DD207826A3 - REFLECTOR SYSTEM FOR LIGHTING OPTICS - Google Patents
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Abstract
DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN REFLEKTORSYSTEM MIT HOHEM AUSNUTZUNGSGRAD DES STRAHLUNGSFLUSSES EINER STRAHLUNGSQUELLE UND DIENT D. AUSLEUCHTUNG VON BILD- ODER OBJEKTFELDERN ZU DEREN OPTISCHER UEBERTRAGUNG. DURCH DIE ERZEUGUNG EINER SEKUNDAEREN STRAHLUNGSQUELLE MIT VERGROESSERTEM LEUCHTFELD IST DIE VERWENDUNG DES REFLEKTORSYSTEMS IN GERAETEN ZUR STRUKTURERZEUGUNG AUF HALBLEITERSUBSTRATSCHEIBEN BESONDERS GEEIGNET. DAS REFLEKTORSYSTEM NUTZT DEN VOLLSTAENDIGEN RAUMWINKELBEREICH DER RUNDUMABSTRAHLUNG EINER STRAHLUNGSQUELLE ZUR AUSLEUCHTUNG DER OBJEKT- UND BILDFELDER, DABEI WERDEN IM SEKUNDAEREN BRENNPUNKT F TIEF 1' AUCH KLEINE, SONST FEHLENDE APERTURWINKEL, DIREKT UND INDIREKT IN DEN SEKUNDAEREN BRENNPUNKT F TIEF 1' ABGEBILDET.THE INVENTION CONCERNS A REFLECTOR SYSTEM HAVING HIGH UTILIZATION RADIATION OF THE RADIATION FLUX OF A RADIATION SOURCE AND DIENT D. ILLUMINATION OF PICTURE OR OBJECT FIELDS FOR THEIR OPTICAL TRANSMISSION. BY PRODUCING A SECONDARY RADIATION SOURCE WITH A LARGE SURFACE, USE OF THE REFLECTING SYSTEM IN DEVICES FOR STRUCTURED PRODUCTION ON SEMICONDUCTOR SUBSTRATE WASTE IS PARTICULARLY SUITED. THE REFLECTOR SYSTEM USES THE ENTIRE SPACE OF THE ROUND RADIATION OF A RADIATION SOURCE FOR ILLUMINATING OBJECT AND PICTURE ELEMENTS; THERE ARE SHOWN IN THE SEKUNDA FIRING F DEEP 1 'ALSO SMALL, OUTSTANDING APERTURE ANGLE, DIRECTLY AND INDIRECTLY IN THE SEKUNDAER FOCUS F LOW 1'.
Description
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Titel der Erfindung;: '. Title of the invention: '.
Reflektorsystem für Beleuchtungsoptiken .Reflector system for illumination optics.
' Anwendungsgebiet der Erfindung;:· - . ..Field of application of the invention; ..
Die Erfindung betrifft ein Reflektorsystem mit hohem Ausnutzungsgrad des Strahlungsflusses einer Strahlungsquelle und dient der Ausleuchtung von Objekt- oder Bildfei· . dern zu deren optischer Übertragung.The invention relates to a reflector system with a high degree of utilization of the radiation flux of a radiation source and serves for the illumination of object or image. to their optical transmission.
-' Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: ' · 3eleuch'tungs sy sterne mit dioptrischen Kondensoren, die einen in Strahlungsriciitung weisenden räumlichen Strahlungskegel und einer der Strahlungsrichtung entgegengesetzt gerichteten Strahlungskegel über einen sphärischen Hilfsspiegel nutzen, sind im allgemeinen bekannt. Leucht-' feldgrößs und Apertur begrenzen dabei den Lichtfluß, der damit für spezielle Anwendungsfälle zu gering ist. Um einen größeren Lichtfluß zu erreichen und die tonnenför- · mige Rundumabstrahlung der Strahlungsquelle zu nutzen, wird bekanntermaßen ein Ellipsoidreflektor eingesetzt, der die'entlang der optischen Achse des Reflektors angeordnete Strahlungsquelle, die ihre Haupt Strahlrichtung senkrecht zur optischen Achse hat glockenförmig umgibt. Die im primären Brennpunkt des Ellipsoids befindliche Strahlungsquelle wird im secundären Brennpunkt als 'secundäre Strahlungsquelle mit einem vergrößerten Leuchtfeld abgebildet. Nachteilig bei dieser technischen Lösung ist- ' Characteristic of the known technical solutions: ' * 3eleuch'tungs sy star with dioptric condensers, which use a pointing in Strahlungsriciitung spatial radiation cone and a radiation direction oppositely directed radiation cone on a spherical auxiliary mirror, are generally known. Luminous' field size and aperture limit the light flux, which is therefore too low for special applications. In order to achieve a greater light flux and to utilize the tonal all-round radiation of the radiation source, it is known to use an ellipsoidal reflector which surrounds the radiation source arranged along the optical axis of the reflector, which has its main beam direction perpendicular to the optical axis. The radiation source located in the primary focal point of the ellipsoid is imaged in the secondary focal point as a secondary radiation source with an enlarged light field. The disadvantage of this technical solution
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das Fehlen der Aperturwinkel, die durch die Öffnung im Ellipsoidscheitel, die Begrenzung der Abstrahlung und die -Gestalt der Strahlungsquelle bedingt ist. Weiterhin sind Reflektorsysterne kurzer Baulänge bekannt, bei denen ein eingeschränkter Abstrahlwinkelbereich der. Strahlungsquelle über einen Ellipsoidreflektcr in die secundäre Strahlungsquelle abgebildet wird. Der Bereich kleiner Abstrahlwinkel in Strahlrichtung wird über einen sich anschließenden Reflektorteil ellipsenförmiger Gestalt mit von der optischen Achse stark abweichender Achse des Ellipsoidschnittes, in Richtung der optischen Achse über einen Kegelspiegel, der notwendig im Innenraum des Reflektors angeordnet ist, zur secundären Strahlungsquelle reflektiert. Dabei ist der Durchmesser des Kegel- .spiegeis so groß, daß er den äquivalenten Abstrahlwinkelbereich entgegengesetzt, zur Strahlrichtung abschattet. . Um aber diesen Abstrahlwinkelbereich ebenfalls .zu erfassen schließt sich an den Ellipsoidreflektorteil· im äquivalenten Abstrahlwinkelbereich ein sphärischer Reflektorteil an, wobei der Krümmungsmittelpunkt im primären Brennpunkt des Ellipsoids liegt. Dadurch wird die auf diesen Reflektoranteil fallende''Strahlung wieder reflektiert ·.und.gelangt nach nochmaligen Passieren der Strahlungsquelle auf den vorher beschriebenen ellipsenförmigen Reflek- torteil'und von diesem über den Kegeispiegel zur secundären Strahlungsquelle. Nachteilig -dabei ist, daß die Nutzung des durch den Kegelspiegel abgeschatteten' Abstrahlwinkelbereichesdurch den sphärischen Spiegel nur mit sehr geringer Effektivität erfolgt, da ein mit zunehmender ·· Lampenalterung größer werdender TransmissionsverLust bei der zusätzlichen zweimaligen Durchstrahlung des Lampenkolben auftritt, der Kolben als undefinierbares optisches Bauele- \ ment wirkt und die Reflexionsbedingungen nur für den primären Brennpunkt selbst erfüllt ist«the absence of the aperture angles due to the opening in the ellipsoid vertex, the limitation of the radiation and the shape of the radiation source. Furthermore, reflector systems of short overall length are known in which a limited radiation angle range of. Radiation source is imaged via a Ellipsoidreflektcr in the secondary radiation source. The range of small radiation angles in the beam direction is reflected by a subsequent reflector part elliptical shape with strongly diverging from the optical axis of the ellipsoidal, in the direction of the optical axis via a cone mirror, which is necessarily located in the interior of the reflector to the secondary radiation source. The diameter of the conical .spiegeis is so large that it shaded the equivalent Abstrahlwinkelbereich opposite to the beam direction. , However, in order to also detect this emission angle range, a spherical reflector part adjoins the ellipsoid reflector part · in the equivalent emission angle range, the center of curvature lying in the primary focus of the ellipsoid. As a result, the radiation incident on this reflector component is reflected again and, after the radiation source has passed through again, passes to the previously described elliptical reflector part and from there via the Kege mirror to the secondary radiation source. A disadvantage -this is that the use of the shadowed by the cone mirror 'radiation angle range by the spherical mirror is done with very little effect, since a with increasing ·· lamp aging greater TransmissionsverLust occurs in the additional two times irradiation of the lamp envelope, the piston as an undefinable optical Bauele - \ ment acts and the conditions of reflection are fulfilled only for the primary focus itself. "
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Ziel der Erfindung:Object of the invention:
Ziel der Erfindung ist es, ein Hef lektorsystem. für Beleuchtungsoptiken zu schaffen, das den vollständigen Raumwinkelbereich der Rundumabstrahlung der Strahlungsquelle 'zur Ausleuchtung von Bild- und Ob.jektebenen nutzt und.eine strahlungsphysikalische optimale Übertragung des Strahlenflusses von der Strahlungsquelle zum sekundären Leuchtfeld gewährleistet.The aim of the invention is a yeast lektorsystem. for illumination optics, which uses the complete solid angle range of the all-round radiation of the radiation source for illuminating image and object planes and ensures a radiation-physical optimum transmission of the radiation flow from the radiation source to the secondary light field.
