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Vorrichtung zur Vergrösserung der Lichtausbeute
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steigerung der Lichtausbeute eines strahlenden Körpers, insbesondere eines Glühfadens oder-bandes, mit einem diesen zumindest teilweise umschliessenden, gegebenenfalls zwei-oder mehrteiligen Gehäuse, das eine Austrittsöffnung für die Strahlung aufweist und mit einer zu dem strahlenden Körper zentriert liegenden sphärischen Hohlspiegelfläche versehen ist. Ausser Strahlern mit glatter Oberfläche, z. B. Bändern oder Drähten aus Wolfram, kommen solche mit zerstreuender Oberfläche, z. B. Nernst- oder Globarstifte, oder mit einem Opalglaskolben versehene Lichtquellen in Betracht.
Da die abgestrahlte Energie jedes Temperaturstrahlers mit der Temperatur sehr stark zunimmt, werden alle Strahler dieser Art bei möglichst hohen Temperaturen betrieben, um die Lichtausbeute zu steigern. Die obere Grenze der praktisch anwendbaren Temperatur ist dabei von der Natur des Materials bestimmt, aus dem der Strahler besteht, und muss bei wirtschaftlichen Konstruktionen auch im Hinblick auf eine vernünftige Lebensdauer festgelegt werden.
Es sind Vorrichtungen bekanntgeworden, bei welchen ein Strahler in eine spiegelnde Hülle eingeschlossen ist, als deren Wirkung letzten Endes eine Temperaturerhöhung des Strahlers resultiert. Die auf diese Weise gewonnene Verbesserung der Lichtausbeute ist auf Kosten der Lebensdauer der Strahlungsquelle erreicht. Nach einem andern Vorschlag soll die Lichtquelle in einem verhältnismässig grossen Gehäuse mit reflektierender sphärischer Innenfläche untergebracht werden, das aus zwei Teilen zusammengesetzt ist. Die Herstellung grosser, annähernd halbkugelförmiger sphärischer Flächen von optischer Qualität ist zwar möglich, aber sehr kostspielig, so dass solche Vorrichtungen nicht auf den Markt gekommen sind.
Das Ziel der Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die von den erwähnten Mängeln frei ist und bei welcher die nicht aus dem Austrittsfenster austretende Strahlung zu einer Abbildung des strahlenden Körpers auf sich selbst herangezogen wird. Durch diese Massnahme ist es möglich, dem strahlenden Körper wenigstens annähernd die Strahlungseigenschaften eines schwarzen Körpers der gleichen Temperatur zu verleihen und die Lichtausbeute ohne Temperaturerhöhung zu steigern.
Die erforderliche Abbildung wird teils durch die sphärische Innenwand des die Lichtquelle umgebenden Gehäuses, teils erfindungsgemäss mit Hilfe eines der Austrittsöffnung des letzteren gegenüberliegendes Autokollimationssystemes in bezug auf die Lichtquelle bewirkt, das einen wenigstens annähernd gleichen Öffnungswinkel wie die Austrittsöffnung aufweist und z. B. als sphärische Hohlspiegelfläche von kleinerem Krümmungradius als die spiegelnde Fläche des Gehäuses ausgebildet ist.
Die Durchführung des oben erwähnten Gedankens, die Strahlungsquelle auf sich selbst abzubilden und dabei auch die mehrfachen aufeinanderfolgenden Reflexionen an der abbildende Fläche und an dem strahlenden Körper mit einzubeziehen, erfordert sowohl dessen anzustrebende beste Zentrierung als auch vorzugsweise eine ausgezeichnete optische Qualität der diese Abbildung bewirkenden sphärischen Flächen.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung sind diese Flächen verhältnismässig klein, und überdies kann die Spiegelfläche des Autokollimationssystemes von geringerer Qualität sein.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigt in schematisierter Darstellung Fig. l eine Ausführungsform mit einem als Hohlspiegel, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform mit einem als Konvexlinse mit Planspiegel ausgebildeten Autokollimationssystem.
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Die Vorrichtung nach Fig. l besteht aus einem nicht weiter dargestellten Gehäuse mit zwei spiegelnden Kugelzonen 1 bzw. 2, die konzentrisch angeordnet sind. In dem von diesen Zonen teilweise begrenzten Hohlraum ist eine Lichtquelle 3 untergebracht, die im vorliegenden Falle als mit einer Hülle umgebene Wendel angenommen ist. Ein Teil der Hüllenoberfläche kann mit einem im wesentlichen ringförmigen, reflektierenden Belag 4 versehen sein. Eine der spiegelnden Zonen, l, ist mit einer Austrittsöffnung versehen, in der ein Kondensor 5 steht. Der Austrittsöffnung gegenüber befindet sich ein hinter der Strahlungsquelle angeordnetes Autokollimationssystem, das als Hohlspiegel 6 von kleinerem Radius angedeutet ist.
Die Öffnung dieses Hohlspiegels entspricht annähernd der Öffnung des durch die Austrittsöffnung austretenden Lichtbündels bzw. des Kondensors. An der von dem Hohlspiegel abgeschatteten Stelle der Kugelzone 2 kann eine Öffnung angeordnet sein, die eine Verbindung mit Aussenluft herstellt und im Verein mit andern Öffnungen des Gehäuses, z. B. in Umgebung einer nicht gezeichneten Lampenfassung und gegenüber dem Lampenscheitel, eine Luftzirkulation ermöglicht, die zur besseren Kühlung der Vorrichtung erwünscht sein kann.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist sehr einfach. Die von der Lichtquelle ausgesandte Strahlung tritt zum Teil unmittelbar aus der Austrittsöffnung aus bzw. gelangt sie in den dort stehenden Kondensor.
