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VIII INTERNATIONAL CONGRESS ON NAVIGATION

PARIS 1900

THIRD SECTION

LENSES FOR SHIPS’ LIGHTS

COMMUNICATION

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William Dyce CAY

M. Inst, C. E., F. \\. S. E.

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PARIS

IMPRIMERIE GENERALE LAHURE

9, RUE DE FLEURUS, 9

1900

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Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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LENSES FOR SHIPS LIGHTS

LENTILLES POUR FEUX DE NAVIRES

LENSES FOR SHIPS LIGHTS

COMMUNICATION

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William Dyce CAY

M. Inst. C. E., F. R. S. E.

The author has had successful practice in designing, for glass manufacturers, lenses for ships’ mast-head and side lights, and lights for beacons, made of moulded glass and cut and polished, and proposes in this paper to give some account of Ihe method he lias adopled.

There are always certain data supplied to the designer by the glass manufacturer, the lamp maker and their customers which have to be worked to; such as the outside dimensions of the lens, the internal radius of the cylinder of glass, the thickness of the glass, the number of the prisms above and below the central zone, and the projection of the prisms beyond this zone.

The degree of divergence of Ihe rays on emergence from the lens is fixed by the Board of Trade regulations as, in all, 20° viz. 10° above and 10° below the horizontal plane. The rays being supposed to diverge uniformly from the centre of the light and lens, or focus, and on emergence to diverge from a virtual focus which is found from the degrees of divergence prescribed.

The projection of the prisms beyond the central zone is not fixed more than that a straight edge placed vertically against the lens must not touch the zone.

The problem then is to find the correct curvature of the outer surface of the zone and of the facets of the prisms, also the direction of the radial or return planes of the latter.

These can be found by trigonometrical calculation but having regard to the difficulty of plotting the results with absolute accuracy, it is found

DYCE CAT.

that the best plan is to find them in a graphic way by drawing out the lens full size, and finding the angles of refraction by means of a proportional compass, adjusted to the proportion « p. » of the sine of the angle of incidence to that of the angle of refraction of the quality of the glass used.

The general dimensions of the lens being firstly plotted and the foci laid down, the outline of the outer surface is drawn in from previous practice as a first approximation, a sufficient number of rays are then drawn from the focus to the inner cylindrical surface of the lens, and are carried through the glass by the use of the proportional compass.

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If

p/|

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CA

Glass

/o&?/ plane

AB=pCI)

The ray is produced to the outer surface of the glass, whence its direc-ion on emergence is fixed by the virtual focus from which it must diverge.

The position of the normal to the outer surface which gives this desired direction on refraction can be found graphically as above by the aid of the compass, or it may be found trigonometrically from the consideration, that if a be the angle between the normal and the ray in air, and y the angle between the ray in air and the ray in glass

tan a —

u sin y p. cos y — I *

From the intersection of these normals are obtained the centres and the radii of the outer surfaces of the lens, which can now be redrawn with more accuracy, and this can be all repeated until the work responds to the required conditions.

With regard to the radial or return planes of the prisms, it is desirable not to lose light by reflection from their surfaces; the light at the focus is assumed to be a globe 1 inch diameter, and a ray tangent to its outer surface on the same side of the focal plane as the prism under consideration is drawn to the bottom of the groove between the prisms, and the radial plane of the prism is made parallel to the course this ray takes in its passage through the glass. It is evident that all other rays from the 1 inch globe reaching this corner or bottom of the groove will continue in the glass until its outer surface, while rays emerging from the next adjoining prism have sufficient convergence to clear it.

Edimbourg, 1900.

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* •

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TRADUCTION FRANCAISE

LENTILLES POUR FEUX DE NAVIRES

L’auteur avant dessine avec succes, pour des fabricants de verres, des projets de lentilles en verre moule, taille et poli pour feux de tete de mat, feux de position et feux de balises, se propose de donner ici un apergu de la methode qu’il a employee.

