DE1522783A1

DE1522783A1 - Belichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE1522783A1
Application number: DE19651522783
Authority: DE
Inventors: Lee Pui Kum Saint Paul
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1964-06-24
Filing date: 1965-06-21
Publication date: 1969-10-30
Also published as: GB1115928A; ES314550A1; CH438029A; US3270194A; AT272078B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Iiohtbestrahlungsvorrichtungen, die besonders für die Photokopiertechnik nützlich sind.

Die genaue Wiedergabe von gedruckten Dokumenten und anderen Originaleen durch Verfahren, welche die. Lieht-. bestrahlung eines lichtempfindlichen Blattmateriales im Kontakt mit dem Original einschließen, erfordert, daß das Blatt gleichmäßig beleuchtet wird. Für Verfahren mit hoher Geschwindigkeit ist eine hochintensive Beleuchtung erwünscht. Lichtkästen, die eine große Anzahl von im gleichmäßigen Abstand angeordneten Glühfadenlampen in einem llchtreflßktierenden Gehäuse enthalten, welches einen lichtzerstreuenden Deckel aufweist, sind bei derartigen Verwendungen als

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nützlich befunden worden, aber sie haben eine Anzahl von lachteilen. Wenn sie unter Überlastungsbedingungen mit hoher Intensität betrieben werden, haben die Lampen eine kurze Lebensdauer und erfordern häufig Ersatz. Der richtige Ausgleich der verschiedenen Lampen ist schwierig aufrecht zu erhalten. Andererseits erfordern Lichtkästen, die weniger Quellen enthalten, im allgemeinen viel größere Abstände und zusätzliche Schirme oder lichtzerstreuende Platten zwischen der Quelle und der Beleuchtungsfläche, um die gewünschte Beleuchtungsgleichmäßigkeit zu erzM.en.

Der Lichtkasten nach der Erfindung benutzt nur eine einzige Lichtquelle und in dichter Iahe zu der Belichtungsfläche, während nicht mehr als etwa plus oder minus 5 °h iinderung in der Beleuchtungsintensität über die gesamte Fläche zugelassen wird. Die Beleuchtungsintensität ist so hoch, daß kurze Belichtungszeiten verwendet werden können. Eine übermäßige und lokalisierte Temperaturbildung an der Belichtungsfläche ist vermieden. Die Erfindung bildet dementsprechend einen überraschend flachen Lichtkasten, mit dem vollkommen gleichmäßig schnelle sichere Belichtung von allen geschäftsmäßig,großen photoempfindlichen Kopierblattmaterialien ausgeführt werden können.

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Es ist eine kompakte Quelle von gleichmäßig intensiver Weitilächenbeleuchtung vorgesehen, die zur Belichtung oder Bestrahlung von lichtempfindlichen Blattmaterial geeignet ist, welches sich mit einem graphischen Original an der Belichtungsfläche in Berührung befindet. Die Quelle schließt eine Linienquelle von hochintensivea Licht ein, welche sich zwischen den beiden gegenüberliegenden Eeflektoren erstreckt, die an die Enden der Belichtungsfläche angrenzen und ist in einem kurzen Abstand in der Mitte längs und dicht zu der Belicbtungeflache angeordnet, so daß der Winkel der direkten Beleuchtung nicht größer als etwa 140 Grad ist. Ein Schirm, der mindestens teilweise lichtdurchlässig ist, ist über und dicht an der Quelle angeordnet, wobei der enge Zwischenraum zwischen den beiden den gesteuerten Durchgang von Luft gestattet. Ein Paar von im allgemeinen bogenförmigen Reflektoren erstreckt sich von gerade unterhalb der Linienquelle gegen jede entsprechende Seitenkante der Belichtungsfläche. Jeder ist im allgemeinen auf einen Punkt zentriert, der auf der senkrechten Halbierungslinie einer Linie liegt, welche die Linienquelle und die Seitenkante verbindet. Die Belichtungs- oder Bestrahlungsquelle

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ist dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen das Erfordernis erfüllt, daß die Summe der von Direktstrahlen und von indirekten Strahlen erhaltenen Beleuchtungsstärke an allen Funkten an der Belichtungsfläche eine Konstante ist.

