DE2430587A1

DE2430587A1 - Spiegelsystem zur bildung eines buendels bestimmter orientierung einer wellenstrahlung

Info

Publication number: DE2430587A1
Application number: DE2430587A
Authority: DE
Inventors: Philip Joseph Mcfarland; Werner Robert Rambauske
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1973-07-02
Filing date: 1974-06-26
Publication date: 1975-01-30
Also published as: IL44776A0; NL7407774A; FR2236200A1; CH582889A5; JPS5039144A; CA1011142A; IT1013394B; GB1449773A; IL44776A

Description

PATENTANWÄLTE ~ DR-PHIL. G. NICKEL· DR-ING. J. DORNER

β München is München, den 24. Juni 1974

LANDWEHRSTR. 35 · POSTFACH KM

Tel. (0811) 555719 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat.

Raytheon Company, 141 Spring Street, Lexington, Mass. o2173, Vereinigte Staaten von Amerika

Spiegelsystem zur Bildung eines Bündels bestimmter Orientierung einer Wellenstrahlung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Spiegelsysteme und insbesondere auf Systeme zur Ausrichtung sich Weilenartig ausbreitender Energie. Es erscheint zweckmäßig, die folgenden Definitionen vorauszuschicken, welche in Verbindung mit dem Spiegelsystem der hier vorgeschlagenen Art verwendet werden sollen: . !

a) Die Brennkurve bedeute den geometrischen Ort der Brennpunkte einer Erzeugenden einer reflektierenden Fläche, wenn diese Erzeugende relativ zu einer Bezugslinie bewegt wird. Läßt man die Erzeugende um eine Symmetrieachse rotieren, welche nicht durch den Brennpunkt geht, so hat die Brennkurve die Gestalt eines Brennkreises oder eines Brennkreisbogens. Wird die Erzeugende translatorisch gegenüber ihrer Symmetrieachse bewegt, "so ist die Brennkurve eine Brennlinie.

b) Als Meridional-Ebene soll eine Querschnittsebene gelten, welche durch nichtparallele Reflexionsflachen mit gemeinsamer Symmetrieachse in der Weise gelegt ist, daß diese gemeinsame Symmetrieachse und die Normalen zu den Reflexionsflächen in jedem Punkt der Schnittlinien

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zwischen der betreffenden Querschnittsebene und den nicht parallelen Reflexionsflächen in dieser Querschnittsebene gelegen sind. Handelt es sich bei den Reflexionsflachen in einem Sonderfall um divergierende Ebenen, so soll jede Querschnittsebene, die senkrecht sowohl zu den Reflexionsflächen als auch zu der Schnittlinie zwischen diesen Reflexionsflächen orientiert ist, als Meridional-Ebene gelten. ,

c) Eine nlchtmeridionale Ebene sei eine Querschnittsebene, die durch nichtparallele Reflexionsflächen mit gemeinsamer Symmetrieachse so gelegt ist, daß diese Achse in einem Punkt von der Querschnittsebene geschnitten wird, v/obel sämtliche Normalen zu den Reflexionsflächen längs der Schnittlinien zwischen der betreffenden Querschnittsebene und den nicht parallelen Reflexionsflächen außerhalb der betreffenden Querschnittsebene verlaufen.

d) Als Reflexionsebene sei diejenige Ebene definiert, welche durch einen auf eine Reflexionsfläche auftreffenden Strahl und durch die Normale zu dieser Reflexionsfläche Im Auftreffpunkt aufgespannt wird. Wenn eine bestimmte Reflexionsebene mit einer Meridionalebene zusammenfällt, so können alle Strahlen, die in der Reflexionsebene laufen, als Meridxonalstrahlen bezeichnet werden, und wenn eine bestimmte Reflexionsebene mit einer nichtmeridionalen Ebene zusammenfällt, so sind die in der betreffenden Reflexionsebene verlaufenden Strahlen nichtmeridionale Strahlen.

e) Ein Idealstrahl bedeute derjenige Strahl, der tatsächlich oder scheinbar von einem Brennpunkt oder einer Brennkurve einer Reflexionsfläche ausgeht oder nach Reflexion darauf hingerichtet ist. Ist die Erzeugende der Reflexionsfläche eine Parabel, so ist davon auszugehen, daß eine derartige Kurve einen imaginären Brennpunkt oder eine Brennkurve in der Unendlichkeit besitzt.

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f) Eine Meriäionalebenen-Aberration sei die winkelmäßige Abweichung in einer Meridionalebene zwischen einem

Idealstrahl, welcher von einem Punkt auf einer Reflexionsflache reflektiert worden ist und einem Meridionalstrahl, ■ der· von demselben Punkt auf der Reflexionsfläche reflektiert worden ist. -

g) E-ine Nichtmeridionalebenea-Aberratipn sei die winkelmäßige Abweichung, gemessen in einer mit einer nichtme.ridionalen Ebene zusammenfallende Reflexionsebene zwischen einem Idealstrahl, der von einem Punkt einer reflektierenden Oberfläche zurückgeworfen wird und einem nichtmeridionalen Strahl, welcher in der betreffenden Reflexionsebene verläuft und von demselben Punkt reflektiert worden ist.

h) Ein Rambauske—Spiegelsystem sei mindestens.ein Paar von Spiegeln, bei welchen die Erzeugenden der Reflexionsflächen Abschnitte von Kurven sind, deren Brennpunkt relativ zu einer Bezugslinie bewegt worden ist, derart, daß der geometrische Ort jedes der Brennpunkte eine Brennkurve i'st, wie sie oben definiert wurde. Bei einem System der hier vorgeschlagenen Art werden zwei oder mehrere Rambauske-Spiegel so angeordnet, daß ihre Brennkurven zusammenfallen, d. h. so, daß sie confocal sind oder bestimmten Abstand voneinander besitzen.

Es ist bekannt, daß mittels eines Spiegelsystems geeigneter Art im wesentlichen kohärentej sich wellenartig ausbreitende Energie, beispielsweise das Licht eines Laserstrahls, in beliebiger Weise orientiert werden kann (dies gilt innerhalb bestimmter Grenzen, die durch Streueffekte gesetzt werden, welche auf der. endlichen Abmessungen der Ausgangsa ρ ertur derartiger Systeme beruhen). An anderer Stelle sinn verschiedene durch Beugung oder Streuung begrenzte Spiegelsysteme vorgeschlagen worden. Gemäß diesem älteren Vorschlag sind in einem Spiegelsystem mindestens zwei konfckale Rambauske—Spiegel vorgesehen, mittels welchen ein Laserstrahl oder ein Strahl einer

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anderen, sich wellenartig ausbreitenden Energie ausgerichtet werden kann. Insbesondere zeigt sich bei Spiegelsystemen der soeben angesprochenen Art, daß die beiden confocalen Rambauske-Spiegel reflektierende Flächen aufweisen können, deren Erzeugende jeweils Teile von "quadratischen Kegelschnitten sind (mit Ausnahme des Kreises), welche zur Erzeugung der Reflexionsfläche um Symmetrieachsen rotieren, die nicht beide Brennpunkte der betreffenden Kurve enthalten. (Wie zuvor bei der Definition des Idealstrahles ausgeführt, ergibt sich, wenn die Erzeugende ein Parabelteil ist, in der Unendlichkeit ein virtueller Brennpunkt als zweiter"Brennpunkt.) Alle Strahlen eines Strahlenbündels, das von einer idealen Strahlungsquelle kohärenter Wellenenergie ausgeht, welche sich in einem Brenn-' punkt des Eingangsspiegels eines solchen Spiegelsystems befindet, sind daher Idealstrahlen, welcte-ohne Aberration in einem Spiegelsystem dieser Art ausgerichtet werden können.

