DE1198757B

DE1198757B - lamp

Info

Publication number: DE1198757B
Application number: DEC29944A
Authority: DE
Inventors: Franklin Martin Neal
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1962-05-15
Filing date: 1963-05-15
Publication date: 1965-08-19

Description

Leuchte Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchte, die insbesondere im wesentlichen flach mit einer Oberfläche, beispielsweise einer Flugplatzrollbahn abschließt und Licht unter geringen Steigungswinkeln über diese Oberfläche auszustrahlen vermag.Light The invention relates to a light, in particular substantially flat with a surface such as an airfield runway and emit light over this surface at low angles of inclination able.

Es ist allgemein üblich, Rollbahnen auf Flugplätzen Nachts mit Hilfe von zwei Reihen von Leuchten zu kennzeichnen, die jeweils längs der Rollbahnkante angeordnet sind und wesentlich über die Ebene der Rollbahn nach oben vorstehen. Der ständig wachsende Luftverkehr ließ es angezeigt erscheinen, die Leuchten in die Rollbahnoberfläche selbst zu verlegen, um die Rollbahn leichter von der Luft aus sichtbar zu machen.It is common practice to use taxiways on airfields at night Marked by two rows of lights, each along the runway edge are arranged and protrude significantly above the plane of the runway upwards. The ever-increasing air traffic made it appear to be shining in Laying the runway surface yourself to make the runway easier from the air to make visible.

Bei der Konstruktion von für diesen Zweck geeigneten Leuchten erwies es sich als schwierig, Einrichtungen zu konstruieren, die das Licht unter geringen Steigungswinkeln längs der Einflugschneise ausstrahlen und gleichzeitig ausreichend flach mit der Rollbahnoberfläche abschließen, so daß die Flugzeuge längs der Rollbahn rollen können, ohne beim allenfallsigen überfahren solcher Leuchten übermäßigen Erschütterungen ausgesetzt zu sein. Ferner hat es sich als schwierig erwiesen, Leuchten dieser Art zu entwerfen, die so kompakt sind, daß sie mit möglichst geringen Ausschachtarbeiten in die bereits vorhandenen Rollbahnen eingebaut werden können.Proved in the construction of luminaires suitable for this purpose it is difficult to construct devices which keep the light below low Radiate gradient angles along the approach lane and at the same time sufficient flush with the runway surface so that the aircraft are along the runway can roll without excessive when driving over such lights To be exposed to shocks. It has also proven difficult to light up of this type that are so compact that they can be excavated with as little excavation work as possible can be built into the existing runways.

Die Erfindung geht aus von einer Leuchte zur Ausstrahlung von Licht über einen Bereich geringer Höhenwinkel oberhalb einer im wesentlichen horizontalen Fläche und über einen entsprechend größeren Bereich horizontaler Winkel mit einer von einer Lichtquelle bestrahlten Linse, deren obere Fläche etwas oberhalb der im wesentlichen horizontalen Fläche liegt und die eine Eintrittsfläche auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite und eine auf der anderen Seite liegende Austrittsfläche aufweist, von denen die eine Fläche sowohl im senkrechten als auch im waagerechten Querschnitt konkav ist.The invention is based on a lamp for emitting light over a range of low elevation angles above a substantially horizontal one Area and over a correspondingly larger area of horizontal angles with a lens irradiated by a light source, the upper surface of which is slightly above that of the im substantial horizontal surface and the one entry surface on the Light source opposite side and an exit surface lying on the other side has, one of which has a surface both in the vertical and in the horizontal Cross-section is concave.

Bei einer bekannten Rollbahnmarkierungsleuchte dieser Art ist eine Linse vorgesehen, deren äußere Oberfläche sowohl im vertikalen als auch im horizontalen Querschnitt konvex ist.In a known runway marker light of this type is a Lens provided, the outer surface of which is both vertical and horizontal Cross-section is convex.

