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Schutzschirm gegen Blendung Die Erfindung betrifft einen Abbl.endschirm
nach Patentanmieldung D 12708 VIII c14b aus totalreflektierendten, um kleine Winkel
gegeneinander geneigten Prismen zum Schutze gegen die Blendung durch Fahrzeugscheinwerfer
und andere blendende Lichtduellen, der die Sicht in Fahrtrichtung auf die Straße
vor dem eigenen Fahrzeug frei läßt. Bei dem biekan:nten Abblend@schirm stieben,
die totalreflektierenden Prismen des unmittelbar vor dem Beobachter im Fahrzeug
angebrachten Abblendschirmes senkrecht zur Verbindumgsifinie der Augen des Beobachters,
und die Winkel, die die totalreflektierenden Flächen der Prismen mit den parallelen
oder nahezu parallelen vorderen und hinteren Begrenzungsflächen des. Schirmes bilden,
sind von Prisma zu Prisma um kleine Beträge derart laufend abgestuft, daß die Grenzstrahlen
benachbarter Prismen sich in einer gewünschten Entfernung von dem Beobachter schneiden.
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Die Erfindung besteht darin, da:ß man für die Prismen Werkstoffe mit
besonders hoher Brechungszahl verwendet, so daß die Prismen bei gleicher Tiefe wesentlich
breiter, d. h. bei gegebener Schirmbreite weniger zahlreich, oder bei gleicher Breite
wesentlich weniger tief werden, der Schirm also wesentlich dünner und leichter gemacht
werden kann. Auch wird die Sicht durch einen Schirm mit breiteren. und weniger zahlreichen
Prismen besser als bei einer großen Zahl schmaler Prismen. Man verwendet beispielsweise
Rutil (Ti 02), liessen Brechungszahl 2,9 ist gegenüber 1,5 bis 1,6 für Glas. Während
bei Glas und Polymeth@acrylsä,un#eester die totalreflektierenden Flächen etwa unter
42° gegen die V Order- bzw. Hinterfläche des Prismas geneigt sein müssen, wenn der
Grenzstrahl senkrecht auf der Vorderfläche des Prismas stehen soll, kann dieser
Winkel bei Stoffen höherer Brechungszahl rt wesentlich kleiner, z. B. rund 20° bei
Ru.til, werden.
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Bei geringer Zahl von Prismen kann man erfin.-dungsgemäß die reflektierenden
Flächen innerhalb der einzelnen Prismen nichit eben, sondern gewölbt ausführen,
derart, da.ß eine Veränderung der Grenzrichtung nicht nur von Prisma zu Prisma,
sondern eine stetige Veränderung der Grenzrichtung innerhalb des einzelnen Prismas
sich ergibt, in dem gleichen Sinne wie durch die Wölbung des ganzen Schirmes.
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Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden:, da.ß die Oberflächen
der Prismen, an denen für bestimmte Bereiche des Einfallswinkels die Totalreflexion
eintritt, nach an sich bekannten. Verfahren so behandelt werden, daß die Reflexion
von Licht an diesen Flächen herabgesetzt wird und damit für be-
stimmte Bereiche
des Einfallswinkels keine totale, sondern nur noch eine partielle Reflexion, eintritt.
Dies hat zur Folge, daß von dem Licht, das beispielsweise die Scheinwerfer entgegenkommender
Fahrzeuge aussenden und das in seiner vollen Stärke blenden würde, ein kleiner Teil
hindurchgelassen wird. Es tritt dadurch noch keine Blendung ein., aber die Scheinwerfer
des entgegenkommenden Wagens können mit Hilfe des restlichen, den Schirm durchdringenden
Lichtes wahrgenommen und so der entgegenkommende Wagen in seiner Fahrt beobachtet
werden. Diese Verbesserung ergibt gegenüber dem totalreflektierenden Schirm, durch
den praktisch kein Licht aus der Richtung der entgegenkommenden Scheinwerfer hindurchgelassen
wird, eine erhöhte Sicherheit für den Fahrer, der sich durch, einen erfindungsgemäßen
Schirm gegen die Blendung schützt.
