DE1937590A1 - Beleuchtungssystem fuer ein fotografisches Kopier- oder Vergroesserungsgeraet - Google Patents

Description

Dipl. Phys. Dr. rer. nat. Wolfgang Kempe

PATENTANWALT

BEREEY PHOTO, INC.
Woodside, N. Y., USA

68OO Mannheim 25

DUraratraBe 91 Farnaprachar: (Οβ31) 4095 91

15. Juli 1969 To 1

"Beleuchtungssystem für ein fotographisches Kopier - oder Vergrößerungsgerät" .

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für ein fotographisches Kopier- oder Vergrößerungsgerät.

Durch die US-Patentschrift 3 028 4.83 ist ein Belichtungsapparat bekanntgeworden, dessen drei wesentliche Elemente eine Licht,-quelle, ein Lichtkollektor und ein Lichtintegrator sind. Die Lichtquelle ist gewöhnlich eine Glühlampe mit einem schmalen und näherungsweise punktförmigen Glühfaden. Der Lichtkollektor besteht aus einem elliptischen Reflektor mit einer spiegelnd reflektierenden inneren Oberfläche. Der Xichtintegrator besteht aus einem hohlen und üblicherweise kugelförmigen Körper mit einer

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weißen, nichtglänzenden diffus reflektierenden inneren Oberfläche, der eine relativ schmale Öffnung, das Eintrittsfenster genannt, aufweist, durch das das Licht eintritt. Der Lichtintegrator weist ferner eine zweite und üblicherweise größere Öffnung auf, die Austrittfenster genannt wird, durch die das Licht austritt, um ein fotographisches Negativ oder ein transparentes Bild zu belichten. -

Bei diesem bekannten Gerät ist der Glühfaden der Lampe in einem Ί-. Brennpunkt des elliptischen Reflektors angeordnet. Die aus der Lampe und dem Reflektor bestehende Bauteilgruppe ist außerhalb, aber in der Nähe des Lichtintegrators angeordnet, so daß der zweite Brennpunkt des elliptischen Reflektors in die Ebene des Lichteintrittsfensters fällt. Das Licht der Lampe wird durch den elliptischen Reflektor gesammelt und durch das schmale Eitrittsfenster in den Lichtintegrator gerichtet. Nachdem das Licht innerhalb des Lichtintegrators mehrmalig diffus reflektiert wird, tritt es durch das große Austrittsfenster aus, wo es zum Belichten eines transparenten Bildes, das vor dem Austrittsfenster angebracht ist, benutzt werden kann. Falls farbige Abdrucke hergestellt werden sollen, müssen geeignete Filter zwischen den beiden Brennpunkten des elliptischen Reflektors vorgesehen werden.

Bei der bekannten Belichtungseinrichtung sind das Lichteintrittsfenster und das Lichtaustrittsfenster in einem rechten Winkel zueinander angeordnet. Damit bei dieser Anordnung keine asymmetrische Lichtverteilung in der Ebene des Negatives oder des transparenten Bildes herrscht, müssen zwei Lichtquellen mit je einem Refractor vorgesehen werden, die an diametral gegenüberliegenden Seiten des Liehtintegrators angebracht sind. Das erfordert natürlich zwei Liehteintrittsfenster. Soerhält man eine ausgeglichene Lichtverteilung, so daß die Anlage zufriedenstellend arbeitet. Durch dienotwendigeYerdoppelung vieler

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Elemente wird die bekannte Einrichtung jedoch relativ kompliziert und teuer.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Beleuchtungssystem zu schaffen, das in seiner Herstellung weniger aufwendig ist und wenigstens die gleichguten Eigenschaften aufweist.

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j Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lichtquelle, einen lichtkollektor mit einer im. wesentlichen elliptischen rotationssymmetrischen Oberfläche und einer spiegelnd j reflektierenden inneren Oberfläche, einen Lichtintegrator in ■Form eines Hohlkörpers mit einer-diffus reflektierenden, > im wesentlichen weißen inneren Oberfläche, mit einem relativ kleinen Lichteintrittsfenster und mit einem relativ großen Lichtaustrittsfenster, einen aus einer Pyramide mit polygonaler Basis bestehenden Lichtverteiler mit einer spiegelnd reflektierenden Oberfläche und eine vor dem Lichtaus- _; trittsfenster angeordnete Halterung für ein Negativ oder ein transparentes Bild, wobei sich die Lichtquelle im ersten Brennpunkt des außerhalb und in der Nähe des Lichtintegrators angeordneten Lichtkollektors befindet, während der zweite Brennpunkt des Lichtkollektors in die Ebene des Lichteintritts- : fensters fällt, wobei ferner der Lichtverteiler im Inneren ! des Lichtintegrators vor dem Lichteintrittsfenster mit seiner Pyramidenspitee zum Lichtkollektor hin angeordnet ist und ■ wobei schließlich die Lichtquelle, die zwei Brennpunkte des I Lichtkollektors, die Spitze und der Mittelpunkt der polygonalen Basis der Lichtverteilerpyramide und der Mittelpunkt des Negatives bzw. des transparenten Bildes auf einer gemein- '

samen optischen Achse liegen. s *

Das erfindungs gemäße Beleuchtungssystem unterscheidet sich ^; miso von dem bekannten Beleuchtungssystem dadurch, daß alle ■

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Elemente auf einer gemeinsamen optischen Achse ausgerichtet sind und daß im Inneren des Lichtintegrators ein Lichtverteiler vorgesehen ist. Der Lichtverteiler soll verhindern, daß direkte Lichtstrahlen vom Lichteintrittsfenster auf die Ebene des Lichtaustrittsfenster auf treffen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung gegenüber der bekannten Anordnung liegt ferner darin, daß nur eine einzige Lichtquelle benötigt wird, die dieselbe Wirksamkeit entwickelt wie die zwei Lichtquellen der bekannten Anordnung.

E±e besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems wird in Weiterbildung der Erfindung erreicht durch ein Reduzierstück für das Lichteintrittsfenster in Form eines umgedrehten Pyramidenstumpfes aus durchsichtigem Material, dessen Brechungsindex größer als 1 ist und der eine relativ große polygonale Lichteintrittsfläche und eine relativ kleine polygonale Lichtaustrittsfläche besitzt, wobei der Lichtkollektor derart vor dem Reduzierstück angeordnet ist, daß sein zweiter Brennpunkt F« etwa in die Ebene der Lichteintrittsfläche fällt, wobei ferner das Reduzierstück derart außerhalb und in unmittelbarer Nähe des Lichtintegrators angeordnet ist, daß die Lichtaustrittsfläche und das Lichteintrittsfenster im wesentlichen übereinanderliegen und wobei schließlich die Mittelpunkte der polygonalen Lichteintrittsund Li chtaustrittsf lache des Reduzierstückes auf der gemeinsamen optischen Achse liegen,

Das Reduzierstück verhilft zu einer sehr wesentlichen Verkleinerung der Ebene des Lichteintrittsfensters und des Lichtverteilers. Dadurch werden die Leistungseigenschaften des erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems weiterhin verbessert.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung, die insbesondere die Ausgestaltung des Lichtkollek- tors, des Reduzierstückes, des Lichtverteilers

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und eine neuartige und verbesserte Konstruktion des Lichtaustrittsteils des Lichtintegrators betreffen, werden nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beleuchtungssystems,

Pig. 2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem erfindungsgemäßen Reduzierstück,

ig. 3 eine Seitenansicht des Reduzierstückes nach Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Lichtkollektors, '

Fig. 5 die graphische Darstellung der genauen Bestimmung der optischen Lage der Lichteintrittsflache des Reduzierstückes in Bezug auf den Lichtkollektor,

ig. 6 und 7 die Seitenansichten je einer der erfindungsgemäßen Form des Reduzierstückes,

Fig. 8a eine Teilansicht zur Illustration des Zusammenwirkens von Reduzierstück und Lichtverteiler,

Fig. 8b und 8c Teilansichten von bevorzugten Ausführungsformen " der Anordnung nach Fig. 8a,

ig. 9a bis 17a Seitenansichten von erfindungsgemäß gestalteten Lichtintegratoren,