Darlegung des Wesens der Erfindung: . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reflektorsystem für Beleuchtungsoptiken zu schaffen, bei dem in einen sekundären Brennpunkt auch kleine Aperturwinkel abgebildet werden· . . Presentation of the essence of the invention:. The object of the invention is to provide a reflector system for illumination optics in which even small aperture angles are imaged in a secondary focal point. ,
Diese Aufgabe wird bei einem Reflektorsystem für.Beleuchtungsoptiken, bestehend aus ineinander übergehenden Reflexionsflächen, die eine Projektionslampe, deren'mechanische Längsachse mit der optischen .Achse des Systems koaxial verlaufend angeordnet ist, glockenartig umgeben,.?«;., und das aufgefangene Strahlenbündel direkt in den sekun- " dären Brennpunkt leiten, in Richtung der Ausbreitung des ' Lichtes im wesentlichen konzentrisch zur optischen Achse aus einem. Kegelspiegel,·der hinter dem primären Brennpunkt angeordnet ist, dadurch gelöst, daß ein Ringreflektor in-der Uähe des sekundären Brennpunktes des -, Eliipsoidreflektorteiles mit den kleineren Halbachsen angeordnet ist, daß die Reflexionsflächen aus zwei miteinander verbundenen Ellipsoidreflektorteilen unterschiedlicher Halbachsen bestehen, deren primäre Brennpunkte auf der optischen Achse im wesentlichen zusammenfallen, daß deren sekundäre Brennpunkte auf der optischen Achse des Systems liegen und'' daß das von dem.. Ellipsoidref lektorteil mit den größeren . Halbachsen aufgefangene Strahlenbündel über-den Ringreflektor und den Kegelspiegel unter kleinen Einfällswinkeln Indirekt in den sekundären. Brennpunkt des Ellipsoidrefiektorteils mit den kleineren Halbachsen abgebildet wird»This object is provided in the case of a reflector system for illumination optics consisting of mutually merging reflection surfaces, which surround a projection lamp whose longitudinal axis of mechanics is arranged coaxially with the optical axis of the system in a bell-like manner, and the collected beam directly in the secondary focal point, in the direction of the propagation of the light substantially concentric with the optical axis, from a cone mirror located behind the primary focus, achieved by forming a ring reflector in the vicinity of the secondary focus of the - Eliipsoidreflektorteiles is arranged with the smaller half-axes, that the reflection surfaces consist of two interconnected Ellipsoidreflektorteile different semi-axes whose primary focus on the optical axis substantially coincide, that their secondary focal points lie on the optical axis of the system and '' there the .. of the Ellipsoidref lecturer in part with the larger. Half-axes collected bundles of rays over the ring reflector and the cone mirror under small angles of incidence Indirect in the secondary. Focus of the ellipsoidal refractor part with the smaller half-axes is displayed »
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Ausführungs'beis'oiel: · , : Execution'beis'oiel: ·,:
Die Erfindung soll-anhand nachstehender Figur näher be-' schrieben werden*The invention will be described in more detail with reference to the following figure *
Die 'Figur zeigt das erfindungsgemäße Reflektorsystem für Beleuchtungsoptiken.The 'figure shows the reflector system according to the invention for illumination optics.