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Die gleiche Wirkung, d. h. die Vermeidung einer totalen Reflexion
und die Herbeiführung einer zwar starken, aber doch, nur partiellen Reflexion, kann
vorteilhaft auch mit Hilfe der Doppelbrechung erzielt werden, die an sich bekannt
und einer Reihe von durchsichtigen Stoffen eigen ist, wie z. B. dem K.alkspat oder
dem schon wegen seiner hohen Brechungszahl genannten Rutil. Bei der Doppelbrechung
wird' der einfallende Lichtstrahl an der Eintrittsfläche in das Prisma in zwei Strahlen,
den sogenannten ordentlichen und den sogenannten außerordentlichen, aufgespalten.,
die einen Winkel miteinander bilden, der mehrere Grad betragen kann, z. B. rund
5° bei Kalkspat, rund 2,5° bei Ruitil. Man, kann, also den beiden Strahlen etwas
verschiedene Brechungszahlen zuordnen. Für die Totalreflexion an den reflektierenden
Flächen der Prismen gibt es also einen. Winkelbereich der oben beispielsweise genannten
Größe von
5 bzw. 2,5°, in dem der eine Teilstrahl schon, reflektiert,
der andere jedoch noch nicht reflektiert wird. In diesem Winkelbreich wird also
das blendende Licht nicht völlig abgeschirmt, sondern. nur in, dem Maße gedämpft,
wie die Lichtenergie sich auf die beiden Teilstrahlen verteilt. Das Verhältnis der
Lichtenergien in den beiden Teilstrahlen hängt außer vom Einfallswinkel auch von
der Stellung der sog nannten optischen Achse des Kristalls und schließlich auch
davon ab, ob die Doppelbrechung positiv oder negativ ist, d.h., ob dem ordentlichen
oder dem außerordentlichen Strahl die größere Brechungszahl zuzuordnen ist. Es gibt
auch Stoffe, die zwei optische Achsen im Sinne der Doppelbrechung und daher zwei
außerordentliche, aber keinen ordentlichen Strahl aufweisen. Die Wirkung im Sinne
der Erfindung ist bei diesen Stoffen aber dieselbe wie bei den einachsigen Stoffen.
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Die gleiche Wirkung, d. h. die Herbeiführung einer partiellen Reflexion,
kann weiter dadurch erzielt werden, daß man die beiden reflektierenden Flächen der
ein Element bildenden beiden Prismen einander sehr stark nähert, und zwar so weit,
daß der Abstand der beiden reflektierenden Flächen gleich oder kleiner als die Wellenlänge
des einfallenden Lichtes wird. Es ist bekannt, daß dann ein Teil des einfallenden
Lichtes nicht reflektiert wird; z. B. werden bei einem Abstand gleich der Wellenlänge
2% des einfallenden Lichtes, bei einem Abstand gleich einem Fünftel der Wellenlänge
70'°/o des einfallenden Lichtes durchgelassen. Bei geeigneter Wahl des Abstandes
der reflektierenden Flächen kann also ein bestimmter Teil des einfallenden Lichtes
im Bereich der sonst, d. h. bei großem Abstand der reflektierenden Flächen, eintretenden
Totalreflexion durchgelassen werden, so daß z. B. die Scheinwerfer eines entgegenkommenden
Wagens gut sichtbar bleiben, ohne daß das Licht blendet. Dabei ist zu beachten,
daß infolge der Zusammensetzung des Lichtes, insbesondere weißen Lichtes, aus einem
Spektrum von Licht verschiedener Farben, also verschiedener Wellenlängen, die verschiedenen
Farben verschieden stark durchgelassen -werden. Da rotes Licht eine größere Wellenlänge
als z. B. blaues Licht hat, werden also die Scheinwerfer durch einen nach der Erfindung
ausgeführten Schirm rot erscheinen, was einen weiteren Vorteil der Erfindung darstellt.
Je größer der Abstand der reflektierenden Flächen gewählt wird, desto mehr verschiebt
sich das Schwergewicht der Farbe des durchgelassenen Lichtes zum blauen Ende des
Spektrums, d. h., desto weißer erscheint das Licht, sofern es alle Farben enthält,
und desto heller erscheinen die Scheinwerfer.
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Da die Wellenlängen des sichtbaren Spektrums im Bereich von etwa 0,3
bis 1 u (1 u = 0,001 mm) liegen, müssen die reflektierenden Flächen, beispielsweise
durch Zwischenlegen von Abstandsstücken in Form dünner Folien, die auf die reflektierende
Fläche an ",-eigneten Stellen aufgelegt oder aufgedampft werden -können, in dem
erforderlichen kleinen Abstand voneinander gehalten werden. Außerdem müssen die
reflektierenden Flächen optisch plan geschliffen sein, enn über den ganzen Bereich
des Elementes die gleiche partielle Reflexion, wie eben beschrieben, erreicht werden
soll.