Fig. 9b bis 17b die jeweiligen Ansichten der Ausführungsformen gemäß Fig. 9a bis 17a von der Seite des Lichtaustrittsfenjster aus gesehen und Fig. 18 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines vollständigen Beleuchtungssystems gemäß der Erfindung.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeigt die Erfindung in ihrer

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einfachsten Ausgestaltung. Alle bekannten Elemente des Systems, nämlich eine Lichtquelle 11, ein Lichtkollektor 12 und ein Lichtintegrator 15 liegen auf einer gemeinsamen Achse 10, die durch die Mittelpunkte eines Iiichteintrittsfensters 13 und eines Lichtaustrittsfensters 16 geht. Das Beleuchtungs- - | system enthält als ein neues Element einen Lichtverteiler 14. I

Dieser Lichtverteiler 14 ist eine polygonale Pyramide oder '

vorzugsweise ein Kegel mit einer spiegelnd reflektierenden j

äußeren Oberfläche. Er ist im Inneren des Lichtintegrators 15 j

unmittelbar vor dem Lichteintrittsfenster 13 angeordnet. j

Der Lichtverteiler 14 erfüllt zwei Funktionen. Er verteilt das von dem Glühfaden 11 ausgestrahlte und durch den elliptischen 1 Reflektor 12 reflektierte Licht und verhindert, daß direkte Lichtstrahlen vom Lichteintrittsfenster 13 auf dieEbene des Lichtaustrittsfensters 16 auf treffen „ Das ist insofern wünschens+- wert, äLs direkte Lichtstrahlen unerwünschte Streifen oder Huster in der Ebene des Lichtaustrittsfensters 16 verursachen ■;

j können, die dann natürlich auch auf dem Negativ 17 "und' infolge- {

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dessen auf dem lichtempfindlichen Blatt 19 erscheinen. Da die ; ; Liehtverteilung bei dieser Anordnung zwangsläufig symmetrisch j in Bezug auf die optische Achse 10 ist, wird bei dem erfindungs- * gemäßen Beleuchtungssystem mit einer einzigen Lichtquelle eine ί "I gleichmäßigere Beleuchtung des Negatives 17 erzielt, als sie ; bei der bekannten Anordnung mit zwei Lichtquellen erzielbar j

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Die Lichtquelle 11, die schematisch als Glühfaden einer Glüh- ■' j lampe dargestellt ist, 1st im ersten Brennpunkt F₁ des Licht- j jkollektors 12 angeordnet, der durch eine elliptische Rotationsfläche mit einer spiegelnd reflektierenden Inneren Oberfläche gebildet wird. Der Lichtkollektor 12 ist derart über dem Licht- ; integrator 15 befestigt, daß der zweite Brennpunkt F₂ in die ! Ebene des Li ent elntrittsf ensters \3 fällt. Der Lichtintegrat or 15

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ist in bekannter Weise ein hohler und üblicherweise kugelförmiger Körper mit einer mattierten, weißen, diffus reflektierenden inneren Oberfläche. Das Lichtaustrittsfenster 16 ist vorzugsweise durch eine lichtdurchlässige Scheibe aus plastischem Material oder ähnlichem abgeschlossen, obgleich dies nicht unbedingt erforderlich ist. Im Betrieb wird ein Negativ oder transparentes Bild 17 vor das Lichfeustrittsfenster 16 gebracht? I eine Linse 18 projiziert dann ein üblicherweise vergrößertes Bild auf ein lichtempfindliches Blatt 19.

Für die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist es von äußerster Wichtigkeit, daß der Lichtverteiler Hund damit konsequenterweise das Lichteintrittsfenster 13 so klein wie möglich im Vergleich zu den Abmessungen des Lichtintegrators 15 gehalten werden. Sonst würde in der Mitte des Lichtaustrittsfensters 16 ein unerwünschter Schatten erscheinen, und folglich würde dieser Schatten auf dem Blatt 19 sichtbar werden. Insbesondere bei kleinen Integratoren, die für kleine Negative geeignet sind, stellt dies ein ernstzunehmendes Problem dar, dessen Lösung deshalb auch ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist.

Es ist augenscheinlich, daß die einfache Anordnung gemäß Fig. 1 j nur für große Geräte brauchbar ist, beispielsweise für solche, mit denen Negative auf eine Größe von 13 x 18 cm oder 20,5 χ 25,5 cm Vergrößert werden. Der Grund hierfür soll nachfolgend erklärt werden.

Obwohl im allgemeinen vorausgesetzt wird, daß ein elliptischer-Reflektor alle Strahlen, die von seinem ersten Brennpunkt F₁ ausgehen in seinem zweiten Brennpunkt F₂ projiziert, gilt das nur für einen mathematischen Lichtpunkt. Für eine physikalische Lichtquelle selbst Ht kleinen Dimensionen ist der Vorgang sehr viel komplizierter zu beschreiben. So bildet ein elliptischer

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Reflektor im Unterschied zu einer Linse, die ein einziges, genau defJiniertes Bild, das der Lichtquelle geometrisch ähnlich ist, liefert, einen Lichtkreis ab, der aus einer unendlichen Anzahl von Bildern unterschiedlicher Größe besteht, die in der Ebene des zweiten Brennpunktes F« übereinandergeschichtet sind. Jedes dieser Bilder wird durch die Strahlen gebildet, die von einer unendlich dünnen ringförmigen Zone reflektiert werden, die konzentrisch und senkrecht zur optischen Achse liegt Man kann sich den Reflektor beispielsweise aus einer unendlichen Anzahl dieser Zonen aufgebaut vorstellen, von denen jede ein Bild unterschiedlicher Größe erzeugt. Die Größe jedes Bildes entspricht der Größe der Lichtquelle multipliziert mit einem Faktor, der das Verhältnis der Entfernungen dieser Teilzone von den zwei Brennpunkten darstellt. Das größte Bild stammt von der Umgebung des Punktes A in Fig. 1, der direkt hinter dem ersten Brennpunkt F₁ liegt. Der Multiplikationsfaktor ist in diesem Fall FpA/F.A. Aufgrund dieser Betrachtung kann der Durchmesser des Lichtkreises und die notwendige Größe des Lichteintrittsfensters 13 nunmehr abgeschätzt werden.

Geeignete, im Handel erhältliche Lampen haben Glühfäden, deren Größe in Abhängigkeit von ihrer Wattzahl zwischen 6 und 12 mm und mehr liegt. Für gebräuchliche Reflektoren liegt der MuItiplikatinsfaktor FpA/F..A in der Größenordnung von näherungsweise vier bis sechs. Daraus folgt, daß der Lichtkreis und damit das Lichteintrittsfenster 13 gewöhnlich nicht kleiner als 5 cm im Durchmesser sein darf, in einigen Fällen sogar größer. Die Basis des Lichtverteilers 14 wird dann noch größer, wie man aus Fig. 1 bereits sehen kann. Für große Negative werden Lichtintegratoren mit einem Durchmesser von 25 bis 40 cm benutzt} ein Lichteintrittsfenster mit 5 cm Durchmesser ist dabei unerwünscht. Für kleinere Negative mit entsprechend kleineren Lichtintegratoren wachsen die Schwierigkeiten noch. Das gegenwärtig am häufigsten benutzte Negativformat ist 24 x 36 mm. Hierfür wird ein Lichtintegrator benötigt, der nicht größer als 12 cm

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im Durchmesser ist. Es versteht sich von selbst, daß eine Kugel mit 12 cm Durchmesser sich nicht mit einem Mchteintrittsfenster von 5 cm Durchmesser und einem noch größeren Lichtverteiler verträgt.