Die erfindungsgemäße Leuchte zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, daß die andere Fläche im senkrechten Querschnitt konvex ist und horizontale Querschnitte in Form von Kurven aufweist, die in ihmm Mittelbereich konvex und auf beiden Seiten konkav sind, derart, daß die Linse das von der Lichtquelle kommende Licht über vertikale Winkel oberhalb der im wesentlichen horizontalen Fläche von einem Maximum für das in der Nähe des Unterteils der Austrittsfläche austretende Licht bis zu einem Minimum für Licht, das in der Nähe des Oberteils austritt, streut.In contrast, the lamp according to the invention is characterized by that the other surface is convex in vertical cross-section and horizontal cross-sections in the form of curves that are convex in its central area and on both sides are concave in such a way that the lens passes the light coming from the light source over vertical Angle above the substantially horizontal surface from a maximum for the light emerging in the vicinity of the lower part of the exit surface to a minimum for light emerging near the top, scatters.

Zwar sind bei der bekannten Leuchte Prismen vorgesehen, jedoch sind diese nicht funktionsmäßig mit der Oberflächenausgestaltung wie beim Erfindungsgegenstand zu vergleichen, da diese Prismen lediglich radiale Strahlen in im wesentlichen parallele Strahlen ablenken, um das Licht in zwei gegenüberliegenden Zonen zu konzentrieren. Sie vermögen je- doch nicht, wie beim Erfindungsgegenstand, die maximale Brechkraft in der Nähe der Mitte des austretenden Strahles zu konzentrieren und damit eine hohe mittlere Leuchtkraft zu erreichen.Although prisms are provided in the known luminaire, they cannot functionally be compared with the surface design as in the subject of the invention, since these prisms merely deflect radial rays into essentially parallel rays in order to concentrate the light in two opposite zones. They can not JE but as subject of the invention to concentrate the maximum power near the center of the emerging jet and thus to achieve a high average luminance.

Vorzugsweise ist die eine Fläche eine Umdrehungsfläche um eine senkrechte Achse und die andere Fläche eine Umdrehungsfläche um eine horizontale Achse. In weiterer Ausbildung der Erfindung sind Austrittsfläche und Eintrittsfläche gegeneinander vertauschbar.Preferably, the one surface is a surface of revolution around a perpendicular one Axis and the other surface a surface of revolution around a horizontal axis. In A further development of the invention are the exit surface and the entry surface against each other interchangeable.

Eintritts- und/oder Austrittsfläche sind zweckmäßig am Boden mit wenigstens einer Einkerbung in der Nähe der Mitte versehen, welche das hindurchgehende Licht horizontal streut.Entry and / or exit areas are expediently at least on the ground a notch near the center which allows light to pass through scatters horizontally.

Schließlich kann in weiterer Ausbildung der Erfindung die andere Fläche nur in einem vorzugsweise an der Unterkante liegenden Teilbereich im senkrechten Querschnitt konkav sein und horizontale Querschnitte in Form von Kurven aufweisen ' die in ihrem Mittelbereich konvex und auf beiden Seiten konkav sind. Die erfindungsgemäße Leuchte soll im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Diese zeigt in F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Linse einer erfindungsgemäßen Leuchte, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 durch die optische Mitte der Linse nach F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 durch die optische Mitte der Linse nach F i g. 1, F i g. 4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Leuchte zum Einsetzen in ein zylindrisches Loch in einer Rollbahn, F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der F i g. 4 und in F i g. 6 eine Zusammenstellung zur Wiedergabe der Lichtverteilung der erfindungsgemäßen Leuchte.Finally, in a further embodiment of the invention, the other surface may be concave only in a preferably located at the lower edge portion in the vertical cross-section and horizontal cross-sections in the form of curves have 'which are convex in its central part and concave on both sides. The lamp according to the invention will be explained in more detail below with reference to the drawings. This shows in FIG. 1 shows a perspective view of a lens of a lamp according to the invention, FIG . 2 shows a section along the line 2-2 through the optical center of the lens according to FIG. 1, Fig. 3 shows a section along the line 3-3 through the optical center of the lens according to FIG. 1, Fig. 4 shows a plan view of an embodiment of a lamp for insertion into a cylindrical hole in a runway, FIG. 5 is a section along line 5-5 of FIG . 4 and in FIG. 6 shows a compilation to reproduce the light distribution of the lamp according to the invention.