In der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, sind:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, annähernd im Verbal tnismaßs tab, eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des Lichtkastens nach der Erfindung mit abgenommenem Deckel, um die Innenkonstruktion zu zeigen,

Fig. 2 ein Querschnitt des Lichtkastens nach Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Einzelheit, ebenfalls im Querschnitt, eines Teiles der Lampen- und Reflektorverbindung einer abgewandelten Form des Lichtkastens,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Verfahrens zur Konstruktion eines geeigneten Reflektorteiles,

Fig. 5 ein Teilschnitt einer wahlweisen Arbeitstragkonstruktionseinzelheit und

Fig. 6 eine teilweise perspektivische Darstellung einer wahlweisen Form des Schirmgliedes.

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Die Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 enthält im allgemeinen einen Unterteil 10, an welchem ein flaches Rahmenwerk 11 befestigt ist, das flache Endreflektoren 12, gekrümmte Seitenreflektoren 13, eine rohrförmige lampe 14 und einen Schirm 15 einschließt.. Eine lichtdurchlässige Arbeitetragplatte 16, die in Fig. 2 im Schnitt gezeigt ist, ruht auf den mit Flansch versehenen oberen Kanten 17 des Rahmens, der die Belichtungsfläche bestimmt.

Die in Fig. 3 dargestellte Abwandlung ersetzt ein Paar schmale flache spiegelii:d.e_..".. Reflektoren 23 für die inneren gekrümmten Randflächen der Reflektoren 13' und enthält einen strahlungsabsorbierenden, wärme-1eitfähigen Radiator 24 darunter.

In einem spezifischen Beispiel des Lichtkastens ist es erforderlich, daß der Lichtkasten imstande ist, gleichmäßig ein photoempfindliches Kopierblatt zu belichten, welches 21 χ 36 cm mißt und daß er eine Gesamttiefe von nicht mehr als 9 Zentimeter hat. Um diese Erfordernisse zu erfüllen, ist die in Fig. 1 dargestellte abgewandelte Konstruktion, wie in Fig. 3 gezeigt, benutzt.

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Der offene Oberteil des Rahmens, d.h. die optisch wirksame Jj'läche der (riasplatte, die als Träger 16 und als Belichtungsflache dient, mißt 22 χ 37 cm. Die Tiefe des Rahmens 11 und des Trägers 16 beträgt 8,3 cm. Der maximale Abstand zwischen dem Träger und dem Reflektor ist 7,3 cm.

Die Lampe ist eine Ioddampfquarzhüllenlampe mit abgestütztem, in Segmente geteiltem Wendellinienfaden, die eine Gesamtlänge von annähernd 42 cm und einen äußeren Durchmesser von etwa 0,96 cm hat, und die unter der Warenbezeichnung 25 GE "Q 125 0T3/i/432" zu haben ist und die längs einer Linie 5 cm unter der Innenoberfläche des Trägers 16 zentriert ist. Die direkte Beleuchtung trifft daher, wie ersichtlich, die Kanten der Tragplatte unter einem Winkel, gemessen von der Normalen oder Senkrechten von etwas mehr als 60 Grad.

Die Endreflektoren 12 sind parallele pdLierte Aluminiumplatten, Der Schirm 15 ist ein halbzylindrischer Glastrog mit einem Außenseitendurchmesser von 6,3 cm. Das Glas ist etwa 2,1 mm dick. Der oberste Teil befindet sich 3,2 cm unter üer Innenoberfläche des Trägers 16 und die Kanten liegen etwa 3 mm von dem Reflektor 13.

