DE1547282C - Strahlenleitvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Strahlenleitvorrichtung zum Übertragen einer auf eine Eintrittsfläche einfallenden gerichteten Strahlung auf eine davon entfernt angeordnete Austrittsfläche mittels eines lichtleitenden Konus in Gestalt eines innenverspiegelten Trichters.

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 Austrittsfläche größer als eins sein, um das Lichtbündel auf eine kleine Fläche zu konzentrieren. Um so günstiger ist nämlich 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 konische 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 System, die Übertragungsmittel und der Strahlungsempfänger mit seiner Detektorfläche feststehend gleichachsig 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.

Wenn nun gefordert wird, daß die Eintrittsfläche gegenüber der Austrittsfläche verschwenkbar ist, 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.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strahlenleitvorrichtung zu schaffen, welche eine gegenseitige Bewegung zwischen Eintritts- und Austrittsfläche gestattet, bei welcher insbesondere die Eintrittsfläche gegenüber der feststehenden Austrittsfläche um einen Achspunkt verschwenkbar ist, ohne daß Energieverluste auftreten oder die Austrittsfläche unerwünscht groß wird.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das von einem verschwenkbaren optischen System erfaßte Licht möglichst vollständig auf einem feststehenden Strahlungsempfänger mit möglichst kleiner und gleichmäßig ausgeleuchteter Empfängerfläche zu sammeln.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der lichtleitende Trichter um einen auf seiner Achse liegenden Schwenkpunkt verschwenkbar ist und daß die Austrittsöffnung des Konus mit ihrem Rand in geringem Abstand von der Vorderfläche einer sphärischen Linse liegt, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Schwenkpunkt des Trichters zusammenfällt.

Bei einer solchen Anordnung werden die aus dem lichtleitenden Trichter austretenden Strahlen alle von der sphärischen Linse erfaßt, und zwar treffen sie bei jeder Stellung dieses Trichters unter den gleichen Winkeln auf die Kugeloberfläche der Linse. Die Strahlen, die längs der Achse des Trichters austreten, gehen stets durch ,den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Linsenfläche. Diejenigen Strahlen, die unter einem größeren Winkel zur Flächennormalen

ίο auf die Linsenoberfläche treffen, werden zu der 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 ist, 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.

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 Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschrieben:

Fig. 1 und 2 veranschaulichen den Strahlengang einer erfindungsgemäßen Anordnung bei zwei verschiedenen Stellungen des optischen Systems und des lichtleitenden Trichters;

F i g. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung der sphärischen Linse.

Ein optisches System 10 erzeugt ein Bild eines Ge-Sichtsfeldes auf einer Eintrittsfläche 11. Das mit einem öffnungswinkel einfallende Licht soll möglichst ohne Verluste auf einem feststehenden Strahlungsempfänger gesammelt werden, dessen Empfängerfläche 12 möglichst klein und möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet sein soll. Daran soll sich auch nichts ändern, wenn das optische System 10 und mit ihm die Eintrittsfläche 11 um einen Punkt 13 verschwenkt werden.

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 Öffnung liegt dicht hinter der Eintrittsfläche 11, seine engere Öffnung liegt mit ihrem Rand dicht vor der sphärischen Oberfläche einer Plankonvexlinse 14. Der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Linsenfläche fällt mit dem Schwenkpunkt 13 des optischen Systems 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 relativ kleine Empfängerfläche vorgesehen werden, die bei 5 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 möglich, entsprechend F i g. 3 die Linse 14 mit einem zylindrischen lichtleitenden Ansatz 16 zu versehen, der das Licht von der Austrittsfläche verlustlos zum Empfänger weiterleitet.

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 Strahlungsemp- ao fänger feststehend angeordnet ist. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist die USA.-Patentschrift 3 034 405.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Strahlenleitvorrichtung zum Übertragen einer auf eine Eintrittsfläche einfallenden gerichteten Strahlung auf eine davon entfernt angeordnete Austrittsfläche mittels eines lichtleitenden Konus in Gestalt eines innenverspiegelten Trichters, dadurch gekennzeichnet, daß der lichtleitende Trichter (15) um einen auf seiner Achse liegenden Schwenkpunkt (13) verschwenkbar ist und daß die Austrittsöffnung des Konus mit ihrem Rand in geringem Abstand von der Vorderfläche einer sphärischen Linse (14) liegt, deren Krümmungsmittelpunkt mit dem Schwenkpunkt des Trichters zusammenfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Linse (14) eine Plankonvexlinse ist, deren Planfläche durch den Krümmungsmittelpunkt (13) geht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die Planfläche der Linse (14) ein zylindrischer Lichtleiter (16) anschließt, hinter dessen Austrittsfläche ein Strahlungsempfänger angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen