BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein optisches Element, das gleicherweise geeignet ist zur Sammlung und zur Aufweitung eines Strahlenbündels durch Zweifachspiegelung, mit einem zylindrischen, strahlendurchlässigen Körper, der mit einem aus einem axial angeordneten sphärischen, konkaven Hauptspiegel und einem planen, kreisförmigen Gegenspiegel bestehenden optischen System sowie mit mindestens einem Strahlenleiter verbunden ist, dessen Endfläche zumindest annähernd im Brennpunkt des optischen Systems angeordnet ist.
Für das Sammeln oder Aufweiten eines Strahlenbündels durch Zweifachspiegelung sind schon verschiedene optische Systeme und Vorrichtungen vorgeschlagen worden. So ist es beispielsweise bekannt (US-PS 4 054 364), Haupt- und Gegenspiegel gewölbt auszuführen. Das optisch gleichachsige Ausrichten des Haupt- und Gegenspiegels zueinander ist jedoch äusserst schwierig, auch bereitet das Einhalten des richtigen Abstandes zwischen diesen beiden Spiegeln weitere Schwierigkeiten. Soll das mit einem solchen System aufgeweitete Strahlenbündel über ein weiteres, gleiches System wieder gesammelt und einem Strahlenleiter zugeführt werden, so verdoppeln sich die angeführten Schwierigkeiten. Schon geringste Fehler in der Ausrichtung der Optik führen bereits zu starken Verlusten der Strahlenintensität.
Eine Verbesserung in einer Hinsicht brachte eine Lichtleiterverbindung (DOS 2 850 552), bei der zwei gleiche Systeme zur Sammlung bzw. Aufweitung von Lichtstrahlen je einen lichtdurchlässigen Körper aufweisen, welche mit ebenen Flächen aneinanderstossen. In jeden Körper ist ein gewölbter Haupt- und ein gewölbter Gegenspiegel eingeschliffen, was zwar die Einhaltung des gewünschten Abstandes zwischen den beiden Systemen erleichtert, jedoch herstellungsmässig schwierig ist. Eine achsparallele Führung des aufgeweiteten Strahlenbündels wird nur in beschränktem Ausmass erreicht und starke Verluste der Strahlungsintensität sind deshalb auch hier unvermeidlich.
Zur Behebung dieses Mangels ist eine Vorrichtung zur Verbindung von zwei Lichtleitern bekannt (US-PS 4 185 885), die ebenfalls zwei gleiche Systeme mit je einem lichtdurchlässigen Körper aufweist. Jeder Körper ist mit einem sphärischen Hauptspiegel und einem planen Gegenspiegel versehen, was an und für sich eine Vereinfachung bedeuten würde, doch ist zum Richten des aufgeweiteten Strahlenbündels die Durchtrittsfläche für dasselbe gewölbt. Es braucht nicht besonders betont zu werden, dass die optische Ausrichtung von drei Flächen zueinander besonders schwierig und die Herstellung sehr teuer ist. Für die Koppelung der beiden Körper muss zur Einhaltung eines bestimmten Abstandes eine Zwischenlage vorgesehen werden, was zusätzliche Fehlermöglichkeiten ergibt.
Aus den dargelegten Gründen konnten sich alle genannten Systeme in der Praxis nicht durchsetzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Element der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem nur kleine Verluste der Strahlungsintensität auftreten, das grösste Präzision aufweist und einfach und somit preisgünstig herstellbar ist. Ferner soll es leicht und ohne besondere Einrichtungen mit einem gleichen Element gekoppelt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein optisches Element mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Mit einem optischen Element, dessen strahlendurchlässiger Körper die erfindungsgemässen geometrischen Grössenverhältnisse aufweist, können die von einem Strahlenleiter eingespei sten Strahlen derart aufgeweitet werden, dass sie achsparallel austreten, ohne dafür weitere Hilfsmittel oder Vorkehrungen zu benötigen. Verluste durch Streustrahlen sind praktisch null.
Umgekehrt kann ein ankommendes, achsparallel ausgerichtetes Strahlenbündel verlässlich fokussiert und von einem Strahlenleiter aufgenommen werden. Die Koppelung von zwei derartigen Elementen, um Strahlen aus einem Strahlenleiter in einen anderen einzuspeisen, kann in einfacher Weise durch direktes Aneinanderfügen der beiden strahlendurchlässigen Körper - je nach ihrer konstruktiven Ausführung - an ihren Strahlen durchtrittsflächen oder an ihren Gegenspiegeln erfolgen.
Anhand der beigefügten Zeichnung werden nachstehend schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen optischen Elements und ein Verwendungsbeispiel näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Prinzipbild des optischen Systems;
Fig. 2 - 4 Varianten des strahlendurchlässigen Körpers mit Haupt- und Gegenspiegel;
Fig. 5 ein Element, das mit mehreren Strahlenleitern verbunden ist;
Fig. 6 ein Element mit angesetztem Prisma;
Fig. 7 die Verwendung zweiter optischer Elemente in Verbindung mit einem Reflexionskörper als Flüssigkeitsfühler.
Nach Fig. 1 ist der sphärische, konkave Hauptspiegel 1 mit dem Radius R ausgeführt. Axial dazu ist der plane, kreisförmige Gegenspiegel 2 im Abstand L1 von Scheitelpunkt S des Hauptspiegels angeordnet. Der Brennpunkt F dieses optischen Systems hat vom Gegenspiegel 2 den Abstand L2. Parallel zur Achse 3 ankommende Strahlen (es ist nur ein Strahl 4 eingezeichnet) werden vom Hauptspiegel 1, wie durch Pfeile angedeutet, auf den Gegenspiegel 2 und von diesem in den Brennpunkt F reflektiert. Damit alle Strahlen tatsächlich im Brennpunkt F fokussiert werden, ist das System derart ausgelegt, dass die Bedingung 0,8R > (L1 + L2) > 0,3R eingehalten ist. Je weiter diese Grenzen überschritten werden, desto mehr wird der Brennpunkt F zu einer Strahlen-Sammelstrecke auf der Achse 3 ausgedehnt.
Wird innerhalb des Bereiches dieser Sammelstrecke die Endfläche eines Strahlenleiters angeordnet, so ist es leicht verständlich, dass nur mehr ein Teil der Strahlen in den Strahlenleiter eingespeist werden. Bei Einhaltung der angegebenen Bedingung ergibt sich andererseits für die Ausführung eine weitgehende konstruktive Freiheit, wie die weiter unten beschriebenen Fig. 2-4 zeigen.
Wird das gleiche System zur Aufweitung eines Strahlenbündes benutzt (umgekehrte Pfeilrichtung des Strahls 4), so ist ebenfalls die obige Bedingung einzuhalten. Bei einer Überschreitung der Grenzen wird ein Teil der von einem Strahlenleiter eingespeisten Strahlen vom Hauptspiegel 1 nicht mehr parallel zur Achse 3 nach aussen reflektiert, sie gehen verloren und entsprechende Intensitätsverluste der Strahlung sind die Folge.
In allen Figuren der Zeichnung ist der ankommende Strahl so eingezeichnet, dass er zuerst auf den Hauptspiegel trifft und von dort über den Gegenspiegel zum Brennpunkt hin reflektiert wird, wie es bei Verwendung des Elements zur Sammlung eines Strahlenbündels entspricht. Es sei aber ausdrücklich vermerkt, dass jeweils das selbe Element gleicherweise zur Strahlenaufweitung benützt werden kann, was einen Strahlenverlauf in umgekehrter Pfeilrichtung ergibt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführung des zylindrischen, strahlendurchlässigen Körpers 5, welcher auf der einen Seite durch den Hauptspiegel 1, auf der anderen Seite durch eine plane Fläche begrenzt ist, welche den Gegenspiegel 2 trägt. Der verbleibende Teil 6 ist für den Durchtritt des ankommenden aufgeweiteten, achsparallel gerichteten Strahlenbündels bestimmt. Jeder Strahl 4, beispielsweise ein Licht- oder ein Laserstrahl, wird, wie eingezeichnet, zweimal reflektiert und gelangt zum Brennpunkt F des optischen Systems, welcher hier gerade im Scheitelpunkt des Hauptspiegels liegt. Die Endfläche des (nicht gezeigten) Strahlenleiters, welcher sowohl aus einer Einzelfaser als auch aus einem Faserbündel bestehen kann, ist im Brennpunkt F angeordnet. Es ist aber auch möglich, zwei oder mehrere Strahlenleiter mit ihren Endflächen in nächste Nähe des Brennpunktes zu bringen.