Wie bereits bemerkt, kann ein Spiegelsystem der zuvor erwähnten, an anderer Stelle vorgeschlagenen Art dazu verwendet werden, die Strahlen eines Laserstrahlenbündels auszurichten. Während man praktisch normalerweise ein solches Gerät als eine vollständig kohärente Strahlungsquelle bezeichnen kann, als eine punktförmige Strahlungsquelle also,' die ein sehr schmales Strahlenbündel erzeugt, versteht es sich, daß eine vollständig kohärente Strahlungsquelle physikalisch nicht möglich ist. Es ergibt sich somit, daß selbst unter dem von einem Laser ausgehenden Strahlen sich einige nichtideale Strahlen befinden. Ferner ist es offensichtlich, daß die Anordnung und Ausrichtung des Lasers derart, daß sein Strahlenbündel von einem Brennpunkt eines Spiegelsystems auszugehen scheint, außerordentlich schwierig ist. Eine Fehlausrichtung^rdes Lasers trägt noch zu der Abweichung der Strahlen vom idealen Strahlengang bei.

Glücklicherweise können die Aberrationen oder Abweichungen, wenn sie bedeutsam sind, soweit sie durch die soeben erwähnter. Unvollkommenheiten verursacht werden, bei Verwendung eines Lasers als Quelle koherenten Lichtes durch Einstellung des

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Spiegelsystems mit den Rambauske-Spiegeln wesentlich vermindert werden. Gemäß dem erwähnten älteren Vorschlag können nämlich die relativen· Stellungen der Rambauske-Spiegel so justiert werden, daß ihre Brennkurven abweichend von dem prinzipiellen Konstruktiönsgedanken nicht genau zusammenfallen, sondern einen bestimmten Abstand längs der Linie zwischen der koh renten Strahlungsquelle und den Spiegeln voneinander haben. Durch geeignete Justierung dieses Abstandes zwischen den Spiegeln können zumindest die Nahfeldabwexchungen, d.h. sphärische Aberration und Koma, beträchtlich vermindert werden, so daß sich ein nur durch Beugung oder Streuung begrenztes Verhalten einstellt. Dies kann also auch dann erreicht werden, wenn die Strahlungsquelle nicht vollständig kohärent oder nicht vollständig richtig angeordnet ist.

Während die vorstehende Art der Kompensation der innerhalb eines begrenzten Feldes auftretenden Aberrationen erfolgreich ist, wenn das Licht von einer fast vollständig kohärenten Strahlungsquelle, beispielsweise einem Laser, ausgeht und in ein Spiegelsystem mit Rambauske-Spiege.ln eintritt, ergibt sich eine andere Situation, wenn ein in bestimmter-Weise orientiertes Strahlenbündel aus dem Licht gebildet werden soll, das von einer ausgedehnten Strahlungsquelle, beispielsweise einer Glühlampe oder einer Leuchtstofflampe, ausgeht. Dies beruht darauf, daß die Strahlen, welche von unterschiedlichen Punkten der ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehen, räumlich gegeneinander versetzt sind, so daß die Kompensationsmaßnahmen, die zur Beseitigung von Aberrationen aufgrund eigentümlicher Eigenschaften oder aufgrund der Anordnung einer kohärenten Strahlungsquelle praktisch ergriffen v/erden, für die Korrektur von Aberrationen für das von einer ausge.-dehnten Strahlungsquelle ausgehende Licht nicht vollständig zum Erfolg führen. .",.."

Wenn das von einer ausgedehnten Strahlungsquelle ausgehende Licht, beispielsweise das Licht des Glühfadens einer Glühlampe, zu einem Strahlungsbündel bestimmter Gestalt und Orientierung ausgerichtet werden soll, so verwendet man hierzu

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im allgemeinen reflektierende und beugende optische Elemente. So ist beispielsweise bei den gebräuchlichen Automobilscheinwerfern .im allgemeinen ein konkaver Parabolspiegel zusammen mit einer an dessen Ausgangsöffnung angeordneten Linsenanordnung' vorgesehen.- Eine Glühlampe ist so nahe v/ie möglich ■ an dem Brennpunkt des konkaven Parabolspiegels angeordnet. Das von dem Spiegel reflektierte Licht wird dann zusammen mit dem nichtreflektierten, unmittelbar von der Glühlampe ausgehenden Licht durch die Beugungslinse geführt. Man erkennt, daß die Lichtstrahlen,"welche schließlich durch die Linsenanordnung fallen, von vielen unterschiedlichen Punkten ausgehen, v/obei eine normale Linse nicht dazu in der Lage ist, alle diese Strahlen in der gewünschten VJeise auszu- ■ richten. Die Linsenanordnung der üblichen Autoscheinwerfer besteht daher aus einer Vielzahl von Linsenteilen, welche jeweils einen verhältnismäßig kleinen Abschnitt der Ausgangsa ρ ortur* des konkaven Parabolspiegels überdecken. Eine solche Konstruktion ermöglich also eine entsprechende Formung und Ausrichtung der einzelnen Linsenteile derart, daß das schließlich von dem Scheinwerfer abgegebene Licht im allgemeinen die gewünschte Richtung aufweist.

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Zwar läßt sich ein einigermaßen brauchbares Strahlenbündel auch mit einem gebräuchlichen Automobilscheinwerfer erzeugen, doch treten viele Schwierigkeiten und Nachteile auf. Beispielsweise werden die Lichtstrahlen, welche auf die Übergangsstelle zwischen benachbarten Linsenabschnitten treffen, nicht richtig ausgerichtet. Diese Lichtstrahlen tragen, wenn' sie ohne Korrektur austreten können, zu einer Blendung bei. Andererseits haben aber diese Lichtstrahlen, wenn sie wieder in die gewünschte Richtung gebracht worden sind, wenn überhaupt, so nur wenig Einfluß auf die Ausleuchtung des gewünschten Feldes. Weiter kann aufgrund der Krümmung der einzelnen Linsenabschnitte ein Teil des auf die Oberfläche treffenden Lichtes in den Parabolspiegel reflektiert werden und nach neuerlicher Reflexion entweder zur Blendung beitragen oder verloren gehen. Aus der Sicht des optischen Konstrukteurs mag es schließlich am stärksten ins Gewicht fallen, daß eine Vielzahl von Linsenabschnitten verwendet werden muß,

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die jeweils ihre eigene Symmetrieachse aufweisen, jedoch so ausgebildet und angeordnet iverden müssen, daß Strahlen ausgerichtet werden, die offenbar von Punkten auf der Symmetrieachse oder im Abstand davon auszugehen scheinen, wobei die optimale Konstruktion.für"jeden einzelnen Linsenteil höchstens ein Kompromiß v/erden kann« Die Optimierung in der bekannten Konstruktion besteht also in einem Ausgleich der Effekte unkorrigierbarer Fehler Aind nicht in einer Erhöhung des Wirkungsgrades oder einer Verbesserung des erzeugten Strahlenbündels. ' - -

Durch die Erfindung soll demgegenüber die Aufgabe gelöst werden, ein Spiegelsystem zur Bildung eines Bündels bestimmter Orientierung einer Wellenstrahlung, welche von einer Strahlungsquelle ausgeht, derart auszubilden, daß eine gute Ausrichtung der Strahlen des Strahlenbündels auch dann möglich ist, wenn eine ausgedehnte Strahlungsquelle mit endlichen Abmessungen zur Verwendung kommt.

