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Vorrichtung zum kontinuierlichen Ausblenden der inneren Teile von Lichtbündeln
Die Erfindung betrifft einevorrichtung zum kontinuierlichen ausblenden derinnerenTeile von Lichtbündeln.
In der Optik ist es oft erforderlich, die in der Bahn von Lichtbündeln befindlichen Blenden kontinuierlich zu verstellen. Bis jetzt ist dies durch Verminderung des Lichtbündelquerschnittes nach innen erfolgt. Das Ausblenden der zentralen Lichtstrahlen konnte aber nur durch zentral angeordnete undurchsichtige Platten von geringerem oder grösserem Durchmesser erreicht werden. Auf diese Weise war aber nur eine stufenmässige Verstellung möglich.
Zum kontinuierlichen Ausblenden der inneren Teile von Lichtbündeln ist bereits vorgeschlagen worden, Spiegel zu verwenden, die kegelförmig ausgebildet und ineinander beweglich angeordnet sind. Diese Spiegel haben unter anderem den Nachteil, dass ein Ausblenden des mittleren Teiles des Lichtbündels nicht vollständig vermieden werden kann. Es kommt auch vor, dass der Querschnitt des einfallenden Strahlenbündels den doppelten Wert des Querschnittes vom austretenden Strahlenbündel aufweist. Dies hat den weiteren Nachteil zur Folge, dass Lichtquellen mit grossem Raumwinkel verwendet werden müssen, deren erhöhte Lichtenergie nicht entsprechend ausgebeutet werden kann. Es ist auch erforderlich, umständliche Vorrichtungen zu verwenden.
Die Erfindung bezweckt vor allem die Behebung der oben erwähnten Nachteile unter Vermeidung von Spiegelflächen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in der Nähe der Enden eines lichtdurchlässigen, länglichen Körpers symmetrisch zu seiner Längsachse einstellbare Blenden vorgesehen sind, wobei mindestens ein durch die Längsachse des Körpers gelegter Schnitt aus zwei gleichen und entlang ihrer gleich langen, parallelen Seiten spiegelbildlich angrenzenden geraden Trapezen besteht, die der folgenden Gleichung genügen :
l=d [cotgoc+cotg (ss-ss')], wobei 1 die Länge der längeren parallelen Seiten, d die Höhe, a den spitzen Winkel der Trapeze, ss (ss = 90 - a) den Einfallwinkel auf die Endflächen des länglichen Körpers von zur Längsachse des länglichen Körpers parallelen Lichtstrahlen und B ' den Brechungswinkel des Lichtstrahles im länglichen Körper bedeutet.
Versuche haben gezeigt, dass durch die erfindungsgemässe Vorrichtung die Lichtenergie der verwendeten Lichtquellen besser ausgenützt werden kann.
Es ist zweckmässig, den länglichen Körper zylinderförmig auszubilden und seine Enden durch lichtdurchlässige normale Kegelflächen zu begrenzen, deren Scheitelpunkte in der Symmetrieachse des zylindrischen Körpers liegen.
Es ist aber auch möglich, den lichtdurchlässigen länglichen Körper als ein Prisma auszubilden, des-
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sen beide Enden durch lichtdurchlässige ebene Flächen begrenzt sind, die unter gleichen Winkeln zur Längsachse des Prismas angeordnet sind und deren Schnittlinien durch die Symmetrieachse des Prismas gehen. Die vor den Begrenzungsflächen vorgesehenen Blenden weisen dann zweckmässig eine viereckige Form auf und sind gegenseitig verstellbar angeordnet.
Der lichtdurchlässige Körper kann auch aus zwei ablenkungsfreien Prismen bestehen, die entlang ihrer schmäleren parallelen Seiten miteinander verkittet sind, wobei in der Nähe der beiden Enden dieses zusammengesetzten Körpers viereckige und gegenseitig verschiebbare Lichtblenden einander gegenüber vorgesehen sind.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt und teilweise in Ansicht eine beispielsweise Ausführungsform der erfindungs- gemässenvorrichtung, wobei Fig. la die optischen Verhältnisse darstellt. Fig. 2 ist die Seitenansicht derselben Ausführungsform. Fig. 3 ist der Querschnitt eines aus der Vorrichtung gemäss den Fig. 1 und 2 austretenden Lichtbündels. Fig. 4 stellt eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels dar. Die Fig.
5 bzw. 6 stellen die Seiten- bzw. Vorderansicht eines andern Ausführungsbeispiels dar. Fig. 7 zeigt die Draufsicht von Blenden gemäss Fig. 5. Die Fig. 8 stellt einen Schnitt und Fig. 9 die Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels dar.
Gleiche Bezugszeichen weisen zum Teil auf ähnliche Einzelheiten in den Zeichnungsfiguren hin.