In Weiterbildung der Erfindung enthält deshalb das Bäeuchtungssystem ein weiteres Element, mit dessen Hilfe die Größe des Lichteintrittsfensters reduziert werden kann. Es wird im fol- \ genden als Reduzierstück bezeichnet. Dieses Reduzierstück ist I im wesentlichen ein umgedrehter Kegelstumpf oder eine umgedrehte ■ polygonale Pyramide, die aus farblosem lichtdurchlässigem Material mit einem Brechungsindex größer I, beispielsweise Glas, Acrylglas oder ähnlichem besteht. Es ist in Fig. 2 mit 20 ι bezeichnet.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Geräteteil, der aus der Lampe 11 und dem Lichtkollektor 12 besteht, vom Lichtintegrator abgerückt, d. h. vom Lichteintrittsfenster 13 weiter entfernt. Somit kann das Reduzierstück 20 zwischen den genannten ;

eräteteteil und das Lichteintrittsfenster 13 montiert werden» Der zweite Brennpunkt F„ des Lichtkollektors 12 fällt nun in die Ebene der großen Lichteintrittsfläche 21 des Reduzierstückes ^: 20, während sich die kleine Lichtaustrittsfläche 22 des Reduzierstückes mit dem Lichteintrittsfenster 13 des Lichtintegra- j tors deckt.

Die Funktion des Reduzierstückes 20 kann mit Hilfe der Fig. 3 erklärt werden. Ein einfallender Lichtstrahl 30 durchsetzt die Ebene der Lichteintrittsfläche 21 in einem Punkt 31 und erfährt hja? eine gewisse Brechung, die vom Eintrittswinkel und vom Brechungsindex des Materials, aus dem das Reduzierstück 20 hergestellt ist, abhängig ist. Der Strahl 30 trifft die konische Wandung dann in einem Punkt 32. Falls der Winkel zwischen dem Strahl 30 und der konischen Wandung genügend spitz ist, tritt

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eine Totalreflektion ein, durch die der Strahl 30 zu einem Punkt 33 an der gegenüberliegenden Wandung gelenkt wird. Der Strahl 30 wird im Punkt 33 erneut reflektiert und durchsetzt die Ebene der Lichtaustrittsfläche 22 schließlich in einem Punkt 34. Falls der Winkel zwischen dem Strahl 30 und der Ebene der Lichtaustrittsflache 22 nicht zu klein ist, verläßt der Strahl 3Ö nach einer zweiten Brechung das Reduzierstück 20. ^! Diese zweite Brechung geschieht jedoch im umgekehrten Sinn,

■ da der Lichtstrahl 30 nunmehr von einem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium eintritt.

Der Weg des Strahles 30 stellt natürlich nur ein Beispiel dar. Einige Strahlen können mehr als zweimal reflektiert werden, andere, die parallel oder nahezu parallel zur optischen Achse ; j verlaufen, passieren das Reduzierstück 20 ohne jede Reflektion.^:

■ Z. B. unterliegt der in Fig. 2 gezeigte Lichtstrahl nur einer i Reflektion. Die Verwendung des Reduzierstückes 20 bewirkt eine ^; bedeutende Reduzierung der Größe des Lichteintrittsfensters 13 I

■ des Lichtintegrators 15 und ermöglicht damit die Verwendung

von kleineren Lichtintegratoren, die für die Beleuchtung kleinerer Negative oder transparenter Bilder besser geeignet sind.

Die Notwendigkeit, die Form des Lichtkollektors zu verbessern, rührt nicht von der Mangelhaft!gkeit des elliptischen Reflektors an sich her, sondern sie wird vielmehr durch gewisse Eigenschaften des Reduzierstückes 20 bestimmt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wächst der Winkel, der anfänglich innerhalb des j

und Reduzierstückes 20 zwischen dem Lichtstrahlfc£er optischen Achse besteht, nach jeder Reflektion um einen Betrag, der das zweifache desjenigen Winkels beträgt, den die konische Wandung mit der optischen Achse bildet. Folglich trifft der Lichtstrahl nach einigen Reflektionen entweder die Wandung unter einem so spitzen Winkel, daß keine Totalreflektion mehr eintritt und der Strahl seitlich austritt, oder der Lichtstrahl trifft unter einem so spitzen Winkel auf die Ebene der Lichtaustrittsflächef2j,

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daß er das Reduzierstück 20 nicht verlassen kann und in das Innere rückrefflektiert wird. Beide Fälle haben einen beträchtlichen Lichtverlust zurFolgej die Anzahl der zulässigen Reflektionen muß also begrenzt werden, wodurch es unmöglich gemacht wird, den Durchmesser der Lichtaustrittsfläche 22 unter j eine gewisse Größe zu reduzieren.

Es wird somit wünschenswert, die Anzahl der möglichen Reflektionen herabzusetzen. Dies kann in leicht einsehbarer Weise dadurch geschehen, daß der größte Anfangswinkel, unter dem ein lichtstrahl in das Reduzierstück 20 eintritt, so klein-wie möglich gehalten wird, da dann mehr Reflektionen erfolgen J können, bevor ein kritischer Winkel erreicht ist. Dies muß jedoch erreicht werden, ohne daß die Größe des Lichtkreises, der die Größe der Lichteintrittsfläche 21 bestimmt, anwächst, weil jedes Anwachsen der Größe der Lichteintrittsfläche ein proportionales Anwachsen der Größe der Lichtaustrittsflache nach sich zieht. Gerade hierin liegt die Schwierigkeit. Der obengenannte größte Eintrittswinkel kann durch Vergrößerung der Exzentrizität des elliptischen Reflektors verkleinert werden, aber das bedeutet, daß der Multiplikationsfaktor F₂AZF₁A automatisch wächst, wodurch der Durchmesser des Lichtkreises und der Lichteintrittsfläche 21 ebenfalls wächst. Dies hebt jeden Vorteil auf, der mit einem kleineren Anfangswinkel errdcht werden kann.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch einen Lichtkollektor gelöst, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Die erfindungsgemäße AusfÜhrungs5)rm gemäß Fig. 4 kann am besten erklärt werden, indem man zuerst die Wirkungsweise eines hypothetischen konventionelle^ elliptischen Reflektors betrachtet, der zu diesem Zweck aus zwei Teilstücken bestehend dargestellt ist. Ein erstes Teilstück 40 befindet sich hinter dem Brennpunkt F₁ und ist in ausgezogenen Linien gezeichnet; ein zweites Teilstück 40' befindet sich seitlich vom Brennpunkt F₁ und ist in gestrichelten j

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Mnien gezeichnet. Wenn man das Teilstück 41 bei der Betrachtung vorerst "weglässt, so sind diejenigen Ment strahlen, die den größten Winkel mit der optischen Achse bilden, in einem Punkt B reflektiert. Ein solcher Strahl ist mit 42 bezeichnet»

Wenn man nun das seitliche Teilstück 40 des Reflektors entfernt und durch einen sphärischen Spiegelreflektor 41 ersetzt, der so angeordnet ist, daß sich sein Mittelpunkt im Brennpunkt Fl befindet, so werden nunmehr alle Strahlen, die vorher auf das Teilstiick 4Ό¹ auf traf en, zum Brennpunkt F- reflektiert und dann durch den rückwärtigen Reflektorteil 40 in die Ebene des Brennpunktes F₀. Bas ist deshalb möglich, veil der Glühfaden 11 kein fester Körper ist, sondern aus Windungen mit Zwischenräumen besteht, durch die der größte Anteil des Mchtes hindurchtreten kann. Es ist klar ersichtlich, daS der Strahl 42*, der den Strahl 42 ersetzt, einen viel kleineren Winkel mit der optischen Achse als der letztgenannte Strahl bildet. Der Strahl, der den größten Winkel mit der optischen Achse bildet, ist nunmehr derjenige, der im Punkt G reflektiert wird. Dies erlaubt zumindest eine weitere Reflektion innerhalb des Reduzierstückes 20, bevor ein kritischer Winkel erreicht wird, und die Iiichtaustrittsfläche 22 oder, was äquivalent ist, das lichteintri ttsf ens ter 13 des Ijichtintegrators 15 kann entsprechend kleiner ausgestaltet werden.