Die Erfindung umfaßt auch ein Spiegelsystem, mit welchem die Strahlungsstrahlen wieder ausgerichtet werden können, die von einer nicht iiri Brennpunkt oder auf der Brennkurve eines Elementes des Spiegelsystems gelegenen Strahlungsquelle ausgehen, derart, daß nach der korrigierenden Ausrichtung die Strahlen so verlaufen, als wären sie von einem Punkt nahe dem Brennpunkt oder nahe der Brennkurve mindestens eines Elementes des Systems ausgegangen. Dies bedeutet auch, daß mit einem Spiegelsystem der hier vorgeschlagenen Art Strahlungsstrahlen, welche zunächst in einer nichtmeridionalen Ebene verlaufen, so ausgerichtet werden können, daß sie sich' in ihrem Verlauf einer Meridionalebene des Systems annähern.

Die zuvor angegebene Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mindestens zwei konfokale Rambauske-Spiegel, welche eine gemeinsame Symmetrieachse umschließen und von denen einer eine konkave und der andere eine konvexe Reflexionsfläche besitzt, sowie durch die Anordnung der Strahlungsquelle zwischen den Reflexionsflächen der Rambauske-Spiegeln nahe der

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Symmetrieachse.

Das Licht wird in einem solchen Spiegelsystem mehr als einmal zwischen einem Paar von divergenten Reflexionsflächen reflektiert, so -daß im Ausgangss-trahienbündel schließlich die gewünschte Ausrichtung vorliegt. Die Erzeugenden der Reflexionsflächen der Rambauske-Spiegel sind vorzugsweise Teile ausgewählter, quadratischer Kegelschnittekurven. Bei der mehrmaligen Reflexion der von einer ausgedehnten, zwischen den Reflexionsflächen der Rambauske—Spiegel gelegenen Strahlungsquelle ausgehenden ^strahlen nehmen diese schließlich einen Verlauf in Richtung einer durch die Reflexionsflächen definierten Ausgangsa ρ e'rtur, welcher dem Verlauf von Idealstrahlen angenähert ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Spiegelsystems bilden im übrigen Gegenstand der anliegenden Ansprüche, auf welche zur Vereinfachung und Verkürzung der Beschreibung hiermit ausdrücklich hingewiesen wird. Einige Ausführungsbeispiele werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Spiegelsystems, bei welchem Teile konvokaler Parabeln als Erzeugende der Reflexionsflächen dienen und die von einem Glühfaden ausgehenden Strahlungsstrahlen zu einem Strahlenbündel bestimmter Orientierung gesammelt werden,

Figur IA eine in etwas vergrößertem Maßstab gezeichnete Darstellung eines beliebigen Meridiönalebenenschnittes durch ein Spiegelsystem nach den Figuren 1, 3 oder 4 zur Erläuterung der Ausrichtung von Meridionalstrahlen derart, daß sie sich dem Verlauf von Idealstrahlen annähern,

Figur IB eine in etwas vergrößtertem Maßstab gezeichnete Darstellung, welche den Weg eines beispiels-

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weisen, nicht meridionalen Strahls innerhalb eines Spiegelsystems nach den Figuren 1, 3 und 4 deutlich macht, wobei die Darstellung insbesondere erkennen läßt, wie die Reflexionsebene, in welcher der betreffende, nicht meridionale Strahl verläuft, von Reflexion zu Reflexion ihre Lage allmählich ändert, so daß schließlich die Lage einer Meridionalebene erreicht, wird,'

Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles, teilweise aufgeschnitten, in Verbindung mit einer ringförmigen Strahlungsquelle, etwa einer Leuchtstofflampe,

Figur 3 eine perspektivische Abbildung eines Spiegelsystems, bei welchem bestimmte Teile der konfokalen Parabeln als Erzeugende der Reflexionsflächen .teilsweise tran-slatorisch und teilweise durch Rotation bewegt werden, wodurch das von einer linienförmigen Lichtquelle ausgehende Licht sowohl bezüglich der Meridionalstrahlen als auch bezüglich der nicht meridionalen Strahlen ausgerichtet wird, ■ ■

Figur 3A eine Teilansicht des Spiegelsystems nach Figur 3 zur Darstellung der Lage der linienförmigen Strahlungsquelle zwischen den beiden Reflexionsflächen,

Figur 4 eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Abbildung einer anderen Ausführungsform mit konfokaler. Rambauske-Spiegeln zur Formung von Ausgangsstrahlenbündeln durch Ausrichtung der Strahlen einer ringförmigen Strahlungsquelle,

.Figur 4A einen nieridionalebenen Schnitt durch die Ausführungsform nach Figur 4,

Figur.·4B eine Frontansicht der Ausführungsform nach Figur 4,

Figur 4C einen Meridionalebenenschnitt durch eine ähnliche

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Figur 5

Ausführungsform wie in Figur 4 gezeigt, jedoch mit einer etwas anderen Ausbildung der konfokalen Rambauske*-Spiegel,

eine Darstellung mehrerer Erzeugender, welche aus einer Gruppe konvokaler Hyperbeln ausgewählt sind,

Figur 6 eine perspektivische, teilweise aufgeschnitter,

gezeigte Anordnung konfokaler, hyperboloidisc'nor Rambauske—Spiegel in Verbindung mit divergierend konischen Spiegeln und Ausgangsspiegeln zur Erzeugung eines Strahlenbündels aus dem von einer Glühlampe abgegebenen Licht und

Figur 6A einen Schnitt durch die kon fokalen hyperboloidischen Rambauske—Spiegel in dem System nach Figur 6.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Anzahl zueinander kopfokaler Rambauske-Spiegel 2o, 21 und 22 vorgesehen, die eine Symmetrieachse symmetrisch umgeben, wobei die gemeinsame Br,ennkurve dieser Spiegel, wie dargestellt, ein Kreis ist, der in einer zu der Symmetrieachse senkrechter. Ebene gelegen ist. Wie man genauer aus Figur IA erkennt, ist die Erzeugende für jede Reflexionsfläche der Rambauske-Spiegui ein Teil einer Parabel, welche jeweils in Figur IA die Bezeichnung "Parabel A" bzw. "Parabel B" bzw. "Parabel C" trägt und um die Symmetrieachse, Vielehe parallel zur gemeinsamen Hauptachse der Parabeln verläuft, zur Erzeugung der Reflexionsflächen rotiert. Die Rambauske-Spiegel 2o und 22 sind konvex bzw. konkav. Der Rambauske—Spiegel 21 ist auf beiden Seiten reflekti so daß die konkave Reflexionsfläche der konvexen Reflexionsf 1"'-che des Rambauske-Spiegels 2o und eine konvexe Reflexionsfläche der konkaven Reflexionsfläche des Rambauske-Spiegels 22 gegenüberliegt. Es ergibt/somit, daß die einander gegenüberliegenden Reflexionsflächen von jedem Punkt zwischen den Scheitelpunkten ^va» ^vn» ^vr* ^nacil Figur IA aus gesehen stets divergent sind.

