DD206245A1 - Optisches system mit mehrfacher reflexion - Google Patents

Abstract

DIE ERFINDUNG BEZIEHT SICH AUF EINE OPTISCHE ANORDNUNG ZUR ERZEUGUNG LANGER OPTISCHER WEGE AUF KLEINEM RAUM BEI HOHER LICHTSTAERKE. DAS ZIEL DER ERFINDUNG, DIE LICHTSTAERKE DES OPTISCHEN SYSTEMS GEGENUEBER BEKANNTEN LOESUNGEN ZU ERHOEHEN, DEN AUFWAND AN OPTISCHEN ELEMENTEN ZU VERRINGERN UND DIE ANZAHL DER STRAHLDURCHLAEUFE DURCH DAS SYSTEM UND DAMIT DIE OPTISCHE WEGLAENGE ZU ERHOEHEN, WIRD DURCH EIN OPTISCHES SYSTEM ERREICHT, DAS AUS EINEM KONKAVEN OBJEKTIVSPIEGEL UND EINEM IM DURCHMESSER GEGENUEBER DEM OBJEKTIVSPIEGEL KLEINEREN ZUSATZSPIEGEL, BEIDE VON GLEICHER BRENNWEITE, SOWIE EINEM DIESER ANORDNUNG IM ABSTAND EINER BRENNWEITE GEGENUEBERLIEGENDEN PLANSPIEGEL BESTEHT. DIE HOHE LICHTSTAERKE ERGIBT SICH AUS DEM UMSTAND, DASS SOWOHL DIE FLAECHE DES PLANSPIEGELS ALS AUCH DIE DES OBJEKTIVSPIEGELS UNGETEILT IST UND DEN GESAMTEN SYSTEMQUERSCHNITT AUSFUELLT, WODURCH STRAHLUNGSVERLUSTE WEITGEHEND VERMIEDEN WERDEN.

Description

Erfinder: Dipl.-Phys» Detlef Gersching Berlin, den 25.07.8, Dlpl.-Phys. Manfred Kühn ^ Ing. Fritz Schröter ^x

Zustellungsbevollm.:

Inst it at für Regelungstechnik im G.Q2B - 27/00

Kombinat YSB Eil Berlin-Treptow

„!Friedrich Sbert"

1055 Berlin, Storkower Str. 101

Büro für Schatzrechte

Optisches System mit mehrfacher Reflexion

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in optischen Meßeinrichtungen anwendbar,, in denen zur .Steigerang der Empfindlichkeit lange Strahlwege bei relativ geringen räumlichen.Abm.essangen realisiert werden., müssen. Dies trifft beispielsweise zu auf Geräte für die Spekt0-metrie und. insbesondere für die Flüssigkeits-. und;.,GasanaIy3enmeßtechnik,,, bei, denen die Trübung oder die Strahlenabsorption als Meßgröße dient.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

5Js sind bereits optische Systeme bekannt, in denen durch mehrfache" Reflexion lange, Strahlenwege erzeugt werden,- um die Empfindlichkeit optischer Meßeinrichtungen zu steigern. Im Journ, of Opt.. Soc. of Am ^O (1940) S,. 338 ist ein optisches System mit mehrfacher Reflexion beschrieben, das. einen Konkavspiegel enthält,, dem im Abstand seiner doppelten Brennweite a^ei zueinander geneigte Planspiegel gegenüber stehen» Neben den beiden Planspiegeln befindet sich ein Eintritts- and ein Austrittssoalt.

Infolge der Zwisehenab.bildu.ng des Eintrittsspaltes auf den Planspiegeln erfolgt keine Fokussierung des von. dieser.'. Zwischen— abbildung aasgehenden, divergenten Bündels,, was nach mehrfacher Reflexion au.,erheblichen Strengerlasten durch das vom Konkavspiegel nicht erfaßbare Licht führt.

Ebenfalls-'aus dem Journ..of ©pt. Soc. Am. ^Z (194-2) S-. 285 ist unter der Bezeichnung ,/IHITS" sehe Zelle ein optisches "System bekannt, das zwei gegenüberliegende. Konkavspiegel, Objekt !ν- und Feldspiegel gleicher Brennweite enthalt, die sich im Abstand der doppelten Brennweite gegenüberstehen, wobei einer der Konkavspiegel, der Objektivspiegel, geteilt ist und die Teilspiegel um einen Abstand, der klein gegen die doppelte Brennweite ist, auseinandergerückt sind.

Ein- und Austrittsspalt ^schließen sich an den, Feldspiegel an, auf ..dessen Fläche ein System zusammenhangender Abbildungen des Eintrittsspaltes erzeugt wird. Jedes Zwischenbild äes'lintritts-3 ρ alte s:,. das vom ersten im Strahlengang liegenden Teilspiegel entworfen., wird und vom zweiten Teilspiegel auf dem Austrittsspalt abgebildet wird., entspricht dabei einem vierfachen Durchlauf durch das- System. Der FeIdspiegel bildet den ersten. Teilspiegel des' Objektivspiegels auf den sich ihm anschließenden zweiten. Teilspiegel, ab« Bei...Änderung des Neigungswinkels der Teilspiegel. des Objektivspiegels zueinander wird ein mehrfacher, (vielfacher von vier), Durchlauf durch das System erreicht.

