DD296167A5

DD296167A5 - Beleuchtungseinrichtung fuer optische geraete

Info

Publication number: DD296167A5
Application number: DD33771990A
Authority: DD
Inventors: Joachim Bergner
Original assignee: Carl Zeiss Jena Gmbh,De
Priority date: 1990-02-09
Filing date: 1990-02-09
Publication date: 1991-11-21
Also published as: DE4102507A1

Abstract

Beleuchtungseinrichtung fuer optische Geraete, insbesondere Projektoren und Mikroskope, mit verbesserter Lichtintensitaetsverteilung. Diese wird erfindungsgemaesz durch Verwendung einer an ihrer Lichtaustrittsflaeche mehrere definiert zueinander angeordnete Flaechenelemente aufweisenden Deflektorscheibe erreicht. Fig. 1{optische Geraete; Beleuchtungseinrichtung; Ausleuchtung; Lichtintensitaetsverteilung}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung wird in Projektoren, Mikroskopen und ähnlichen optischen Geräten angewandt, bei denen eine Lichtdurchtrittsöffnung vorgegebener Form vom Bild einer Lichtquelle mit deutlich von dieser Form abweichender Geometrie des Leuchtfeldes gleichförmig und ohne Intensitätsverlust ausgeleuchtet werden soll.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur Lösung der Aufgabe, ein Dingfeld oder eine Pupille in einem optischen Gerät mit einer Gasentladungslampe, deren Entladungsbogen meist ein Längen-Breiten-Verhältnis von 3:1 aufweist, oder einer Lichtwurflampe mit rechteckiger Wendelform oder ähnlichen Abmessungen so auszuleuchten, daß diese Fläche gleichmäßig vom Bild des Leuchtfeldes bedeckt ist, sind mehrere Lösungen bekannt. In einfachster, aber auch unvollkommendster Weise wird zwischen dem Leuchtfeld und dem sie abbildendem optischen System eine Streuscheibe (geschliffene oder geätzte Mattscheibe) angeordnet. Diese streut das Licht auch in Bereiche außerhalb der Pupille oder des Feldes, wirkt damit intensitätsmindernd und ist nicht in der Lage, die ungleichmäßige Leuchtdichteverteilung innerhalb des Leuchtfeldes in dessen Bild ausreichend auszugleichen. Dieser Ausgleich wird in günstigerer Weise durch lichtstreuende Reflektoren, wie in DE-PS 2744034 und in DE-OS 2942655 beschrieben, erreicht. Beide Anordnungen sind jedoch vordergründig für elektrooptische Anzeigen vorgesehen und in dieser Form aus Gründen der optischen Anpassung oder thermischen Beständigkeit nicht für größere optische Geräte und in Verbindung mit Hochleistungs-Lichtquellen einsetzbar. Die dort üblicherweise verwendeten, vorzugsweise ellipsoidförmigen Reflektoren, mit denen die Gasentladungslampe umgeben wird, sind entweder aus mehreren Sektoren zusammengesetzt (US-PS 3449 561) oder enthalten nur einen ellipsoidförmigen Sektor in definierter optischer Ausrichtung zur Lampe (GB-PS 1409904). In jedem Fall wird zur Herstellung dieser Anordnungen ein erheblichertechnischer Aufwand benötigt, und die Anordnungen sind sehr voluminös, damit für optische Geräte der mittleren Leistungsklasse im allgemeinen nicht geeignet.