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Eine Lichtquelle 23, beispielsweise ein von einer normalen elektrischen Spannungsquelle ( nicht dargestellt) gespeister Glühfaden ist längs der Symmetrieachse zwischen den kon fokalen Rarnbauske—Spiegeln 2o und 22 angeordnet. Es sei nebenbei darauf hingewiesen, daß gebräuchliche Halterungsmittel dazu dienen können, die konfokalen Rambauske-Spiegel 2o, 21 und 22 sowie auch die Lichtquelle 23 in ihrer gegenseitigen Lage zu halten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Spiegel auf den Oberflächen dazwischenliegender Schichten aus transparentem Werkstoff, beispielsweise aus Glas angeordnet, Es sei jedoch bemerkt, daß die Brechungseigenschaften des transparenten Materials im vorliegenden Falle nicht von Bedeutung sind.

In Figur IA ist gezeigt, daß die Parabeln A, B .und C von einer gemeinsamen Hauptachse ausgehen, weiche mit der X—Achse eines kartesieschen Koordinatensystems zusammenfällt, welches für die Parabeln Gültigkeit hat. Der Einfachheit halber sind nur beispielhafte Strahlen eingezeichnet, welche von punktförmigen Strahlungsquellen S^, und Sp ausgehen. Es versteht sich, daß das von einer Lichtquelle endlicher Abmessungen, beispielsweise von der Lichtquelle 23« nach Figur 1 ausgehende Licht als die Summe der Lichtströme von einer unendlichen Anzahl punktförmiger Strahlungsquellen aufgefaßt werden kann. Die dargestellten beispielhaften Strahlen machen dann die Wirkung der kon fokalen Paraboloidflachen auf den Gang von Meridionalstrahlen deutlich. Die punktförmigen Strahlungsquellen S^ und Sp, welche auf der Hauptachse bzw. nahe.dieser Achse gelegen sind, lassen erkennen, in welcher Weise in einer Meridionalebene verlaufende Strahlen eine Ausrichtung erfahren. Betrachtet man zunächst die beispielhaften, nicht näher bezeichneten"Strahlen, welche von der Strahlungsquelle S^ ausgehen, so erkennt man, daß diese zunächst gegenüber der Hauptachse einen Winkel von etwa 6o° einschließen und dann zwischen den Parabeln A und B hin- und herreflektiert werden, während sie ihren Weg von der Strahlungsquelle S^ zu der nicht näher bezeichneten Ausgangsapertur zwischen den Parabeln nehmen. An jedem Reflexionspunkt gilt, daß der Reflexionswinkel dem Einfallswinkel gleich ist, wobei

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die Winkel gegenüber der Normalen in dem betreffenden Punkt zu messen sind. Nach jeder nachfolgenden Reflexion an der Parabel B ( entsprechend der konkaven Reflexionsfläche) nimmt die Neigung des reflektierten Strahles gegenüber der Hauptachse ab. Mit anderen Worten nähern sich die reflektierten Strahlen gegenüber der Hauptachse dem parallelen Verlauf, wie durch die gleichen kleinen Winkel a und a2 angedeutet ist. Außerdem scheinen die reflektierten Strahlen nach jeder Reflexion rechts von dem Halbparameter ( semilatus rectum) bezüglich der konvexen Reflexionsfläche von Punkten auszugehen, welche auf der Hauptachse von Mal zu Mal näher an dem Brennpunkt f gelegen sind. Dies läßt sich so ausdrücken, daß die reflektierten Strahlen von Reflexion zu Reflexion ihre Richtung so ändern, daß sie sich mehr und mehr der Richtung idealer Strahlen annähern. Die Meridionalebenenebeiration der betrachteten, beispielhaften Strahlen, welche von der punktförmigen Strahlungsquelle S^ ausgehen, ist dann nach der letzten Reflexion, durch die gleichen, kleinen Winkel a und a~ gegeben.

Ausgesuchte, nicht näher bezeichnete Strahlen, welche von der Strahlungsquelle S« ausgehen, werden zwischen den Parabeln B und C hin- und her reflektiert und pflanzen sich längs unterschiedlich gekrümmten Wegen zu der nicht näher bezeichneten Ausgangsapertur zwischen den Parabeln fort. Beispielsweise tritt der nach aufwärts gerichtete, von der Strahlungsquelle Sp ausgehende Strahl, der zunächst mit derselben Richtung wie der nach aufwärts gerichtete Strahl von der Strahlungsquelle S* eingezeichnet ist, schließlich zwischen den Parabeln B und C*mit einem Winkel b gegenüber der Richtung eines Idealstrahles aus. Der zunächst nach abwärts gerichtete, beispielsweise Strahlungsstrahl der Quelle S_? tritt schließlich zwischen den Parabeln B und C mit einem' Winkel b_? gegenüber der Richtung des Idealstrahles aus, wobei dieser Winkel etwas größer als der Winkel b ist.

Es sei bemerkt, daß die von der Strahlungsquelle S^ und die von der Strahlungsquelle S~ ausgehenden Idealstrahlen ( nämlich

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die Strahlen, welche anfänglich auf dem Brennpunkt f hin oder von diesem weggerichtet sind) in unterschiedlicher Weise reflektiert werden. Nachdem nämlich die Idealstrahlen, welche von der Strahlungsquelle. S₁ ausgehen, mit den Normalen zu den Parabeln A und B zusammenfallen, werden die Idealstrahlen der Strahlungsquelle S^ einfach zwischen den Scheiteln V. und V der beiden Parabeln hin- und herreflektiert. Da aber die Idealstrahlen, welche von der Strahlungsquelle S« ausgehen, nicht mit den Normalen der Parabeln B und C zusammenfallen, verlassen diese Strahlen schließlich ohne eine Änderung ihres idealen Zustandes oder Verlaufes die Ausgangsöffnung zwischen den Parabeln B und C.