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Die spiegelhden . . Reflektoren 23 sind jeder 1,9 cm, breit und sind aus teilweise versilbertem Glas hergestellt. Sie sind etwas im Abstand von einander angeordnet, wobei sie ein flaches offenes umgekehrtes

V bilden, wobei sie eine Gesamtbreite von 3,8 cm haben. Der Scheitel befindet sich etwa 3 mm unter der Lampe 14.

Die Reflektoren 13 nähern sich eng einer bogenförmigen Gestalt, wobei das schmale obere Segment des Bogens nach einwärts versetzt ist, um einen Ventilationsschlitz 19 zu bilden. Die Mitte des Bogens liegt auf der senkrechten Halbierungslinie einer Linie, welche die Stellung des Fadens und die effektive Kante der Belichtungsfläche verbindet. Die Reflektoren 13 sind mit einer nichtglänzenden diffus reflektierenden weißen Farbe bedeckt oder überzogen.

Der Radiator 24 besteht aus einem dünnen quer genuteten Metallguß, der eine strahlungsabsorbierende nichtglänzende Oberfläche aufweist, die etwa 3 mm im Abstand unter der offenen Seite des umgekehrten

V angeordnet ist. Die Breite des Radiators beträgt 5 cm.

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Ein nichtgezeigter Ventilator driickt Luft in die Vorrichtung durch eine Öffnung 18 an einer Seite des Rahmens. Vieles der Luft geht durch den Schlitz 19 in den Reflektor 13, wo sie längs der Reflektoroberfläche an den Schirm 15 gelenkt wird. Ein Teil tritt dann unter den Schirm ein und ein anderer Teil wird nach aufwärts über den Schirm gerichtet, und die erhitzte Luft wird dann durch den gegenüberliegenden Schlitz 19 und die Öffnung 18 entleert. Die spiegeladLeja .... Reflektoren 23 reflektieren sichtbares Licht, aber übertragen einen großen Anteil der auftretenden, wärmeerzeugenden Infrarotstrahlen, welche dann in dem Radiator 24 absorbiert werden, wo eine Wärmewirkung erzeugt wird. Der Radiator und die äußeren Oberflächen der Reflektoren 13 werden durch einen anderen Teil der Luft gekühlt, die durch die Öffnung 18 eintritt. Infolgedessen ist es als möglich festgestellt worden, irgendeine gewünschte Anzahl yon aufeinanderfolgenden Belichtungen oder Bestrahlungen auszuführen, ohne irgendwelche übermäßige Hitze anzusammeln, wobei auch das vollständige Fehlen von "heißen Stellen" an der Belichtungsflache festgestellt wurde. Es wird die volle Ausbeute aäer Lampe wirksam verwendet und die Beleuchtungsstärke ist über die gesamte Fläche konstant.

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Ein wirksames Testverfahren für eine Lichtquelle der hier beschriebenen Art enthält die Bestrahlung eines photoempfindlichen Blattmateriales im Refleibelichtungskontakt mit einem Bogen von kreuzliniertem Diagrammpapier als graphisches Original. Das ganze Original ist in 6 mm Quadraten mit Linien von schwacher blaugrüner Farbe liniert. Das empfindliche Blatt kann einen phlegmatisierenden Heaktanten, z.B. Methozyhydroxynaphtalen und eine Photoreduzierfarbe, z.B. Erythrosin enthalten, wie es z.B. in dem Workman US-Patent Nr. 3 094 417 beschrieben ist. Nach kurzer Belichtung wird das Blatt in Berührung mit einem Aufnahmeblatt gebracht, welches eine reduzierbare Silberseife enthalt und die Zusammensetzung wird erwärmt. Ein Bild der Linierungslinien des Originales wird in dem Aufnahmeblatt erzeugt. Mit irgendeiner jedoch im wesentlichen vollständig gleichmäßigen Beleuchtung wird das Bild an überbelichteten Flächen nicht erscheinen oder ist von starkem Hintergrund an den unterbelichteten Flächen begleitet. Die Belichtung in der hier beschriebenen Vorrichtung ergibt eine klare gleichmäßige Wiedergabe des gefärbten Musters, ohne zu beobachtende Auslassungen oder Hintergründe über die gesamte Fiäohe.