Ein Lichtbündel von gleicher Öffnung und Gestalt strahlt von dem strahlenden Körper in entgegengesetzter Richtung aus und trifft auf den Hohlspiegel 6. Nach Reflexion an dessen Oberfläche gelangt auch dieses Bündel durch die Austrittsöffnung auf den Kondensor. Da als Kondensoren in Projektoren od. dgl. ver-
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Cy : : eme in allgemeinenwerden kann. HScre Anforderungen sind an die Qualität der beiden spiegelnden Kugelzonen 1 bzw. 2 zu stellen, die zu dem strahlenden Körper auch mit grösserer Sorgfalt zentriert sein müssen, als für die ausreichande Juetisrung des Autokollimationssystemes und des Kondensors erforderlich ist, da andernfalls eine optische Abbildung der Lichtquelle auf sich selbst nicht ausreichend gewährleistet ist.
Sämtliche reflektierenden Flächen sollen ein Reflexionsvermögen aufweisen, das in dem interessierenden Spektralgebiet so nahe wis möglich an eins liegt. Da das Material, aus dem das Gehäuse oder die Träger dieser Flächen bestehen, im allgemeinen diese Forderungen nicht erfüllen wird, müssen die spiegelnden Oberflächen mit Belägen von hohem Reflexionsvermögen versehen sein, wenn gute Ergebnisse erzielt werden sollen. Handelt es sich um metallische Baustoffe, so muss dieser Belag an der dem Strahler zugekehrten Oberfläche aufbracht sein. Es kann sich aber empfehlen, das Gehäuse aus einem durchsichtigen Material, z. B. aus Glas (Pyvex oder Duran) oder besser aus Quarzglas, herzustellen.
In diesem Falle können die reflektierenden Bestandteile als Schalen ausgebildet sein, deren der Strahlungsquelle abgewandte Oberflächen den Belag tragen, wie in Fig. 1 angedeutet ist.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, bei der das Autokollimationssystem aus einer Konvexlinse 7 und aus einem hinter dieser zu ihrer Achse senkrecht angeordneten Planspiegel 8 besteht (das Gehäuse ist nicht dargestellt). In der Brennebene der Linse steht der strahlende Körper 3, so dass das von diesem ausgehende, auf die Linse auffallende Licht wieder durch den Kondensor 5 austritt. Der Planspiegel kann in beliebiger Entfernung von der Linse stehen, so dass zwischen diesen leicht ein neigbares planparalleles Farbglas 9 in den parallelen Strahlengang gestellt werden kann. Durch Neigen des Farbglases kann ohne Beeinträchtigung der Parallelität der Strahlen die durchsetzte Glasdicke verändert, damit die Farbe des reflektierten Bildes und folglich die Farbtemperatur des gesamten Strahlenbündels verändert werden.
Man erhält auf diese einfache Weise eine änderbare Farbleuchtdichte, die über der eigenen Leuchtdichte des glühenden strahlenden Körpers in diesem Farbbereiche liegt. Wird der von dem Strahler, z. B. einem Wolframdraht, ausgesandten kontinuierlichen Strahlung das Licht einer ein Linienspektrum ausstrahlenden Hilfslichtquelle beigemischt, so können in dem von dem Wolframfaden herrührenden kontinuierlichen Spektrum einzelne Wellenlängen hervorgehoben bzw. markiert werden.
Die spiegelnden Flächen, welche die Abbildung der Lichtquelle auf sich selbst vermitteln, sind nur Kugelzonen und nicht volle Halbkugeln. Da auf die Abbildungsgüte Wert zu legen ist, soll der Radius der reflektierenden Zonen nicht unter 30 mm liegen, um die sphärische Aberration klein zu halten. Wenn beste Ergebnisse erzielt werden sollen, muss ausserdem das Reflexionsvermögen annähernd gleich eins, die Kugelgestalt und die Zentrierung des Strahlers möglichst vollkommen und die Oberflächenpolitur von ausgezeichneter Güte sein.
Erfindungsgemässe Vorrichtungen mit einem strahlenden Draht können unter normalen Betriebsbedingungen im sichtbaren Spektralbereich als Lichtquellen für Lichtbildprojektoren, Mikroskope, Endo- skope, Profilprojektoren, Spektrographen usw. oder im Infrarot (X = 1-1, 5 11) als Infrarotprojektoren
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in Anordnungen mit Photozellen oder Bildtransformatoren bei elektronischen Sperren usw. verwendet werden, wobei im ersten Falle die Lichtausbeute auf etwa das Dreifache, im zweiten Falle auf das Vierbis Fünffache gesteigert ist. Bei Betrieb mit Überspannung erhält man im Rot eine Lichtausbeute, die der einer Bogenlampe sehr nahe kommt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Steigerung der Lichtausbeute eines strahlenden Körpers, insbesondere eines Glühfadens oder-bandes, mit einem diesen zumindest teilweise umschliessenden, gegebenenfalls zwei-oder mehrteiligen Gehäuse, das eine Austrittsöffnung für die Strahlung aufweist und mit wenigstens einer zu dem strahlenden Körper zentriert liegenden sphärischen Hohlspiegelfläche versehen ist, gekennzeichnet durch ein der Austrittsöffnung gegenüberliegendes Autokollimationssystem in bezug auf den Strahler mit einem Öffnungswinkel, der dem der Austrittsöffnung mindestens annähernd gleichkommt, z. B. eine zu dem strahlenden Körper zentriert liegende sphärische Hohlspiegelfläche mit kleinerem Krümmungsradius als die spiegelnde Fläche des Gehäuses.