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Publication number: DE229224C
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KAISERLICHES

?tffen-(Exemplar

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 229224 KLASSE 42 h. GRUPPE

Firma CARL ZEISS in JENA.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Januar 1909 ab.

Die Erfindung bestellt in einer Verbesserung eines bekannten sammelnden Ringspiegelsystems, dessen Öffnungswinkel auf der einen Seite Null ist. Sie bezweckt, dieses System aplanatisch zu machen, so daß es nicht nur auf der Achse streng sphärisch korrigiert ist, sondern auch die Sinusbedingung erfüllt. Das bekannte System besteht aus zwei koachsial hintereinandergeschalteten Kugelzonen, einer*-

ίο konvexen (auf der Seite des Öffnungswinkels Null) und einer konkaven.

Die Abänderung dieses Systems, durch die es aplanatisch wird, besteht darin, daß die konkave Kugelzone durch die Zone eines Kardioids ersetzt wird, darunter die Fläche verstanden, die bei der Drehung einer Kardioide um ihre Symmetrieachse entsteht. Diese achsensymmetrische Kurve bildet bekanntlich eine geschlossene, überall konvexe Figur, von deren beiden Achsenpunkten der eine eine Spitze bildet. In Polarkoordinaten, bezogen auf den Spitzenpunkt als Pol, lautet ihre Gleichung R = r (I -f cos u), wenn man den Leitstrahl mit R, seine Neigung zur Symmetrieachse mit u. und die Konstante mit r bezeichnet. Die Größe der Kardioide ist durch ihre auf der Achse gemessene Länge gegeben, also durch den Abstand R₀ = 2 r zwischen Scheitel und Spitze. Als Konstante r ist bei dem verbesserten Spiegelsystem der Radius der Kugel zu wählen, der die konvexe Spiegelzone angehört. Für die Lage des Kardioids zu dieser Kugelzone gilt, daß es den Kugelmittelpunkt umschließt, und daß seine Spitze von der Kugelzone aus eine Strecke gleich dem halben Kugelradius jenseits des Kugelmittelpunktes liegt. Die Kugelzone liegt dann ebenfalls innerhalb des Kardioids. Der Spitzenpunkt ist zugleich derjenige Brennpunkt des Systems, der einen der beiden aplanatischen Punkte bildet.

In Fig. ι ist ein Spiegelsystem nach vorliegender Erfindung im Achsenschnitt dargestellt. Der Brennpunkt F, der leuchtend gedacht ist, sendet ein divergentes ringkegelförmiges Strahlenbüschel gegen die konkave Kardioidzone A, von der es in konvergenter Form gegen die aus O beschriebene konvexe Kugelzone B geworfen wird, die es als ringzylinderförmiges Bündel achsenparalleler Stfahlen zurückwirft. Den Neigungswinkeln u¹, u², die die gezeichneten Randstrahlen beim Eintritt in das System besitzen, entsprechen die Abstände h¹, h² dieser Strahlen von der Achse bei ihrem Austritt aus dem System nach Maßgäbe der Sinusbedingung:

h¹: h² = sin u¹ : sin u².

In Fig. 2 ist das Flächenpaar aus Kardioide.⁰ und Kugel B⁰ im Achsenschnitt dargestellt. Wird ein Lichtstrahl von der Spitze F in der Richtung des Leitstrahls R ausgesandt, so erfolgt an der spiegelnden Kardioidfläche A⁰ eine Ablenkung um den Winkel u. Trifft der Strahl hiernach auf einen spiegelnden Teil der Kugel 5°, so erfolgt eine zweite Ablenkung

in entgegengesetzter Richtung, und zwar um den Winkel 2 u, wenn, wie vorgeschrieben und

gezeichnet, der Kugelmittelpunkt . 0 um —

von der Spitze F des Kardioids A⁰ absteht. Der Strahl hat unter diesen Umständen die Richtung parallel zur Achse angenommen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, läßt das System einen Strahlenkegel vom Spitzenwinkel 2 u¹ oder (bei umgekehrter Strahlenrichtung) einen Strahlenzylinder vom Durchmesser 2 h¹ ungenutzt. Diese Lücke läßt sich leicht durch ein brechendes System ausfüllen, das fest oder ausschaltbar angeordnet sein mag.

Es ist ferner aus Fig. 1 ersichtlich, daß wegen der Undurchlässigkeit der Kugelzone 5° eine Vergrößerung des äußeren Öffnungswinkels 2 u² nur unter gleichzeitiger Vergrößerung des inneren öffnungswinkels 2 u¹ möglieh ist. Dagegen läßt sich noch ein zweites ringkegelförmiges Strahlenbüschel von größerer oder kleinerer Öffnung (oder ein zweites ringzylinderförmiges Büschel von größerem oder kleinerem Durchmesser) als das erste nutzbar machen, wenn man an demselben Flächenpaar aus Kugel und Kardioid noch ein zweites Zonenpaar als Spiegelsystem ausführt. Die beiden Ringstrahlenbüschel, die durch das Gesamtsystem hindurchgehen, sind durch eine ringförmige Lücke getrennt.

