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Strahlenleitvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Strahlenleitvorrichtung
zum Übertragen einer auf eine Eintrittsfläche einfallenden gerichteten Strahlung
aufeine davon-entfernt angeordnete Austrittsfläche mittels'eines lichtleitenden
Konus in Gestalt eines innenverspiegelten Trichters.
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Anordnungen dieser Art dienen beispielsweise dazu, die durch ein optisches
System einer Eintrittsfläche zugeleitete Energie möglichst verlustlos einem Strahlungsempfänger
(Detektor) zuzuleiten. Dabei soll im allgemeinen das-Verhältnis von Eintritts- und
Austrittsfläehe größer als eins sein, um das Lichtbündel auf eine kleine Fläche
zu konzentrieren. Umso günstiger ist nämlieh das Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Es
soll ferner eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Detektors erfolgen. Für
diesen Zweck sind Feldlinsensysteme bekannt, mit denen die Eintrittspupille des
optischen Systems auf den Detektor abgebildet wird. Andere Lösungen benutzen konisehe
Lichtleiter, welche entweder aus einem massiven Körper von einem Brechungsindex
größer als eins bestehen, an dessen Außenflächen Totalreflexion erfolgt, oder aus
einem
trichterförmigen Hohlkörper mit verspiegelten Innenwänden. Bei den üblichen Anordnungen
dieser Art sind das besagte optische Systemg die Übertragungemittel und der Strahlungsempfängermit
seiner Detektorfläche feststehend gleichacheig angeordnet. Ungünstig werden.die
Fälle, bei denen die Strahlen mit einem relativ großen Öffnungswinkel auf die Eintrittsfläche
treffen, da dann durch die geforderte Verkleinerung die austretenden Strahlen sehr
stark divergieren. in diesen Fällen wird die Feldlinsenoptik ziemlich aufwendig,
so daß hier die Verwendung von Lichtleitern vorzuziehen wäre.
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Wenn nun gefordert wird, daß die Eintrittsfläche gegenüber der Austrittsfläche
verschwenkbar istl dann besteht die Gefahr, daß in der verschwenkten Stellung ein
Teil der aus der Strahlenleitvorrichtung austretenden-Strahlen nicht auf die Empfängerfläche
trifft, sondern an dieser vorbeigeht, Es wäre dann notwendig, daß die Empfängerfläche
vergrößert wird« Dabei würde das Strahlenbündel natürlich in jeder Stellung nur
einen Teil der Empfängerfläche ausleuchten. Beides würde zu einer Verschlechterung
des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses führen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,-eine Strahlenleitvorrichtung
zu schaffen, welche eine gegenseitige Bewegung zwischen Eintritts- und Austrittefläehe
gestattet, bei welcher insbesondere die Eintrittsfläche gegenüber der fesistehenden
Austrittafläche um einen Achspunkt verschwenkbar ist, ohne daß Energieverluste
auftreten
oder die Austrittsfläche unerwünscht groß wird.
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Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrundeg das von einem
verschwenkbaren optischen §jrstem erfaßte licht möglichst voilständig auf einem
feststehenden Strahlungsempfänger mit möglichst kleiner und gleichmäßig auageleuchteter
Empfängerf läche zu sammeln. Erfindungegemäß wird das dadurch erreicht, daß der
lichtleitende Trichter um einen auf seiner Achse liegenden Schwenkpunkt verschwenkbar
istg und daß die Austrittaöffnung des Konus mit ihrem Rand in geringem
Ab-
stand von der Vorderfläche einer sphärischen Linse liegtp deren Krümmungsmittelpunkt
mit dem Schwenkpunkt des Trichters zusammenfällt.
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Bei einer solchen Abordnung werden die aus dem lichtleitenden Trichtir
austretenden Strahlen alle von der sphärischen Linse erfaßt, und zwar treffen sie
bei je-
der Stellung dieses Trichters unter den gleichen Winkeln auf die Kugeloberfläche
der Linse. Die Strahlen, die längs de#Achse des Trichters austreten, gehen stets
durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Linsenfläche. Diejenigen Strahlen,
die unter einem größeren Winkel zur Flächennormalen auf die Linsenoberfläche treffen,
werden zu dar Normalen hin, also in Richtung auf den Krümmungsmittelpunkt der Linsenoberfläche
hin gebrochen. Es läßt sich einsehen, daß unter diesen Umständen die Austrittsfläche,
auf welcher das Lichtbündel aus der sphärischen Linse austritt, nur sehr wenig von
der Neigung des Trichters relativ zu der optischen Achse der Linse abhängt.