Wird das Element zur Sammlung eines Strahlenbündels verwendet, so trifft der zentrale Teil der von aussen kommenden Strahlen auf die Rückseite des Gegenspiegels 2, wird von diesem aufgefangen und gelangt daher nicht auf den Hauptspiegel 1, ist also verloren. Man wird sich deshalb bemühen, den Gegenspiegel so klein wie möglich zu machen. Sein Durchmesser kann derart gewählt werden, dass er gerade noch dem durch Strahlenart und Material des Körpers 5 bestimmten Aperturwinkel entspricht, welcher sich beim Einspeisen der Strahlen durch den Strahlenleiter, von dessen Endfläche ausgehend, ergäbe.
Auch der zentrale Teil des Hauptspiegels ist aus dem gleichen Grunde wirkungslos und wird daher nicht benötigt, ob das Element nun zum Sammeln oder zum Aufweiten eines Strahlenbündels verwendet wird. Der Hauptspiegel kann daher an dieser Stelle die Unterbrechung 7 aufweisen, die zweckmässigerweise den gleichen Durchmesser wie der Gegenspiegel hat, was auch aus Fabrikationsgründen günstig ist.
Der Körper 5 kann praktisch aus jedem - möglichst homo genen - strahlendurchlässigen Material und auch aus mehreren Einzelstücken bestehen, doch ist es vorteilhafter, ihn aus einem einzigen Stück zu fertigen, wofür sich Quarz als sehr brauchbar erwiesen hat.
Die Herstellung des Körpers 5 ist sehr einfach. Auf ein zylindrisches Arbeitsstück wird zuerst eine Sphäre mit entsprechendem Radius geschliffen und optisch poliert. Hierauf wird das Stück auf die gewünschte Dicke geschliffen und die Fläche ebenfalls optisch poliert. Anschliessend wird der so entstandene Körper bezüglich seiner planen Durchtrittsfläche optisch gerichtet und überzentriert. Alle diese Arbeitsgänge sind einfach und können mit höchster Präzision durchgeführt werden. Endlich werden der Haupt- und der Gegenspiegel angebracht, am besten direkt aufgedampft.
Weil das optische System bezüglich der planen Strahlendurchtrittsfläche zentriert wurde, können zur Verbindung von zwei Strahlenleitern die Körper 5 von zwei optischen Elementen durch Aneinanderstossen ihrer Durchtrittsflächen miteinander gekoppelt werden. Die sonst bei allen derartigen Kopplungsvorgängen sehr kritischen Winkelfehler werden mit Sicherheit vermieden, während eine kleine Parallelverschiebung der optischen Achsen gegeneinander hier bedeutungslos und daher zulässig ist.
Bei dem Körper 8 gemäss Fig. 3 ist der Gegenspiegel 2 in den Körper hinein verlegt. Der Brennpunkt F liegt hier hinter dem Hauptspiegel 1, weshalb der Körper 8 mit dem Ansatz 9 versehen ist, damit alle Strahlen innerhalb des Körpers bis zum Brennpunkt geführt werden können.
Nach Fig. 4 ist der Gegenspiegel 2 gegenüber der planen Strahlendurchtrittsfläche 6 vorgezogen, der Brennpunkt F liegt dadurch vor dem Hauptspiegel 1. Um den Strahlenleiter derart anbringen zu können, dass seine Endfläche im Brennpunkt liegt, ist die zylinderförmige, bis zum Brennpunkt reichende Vertiefung 10 in den Körper 11 eingearbeitet.
Es sei erwähnt, dass auch bei den Ausführungen nach den Fig. 3 und 4 die Strahlendurchtrittsfläche 6 in die Ebene des Gegenspiegels 2 verlegt werden kann.
Weiter oben wurde gesagt, wie zur Verbindung von zwei Strahlenleitern die Körper der zugehörigen optischen Elemente miteinander gekoppelt werden können. Es besteht aber noch eine andere Möglichkeit dafür, indem eine einfache Zusatzeinrichtung mit der planen Strahlendurchtrittsfläche 6 eines Elements verbunden wird, wie anschliessend gezeigt wird.
