DE1912973A1

DE1912973A1 - Stoerlichtblende fuer optische Abbildungssysteme

Info

Publication number: DE1912973A1
Application number: DE19691912973
Authority: DE
Inventors: Davis Edgar S
Original assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Current assignee: National Aeronautics and Space Administration NASA
Priority date: 1968-03-19
Filing date: 1969-03-14
Publication date: 1969-10-16
Also published as: FR2004221A1; JPS496235B1; BE730027A; US3488103A; DE1912973B2; GB1255062A

Description

DR.-ING. EUGEN MAIER

PATENTANWALT STUTTGART

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12. Mara 1969

i - me

NAffiXOME» AKROUAiJTiCS AHD SFAOB ADOTISSHASIOIT Washington,- Β« 0, 2o546₉ ϋ·δ·Α_θ

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A to 856

12· Märss 1969

i - me

Dieses Problem tritt insbesondere bei GegeBlioatau£a&limen, aber auoii bei Beleuchtungemessern, sera, Ehotoaetero, elektrooptischen gea auf» bei denen nur eine bestimmte Jüeftt/aussendende "Fläche der Messung bssw« Beobachtung siag^und©gel@gt den soll·

b©i der

ne su Hafigationezweoken ist e@ EotwsMigs, da spieleweise ¥on anderen vom Auge bsw· dem Objektiv

wird»

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12. Märe 1969 i - me

Sturliöhtblendei hohes? lfiskeaaikeit besteht demgegenüber

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12o Höre 1969

Vorteilhafterweise ist bei einer so ausgebildeten Blende ein Strahlen auffangendes Organ» beispielsweise eine Lin se in eineis vorbestimmten Abstand hinter dem in der spie . gelnden Fläche -vorgesehenen Schauloch angeordnet, so daß ▼on der spiegelnden !lache kein licht auf das Strahlen
auffangende Organ auf treffen kann.

Unter der Bezeichnung "abgeplattetes Sphäroid" oder auch "abgeplattet© Sphäroid-Hälfte" soll ©ine FMohe aiit
groBen und einer kleinen Aohs@ verstanden wssrd@B,,₅
einen elliptischen oder semielliptisohen Qn@reehnitt auf weist» Diese !lachen umsshli#S©a sossit au©fe HallHSlllpeoe ide und ?läehen» die als Spsmetrieaehs® die kleine Aches einer Seilellipse aufweisen·

Sie refl@lrt;ierande Oberfläch«

d® wird vorteilhafterweise durch eise ΊΠΜιοΒλβ ₉ ü.@rem

gende eine iBeilellipse ist, waä iureh Stpgate g@MMit_s die eich T?on deren entgegengesetst^n

punktea esstreokeüe Sie BleeÄe isann uudh äie Gestalt

halben Ellipsoids aufweisen, von deren

zung sich nach innen eine -JfIiAe- erstseelst^ ümsm

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Begrenzung die Gestalt einer Ellipse aufweist, die durch die Brennpunkte der Tellellipae hindurchgeht.

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemafien StUrliohtblende ist» daß Licht» das von außerhalb des beobachteten Objekte ausgeht, innerhalb der Blende nicht reflektiert wird, so daß auoh diffus reflektiertes Sicht oder Blendlioht nicht auf die Oberfläche der Beobaohtungslinse auf treffen kann«

Sin weiterer Vorteil der erfindungegemäSen Blende ist, daß sie in einfachem Weise beliebigen Mnsensystemen und Linsenabmegsungsm angepaßt waxden kem₉ &i® den Gesichtswinkel des Beobachteten Objekts t>e©tissm©n·

Sin weiterer 7@rt@il &ws erfingungsgesiüem Blende ist der» da£ sie @iE@ scharfe ivrfcuüe »wissen ä©m Gssiohts* feld UT«d Störlicht ergibt, &&& ¥on des; @eeiühtswinkel des beobachtettE Oi^ekte mss ein® züh* gering® Witikelahweiehang aufweist _t ohne ü&B dieses Liclit mit dem Lieht des ^©oba@l3>tet©n ^©eiclit@felä@s interf@riax?t«