Vorstehende Überlegungen führen zu dem Ergebnis, daß bei einer ausgedehnten Strahlungsquelle, die auf der gemeinsamen Hauptachse eines Paares konvokaier Parabeln liegt, jeder letztlich reflektierte Meridionalstrahl, der zwischen den Parabeln austritt, theoretisch eine gewisse Aberration aufweist. Bei sonst gleichen Bedingungen, jedoch mit einer Strahlungsquelle, die bestimmten 'Abstand von der gemeinsamen Hauptachse hat, treten zunächst mit Aberration behaftete Meridionalstrahlen mit etwas größerer Aberration aus, als sie aufweisen würden,'wenn sich die Strahlungsquelle auf der Hauptachse befände, doch befinden sich in diesem Falle Idealstrahlen unter den Strahlen des austretenden Strahlenbündels.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei gleicher Länge der konfokalen Parabeln ( wie in der oberen Hälfte von Figur-IA gezeigt) die Richtung der zwischen den Parabeln austretenden Strahlen dav§m abhängig ist, an welcher Reflexionsfläche die letzte Reflexion der Strahlen erfolgte. Das bedeutet, daß sämtliche Strahlen^ welche zuletzt an der konkaven Reflexionsfläche der Parabel B reflektiert worden sind, im wesentlichen parallel zu der Hauptachse verlaufen, während sämtliche Strahlen,(beispielsweise der Strahl d)' die zuletzt an der konvexen Reflexiönsflache der Parabel A reflektiert worden sind, derart divergieren, als gingen sie von einem Punkt nahe dem Brennpunkt f aus.

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Sollen nur Strahlen, die im wesentlichen parallel zu der Hauobachse verlaufen, zwischen den konfokalen Parabeln austreten, -' so verändert man die jeweilige Länge der Parabeln in der in der unteren Hälfte von Figur IA dargestellten Art und Weise. Man erreicht so, daß sämtliche, zwischen den konfokalen Parabeln austretende Strahlen zuletzt an einer konkaven Reflexionsfläche reflektiert werden. Sollen andererseits nur solche Strahlen erhalten werden, die von einem PAjnkt nahe dem Brennpunkt auszugehen scheinen, so ist eine entsprechend entgegengesetzte Längenstaffelung der Parabeln zu wählen. Jedenfalls kann in den Weg des Ausgangsstrahlenbündels eine Brechungslinse gesetzt werden. Da es für das hier angegebene Konstruktionsprinzip nicht wesentlich ist, daß eine Brechungslinse oder dergleichen Anwendung findet, sind diesbezügliche Einzelheiton in der Zeichnung nicht gezeigt.

Ein Blick auf Figur IA läßt erkennen, daß die V/inkelabv/eichung jedes Strahles von der Richtung des Ideal-strahle"s von der Anzahl der Reflexionen abhängig ist, die der betreffende Strahl nach Verlassen des Punktes S₁ bzw. S~ erfahren hat. Plan erkennt ohne weiteres, daß die Anzahl der Reflexionen durch Verlängern der Paraböl, d.h. durch Vergrößern der Abmessung in X-Richtung, oder dadurch vergrößert werden kann, daß der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Reflexionsfläch^n vermindert wird, d.h. durch Verkleinerung des Längenunterschiodes des Halbparameters (.semilatus rectum) aufeinanderfolgender Parabeln. Eine Beschränkung durch Beugung an den austretend--*:·. Strahlenbündel tritt jedoch auf, ii/enn der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Parabeln zu klein gewählt v/ird. Jedenfalls ' läßt sich für jedes Paar konkaver und konvexer, konfokaler paraboloidischer Reflexionsflächen folgendes zeigen:

a) Für jeden austretenden Strahl, der zuletzt von einer konkaven Reflexionsfläche reflektiert v/orden ist,

.gilt

e = i + 2 Cc +C C 1-2 Cc + C C

xl x2 xn vl v2 vn

b) Für jeden austretenden Strahl, der zuletzt von einer konvexen Reflexionsfläche reflektiert worden ist, gilt

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e = (180 - i) + 2[c +C C J -2[c +G .....C J

xl x2 · xn ' vl v2 vn

Hierin bedeuten e die Winkelabweichung des austretenden Strahles von der Richtung eines Idealstrahles, i den zunächst von-dem austretenden Strahl .gegenüber der Hauptachse eingenommenen Winkel, C *i 'C„·····»

C jeweils-den- spitzen Winkel zwischen der Normalen xn

an aufeinanderfolgenden Reflexionspunkten der konvexen Reflexionsfläche und der Hauptachse und schließlich C , C ...... C den spitzen Winkel zwischen der

vl v2 vn

Normalen an aufeinanderfolgenden Reflexionspunkten an der konkaven Reflexiohsflache und der Hauptachse.

Nimmt man den Scheitelpunkt V als Koordinatenursprungspunkt,

> B

so gilt für die Parabeln A und B nach Figur. IA: .

C = tan [2PA (x - (V -V))/ /PA X .BA

-1, : l/₂
C = tan . £2 PB xj /PB

V i

Bevor auf Figur IB im Einzelnen eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß in dieser Zeichnungsfigur zwei konfokale Paraboloidflächen und nicht zwei konfokale Rambauske-Spiegel dargestellt sind. Dieser Unterschied ist jedoch für die anzustellenden Überlegungen unwesentlich, da konfokale Spiegel beider Arten in der Wirkungsweise ähnlich sind, wenn zunächst nichtmeridionale Strahlen auf dem Wege von einer Strahlungsquelle zu dar Ausgangsapertur hin und her reflektiert werden. Aus dieser,; Grunde und weil außerdem konfokale Paraboloide leichter und deutlicher zeichnerisch darstellbar sind, wurden in Figur i" konfokale Paraboloide gezeichnet. Auch ist bezüglich Figur IB zu bemerken, daß die XY-Ebene eine f-ieridionalebene für Strahlen, welche von der dargestellten Strahlungsquelle ausgehen, ist. Alle diese Strahlen werden daher in derselben V/eise reflektiert, wie dies im Zusammenhang mit Figur IA beschrieben wurde.

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■ Anhand von Figur IB sei nun im Einzelnen aufgezeigt, v/ie bei ; dem Spiegelsystem der hier vorgeschlagenen Art sich die Rich- ; tung von zunächst nicht meridional verlaufenden Strahlen der ' Richtung von Meridionalstrahlen annähert. Dies bedeutet, daß eine vielfache Reflexion zwischen einem Paar konfokaler

: Rambauske-Spiegel dazu führt, daß sich die Richtung eines zunächst nicht meridionalen Strahles allmählich ändert und sich asymptotisch der Richtung des meridionalen Strahles nähert. Betrachtet man also beispielsweise einen nicht meridionalen Strahl, _:der von einer Strahlungsquelle S₃ ausgeht (diese Strahlungsquelle ist der Einfachheit halber an einem Punkt der Y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems eingezeichnet), so wird der betreffende Strahlungsstrahl zunächst an einem Punkt P₁ in der XZ-Ebene von dem Rambauske-rSpiegel 20 reflektiert. Die Reflexionsebene wird durch die Normale P₁ N₁ der Ref lexionsf läcfcje im Punkte P₁ und von dem Einfallsstrahl S₃ P₁ definiert. Diese erste Reflexionsebene schneidet-die XY-Ebene längs der Geradön S₃ N₁ und außerdem schneidet sie die Refle— xionsfläche des Rambauske-Spiegels 21 längs einer gekrümmten

..Linie, von welcher ein bestimmter Teil, mit I₁ bezeichnet ist. Ein Punkt auf der ,soeben erwähnten gekrümmten Linie ist der Durchstoßpunkt der verlängerten Normalen P^ N₁ durch den Rambauske-Spiegel 21 und ein weiterer Punkt auf der gekrümmten

Linie ist der Durchstoßpunkt der Geraden S₃ N^ durch den Spiegel 21. Da der von dem Punkt P₁ reflektierte Strahl in der erstgenannten Reflexionsebene verläuft, muß der reflektierte Strahl die gekrümmte Linie I^ schneiden. Die genaue Lage des Schnittpunktes, welcher mit Pp bezeichnet ist., hängt von dem Einfallswinkel X₁ des betreffenden Strahles von der Strahlungsquelle S₃ her gegenüber der Normalen P₁ N₁ ab.·Wie bei jeder normalen Reflexion ist der Reflexionswinkel R₁ gleich dem Einfallswinkel i.. In der ersten Reflexionsebene ist also die Richtung des Strahlungsstrahles von P₁ nach Pp festgelegt. Wird ein solcher Strahl in Richtung auf die XY-Ebene projiziert, so scheint er von dem Punkt SA₁ herzukommen.

