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Flüssigkeitsprisma mit veränderlichem Brechungswinkel.
Die gegenwärtig gebräuchlichen optischen Prismen bestehen meistens aus Glas oder aus einem andern festen Stoff, es sind aber auch sogenannte Flüssigkeitsprismen bekannt, die aus einem mit einer Flüssigkeit gefüllten geschlossenen Gefäss bestehen. All diese Prismen sind aber starr, das heisst ihr Brechungswinkel ist stets gleichbleibend, ihr Brechungswinkel hängt also bloss von der Dichte des das Prisma umgebenden Mediums ab.
Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsprisma, bei welchem die Lage einer oder mehrerer Wände des die Flüssigkeit enthaltenden Gefässes gegenüber den andern Wänden veränderlich ist, wodurch der Brechungswinkel des Prismas verändert werden kann. In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen eines derartigen Prismas schematisch dargestellt. Fig. 1 ist ein Schnitt der ersten Ausführungsform und Fig. 2 zeigt dieses Prisma in ein optisches Gerät eingebaut. Fig. 3 und 4 sind Einzelheiten dieses Gerätes im Schnitte und in Ansicht. Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform des Prismas, während Fig. 6 diese Ausführungsform in ein Gerät eingebaut veranschaulicht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist das Prisma drei-oder vierkantig und besteht im Wesen aus einer in ein Gefäss 1 eingeschlossenen Flüssigkeit 2. Der in der Richtung des Pfeiles durch die Wand 6 des Gefässes einfallende Lichtstrahl setzt seinen Weg im Inneren des Prismas nach den bekannten optischen Gesetzen in der Richtung des Pfeiles 4 fort. Ist das Prisma (nach der Zeichnung) so gebaut, dass die Begrenzungswand 5 senkrecht zur Richtung 4 steht, so wird der durch diese Wand 5 durchdringende Lichtstrahl nicht mehr gebrochen. Diese Form des Prismas ist bei gewissen Geräten vorteilhaft, das erfindungsgemässe Prisma kann aber auch den übliehen Querschnitt nach einem gleich- schenkeligen Dreieck haben.
Im Sinne der Erfindung ist die Wand 6 des Prismas gegenüber den übrigen Wänden verdrehbar, wodurch erreicht wird, dass das Prisma den Lichtstrahl j mehr oder weniger ablenkt. Oder, im Falle die Richtung des einfallenden Lichtstrahls 3 sich ändert, kann die Wand 6 so verdreht werden, dass der aus dem Prisma austretende Lichtstrahl wieder in der Richtung des Pfeiles 4 verbleibt. Hiebei ändert sich der Rauminhalt des Gefässes 1 nicht, d. h. die Flüssigkeit 2 füllt das Gefäss 1 stets vollständig aus.
Dieses Flüssigkeitsprisma kann zu verschiedenen Gebrauchszwecken verwendet werden. So kann z. B. in fernrohrartigen oder prüfrohrartigen Geräten das Erfordernis auftreten, dass das Rohr gekrümmt wird und dass durch dieses gekrümmte Rohr durchgeschaut werden soll. Ein derartiges
Gerät ist z. B. das Gastroskop, das zur Untersuchung des Magens dient. Ein solches Gerät besteht im Wesen aus einem Metallrohr, an dessen in den Magen einzuführendem Ende sich eine Lampe und ein Spiegel-oder ein Prismensystem befindet, so dass durch dieses Gerät die Magenwände sichtbar sind. Derartige Untersuchungen waren bisher sehr schwierig, gefährlich und unvollkommen, da die Gastroskope starr sind und sich nicht an die Krümmungen des Speiserohres und des Magens anpassen. Es ist zwar schon ein biegsames Gastroskop bekannt, das aber teuer ist und auch andere Nachteile aufweist, z.
