrittsende 3 kann so ausgeführt sein, daß es mit dem entsprechenden.
Teil, beispielsweise einemLichtsignal, übereinstimmt, das auf die Vorderfläche der
Tafel 15 graviert oder gedruckt ist. Um die Anzeige über einen größeren Winkel besser
sichtbar zu machen, kann die Fläche des Austrittsendes 3 etwas kuppelförmig ausgebildet
sein.