Vorteilhaft
ist es, wenn die sphärische Linse eine Plankonvexlinse istg deren Planfläche durch
den Krümmungsmittelpunkt geht. Es kann dann, wenn das Lichtbündel auf einen Strahlungsempfänger
geleitet werden soll, die Empfängerfläche auf oder unmittelbar hinter der Planfläche
der Linse angeordnet werden, so daß sie sich mit der im wesentlichen unveränderlichen
Strahlenaustrittsfläche dieser Linse deckt.
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Wenn es aus konstruktiven Gründen nicht möglich ist, den Strahlungsempfänger
in den Schwenkpunkt des lichtleitenden Trichters zu setzen, dann-kann in weiterer
Ausbildung der Erfindung die Anordnung so getroffen werden, daß sich an die Planfläche
der Linse ein zylindrischer Lichtleiter anschließt, hinter dessen Austrittsfläche
ein Strahlungsempfänger angeordnet ist, Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Abbildungen dargestellt und im folgenden beschrieben: Fig.
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und 2 veranschaulichen den Strahlengang einer erfindungsgemäßen Anordnung
bei zwei verschiedenen Stellungen des optischen Systems und des lichtleitenden Trichters.
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Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung der sphärischen Linse.
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Ein optischem System 10 erzeugt ein Bild eines Gesichtsfeldes
auf einer Eintrittsfläche 11. Das mit einem Öff-
nungswinkel einfallende
Licht soll möglichst ohne Verluste auf einem feststehenden Strahlungsempfänger gesammelt
werdent
dessen Empfängerfläche 12 möglichst klein und möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet
sein sol 1. Daran soll sich auch nichts ändern, wenn das optische System
10 und mit ihm die Eintrittsfläche 11
um einen Punkt 13 verschwenkt
werden.
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Zu diesem Zweck ist ein Trichter 15 mit innenverspiegelten
Wänden vorgesehen, der als lichtleiter wirkt. Er ist zusammen mit dem optischen
System 10
um den Punkt 13 verschwenkbar. Seine erweiterte
Öff-
nung liegt dicht hinter der Eintrittsfläche 119 seine engere Öffnung
liegt mit ihrem Rand dicht vor der sphärischen Oberfläche einer Plankonvexlinse
14.
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Der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Linsenfläehe fällt mit dem
Schwenkpunkt 13 des optischen Sy-
stems 10 und des lichtleitenden
Trichters 15 zusammen. Die Linse 14 erfaßt alle Strahlen, die aus dem lichtleitenden
Trichter 15 austreten. Diese Strahlen fallen stets unter den gleichen Einfallswinkeln
auf die sphärische Linsenfläche, unabhängig von einer Schwenkbewegung des optischen
Systems 10 und Trichters 15. Die Austrittsfläche, auf welcher die
Strahlen aus der Planfläche der Linse 14 austreten, verändert sich bei der
Schwenkbewegung des Trichters 15
nur geringfügig. Es kann also eine rela tiv
kleine Empfängerfläche vorgesehen werden, die bei allen Stellungen des optischen
Systems und des lichtleitenden Trichters 15 praktisch das gesamte auf die
Eintrittsfläche fallende Licht ohne Verluste erfaßt, und gleichmäßig ausgeleuchtet
ist.
Wenn man den Strahlungsempfänger aus konstruktiven-Gründen
nicht im Schwenkpunkt 13 anordnen kann, dann ist es mi§glich, entsprechend
Fig. 3 die Linse 14 mit einem zylindrischen lichtleitenden Ansatz
16 zu versehen, der das Licht von der Austrittsfläche verluetlos zum Empfänger
weiterleitet.
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Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar bei-Suchköpfen, bei denen
das System 10 durch das Signal vom Strahlungsempfänger automatisch auf ein
Ziel ausgerichtet wird, während der Strahlungsempfänger feststehend angeordnet ist.
Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist die USA-Patentschrift 3 034 405.