Der Durchmesser der Iiichtaustrittsfläche 22 des Reduzierstückes 20 kann als das Produkt des Durchmessers der Mchteintrittsflache 21 multipliziert mit einem gewissen Reduktionsfaktor, der eine Funktion der Form des Reduzierstückes ist, ausgedrückt werden» In Weiterbildung der Erfindung kann nicht nur die Größe der lichteintrittsflache 21 sondern auch die GrSBe dieses Reduktionsfaktors reduziert werden, wie im folgenden beschrieben werden soll-r "

Wie in Fig. 2 ersichtlich, liegt die Üchteintrittsf lache 21

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in derselben Ebene wie der zweite Brennpunkt F_? des elliptischenj Reflektors. Das ist nicht notwendigerweise der beste Ort. ^!

Eine merkliche Verbesserung kann vielmehr durch die Verlegung

s der Lichteintrittsfläche 21 in eine etwas höhere Position \ erzielt werden. Für die genaue Bestimmung dieser optimalen J Lage wird auf Fig. 5 Bezug genommen. Wie oben bereits erklärt worden ist, bildet jedes Element eines elliptischen Reflektors einen Lichtpunkt in der Ebene des zweiten Brennpunktes in einer Größe ab, die gleich der Größe der Lichtquelle multipliziert mit dem Verhältnis der Entfernungen der jeweiligen Elemente Ton dem zweiten Brennpunkt und von,dem ersten Brenn-' punkt ist. Die durch die verschiedenen Elemente des elliptischen Reflektors reflektierten. Strahlenbündel variieren jedoch nicht nur in Bezug auf die Größe des Lichtpunktes, sondern auch in Bezug auf den Winkel,, mit dem sie die Brennebene schneiden.

Die zwei Extremfälle werden durch diejenigen Strahlenbündel oder Strahlen dargestellt, die durch Elemente in der Nähe des Mittelpunktes und in der Außenzone des elliptischen Reflektors reflektiert werden. Dasjenige Strahlenbündel, das durch das Element oder den Punkt A reflektiert wird, bildet einen Lichtpunkt in der Ebene des BrennpunktesF2, der einen Durchmesser 102-105 hat, und dieser Durchmesser ist gleich L-F₂AZF₁A, worin L die Größe der Lichquelle ist. In derselben Weise bildet das Strahlenbündel, das durch das Element oder den Punkt C reflektiert wird, einen Lichtpunkt mit einem Durchmesser 105-106 ab, der gleich L-FgC/F^C ist. Dieser Lichtpunkt ist natürlich kleiner als der erstgenannte Lichtpunkt, da L'FgC/F-jC kleiner als L-F₂AZF₁A ist. Die beiden Lichtbündel oder Strahlen schneiden sich in einem Punkt 107 und die senkrecht a uf der optischen Achse stehende und durch diesen Punkt gehende Ebene stellt die bevorzugte Lage der Lichteintrittsfläche 21 des Reduzierstückes 20 dar.In anderen Worten, ein in dieser Lage angeordnetes Reduzierstück 20 wird die kleinste

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: Li chteiritrittsf lache haben, die noch den gesamten Lichtfluß aufnimmt, der vom elliptischen Reflektor ausgeht.

Der einfache Kegel gemäß Fig. 5 erlaubt eine Verkleinerung des !Durchmessers der Lichtaustrittsfläche 22 um näherungsweise s 60$ des Durchmessers der Lichteintittsflache 21. Um eine weitere ;erfindungsgemäße Verbesserung dieses Verhältnisses zu erklären, ist es angebracht, den Weg zweier Lichtstrahlen,die den größten Winkel mit der optischen Achse bilden, zu verfolgen, von denen j einer aus dem Mittelpunkt und einer aus der Randzone des ,elliptischen Reflektors kommt. Das sind die Strahlen A-108 und C-109. Der Strahl A-108 soll der Zentrumsstrahl und der 'strahl C-109 soll der Randstrahl genannt s/erden. Der Zentrums-I strahl trifft die Ebene der Lichteintrittsfläche 21 an oder :nahe der Periphery der Fläche, während der Randstrahl in das Reduzierstück 20 mehr oder v/eniger in der Nähe der optischen Achse eintritt. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wandert dar !Randstrahl folglich nach seiner Brechung an der Eintrat ts- ;ebene ein beträchtliches Stück in schräger Richtung, bis er

an der Seitenwandung ein erstes Mal reflektiert wird, während -der Zentrumsstrahl die Seitenwand unmittelbar nach seiner [Brechung trifft.

■ Diese Situation ermöglicht es, die beiden Strahlen dadurch in unterschiedlicher Weise zu reflektieren, daß der Winkel, der <durch die Seitenwandung und optische Achse gebildet wird, für

den'Zentrums"strahl relativ klein und für den Randstrahl relativ . ί groß ist. Dies führt zu eiiHv neuartigen Form des Reduzier- : Stückes 20, das nun im wesentlichen zwei koaxiale und axial betnachbarte Kegel enthält, von denen der obere Kegel sich von j der Lichteintrittsfläche 21 nach unten erstreckt und mit der !optischen Achse einen relativ kleinen Winkel B₁ bildet, während

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ί der untere Kegel sich abwärts bis zur Lichtaustrittsfläche 22 erstreckt und mit der optischen Achse einen relativ großen Winkel B₂ bildet. Die Form des sich so ergebenden Reduzierstücke^

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kann auch als eine Rotationsfläche beschrieben werden, die t aus einem aus vier geraden Stücken bestehenden Ünienzug gebildet ist. Das erste Stück ist gleich dem Radius der Lichteintrittsflache 21 und steht senkrecht auf der optischen Achse; das zweite Stück schneidet das erste Stück mit seiner Verlängerung und bildet einen relativ kleinen Winkel mit der optischen Achse; das dritte Stück schneidet das zweite Stück mit seiner Verlängerung und bildet einen relativ großen Winkel mit der optischen Achse und das vierte Stück ist gleich dem Radius der Lichtaustrittsfläche 22, schneidet das dritte Stück und steht senkrecht auf der optischen Achse. Ein Typus eines derartigen Reduzierstückes ist in Fig. 6 dargestellt»

Eine gewisse Gefahr besteht jedoch noch, daß lichtver.luste durch einige Strahlen entstehen, die bezüglich ihrer örtlichen lage und ihrer Winkellage= zwischen den zwei Extremlageh, nämlich dem Zentrumsstrahl und dem Randstrahl liegen. Diese Strahlen werden durch eine Zone der Seitenwandung reflektiert, die in der Hähe der Ebene liegt, in der die beiden Kegel aneinandergrensen. Diese Gefahr kann dadurch vermieden werden, daß der übergang zwischen den beiden Kegeln allmählich verläuft. In der Beschreibung des Reduzierstückes als ein aus einem Linienzug mit vier Teilstücken gebildeter Rotationskör-

so
per sieht sich das On, daß das zweite und dritte Stück sich nicht direkt schneiden, sondern durch ein Kurvenstück verbunden sind, an welches beide ebenen Teilstücke tangential anliegen. Ein derartiges Reduzierstück ist in Fig. 7 dargestellt.

Es ist noch nichts erwähnt über die relative Länge des zwiten und dritten Teilstückes des Rotationskörpers und über das Kurvenstück, weil die Proportionen dieser Stücke weitgehend frei gewählt werden können. Hit anderen Worten kann die Summe aus der Länge des zweiten geraden Stückes des linienzuges multipliziert mit dem Cosinus des Winkels ß^ und der Länge des dritten Stückes multipliziert mit dem Winkel Q^ einen ¥ert

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zwischen 0% und 100$ des in der Achsenrichtung gemessenen Reduzierstückes besitzen. Diese beiden Extremwerte bezeichnen also ; ein Reduzierstück, das entweder aus der Rotation einer stetig i gekrümmten Linie, wobei die Längen der geraden Teilstücke 0 sind i oder aus der Rotation eines Linienzuges ausschließlich aus der !Kombination des zweiten und dritten Teilstückes, wobei die Summe der Längen dieser Teilstücke gemessen parallel zur optischen Achse gleich 100$ der axialen Länge des Reduzierstückes ist, gebildet ist» Der letzgenannte Fall ist natürlich identisch mit der Ausführungsform gemäß Fig. 6, die aus zwei aneinander anliegenden Kegelstumpfen besteht.