B. gibt es ein nicht genügend lichtes Bild.
Das Prisma nach der Erfindung ist für biegsame Untersuehungsrohre, z. B. Gastroskope, sehr geeignet. Ein das Flüssigkeitsprisma nach der Erfindung enthaltender Teil eines derartigen Gastroskops ist in der Fig. 2 dargestellt. Das Rohr des Geräts besteht aus den Rohrstücken 7, 8, die durch ein Gelenk oder Kugelgelenk 9 verbunden sind, also gegeneinander verschwenkbar sind. Das Prisma, das bei dieser Ausführungsform im Ruhezustand zylinderförmig ist, ist mit dem unteren Rohrstück 8
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fest verbtmden, indem die Wand 5 des Prismas an das Rohrstück 8 befestigt ist. Die obere Wand 6 des Prismas liegt in der unversehwenkten Lage des Rohres 7 in der durch strichpunktierte Linien darge-
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eintretender Lichtstrahl in seinem Weg durch das Prisma nicht gebrochen wird.
Wird aber das Rohr 7 gegenüber dem Rohr 8 in der dargestellten Weise verschwenkt und soll hiebei der in der Richtung der Linie 4 eintretende Lichtstrahl in der Richtung der Linie 3 abgelenkt werden, so ist die Wand 6 in die dargestellte Lage zu verdrehen, da in diesem Falle der Lichtstrahl nach den bekannten Regeln der Optik aus der Richtung 4 in die Richtung 3 abgelenkt wird. Zur Ermöglichung des Verdrehens kann z. B. die die Seiten 5 und 6 des Prismas verbindende zylindrische Wand aus Gummi, Leder oder einem andern biegsamen Stoff hergestellt werden, der bei der dargestellten Ausführungsform auch undurchsichtig sein kann.
Die Seite 6 des Prismas kann in entsprechender Weise gelagert und die Verdrehung in der Weise bewirkt werden, dass die Seite 6 bei der Verschwenkung des Rohres 7 zwangläufig mit einem solchen Winkel verdreht wird, dass der Lichtstrahl in der oben beschriebenen Weise gebrochen wird. Eine derartige Einrichtung ist als Beispiel in den Fig. 3 und 4 dargestellt.
Fig. 3 ist ein Schnitt senkrecht zur Schnittebene der Fig. 2, während Fig. 4 eine Ansicht entsprechend der Fig. 2 ist, jedoch in der geraden Lage der Rohrteile.
Die verdrehbare Seite 6 des Prismas, die sieh gegenüber der starr befestigten Seite 5 befindet, ist mittels ihrer Zapfen 11 in Lagern der Verlängerung des Rohres 8 gelagert. An den Enden der Zapfen 11 ist je ein Zahnrad 12 befestigt ; letztere wirken mit Zahnsegmenten 1. 3 zusammen. Die Segmente 1. 3 sind aus den Durchbrechungen 15 des mit dem Rohrteil 7 fest verbundenen Gelenkstückes. M gebildet und sind diese Segmente mit den das Rohr 7 lagernden Zapfen 16 konzentrisch angeordnet. Wird das Rohr 7 gegenüber dem Rohr 8 um die Zapfen 16 versehwenkt, so werden die mit dem Rohr 7 zusammen verdrehten Segmente 1.'3 die Zahnräder 12 verdrehen, wodurch die mit letzteren starr verbundene Seite 6 verdreht wird, letztere nimmt also die in Fig. 2 ersichtliche schräge Lage ein.
Die Abmessungen der Zahnräder 12, 13 können nach den bekannten Regeln der Optik leicht bestimmt werden. Es sei bloss der Vollständigkeit halber bemerkt, dass der Verschwenkungswinkel
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Aus obigen Ausführungen ist ersichtlich, dass bei dem Gelenk nach der Erfindung-bei entsprechender Anordnung der Zahnräder bzw. im allgemeinen des Triebwerkes-der Lichtstrahl stets so gebrochen wird, dass er in der Richtung des folgenden Rohrstückes fällt, es kann also durch das fernrohrartige Gerät auch dann durchgesehen werden, wenn dessen Teile miteinander einen Winkel bilden. Mit andern Worten, der Lichtstrahl verbleibt stets in der optischen Achse des Geräts.
