DE1950423A1

DE1950423A1 - Spiegelkondensor

Info

Publication number: DE1950423A1
Application number: DE19691950423
Authority: DE
Inventors: Gaston Charles Arden
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-10-09
Filing date: 1969-10-07
Publication date: 1970-04-16
Also published as: US3567319A; GB1275620A; FR2020191A1

Description

Es sind zahlreiche Anwendungen bekannt, bei denen ein Gegenstand oder die Wiedergabe eines Gegenstandes beleuchtet werden müssen, um eine einwandfreie Beobachtung oder eine vergrößerte Abbildung zu ermöglichen. Die bekannten, zum Beleuchten erforderlichen Kondensoren oder Kollektive haben eine Reihe von
Nachteilen, wie z.B. Empfindlichkeit der aus Glas bestehenden
Linsen gegen mechanische oder thermische Belastung, große Abmessung, hohes Gewicht und hohe Kosten. Die einzelnen Elemente dieser bekannten Kondensoren müssen darüber hinaus genau ausgerichtet sein und erfordern eine umständliche Brennweiteneinstellung. Es sind auch Kondensoren bekannt geworden, bei denen eine der Linsen als Spiegellinse ausgebildet ist. Die oben erwähnten Nachteile werden bei dieser Art von Kondensoren nur zu einem geringen Teil vermieden, da auch diese Anordnungen sperrig, kostspielig und nur mit großem Aufwand justierbar sind. Diese

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Nachteile sind insbesondere bei Heimprojektionsgeräten und bei Amateurvergrößerungsapparaten sehr störend.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine einfache, wenig störanfällige und billige Anordnung zur Umwandlung eines divergenten Strahlenbündels in ein konvergentes Strahlenbündel anzugeben, die ohne die bisher verwendeten Linsen aus Glas oder Kunststoff auskommt und möglichst auch zusammenlegbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Spiegelkondensor gelöst, der gekennzeichnet ist durch einen in Bezug auf die Verbindungslinie zwischen der Beleuchtungslichtquelle und dem Brennpunkt der aus dem Kondensor austretenden Strahlung senkrecht liegenden und mit seiner Verlängerung diese halbierenden teildurchlässigen Spiegel und mindestens einer im Bereich der am Spiegel reflektierten und/oder vom Spiegel durchgelassenen Strahlung liegenden rückstrahlenden Fläche.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch einen der Beleuchtungslichtquelle zugeordneten Reflektor, der so angeordnet und ausgebildet ist, daß die von der rückstrahlenden Flächen zur Lichtquelle zurück reflektierte Strahlung dem Kondensor wieder zugeführt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flächen eben und mit dem teildurchlässigen Spiegel über ein Scharnier zusammenklappbar verbunden sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flächen unregelmäßige Formen aufweisen. Aufgrund dieser Möglichkeit können die rückstrahlenden Flächen aus biegsamen Material bestehen.

Eine weitere besonders vorteilhafte Ausführungsfor« de· Erfindungs-

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gedankens ist dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässigen reflektierenden Flächen und die rückstrahlenden Flächen aus in einem Gehäuse auf Spulen angeordneten ausziehbaren federnden Elementen bestehen. Ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch ein zusätzliches im Gehäuse angeordnetes ausziehbares federndes Element, mit dessen Hilfe die Lage oder zumindest die Richtung der Beleuchtungslichtquelle festgelegt werden kann.

Da der Abstand zwischen der Beleuchtungslichtquelle und dem teildurchlässigen Spiegel stets gleich dem Abstand zwischen diesem Spiegel und dem Brennpunkt der den Kondensor verlassenden Strahlung ist, wird ein weiteres besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Abstandes zwischen der Beleuchtungslichtquelle und den teildurchlässigen Spiegel.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert .

Es zeigen:

Fig. 1 Die schematische Darstellung des Strahlenver-

. laufs der erfindungsgemäßen Anordnung.