Die bei der erfindungsgemäßen Leuchte zur Anwendung kommende Linse ist in den F i g. 1 bis 3 im einzelnen dargestellt und weist brechende Flächen 10 und 11 auf. Die Lichtquelle 12 wird wie aus F i g. 2 und 3 ersichtlich eingesetzt. Das Licht tritt in die Linse 13 durch die Oberfläche 10 ein, welche infolgedessen als die Eintrittsfläche bezeichnet werden soll. Aus der Fläche 11 tritt das Licht aus, so daß sie im folgenden als Austrittsfläche bezeichnet wird. Die Flächen 10 und 11 sind im allgemeinen vertikal stehende Flächen, während die Oberfläche 14 und die Bodenfläche 15 bei in die Leuchte eingesetzter Linse im wesentlichen horizontal verlaufen. Nach F i g. 2 enthält die Eintrittsfläche 10, welche eine Umdrehungsfläche um eine horizontale Achse darstellt, einen horizontalen konvexen Mittelteil und zwei horizontale konkave Abschlußbereiche, die den Mittelteil an jeder Seite tangieren. Durch diese Krümmung wird das durch diese Fläche gehende Licht in Richtung einer vertikalen Ebene durch die Lichtquelle und die optische Mitte der Linse gebrochen. Die maximale Brechkraft in den Bereichen der Ablenkungspunkte führt dazu, daß die in diese Bereiche fallenden Lichtstrahlen scharf gebrochen werden, so daß sie sich zur Mitte des austretenden Lichtstrahles hin konzentrieren und dort mit anderen Strahlen vereinigen, welche durch den Mittelbereich zwischen den Ab- lenkungspunkten gehen, so daß die hohen mittleren Lichtstärken nach F i g. 6 entstehen. Die Austrittsfläche 11 ist eine Umdrehungsfläche um eine vertikale Achse und weist horizontale Querschnitte in Form von Kreisbögen auf, deren Krümmungsmittelpunkte hinter der Lichtquelle 12 liegen. Die kumulative Wirkung der Flächen 10 und 11 auf die horizontalen Richtungen der von der Lichtquelle kommenden und durch die Linse gehenden Lichtstrahlen führt dazu, daß dieses austretende Licht im wesentlichen auf horizontale Winkel kleiner als 141 nach jeder Seite von einer vertikalen Ebene aus begrenzt ist, die durch die Lichtquelle 12 und die optische Mitte der Linse gelegt ist, welche sich am Schnittpunkt der Linien 2-2 und 3-3 der F i g. 1 befindet. Die Extremwinkel sind durch die Winkel c und d in F i g. 2 wiedergegeben und werden zwischen den entsprechenden Lichtstrahlen und den zu dieser Vertikalebene parallelen Ebenen gemessen.The lens used in the lamp according to the invention is shown in FIGS. 1 to 3 shown in detail and has refractive surfaces 10 and 11 . The light source 12 is as shown in FIG. 2 and 3 used. The light enters the lens 13 through the surface 10 , which will consequently be referred to as the entrance surface. The light emerges from the surface 11 , so that it is referred to below as the exit surface. The surfaces 10 and 11 are generally vertical surfaces, while the surface 14 and the bottom surface 15 are essentially horizontal when the lens is inserted into the lamp. According to FIG. 2 contains the entry surface 10, which represents a surface of revolution about a horizontal axis, a horizontal convex central part and two horizontal concave end regions which are tangent to the central part on each side. This curvature causes the light passing through this surface to be refracted in the direction of a vertical plane by the light source and the optical center of the lens. The maximum power in the areas of inflection points results in matters within these areas light beams are sharply broken, so that they focus on the center of the outgoing light beam back and unite there with other rays steering points through the central portion between the waste go so that the high average luminous intensities according to FIG. 6 arise. The exit surface 11 is a surface of revolution around a vertical axis and has horizontal cross-sections in the form of circular arcs, the centers of curvature of which lie behind the light source 12. The cumulative effect of surfaces 10 and 11 on the horizontal directions of the light rays coming from the light source and passing through the lens results in this emerging light being substantially confined to horizontal angles less than 141 to either side of a vertical plane, which through the light source 12 and the optical center of the lens, which is at the intersection of lines 2-2 and 3-3 of FIG . 1 is located. The extreme angles are given by the angles c and d in FIG. 2 and are measured between the corresponding light rays and the planes parallel to this vertical plane.