Ein Beispiel für ein Strahlenaufweitungssystem, welches dem optischen Element vorgeschaltet werden kann, ist in Fig. 5 dargestellt. Die durch den Strahlenleitef 12 zugeführten Strahlen weiten sich im Anschlusskörper 13 auf, der mit der planen Fläche 6 des Körpers 5 verbunden, z.B. verkittet ist. Im Linsensatz 14 werden die Strahlen achsparallel gerichtet, treten in den Körper 5 ein und werden nach Reflexion am Hauptspiegel 1 und am Gegenspiegel 2 im Brennpunkt F fokussiert, wo sie auf den Strahlenleiter 15 treffen. Wie ebenfalls aus Fig. 5 ersichtlich ist, können auch zwei oder mehrere derartige Aufweitungssysteme mit dem strahlendurchlässigen Körper eines Elements verbunden sein.
Auf diese Weise können gleichzeitig verschiedene Strahlen, beispielsweise aus dem Spektrum des Lichts, aus mehreren Strahlenleitern 12 eingespeist und vom Strahlenleiter 15 aufgenommen und weitergeleitet werden.
Die gleiche Einrichtung 12, 13, 14 lässt sich sinngemäss auch bei umgekehrter Strahlenführung verwenden. Sie ist dann der planen Fläche 6 nachgeschaltet und dient als Sammelsystem für die aus dem Körper 5 austretenden Strahlen.
Zwecks Selektion und Weiterleitung nur ganz bestimmter Strahlen kann die plane Fläche 6 mit einem entsprechenden Strahlenfilter verbunden werden, was sowohl für ankommende als auch für abgehende Strahlen anwendbar ist. Ebenso kann die plane Fläche selbst als Strahlenfilter ausgebildet sein. Auch kann sie mit einem Flüssigkristall zur Modulation von Strahlen verbunden werden.
Nach Fig. 6 ist auf die Strahlendurchtrittsfläche 6 des Körpers 5 das strahlendurchlässige, gleichseitige 900Prisma 16 mit der einen Kathetenflächen aufgekittet. Die Hypothenusenfläche 17 kann verspiegelt sein. Damit ist es möglich, ankommende Strahlen 4 durch Spiegelung parallel zur Körperachse 3 zu richten und durch weitere Reflexion am Hauptspiegel 1 und am Gegenspiegel 2 in den Strahlenleiter 15 einzuspeisen. Auch hier können umgekehrt die vom Strahlenleiter 15 eingespeisten Strahlen über das Prisma 16 nach aussen abgestrahlt werden.
Soll die Spiegelung unter einem anderen Winkel als 90" erfolgen, kann selbstverständlich ein anderes Prisma oder ein zweckentsprechender anderer geometrischer Körper verwendet werden. Es können auch zwei oder mehrere Prismen auf der Strahlendurchtrittsfläche angebracht werden.
Fig. 7 zeigt ein Beispiel aus der Praxis für die Verwendung zweier erfindungsgemässer optischer Elemente in Verbindung mit einem Reflexionskörper als Flüssigkeitsfühler. Der strahlendurchlässige, zylindrische Reflexionskörper 18 ist an einem Ende mit der zu seiner Längsachse senkrecht angeordneten, plan geschliffenen Fläche 19 versehen, auf der zwei aus Fig. 2 ersichtliche Körper 5 angebracht sind. Jeder Körper 5 ist mit einem Strahlenleiter 12 verbunden. Das andere Ende des Reflexionskörpers 18 ist dachförmig abgeschrägt, wobei die so entstandenen Reflexionsflächen 20 senkrecht zueinander stehen.
Das von der Strahlenquelle 21 ausgehende, durch den Strahlenleiter 12 geführte Strahlenbündel wird im optischen System des Körpers 5 aufgeweitet und tritt in den Reflexionskörper 18 ein, wo es, wenn der Flüssigkeitsfühler ausgetaucht, also von keiner Flüssigkeit umgeben ist, an der Reflexionsfläche 20 zweimal reflektiert wird, wie durch die strichlierte Linie 4 angedeutet ist.
Hierauf wird das Strahlenbündel im anderen Körper 5 gesammelt und gelangt über den zugehörigen Strahlenleiter 12 mit nahiezu der selben Intensität, wie es ausgesandt wurde, zum Empfänger 22.
Ist der Reflexionskörper 18 in Flüssigkeit eingetaucht, so tritt das eingespeiste Strahlenbündel durch die Reflexionsfläche 20 in die Flüssigkeit aus und es treffen praktisch keine reflektierten Strahlen auf den Empfänger 22.
