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Polarisator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Polarisator, insbesondere für die Beleuchtung von Fahrzeugen, welcher aus aufeinandergeschichteten, mit Interferenzoberflächenschichten versehenen, praktisch planparallelen Platten besteht.
Durch die deutsche Patentschrift Nr. 935663 sind Polarisatoranordnungen bekannt geworden, bei denen beide Polarisationskomponenten des einfallenden Lichtes ausgenützt werden können. Zu diesem Zweck ist die Lichteintrittsfläche periodisch in Lichteintrittsstreifen und Lichtabdeckstreifen, welche Raster bilden, unterbrochen. Das über einen Lichteintrittsstreifen eintretende Licht trifft auf Begrenzungen mit ab- sorptionsfreien Interferenzschichten, die unter dem Brewster'schen Winkel gegen den Lichtstrahl geneigt sind. Das parallel polarisierte Licht durchsetzt infolgedessen diese Schichten ungehindert, d. h. ungeschwächt und ohne Richtungsänderung.
Das senkrecht polarisierte Licht wird dagegen praktisch vollständig reflektiert und tritt nach nochmaliger Reflexion an einer zur ersten parallelen Schicht in der Eintrittsrich- tung aus, jedoch gegenüber dem Eintrittsstrahl parallel verschoben um einen Betrag A, der im folgenden als Versetzung bezeichnet sei.
An Hand der schematischen Zeichnung werden die Zusammensetzung und Wirkung der bekannten Polarisatoren sowie die Merkmale der Polarisatoren gemäss der Erfindung näher erläutert.
Die Fig. 1 und 2 zeigen bekannte Anordnungen, die Fig. 3 und 4 Anordnungen gemäss der Erfindung, die Fig. 5,6 und 7 Ausführungsformen von Rastern, wie sie für Polarisatoren gemäss der Erfindung Anwendung finden.
Wenn die erwähnten polarisierenden Schichten unter einem Winkel von 450 gegen den Lichtstrahl geneigt sind, dann wird der Aufbau eines solchen Polarisators, wie in der deutschen Patentschrift Nr. 935663 gezeigt, recht einfach. Ist nämlich a die Breite des Lichteintrittsstreifens, so muss die Dicke des Polarisators ebenfalls a werden und die Dicke b der Platten, die aufeinandergeschichtet sind, ist durchwegs
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d.larisierten Teilstrahlen, die aus einem unpolarisiert einfallenden Strahl beim Durchlaufen des Polarisators entstehen, hat ebenfalls die Grösse a.
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wurde in der deutschen Patentschrift Nr. 931983sungen angegeben. die auch bei von 450 abweichenden Neigungswinkeln der Schichten wirksam sind und mit handelsüblichem Tafelglas hergestellt werden können.
Diese Lösungen waren dadurch gekennzeichnet, dass der aus einem Lichteintrittsstreifen stammende Lichtanteil beim Durchtritt mindestens zwei verschiedene Lichtteilungsebenendurchsetzt. Diese bekannte Lösung wird durch Fig. 2 dargestellt.
Diese Lösung war zwar optisch einwandfrei, hatte jedoch technisch den Nachteil, dass die Dicke der einzelnen Glasplatten sehr kritisch war und dass diese untereinander verschiedene Dicken b, b. besitzen mussten.
Es musste nämlich die Periode des Polarisators mit derjenigen des Systems aus Lichteintritts- und Lichtabdeckungsstreifen, abgekürzt im folgenden als Raster bezeichnet, genau übereinstimmen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass diese schwer zu erftillenden Bedingungen, die in der deutschen Patentschrift Nr. 931983 eingehend begründet sind, sich durch eine Abänderung umgehen lassen,
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so dass man zu einer für die technische Verwertung äusserst vorteilhaften Form gelangt. Diese Form ge- mäss der Erfindung sollim folgenden genauer beschrieben werden.
Sie ist zunächst gekennzeichnet durch eine Verwendung von lauter Platten gleicher Dicke. Diese
Dicke möge den Wert b besitzen.
Der Raster bestehe aus lichtdurchlässigen Lichteintrittsstreifen- und lichtundurchlässigen Lichtabdeck- streifen. Die Summe der Breite beider Streifen gibt die Periode d des Rasters. (Die Periode ist hiebei in der Richtung zu messen, die senkrecht zu den Kanten verläuft, in der die einzelnen Platten des Polarisa- tors aneinanderstossen.) Das Verhältnis der Breite eines beliebigen Lichtabdeckstreifens zu der Periode des Rasters besitze den konstanten Wert q, der als "Abdeckanteil" des Rasters bezeichnet sein möge und der aus praktischen Gründen in der Nähe von n liegen wird, so dass also Lichtabdeck- und Lichteintrittsstrei- fen praktisch gleich breit sein werden.
Entsprechend diesen Definitionen ist also die Breite der einzelnen
Lichtabdeckstreifen durch den Wert d. q, die Breite der Lichteintrittsstreifen durch d (l-q) gegeben.
Die erfindungsgemässe Lösung verlangt nun lediglich, dass die Versetzung A einen Weit besitzt, der zwischen dem Wert des Lichteintritts- und des Lichtabdeckstreifens liegt und dass die Dicke h des Polari- sators mit der Versetzung A durch die Beziehung 1. # = cotg α verknüpft ist, worin a die Neigung der Schichten gegen die Durchtdttsrichtung des
Lichtes bedeutet.
Fig. 3 gibt ein Beispiel einer erfindungsgem ssen Anordnung mit q = 0, 5 = 1 - q, so dass also A = 2'.