Zn der S©i&hnis^3 uinä swel Äusftfh^n^gebei spiel© der ar-

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i nee - Sr -

findungsgem&Ben Blende in schematisoher Weise dargestellt. Es zeigen

flg. 1 eine Draufsicht auf die Blende;

Pig. 2 einen senkrechten Schnitt naoh der Schnittlinie 2-2

der ?ig· 1;

Jig. 3 eine Draufsicht auf eine gegenüber der Darstellung in Pig. I abgewandelte Blende;

Fig. 4- einen senkrechten Schnitt nach der Schnittlinie 4-4 der Jig, 3.

. Me in den Pig» 1 und Z dargestellt© Blend© besteht aus einer die Gestalt eines abgeplatteten telbaa Sphäroids anweisenden Schale 11 ait einer api@g©lnd r©fl©ktier@näeß In-Heren Oberfläche 12* Juu dem oberen äuB©reia Rasi 11 erstreckt sioh eiE Eingf laasoh 16 so wait ia@l . bis sein innerer DurcteEiese&r dem Al@i^sid ä des abgeplatteten Halbsphäroids entopricht« Bisear dsü'JrS; die spiegelnde Oberfläche 12 iss we@©^tii@M©8i ab® DI© obere innere Kante 2o dieses llanschee ist

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ringförmigen Kante 22 über die kegelige fläche 23 verbunden, die an den Brennpunkten des abgeplatteten Halbspharoids die untere Kante 22 berührt. Diese Kante 22 let scharf ausgebildet, so daß sie n&herungswelse eine Hehrzahl von Punkten verbindet, die als Brennpunkte der reflektierenden !Fläche 12 definiert sind· Gleichseitig begrenzt diese Kante 22 die kreisförmige Eintrittsöffnung 24 der Blende.

Die in den £ig· 1 und 2 dargestellte Blsnäa 1o macht von dem Vorteil einer abgeplatteten halisspärisehen Schale 11 Gebrauch· Dieses b©st@&t darin» daß das gesamte durch die EintrittsSffsung eiatsetanöe Liokt spiegelnd reflektiert wird und aus des .Bi@&äe durch die Öffnung 24 wieder austritt«, Bieg folgt an® ü&& tiis eine Ellipse gültigen lief !@xLo&sg@s@tsen» aaeli welchen ein Brennpunktstrahl m® reflektiert wird_s ä©Ä er äwsakt den anderen Brennpunkt hiMiirchgüht ₅ und daß ^@Ses? Strahl, der im Bereich awisohea den beiden Brennpunkten auf die Ellipse ai ftJTl.vi1:_s Wenfälle im Bereich Kwisehen den beiden Brennpunkteΰ wieder reflektiert wird» In Pig. 2 wird

dsr d@n Brennpunkt f^ durchdringende

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1 - zse - 8"-

Strahl A βο reflektiert, daß er ale A¹ durch den anderen Brennpunkt f₂ kindurohtritt. Bei scharfer Ausbildung der unteren Xante 22 und sohräg verlaufender Fläche 23, deren Neigung in wesentlichen der Richtung des reflektierten Strahles Δ' entspricht, kann kein so in die Blende eintretendes Licht spiegelnd oder auch diffus in den BlendenhohlrauB hineinreflektiert werden. Jeder andere Strahl, der zwischen den Brennpunkten f^ und fg auf die mittlere Öffnung auf trifft, wird nach den Ref lexionsgesetz reflektiert und durch die Mittelöffnung zwischen den Brennpunkten f₁ und fg zurückgeworfen.

Eine abgeplattete sphärische Halbschale wie die Schale 11 weist einen teilelliptischen Querschnitt auf, so daß ein Strahl, der durch die öffnung 24 eintritt und auf die spiegelnde Oberfläche 12 auftrifft, duroh dieselbe öffnung zurückgeworfen wird. Sine zweite öffnung 28 ist an Boden der Schale 11 vorgesehen, so daß das von den betrachteten Objekt auegesandte, in die Blende eindringende Licht duroh die öffnung 28 hindurchtritt und alle anderen Lichtstrahlen durch die öffnung 24 zurückgeworfen werden.

