DE1472267B - Axialsymmetrische Lichtführungseinrichtung - Google Patents

Description

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe teilen mit sich. Insbesondere erfüllt sie alle die einzugrunde, einen eine erste Blendenöffnung durch- gangs gestellten Forderungen und ist dennoch einfach setzenden Lichtstrom mittels spiegelnder Flächen aufgebaut. Darüber hinaus kann sie zur Lösung möglichst verlustarm so weiterzuleiten, daß er eine einer Vielzahl von Problemen dienen,
zweite Blendenöffnung durchsetzt. Diese zweite Blen- 5 Die vorliegende Erfindung betrifft damit eine axialdenöffnung kann beispielsweise die Fläche eines symmetrische Lichtführungseinrichtung zur Aufnahme physikalischen Empfängers sein. In diesem Fall muß und verlustarmen Weiterleitung eines Lichtstromes, also der die erste Blendenöffnung durchsetzende Sie besteht aus einer Lichteintrittsfläche, einer asphä-Lichtstrom so weitergeleitet werden, daß er nur auf rischen, spiegelnden oder total reflektierenden Manteldie Empfängerfläche trifft. io fläche, deren Meridianschnitt Kurven 2. Ordnung

Solche Empfänger sind zumeist dafür eingerichtet, sind, und einer Lichtaustrittsfläche. Gemäß der Halbraumstrahlung aufzunehmen, d. h., die Emp- Erfindung bildet diese Mantelfläche im Meridianfängerfläche kann durch Strahlung erregt werden, schnitt den Rand einer ersten Blendenöffnung auf die unter Neigungswinkeln bis zu 90° einfällt. Es den auf derselben Seite der optischen Achse gelegenen kommt also in diesem Fall darauf an, das von einer 15 Rand einer zweiten, auf die Lichtaustrittsebene fol-Lichtquelle oder einer leuchtenden Fläche kommende innden Blendenöffnung ab, wobei für jeden Lichtstrahl Licht so auf die Empfängerfläche weiterzuleiten, daß die optische Weglänge von einer Blendenöffnung die auftreffende Strahlung eine möglichst große zur nächsten gleich groß ist.

Apertur hat. Im Idealfall müßte die auf treffende Durch die neue Lichtführungseinrichtung wird das

Strahlung als Halbraumstrahlung vorliegen. 20 die erste Blendenöffnung durchsetzende Licht, abge-

Die mit physikalischen Empfängern im UV, Sicht- sehen von Reflexionsverlusten, verlustfrei in die zweite

baren und Infraroten erreichbare Nachweisgrenze Blendenöffnung weitergeleitet. Irgendwelche Linsen

kann im allgemeinen durch Verkleinerung der Emp- sind im allgemeinen nicht erforderlich, was sich ins-

fänerfläche verbessert werden. Es liegt hier also das besondere in der Infrarottechnik vorteilhaft auswirkt.

Problem vor, eine von einer Lichtquelle oder leuch- 25 Die Reflexionsverluste sind außerordentlich gering,

tenden Fläche ausgehende Strahlung auf eine mög- da im Meridianschnitt einfallende Lichtstrahlen nach

liehst kleine Empfängerfläche weiterzuleiten. Diese zumeist höchstens einmaliger Reflexion von der ersten

Fläche kann, bedingt durch den Energiesatz, eine zur zweiten Blendenöffnung gelangen,

gewisse Größe nicht unterschreiten. Man muß also Die neue Lichtführungseinrichtung kann als Vor-

die zur Weiterleitung des Lichtes von der Lichtquelle 30 wärtsspiegel eingesetzt werden, d. h., sie erlaubt die

zum Empfänger dienende Vorrichtung unter Beach- Weiterführung des durch die erste Blendenöffnung

tung des Energiesatzes aufbauen. tretenden Lichtes in die zweite Blendenöffnung — die

Es ist zweckmäßig, die Strahlung nicht durch Luft, beispielsweise die Empfängerfläche sein kann — ohne

sondern durch ein materielles Medium zur Emp- Umlenkung des Strahlenganges. Zudem kann die

fängerschicht zu leiten. Bei Benutzung eines Mediums 35 neue Lichtführungseinrichtung besonders vorteilhaft

mit der Brechzahl η vergrößert sich die erreichbare im Bereich größerer Aperturen eingesetzt werden, so

Strahlungsdichte um den Faktor n², so daß die daß hier ein einfaches Bauelement zur Verfugung steht.