In der Zeichnung ist mit 1 ein zylindrischer, lichtdurchlässiger Körper bezeichnet, dessen beide Enden durch ebenfalls lichtdurchlässige, zur Längsachse koaxiale Kegel 2 und 3 mit gleichen Winkeln begrenzt
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Bei Verfolgung des in der Symmetrieebene des Rotationskörpers, z. B. in der Ebene der Zeichnung fortschreitenden Lichtbündels ist es ersichtlich, dass die Strahlen 7 und 8, die an den Rändern des einfallenden Lichtbündels liegen, nach dem Austreten nahe an die optische Achse 6 des Rotationskörpers 1 verlegt sind, wie dies durch die Bezugszeichen 7a bzw. 8a angedeutet ist.
Anderseits verlassen die in der Nähe der axialen Mittellinie einfallenden Lichtstrahlen 9 bzw. 10 das Prisma 1 an den Rändern des Lichtbündels ga, 10a. Da der Querschnitt des Rotationskörpers 1 quer zur Rotationsachse 6 eine Kreisform aufweist und somit auch das austretende Lichtbündel kreisförmig ist, wird der Querschnitt des austretenden Lichtbündels dem Querschnitt des eintretenden Lichtbündels gleich sein, was bezüglich der Lichtausbeute d er verwendeten Lichtquelle von Bedeutung ist.
Eintritts- bzw. Austrittsquerschnittevon Licht sind durch Bezugszeichen 11 bzw. 12 angedeutet. Diesen sind Blenden 13 bzw. 14 zugeordnet, die in der Form eines Kreises mit allmählich abnehmendem Durchmesser geschlossen werden können. Solange die Öffnungen der Blenden 13 bzw. 14 dem kreisförmigen Gesamtquerschnitt des Rotationskörpers 1 entsprechen, sind die Querschnitte des durchgelassenen Lichtes einander gleich, ob es sich um eintretendes oder austretendes Licht handelt. Wenn dagegen die Blende 13 so weit geschlossen wird, wie dies in Fig. 2 durch das Bezugszeichen 15 angedeutet ist, werden die Strahlen des Lichtbündels, dessen Querschnitt mit 11 bezeichnet ist, bis zu den Strahlen 16 und 17 abgeblendet.
Demgemäss wird das austretende Lichtbündel im Inneren durch Strahlen 16a bzw. 17a begrenzt, zwischen denen ein Dunkelfeld 15a erscheint, das dem Öffnungsdurchmesser 15 entspricht.
Der Aussendurchmesser des austretenden Lichtbündels kann durch Verengung der Blende 14 verrin- gertwerden. Wenn z. B. die Blende 14 derart geschlossen wird, dass sie eine Öffnung 18 begrenzt, wird der Rotationskörper 1 ein Lichtbündel mit ringförmigem Querschnitt durchlassen. Der Durchmesser des inneren Dunkelfeldes ist mit 15a, der äussere Durchmesser des ringförmigen Lichtbündels ist in Fig. 3 mit 18 bezeichnet. Es ist somit ersichtlich, dass der Rotationskörper 1 mit den ihm zugeordneten einfachen Blenden 13 und 14 zur kontinuierlichen Ausblendung der zentralen Teile von Lichtbündeln geeignet ist. Hiezu kommt, dass auch die radiale Abmessung des ringförmigen Lichtbündels mittels der Blenden 13, 14 kontinuierlich geregelt werden kann.
Da der Rotationskörper 1 aus durchsichtigem Material wie Glas oder Quarz besteht, müssen nur Lichtverluste in Kauf genommen werden, die beim Lichteintritt oder Lichtaustritt durch Reflexion, oderim Körpermaterial durch Absorption entstehen und deren Gesamtwert immer geringer ist als die Lichtverluste, die durch mit Aluminium bedeckte freie Spiegelflächen bedingt sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass infolge der Vermeidung von freien Spiegelflächen die erfindungsgemässe Vorrichtung eine erhöhte Lebensdauer haben wird.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Rotationskörpers 1 ist in Fig. 4 dargestellt. Im dargestellten Fall ist der Rotationskörper 1 an seinen beiden einander entgegengesetzten Enden durch lichtdurchlässige gerade Kegelflächen 19 bzw. 20 mit gleichen Neigungswinkeln begrenzt, deren Scheitelpunkte 21 bzw. 22 ebenfalls in der Rotationsachse 23 des Rotationskörpers 1 liegen. Die Lichtbahnen sind auch hier in der in der
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Zeichnungsebene liegenden Symmetrieebene eingezeichnet. Die äusseren Strahlen des eintretenden Licht- bündels pflanzen sich nach Verlassen des Rotationskörpers 1 auch hier im zentralen Teil des Lichtbündel- querschnittes fort, während die zentral eintretenden Strahlen Randstrahlen des austretenden Lichtes dar- stellen. Ein Lichtstrahl 25 fällt z.
B. auf der glänzend bearbeiteten zylindrischen Fläche 24 auf, nachdem er auf der Fläche'19 reflektiert worden ist. Hier entsteht ein Einfallwinkel 6, der grösser ist als der
Grenzwinkel der totalen Reflexion. Dies bedeutet, dass der Lichtstrahl 25 nach totaler Reflexion bei der
Fläche 20 ankommt, da der Austrittswinkel wegen der vollständigen Symmetrie dem Eintrittswinkel bei der Fläche 19 gleich ist. Somit ist die äussere Fläche 24 des Rotationskörpers 1 immer glänzend zu bear- beiten. Sie kann auch mit einem lichtreflektierenden Überzug versehen sein. Diese spiegelnde Fläche kann aber auch zugleich mit einem Schutzüberzug versehen sein, da die totale Reflexion entscheidend ist. Durch Verstellung der Blenden 13 bzw. 14 mit veränderlichen kreisförmigen Öffnungen in der Nähe der Lichteintritts- bzw.
Austrittsflächen kann das austretende Lichtbündel in der Weise geändert werden, wie dies in den Fig. 1 - 3 dargestellt ist.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, mit dem das zentrale Ausblenden von Lichtbündeln kontinuierlich und in viereckiger Form vorgenommen werden kann. Der lichtdurchlässige Körper 26 ist durch Ebenenbegrenzt. An seinen einander entgegengesetzten Enden sind dies die Ebenen 27,28 bzw. 27a, 28a, die je einen Winkel von z. B. 900 einschliessen und deren Schnittlinien 30b durch die Symmetrieachse 29 des lichtdurchlässigen Körpers 26 gehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden die inneren Strahlen 30 bzw. 31 des eintretenden Lichtbündels bei Austreten als Randstrahlen 30a und 31a fortschreiten, während die Randstrahlen 32 bzw. 33 des eintretenden Lichtes sich als innere Randstrahlen 32a bzw. 33a fortpflanzen werden.
Auf diese Weise kann mittels gegenseitig verstellbarer Blenden 34 bzw. 34a von viereckiger Form vor dem Lichteintrittsende des Rotationskörpers 26 ein kontinuierlich zunehmendes viereckiges dunkles Feld im zentralen Teil des austretenden Lichtbündels erreicht werden. Vor dem Lichtaustrittsende vorgesehene viereckige und gegenseitig verstellbare Blenden 35 und 35a dienen zum Einstellen der äusseren Abmessung des austretenden Lichtbündels.
Ein anderes Ausführungsbeispiel von Vorrichtungen dieser Art ist in Fig. 8 dargestellt. Der Körper besteht hier aus zwei ablenkungsfreien Prismen 36 und 37, die entlang ihrer Seiten 38 miteinander verkittet sind. Die Strahlen eines eintretenden Lichtbündels werden in der bereits beschriebenen Weise verlegt. Bei Verfolgung des Lichtweges ist ersichtlich, dass die Lichtstrahlen nach totaler Reflexion an den glänzend bearbeiteten Flächen 40 und 41 bei der Austrittsfläche eintreffen. Vor der Eintrittsöffnung sind viereckige und gegenseitig verschiebbare Blenden 34 und 34a vorgesehen, deren Draufsicht in Fig. 7 dargestellt ist. Blenden dieser Art sind geeignet, zumindest in der Mitte des austretenden Lichtbündels ein dunkles Feld zu bewirken, d. h. das Blenden z. B. innerhalb einer Zone 39 vorzunehmen, wie dies in der Seitenansicht gemäss Fig. 9 angedeutet ist.
Durch gegenseitiges Annähern der Blenden 35,35a vor dem Austrittsende des Prismas wird die Breite des austretenden Lichtbündels verringert.
Die Mittel zur Handhabung des länglichen Körpers und der Blenden sind in der Zeichnung dargestellt.
Da sie aber nicht zur eigentlichen Erfindung gehören, erübrigt sich ihre nähere Beschreibung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Ausblenden der inneren Teile von Lichtbündeln, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der Enden eines lichtdurchlässigen, länglichen Körpers (1, 26,36, 37), symmetrisch zu seiner Längsachse (6,29) einstellbare Blenden (13,14, 34,34a, 35,35a) vorgesehen sind, wobei mindestens ein durch die Längsachse des Körpers gelegter Schnitt aus zwei gleichen und entlang ihrer gleich langen, parallelen Seiten spiegelbildlich angrenzenden geraden Trapezen besteht, die der folgenden Gleichung genügen :
l d[cotg Ct+cotg (/3 - 8') ], wobei 1 die Länge der längeren parallelen Seiten, d die Höhe, Ct den spitzen Winkel der Trapeze, 8 (ss = 90 - Ct) den Einfallwinkel von zur Längsachse des länglichen Körpers parallelen Lichtstrahlen auf die Endflächen des länglichen Körpers und/3'den Brechungswinkel des Lichtstrahles im länglichen Körper bedeutet.