Hoher Aufwand, großes Volumen bei starker thermischer Belastung kennzeichnen auch eine Anordnung gemäß der US-PS 4039816, bei derein System von lichtleitenden und-reflektierenden transparenten Ringen konzentrisch um das fadenförmige Leuchtfeld angeordnet ist und jeder dieser Ringe einen Teil der von diesem ausgehenden Strahlung einer definierten Zone einer Fresnellinse zusendet, von wo aus die Strahlung in der Brennebene dieser Linse gesammelt wird. Weiterhin sind zur homogeneren Ausleuchtung kreisförmiger oder quadratischer Lichtdurchtrittsöffnungen Anordnungen bekannt, die prismatische, pyramiden- oder kegelförmige Rückspiegelsysteme aufweisen, mit denen am Bildort Mehrfachbilder des Leuchtfeldes erzeugt werden, die konzentrisch zum Hauptbild liegen (DD-WP G02B/330432.1). Abgesehen davon, daß diese Anordnungen für Projektoren mit rechteckiger Lichtdurchtrittsöffnung nicht geeignet sind, sind die Rückspiegelsysteme relativ material- und fertigungsintensiv und erfordern wegen der großen Nähe zum Leuchtfeld die Verwendung eines thermisch sehr beständigen Materials.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte, die die Nachteile der bekannten technischen Lösungen nicht aufweist und insbesondere eine gleichmäßigere Verteilung des Lichtes bewirkt.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte, vorzugsweise Mikroskope und Projektoren zu schaffen, mit der das von einer Lichtquelle mit einem Leuchtfeld ungleicher Abmessung in Höhe und Breite ausgehende Licht gleichmäßig über die Lichtdurchtrittsöffnung dieses Gerätes, Eintrittspupille oder Dingfeld, verteilt wird. Die Beleuchtungseinrichtung soll sich durch einen geringen technischen Aufwand auszeichnen und rationell in großen Stückzahlen fertigbar sein.

Erfindunsgemäß löst die Aufgabe eine Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte mit einer Lichtquelle, deren vorzugsweise rechteckiges Leuchtfeld ungleich lange Seiten aufweist, einem sphärischen Hilfsspiegel, einem ersten Kollektor, einer Deflektorscheibe und einem zweiten Kollektor dadurch, daß die aus einem im sichtbaren Spektralgebiet durchsichtigem Material mit der Brechzahl η bestehende Deflektorscheibe auf ihrer Lichteintrittsseite von einer ebenen Fläche begrenzt ist, auf der Lichtaustrittsseite mit mehreren vorzugsweise rechteckigen Flächenelementen versehen ist, wobei die Seiten h' der Flächenelemente wesentlich länger sind als ihre Seiten b', daß die Flächenelemente verschiedene, in j Gruppen aber gleiche Winkel zur Lichteintrittsseite bilden, und daß diese Deflektorscheibe im Raum zwischen dem ersten Kollektor, in dessen Brennebene das Leuchtfeld liegt, und dem zweiten Kollektor so angeordnet ist, daß die Lichteintrittsseite senkrecht zur optischen Achse der Beleuchtungseinrichtung und die Flächenelemente mit ihren längeren Seiten h' parallel zur längeren Seite h des Leuchtfeldes der Lichtquelle ausgerichtet sind.