Die Normale P^ N₂ im Punkte Pp und der scheinbar von dem Punkt SA_-1 ausgehende Strahl spannen eine zweite Reflexions-

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ebene auf. Diese Ebene verschneidet sich mit der XY-Ebene längs der Geraden SA^ N« und mit dem Rambauske-Spiegel 2o längs einer gekrümmten Linie, von welcher ein Teil, mit Ip bezeichnet ist. Der ..von dem Punkt P- reflektierte Strahl schneidet', nachdem dieser "Strahl auch in der zweiten Reflexionsebene liegt, die Linien I- und ρ Auch scheint der Strahl von; einem Punkt SAp auszugehen, der in der XY-Ebene auf der Linie SA^, Np gelegen ist.

Die Normale in dem Punkt P₃, welche mit P₃ N₃ zu bezeichnen ist, und der von dem Punkt Pp ausgehende Strahl spannen eine dritte Reflexionsebene auf.. Diese verschneidet sich mit der XY-Ebene längs der Linie SAp N- und schneidet sich mit dem Rambaaske—Spiegel 21 längs einer gekrümmten Linie, von der ein Teil mit I₃ gekennzeichnet ist. Der in dem Punkt P₃ reflektierte Strahl scheint'von einem Punkt SA₃ auszugehen, welcher der Schnittpunkt des von dem Punkt P- wegreflektier— ten tend nach rückwärts bis zur XY-Ebene verlängerten Strahles mit der Linie SA- H₃ ist.' Dieser Strahl wiederum und die Mormale P^ N* definieren eine vierte Reflexionsebene, in welcher der von d^m Punkt P, wegreflektierte Strahl verläuft-Man erkerint, daß die Schnittlinien aufeinanderfolgender Reflexionsebenen mit der XY-Ebene näher und näher an die X-Achse heranrücken und.daß aufeinanderfolgende Reflexions— ebenen; mehr und mehr auf'XY-Ebene ausgerichtet sind. Bezüglich der. zuletzt gemachten Beobachtung sei bemerkt, daß nach . Reflexion an dem Punkt P "von Reflexion zu Reflexion die Neigung der Normalen gegenüber der XY-Ebene sinusartig abnimmt» Es ergibt sich somitj daß die Reflexionsebene nach einer Anzahl von Reflexionen'XY-Ebene asymptotisch zustrebt·. Diese Vorgänge kann man sich klarmachen,.indem man sich überlegt _r was geschehen; würde, wenn nach mehreren Reflexionen die Reflexiartsebene so läge, daß der ausgewählte Strahl nach Figur IB (nachfolgend oft auch als beispielhafter Strahl bezeichnet) die XY-Ebene beim Übergang von dem einen Spiegel, zum anderen Spiegel durchdringen konnte. Wenn dejr beispielhafte Strahl, in diesem Falle auf den einen oder anderen Spiegel trifft, -so wird die neue Reflexionsebene durch den bei—

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spielhaften Strahl und eine Normale definiert, welche nun von einem Punkt unterhalb der XY-Ebene zu einem Punkt auf der X—Achse verlauft» Diese Normale unterscheidet sich von den in Figur IB eingezeichneten Normalen, welche für alle Reflexionspunkte von einem Punkt oberhalb der XY-Ebene zu einem Punkt auf der X-Achse verlaufen. Diese unterschiedliche Orientierung der Normalen fuhrt wiederum zu einem eigentümlichen Ergebnis. Die Änderungen ,in der Orientierung zwischen aufeinanderfolgenden resultierenden Reflexionsebenen sind, ob nun der beispielhafte Strahl auf eine konkave oder eine konvexe Reflexionsfläche trifft, sinnmäßig entgegengesetzt zu den in Figur IB gezeigten Verhältnissen. Wenn also der beispielhafte Strahl, welcher die XY-Ebene durchdringt, entweder auf eine konkave oder eine konvexe Reflexionsfläche auftrifft, so wird die Verschneidung der resultierenden Reflexionsebene und der XY-Ebene durch den Punkt, an welchem der beispielhafte Strahl die XY-Ebene durchdringt und den Schnittpunkt der Normalen mit der X-Achse festgelegt. Die X-Koordlnate des letzt genannten Punktes ist großer als die X—Koordinate des zuerst genannten Punktes und der Durchstoßpunkt des beispielhaften Strahles durch die XY-Ebene liegt gegenüber der Strahlungsquelle S^ oder gegenüber den scheinbaren Strahlmingsqiüellen SA- SA₂, SA₃ mit Bezug auf Figur IB auf der gegenüberliegenden Seite. Der Winkel zwischen den Schnittlinien, die zu aufeinanderfolgenden Reflexionsebenen des beispielhaften Strahles gehören, und der X-Achse würde daher entgegengesetzt zu den in Figur IB gezeigten Winkeln abnehmen. Solches ist aber nicht möglich, da dies bedeuten würde, daß die Richtungsänderung des beispielhaften Strahles gegenüber der XY-Ebene sinnmaßlg entgegengesetzt zur Richtung des In Figur IB¹ gezeigten Strahles stattfindet.

Beträchtet »am nun Figur 2, so erkennt man, daß drei Ram— bauske—Spiegel 2oa, 2ta, -22a mit einem gemeinsamen In einer Ebene senkrecht zu einer Symmetrieachse verlaufenden Brennkreis In der Welse gebildet werden können, daß ein Teil der konfokalen PärabeB nach Figur IA (beispielsweise der Teil dieser Paraben oberhalb der eis Symmetrieachse -bezeichneten Linie von Figur 1 usi eine In Figur 2 ebenfalls als SvMtetrle-

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achse bezeichnete Linie als Erzeugende rotiert. Ein im Querschnitt halbkreisförmiger Ringspiegel 27 üblicher Bauart ist in geeigneter Weise an die Rambauske—Spiegel 2oa- und 22a angesetzt, um den Spalt zwischen den Spiegeln zu schließen. Eine ringförmige Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtstofflampe 29 ist nahe der Verbindungsstelle zwischen dem Ringspiegel 27 und den Rambauske-Spiegeln 2oa und 22a gehaltert. Es sei bemerkt, daß die genaue Halterung der Leuchtstofflampe nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist. Weiter ist darauf hinzuweisen, daß weder in Figur 2 noch in den übrigen Zeichnungsfiguren, welche andere Ausführungsbeispiele zeigen, Halteeinrichtungen für die verschiedenen Spiegel und die Lichtquellen sowie Anschlußverbindungen für die Leistungszufuhr

dargestellt sind. Wie am Beispiel gemäß Figur 1 aufgezeigt, sind jedoch entsprechende Konstruktionsteile und Verbindungen in irgendeiner Weise jeweils vorgesehen.