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Es kann aber auch der Abstand der reflektierenden Flächen systematisch
längs des Elementes verändert werden, beispielsweise durch mehrere in der Dicke
abgestufte Folienstücke, derart, daß die Abblendung des einfallenden Lichtes längs
des Elementes sich in @r@#.-ünschter Weise verändert. Beispielsweise kann das Element
in der Mitte ein Maximum des Abstandes der reflektierenden Flächen haben und daher
dort ein Minimum des Lichtes durchlassen, und der Abstand kann nach beiden Enden
hin so abnehmen, daß die Stärke des durchgelassenen Lichtes stetig und in gewünschter
Weise von der Mitte zu den Enden des Elementes hin zunimmt, wobei sich gleichzeitig
die Farbe des Lichtes in der oben erläuterten Weise verändert. Eine scharfe Grenze
zwischen dem durchlässigen und dem undurchlässigen Teil des Schirmes gibt es dann
nicht mehr; der Übergang ist vielmehr stetig. Weiter ist es möglich, die einzelnen
Elemente mit verschiedenem Verlauf des Abstandes der reflektierenden Flächen voneinander
auszuführen. Dann kann man auch in der zu der Längsausdehnung der Prismen senkrechten
Richtung einen stetigen Verlauf der Abblendung des .einfallenden Lichtes erzielen.
Dies ist insofern von großem Vorteil, als dann beispielsweise weiter rechts auf
dem Schirm, also in Richtung der noch weit entfernten Scheinwerfer, viel Licht in
fast natürlicher, meist weißer oder gelber Farbe durchgelassen wird, während in
dem Maße, in dem sich die Scheinwerfer nähern und dabei die Einfallsrichtung ihres
Lichtes sich weiter nach links dreht, das Licht mehr und mehr abgeblendet und die
Farbre des restlichen durchgelassenen Lichtes nach Rot verschoben wird.
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Es ist ferner möglich, durch mechanische oder thermische Verformung
der Prismen in sehr geringem Maße den Abstand der reflektierenden Flächen willkürlich
zu ändern und damit eine Regelung der Lichtdurchlässigkeit über den ganzen Schirm
oder über einen Teil seiner Fläche vorzunehmen, sei es endgültig bei der Montage
oder Einstellung des Schirmes für die besonderen Anforderungen des Benutzers, sei
es ständig während der Fahrt nach Belieben des Fahrers.
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Die vorstehend beschriebenen Abblendschirme können in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung auch dazu benutzt werden, um Lichtquellen in bestimmten Richtungsbereichen
eine verbesserte Richtcharakteristik zu geben. Schaltet man beispielsweise einen
derartigen Schirm vor die Scheinwerfer eines Wagens, derart, daß für alle Austrittsrichtungen
links einer Grenzrichtung Totalreflexion des aus dem Scheinwerfer kommenden Lichtes
eintritt, so ergibt sich eine verhältnismäßig scharfe Begrenzung des vom Scheinwerfer
ausgesandten Lichtstrahlenbündels, die beispielsweise zur weiteren Herabsetzung
der Blendungsgefahr dienen kann oder, bei allgemeiner Ausrüstung der Scheinwerfer
aller Wagen, bereits ohne Schirm im Innern des Wagens zu einer Vermeidung oder ausreichenden
Herabsetzung der Blendung bei Gegenverkehr im Dunkeln geeignet ist.
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Es sind darüber hinaus noch andere Anwendungsmöglichkeiten eines Schirmes
nach der Erfindung zum Zwecke der Veränderung der Richtcharakteristik von Lichtstrahlern
denkbar, z. B. in der Beleuchtungstechnik zur Abschirmung unerwünschter Strahlung
einer Straßen- oder Raumbeleuchtung in bestimmten Richtungen oder Winkelbereichen,
besonders in den Fällen, in denen wegen der Ausdehnung der eigentlichen Lichtquelle,
z. B. eines Glühfadens oder einer Gasentladungsröhre, eine Abschattung mittels eines
Begrenzungsschirmes aus undurchsichtigem Stoff unzureichend oder praktisch unwirksam
ist, ferner in der Signaltechnik zur Unterdrückung der Strahlung eines Signallichtes
in bestimmten Winkelbereichen, ferner in der Medizin zum Zwecke der Abschirmung
ultravioletter Strahlung einer Quarzlampe in Winkel-
Bereichen,
in denen die Strahlung Schädigungen hervorrufen kann.
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Es ist auch möglich, einen Schirm großer Flächenausdehnung vor einer
in den Grenzen der Schirmfläche beweglichen Lichtquelle anzuordnen und damit bestimmte
Richtungsbegrenzungen des Lichtstrahlenkegels unabhängig von der jeweiligen Stellung
der Lichtquelle aufrechtzuerhalten.
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Darüber hinaus kann die Strahlungscharakteristik jeder beliebigen
Lichtquelle durch Vorschalten eines Schirmes nach der Erfindung, z. B. zum Zwecke
der Abblendung in gegebenen Winkelbereichen, in erwünschter Weise beeinflußt werden,
wobei durch seitliche Verschiebung oder Drehung des Schirmes die Abblendung ganz
oder teilweise aufgehoben oder verändert werden kann.