Die erfindungsgemäße Wirkung der Beleuchtungseinrichtung beruht darauf, daß die um die Winkel ±Φ bzw. ±Θ zur Lichteintrittsfläche geneigten Flächenelemente der imtelezentrischen Strahlengang angeordneten Deflektorscheibe die sie durchsetzenden parallelen Lichtbüschel so brechen, daß sie unter einem Winkel σ_Β zur optischen Achse auf den zweiten Kollektor treffen, in dessen Brennebene außerhalb der Achse in einem Abstand y' zum Schnitt kommen und so ein Nebenbild des Leuchtfeldes der Lichtquelle erzeugen y' wird so gewählt, daß Nebenbild und Hauptbild einander berühren, womit ein nur in der Richtung senkrecht zur Längsausdehnung des Leuchtfeldes vergrößertes Bild des Leuchtfeldes entsteht. Die Lichtverteilung in dem eindimensional vergrößerten Leuchtfeldbild wird erfindungsgemäß durch die Wahl der Anzahl der Flächenelemente beeinflußt. So bestehen vorteilhafte Ausgestaltungsformen darin, daß die Deflektorscheibe zwei Gruppen von Flächenelementen aufweist und die Flächenelemente der ersten Gruppe parallel und die Flächenelemente der zweiten Gruppe unter einem Winkel +Φ zur Lichteintrittsseite angeordnet sind, daß die Deflektorscheibe drei Gruppen von Flächenelementen aufweist und die Flächenelemente der ersten Gruppe parallel, die Flächenelemente derzweiten Gruppe unter einem Winkel +Φ und die Flächenelemente der dritten Gruppe unter einem Winkel -Φ zur Lichteintrittsseite angeordnet sind oder daß die Deflektorscheibe fünf Gruppe von Flächenelementen aufweist und die Flächenelemente der ersten Gruppe parallel, die Flächenelemente der zweiten Gruppe unter einem Winkel +Φ, die Flächenelemente der dritten Gruppe unter einem Winkel —Φ, die Flächenelemente der vierten Gruppe unter einem Winkel +Θ und die Flächenelemente der fünften Gruppe unter einem Winkel —Θ zur Lichteintrittsseite angeordnet sind. Vorzugsweise besteht die Deflektorscheibe aus einem transparenten thermoplastischen Werkstoff. Je größer die Anzahl der Flächenelemente ist, desto mehr Nebenbilder des Leuchtfeldes werden durch die erfindungsgemäße Deflektorscheibe erzeugt und überlagern sich an den durch y'„ bzw. у'_ѳ vorgegebenen Orten, erhöhen dort die Beleuchtungsstärke und tragen so zur gleichmäßigen Ausleuchtung der Lichtdurchtrittsöffnung im optischen Gerät bei.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1: die Gesamtanordnung der erfindungsgemäßen Beleuchtungseinrichtung mit einer aus drei Flächenelementgruppen zusammengesetzten Deflektorscheibe,

Fig. 2: eine aus zwei Flächenelementgruppen zusammengesetzte Deflektorscheibe und das resultierende Bild des Leuchtfeldes, Fig.3: eine aus fünf Flächenelementgruppen zusammengesetzte Deflektorscheibe und das resultierende Bild des Leuchtfeldes.

Fig. 1 zeigt, das Leuchtfeld 2 einer Lichtquelle L (Abmessung des Leuchtfeldes b · h) wird durch einen sphärischen Hilfsspiegel 1 invers in sich abgebildet. Das Leuchtfeld 2 und sein Spiegelbild werden in den Brennpunkt eines ersten Kollektors 3 gelegt und von diesem nach Unendlich abgebildet. Im so entstandenen telezentrischen Raum hinter dem ersten Kollektor 3 wird die Deflektorscheibe 4 so angeordnet, daß ihre Lichteintrittsfläche 8 senkrecht zur optischen Achse 9 der Beleuchtungseinrichtung und die längere Seite h' der Flächenelemente 7a, 7b in der Lichtaustrittsfäche 7 parallel zur längeren Seite h des Leuchtfeldes 2 der Lichtquelle L liegt.

Bei Verwendung einer Quecksilber- oder Xenon-Höchstdrucklampe kann für das Leuchtfeld 2 ein Seitenverhältnis b:1 = 1:3 angenommen werden. In diesem Fall werden zur gleichmäßigen Ausleuchtung einer kreisförmigen Eintrittspupille 6 eines Mikroskops drei nebeneinander angeordnete Leuchtfeldbilder benötigt. Hierzu wird erfindungsgemäß eine mit den drei Flächenelementgruppen 7a, 7 b und 7c versehene Deflektorscheibe 4 eingesetzt. Die Flächenelemente 7 a liegen parallel zur Lichteintrittsseite, die Flächenelemente 7 b bilden mit dieser einen Winkel +Φ, die Flächenelemente 7c einen Winkel -Φ.

Ein zweiter Kollektor 5 bildet das Leuchtfeld 2 und dessen durch die Deflektorscheibe 4 erzeugten beiden Nebenbilder auf die in seiner Brennebene angeordnete Lichtdurchtrittsöffnung 6 des optischen Gerätes ab.

Bei Beleuchtung mit einer Halogenlichtwurflampe mit dem Seitenverhältnis b:h = 1:2 des Leuchtfeldes wird eine in Fig. 2 dargestellte, aus zwei Flächenelementgruppen mit den Winkeln 0 bzw. +Ozur Lichteintrittsseite 7 bestehende Deflektorscheibe eingesetzt.