Ein drittes Mittel zur Vergrößerung der nutzbaren Öffnung des Systems läßt dieses Ziel zwar erreichen, ohne daß die Öffnung den Zusammenhang verliert. Es ist aber nur beschränkt anwendbar, weil es voraussetzt, daß ein Glaskörper den Raum zwischen den beiden Spiegelzonen ausfüllt. Unter Verwendung eines solchen Glaskörpers hat man einerseits die beiden Spiegelzonen durch zwei einander entsprechende Zusatzzonen zu verbreitern, wobei die Bedingung zu erfüllen ist, daß die äußere der beiden Kugelzonen total reflektiert, und anderseits eine Kernlinse so anzuordnen, daß sie an dieser äußeren Kugelzone nur eine dünne konzentrische Luftschicht übrig läßt. Es können dann diejenigen Strahlen, die an der inneren Kugelzone und der entsprechenden Kardioidzone reflektiert werden, durch die dünne Luftschicht, ohne endgültige Ablenkung hindurchtreten, während zugleich die zusätzlichen Spiegelzonen ein zusätzliches Ringstrahlenbüschel der Wirkung des Systems unterwerfen.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der soeben beschriebenen Anordnung dargestellt. Es ist angenommen, daß ein Ringzylinderbüschel vom inneren Durchmesser 2Ä¹ in das Spiegelsystem eintritt. Gingen wie in Fig. 1 die Strahlen zwischen den beiden Spiegelzonen durch Luft, so wäre der äußere Durchmesser des Büschels höchstens gleich 2 h², weil dieses Maß als größter äußerer Durchmesser der Kugelzone B durch den inneren öffnungswinkel 2 u¹ bestimmt ist. Zugleich ist damit die entsprechende Kardioidzone A gegeben. Jede der Zonen A und B besteht "aus einer Silberschicht, die auf einem Glasmeniskus m angebracht ist. Durch die zur Achse senkrechte ebene Fläche m° dieses Meniskus' treten die der Achse parallelen Strahlen ungebrochen ein. Ist der Abstand eines solchen Strahls von der Achse gleich A², so trifft er auf den äußeren Rand der Kugelzone B, wo er bereits total reflektiert wird. Die Kardioidfläche m¹ des Meniskus' und seine Kugelfläche m² bieten ferner die zusätzlichen Spiegelzonen dar, die versilberte Kardioidzone α und die total reflektierende Kugelzone b. Dadurch wächst der äußere Durchmesser des vom System aufgenommenen Ringstrahlenbündels auf 2 A³. Damit die Zone b die Strahlen, die von B und A reflektiert worden sind, nicht durch Brechung endgültig ablenkt, werden diese Strahlen nach dem Durchtritt durch b einer zweiten entgegengesetzten und ebenso starken Brechung unterworfen. Dazu dient die Kernlinse I, die dasselbe Brechungsvermögen wie m hat und deren Vorderfläche I¹ eine zur Kugelfläche m² konzentrische Kugelfläche von nahezu demselben Durchmesser darstellt. Die Linse I schließt beim gezeichneten Beispiel den Brennpunkt F nicht ein, sondern ihre Hinterfläche I² ist eine zu diesem Punkt konzentrische Kugelfläche, durch die dieStrahlen ungebrochen austreten können. Schließlich ist •von dem Mittel der dünnen Luftschicht noch für eine dritte Zone c der Kugelfläche m² Gebrauch gemacht worden, zu der der Achse parallele Strahlen nicht mehr gelangen, die also keine Spiegelzone mehr ist. Sie dient dem Übertritt des größeren Teils der von a reflektierten Strahlen aus m in I.

Claims

Pate nt-An Sprüche:

1. Sammelndes Spiegelsystem für einen öffnungswinkel Null aus zwei koachsial hintereinandergeschalteten Rotationsflächenzonen, nämlich einer konvexen Kugelzone auf der Seite des Nullwinkels und einer konkaven Zone, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aplanatisierung des Systems die konkave Zone einem Kardioid angehört, dessen Scheitel nach der Seite der Kugelzone um drei Viertel und dessen Spitze nach der entgegengesetzten Seite um ein Viertel des Kugeldurchmessers vom Kugelmittelpunkt entfernt liegt.

2. Spiegelsystem nach Anspruch 1, bei dem an einem Glaskörper die beiden Spiegelzonen derart angeordnet sind, daß

die Kugelzone entweder total reflektiert oder an das Gebiet der Totalreflexion angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erweiterung der nutzbaren öffnung des Systems einerseits die beiden Spiegelzonen durch je eine Zusatzzone in solcher Weise verbreitert sind, daß mindestens die äußere der beiden Kugelzonen total reflektiert und anderseits eine Kernlinse so angeordnet ist, daß sie an der äußeren Kugelzone nur eine dünne konzentrische Luftschicht übrig läßt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.