Der Zusammenhang von A mit der Dicke b der Platten ergibt sich aus den beiden Gleichungen
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Da bei normalem Fensterglas mit Schichten aus TiO,undSiO der Winkel a etwa 360 beträgt, so gilt angenähert
5a) h=2, 24b la # = 1,62 b.
Der Beweis, dass eine Anordnung, die diesen Bedingungen genügt, auch einen geeigneten Polarisator ergibt, lässt sich dadurch führen, dass man zeigt, dass das Bündel parallelen Lichtes, das durch den Lichteintrittsstreifen eintritt, bei seinem Austritt eine Verteilung zeigt, die unabhängig von der speziellen Stellung des Eintrittsstreifenszuden Lichtteilungsebenen ist.
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Von dem Strahl, der am Punkt Ao eintritt, wird die senkrecht polarisierte Komponente beim Auftreffen auf die Ebene F bei PI nach Po reflektiert und tritt bei Bo aus. Die Versetzung ist of- fenbar A. Lässt man den Strahl nach A2 hinwandern, z. B. aufAA, so wird er stets an der Ebene F und dann an der Ebene F reflektiert werden. Wie man aus der Ähnlichkeit der Dreiecke leicht ablei-
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von b besitzt, hat als einziges (von ganzzahligen Vielfachen, von h abgesehen, die kaum praktische Bedeutung haben) die Eigenschaft, für senkrecht polarisiertes Licht einem beliebigen Punkt A auf der Eintrittsebene einen um einen konstanten Betrag A versetzten Punkt B der Austrittsebene zuzuordnen.
Das Bild eines beliebig geformten Rasters, der auf die Eintrittsfläche gelegt wird, wird also um den Betrag A versetzt auf der Austrittsfläche erscheinen.
Nun ist es ja offenbar die gestellte Aufgabe des Polarisators, die Bilder für den parallel und den senkrecht polarisierten Strahl so zu legen, dass sie voneinander getrennt werden. Falls diese Bilder unmittelbar aneinanderstossen sollen, muss also die Versetzung A gleichzeitig der Breite d (l-q) eines Lichtein-
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trittsstreifens und der Breite d. q eines Lichtabdeckstreifens entsprechen. Andernfalls würden die Bilder am einen oder andernRand nicht dicht zusammenstossen.
Es muss also q =sein, d. h. es muss gelten Licht-
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= A.Ist der Lichtelmittsstreifen ichmäler als der Abdeckstreifen, und ist A gleich d. d. h. gleich der halben Summe beider, so wird offenbar zwischen den Bildern des senkrecht und des parallel polarisierten Lichtes ein dunkler, auf beiden Seiten gleich breiter Zwischenraum sein. Er wird auf der einen Seite verschwinden, wenn die Versetzung gerade der Breite des Lichteintrittsstreifens entspricht, und auf der an-
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brauchen nicht etfilllt zu sein. Z. B. kann der Raster beliebige Formen besitzen, wenn nur die Periodizi- tätsbedingung für d erfüllt ist. Es sind also auch schräg liegende Streifen verwendbar (vgl. Fig. 5 und 6).
Dies hat den grossen praktischen Vorteil, dass ein gegebener Raster, bei dem der Abstand der Streifen I senkrecht zur Längsausdehnung der Streifen einen bestimmten Wert hat, der offenbar dem minimal damit
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Werty den Verdrehungswinkel bedeutet. Ist y = 0 dann liegt die Symmetrieebene des Polarisators, d. h. jene Ebene, welche sowohl senkrecht zur Polarisationsoberfläche wie senkrecht zu den Inierferenzschichten steht, parallel zur Symmetrieebene des Rasters, bei y 4=0 bilden die Symmetrieebenen miteinander einen Winkel.
Da die Raster, welche im allgemeinen aus Zylinderlinsensystemen bestehen, wirtschaftlich nur durch Massenfertigung herstellbar sind, also genau vorgegebene Masse besitzen werden, so besteht dadurch die Möglichkeit, sich auf bestimmte Dicken der Glasplatten des Polarisators durch einfache Drehung einzustellen.
Es ist nämlich selbst bei Verwendung besten Spiegelglases damit zu rechnen, dass gewisse Dickenschwankungen vorkommen. Durch Sortieren nach Dicken ist es nun zwar leicht möglich, innerhalb eines Polarisators einheitliche Dicke der Platten zu erreichen, doch werden die Polarisatoren dann eben in gewisse, nach Dicke abgestufte Gruppen fallen, an die eine Anpassung der Raster auf die geschilderte Weise bequem möglich ist. Nur durch diesen Kunstgriff ist eine rationelle Grossfertigung möglich. Die genaue Einstellung des Winkels ist bei der Kontrolle der Polarisatorwirkung der Anordnung leicht möglich.
Man kann den geschilderten Effekt auch noch zu einem andern Zweck benutzen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass, um bei einem Autoscheinwerfer eine günstige Form des Lichtkegels zu erzielen, die Streifenrichtung des Rasters senkrecht zur Erdoberfläche stehen muss. Da jedoch bei der Verwendung linear polarisierten Lichtes für Autoscheinwerfer die Polarisationsrichtung unter 450 geneigt sein muss, so kann man den Polarisator selbst unter 450 gegen den Raster verdrehen. Andernfalls müsste man auf zirkular polarisiertes Licht zurückgreifen oder durch besondere doppelbrechende Folien die Polarisationsebene drehen.
Auch eine Zickzack-oder Wellenform des Rasters erscheint möglich (vgl. Fig. 7), die vielleicht aus Stabilitätsgründen vorteilhaft sein könnte.
Ausfühlungsbeispiel eines Polarisators :
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: : 360.=0, 45.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.