Rechteckige Lichtdurchtrittsflächen 6 im optischen Gerät erfordern im allgemeinen eine höhere Anzahl von Nebenbildern des Leuchtfeldes 2 für eine gleichmäßige Ausleuchtung. Hier wird vorteilhaft eine in Fig.3 dargestellte, aus fünf Flächenelementgruppen 7a bis 7c bestehende Deflektorscheibe 4 verwendet werden, wobei die Flächenelemente in der Reihenfolge 7e, 7 a, 7d, 7 c, 7 a, 7b angeordnet sind und mit der Lichteintrittsseite 8 Winkel von +8, —θ, +Φ, Ound —Φ bilden.

Claims

1. Beleuchtungseinrichtung für optische Geräte mit einer Lichtquelle, deren vorzugsweise rechteckiges Leuchtfeld ungleich lange Seiten aufweist, einem sphärischen Hilfsspiegel, einem ersten Kollektor, einer Deflektorscheibe und einem zweiten Kollektor, gekennzeichnet dadurch, daß die aus einem im sichtbaren Spektralgebiet durchsichtigem Material mit der Brechzahl η bestehende Deflektorscheibe (4) auf ihrer Lichteintrittsseite (8) von einer ebenen Fläche begrenzt ist und auf der Lichtaustrittsseite (7) mit mehreren vorzugsweise rechteckigen Flächenelementen (7 a, 7 b, 7 c, 7d,7e) versehen ist, wobei die Seiten (h') der Flächenelemente (7 a, 7 b, 7c, 7d, 7e) wesentlich länger sind als ihre Seiten (b'), daß die Flächenelemente (7 a, 7 b, 7 c, 7 d, 7 e) verschiedene, in j Gruppen aber gleiche Winkel zur Lichteintrittsseite (8) bilden, und daß diese Deflektorscheibe (4) im Raum zwischen dem ersten Kollektor (3), in dessen Brennebene das Leuchtfeld (2) liegt, und dem zweiten Kollektor (6) so angeordnet ist, daß die Lichteintrittsseite (8) senkrecht zur optischen Achse (9) der Beleuchtungseinrichtung und die Flächenelemente (7 a, 7 b, 7 c, 7d, 7e) mit ihren längeren Seiten ((V) parallel zur längeren Seite (h) des Leuchtfeldes (2) der Lichtquelle (L) ausgerichtet sind.

2. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Deflektorscheibe (4) zwei Gruppen von Flächenelementen (7 a und 7 b) aufweist und die Flächenelemente (7 a) der ersten Gruppe parallel und die Flächenelemente (7b) der zweiten Gruppe unter einem Winkel (+Φ) zur Lichteintrittsseite (8) angeordnet sind.

3. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Deflektorscheibe (4) drei Gruppen von Flächenelementen (7a, 7b und 7c) aufweist und die Flächenelemente (7a) der ersten Gruppe parallel, die Flächenelemente (7 b) der zweiten Gruppe unter einem Winkel (+Φ) und die Flächenelemente (7 c) der dritten Gruppe unter einem Winkel (—Φ) zur Lichteintrittsseite (8) angeordnet sind.

4. Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Deflektorscheibe (4) fünf Gruppen von Flächenelementen (7 a, 7 b, 7 c, 7d und 7e) aufweist und die Flächenelemente (7 a) der ersten Gruppe parallel, die Flächenelemente (7 b) der zweiten Gruppe unter einem Winkel (+Φ), die Flächenelemente (7c) derdritten Gruppe unter einem Winkel (-Φ), die Flächenelemente (7d) der vierten Gruppe unter einem Winklel (+Θ) und die Flächenelemente (7e) unter einem Winkel (-Θ) zur Lichteintrittsseite (8) angeordnet sind.

5. Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Deflektorscheibe (4) aus einem transparenten thermoplastischen Werkstoff besteht.