Empfängerfläche entsprechend verkleinert werden Es ist zwar schon ein aus einer Lichteintrittsfläche

kann bzw. die Strahlung in gleichem Maße stärker einer asphärischen Mantelfläche und einer Lichtaus-

konzentriert zur Einwirkung kommen kann. Eine 4° trittsfläche bestehender Körper bekannt, doch dient

Lichtführungseinrichtung muß demzufolge auch als dieser dazu, die Dispersion der austretenden Strah-

Immersionssystem ausgebildet werden können. lung zu verhindern. Da somit sein Verwendungszweck

Es ist bekannt, einen physikalischen Empfänger von dem der Lichtführungseinrichtung nach der

mit einer halbkugelförmigen Linse aus Germanium Erfindung abweicht, ist auch seine Mantelfläche nadÜ

(n = 4) zu verkitten. Die von einer Lichtquelle aus- 45 einem anderen Prinzip ausgebildet und demzufolge

gehende Infrarotstrahlung wird durch die vordere anders geformt.

Linsenfläche gebrochen und gelangt mit einer ver- Die neue Lichtführungseinrichtung kann vorteilhaft größerten Apertur zur Empfängerfläche. Diese Apertur so ausgebildet werden, daß eine der Blendenöffnungen kann jedoch nicht über ein gewisses Maß hinaus mit der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche zuvergrößert werden, insbesondere ist es unmöglich, 5° sammenfällt. Sie kann in diesem Fall vor allem dazu Halbraumstrahlung zu erreichen. Die Lichtkonzen- verwendet werden, die Apertur eines Lichtbündels tration mittels einer Linse oder eines Linsensystems zu verändern und insbesondere in Halbraumstrahlung hat ferner den grundsätzlichen Nachteil, daß solche umzuformen. Fällt die zweite Blendenöffnung mit Systeme relativ kompliziert aufgebaut sein müssen, der Lichtaustrittsfläche zusammen, so ist es besonders wenn sie mit einem guten Wirkungsgrad arbeiten sollen. 55 vorteilhaft, die Empfängerfläche direkt auf die Licht-

Es ist auch bekannt, zur Konzentration eines austrittsfläche aufzusetzen. Das in seiner Apertur

Lichtbündels auf eine Empfängerfläche einen Konus geänderte Lichtbündel verläßt die Lichtführungsein-

mit verspiegelter Mantelfläche zu verwenden, bei richtung mit dem kleinstmöglichen Querschnitt, der

dem am Ort der Lichteintrittsfläche eine Feldlinse nach dem Energiesatz noch möglich ist. Demzufolge

angeordnet ist. Diese bekannte Einrichtung hat den 60 kann eine möglichst kleine Empfängerfläche gewählt

Nachteil, daß sie prinzipielle Abbildungsfehler auf- werden, die zudem noch mit Halbraumstrahlung

weist und demzufolge die Erreichung von Halbraum- beaufschlagt wird.

strahlung nicht ermöglicht. Weiterhin ist in vielen Es ist auch möglich, daß eine der beiden Blenden-Fällen, insbesondere in der Infrarottechnik die Feld- öffnungen im Unendlichen liegt. In diesem Fall trifft linse störend, da sie Strahlung absorbiert. 65 also Licht aus einem telezentrischen Strahlengang

Die Lichtführungseinrichtung nach der vorliegenden bestimmter Apertur auf die Lichtführungseinrichtung

Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten auf, die dieses Licht beispielsweise in Halbraumstrah-

Einrichtungen und bringt eine ganze Reihe von Vor- lung umwandelt.

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Bei der neuen Lichtführungseinrichtung sind aus einrichtung in Verbindung mit einem Objektiv dazu energetischen Gründen die Blendenöffnungen sowie dienen, die Strahlung einer lumineszierenden Fläche die Lichteintritts- und Lichtaustrittsöffnung sym- quantitativ einem Szintillationszähler zuzuführen, metrisch und unter sich geometrisch ähnlich, und die Die Erfindung wird im folgenden an Hand der

Größen der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen 5 Ausführungsbeispiele darstellenden F i g. 1 bis 7 sowie der Blenden verhalten sich in den mittleren näher erläutert. Dabei zeigt