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Für Kopierzwecke» wie sie gerade beschrieben sind, ist es notwendig, einen guten gleichmäßigen Kontakt zwischen dem Original und dem photoempfindlichen Blatt während der Lichtbestrahlung aufrecht zu erhalten. Der Kontakt kann mittels einer Druckplatte erzielt werden, die gegen die Tragplatte 16 gedrückt wird. Ein alternatives Verfahren enthält den Ersatz der flachen Platte 16 durch einen etwas gebogenen Träger, über welchem die Blätterverbindung' durch an ihren Kanten ausgeübte Spannung in dichter Berührung gehalten werden kann.

Obwohl die Beflektoren, wie vorher bemerkt, im allgemeinen gewölbt oder gekrümmt sind, ist manchmal eine kleine Abweichung von dem konstanten Krümmungsradius nötig, um den gewünschten Beleuchtungsglöichförmigkeitsgraä an der Belichtungsoberfläche zu erhalten. Ein geeignetes Verfahren zur Ableitung der erforderlichen Kurve ist in Fig. 4 erläutert, wie es an einer Lichtquelle angewendet wird, die eine unendliche wirksame Länge aufweist, eine vollständig diffus reflektierende Eeflederoberfläche und eine Tiefe und Breite derart, daß Linien, welche die Lichtquelle und die Kanten der Beliebtungsflache verbinden, einen Winkel umfassen, der nicht größer als etwa 120 Grad ist.

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Die Breite der Belichtungsoberfläche wird zuerst in gleiche schmale Segmente geteilt. Da die maximale Beleuchtung durch direkte Strahlen τοη der Quelle direkt über der Quelle erzielt wird, d.h, an dem Segment 20, ist es zweckdienlich, die Stärke oder Intensität an diesem Segment als Standard zu benutzen. Die Beleuchtung an Irgendeinem Segment kann als von Strahlen abgeleitet angesehen werden, die in einer direkten Linie von der ' Quelle empfangen und Jenen, die τοη einer zwischenreflektierenden Oberfläche empfangen sind, die direkt τοη der Quelle beleuchtet wird. Die Gesamtstärke ist damit die Summe τοη den beiden und kann als Äquivalent zu der Summe der Winkel angenommen werden die sich unter direkter Beleuchtung unter den Oberflächen hinziehen. So überspannt in Fig. 4 das Segment 20 den Winkel b. Ein anderes gleiches Segment 21 hat den kleineren Winkel a und dieses Segment muß daher mit einer zusätzlichen Beleuchtung, äquivalent zu dem Winkel a¹ versehen werden, wo a + a¹ = b ist. Das Segment 22 eines Reflektors 13 ist so angeordnet, um das Licht vom Winkel a¹ - an das Segment 21 zu richten. Durch solches progressiTe Bestimmen des erforderlichen Winkels jedes aufeinanderfolgenden Segmentes der Heflektoroberfläche wird die gesamte lichtgebende Ausbeute

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der Quelle 14 richtig zugeteilt und es wird die geforderte, im wesentlichen vollständige Beleuchtungsgleichmäßigkeit an der Belichtungsfläche erhalten.

Etwas ähnliche Verfahren sind beim Entwerfen von Reflektoren mit anderen als voll diffus reflektierenden Oberflächen von Nuten oder zum Gebrauch mit Quellen von weniger als vollständiger Gleichförmigkeit, oder um für andere Abweichungen Sorge zu tragen. In allen Fällen ist der Reflektor so geformt, um an jede Flächeneinheit der Belichtungsoberfläche eine Lichtmenge zu richten, welche die an der gleichen Flächeneinheit durch direkte oder geradlinige Strahlung verfügbar gemachte Menge ergänzt.