Der Ellipsoidreflektor 1 ist; ein aus einem einzigen Stück .. bestehender Körper glockenförmiger Gestalt der aus zweiThe ellipsoidal reflector 1 is ; one of a single piece .. existing body bell-shaped figure of two
Ellipsoidteilen E und E2 unterschiedlicher Länge der , Halbachsen besteht und eine Lichtquelle 2 symmetrisch umgibt. Der Reflektor 1 besitzt eine kreisrunde Öffnung 3 durch die die Lichtquelle 2 in den Reflektor 1 hineinragt, Die mechanische Längsachse der Lichtquelle ist mit der optischen Achse 0-0' des Reflektorsystems identisch, die Lichtquelle 2 befindet'sich in den primären Brennpunkten F1 und F^ der Ellipsoidteile E1 und S2, die im wesentlichen auf. der optischen Achse 0-0' zusammenfsll.en, In Lichtausbreitungsrichtung L, entlang der optischen Achse 0-0' ist der Lichtquelle 2 ein Kegelspiegel K und ein Ringreflektor R nachgeordnet, die symmetrisch zur optischen Achse 0-0' angeordnet sind. Der Kegelspiegel K ist den primären Brennpunkten F1 und F2, der Ringreflektor dem secundären Brennpunkt F ' nachgeordnet. Im primären Brennpunkt F1 und F2 des Ellipsoidreflek- ' tors 1 befindet sich die Lichtquelle 2 derart, daß ihre Hauptabstrahlrichtung senkrecht zur optischen Achse 0-0' 5 , orientiert ist'. Die Symmetrieachse des Ellipsoidreflektors-1 ist identisch mit der optischen Achse 0-0',, In der Ebene 4 des secundären Brennpunkt F„ ' bildet der Ellipsoidreflektorteil E1 das - Leuchtfeld der Strahlungsquelle ab. Der Aperturwinkel des Leuchtfeldes der Ebene 4 im secundären"'Brennpunkt F„ ' zeigt, daß der in Lichtrichtung L weisende Abstrahlwinkelbereich·der Lichtquelle 2 im allgemeinen durch die sich anschließende, auf der Zeichnung nicht dargestellte Beleuchtungsoptik nicht voll nutzbar ist, da er die Ellipsoidtsile hoher Öffnung 'trifft " und im secundär.e.n Brennpunkt ?„'! zu hohe AperturenEllipsoidteilen E and E 2 different length of, semi-axes and surrounds a light source 2 symmetrically. The reflector 1 has a circular opening 3 through which the light source 2 projects into the reflector 1. The mechanical longitudinal axis of the light source is identical to the optical axis 0-0 'of the reflector system, the light source 2 is located in the primary foci F 1 and F ^ of the ellipsoidal parts E 1 and S 2 , which essentially on. the optical axis 0-0 'together, in the light propagation direction L, along the optical axis 0-0' is the light source 2, a cone mirror K and a ring reflector R downstream, which are arranged symmetrically to the optical axis 0-0 '. The cone mirror K is the primary focal points F 1 and F 2 , the ring reflector the secondary focal point F 'downstream. In the primary focus F 1 and F 2 of Ellipsoidreflek- 'sector 1, the light source 2 is such that its main emission direction is perpendicular to the optical axis 0-0' 5, oriented '. The symmetry axis of the ellipsoidal reflector-1 is identical to the optical axis 0-0 '. In the plane 4 of the secondary focal point F "', the ellipsoidal reflector part E 1 images the luminous field of the radiation source. The aperture angle of the luminous field of the plane 4 in the secondary "'focal point F"' shows that the pointing in the light direction L Abstrahlwinkelbereich · the light source 2 is not fully usable in general by the subsequent, not shown on the drawing illumination optics, as he Ellipsoidtsile high aperture 'meets' and in secondary focus? '' ! too high apertures