Wenn die Flüssigkeit gerade so hoch steht, dass der Flüssigkeitsspiegel innerhalb des Auftreffbereiches des aufgeweiteten Strahlenbündels auf die Reflexionsfläche 20 liegt, tritt ein Teil der Strahlen in die Flüssigkeit aus, während der restliche Teil reflektiert wird und zum Empfänger 22 gelangt. Es ist verständlich, dass mit absinkendem Flüssigkeitsspiegel der Anteil der reflektierten Strahlen immer grosser wird und daher die vom Empfänger 22 aufgenommene Strahlungsintensität zunimmt. Es kann somit innerhalb eines sehr engen Pegelbereiches die Strahlungsintensität von null bis zu einem Maximum variieren, was eine sehr genaue Erfassung des jeweiligen Flüssigkeitsstandes ermöglicht und durch die trotz zweimaliger Reflexion scharfe Begrenzung des aufgeweiteten Strahlenbündels noch begünstigt wird.
Die vom Empfänger registrierte wechselnde Strahlungsintensität lässt sich in bekannter Weise in elektrische Impulse zur Einleitung von Regel-, Steuer- oder Schaltvorgängen umwandeln. Es ist also keine Zuführung von elektrischem Strom in den Flüssigkeitsfühler nötig, was insbesondere bei feuergefährlichen Flüssigkeiten erwünscht oder sogar Vorschrift ist.
Es sei noch erwähnt, dass der Reflexionsteil des Reflexionskörpers 18 auch kegelförmig ausgebildet sein kann, doch entstehen dabei grössere Strahlungsverluste, was die genannten Regelmöglichkeiten beeinträchtigt.
DESCRIPTION
The invention relates to an optical element, which is equally suitable for collecting and expanding a beam by double mirroring, with a cylindrical, radiolucent body, which consists of an axially arranged spherical, concave main mirror and a flat, circular counter mirror, and with is connected to at least one beam conductor, the end face of which is arranged at least approximately in the focal point of the optical system.
Various optical systems and devices have already been proposed for collecting or expanding a beam by double mirroring. For example, it is known (US Pat. No. 4,054,364) to design the main and counter mirrors to be curved. The optically coaxial alignment of the main and counter mirrors to each other is extremely difficult, and maintaining the correct distance between these two mirrors also creates further difficulties. If the bundle of rays expanded with such a system is to be collected again via another, identical system and fed to a beam guide, the difficulties mentioned are doubled. Even the slightest misalignment in the alignment of the optics leads to severe losses in radiation intensity.
An improvement in one respect brought a light guide connection (DOS 2 850 552), in which two identical systems for collecting or expanding light beams each have a translucent body, which abut one another with flat surfaces. A curved main mirror and a curved counter mirror are ground into each body, which makes it easier to maintain the desired distance between the two systems, but is difficult to manufacture. An axially parallel guidance of the expanded beam is only achieved to a limited extent, and large losses of the radiation intensity are therefore also inevitable here.
To remedy this defect, a device for connecting two light guides is known (US Pat. No. 4,185,885), which also has two identical systems, each with a translucent body. Each body is provided with a spherical main mirror and a planar counter mirror, which in itself would mean a simplification, but the passage surface for the directed beam is curved for the same. It does not need to be particularly emphasized that the optical alignment of three surfaces relative to one another is particularly difficult and the manufacture is very expensive. An intermediate layer must be provided for the coupling of the two bodies in order to maintain a certain distance, which results in additional error possibilities.
For the reasons set out, all of the systems mentioned could not prevail in practice.
The present invention has for its object to provide an optical element of the type described above, in which there are only small losses in radiation intensity, which has the greatest precision and is simple and thus inexpensive to manufacture. Furthermore, it should be easy to couple with the same element without special facilities.
This object is achieved by an optical element with the characterizing features of claim 1.
With an optical element, the radiolucent body of which has the geometrical proportions according to the invention, the rays fed in by a radiation guide can be expanded in such a way that they emerge parallel to the axis without the need for further aids or precautions. Losses from scattered radiation are practically zero.
Conversely, an incoming, axially parallel beam can be reliably focused and picked up by a beam guide. The coupling of two such elements in order to feed rays from one radiation guide into another can be done in a simple manner by directly joining the two radiation-permeable bodies - depending on their design - on their radiation passage surfaces or on their counter mirrors.