Hinter der öffnung 28 ist eine optische Linse 3o angeord-

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net und zwar vorzugsweise so, daß an der Fläche 12 reflektiertes Lioht nicht auf diese Linse auftreffen kann· Die Größe der öffnung 28 sowie der Durohmeβser und der Abstand der Linse 5o hinter der Fläche 12 werden von den Winkel des Gesichtsfeldes 'bestimmt, das mittels des optisohen Systeme betrachtet wird. In dem in Tig· 2 dargestellten Auef Uhrungsbeispiel ist die Linse 3o so angeordnet, daß der halbe Gesiohtefeidwinke1 U⁰ betragt und für jeden Halbwinkel, der größer als 33,5° ist, die Blende total wirksam ist.

Zur Konstruktion einer Blende,mittels der jegliches Licht unter einen größeren Einfallswinkel als 33,5° abgewiesen wird, werden zuerst ausgehend -von den Kanten eines Linse 3o zwei Linien B-B und B'-B' unter je einem Ealbwinkel von 14° aufgezeichnet. Sin erstes Streuliohtfeld soll mit einem Halbwinkel von 23° begrenzt werden, wie dies Jig. 2 zeigt.

Dieses erste Streuliohtfeld ist so definiert, daß es das licht umfaßt, das von außerhalb des halben Linsenwinkels nooh auf die Mnsenoberf lache auftrifft· Dieses Streulicht-Gesichtsfeld kann durch Änderung der geometrischen

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la

Anordnung der Blende festgelegt werden. Man geht hierbei so τον» daß von den beiden Kanten der Linse auegehend zwei gerade Linien C-O und C-O¹ unter dem gewählten Winkel Ton 23° eingezeichnet werden, deren Sohnlttpunlcte mit den Linien B-B und B'-B¹ die Brennpunkte einer Ellipse bestimmen, die die gewünschten Blendelgensohaften aufweist.

Die kleine Achse der Ellipse wird so groß als möglich gewählt, jedooh nur eo groß, dad die Linse 3o, bew· ein andere· Strahlen auffangendes Organ, keinen direkten Strahleneinfall Ton der Fläche 12 erfährt. Wie aus 71g· 2 ersichtlich ist, können keine von der Oberfläche 12 ausgehenden Strahlen auf die Linse 3o gelangen. Die kleine Achse kann hierbei leicht mittels eines AussohneideTersuches bestimmt werden· Sind die Brennpunkte auf diese Welse festgestellt, so kann aufgrund der Kenntnis der kleinen Achse die Ellipse und deren große Achse bestimmt werden. BIe Bestimmung der kleinen Achse führt auch zur Ermittlung desjenigen Halbwinkele, außerhalb dessen die Blende voll

bewirkeao ists dieser Winkel/trägt im 7alle der Fig. 1 u&d 2

Die dreidimensionale Schale 11 ergibt sich dadurch, daß

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der Kurvenzug der auf die vorgenannte Art gebildeten TeIlelllpse und die eu den Brennpunkten führenden linien als Erzeugende verwendet wird, die um die kleine Ellipsenachee, in Fig. 2 die in senkrechter Sichtung sich erstreckende Achse der ebenen Ellipse, rotiert« Auf diese Weise gelangt nan zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Blende, die die Gestalt eines abgeplatteten halben Sphäroids aufweist, deren Oberfläche durch eine Drehbewegung entsteht«

Zur Herstellung der Blende kann als Werkstoff Metall, beispielsweise Aluminium, oder auch Kunststoff verwendet werden, der auf an sich bekannte Weise, beispielsweise im Präge- oder Spritsgußverfahren verarbeitet wird·

Nachdem die spiegelnd reflektierende !fläche der Blende, wie in torstehenden angegeben, hergestellt wurde, wird die Linse 3o so angeordnet, daß von ihr aus kein Teil dieser fläche sichtbar ist. Vorteilhafterweise wird hierzu die Innenkante 34· als Schnittlinie mit einer Schräglfäche 36 ausgebildet, so daß sie näherungsweise als die Verbindung einiger Punkte aufgefaßt werden kann·