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erzeugen würde..Der Sllipsoidteil Ξ ist so bestimmt, daß er einen bestimmten Leuchtfelddurchmesser mit einer bestimmten Apertur erzeugt. Der Abstrahlwinkelbereich in Richtung Ellipsoidreflektorscheitel S wird von S. voll zur Reflexion in den secundären Brennpunkt F. - . genutzt, während der Teil des Abstrahlwinkelbereiches in Richtung zu höheren Öffnungen des Ellipsoidreflektor.s 1 vom Ellipsoidreflektorteil E. nicht mehr erfaßt wird. An den Ellipsoidreflektorteil S. schließt sich der Ellipsoidreflektorteil Ep derart an, so daß die primären Brennpunkte F1 und Po ^er Ellipsoidreflektorteile E. und Eo im wesentlichen identisch sind, und der secundäre Brennpunkt Fp' des Ellipsoidref lektorteils Ep auf der optischen · Achse 0-0.' in Lichtrichtung L dem secundären Brennpunkt F.' des Ellipsoidreflektorteils E. nachgeordnet ist, -Die vom Sllip3oidreflektorteil Ep'nach Fp1 gerichteten. Strahlen werden in Richtung der optischen Achse 0-0' mittels Ringspiegel R reflektiert und auf dem Kege!spiegel K projeziert, der sich im Schattenbereich der Strahlungsquelle befindet. Der. Kegelspiegel K projeziert diese Strahlungsteile in den secundären Brennpunkt F' '. Diese vom Kegelspiegel K in den secundären Brennpunkt F1H reflektierten -Strahlen zeigen die Aperturwinkel, die durch . die Abstrahlcharakteristik und Gestalt- der Strahlung?-' quelle sowie durch die Öffnung im Scheitel S des Ellipse-, idreflektorteils E 'fehlen« Die Gestaltung des Ellipsoidref lektors 1 mit den ~Ref lektorteilen E„ und E2, des Ringreflektors R und des Kegeispiegels K sind nicht geometrisch voneinander abhängig, sondern' werden strahlungsphysi-.kaiisch optimiert. Der Kegelspdegel K besitzt einen .flachen Kegelwinkel, seine Flächennormale weist bereits an- nähernd in die Richtung des secundären Leuchtf.eldes wobei . nur' kleine Einfalls- und Reflexionswinkel' auftreten, dadurch werden auch windschiefe Strahlen aus dem- LeuchtfeldThe Sllipsoidteil Ξ is determined so that it generates a specific luminous field diameter with a specific aperture. The emission angle range in the direction of the ellipsoid reflector vertex S is fully filled by S. for reflection into the secondary focal point F.. used, while the portion of the Abstrahlwinkelbereiches towards higher openings of Ellipsoidreflektor.s 1 from Ellipsoidreflektorteil E. no longer detected. The ellipsoidal reflector part Ep is adjoined to the ellipsoidal reflector part Ep so that the primary foci F 1 and bottom ellipsoidal reflector parts E and Eo are substantially identical, and the secondary focal point Fp 'of the ellipsoidal reflector part Ep on the optical axis O -0. ' in the light direction L the secondary focus F. ' of the ellipsoidal reflector part E, which is directed from the sillipoid reflector part Ep 'to Fp 1 . Rays are reflected in the direction of the optical axis 0-0 'by means of ring mirror R and projected onto the mirror K, which is located in the shadow area of the radiation source. The. Cone mirror K projects these radiation parts into the secondary focal point F ''. These rays reflected from the cone mirror K into the secondary focus F 1 H show the aperture angles passing through. the radiation characteristic and shape of the radiation source as well as through the opening in the vertex S of the ellipse, idreflektorteils E 'missing «The design of Ellipsoidref lektors 1 with the ~ Ref lektorteilen E" and E 2 , the ring reflector R and Kegeispiegels K are not geometrically dependent on each other, but 'are radiation physics-.kaiisch optimized. The conical cone K has a flat cone angle, its surface normal already points approximately in the direction of the secondary field. Only 'small angles of incidence and reflection' occur, thereby also skewed rays from the -field
35; der primären Brennpunkte F1 und F0 nahezu vollständig in das secundäre Leuchüfeld F/' über den KegeLspiegel K abgebildet.35; of the primary foci F 1 and F 0 are almost completely imaged in the secondary field of light F / 'via the cone K.
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