Mathematisch ausgedrückt ist E, +E. ■ K, wo E^ und E. die Beleuchtungsstärke durch direkte Strahlen bzw. indirekte oder reflektierende Strahlen darstellen und K eine Konstante ist.

Der Ersatz der schmalen flachen Reflektoren 23 für die entsprechenden Randflächen der Reflektoren 13 in Fig. 1 trägt zur Reduzierung der Wärmewirkung, wie bereits beschrieben, bei. Zusätzlich gestatten diese ReflfiMoren eine weitere Erhöhung in der Breite oder Abnahme in der Tiefe des Lichtkastens, während noch ein hoher Lichtgleichformigkei tsgrad an der Belichtungsfläche

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aufrechterhalten wird. Die Eeflektoren 23 sind so eingestellt, um zusätzliches Licht längs der äußeren Seitenkanten der Belichtungsfläche zu werfen. Bei einem Winkel von etwa 120 Grad direkter Beleuchtung kann gleichförmige Beleuchtung ohne zu dem Reflektoren 23 Zuflucht zu nehmen erzielt werden, wobei die letzteren, wenn benutzt, dann hauptsächlich dazu dienen, die Wärmewirkung zu vermindern. Die Erhöhung des Winkels direkter Beleuchtung auf 140 Grad oder darüber hinaus erfordert zusätzliche Reflektion an die Randflächen und die spiegelnden. , Reflektoren 23 müssen dann einbegriffen werden.

Um eine gleichförmige Beleuchtung über einen Winkel von 140 Grad mit einer gleichzeitigen minimalen Vorrichtungstiefe zu erreichen, ist es auch als wünschenswert befunden worden, einen teilweise reflektierenden Schirm zu benutzen, wie er beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist.

Solch ein Schirm kann aus einem abwechselnd entgegengesetzt geschlitzten, halbzylindriscben, umgekehrten, polierten reflektivem Aluminiumtrog 15' bestehen, der mit versetzten Schlitzen 25 ausgebildet ist, die längs beider Seiten einer gemeinsamen Grundlinie liegen und um

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eine Strecke gleich ihren gewöhnlichen Breiten, wie gezeigt, im Abstand angeordnet sind. Der Ersatz des geschlitzten reflektierenden Schirmes 15* für den transparenten Schirm 15 reduziert die Stärke der Beleuchtung, die längs dem Mittelteil der Belichtungsfläche erhalten wird und erhöht die Lichtmenge, die an den übrigen Flächen durch Strahlung verfügbar ist, so daß die Weite oder Breite der Belichtungsfläche um soviel wie viermal die Tiefe der Vorrichtung erhöht werden kann, wohingegen mit dem transparenten Schirm ein Breiten-zu-Tiefen-Verhältnis von nicht mehr als etwa 3 oder vielleicht 3 1/2 in Vorrichtungen erreicht werden kann, die zur Beleuchtungsgleichförmigkeit bis innerhalb etwa plus oder minus fünf Prozent imstande sind.

Gleichförmig teilweise reflektierende lichtübertragende Schirme, z.B. aus teilweise versilbertem Glas, sind ebenfalls nützlich, wo ein maximales Breiten-zu-Tiefen-Verhältnis erwünscht ist.

Wie beschrieben , ist die Vorrichtung besonders als ein Belichtungskasten für Kontaktdruck von bia.tfw.eis3 bedruckten Dokumenten und dergleichen verwendbar. Zum Kopieren aus Büchern ist es als erwünscht befunden worden, den Flansch 17 längs einer Seite fortzulassen,

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und die Kante der Platte 16 in Linie mit der Außenkante des Reflektors 15 zu bringen, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Die Beschreibung ist zur Bequemlichkeit durch Belicbtungsangaben in Aufwärtsrichtung gegeben worden, so daß zu kopierende Papiere oder Bücher mit dem zugeordneten photoempfindlichen Kopierblatt oder Zwischenblatt auf die Tragplatte gelegt werden können. Es ist klar, daß gleiche optische Resultate erhalten werden können, wenn der Kasten in irgendeiner Richtung gekippt oder umgekehrt wird. Beispielsweise kann das zu kopierende Material auf ein Tragpolster oder eine Oberfläche, z.B. eine Tischplatte, gelegt werden und die Vorrichtung wird dann in umgekehrter Stellung und ohne die Tragplatte 16 für den Belichtungsschritt darübergesetzt. Es ist auch ersichtlich, daß die hier beschriebene Vorrichtung oder eine etwas nichterfinderische Abwandlung Anwendung auf Gebieten finden kann, die andere als das Photokopieren sind, und wo immer eine kompakte Quelle von gleichförmiger und intensirer Beleuchtung gewünscht wird.

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Claims

Patentansprüche

1. f'eitflächenbeleuchtungsquelle mit einer Lichtquelle zwischen einem Heflektor und einer Belichtungsfläche gekennzeichnet durch eine Linienquelle (14) Ton hocbintenslTem Licht, die zentral unter der Belichtung·- fläche (16) in einem solch kurzen Abstand angeordnet ist, daß der Winkel direkter Beleuchtung nicht größer als etwa 140 Grad ist und sich zwischen den gegenüberliegenden Keflektoren (12) erstreckt, 6ie an die beiden Enden der Belichtungsfläche angrenzen, ferner einen mindestens teilweise lichtdurchlaseigen Schir» (15) der dicht über der Linienquelle (14) liegt und da?on im Abstand angeordnet ist, um für einen engtn Zwischenraum rund um die Linienquelle herum e für gesteuerten Luftdurchlass su sorgen, sowie ein Paar im allgemeinen gewölbte Keflektoren (13J_xTOn denen jeder sich Ton gerade unterhalb der Linienquelle (14) su der entsprechenden Seitenkante der Belichtungsfläche erstreckt und jeder im allgemeinen auf einen Punkt zentriert ist, der auf der senkrechten Halbierungslinit (bisector)einer Linie liegt, welche die Linienquelle (14) und die genannte Seitenkante Terbindet, wobei die Weit-

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flächenbeleuchtungsquelle im wesentlichen das Erfordernis erfüllt, welches durch die Gleichung E. + E. * K gegeben ist»

2» Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die ;,inienquelle (14) eine segmentförmig gewundene Linienfacenlampe ist, daß die beiden gegenüberliegenden fieflektoren (12) parallel zueinander und spiegelnd reflektierend sind und daß die im allgemeinen gewölbten .Reflektoren (13*.) jeder unter der Linienquelle (14) in ein·· schmalen flachen spiegelnden Reflektor (23) encot, die ao eingestellt sind, um das Licht, welches Ton ier Quelle (14) direkt auf den schmalen Reflektor fällt, auf eine sclmale Zone angrenzend an die entsprechende £'eitenkante der Belichtungsfläche zu reflektieren.

3· Vorrichtung nach Änopruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß jeder der gewölbten iefLektoren (13')getrennte und sich überlappefide Segmente enthält, um dazwischen Längekaniile zum Luftdurchgang zu bilden·

4. Errichtung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3 dadurch

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gekennzeichnet, daß die gewölkten Reflektoren (13*13*1 diffus lichtreflektierend lind und der lichtdurcblliiigt Schirm (15) entweder ein Gl&shalbzylinder oder ein geschlitzter, reflektierender, metallischer Halbiylindtr (15') ist.

5· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Kinkel der direkten Beleuchtung «wischen der Linienquelle (14) und der Beiichtuiigiflacht 120 &raä nicht übersteigt.

6» Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 - 5 dadurch gekennzeichnet» daß die schmalen flachen Spießelreflektoren (23) durchlässig für Infrarotstrahlung sind, wobei in der nähe der Oberflächender genannten Beflektoren (23) entgegengesetzt ssu der Linienquelle (14) ein infrarotabsortierendes, wärmeleitfähiges Element (24) Torbacdea ist.

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