Sämtliche von der Leuchtstofflampe 29 ausgehenden Strahlen treffen entweder auf den Ringspiegel 27 oder auf die Reflektierende Oberfläche eines der Rambauske-Spiegel 2oa, 21a und 22a. Das auf den Ringspiegel 27 treffende Licht wird von diesem Spiegel reflektiert und in bekannter Weise ebenfalls auf die Rambauske-Spiegel 2oa, 21a und 22a hingelenkt. Läßt man die Verluste aufgrund der Reflexionen außer Betracht, so kann man davon ausgehen, daß sämtliches Licht der Leuchtstofflampe 29 zwischen den Reflexionsflächen der Rambauske-Spiegel 2oa, 21a und 22a hin- und herreflektiert wird und schließlich die Ausgangsap erturen zwischen den Spiegeln erreichte

Lichtstrahlen, die zunächst in einer Meridionalebene der Rambauske-Spiegel 2oa, 21a und 22a verlaufen* v/erden in der zuvor im Zusammenhang mit Figur IA beschriebenen Art und Weise'zwischen den Spiegeln hin- und herreflektiert. Nachdem aber die Hauptachse der Erzeugenden der Rambauske-Spiegel 2oa, 21a, 22a in einer zu der Symmetrieachse senkrechten Ebene gelegen ist, ergibt sich folgendes:

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a) Die Meridionalstrahlen des austretenden Strahlenbündels, welche zunächst von einem konkaven Rambauske-Spiegel reflektiert worden sind, liegen in Ebenen, die annähernd parallel zu der soeben erwähnten Orthogonalebene ist und

bj Meridionalstrahlen des austretenden Lichtstrahlenbündels, welche zuletzt an einem konvexen Rambauske-Spiegel reflektiert worden sind, divergieren, derart, daß sie von Punkten nahe dem Brennkreis auszugehen scheinen. Wie zuvor im Zusammenhang mit Figur IA ausgeführt, können die jeweiligen Längen der Rambauske-Spiegel 2oa, 21a und 22a unterschiedlich so gewählt werden, daß die Menge des Lichtes der einen oder der anderen Orientierung der Strahlen im Ausgangsstrahlenbündel justiert werden kann.

Anfänglich nichtmeridionale Strahlen, welche zwischen den Rambauske—Spiegeln 2oa, 21a und 22a hin— und herreflektiert werden, wie in Figur 2 für einen nicht näher bezeichneten, beispielhaften Strahl gezeigt ist, werden dazu veranlaßt, sich in der zuvor im Zusammenhang mitFigur IB erläuterten Weise dem Verlauf von Meridionalstrahlen anzunähern. Das bedeutet, daß nach jeder Reflexion die Reflexionsebene eines anfänglich nichtmeridionalen Strahles sich mehr und mehr einer Meridionalebene annähert. Die Rambauske-Spiegel 2oa, 21a, 22a bewirken also letztlich die Ausrichtung von zunächst nichtmeridionalen Strahlen im wesentlichen inderselben Weise wie meridionale Strahlen, derart, daß schließlich die Richtung aller austretenden strahlen etwa dem Verlauf von idealen Strahlen entspricht.

Anhand der Figuren 3 und 3A kann aufgezeigt werden, daß auch bei Rambauske-Spiegeln mit Brennlinien eine Ausrichtung der Lichtstrahlen in der hier angegebenen Weise erfolgt. Bei den beiden kon fokalen Rambauske-Spiegeln 31 und 33 bilden zwei kon fokale Parabeh, die jeweiligen Erzeugenden der Reflexionsflächen, wobei die Parabeh zur Bildung des oberen und unteren Teils jedes Spiegels translatorisch längs einer Linie bewegt werden und an den Enden zu einer Rotation veran-

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laßt werden, um die Endabschlüsse der dargestellten Rambauske-Spiegeln zu bilden. Eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtstofflampe 35, ist zwischen den Rambauske-Spiegeln und 33 angeordnet und verläuft etwa parallel zu der Brennlinie.

Meridionalebenen, welche durch die Anordnung nach Figur 3 gelegt werden, sind im oberen und unteren Teil zwischen den Linien X und X' parallel zueinander und zu der XZ-Ebene, während die Verhältnisse in den Abschlußteilen den einander gegenüber liegenden Hälften der Anordnung nach Figur i entsprechen. Lichtstrahlen, welche die Endbereiche durchlaufen, werden daher in derselben Weise ausgerichtet wie die Lichtstrahlen in der Anordnung nach Figur 1, was für Meridionalstrahlen und für nichtmeridionale Strahlen gilt. Meridionalstrahlen, die im oberen und unteren Teil der Rambauske-Spiegel 31 und 33 verlaufen, werden ebenso, wie in Figur 1 beschrieben, reflektiert. Die Reflexionsebenen zunächst nichtmeridionaler Strahlen werden auf dem Weg zwischen den Rambauske-Spiegeln 31 und 33 im oberen und unteren Teil dieser Spiegel nach jeder-Reflexion mehr und mehr parallel zur XZ-Ebene, d.h. sie werden immer mehr zu vertikalen Meridionalebenen. Schließlich werden diejenigen nichtmeridionalen Strahlen, welche von den oberen oder unteren Teilen der Rambauske-Spiegel.;31 und 33 zu dem einen oder anderen Endabschnitt laufen, in-derselben Weise ausgerichtet, wie dies für die Strahlen in dem Spiegelsystem nach Figur IB beschrieben wurde.

Aus den Figuren '4, 4A und 4B ist ersichtlich, daß irgendein Paar der in Figur IA gezeigten Parabeli auch dazu verwendet werden kann, als Erzeugende durch Rotation um eine Symmetrieachse, welche keine der Parabel) schneidet, sondern im wesentlichen parallel-zu ihrer gemeinsamen Hauptachse ist., ein Paar von Rambauske-Spiegeln 41 und 43 zu bilden. Diese Spiegel können das Licht einer ringförmigen Lichtquelle, beispielsweise einer Leuchtstoffröhre 45, zu einem Strahlenbündel ausrichten. Sämtliches, von der Leuchtstoffröhre 45 ausgehende Licht v/ird zwischen den Rambauske-Spiegeln 41

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und 43 auf dem. Wege zu der sich zwischen den Spiegeln , ergebenden, nicht näher bezeichneten Ausgangsa ρ ertur hin- und herreflektiert. Das austretende Strahlungsbündel ist dann ähnlich dem Strahlenbündel bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das bedeutet, daß die Richtung sämtlicher Strahlen in dem Strahlenbündel, welches aus der Ausgangsap'ertur der Anordnung nach Figur 4 austritt, der Richtung idealer Strahlen nahekommt.