Symmetrieebenen umgekehrt wie die effektiven Aper- Fig. la einen Schnitt durch eine Lichtführungs-

turen der sie durchsetzenden Lichtbündel. Als effek- einrichtung,

tive Apertur ist hier der Ausdruck definiert F i g. 1 b den Schnitt der F i g. 1 a mit der Ein-

lo tragung der zum Verständnis der weiter unten an-1: k = 2 η sin oc_eu = 2 η gegebenen Formeln notwendigen Größen,

cos/? Fig. 2 einen Schnitt durch eine Lichtführungs

einrichtung, bei welcher die zweite Blendenöffnung

(oc = halber Aperturwinkel des durch die Lichtein- mit der Lichtaustrittsfläche zusammenfällt, tritts- bzw. Lichtaustrittsfläche tretenden Strahlen- 15 F i g. 3 einen Schnitt durch eine Lichtführungsbündels, β = halber Öffnungswinkel des von einem einrichtung, bei welcher die erste Blendenöffnung Punkt der zugeordneten Blendenöffnung ausgehenden, im Unendlichen liegt und die zweite Blendenöffnung durch die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche mit der Lichtaustrittsfläche zusammenfällt, tretenden Strahlenbündels). F i g. 4 a bis 4f die in F i g. 3 dargestellte Lichtin manchen Fällen ist es vorteilhaft, eine Licht- 20 führungseinrichtung beim Einfall von Strahlenbündeln konzentration in mehreren Stufen vorzunehmen. In verschiedener Neigung,

der ersten Stufe wird das Licht beispielsweise mittels F i g. 5 eine als Körper ausgebildete Lichtführungs-

eines Objektivs oder eines Teleskopspiegels auf eine einrichtung, welche mit einer am Ort der Lichteinbestimmte Apertur verdichtet. Am Bildort ist dann trittsfläche angeordneten Feldlinse einen einheitlichen eine Lichtführungseinrichtung angeordnet, die bei- 25 Körper bildet,

spielsweise die Umformung in Halbraumstrahlung F i g. 6 eine als Körper ausgebildete Lichtführungsirelative Apertur in Luft 1:0,5) bewirkt. Sofern einrichtung zum Überführen von Halbraumstrahlung Empfänger benutzt werden, die sich für den Betrieb in Immersions-Halbraumstrahlung, mit Immersionsoptik eignen, kann sich an die Licht- F i g. 7 a und 7 b Schnitte durch eine als Spiegelführungseinrichtung als dritte Stufe ein Immersions- 3° kammer ausgebildete Lichtführungseinrichtung, die körper der Brechzahl η anschließen, der die relative zur Weiterleitung von durch eine rechteckige Blende Apertur auf den Wert 15:0,5/« bringt. tretendem Licht auf eine quadratische Fläche dient.

Die neue Lichtführungseinrichtung kann als Spiegel- . In F i g. 1 ist mit 1 eine erste und mit 2 eine zweite kammer oder als Körper ausgebildet sein. Im letzteren Blendenöffnung bezeichnet. Zwischen diesen ist in Fall ist es herstellungstechnisch relativ einfach, von 35 Luft eine Spiegelkammer 3 angeordnet. Diese weist einem Musterkörper durch Gieß- und/oder Abdruck- eine Lichteintrittsfläche 4, eine asphärische Manteltechnik auf einfache Weise eine beliebige Anzahl fläche 5 und eine Lichtaustrittsfläche 6 auf.' Im dargleicher Körper herzustellen. Auch Spiegelkammern gestellten Meridianschnitt sind die Mantellinien der sind auf diese Weise relativ einfach herzustellen, so Spiegelkammer 3 Ellipsen mit den Brennpunkten F₁, daß die neue Lichtführungseinrichtung also sehr 40 F₂ für die untere und F₃, F_t für die obere Ellipse, wenig aufwendig ist. Von den Eckpunkten .F₁ und .F₃ der Blende 1 gehen

Die Lichtführungseinrichtung kann in einer Vielzahl Lichtstrahlen aus, welche die Lichteintrittsfläche 4 von Fällen Anwendung finden. So z. B., wie schon ausfüllen und den Winkel 2p\ einschließen. Verfolgt , erwähnt, in der Infrarottechnik. Ein Spektralphoto- man den gestrichelten Kreis durch die Punkte F₁, F% ^! meter für das Infrarotgebiet kann zweckmäßig mit 45 und die Eckpunkte der Lichteintrittsfläche 4, sp der neuen Lichtführungseinrichtung ausgerüstet wer- erkennt man, daß z. B. die von ,F₁, F₂ zum oberen den. Man erreicht dabei eine Empfindlichkeitssteige- oder unteren Eckpunkt von 4 gehenden Strahlen rung um etwa den Faktor 2. Damit können bei vor- den Winkel 2A₁ einschließen.