In der Zeichnung ist angenommen worden, daß sowohl der Zentrumsstrahl als auch der Randstrahl lediglich eine Reflektion an der Wandung des Reduzierstückes 20 erfährt. Dies ist zwar der einfachste, aber nicht allein denkbare Fall} für zwei und selbst mehrere Reflektionen kann man weitgehend ähnliche Konfigurationen erhalten.

Es wird ausdrücklich festgestellt, daß sämtliche seither angestellten Betrachtungen nur für solche Strahlen streng richtig sind, die in Ebenen liegen, die die optische Achse enthalten. Für alle anderen Strahlen, wie z. B. die schräg verlaufenden Strahlen, wird der Strahlenverlauf unendlich komplexer. Deshalb muß alles hier erwähnte nur als eine Näherung betrachtet werden. Für praktische Zwecke genügt diese Näherung jedoch, da ein entsprechend aufgebautes Reduzierstück ausreichende Leistung eigenschaften aufweist, die den theoretischen Voraussagen in vernünftiger Weise nahe kommen. Auf diese Weise ist es möglich, den Durchmesser der Lichtaustrittsfläche 22 auf 40Ji des Durchmessers der Lichteintrittsfläche 21 zu reduzieren. Verglichen mit dem Wert von .6OjS der bei einem glattwandigen, aus einem einzigen Kegel bestehenden Reduzierstück möglich ist, ist dies ein sehr günstiger Wert.

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To 1 !

Das Zusammenwirken des Reduzierstückes 20 mit dem Lichtver-" j teiler 14 kann einen anderen Lichtverlust verursachen, der i näher erklärt werden soll. Die wirksamste Ausführungsform eines j Reduzierstückes ist diejenige, die den Strahlen erlaubt, in . j das Reduzierstück unter einem größten Winkel einzutreten, der ■; so bemessen ist, daß der lichtstrahl auf die Lichtaustritts- : fläche 22 unter einem Winkel auftrifft, der beinahe, aber nicht j ganz so spitz ist, daß der Strahl eine Totalreflektion erfährt, j Nachdem dieser Strahl beim Übergang von einem optisch dichteren \ in ein optisch dünneres Medium gebrochen ist, wird er das Redu- χ zierstück in einer fast horizontalen Richtung verlassen. Das ; andere Extrem wird durch solche Strahlen dargestellt, die in das; Reduzierstück in einer mehr oder weniger parallelen Richtung ; zur optischen Achse eintreten. Diese Strahlen, die auf ihrem ganzen Weg nicht reflektiert werden, werden die Lichtaustritts-· \~ fläche 22 in einer zu deren Ebene im wesentlichen senkrechten ; Richtung verlassen. Alle dazwischen liegenden Winkel fallen j zwischen diese zwei Extremfälle, so daß jeder Punkt der Lichtaustrittsfläche 22 Strahlen in alle Richtungen emittiert.

Unter Bezugnahme auf die vorstehenden Betrachtungen wird in Fig. 8a der Weg eines Strahles 61 verfolgt, der senkrecht auf diej

spiegelnd reflektierende Oberfläche des Lichtverteilers 14 auftrifft. Dieser Strahl wird in einem Punkt 62 zu einem Punkt 60 zurückreflektiert. Alle Strahlen, die den Lichtverteiler 14 unterhalb des Punktes 62 treffen, werden in das Innere des Lichtintegrators 15 reflektiert, wie das gewollt ist. Alle Strahlen jedoch, die den Lichtverteiler 14 oberhalb des Punktes 62 treffen, sind verloren, da sie gegen die Liehtaustrittsflache 22 zurückreflektiert werden und dn das Reduzierstück 20 eintreten. Dieser Verlust kann beträchtlich sein.

Wenn es auch nicht die beste Lösung ist, so ist es doch möglich, den Lichtverteiler 14 einfach in größerem Abstand von dem Lichteintrittsfenster 13 anzuordnen, so daß seine Spitze an den „..__ __.. _..___ _UQj— .-—- :-

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; Punkt kommt, an dem der Lichtstrahl 61 die optische Achse
' schneidet, wie das in Fig. 8c dargestellt ist. Das hat aber
j den Nachteil, daß die Basis des Lichtverteilers 14 größer ge-
| macht werden muß und näher an das Lichtaustrittsfenster 16,
: des Lichtintegrators 15 gerückt werden muß, wodurch die Gefahr,
\ daß ein unerwünschter Schatten in der Ebene des Lichtaustritts-
I fensters 16 gebildet werden kann, wächst.

■ Eine andere Möglichkeit, nämlich den Winkel an der Spitze des : 'Lichtverteilers 14 kleiner zu machen, führt zu der gleichen ' ! Schwierigkeit. Es ist nämlich leicht einzusehen, daß dies die

Basis des Kegels vergrößern würde und den Lichtverteiler selbst
jdeshalb ebenfalls näher an das Lichtaustrittsfsnster 16 heranrücken würde.

j Aus diesen Gründen,wird eine Anordnung, wie sie in Flg. 8b dar-

!gestellt ist, bevorzugt. Der Lichtverteiler 14 gemäß Fig. 8b

besteht aus zwei Teilen, einem oberen Teil 65 mit einem kleinen

^! Öffnungswinkels und einem unteren Teil 66 mit einem relativ
i großen Öffnungswinkel ß. Es ist augenscheinlich, daß keine
j Strahlen gegen die Austrittsfläche 22 reflektiert werden, wenn j die Winkel·* und ß geeignet gewählt werden, '

Ί Der Übergang vom oberen Teil zuin unteren Teil kann allmählich ; _: verlaufen, in dem man den.gebrochenen Linienzug, durch den die _: ■1 reflektierende Rotationsfläche des Lichtverteilers 14 gebil- ? ! det ist, durch eine kontinuierliche Kurve ersetzt, wie dies in
'Fig. 8c dargestellt ist.

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■γ'-Das Lichtaustrittsfenster 16 des Lichtintegrators 15 ist in
- seiner einfachsten Form die Schnittfläche/einer Ebene mit einer

; Kugel, d. h. ein Kreis. Das Licht ist im wesentlichen gleich- j

förmig über die Ebene dieses Kreises verteilt und der gesamte j

i Lichtfluß hierdurch ist gleich der Lichtintensität pro Flächen- j

j einheit multipliziert mit der Fläche des Kreises. Das Licht» |

Ί) Ö 9 8 3 YjTqJJ₂-

15.7.1969 To 1

■das tatsächlich verwendet wird, ist jedoch nur das Produkt der Lichtintensität multipliziert mit der Fläche eines viel kleineren Rechteckes oder Quadrates, das nur wenig größer sein muß als die Fläche des transparenten Bildes, das beleuchtet, werden soll. Ein beträchtlicher Teil des Lichtes, näherungsweise bis zu einem Drittel, geht deshalb verloren. Eine erfindungsgemäße j Verbesserung de,s Lichtintegrators, mit deren Hilfe ein beträchtlicher Teil, dieses Verlustet verhütet werden kann, soll j imjfolgenden beschrieben werden.

i Eine AusfUhrungsform eines erfindungsgemäßen Types des Licht-

i ist.

; integratorsΛη Fig. 9a und 9b dargestellt. Der Lichtintegrator

!nach diesem /msführungsbeispiel besteht aus zwei Teilen, einem oberen Teil 151, der noch kugelförmig ist und in der optischen !Achse ein relativ kleines Lichteintrittsfenster 131 enthält* und einem unteren Teil 152, der durch gerade Linien begrenzt ist, die die Eckpunkte eines Polygons, in diesem Fall eines

ίOctagons, mit den Ecken eines Rechtecks oder eines Quadrates verbinden. Das in gestrichelten Linien angedeutete Octagon 153 liegt in einr senkrecht auf der optischen Achse stehenden Ebene S und schneidet dese Achse relativ nahe am Mittelpunkt der Kugel.