Fig. 2A und 2B . Ein tragbares und zusammenlegbares linsenloses

Kondensorsystem gemäß der Erfindung.

Fig. 3 Eine andere Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 Die schematische Darstellung des Strahlenverlaufs

einer Anordnung nach der Erfindung zur Veranschauliehung der Einfachheit ,der Brennpunkt einstellung.

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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besteht aus den einen Winkel von 90° einschließenden, als Rückstrahler ausgebildeten Flächen 11 und 12, und einem zwischen diesen Flächen angeordneten halbdurchlässigen Spiegel 50. Die als Rückstrahler ausgebildeten Flächen 11 und 12 bestehen in bekannter. Weise beispielsweise aus einer Vielzahl von selbstkollimierenden Elementen, die einen einfallenden Strahl in sich selbst zurückwerfen. Diese selbstkollimierenden Elemente können beispielsweise als katadioptrische Elemente ausgebildet sein, die aus in ihrem vorderen Bereich als Linse und in ihrem hinteren Bereich als Reflektor ausgebildeten Kugeln bestehen. Die selbstkollimierenden Elemente können aber auch aus sogenannten Trippelspiegeln bestehen, die aus drei senkrecht zueinanderliegenden reflektierenden Flächen zusammengesetzt sind.

Das von der Lichtquelle 13 und dem Reflektor 14 ausgehende Licht fällt auf den teilversilberten Spiegel 15» dessen Ebene senkrecht zur Verbindungslinie zwischen der Lichtquelle 13 und dem Brennpunkt 19 liegt und diese genau in der Mitte schneidet. Die Hälfte des Lichtes wird am teildurchlässigen Spiegel zur rückstrahlenden Fläche 11 reflektiert während die andere Hälfte des Lichtes den Spiegel durchsetzt und auf die rückstrahlende Fläche 12 fällt.

Die rückstrahlenden Flächen 11 und 12 wandeln die von der Lichtquelle 13 ausgehenden divergenten Lichtbündel in kovergente Lichtbündel um, die in Richtung auf den teildurchlässigen Spiegel 15 verlaufen. Beim zweiten Auftreffen auf den Spiegel wird die Hälfte des Lichtes reflektiert und die Hälfte des Lichtes durchgelassen. Aufgrund des zweimaligen Auftreffens der Strahlung auf den teildurchlässigen Spiegel 15 entstehen vier mögliche Strahlenverläufe, von denen zwei im Brennpunkt 19 konvergieren. Die beiden anderen kehren zum Reflektor 14 zurück. Da das Licht durch den Reflektor 14 im wesentlichen in gleicher Richtung zurückgeworfen wird, wird nicht nur die Hälfte des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtes ausgenützt, wie das bei den üblichen Strahlenteileranordnungen

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der Fall ist. Der Abstand zwischen der Lichtquelle 13 und dem Spiegel 15 ist gleich dem Abstand zwischen dem Spiegel 15 und dem Brennpunkt 19» so daß der Brennpunkt leicht durch entsprechende Wahl des Ortes der Lichtquelle eingestellt werden kann.

Wird die in Fig. 1 dargestellte Anordnung als 'Vergrößerungsapparat verwendet, so ist eine Halterung 16 zur Aufnahme des zu projizierenden Bildes bzw. Objektes 17 vorgesehen. Die Halterung 16 kann beispielsweise als üblicher Diapositivhalter ausgebildet sein. Zur Aufnahme des projizierten Bildes ist ein Bildschirm 18 vorgesehen. Erforderlichenfalls kann auch eine Linse 10 zwischen der Objektebene 17 und dem Bildschirm 18 zur Erhöhung der Schärfe des projizierten Bildes angeordnet werden. Die Linse 10 wird dabei zweckmäßigerweise in der Nähe des Brennpunktes 19 angeordnet. Die Lichtquelle 13 ist eine Punktlichtquelle mit möglichst kleinem Durchmesser und möglichst hoher Intensität, wie das beispielsweise bei einer Xenon- oder Quecksilberlichtquelle der .Fall ist. Es kann auch eine Kohlenbogenlampe, eine Tungstenfädenlampe mit klaren Kolben oder eine Joddampflampe verwendet werden. Die Wichtigkeit einer möglichst kleinen Punktlichtquelle ergibt sich aus der Tatsache, daß das kleinste noch aufzulösende Element eines durch eine Optik ohne Linsen zu projizierenden Bildes nicht kleiner sein kann, als die Abmessung der Lichtquelle und daß der Durchmesser der fokusierenden Linse 10 mindestens so groß sein muß wie die größte Abmessung der Lichtquelle, wenn das ganze zur Verfügung stehende Licht bei der Abbildung wirksam werden soll.

Wie schon gesagt dient der Reflektor 14 dazu, das von den rückstrahlenden Flächen 11 und 12 zurückgeworfene Licht -wieder zu re* flektieren. Wird im Zusammenhang mit der Bildebene eine Linse verwendet, so sollten die Abmessungen des Reflektors kleiner als der Durchmesser der Linse sein, damit das von den Randbereichen des Reflektors kommende Licht nicht durch die Begrenzung der Linse unterdrückt wird. Aus dem Gesagten ist leicht einzusehen, daß der Reflektor 14 kein wesentlicher Bestandteil der in Fig. 1 darge-

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stellten Anordnung ist, sondern nur dazu dient, den Wirkungsgrad der Anordnung zu erhöhend Aus der Fig. 1 ist fernerhin zu ersehen, daß die Anordnung auch mit jeweils nur einer der beiden rück- . strahlenden Flächen 11 und 12 funktionsfähig wäre. Auch in diesem Fall wird nicht die Arbeitsweise der Anordnung grundsätzlich geändert, sondern nur der Wirkungsgrad durch die Verwendung von zwei rückstrahlenden Flächen erhöht.

Aus Fig. 4 geht die Vielseitigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung hervor. Die Anordnung besteht aus der Lichtquelle 41, den teilversilberten Spiegel 42 und den rückstrahlenden Flächen 43 und 44. Der Brennpunkt soll im Punkte 45 liegen. Die rückstrahlenden Flächen 43 und 44 müssen nicht, wie in Fig. 1 dargestellt, eben sein, da bei rückstrahlenden Flächen ein einfallender Lichtstrahl unabhängig von der Lage und Richtung des rüekstrahlenden Elements auf den gleichen Weg zurückgeworfen wird. Die Flächen: 43 und 44 können daher aus einem beliebigen biegsamen Material bestehen, das mit rückstrahlenden Elementen versehen ist. Aus der Darstellung nach Fig. 4 geht weiterhin hervor~, daß bei einer Verstellung der teilreflektierenden Fläche 42 eine Verschiebung des Brennpunktes entlang eines berechenbaren Weges erfolgt. Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch eine Lichtpunktabtastung durchgeführt werden. Der Abstand des Brennpunktes vom teilversilberten Spiegel kann durch Veränderung des AbStandes der Lichtquelle von diesem Spiegel verändert werden. Wird, wie in Fig. 1 dargestellt eine Linse 10 verwendet, so ist es-zweckmäßig, die Lichtquelle so mit dieser Linse zu koppeln, daß die Linse 10 bei einer Bewegung der Lichtquelle 13 immer in der Näne^es "Brennpunktes bleibt. Durch diese Maßnahme erübrigt sich eine überdimensionierung der verwendeten Linsen, da diese bei jeder Brennpunktverstellung im Bereich des kleinsten Strahldurchmessers bleibt.