Bei der Anordnung nach den Fig. 1--4 ist die bewegliche Seite des Prismas im entgegengesetzten Sinne zu verdrehen wie der bewegliche Rohrteil, was bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 durch die Zahnradübersetzung 12, 1 : 3 bewirkt wird. In manchen Fällen kann das Verdrehen der beweglichen Seite des Prismas im entgegengesetzten Sinne zum beweglichen Teil des Geräts Schwierigkeiten bereiten ; in solchen Fällen kann mit Vorteil das in der Fig. 5 dargestellte Prisma verwendet werden, bei welchem das Verdrehen der Prismenwand im gleichen Sinne erfolgt wie das Verdrehen des beweglichen Teiles des Gerätes. Bei diesem Prisma wird der in der Richtung des Pfeiles 17 eintretende Lichtstrahl, durch die Seite 18 des Prismas austretend, in der Richtung 19 abgelenkt.
Falls gewünscht wird, dass bei Änderung der Richtung des einfallenden Lichtstrahls der austretende Lichtstrahl unverändert in der Richtung des Pfeiles 10 verbleibe, so ist die Seite 18 des Prismas verdrehbar zu machen. Im
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Uhrzeiger, so ist auch die Fläche 18 im gleichen Sinne zu verdrehen, wenn die Richtung des austretenden Lichtstrahls unverändert bleiben soll, da bei dieser Ausführungsform der Lichtstrahl umgekehrt wie vorher vom dichteren Medium in das dünnere übergeht. Diese abgeänderte Lage des Lichtstrahls
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dargestellt ist.
Der aus dem Prisma austretende Lichtstrahl kann in ein weiteres Flüssigkeitsprisma 20 eingeführt werden, dessen untere (in der Zeichnung nicht dargestellte) Seite ebenso wie die Seite 18 verdrehbar sein kann. Die in der Zeichnung nicht dargestellte Eintrittsseite des oberen Prismas ist unbeweglich ebenso wie die Seite 21 des Prismas 20.
Ein Anwendungsbeispiel einer derartigen Prismenzusammenstellung ist in Fig. 6 gezeigt. Das Prisma 20 ist mit dem Rohrstück 8 starr verbunden, das obere Prisma ist im Rohrstück 7 befestigt.
Die verdrehbare Seite 18 nimmt bei gerader Richtung der Rohrteile 7, 8 die strichpunktierte Lage ein, bei welcher kein Brechen des Lichtstrahls erfolgt. Im Falle der Rohrteil 7 nach Fig. 6 verdreht wird, so ist die Begrenzungswand 18 in die mit vollen Linien dargestellte Lage zu verdrehen.
Zur Verdrehung der Seite 18 wird ein entsprechender Mechanismus verwendet, der bei Verschwenken des Rohrteiles 7 die Seite 18 zwangläufig verdreht.
Wenn die einzelnen Rohrteile des Geräts gegeneinander nicht in einer Ebene, sondern in verschiedenen, z. B. in zwei aufeinander senkrechten Ebenen verschwenkt werden, so müssen die beweglichen Seiten 6 bzw. 18 sich ebenfalls um zwei aufeinander senkrechte Achsen verdrehen. Bei einer andern
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Lösung wird eine Seite, z. B. Seite 6, des Prismas entsprechend den Verschwenkungen des beweglichen Rohrteiles in einer Ebene und entsprechend den Verschwenkungen in der andern Ebene die andere Seite, z. B. Seite 5, des Prismas verdreht.
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Die Erfindung ist nicht auf Gastroskope beschränkt, sondern kann überall Anwendung finden, wo das Ablenken von Lichtstrahlen in verschiedenem Masse erforderlich ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitsprisma, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Seitenwände des den Flüssigkeitsgehalt umschliessenden Gefässes gegenüber den übrigen Seiten zwecks Veränderung des Brechungswinkels verdrehbar sind.