Infolge der hohen Anforderungen-an die Justierung der Spiegel zueinander versagt die Anordnung'leicht bei Störungen der Justierung* Außerdem ist die Lichtstarke,, bedingt durch die relativ kleine Fläche des ersten im Strahlengang liegenden Teilspiegels des Objekt.ivspiegels.infolge der Teilung des Objektivspiegela und dem relativ großen Abstand zwischen Sintrittsspalt and Objelctivspiegel, für viele Anwendungen zu klein.

Aus der DD-PS 142 251 ist ein weiteres optisches System bekannt das gegenüberliegende Reflexionselemente enthält. Ein Reflexionselement besteht aus zwei Konkavspiegeln, deren Brennweiten sich wie 3 > 2 verhalten. An das diesem Reflexionselement im Abstand der Brennweite des längerbrennweit igen Konkavspiegels gegenüberliegende Reflexionselement, das aus zwei zueinander geneigten Planspiegeln bestellt, schließen sich der Ein- und Austrittsspalt an. Das vergrößerte Bild des Sintrittsspaltes wird vom kürzerbrennweitigen Konkavspiegel nach Reflexion an einem Planspiegel auf dem längerbrennweit igen Konkavspiegel entworfen* Dieses Bild des Eingangsspaltes wird nach vorheriger , "~\ Reflexion am Planspiegel vom kürz erbrennwe it igen Konkavspiegel in ursprünglicher Größe auf den Ausgangsspalt, abgebildet.

Dieses System wird von den eintretenden Strahlen nur 6 aal durchlaufen. Eine Erhöhung der Anzahl"der Durchläufe- ist nicht möglich. Diese geringe optische Weglänge.erfordert nachteiligerweise einen relativ hohen Aufwand an optischen Elementen. Außerdem treten wegen der Teilung der Fläche des Planspiegels Verluste auf, woraus eine niedrige Lichtstärke des Systems resultie

Ziel der Erfindung-Ziel der Erfindung ist es, die Lichtstärke des optischen Systems zu erhöhen, den Aufwand an. optischen Elementen zu verringern und die Anzahl der Strahldurchläufe durch das System und damit die optische ^eglänge zu erhöhen»

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System mit mehrfacher Reflexion mit einer geringen Anzahl von Reflexion elementen zu schaffen, wobei durch Mehrfachausnutzung der

Seflexiοnselemente eine hohe Lichtstärke und eine große Anzahl von Strahldurchläufen erreicht werden soll.

Das optische System, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, weist folgende Erfindungsmerkmale auf: Außer einem konkaven Objektivspiegel und einem konkaven 'Zusatzspiegel enthält es nur einen Planspiegel, der die Größe des Objektivspiegeis besitzt und diesem im Abstand der Brennweite des Objektivspiegels gegenüber steht. Die optische Achse des Systems verläuft durch die geometrischen Mittelpunkte des Planspiegels und des Objektivspiegels. Die Brennweite des Zusatzspiegels ist gleich der Brennweite des Objektivspiegels, in dessen Sbene er neben ihm angeordnet ist. Die Strahleintrittsöffnung und die Strahlaustrittsöffnung sind nahe beieinander ebenfalls in der Sbene des Objektivspiegels gegenüber dem Zusatzspiegel angeordnet.

Dieses optische System erzeugt eine reelle Abbildung der Strahleintritt soffnung in originaler Größe auf dem Zusatzspiegel, und von dieser Abbildung wird wiederum ein reelles Bild in originaler Größe auf der Strahlaustrittsöffnung erzeugt. Dadurch kommt ein Smaliger Strahldurchlauf durch das System zustande. Die hohe Lichtstärke ergibt sich aus dem Qmstand, daß sowohl die Fläche des Planspiegels als auch die des Objektivspiegels ungeteilt ist und den gesamten Systemquerschnitt ausfüllt, wodurch Strahlungsverlüste weitgehend vermieden werden. ·

Ausführüngsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführüngsbeispiel; näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau des optischen Systems.

Das dargestellte optische System besteht aus einem konkaven Objektivspiegel OS, einem, gleichgroßen Planspiegel PS, einem wesentlich kleineren konkaven Zusatzspiegel ZS und einer

Strahleintrittsöffnung SB sowie einer Strahlaustrittsöffnung SA. Die Ausführung ist nicht auf runde Spiegel eingeschränkt. Ss können ebenso auch quadratische oder rechteckige Spiegel verwendet werden. Statt der kreisförmigen Strahleintritts- und -austrittsoffnung SE und SA können auch Lichteintritts- und -austrittsspalte vorgesehen werden.