In Fig. 2A wird ein zusammenlegbarer linsenloser Kondensor dargestellt, der aus einem Trägerteil 21 und aus den aufspulbaren Eier menten 22, 23 und 24 besteht. Die Elemente 22 und 2k sind aus

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Kunststoff oder aus einem anderen geeigneten biegsamen Material bestehende Bänder, die eine rückstrahlende Fläche aufweisen. Das Element 23 ist ein biegsames teilversilbertes Band. Außerdem sind die Ausziehstücke 25» 26, 27 und 28 vorgesehen. In der in Pig. 2B dargestellten Anordnung bestehen die Ausziehstücke 25 ₉ 26, 27 und 28 aus federnden vorgespannten Elementen, die in Fig. 2B halb ausgezogen sind. Die Bänder 22 und 24 sind aufgerollt und werden durch die Ausziehstücke 25 und 28 in ihrer Stellung gehalten. Der teilversilberte Spiegel 23 ist ausgezogen und wird durch das Ausziehstück 27 in seiner Stellung gehalten. Das Ausziehstück 26 dient zur Festlegung der Lage einer Lichtquelle in Bezug auf den teildurchlässxgen Streifen 23· Nach Einstellung der Lichtquelle kann das Ausziehstück 26 wieder in den Gehäuserahmen 21 eingeführt werden. Das von der nichtdargestellten Lichtquelle ausgehende Licht fällt auf dem halbversilberten Spiegel 23» wobei die gleichen Strahlenverläufe wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung auftreten. Nach Gebrauch können die einzelnen Bänder, wie in Fig. 2A dargestellt, wieder in das rahmenförmige Gehäuse 21 eingeführt werden. Die in den Fign. 2A und 2B dargestellte Anordnung ist ein zusammenlegbarer Kondensor der je nach der zu lösenden Aufgabe die verschiedensten Abmessungen aufweisen kann. Der in Fig. 3 dargestellte zusammenlegbare Kondensor besteht aus den starr ausgebildeten rückstrahlenden Flächen 31 und 32 und dem teildurchlässxgen* Spiegel 33· Die beiden rückstrahlenden Flächen 31 und 32 und die als halbversilberter Spiegel ausgebildete teildurchlässige Fläche 33 sind durch das Scharnier 34 verbunden, so daß die ganze Anordnung nach Gebrauch wie ein Buch zusammengeklappt werden.

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Claims

Patentansprüche

(X) Spiegelkondensor, gekennzeichnet durch einen in Bezug auf die Verbindungslinie zwischen der Beleuchtungslichtquelle (13_S 41) und dem Brennpunkt (19* 45) der aus dem Kondensor auftretenden Strahlung senkrecht liegenden und mit seiner Verlängerung diese halbierenden teildurchlässigen Spiegel (15» 33» 42) und mindestens einer im Bereich der am Spiegel reflektierten und/ oder vom Spiegel durchgelassenen Strahlung liegenden rückstrahlenden Fläche (11, 12; 31, 32; 43, 44). "
2. Spiegelkondensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen der Beleuchtungslichtquelle zugeordneten Reflektor (14), der so angeordnet und ausgebildet ist, daß die von einer der rückstrahlenden Flächen zur Lichtquelle reflektierte Strahlung dem Kondensor wieder zugeführt wird.
3. Spiegelkondensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flächen (31_S 32) eben und mit dem teildurchlässigen Spiegel (33) über ein Scharnier (34) zusammenklappbar verbunden sind.
4. Spiegelkondensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flächen (43» 44) unregelmäßige Formen aufweisen.
5. Spiegelkondensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrählenden Flächen (43s 44) aus biegsamen Material bestehen.
6. Spiegelkondensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die teildurchlässigen reflektierenden Flächen (23) und die rückstrahlenden Flächen (22, 24) aus in einem Gehäuse (21) auf Spulen angeordneten auszieh-

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- 9 •baren federnden Elementen bestehen.
7. Spiegelkondensor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein zusätzliches im Gehäuse (21) angeordnetes ausziehbares, federndes Element (26) zur Festlegung der Lage der Beleuchtungslichtquelle (13).
8. Spiegelkondensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Veränderung des Abstandes zwischen der Beleuchtungslichtquelle (13) und dem teildurchlässigen Spiegel (15) sowie zwischen diesem und der Linse (10), derart, daß die Linse (10) ständig in der Nähe des Brennpunktes (14) gehalten wird.

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