gegebener Empfindlichkeit die Lineardimensionen des Nach Durchtritt des Lichtes durch die Spiegel-

Gerätes wesentlich verkleinert werden, was eine 5° kammer 4 schließen die zu den Blendeneckpunkten beträchtliche Verbilligung bedeutet. F₃, F₄ gehenden Strahlen den Winkel 2ß₂ ein. Die

Auch bei Belichtungsmessern kann die neue Licht- durch die Punkte F₃, F₄ zum oberen oder unteren führungseinrichtung vorteilhafte Anwendung finden. Eckpunkt der Lichtaustrittsfläche 5 gehenden Strahlen Sollen sehr kleine Lichtmengen gemessen werden schließen den Winkel 2«₂ ein. (Dämmerungs-Belichtungsmesser), so ist normaler- 55 In F i g. 1 b sind nur zwei Randstrahlen eingezeichweise die Anzeige recht träge. Verwendet man die net, die wegen der Ellipsenform der Mantellinien Lichtführungseinrichtung, so wird eine höhere Be- der Spiegelkammer 3 zwischen F₁ und F₂ die gleiche leuchtungsstärke des Empfängers erreicht. Dadurch optische Länge besitzen müssen. Daraus folgt ohne nimmt seine Trägheit ab, und man erreicht eine weiteres für die Strecken X₁ und X₂: wesentlich schnellere Anzeige. 60 __

Die Lichtführungseinrichtung nach der Erfindung ^{1 2}'

kann über einen großen Spektralbereich Anwendung Drückt man diese Strecken durch andere Parameter

finden. So liegt eine wesentliche Anwendung im aus, so kommt man schließlich zu der Formel Infrarotbereich bis hin zu großen Wellenlängen. Auch _{sma s};_na .

für Radiowellen im cm- und dm-Bereich kann die 65 O₁ —. = a₂ —. . (1)

Lichtführungseinrichtung noch Anwendung finden, - . COSp₁ cosp₂

Weitere Anwendungen ergeben sich in Verbindung Für einen ideal abbildenden Optikkörper, der ein

mit Lichtquellen. So kann z.B. eine Lichtführungs- telezentrisches Strahlenbündel (/S₁ = 0) mit dem

Öffnungswinkel K₁ in ein telezentrisches Strahlenbündel (ß₂ = O) mit dem Öffnungswinkel K₂ umwandelt und dessen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen Kreisflächen mit den Radien Ci₁ und a₂ sind, gilt der Energiesatz in der Form

sin

= η- a₂ sm

In Luft gilt:

sin K₁ = a₂

(2)

Ein Vergleich der Formeln (1) und (2) zeigt, daß bei einem endlichen Winkel β der Ausdruck sinκ

sin α . , ,
ä-. Analog zu der

ersetzt werden muß durch

bekannten Definition der relativen Apertur eines Objektivs

l:k — 2 η sin κ

läßt sich also bei endlichem Winkel/? eine effektive Apertur definieren durch

anschließen, der die Apertur vom Wert 1:0,5 auf den Wert l:0,5//i bringt. Wahlweise kann aber auch der Immersionskörper so ausgelegt werden, daß er die Funktion der Spiegelkammer mitübernimmt. F i g. 3 zeigt eine Spiegelkammer 12, bei welcher die erste Blendenöffnung im Unendlichen liegt und die zweite Blendenöffnung mit der Lichtaustrittsfläche 14 zusammenfällt. Auf die Lichteintrittsfläche 15 fällt also ein unter dem Winkel K₁ einfallendes, paralleles Strahlenbündel, das im dargestellten Meridianschnitt auf den Eckpunkt E der Lichtaustrittsfläche 14 konzentriert wird. Das unter dem Winkel Of₁ einfallende Licht wird in ein Bündel mit dem maximalen Öffnungswinkel «₂ = 90° (Endapertur in Luft 1:0,5) verwandelt.