Die optische Achse AZ des Systems verläuft sowohl durch den Mittelpunkt' des Planspiegels ?S als auch durch den Mittelpunkt des Objektivspiegels OS. Diese beiden Spiegel stehen sich in einem Abstand gegenüber, der der Brennweite f des Objektiv-Spiegels OS entspricht. Der kleinere Zusatzspiegel ZS hat dieselbe Brennweite f wie der Objektivspiegel OS. Für die Wirkungsweise ist es belanglos, ob die beiden konkaven Spiegelflächen sphärisch oder parabolisch gestaltet sind. In der Zeichnung nicht dargestellt sind übliche Justiervorrichtungen,, mit denen alle drei Spiegel ausgestattet sind. Der Zusatsspiegel Z3, die Strahleintrittsöffnung SE und die Strahlauatrittsoffnung SA liegen in einer Ebene mit dem Objektivspiegel OS. Der Zusatzspiegel ZS ist mit einer Neigung zur optischen Achse AX hin dicht neben dem- Objektivspiegel OS angeordnet, -,vährend sich die· Strahleintrittsöffnung- SE und die Strahlaustrittsöffnung SA. nahe beieinander ebenfalls dicht am Objektivspiegel OS, a&er auf der dem Zusatzspiegel ZS gegenüber liegenden Seite befinden»

Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise dieses optischen Systems sind der Verlauf und die Reflexionen-eines Strahles in die Darstellung eingezeichnet. Erzeugt werden die Strahlen von einer nicht_gezeigten Strahlungsquelle hinter der Strahleintrittsöffnung SE, die sich wegen des Planspiegels PS im optisch wirksamen Abstand der doppelten Brennweite 2f vom Objektivspiegel befindet. Dieser erzeugt nach einer optischen weglänge, die der doppelten Brennweite 2f entspricht, also wegen des Planspiegels PS ebenfalls in der Ebene des Objektivspiegels OS, ein reelles, gleichgroßes Bild der Strahleintrittsoffnung SE. Diese und das reelle Bild wurden sich beide genau symmetrisch gegenüber liegen, wenn der Planspiegel PS und dei? Objektivspiegel OS genau

senkrecht zur opti.scb.en Achse AX₁ angeordnet wären. Durch entsprechende Justage des Planspiegels PS oder des Objektivspiegels OS wird erreicht,' daß das reelle Bild der Strahleintrittsöffnung SS auf dem konkaven Hilfsspiegel HS entsteht, von dem es wieder zum Planspiegel PS hin reflektiert wird, weil der HiIf3-spiegel HS zur optischen Achse AX hin geneigt ist.

Der Objektivspiegel OS erzeugt nun in genau der gleichen Weise eine weitere reelle Abbildung vom Hilfsspiegel HS, die nach Durchlaufen einer optischen Weglänge von insgesamt der vierfachen Brennweite 4f entsteht. Wegen des Planspiegels PS liegt diese reelle Abbildung ebenfalls in der Ebene des Qbjektivspiegels OS auf der dem Zusatzspiegel ZS gegenüber liegenden Seite. Durch entsprechende Justage des Zusatzspiegels ZS gelangt diese reelle Abbildung und damit das Bild der Strahleintrittsöffnung SS in originaler Große in die Strahlaustrittsöffnung SA, wo es beispielsweise auf einen nicht dargestellten Potoempfanger fällt.

Insgesamt durchlaufen die Strahlen aus der Strahleintrittsöffnung SE das optische System 8 mal, bis sie von der Strahlaustrittsöffnung SA wieder aufgefangen v/erden. Sine hohe Lichtstärke, ergibt sich bei diesem System dadurch, daß sowohl die fläche des· Planspiegels PS als auch die des Objektivspiegels OS ungeteilt ist. Somit steht zur"Reflexion der Strahlung jeweils die maximal mögliche Pläche zur Verfügung.

Claims (1)

1. Erfindungsansprach

   Optisches System mit mehrfacher Reflexion an einander gegenüberliegenden ebenen and konkaven Spiegelflächen, mit einem konkaven Objektivspiegel und einem neben diesem angeordneten wesentlich kleineren ebenfalls konkaven Zusatzspiegel sowie mit einer Strahleintritts- und einer Strahlaustrittsöffnung, gekennzeichnet dadurch, daß der Objektivspiegel (08) und der Zusatzspiegel (ZS) dieselbe Brennweite (f) besitzen, daß als ebene Spiegelfläche dem Objektivspiegel (03) gegenüber im Abstand der Brennweite, (f) ein gleichgroßer Planspiegel (PS) angeordnet ist, daß die optische Achse (AIC) des Systems durch den Mittelpunkt des Planspiegels (PS) und den Mittelpunkt des Objektivspiegels (OS) verläuft, und daß die Strahleintrittsöffnung (SE) und die Strahlaustrittsöffnung (SA) nahe.beieinander dicht neben dem Objektivspiegel. (OS) auf der gegenüber dem Zusatzspiegel (ZS) liegenden Seite angeordnet sind.

   - Hierzu 1 Blatt Zeichnung