Aus F i g. 3 erkennt man, daß die Flächen 10 und 11 im senkrechten Schnitt jeweils konvex sind. Die Einfallsfläche 10, bei der es sich um eine Umdrehungsfläche um eine horizontale Achse handelt, weist senkrechte Querschnitte in Form von Kreisbögen auf, deren Krümmungsmittelpunkt vor der Linse liegt. Die Austrittsfläche 11 weist einen senkrechten Teil in Form einer Verbundkurve auf, deren Krümmungsradien sich von einem Maximum an der Spitze dieser Fläche über ein Minimum kurz unterhalb der optischen Mitte ändern und unterhalb von dort langsam wieder zunehmen. Die Kombination der senkrechten Krümmungen der beiden Flächen ist so gewählt, daß die am Boden der Austrittsfläche 10 austretenden Strahlen unter Winkeln von anaähernd 81 mit der Horizontalen geneigt sind, während die am Oberteil austretenden Strahlen im wesentlichen horizontal verlaufen, wie man aus den Winkeln a und b aus F i g. 3 erkennt. Die senkrechten Krümmungen dieser beiden Kurven konzentrieren das Licht in der Nähe des Bodens mit einer Intensität, die allmählich zur oberen Begrenzung des Lichtstrahles hin abnimmt.From Fig. 3 it can be seen that the surfaces 10 and 11 are each convex in vertical section. The surface of incidence 10, which is a surface of revolution around a horizontal axis, has vertical cross-sections in the form of circular arcs, the center of curvature of which lies in front of the lens. The exit surface 11 has a vertical part in the form of a compound curve, the radii of curvature of which change from a maximum at the tip of this surface to a minimum just below the optical center and slowly increase again below. The combination of the vertical curvatures of the two surfaces is chosen so that the rays emerging at the bottom of the exit surface 10 are inclined at angles of approximately 81 to the horizontal, while the rays emerging at the top run essentially horizontally, as can be seen from the angles a and b from FIG. 3 recognizes. The vertical curvatures of these two curves concentrate the light near the ground with an intensity that gradually decreases towards the upper limit of the light beam.

Selbstverständlich können Eintritts- und Austrittsfläche der Linse 13 miteinander vertauscht werden. Da in diesem Falle das Licht von der Lichtquelle 12 auf jede Fläche unter etwas gegenüber der Darstellung unterschiedlichen Winkeln auftrifft, sind die genauen Krümmungen etwas abzuändern, verbleiben jedoch allgemein in der beschriebenen Form. Die genauen Krümmungen hängen von der genauen Lichtverteilung ab, die in dem im allgemeinen von der Linse erzeugten rechteckigen Muster gewünscht ist. Außerdem hängen sie vom Ort der Lichtquelle ab und lassen sich leicht nach bekannten optischen Gesetzen bestimmen.Of course, the entry and exit surfaces of the lens 13 can be interchanged. Since in this case the light from the light source 12 impinges on each surface at slightly different angles from the illustration, the exact curvatures are to be modified somewhat, but generally remain in the form described. The exact curvatures will depend on the exact light distribution that is desired in the generally rectangular pattern produced by the lens. In addition, they depend on the location of the light source and can easily be determined according to known optical laws.

Aus optischen Gründen ist es nicht wesentlich, daß jede Oberfläche Kreisbögen in horizontalen oder vertikalen Schnitten bildet, jedoch ist es für den Fachmann selbstverständlich, daß die Herstellung der Formen durch eine solche Ausbildung sehr vereinfacht werden kann. Aus diesem Grunde hat es sich auch als wünschenswert erwiesen, jeder Oberfläche die Form einer Umdrehungsfläche zu geben.For visual reasons it is not essential that every surface Forms circular arcs in horizontal or vertical sections, however it is for the A person skilled in the art, of course, that the production of the molds by such a training can be very simplified. Because of this, it has also proven to be desirable proven to give every surface the shape of a surface of revolution.