II y a toujours certaines donnees fournies au dessinateur par le fabri-cant de verres, par le constructeur de la lampe et par leurs clients; ces donnees sont par exemple les dimensions ex terieures de la lentille, le rayon interieur du cylindre de verre, l’epaisseur du verre, le nombre des prismes ou echelons au-dessus et au-dessous de la zone centrale et la projection des prismes au dela de cette zone.

be degre de divergence des rayons emergeant de la lenlille est lixe par les reglements du Board of Trade a 20°, soit 10° au-dessus et 10° au-dessous du plan horizontal. On suppose que les rayons divergent unifor-mement du centre du feu et de la lentille, ou foyer, et qu’en emergeant ils divergent d’un foyer virtuel qu’on trouve a 1 ’aide du degre dc divergence prescrit.

La projection des prismes au dela de la zone centrale n’est soumise qu’a une condition obligatoire, savoir, qu’une regie droite placee verticale-ment contre la lentille ne doit pas toucher cette zone.

Le probleme consiste alors a trouver la courbure exacte de la surface exterieure de la zone centrale et dcs facettes courbes des prismes, ainsi que la direction des faces planes ravonnantes, ou de retour, de ces derniers.

On peut les trouver par des calculs trigonometriques; mais, vu la difficulty d’en rapporter les resultats avec une exactitude absolue, on prefere les trouver graphiquement en reproduisant la lentille en vraie grandeur et en trouvant les angles de refraction au moyen d’un compas de propor-

LENTILLES POUR FEUX I)E NAVIRES.

tion ajuste a la proportion « ;j. » du sinus de Tangle d’incidence a celui de Tangle de refraction qui correspond a la qualite du verre employe.

Apres avoir d’abord etabli les dimensions generates de la lentille et lixe les foyers, on dessine le contour de la surface exterieure, en s’inspirant de la pratique, a Litre de premiere approximation; on tire ensuite un nom-bre suffisant de rayons allant du foyer a la surface cylindrique interieure de la lentille, et on les trace a travers le verre au moyen du compas de proportion.

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verre

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Plan focal

Verre

A3 = [iCD

Le rayon est prolonge jusqu’a la surface exterieure du verre, d’ou il emerge dans la direction definie par lc foyer virtuel duquel il doit diverger.

La position de la normale a la surface exterieure, qui donrie apres refraction la direction cherchee, pcut etre trouvee graphiquement, comme plus haut, au moyen du compas, ou trigonometriquement en considerant que, si a est Tangle compris entre la normale et le rayon dans Tair et y Tangle compris entre le rayon dans Tair et le rayon dans le verre, on a

tang a zrr

jjl sin y [j. cos y — I ’

Au moyen de Tintersection de ces normales, on obtient les centres et les rayons dcs surfaces exterieures de la lentille, qu’on peut alors dessiner a nouveau avec plus d’exactitude; on recommence par approximation successive jusqu’a ce que le travail reponde aux conditions requises.

En ce qui concerne les faces planes rayonnanfes des prismes, il est desirable de ne pas perdre de lumiere par reflexion sur leurs surfaces; la lumiere au foyer est supposee etre un globe de 1 pouce de diametre, et un rayon, tangent a ce globe du meme cote du plan focal que le prisme consi-

LENTILLES POUR FEUX RE NAVlRES.

dere, est tire jusqu’au fond de la rainure corrcspondante; la face plane rayonnante du prisme est placee parallelement a la route suivie par ce rayon pendant son passage a travers le verre. 11 est evident que tous les autres rayons emanant du globe de \ pouce, qui alteignent eet angle on fond de rainure, conlinueront leur route dans le verre jusqu’a la surface exte-rieure de la lentille tandis que des rayons emergeant du prisme immedia-tement voisin out une convergence suffisanle pour se degager.

(Flaissiere, traducteur jure, Paris).

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