Die Rückseite bsw, nach innen weisende Seite 38 des Hing-

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flanschee 16 1st die einzige Fläche der Blende, die von der linse aus sichtbar ist. Diese wird zweckmäßigerweise mit einem nichtreflektierenden tilbersug 4o beispielsweise aus schwarzem Samt versehen. Diese Fläche wird nur von diffus an der Fläche 12 reflektierten Strahlen erreicht, weil diese diffuse Reflexion durch die Wahl eines entsprechenden Überzuges über die Fläche 12 verschwindend klein gehalten werden kann. Im Falle des Auftretens einer diffusen Reflexion an der Spielfläche 12 werden die diffus reflektierten Strahlen vollständig von der Uberzugsscliicht 38 des Flansches 16 absorbiert und so jegliche Sekundär-Reflexion in Richtung auf die Linse 3o vermieden«

Nach Herstellung der Blende für ein bestimmtes Gesichtsfeld wird die Linse mittels eines Halters 44 befestigt,, Hiereu kann, wie aus Fig» 2 ersichtlich ist, die kreisförmige Stirnfläche 48 eines die Schale 11 aufnehses&en becherförmigen Gehäuses 46 dienen, aus der ein kegelutumpfförmiger Träger 44 mit einer Wandung 5o ausgeformt igt» Als Linse wird üblicherweise» wie dies auch in der Zeichnung dargestellt ist, eine solche mit kreisförmigen Querschnitt verwendet. Die Linse wird stets der Gestalt der Blende angepaßt, so daß durch die Wahl unterschiedlich gestalteter

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Blenden und entsprechend unterschiedlicher Linsen das Gesichtsfeld weitgehend variiert vrerden kann«

Sie Blende kann aus eloxiertem Aluminium, rostfreiem Stahl, Niokel oder jedem anderen spiegelnd reflektierendem Material hergestellt werden, Zur Vermeidung der diffusen Reflexion kann die spiegelnde fläche 12 einen überzug aus schwarzem Spesialglas erhalten, dessen diffuses Reflexionsvermögen bei etwa o,oo3 $> liegt» Eine ausreichende Blendfreiheit wird jedoch auch schon bei Verwendung von Glasieren mit einem diffusen Reflesionskoeffisieaten von der Größenordnung o,25 $ erzielt. Wie die Innenfläche des Klngflansohes 16 so werden auch die Außenfläche 52 der Schale 11, Innenfläche des Gehäuses 46 einschließlich der Baltevorrichtung 44 für die I»lnse mit einem Überzug aus einem Werkstoff mit sehr geringem totalen Reflexionsvermögen versehen, um auf diese Welse das Streulicht umrlrksazs zu machen, das aus dem Sektor stammt, der von. den Linien 0 und C¹ einerseits und den Iiinlen S und S* andererseits begrenzt wird·

BIe ganze Anordnung. *drd srwaokmäBigerweiae aus Kunststoff

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geformt» der an der Oberfläche 12 einen Schwarzglas-Üherzug mit miniiaalein diffusen Reflexionsvermögen, erhält* Auf die Oberflächen 38, 52 und 48 kann ein Mu-0ter aufgeprägt werden, um an diesen Oberflächen die totale Reflexion auf ein Minimum herab2udrücken_e

Störlichtblenden der so konstruierten, unter ▼on eloxierten schwarzen Aluminiumblech hergestellten Art sind um Größenordnungen den bekannten Blenden über·» legen₀ Wurde noch ein überzug aus Dchwaraera Oarrara»Spezlalglas verwendet, so ergab eich eine noch größere Überlegenheit.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 2?ig_o 3 und 4 dargestellt· Bei diesem Ausführuugebeispiel weist die Blende 53 eine reflektierende Oberfläche 6o auf* die die Gestalt eines abgeplatteten Spiiäroids aufzeigt _f das eher einem Balbellipsoid als der Oberfläche eines Tftsdrehungskörpers entspricht« Wie aus ?ig. 3 ersichtlich ißt» weist die Begrenzungolinle üer Blende die Gestalt einer Bllipse auf· Ss wurde auf seichnerischem und enspirischeza ¥ege festgestellt, daß, wenn der Plaaech 62 so ausgebildet wird, daß seine innere Begreasungsteante 7o durch die Brennpunkte