! Die Eckpunkte des Octagons liegen auf der inneren Oberfläche dieser Kugel und der Schnittpunkt seiner Diagonalen fällt mit der optischen Achse zusammen. Das Rechteck oder Quadrat stellt

: das Lichtaustrittsfenster dar und ist deshalb gerade so groß oder wenig größer als das Negativ oder das transparente Bild.

i Es liegt ebenfalls in einer senkrecht auf der optischen Achse stehenden Ebene, die jedoch ein gewisses Stück, in typischen Fällen,aber nicht notwendigerweise, etwa 2/3 des Kugelradiuses unterhalb der erstgenannten Ebene liegt. Der Schnittpunkt der Diagonalen des Rechteckes oder Quadrates fällt ebenfalls in die optische Achse.

Das Octagon 153 kann um die optische Achse gedreht werden, und deshalb jede mögliche Winkellage in Bezug auf das Rechteck

- 20 --■ ■■:■. ■..■■ V ■■■■

15.7.1969

annehmen. Nur zwei Winkellagen sind jedoch von praktischer Bedeutung. Bei diesen beiden Winkellagen handelt es sich einerseits um diejenige, in der die Seiten des Octagons prallel zu entsprechenden Seiten des Rechtecks sind, und andererseits um diejenige, in der zwei zueinander senkrechte Diagonalen des Octagons parallel zu zwei Seiten des Rechtecks sind. Eine Ausführungsform, die auf der erstgenannten Winkellage basiert, soll im folgenden diskutiert werden.

Bei dieser Ausführungsform sind jeweils zwei benachbarte Eck- _: punkte des Octagons durch gerade Linien mit der nächstgelegenen Ecke des Rechteckes oder Quadrates verbunden, so daß vier Trapeze gebildet werden, die mit vier Dreiecken abwechseln(Fig. 9ä und 9b). Die Ebenen dieser Trapeze und Dreiecke erstrecken sich zwischen den jeweiligen Eckpunkten des Octagons bis zur Schnittlinie der Ebenen mit dem oberen kugelförmigen Teil 151. Diese Schnittlinien stellen Kreisbögen dar. Die trapezförmigen und dreiecksförmigen S ei tenwandt eile können leicht aus Blech oder ähnlichem Material hergestellt werden. Das Octagon selbst ist lediglich eine geometrische Hilfsfigur, die der Erklärung der Konstruktion des unteren Teiles des Lichtintegrators dient. Die rechteckförraige oder quadratförmige Seite» dieses unteren Teiles· bleibt selbstverständlich offen, da sie das Lichtaustrittsfenster 16 darstellt.

Es ist nunmehr möglich, eine ganze Familie ähnlicher Lichtintegratoren zu erhalten, von denen die Struktur des soeben beschriebenen lediglich ein repräsentatives Beispiel ist. Obgleich diese Ausführungsform auf einem Polygon mit acht Seiten basierte, können beliebige andere Polygone verwendet werden, solange die Anzahl ihrer Seiten nur durch vier teilbar ist. Algebraisch, ausgedrückt heißt das, daß bei einem Polygon mit 4n Seiten η benachbarte Eckpunkte durch η gerade Linien mit

der
der näehstgelegenen 4 Ecken des rechteckförmigen oder quadratförmigen Lichtaustrittsfenster verbunden sind, so daß vier

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-•-21

15.7.1969 To 1

Trapeze gebildet werden, die untereinander durch Gruppen von n-1 Dreiecken getrennt sind. Ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Polygon 12 Seiten besitzt, bei dem also η gleich 3 ist, ist in Fig. 10a und 10b dargestellt.

Da η eine ganze Zahl zwischen 1 und°o sein kann, erhält man mit diesen beiden Werten auch die beiden Extremfälle, und dies bedarf einer kurzen Erklärung. Mit η gleich 1 erhält man ein , vierseitiges Polygon, d. h. ein Quadrat. Es werden auch hier vier Trapeze gebildet, aber die Zahl der dazwischen liegenden Dreiecke wird nun 0 und die Trapeze sind untereinander nur durch gerade Linien verbunden, wie dies in Fig. 11a und 11b dargestellt ist. .

Unter gewissen Umständen können selbst diese geraden Linien verschwinden. Es wurde oben bereits ausgeführt, daß der Abstand zwischen den zwei Ebenen, die das obere Polygon und das untere Rechteck oder Quadrat enthalten, üblicherweise ungefähr 2/3 des Kugelradius ist, aber daß dies nicht notwendigerweise so ist und daß der Abstand kleiner sein kann. Der Abstand kann sogar 0 werden, und in diesem Fall haben das vierseitige Polygon und das rechteckförmige oder quadratische Lichteintrittsfenster j die gleiche Größe und fallen zusammen. Die Seitenwandungen des J. unteren Teils des Lichtintegrators reduzieren sich somit zu Kreissegmenten, wie das in Fig. 12a und 12b dargestellt ist.

Mit η gleich«)wird das Polygon ein Kreis, und die Länge jeder Polygonseite und somit die Länge der oberen horizontalen Seite jedes Trapezes wird zu 0. Mit anderen Worten, die vier Trapeze werden Dreiecke, deren Grundseiten unten liegen und deren Spitzen nach oben gerichtet sind. Diese vier relativ großen Dreiecke wechseln mit vier Gruppen von unendlich vielen und unendlich engen Dreiecken ab, deren Spitzen nach unten zeigen. Das Ergebnis sind vier ebene Dreiadfce, die durch vier geschwungene konische Oberflächen getrennt sind, wie das in Fig. 13a und

Put 4 F1 (BfM. 6000/ΕΛ)

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ι 13b dargestellt ist. Selbstverständlich gehören diese beiden , Extremfälle zu den erfindungsgemäßen Ausführungsformen des
Lichtintegrators..

!Nunmehr sollen ähnliche Formen von Lichtiixtegratoren besehrieben | 'werden, bei denen nicht vier Seiten des Polygons, sondern vier ^!

seiner Diagonalen parallel mit entsprechenden Seiten des Recht- j !eckes oder Quadrates verlaufen. Ein typischer Vertreter dieser ^!

jArt, der wiederum auf einem Octagon basiert, ist in Fig. 14a J iund 14b dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind nun- j j mehr drei benachbarte Eckpunkte des Polygons durch gerade Linien j

!mit dem nächstgeiegenen Eckpunkt des rechteckförmigen oder ί jquadratförmigen Lidtäustrittsfensters verbunden, wodurch 12 i Dreiecke gebildet werden. Vier dieser Dreiecke haben eine Basis, j die mit je einer Seite des Rechteckes oder Quadrates zusammen- \ fällt und deren Spitze nach oben weist. Die Basen äar anderen ' ^:

facht Dreiecke werden durch jeweils eine Seite des Octagons ge-

!bildet und die Spitzen dieser acht Dreiecke aeigen nach unten. i -!Gruppen von zwei der letztgenannten Dreiecke wechseln ab mit !

feinem der erstgenannten Dreiecke und die Ebenen der acht Drei- I-I ecke sind wiederum bis zur Schnittlinie mit dem oberen kugel- J

iförmigen Teil des Lichtintegrators verlängert, j

Die Ausführungsform gemäß Fig. 14a und 14b kann als ein
!repräsentatives Beispiel einer Familie von möglichen Lichtinteigratoren betrachtet werden, die auf Polygonen von jeder be-.liebigen Anzahl von Seiten beruht, solange die Anzahl der Seiten ein Vielfaches von vier ist. Im algebraischen Ausdruck heiß das,
idaß das Polygon 4n Seiten oder Eckpunkte haben muß, von denen
; "Cn+T) Eckpunkte durch gerade Linien mit dem nächstgelegenen Eck-Ipunkt des Rechtecks oder Quadrates verbunden sind, so daß
ί4 (n+1) Dreiecke gebildet werden. Vier dieser Dreiecke haben
!Basen, die durch die entsprechenden Seiten des Rechteckes oder
!Quadrates gebildet werden, und vier Gruppen von η Dreiecken

haben jeweils Basen, die durch eine der Seiten des Polygons ge-

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Pat ι F l.(«c«. r-OOil/EA!-

15.7.1969

; To 1

bildet werden, wobei jede Gruppe zwischen zwei benachbarten
Dreiecken dea erstgenamfcen Types gelegen sind. Die Spitze jedes ;der vier erstgenannten Dreiecke zeigt nach oben, während umge-•kehrt die Spitze jedes der anderen 4n Dreiecke nach unten
I zeigt. Die Ebenen der 4n Dreiecke sind zwischen den Eckpunkten
,des Polygons bis zur Schnittlinie mit dem kugelförmigen oberen
Teil des Lichtintegrators verlängert. Als Beispiele zeigen die
jFiguren 15a bis 17b Ausführungsbeispiele, die den Fällen
₅n gleich 3, η gleich 2 und η gleich C» entsprechen.