Die Spiegelkammer nach F i g. 3 ist ein Spezialfall der Spiegelkammer nach F i g. 1, und zwar für den Sonderfall ß_x = 0, /S₂ = 90 — K₂ = 0. Unter diesen Bedingungen wird b_x = 00, b₂ = a₂, «₂ = 90°. Die Gleichung (1) geht über in

a₂ = U₁ sin K₁ .

sin α

cos β

= 2nsmoc

_ea.

Ein Vergleich der Formeln (1) und (2) zeigt ferner, daß für die Lichtführungseinrichtung nach F i g. 1 dem Energiesatz in der Weise Rechnung zu tragen ist, daß der endliche Winkel β berücksichtigt werden muß, wie dies in Formel (1) angegeben ist.

Bei der Lichtführungseinrichtung nach F i g. 1 sind die Öffnungen b_x und b₂ der Blenden und Ci₁ und a₂ der Kammer 3 durch folgende Gleichungen verknüpft:

Ferner wird I₁ = 00 und I₃ = 0. Die Gleichung für I₂ geht über in

I₂ (G₁ + O₂) = cot Oc₁,

und die Mantellinien 13 entarten in Parabeln, wobei im eingezeichneten u, v-Koordinatensystem die obere Mantellinie die Gleichung

v² = 2pu

ρ =2aJl +

SmK₁ _ sin/S₁
cos /S₁ cos K₁

sin K₂ _ sin/?₂

COS p₂ COS OC₂

Für die Längenabmessungen gilt:

k = (fh. + bi) cot (K₁ + /S₁),
h = Oi + «ζ) cot ((X₁ — ßj),
4 = («2 + £2) cot (k₂ + £2).

Bei Vorgabe von b_u b₂, J₁ und Ci₁ und unter der Voraussetzung b_x > O₁ sind also in den durch den Energiesatz gegebenen Grenzen sämtliche anderen Größen bestimmt. Die Form der Ellipsen kann zeichnerisch leicht aus der Bedingung der Konstanz des Lichtweges der Strahlen zwischen F₁, F₂ bzw. F₃, jF₄ bestimmt werden.

In F i g. 2 ist mit 7 ein Objektiv bezeichnet, das in der Bildebene Licht auf die Apertur 1:1,2 verdichtet. Mit 8 ist eine Spiegelkammer bezeichnet, welche eine asphärische Mantelfläche 9 aufweist. Die erste Blendenöffnung fällt hier mit der Austrittspupille 10 des Objektivs 7 zusammen, während die zweite Blendenöffnung mit der Lichtaustrittsfläche 11 der Spiegelkammer 8 zusammenfällt. Die Spiegelkammer 8 formt das eintretende Licht in Halbraumstrahlung (oc₂=90°) um, d. h., sie bewirkt eine weitere Lichtverdichtung auf die Endapertur in Luft 1:0,5.

Ein Empfänger wird gegebenenfalls direkt an die Lichtaustrittsfläche 11 gelegt. Sofern Empfänger benutzt werden, die sich für den Betrieb mit Immersionsbptik eignen, kann sich an die Spiegelkammer 8 als dritte Stufe ein Immersionskörper der Brechzahl η hat. Da die untere Mantellinie symmetrisch zur Mittellinie liegt, sind durch diese Gleichungen alle Abmessungen festgelegt.

Um die Lichtkonzentrationseigenschaften der Spiegelkammer nach F i g. 3 deutlich zu machen, sind in den F i g. 4 a bis4f die Strahlengänge im Meridianschnitt für verschiedene Neigungen des einfallenden Parallelstrahlenbündels dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind beim Neigungswinkel κ = 40° ein Teil der Strahlen in Fig. 4e und ein anderer!

Teil in Fig. 4f dargestellt. /

Die Spiegelkammer ist für einen Aperturwinkel K₁ = 30° ausgelegt. Man sieht, daß die Spiegelkammer für Neigungswinkel 0 bis 30° lichtdurchlässig ist, für größere Neigungswinkel jedoch als Reflektor wirkt. Weiter ist zu sehen, daß an der Lichtaustrittsfläche Neigungswinkel bis zu K₂ = 90° vorkommen. Der Neigungswinkel K₁ == 30° spielt also die Rolle eines Grenzwinkels.

Die Spiegelkammer hat demnach die Eigenschaft, aus einem Strahlungsfeld, in dem alle möglichen Winkel vorkommen, nur Lichtstrahlen mit Neigungswinkeln bis zu 30° herauszuschneiden. Sie wirkt somit als Aperturbegrenzer und verdichtet Lichtbündel der Grenzapertur auf Halbraumstrahlung.

Diese Eigenschaften machen die Spiegelkammer beispielsweise als Vorsatzoptik für einen Belichtungsmesser geeignet, der maximal den halben Bildwinkel OC₁ = 30° besitzen soll. Zugleich hat die Spiegelkammer die Eigenschaft, das Licht auf die im Verhältnis zur Lichteintrittsfläche kleinstmögliche Lichtaustrittsfläche zu verdichten.

Bemerkenswert ist, daß im Durchlaßbereich die eindringenden Strahlen im allgemeinen nur einmal

an der Wandung der Spiegelkammer reflektiert werden. Lediglich einige wenige parallel oder nahezu parallel zur Achse einfallenden Strahlen sowie vermutlich auch windschiefe Strahlen erleiden mehr als eine Reflexion. Bei der Reflexion etwa vorkommende Lichtverluste treten in geringerem Maße auf, wenn die Mantelfläche total reflektiert. Dies ist der Fall, wenn die Spiegelkammer durch einen Körper aus einem durchsichtigen Material der Brechzahl η ersetzt wird.

Solche Körper können im Meridianschnitt Mantellinien aufweisen, die z. B. teils aus Geraden, teils aus Parabeln bestehen.

Materielle, durchsichtige Körper sind wegen der Brechung des Lichtes im allgemeinen schlanker als Spiegelkammern. Abhilfe gegen zu große Baulänge schafft die Vereinigung des Körpers mit einer Feldlinse, die sich auf der Seite der kleineren Apertur befindet.

Ein solcher Körper 16 ist in F i g. 5 dargestellt. Die Lichteintrittsfläche 17 hat Kugelgestalt und ist so stark gekrümmt, daß sie die unter dem Grenzwinkel Oc₁ einfallenden Lichtstrahlen gerade noch aufnimmt. Die nach den Methoden zur Auffindung asphärischer Flächen ermittelten Mantellinien sind angenähert Geraden. Das einfallende Licht wird auf die Endapertur von 1:0,5 verdichtet. An die Lichtaustrittsfläche 18 schließt sich hier ein Lichtleitstab 19 an. Damit der Körper in jedem Falle seine Funktion erfüllt, muß seine Mantelfläche an den Stellen, an denen sie nicht totalreflektierend wirkt, mit einem Spiegelbelag versehen sein. Dies gilt insbesondere auch für den an den Körper anschließenden Lichtleitstab 19.

F i g. 6 zeigt einen zum Überführen von Halbraumstrahlung in Immersions-Halbraumstrahlung dienenden Körper 20. Dieser Körper weist parabelförmige Mantellinien 21 auf. An die Lichtaustrittsfläche 22 schließt sich ein Lichtleitstab 23 an, der ebenso wie der Lichtleitstab 19 mit einem — nicht dargestellten — Spiegelbelag versehen ist.

Die Fig. 7a und 7b zeigen Schnitte in zwei zueinander senkrechten Symmetrieebenen durch eine Spiegelkammer 24. Diese Kammer dient zur Weiterleitung eines durch einen rechteckförmigen Spalt (Abmessungen 4 · 3 mm) austretenden Lichtes auf eine quadratische Fläche (Abmessungen 1,37 ■ 1,37mm). In dem in F i g. 7 a dargestellten Aufriß wird die unter einem Grenzwinkel von K₁ — 20° einfallende Strahlung in Halbraumstrahlung verdichtet. Gemäß dem Energiesatz gilt:

Licht eines Winkels a₂ ⁼ 48,6° möglich ist. Für diesen Winkel ist:

1,5

0,685

sin 48,6°
sin 20°

0,75
0,342

= 2,19.

sin

sin

0,342

= 2,924.