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f^ und f ¹^ der großen Achse und die Brennpunkte t.^ und f*₂ der kleinen Achse hindurchgeht und diese Punkte durch eine geschwungene Maie· verbindet und auf diese Weise eine ellipsenahnliche öffnung 64 gebildet wird, diese Blende im wesentlichen dieselben Eigenschaften wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Blende aufweist« Sämtliche in die Blende 58 eindringenden und auf die spiegelnde Fläche 6o auftreffenden Strahlen werden so reflektiert₉ daß sie durch die zentrale öffnung 64- wieder zurttckgeworfea werften_e Die abgeplattete hall·sphärische Schale nach den 3?ig« ":' und 4 ist im wesentlichen in derselben Weise ausgebildet und hergestellt wie die in den 3?ig» 1 und 2 bescliriebene Schale« Die auf den großen und kleinen Achsen in der in Figo 3 in Draufsicht gezeichneten Ebene gelegenen Brennpunkte sind entsprechend dem gewünschten Gesichtsfeld gewählt, wobei diese Brennpunkte durch die am weitesten innen gelegene Kante 7o des Flansches 62 in einem weichen Kirvenzug miteinander verbunden sind«. Die Länge der großen und kleinen Achsen und die $iefe der Schale werden dann entsprechend den la vorstehenden "beschriebenen Verfahren 'jestimmt und die Anordnung der Linse so bestimmt, daß sie von keinem der etwa von der reflektierenden Fläche ausgehenden Strahlen getroffen wird«

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De die reflektierende Oberfläche keine Symmetrie aufweist, die Mane 68 jedoch in Querschnitt kreisförmig ist« kann die für einen Satz der Brennpunkte dee HaIbellipsoids optimale kleine Achse für den anderen Satz kein Optimum bilden. Die Linie X-X und X¹-X¹ bestimmen beispielsweise die kleine Achse - bzw«, auch die !ßiefe entlang der optischen Achse - der Oberfläche 6o_e Diese Linien schneiden den Plansch 62 an seinen äußeren Scheitelpunkten· Ähnliche Linien, in der durch die Brennpunkte f.2 BOd f *2 bestimmten senkrechten Ebene, erstrecken sich bis zur Unterseite des Planscheο 7ο«, Die Länge, des Flansches kann gekürßt werden und der Strahlenweg kann in dieser vorgenannten Ebene derselbe sein wie der den Linien X-X und X'-X¹ angegebene, wenn eine elliptl-

en
,sehe Linse verwendet wird, dei/kleine Achse mit der groe-

sen Achse der reflektierenden Oberfläche fluchtete

Im Mittelfeld des abgeplatteten Sphäroids 6o ist wiederum eine vorzugsweise elliptische öffnung 66 für eine darunter angeordnete Linse vorgesehen«

Diese in Pig. 4 dargestellte Störlichtblende weist im wesentlichen denselben Aufbau wie die in den PAg₀ 1 und

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dargestellte Blende auf» So weist beispielsweise auch die Innenkante 7o des flanscheβ 62 eine obere Schräg· fläche 72 auf, durch die eine aeharfö Innenkante gebildet wird, die näherungsweise eine Verbindung mehrerer Punkte darstellte In gleicher Weise ist die Innenkante der öffnung 66 am Boden der spiegelnden Pläche 6ο spitzzulaufend ausgebildet, so daß sie näherungsweise eine Verbindung von Punkten darstellt« Die nach innen weisenden flächen 74 des Tlansohee 62 sowie des Gehäuses weisen ebenfalls einen überzug aus einem Stoff ohne ,Jegliches Reflexionsvermögen auf, Die spiegelnd reflektierende fläche 6o ist mit einen hoohspiegelnd reflektierenden ifbersug, wie beispielsweise einem schwarzen Spezial-Carrara-ölas versehen.

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Claims

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Patentansprüche

Störlichblende, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer randseitig teilweise abgedeckten abgeplatteten Hälfte eines spiegelnd reflektierenden Sphäroids (11) besteht, dessen Teile des Sphäroids abdeckende ebene Randfläche (16) sich biß zu den Bronnpunkten (T₁, f₂) des Sphäroids erstreckt, so daß das durch die innerhalb der Abdeckung (16) verbleibende öffnung (24) eintretende licht nach seiner Reflexion wieder durch diese Öffnung austritt, wobei im Mittel« feld der spiegelnden Pläche (12, 6o) ein Schauloch (28, 66) vorgesehen ist, durch das nur die von dem betrachteten Gesichtsfeld ausgehenden Strahlen hindurchtreten.
2. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche (12) des Sphäro(11) einen spiegelnden Belag aufweist,
3. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenfläche (12) als .solche spiegelnd ausgebildet ist·

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4. Blende nach Anspruch 1, jfdaduroh gekennzeichnet, daß die Erzeugende des abgeplatteten Sphäroids eine um ihre kurze Aohße rotierende Ellipse ist.
5. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die spiegelnde Pläoke (6o) die Gestalt eines halben Ellipsoids auf weißt.
6· Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß in einem bestimmten Abrrfcand hinter dem Schauloch (28, 66) ein Strahlen auffangendes Organ (3o, 68) angeordnet ist₀
7· Blende nach Anspruch 6, dadurch g e 1: s π η zeichnet , daß der Abstand des Strahlern auffangenden Organeβ (3o, 68) von dem Schauloch (28_; 66) so groß ist, daß auf das Strahlen auffangende Or^;an kein von der spiegelnden Oberfläche (12, 6o) ausgehendes licht auffällt.
8. Blende nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die randseitige, bis zu den

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Brennpunkten dee abgeplatteten Sphäroids (11) reichen de Abdeckung (16, 62) eine scharfe innere Kante (22) aufweist und angenähert eine fortlaufende Reine von Punkten darstellt.
9· Blende nach Anspruch 6, dadurch £;; e te e η η zeichnet , daß das Strahlen auffangende Organ (3o) in vorbestimmten*Abstand von dem Schauloch (28) von Teilen (44) einen Gehäuses gehalten wird, fias mit flächen (46, 48) geringer Total-Reflexj.on die äußere Oberfläche des Sphäroids (11) umgJLbt.

10. Blende nach Anspruch 1, dadurch g e l·: e η η zeichnet, daß die spiegelnd reflektierende Oberfläche (12) eine diffuse Reflexion von etvm o_foo3 oder weniger aufweist.

11. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das abgeplattete halbe Späroid (11) eine kreisförmige Randbegrenzung

12. Blende nach Anspruch 1, dadurch gekenn

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zeichnet , daß das abgeplattete halbe Späroid (6o) eine elliptische Randbegrenzung aufweist»

13· Blende nach Anspruoh 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Innenfläche (28, 74) der randseitigen Abdeckung (16, 62) einen Belag (Io) geringer diffuser und epiegelnder Reflexion au:?ieiut,

14· Blende nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (6o) die Gostalt eines halben Ellipsoids aufweist und der die schule teilweise abdeckende ebenflächigo Flansch. (62) sich so weit von der äußeren Begrenzung des halben Ellipsoids (6o) nach innen erstreckt, daß seine Innere Sagranaung eine elliptische, oberhalb der reflektierenden fläche (66) gelegene öffnung umfaßt, und die innere Kante (?o) dieses flansches (62) den geometrischen Ort für die Brennpunkte Cf₁ und f·., bzw· f₂ und X'₂) auf der gressen und kleinen Achse des halben Ellipsoids (6o) bildet und diese Brennpunkte in einer stetig weich gekrümmten elliptisohen Linie verbindet.

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