j Die günstigste Ausführungsform ist alüa" Wahrscheinlichkeit nach diejenige, die auf η gleich 2, also dem Octagon basiert, wie

in Fig. I6a und 16b dargestellt ist, weil sie ausreichende

Leistung mit relativer Einfachheit kombiniert. Die Form mit

η gleich 1, das Quadrat, zeigt eine etwas weniger gleichförmige • Lichtverteilung über der Ebene des Lichtaustrittsfensters,

Sund diejenigen Ausführungsbeispiele,die auf Polygonen mit mehr

; als acht Seiten (n= 2) basieren, gestalten die Ausführungsform !

;nur komplizierter, ohne eine bemerkbare Verbesserung in der j ; Leistung zu bringen. Messungen haben gezeigt, daß ein Lichtinte-; j grator dieses Types die Lichtausbeute um 20 bis 30$ juber der- j jenigen einer einfachen Kugel mit einem kreisförmigen Lichtaus- f

trittsfenster anwachsen läßt. ]

ί. 18 zeigt ein vollständiges Beleuchtungssystem gemäß der } Erfindung, das alle bevorzugten Ausführungsformen der verschiede-f nen Elemente der Erfindung, wie sie oben beschrieben worden j.-sind, enthält.· .J

Im Interesse der Übersichtlichkeit sind alle Elemente und j

kombinationen von Elementen in der Zeichnung nur schematisch ι

dargestellt, und alle Bauteile, mittels deren diese Elemente ■!

in ihren Positionen gehaltert werden, sind %-feggelassen worden, '

da sie für das Yerständnis der Erfindung nicht notwendig sind. \

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937590

15.7,1969 To 1

Die Begriffe "polygonale Pyramide" oder "Pyramide mit einer polygonalen Basis" sind stets so zu verstehen, daß sie auch den Spezialfail eines "Kegels" oder "Kegel mit einer kreis-ι förmigen BaLs" einschließen, da ein Kreis als ein Polygon mit einer unendlichen Anzahl von Seiten angesehen werden kann.

009831/0872

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Claims (6)

1S3759Q

15.7.1969 To 1

Ansprüche

(Kj Beleuchtungssystem für ein photographisches Kopier- oder Vergrößerungsgerät, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (11), einen Lichtkollektor (12 bzw. 40, 41) mit einer im wesentlichen elliptischen rotationssymmetrischen. Oberfläche und einer spiegelnd reflektierenden inneren Oberfläche, einen Lichtintegrator (15) in Form eines Hohlkörpersmit einer diffus reflektierenden, im wesentlichen weißen inneren Oberfläche, mit einem relativ kleinen Lichteintrittsfenster (13 bzw. 131) und mit einem relativ großen Lichtaustrittsfenster (16), einen aus einer Pyramide mit polygonaler Basis bestehenden Lichtverteiler (14) mit einer spiegelnd reflektierenden Oberfläche und eine vor dem Lichtaustrittsfenster angeordnete Halterung für ein Negativ oder ein transparentes Bild (17), wobei sich die Lichtquelle im ersten Brennpunkt des außerhalb und in der Nähe des Lichtintegrators angeordneten Lichtkollektors befindet, während der zweite Brennpunkt des Lichtkollektors in die Ebene des Lichteintrittsfensters fällt, wobei ferner der Lichtverteiler im Inneren des Lichtintegrators vor dem Lichteintrittsfenster mit seiner Pyramidenspitze zum Lichtkollektor hin angeordnet ist und wobei schließlich die Lichtquelle, die zwei Brennpunkte

Pat 4 F 1 (868. 5000/EA)

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ORIGINAL INSPECTEO

15.7.1969

To 1 . ■

des Lichtkollektors, die Spitze und der Mittelpunkt der polygonalen Basis der Lichtverteilerpyramide und der Mittelpunkt des Negatives bzw. des transparenten Bildes auf einer gemeinsamen optischen Achse (10) liegen.

2. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Reduzierstück (20) für das Lichteintrittsfenster (13 bzw. 131) in Form eines umgedrehten Pyramidenstumpfes aus durchsichtigem Material, dessen Brechungsindex größer als

. j

1 ist und der eine relativ große polygonale Lichteintritts- j fläche (21) und eine relativ kleine polygonale Lichtaus- j trittsflache (22) besitzt, wobei der Lichtkollektor (12 j

■ ι bzw. 40> 41) derart vor dem Reduzierstück angeordnet ist, j

daß sein zweiter Brennpunkt (F₉) etwa in die Ebene der

■ i

Lichteintrittsfläche fällt, wobei ferner das Reduzier- J stück derart außerhalb und in unmittelbarer Nähe des Licht- j integrators (15) angeordnet ist, daß die Lichtaustrittsfläche und das Lichteintrittsfenster im wesentlichen über- i

einanderliegen und wobei schließlich die Mittelpunkte der j polygonalen Lichteintritts- und Lichtaustrittfläche des Reduzierstückes auf der gemeinsamen optischen Achse (10) liegen.

3. Beleuchtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtkollektor (40, 41) einen zusätzlichen sphärischen Reflektor (41) mit einer spiegelnd

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1b.7.1969 To 1

reflektierenden inneren Oberfläche aufweist, der sich von der senkrecht auf der optischen Achse (10) stehenden, durch den ersten Brennpunkt (F₁) gehenden Ebene nach vorn konzentrisch zur optischen Achse erstreckt, während die reflektierende elliptische Rotationsfläche (40) sich von dieser Ebene nach hinten erstreckt, daß der sphärische Reflektor eine vordere öffnung aufweist, durch die die von der elliptischen Rotationsfläche reflektierten Strahlen hindurchtreten können, und daß der Schnittkreis zwischen dem sphärischen Reflektor und der Ebene mindestens so groß ist, wie derjenige zwischen der elliptischen Rotationsfläche und der Ebene.

4* Beleuchtungssystem nach Anspruch 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintrittsfläche (21) des Reduzierstückes (20) zwischen den beiden Brennpunkten (F₁ und F«) der elliptischen Rotationsfläche (40) in einer Ebene angeordnet ist, die senkrecht auf der optischen Achse steht und durch die Schnittpunkte (107, 108) der angenähert vom Zentrum (A) der elliptischen Rotationsfläche reflektierten, mit den von der Randzone (C) der elliptischeijt Rotationsfläche reflektierten Lichtstrahlen geht.

5. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduzierstück (20) ein Rotationskörper ist, der aus einem aus vier geraden

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15.7.1969

. ..-. ,. ; - ■;■ ■,." .,;■■ ;■ - - ■;■"■ ; To r ■■ / - - ■ "

Stücken bestehenden Linienzug gebildet ist:

a) das erste Stück steht senkrecht auf der optischen Achse und hat die Länge des Radius der Lichteintrittsfläche (21),

b) das zweite Stück schneidet das erste Stück und bildet einen ersten Winkel (B₁) mit der optischen Achse,

c) das dritte Stück schneidet das zweite Stück und bildet einen zweiten Winkel (ß«) mit der optischen Achse, der größer als der erste Winkel ist,

d) das vierte Stück steht senkrecht auf der optischen Achse und hat die Länge des Radius der Lichtaistrittsflache (22) und ist somit kürzer als das erste Stück.

6. Beleuchtungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Linienzug ein bogenförmiges Stück enthält, das eine tangentiale Fortsetzung des zweiten geraden Stückes ist, während das dritte gerade Stück die tengentiale Fortsetzung des bogenförmigen Stückes bildet.

7· Beleuchtungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Länge des zweiten geraden Stückes multipliziert mit dem Cosinus des ersten Winkels

mit (B₁) und der Länge des dritten Stückes multipliziert/dem Cosinus des zweiten-Winkels (ß₂) einen Wert zwischen Null und der ganzen Länge des in der Achsenrichtung gemessenen

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15.7.1969 To 1

Reduzierstückes (20) besitzt.

8. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche (22) in einer senkrecht auf der optischen Achse stehenden Ebene liegt, deren jeweiliger Abstand von den beiden Brennpunkten (F- und Fp) größer als der entsprechende Abstand der durch die Schnittpunkte (107, 108) der Zentrums- und Randstrahlen gehenden Ebene von den Brennpunkten ist.

9. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverteiler (14) aus zwei Teilen besteht, einem kegelförmigen ersten Teil (65) mit einer Spitze und einer Basis und einem kegelstumpfförmigen zweiten Teil (66), mit einer relativ kleinen Scheitelfläche und einer relativ großen Basis, wobei die Basis des ersten Teils und die Scheitelfläche des zväten Teils die gleiche Größe haben und aufeinandersetzen und wobei die Mantelfläche des ersten Teils einen kleineren Winkel (<V2) mit der optischen Achse als diejenige des zweiten Teiles (ß/2).

10. Beleuchtungssystem nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des ersten Teiles (65) einen

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PnI A F I (BW. DOOO/EA)

■;-. 30 -

15.7.1969 To 1

Winkel QjC/Z) von weniger als 45 und diejenige des zweiten Teiles (66) einen Winkel (ß/2) von mehr als 45° mit der optischen Achse bildet.

11. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverteiler (14),ein Rotationskörper ist, der aus einem Kurvenzug gebildet ist, der die optische Achse schneidet, und dessen Krümmungsmittelpunkt oberhalb der Ebene liegt, die senkrecht auf der optischen Achse steht und durch den Schnittpunkt des Kurvenzuges mit der Achse geht, und dessen Krümmungsradius größer als der Abstand zwischen dem Krümmungsmittelpunkt und der optischen Achse ist.

12. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtverteiler (14) ein Rotationskörper ist, der aus einem Kurvenzug gebildet ist, der die optische Achse schneidet und einen Körper mit eina? Spitze und einer Basis darstellt, bei dem der Winkel zwischen der an die Spitze angelegten Tangente und und der j

^: . - . . ■■■■■ ..■■■■■■■■■■ ' . ί

optischen Achse kleiner ist als der Winkel zwischen der an das basisnahe Kurvenstück angelegten Tangente und der optischen Achse.

13. Beleuchtungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der an die Spitze angelegten

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1 (HBtI MÜO/EA)

15x7.1969 To 1

! Tangente und der optischen Achse kleiner als 45° ist und ! der Winkel zwischen der an das basisnahe Kurvenstück ange- ! legten Tangente und der optischen Achse größer als 45° ist.

.

Ii4. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ; dadurch gekenna&chnet, daß der Lichtverteiler (14) ein ^! Rotationskörper ist, der aus einem Kurvenzug gebildet ist, der die optische Achse schneidet und einen konkaven Körper mit einer Spitze und .einer Basis darstellt, dessen

Durchmesser sämtlicher Kreisquerschnitte kleiner als

^! die Durchmesser der entprechenden Kreisquerschnitte eines geradlinigen Kegels gleicher Basis und Höhe wie der konkave: Rotationskörper sind.

15. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: )

a) Der Lichtintegrator (15) enthält ein oberes kugelförmiges Teilstück (151) mit einem zentrisch auf der optischen Achse angeordneten Lichteintrittsfenster (13 bzw. 131) und ein unteres Teilstück (152), dessen Umriß durch die geradlinigen Verbindungen der.Eckpunkte eines Polygons (15!) mit den Ecken eines: Rechtecks _t; das das Lichtaustrittsfenster (16) darstellt, gebildet ist;

b) das Polygon besitzt 4n Seiten, worin η eine, ganze { Zahl zwischen 1 und co ist, und liegt in einer zur optischen¹

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15.7.1969 To 1

Achse--senkrechten-Ebenej

c) die 4n Eckpunkte des Polygons liegen auf der inneren Oberfläche des kugelförmigen TeilStücks und der Schnittpunkt seiner Diagonalen liegt auf der optischen Achse;

d) das Rechteck ist mindestens so groß wie das zu beleuchtende Negativ;

e) das Rechteck liegt in einer jsur optischen Achse senkrechten Ebene und der Schnittpunkt seiner Diagonalen liegt auf der optischen Achse;

: f) der Abstand der Ebene des Rechtecks vom Idchteintrittsfenster ist; mindestens so groß wie der\A.bstand der Ebene des Polygons vom Lichteintrittsfenster}

g) vier Seiten des Polygons sind zu je einer Seite des Rechtecks parallel; .

h) η benachbarte Eckpunkte des Polygons sind pit der nächstliegenden Ecke des Rechtecks durch η gerade linien verbunden, so daß vier ebene Trapeze im Wechsel mit vier Gruppen von n-1 ebenen Dreiecken gebildet werden;

i) die Ebenen der Trapeze und Dreiecke sind zwischen den Eckpunkten des Polygons bis zum Schnitt mit der Kugelfläche des Iichtintegrators weitergeführt.

1.6. Beleuchtungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale;

a) Der Idchtintegrator (15) enthält ein oberes kugelfö'r-

15.7.1969 To 1

Äiges Teilstück mit einem zentrisch auf der optischen Achse angeordneten Lichteintrittsfenster (13 bzw. 131). und ein unteres Teilstück, dessen Umriß durch die geradlinigen Verbindungen der Eckpunkte eines Polygons mit den Ecken eines Rechtecks, das das Lichtaustrittsfenster (16) darstellt, gebildet ist;

b) das Polygon besitzt 4n Seiten, worin η eine ganze j

Zahl zwischen 1 undoo ist, und liegt in einer zur optische^ Achse senkrechten Ebene; J

c) die 4n Eckpunkte des Polygons liegen auf der inneren ; Oberfläche des kugelförmigen Teilstücks und der Schnitt- ! punkt seiner Diagonalen liegt auf der optischen Achse; ;

d) das Rechteck ist mindesistis so groß wie das zu beleuchtende Negativ;

e) das Rechteck liegt in einer zur optischen Achse senkrechten Ebene und der Schnittpunkt seiner Diagonalen liegt auf der optischen Achse;

f) der Abstand der Ebene des Rechtecks vom Lichteintrittsfenster ist größer als der Abstand der Ebene des Polygons vom Lichteintrittsfenster;

g) zwei zueinander senkrechte Diagonale des Polygons sind parallel zu zwei Seiten des Rechtecks;

h) η + 1 benachbarte Eckpunkte des Polygons sind mit

der nächstliegenden Ecke des Rechtecks durch gerade

Drei Linien verbunden,, so daß\V(n+1) ebene-Beefcfeecke gebildet

~ ~~ 0 0 9 8 31 / 0^7 ^~~"^~-

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15.7.1969 I

werden; ^:

' j

i) die Basen von vier ebenen -fteektecken sind deckungsgleich mit jeweils einer Seite des Rechtecks lind die -I. Spitze jedes Dreieckes zeigt nach oben; |

k) diese vier ebenen Dreiecke wechseln mit vier Gruppen j

von jeweils η Dreiecken ab, wobei die Basis elne^ jeden
der letztgenannten Dreiecke mit einer Seite des Polygons
deckungsgleich ist, während die Spitzen dieser Jn Dreiecke nach unten zeigen und ihre Ebenen bis ssum Schnitt
mit der Kugelfläche des Liehtintegrators weitergeführt
sind.

17. Beleuchtungssystem nach Anspruch 15 oder 16, dadurch ge- · kennzeichnet, daß das Polygon ein Octagon ist.

00983 1/0872

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