Exemplary embodiments of the optical element according to the invention which are illustrated schematically and an example of use are described in more detail below with reference to the accompanying drawing. Show it:
1 shows a schematic diagram of the optical system;
Fig. 2-4 variants of the radiolucent body with main and counter mirrors;
5 shows an element which is connected to a plurality of beam guides;
6 shows an element with an attached prism;
Fig. 7 shows the use of second optical elements in connection with a reflection body as a liquid sensor.
1, the spherical, concave primary mirror 1 is designed with the radius R. Axially to this, the flat, circular counter mirror 2 is arranged at a distance L1 from the apex S of the main mirror. The focal point F of this optical system is at a distance L2 from the mirror 2. Beams arriving parallel to the axis 3 (only one beam 4 is shown) are reflected by the main mirror 1, as indicated by arrows, onto the counter mirror 2 and from there into the focal point F. To ensure that all beams are actually focused at the focal point F, the system is designed in such a way that the condition 0.8R> (L1 + L2)> 0.3R is met. The further these limits are exceeded, the more the focal point F is extended to a radiation collecting section on axis 3.
If the end face of a beam guide is arranged within the area of this collecting path, it is easy to understand that only a part of the beams are fed into the beam guide. On the other hand, if the specified condition is met, there is extensive design freedom for the design, as shown in FIGS. 2-4 described below.
If the same system is used to expand a beam (reverse arrow direction of beam 4), the above condition must also be observed. If the limits are exceeded, some of the rays fed in by a radiation guide are no longer reflected outward from the primary mirror 1 parallel to the axis 3, they are lost and corresponding losses in intensity of the radiation are the result.
In all figures of the drawing, the incoming beam is drawn in such a way that it first hits the main mirror and is reflected from there via the counter mirror to the focal point, as is the case when the element is used to collect a beam. However, it should be expressly noted that the same element can be used equally for beam expansion, which results in a beam path in the opposite direction of the arrow.
FIG. 2 shows an embodiment of the cylindrical, radiolucent body 5 which is delimited on one side by the main mirror 1 and on the other side by a flat surface which carries the counter mirror 2. The remaining part 6 is intended for the passage of the incoming expanded, axially parallel beam. Each beam 4, for example a light or a laser beam, is reflected twice, as shown, and arrives at the focal point F of the optical system, which here is just at the apex of the main mirror. The end face of the beam guide (not shown), which can consist of both a single fiber and a fiber bundle, is arranged in the focal point F. However, it is also possible to bring two or more beam conductors with their end faces in close proximity to the focal point.
If the element is used to collect a ray bundle, the central part of the rays coming from the outside hits the back of the counter mirror 2, is caught by it and therefore does not reach the primary mirror 1, and is therefore lost. One will therefore endeavor to make the counter mirror as small as possible. Its diameter can be selected such that it just corresponds to the aperture angle determined by the type of radiation and material of the body 5, which would result when the rays are fed in through the radiation guide, starting from its end face.
The central part of the main mirror is also ineffective for the same reason and is therefore not required whether the element is used to collect or to expand a beam. The main mirror can therefore have the interruption 7 at this point, which advantageously has the same diameter as the counter mirror, which is also advantageous for manufacturing reasons.
The body 5 can consist of practically any - as homo genes - radiation-permeable material and also of several individual pieces, but it is more advantageous to manufacture it from a single piece, for which quartz has proven to be very useful.
The manufacture of the body 5 is very simple. A sphere with the appropriate radius is first ground and optically polished on a cylindrical work piece. The piece is then ground to the desired thickness and the surface is also optically polished. The resulting body is then optically aligned and over-centered with regard to its planar passage area. All of these operations are simple and can be carried out with the greatest precision. Finally, the main and the counter mirrors are attached, ideally vapor-deposited directly.
Because the optical system was centered with respect to the plane radiation passage area, the bodies 5 of two optical elements can be coupled to one another by connecting their passage areas to one another in order to connect two beam conductors. The otherwise very critical angular errors in all such coupling processes are avoided with certainty, while a small parallel displacement of the optical axes relative to one another is meaningless here and is therefore permissible.
In the body 8 according to FIG. 3, the counter mirror 2 is moved into the body. The focal point F is here behind the primary mirror 1, which is why the body 8 is provided with the projection 9 so that all rays within the body can be guided to the focal point.