In dem in F i g, 7 b dargestellten Grundriß ist die Eintrittsfläche kleiner als in Fig. 7a. Da die Länge der Spiegelkammer von der Größe der Lichteintrittsfläche abhängt, muß hier ein gewisser Längenausgleich geschaffen werden. Dies wird durch den, durch parallele Spiegelflächen begrenzten Bereich 25 erreicht. Im Bereich 26 hat die Spiegelkammer ebenso wie in F i g. 7 a parabelförmige Mantellinien. Im Bereich 27 weist die Spiegelkammer 24 die Form eines Konus auf. Dieser Konus ist notwendig, da nach dem Energiesatz lediglich eine Umformung des unter dem Grenzwinkel C₁ = 20° einfallenden Lichtes in Es ist noch zu bemerken, daß die Mantellinien der Bereiche 25, 26, 27 tangential ineinander übergehen. Die in F i g. 7 dargestellte Spiegelkammer findet besonders vorteilhafte Anwendung in Photometern, insbesondere im Infrarotbereich. Sie dient dort zur Weiterleitung des durch einen rechteckigen Austrittsspalt tretenden Lichtes auf einen quadratischen Empfänger. Da dieser bei Verwendung der Spiegelkammer mit Licht hoher Apertur beaufschlagt wird und da zudem seine Fläche sehr klein gehalten werden kann, erzielt man eine sehr hohe Empfindlichkeit. Die beschriebenen und dargestellten Körper und Spiegelkammern können beliebigen, vorzugsweise symmetrischen, z. B. rechteckigen, quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt haben. Die Form des Querschnitts wird immer nach der jeweils vorliegenden Aufgabe gewählt.

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Axialsymmetrische Lichtführungseinrichtung zur Aufnahme und verlustarmen Weiterleitung eines Lichtstromes, bestehend aus einer Lichteintrittsfläche, einer asphärischen, spiegelnden oder total reflektierenden Mantelfläche, deren Meridianschnitt Kurven 2. Ordnung sind, und einer Lichtaustrittsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Mantelfläche im Meridianschnitt den Rand einer ersten Blendenöffnung auf den auf derselben Seite der optischen Achse gelegenen Rand einer zweiten, auf die Lichtaustrittsebene folgenden Blendenöffnung abbildet, wobei für jeden Lichtstrahl die optische Weglänge von einer Blendenöffnung zur nächsten gleich groß ist.

2. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Blendeni öffnungen mit der Lichteintritts- bzw. Lichtau'strittsfläche zusammenfällt.

3. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine- der beiden Blendenöffnungen im Unendlichen liegt.

4. Lichtführungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenöffnungen sowie die Lichteintrittsund Lichtaustrittsöffnung symmetrisch und unter sich geometrisch ähnlich sind.

5. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche Rechtecke von verschiedenem Seitenverhältnis sind.

6. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Blendenöffnungen mit der Eintritts- bzw. Austrittspupille eines Objektives oder Teleskopspiegels identisch ist.

7. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die mit einer Blendenöffnung zusammenfallende Lichteintrittsoder Lichtaustrittsfläche eine weitere Lichtführungseinrichtung oder ein Lichtleitstab anschließt.

8. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1,

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dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien im Meridianschnitt Ellipsen sind, deren Brennpunkte mit den im gleichen Schnitt auf der anderen Seite der Achse gelegenen Begrenzungspunkten der Blenden zusammenfallen.

9. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantellinien im Meridianschnitt Parabeln sind, deren Brennpunkte mit den jeweils gegenüberliegenden Begrenzungspunkten derjenigen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsöffnung zusammenfallen, die zugleich die Blendenöffnung darstellen.

10. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die nach den Regeln der Auffindung asphärischer Flächen i& bestimmten Mantellinien sich aus Stücken elliptischen, parabolischen, hyperbolischen und/oder geradlinigen Charakters zusammensetzen.

11. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breiten der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen sowie der Blenden in den mittleren Symmetrieebenen umgekehrt wie die effektiven Aperturen der sie durchsetzenden Lichtbündel verhalten.

12. Lichtführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Lichteintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche eine Feldlinse angeordnet ist.

13. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse und die Lichtführungseinrichtung einen einheitlichen Körper bilden.

14. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 in der Anwendung zum Überführen von Halbraumstrahlung in Immersions-Halbraumstrahlung, gekennzeichnet durch die Ausbildung als einheitlicher Körper mit ebener, geometrisch ähnlicher Lichteintritts- und Lichtaüstrittsfläche, deren Größen im Verhältnis des Quadrates der Brechzahl des Körpers zueinander stehen und deren Mantellinien in jedem Meridianschnitt Parabeln sind, deren Brennpunkte mit" den jeweils gegenüberliegenden Eckpunkten der Lichtaustrittsfläche zusammenfallen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen