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Ein Dreispiegel-System Die Erfindung betrifft die AusfUhrung eines
Dreispiegel-Systems, das eine geradlinige Aufstellung von Spiegeln in optischen
Systemen ermöglicht, eine weitgehende Verminderung der Dimensionen optischer Aufbauten,
die Verwirklichung einer bequemen Bilddrehung und die Drehung der Polarisationsebene
des einfallenden Lichtes garantiert.
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Der Gegenstand der Erfindung besteht aus drei Spiegeln, die in einer
entsprechend ausgebildeten Fassung angeordnet sind.
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Die drei Spiegel können alle plan sein oder können als jedweder Kegelschnitt
ausgeführt werden. Die drei Spiegel können auch mit Linsen kombiniert werden.
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Eine Hauptcharakteristik des Systems ist, daß das aus den drei Spiegeln
gebildete System um die optische Achse drehbar gelagert ist.
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Die prinzipielle Anordnung des Dreispiegel-Spiegelsystems zeigt Abb.1.
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Abb.2 zeigt das Dreispiegelsystem mit Linsen kombiniert, Abb.3 die
Wirkungsweise des Dreispiegelsystem3, Abb.4 zeigt schematisch die Ausführung des
Dreispiegelsystems
Trotz seiner ausgezeichneten Eigenschaften, wie
Achromasie und von der Wellenlänge des Lichtes in starkem Maße unabhängiges Reflexionsvermögen,
ist der Spiegel noch immer nur beschränkt angewendet worden. Dies betrifft hauptsächlich
die einfachsten optischen Aufstellungen. Das steht teilweise damit in Zusammenhang,
daß ein Spiegel nie in einem geraden Strahlengang, wie eine Linse aufgestellt werden
kann, sondern asymmetrische Aufstellungen nötig sind.
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Weil mit üblichen optischen Komponenten asymmetrische Aufstellungen
nur schwer zu verwirklichen sind, ist es verständlich, daß die Verbraucher ähnliche
Aufstellungen möglichst vermeiden. Neben Aufbauschwierigkeiten sind die Justierprobleme
eines asymmetrisch aufgebauten Systems sehr groß.
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Die Dreispiegelanordnung gemäß der Erfindung vermeidet die aufbaubedingten
Schwierigkeiten einer asymmetrischen Anordnung. Bei dieser Anordnung ist die Asymmetrie
des Strahlen ganges in dem Breispiegel-System selbst aufgehoben und nach außen meldet
es sich als eine symmetrische Komponente. Der Aufbau des Dreispiegelsysteme ist
auf der Abb,i sichtbare X-X ist die optische Achse0 Ein aus dem Bildpunkt 0 kommender
Strahl wird vom Planspiegel Mi auf den Konkavspiegel M2 reflektiert. Der Weg des
Strahls von M2 führt über M3 zum Bildpwlkt B. Die Bildeigenschaften betreffend verhält
sich das System als ob der Objektpunkt in O', der Bildpunkt in B' liegen würde.
Je kleiner die von O'M2 - M2B' Strahlen eingeschlossenen Winkel, desto besser die
Bildqualität.
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Eine Ausführung des Dreispiegelsystems zeigt die Abb.4 Zwei Spiegel
Ml und M3 sind in einem zylinderförmigen Halter F untergebracht. Diese zwei Spiegel
sind um eine, auf der optischen Achse senkrechte und zueinander parallele Achse
drehbar. Am zylinderförmigen Halter F ist ein Träger.
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T befestigt, der den eigentlichen Abbildungsepiegel M2 trägt. Der
Abbildungespiegel ist entlang dem Träger T verschiebbar. Der Abbiliiungsspiegel
M2 kann justierbar ausgebildet werden.
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Das in der Abbildung dargestellte Spiegelsystem ist als Einheit wie
eine Linse behandelbar.
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Mit der Anderung der Fokallänge des Abbildungsspiegels M2 ändert sich
in einer sehr einfachen Weise die Fokallänge des Dreispiegelsystems. Auf diese Weise,
mit Hilfe einiger billiger Konkavspiegel, ersetzt man eine Reihe von kostspieligen
Achromaten, die aber noch immer nur begrenzt durchlässig sind.
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Optische Komponenten mit großer Fokallänge brauchen viel Platz für
die Aufstellung. Besonders schwer ist die Aufstellung, wenn es um Fokallängen von
Metern sich handelt. Die Spiegelanordnung löst dieses Problem sehr leicht in der
Weise, daß der Spiegel M2 nach der Höhe versetzt wird. Auf diese Weise können optische
Abbildungekomponenten mit grosser Fokallänge in der horizontalen Ebene auf Längen
angeordnet werden, die mit der Länge des Dreispiegelsystems gleich sind.