According to FIG. 4, the counter mirror 2 is preferred to the plane radiation passage surface 6, the focal point F is thus in front of the main mirror 1. In order to be able to attach the beam guide in such a way that its end surface lies in the focal point, the cylindrical depression 10 reaching to the focal point is 10 incorporated into the body 11.
It should be mentioned that, in the embodiments according to FIGS. 3 and 4, the beam passage area 6 can also be moved into the plane of the counter mirror 2.
It was said above how the bodies of the associated optical elements can be coupled to one another in order to connect two beam conductors. However, there is still another possibility for this, in that a simple additional device is connected to the plane beam passage surface 6 of an element, as will subsequently be shown.
An example of a beam expansion system that can be connected upstream of the optical element is shown in FIG. 5. The beams supplied by the beam guide 12 expand in the connecting body 13, which is connected to the flat surface 6 of the body 5, e.g. is cemented. In the lens set 14, the rays are directed axially parallel, enter the body 5 and, after reflection on the main mirror 1 and on the counter mirror 2, are focused at the focal point F, where they meet the beam guide 15. As can also be seen from FIG. 5, two or more such expansion systems can also be connected to the radiation-transmissive body of an element.
In this way, different beams, for example from the spectrum of the light, can be fed in from a plurality of beam guides 12 at the same time and picked up and transmitted by the beam guide 15.
The same device 12, 13, 14 can also be used analogously with reverse radiation guidance. It is then connected to the flat surface 6 and serves as a collection system for the rays emerging from the body 5.
For the purpose of selection and forwarding of only very specific beams, the flat surface 6 can be connected to a corresponding radiation filter, which can be used both for incoming and outgoing beams. Likewise, the flat surface itself can be designed as a radiation filter. It can also be connected to a liquid crystal for modulating beams.
According to FIG. 6, the radiolucent, equilateral 900 prism 16 with one catheter surface is cemented onto the radiation passage surface 6 of the body 5. The hypotenuse surface 17 can be mirrored. It is thus possible to direct incoming rays 4 by mirroring parallel to the body axis 3 and to feed them into the beam guide 15 by further reflection on the main mirror 1 and on the counter mirror 2. Conversely, here too, the beams fed in by the beam guide 15 can be emitted to the outside via the prism 16.
If the reflection is to take place at an angle other than 90 ", a different prism or a suitable other geometrical body can of course be used. Two or more prisms can also be attached to the radiation passage area.
Fig. 7 shows an example from practice for the use of two optical elements according to the invention in connection with a reflection body as a liquid sensor. The radiolucent, cylindrical reflection body 18 is provided at one end with the plane-ground surface 19, which is arranged perpendicular to its longitudinal axis and on which two bodies 5 shown in FIG. 2 are attached. Each body 5 is connected to a radiation guide 12. The other end of the reflection body 18 is chamfered in a roof shape, the reflection surfaces 20 thus created being perpendicular to one another.
The beam of rays emanating from the radiation source 21 and guided through the radiation guide 12 is expanded in the optical system of the body 5 and enters the reflection body 18, where it is reflected twice on the reflection surface 20 when the liquid sensor is immersed, that is to say it is not surrounded by any liquid is, as indicated by the dashed line 4.
The beam of rays is then collected in the other body 5 and reaches the receiver 22 via the associated beam guide 12 with almost the same intensity as it was emitted.
If the reflection body 18 is immersed in liquid, the beam of rays fed in exits through the reflection surface 20 into the liquid and practically no reflected rays strike the receiver 22.
If the liquid is just high enough that the liquid level is within the area of incidence of the expanded beam on the reflection surface 20, some of the rays exit into the liquid, while the remaining part is reflected and reaches the receiver 22. It is understandable that as the liquid level drops, the proportion of the reflected rays becomes ever larger and therefore the radiation intensity received by the receiver 22 increases. The radiation intensity can thus vary from zero to a maximum within a very narrow level range, which enables a very precise detection of the respective liquid level and is further favored by the sharp limitation of the widened radiation beam despite two reflections.
The changing radiation intensity registered by the receiver can be converted in a known manner into electrical impulses for the initiation of regulating, control or switching processes. It is therefore not necessary to supply electrical current to the liquid sensor, which is desirable or even mandatory in the case of flammable liquids.
It should also be mentioned that the reflection part of the reflection body 18 can also be conical, but this results in greater radiation losses, which impairs the control options mentioned.