Da sich von ferne einer Rollbahn nähernde Flugzeuge sich kleinen vertikalen Winkeln gegenüber der Horizontalen an der Leuchte gegenüberstehen, ist die erfindungsgemäße Leuchte so konstruiert, daß sie unter diesen kleinen vertikalen Winkeln eine maximale Lichtstärke ausstrahlen. Da jedoch solche Flugzeuge häufig etwas größeren horizontalen Winkeln von der Rollbahn an der Leuchte gegenüberstehen, wenn sie von der Leuchte weit entfernt sind, bevor sie bezüglich der Rollbahn orientiert werden, ist es wünschenswert, das unter kleinen vertikalen Winkeln austretende Licht von wesentlicher Intensität über breite horizontale Winkel zu streuen. Da sich Flugzeuge, welche sich großen vertikalen Winkeln gegenüberstehen, in der Nähe der Leuchten befinden und da solche Flugzeuge sich unmittelbar oberhalb der Rollbahn befinden oder wenigstens in Flucht mit ihr, erkennt man, daß nur ein Licht mit geringer Intensität von dem unteren mittleren Teil der Linse ausgestrahlt zu werden braucht. Aus diesem Grunde sind in der Nähe des unteren Teiles der Eintrittsfläche 10 konkave Auskehlungen 17 vorgesehen, die eine stärker konstante Lichtstärke in horizontalen Ebenen bei den hohen vertikalen Winkeln erzeugen. Es ist selbstverständlich, daß man eine ähnliche Streuung auch durch konvexe Auskehlungen erzielen kann und daß die Auskehlungen in gleicher Weise auch auf der Austrittsfläche 11 vorgesehen werden können. Die Lichtverteilung einer erfindungsgemäßen Leuchte unter Verwendung einer 45 Watt-Lichtquelle ist in F i g. 6 wiedergegeben, die Lichtstärkenwerte für verschiedene vertikale Winkel oberhalb der Horizontalen und für horizontale Winkel auf jeder Seite der vertikalen Ebene durch die Lichtquelle und die optische Mitte der Linse wiedergibt.Since aircraft approaching a taxiway from afar face small vertical angles with respect to the horizontal on the light, the light according to the invention is designed so that they emit a maximum light intensity at these small vertical angles. However, since such aircraft often face slightly larger horizontal angles from the runway at the light when they are far from the light before they are oriented with respect to the runway, it is desirable to have the light exiting at small vertical angles of substantial intensity across wide to scatter horizontal angles. Since aircraft facing large vertical angles are close to the lights and since such aircraft are directly above the runway, or at least in line with it, it can be seen that there is only a low intensity light from the lower central part of the runway Lens needs to be broadcast. For this reason, in the vicinity of the lower part of the entrance surface 10, concave grooves 17 are provided, which produce a more constant light intensity in horizontal planes at the high vertical angles. It goes without saying that a similar spread can also be achieved by convex fillets and that the fillets can also be provided on the exit surface 11 in the same way. The light distribution of a lamp according to the invention using a 45 watt light source is shown in FIG. Figure 6 shows the luminous intensity values for various vertical angles above the horizontal and for horizontal angles on each side of the vertical plane through the light source and the optical center of the lens.