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Wird der Abstand zwischen der optischen Achse und dem Spiegel M2 geändert,
soll auch die Neigung der Spiegel M1 und M3 geändert werden. Zu diesem Zweck sind
diese Spiegel entsprechend gelagert. Um eine Spielfreiheit zu erzielen, können diese
Spiegel auf Magneten befestigt werden. Die Magnete sind in der Fassung F gelagert.
Eine ein einstellung dieser Spiegel ist auch möglich. Die Einstellung der Spiegel
Ml und M3 erfolgt mit dem Köpfe K. Die Fassung F ruht in den Lagern L, die auf der
Grundplatte r befestigt sind.
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Das Dreispiegelsystem hat eine besondere für die experimentelle Optik
sehr wichtige Eigenschaft. Dies ist die Fähigkeit des Systems, bei dessen Drehung
um die optische Achse auch das Bild eines Objektes zu drehen. Das Maß der Drehung
des Objektes ist das zweifache der Drehung des Systems.
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Dieses Verhalten des Dreispiegelsystems ist schematisch auf Abb.3
veranschaulicht. Das erste Bild () in der Abbildung zeigt das System in seiner normalen
Lage aus der Richtung der optischen Achse betrachtet. Die darunter befindlichen
Pfeile deuten das Objekt an. Darunter sieht man das Bild des Objektes so, wie dieses
mit dem Dreispiegelsystem abgebildet wird. In der zweiten vertikalen Reihe (B) ist
das Spiegelsystem um die optische Achse mit 450 gedreht. Das entsprechende Bild
zeigt, daß das Bild bei dieser Drehung um 900 gedreht wurde. In der dritten Reihe
(Ct wurde das Spiegel-System um 900 gedreht, die Drehung des Bildes ist 0 180
Die
praktische Bedeutung dieser Dreheigenschaft besteht darin, daß z.2. horizontal brennende
elektrische Entladungen vertikal auf dem Spalt eines Spektrographen abgebildet werden
können. Ähnlich ist es möglich, eine vertikal brennende Lichtquelle horizontal auf
einem Spalt abzubilden.
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Eine weitere wichtige Eigenschaft des Dreispiegel-Systems ist, daß
bei seiner Drehung auch die Polarisationsebene des einfallenden Lichtes sich dreht.
Das Maß der Drehung der Polarisationsebene gleicht dem der Bilddrehung.
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Um die gewünschte Drehbewegung um die optische Achse durchführen zu
können, soll die Dreispiegelanordnung gelagert werden. Die Lagerung geschieht an
den zwei Enden des Systems, wie das Abb.4 zeigt. Auf diese Weise kann die Fassung'mit
Spiegel M2 zusammen gedreht werden. Das starr zusammengehörige System Fassung-Spiegel
M2 kann in jeder Drehlage befestigt werden.
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Das Dreispiegel-System kann mit Hilfe eines Reiterstiftes (R) auf
einer optischen Bank aufgestellt werden.
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Wird das Dreispiegel-System nur für Bilddrehungen verwendet, dann
kommt an Stelle des Abbildungsspiegels M2 ein Planspiegel zur Anwendung.
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Die zwei Enden des Doppelspiegelhalters sind mit je einer austauschbaren
Adapterplatte E mit Gewinde abgeschlossen.
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Diese Adapter dienen zur Aufnahme von Linsen, Blenden oder von Verschlüssen.
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Eine Blende oder einen Verschluß kann man auch vor dem Spiegel M2
anbringen. Für diesen Zweck ist auch die obere Spiegelfassung mit einem Gewinde
versehen. Ein Verschluß oder eine Blende kann auch auf dem vertikalen Halte-Träger
T (Abb.4) in der Nähe der oberen Spiegel fixiert werden.
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Werden die Blenden an den Enden des Doppelspiegelhalters angewendet,
gilt auch hier, daß die Bildfehler um so geringer werden, desto kleiner der von
den einfallenden und reflektierten Strahlen gebildete Winkel ist. Um gute Bildqualität
zu haben, sollen Blenden mit kleiner Öffnung so plaziert werden, daß die in das
System eintretenden Strahlen auf den oberen Teil des Schrägspiegels fallen.
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Ist in einem, mit Hilfe von Linsen aufgebauten optischen System eine
Bilddrehung nötig, kann man das Dreispicgel-System auch hier verwenden. In diesem
Palle wird der Konkavspiegel durch einen Flachspiegel ersetzt und eine oder zwei
Linsen werden so angeordnet wie die Abb.2 zeigt. In der Abb.2, Ml, M2 und M3 sind
Planspiegel, die die Bilddrehung bewirken, M4 und M5 sind Linsen.
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Winkelteilungen erleichtern die Feststellung der Lage der Spiegel
Mi und M3 sowie der Winkellage des Ml, M2 und M3 Sreispiegel-Systems.