Linse und Lichtquelle sind im Gehäuse 18 nach F i g. 4 und 5 untergebracht, dessen Außenkante so weit eingesetzt ist, daß sie mit der Rollbahn im wesentlichen abschließt. Die Oberfläche 14 der Linse 13 ist im wesentlichen horizontal und vom Gehäuse abgedeckt, so daß die Linse vor einer Beschädigung geschützt ist. Die Linse 13 erstreckt sich über die Oberfläche der Rollbahn nur so viel, daß eine wesentliche Sichtfläche bei niedrigen Höhenwinkeln vorhanden ist. Es braucht sich keineswegs die gesamte Austrittsfläche 11 über die Ebene der Rollbahn zu erheben, da, wie aus F i g. 3 ersichtlich, diejenigen Strahlen, die unter niedrigen Höhenwinkeln verlaufen, in der Nähe des Oberteils der Austrittsfläche austreten, während der untere Teil der Oberfläche das Licht unter höheren Winkeln aussendet, unter denen die Strömung durch den Rand des Gehäuses 18 oder die Oberfläche der Rollbahn ein geringeres Problem darstellt.The lens and light source are in the housing 18 according to FIG. 4 and 5 housed, the outer edge of which is inserted so far that it is essentially flush with the runway. The surface 14 of the lens 13 is substantially horizontal and covered by the housing so that the lens is protected from damage. The lens 13 extends over the surface of the runway only so much that there is a substantial viewing area at low elevation angles. It is by no means necessary for the entire exit surface 11 to rise above the plane of the runway, since, as shown in FIG. 3 , those rays which travel at low elevation angles emerge near the upper part of the exit surface, while the lower part of the surface emits the light at higher angles at which the flow enters through the edge of the housing 18 or the surface of the runway poses less of a problem.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann man durch Aufstellen eines Reflektors hinter der Lichtquelle verbessern. Die Strahlen, die vor dem Eintritt in die Linse reflektiert werden, treten aus ihr in verschiedenen Richtungen aus, jedoch ist die Intensität in jeder Richtung vergleichsweise gering.The effect of the device according to the invention can be seen by setting it up a reflector behind the light source. The rays before entering are reflected into the lens, emerge from it in different directions, however, the intensity is comparatively low in either direction.

Die horizontalen und vertikalen Bereiche der austretenden Strahlen sind beim wiedergegebenen Ausführungsbeispiel so gewählt, daß die Leuchten für Zwecke des Luftverkehrs geeignet sind. Unter geänderten Bedingungen kann man diese Bereiche durch Änderung der Form der Linse 13 im Rahmen der vorliegenden Erfindung ändern. Die genaue Form der Linse 13 läßt sich so festlegen, daß sie den verschiedensten sich ändernden Anforderungen gerecht wird.The horizontal and vertical areas of the exiting rays are selected in the illustrated embodiment so that the lights are suitable for air traffic purposes. Under changed conditions, these areas can be changed by changing the shape of the lens 13 within the scope of the present invention. The exact shape of the lens 13 can be determined to meet a wide variety of changing requirements.

Claims

Claims: 1. Lamp for emitting light over a range of low elevation angles above a substantially horizontal surface and over a correspondingly larger range of horizontal angles with a lens irradiated by a light source, the upper surface of which is slightly above the substantially horizontal surface and the one Has an entrance surface on the side opposite the light source and an exit surface on the other side, one surface of which is convex in both vertical and horizontal cross-section, characterized in that the other surface (10 or 11) is convex in vertical cross-section and has horizontal cross-sections (17) in the form of curves which are convex in their central region and concave on both sides, such that the lens (13) receives the light coming from the light source (12) through vertical angles above the substantially horizontal surface of a maximum for that near the sub light emerging from part of the exit surface (11) up to a minimum for light exiting in the vicinity of the upper part scatters.

2. Lamp according to claim 1, characterized in that one surface (10) is a surface of revolution around a vertical axis and the other surface (11) is a surface of revolution around a horizontal axis. 3. Lamp according to claim 1, characterized in that the exit surface and the entrance surface are interchangeable. 4. Lamp according to claim 1 to 3, characterized in that the entry and / or exit surface is provided on the bottom with at least one notch (17) near the center, which horizontally scatters the light passing through. 5. Lamp according to one or more of the preceding claims, characterized in that the other surface (10 or 11) is convex in the vertical cross-section only in a sub-area preferably lying on the lower edge and has horizontal cross-sections in the form of curves in its central area are convex and concave on both sides. References considered: U.S. Patent No. 2,284,878.