Man erkennt, daß das von dem Spiegelsystem nach Figur 4 abgegebene Licht ein Paar zueinander koaxialer, hohlzylindrischer Strahlenbündel und ein Paar koaxialer konischer Strahlenbündel bildet, wobei die Strahlen in sämtlichen Strahlenbündeln in ihrer Richtung bis zu einem gewissen Grade von idealen Strahlen abweichen. Um das eine oder andere der zwei erwähnten Strahlenbundelpaare zu beseitigen oder um das Verhältnis der Lichtmengen in dem einen Strahlenbündelpaar gegenüber dem anderen Strahlenbündelpaar einzustellen, wird in der zuvor beschriebenen Weise die Länge eines der Spiegel entsprechend gewählt. Falls erwünscht, können auch Paare von Rambauske-Spiegeln gebildet werden, die keine zusammenfallenden Normalen besitzen, wobei man in derselben V/eise verfährt, v/ie anhand von Figur 1 beschrieben. D.h., die parabolischen Erzeugenden der Reflexionsflächen brauchen nicht auch den Parabelscheitel zu enthalten. Eine entsprechende Abwandlung des in Figur 4A gezeigten Querschnittes der .Rambauske-Spiegal ist in Figur 4C gezeigt. Die parabolischen Erzeugenden 4la, 43a.und 47a, welche einen gemeinsamen Brennpunkt f besitzen und die parabolischen Erzeugenden 41b, 43b-

et

und 47b, welche als gemeinsamen Brennpunkt den Punkt f^ besitzen, rotieren um eine Rotationsachse. Die beiden Brennpunkte f und f. bilden dabei zwei zueinander konzentrische

et O

Brennkreise aus und die reflektierenden Oberflächen der Spiegel begrenzen divergierende, toroidartige Räume. Aus den im Zusammenhang mit Figur 1 angegebenen Gründen treten bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4C keine zusammenfallenden Normalen zwischen den reflektierenden Oberflächen auf, so daß sämtliches Licht, das von einer Lichtquelle,- beispielsweise

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einer Leuchtstoffröhre 45, welche zwischen den Rambauske-Spiegeln 41a, 41b und 43a und 43b angeordnet ist, ausgeht, durch die erwähnten, divergierenden, toroidartigen Räume abgegeben wird»

Nebenbei sei erwähnt, daß die Anzahl der konfokalen Rambauske-Spiegel in sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen verändert werden,kann. Für die Erläuterung des den hier vorgeschlagenen Spiegelsystemen zugrunde liegenden Prinzips sind entsprechend einfache Anordnungen gewählt. Praktisch kann die Zahl der Rambauske-Spiegel beliebig vergrößert werden , wenn man die Beugung an der Ausgangsappertur vernachlässigt, um die Winkelabweichung zwischen einem Ideal-Strahl und dem am stärksten abweichenden, austretenden Strahl weitestmöglich zu begrenzen.

Aus Figur 5 ist zu entnehmen, daß auch Abschnitte konfokaler Hyperbeln als Erzeugende zur Bildung von Rambauske-Spiegeln für die hier vorgeschlagenen Spiegelsysteme verwendet werden können. Beispielsweise sind Abschnitte konfokaler Hyperbeln mit A und B bezeichnet und besitzen jeweils zugehörige, ebenfalls mit A bzw* B bezeichnete Asymptoten. Beispielhafte, nicht näher bezeichnete Strahlen,^¹ welche von einer Strahlungsquelle S ausgehen, werden zwischen den einander gegenüberliegenden, konkaven bzw. konvexen Hyperbeln gemäß Figur 5 hin- und herreflektiert. Um dfeAnzahl der Reflexionen zu erhöhen, sind zwischen den Hyperbelabschnitten A und B weitere Hyperbelabschnitte C, D-, E, F und G vorgesehen. Es ist wieder zu beachten, daß außer wegen der Beugungserscheinungen und wegen des Platzbedarfes keine Notwendigkeit besteht, die Anzahl oder den Abstand zwischen den zusätzlichen Hyperbelabschnitten zu begrenzen. Im vorliegenden Falle scheinen die Strahlen, welche zuletzt an' einer konkaven Hyperboloid-Reflexionsfläche reflektiert worden sind, von einem Punkt nahe dem gemeinsamen Brennpunkt f und nicht von der Strahlungsquelle S auszugehen, während die Strahlen, welche zuletzt an einer konvexen Hyperboloid-Reflexionsfläche reflektiert worden sind, ebenfalls nicht von der Strahlungsquelle

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S, sondern von einem Punkt auszugehen scheinen, der nahe dem anderen Brennpunkt f^ gelegen ist. Jedenfalls erhält man

■ divergierende Strahlenbündel. VJiIl man erreichen, daß die

■ Strahlen im Ausgangsstrahlenbündel von einem Punkt nahe jeweils nur einem der Brennpunkte f und f^ auszugehen scheinen, :so sind die Längen der Hyperboloid-Reflexionsflächen relativ zueinander entsprechend einzustllen.

i Aus den Figuren 6 und 6A ist zu ersehen, daß die hyperboli- ^:sehen Erzeugenden gemäß Figur 5 in bestimmter Weise abgewandelt werden können und zur Bildung von Rambauske-Spiegeln dienen, die mit üblichen, mit ihren Brennbereichen nicht zu-¹sammenfallenden Spiegeln kombiniert werden können. Man erhält ^:durch eine solche kombinierte Anordnung ein leicht divergierendes Strahlenbündel von einer ausgedehnten Strahlungsquelle. So können Abschnitte der Hyperbeln A und B nach Figur um eine Drehachse rotieren, die gegenüber der gemeinsamen Hauptachse geneigt ist, so daß Rambauske-Spiegel 61a und 63a gebildet werden. Eine Lichtquelle, beispielsweise ein Glühfaden, der in Figur 6 mit S bezeichnet ist, befindet sich zwischen den Scheiteln der Rambauske-Spiegel 61a und 63a. Konische Ringspiegel 6laa und 63aa schließen sich an die Enden oder Ränder der Rambauske-Spiegel 61a und 63a an. Zusätzlich sind zwischen den Rambauske-Spiegeln 61a und 63a durch Rotation von kon fokalen Hyperbeln (in Figur 5 nicht gezeigt) um die Drehachse in der aus den Figuren 6 und 6A ersichtlichen V/eise Rambauske-Spiegel 65a, 65b, 65c, 65d und 65e gebildet. Die zv/ischengelagerten Rarnbauske-Spiegel sind auf ihren beiden Flächen reflektierend ausgebildet. An dieEnden oder Ränder der Rambauske-Spiegel 65a bis 65e sind konische Ringspiegel 65aa, 65ba, 65ca, 65da und-65ea angesetzt, welche ebenfalls auf beiden Seiten spiegelnd ausgebildet sind (diese angesetzten konischen Ringspiegel unterscheiden sich von den kon fokalen Rambauske-Spiegeln, welche sich bei Verwendung der Hyperbel-Abschnitte C, D, E, F und G gemäß Figur 5 als Erzeugende ergeben hätten). Wie man genauer aus Figur 6A ersieht, divergieren die konischen Ringspiegel 65aa bis 65ea mit Bezug aufeinander und gegenüber den konischen Ringspiegeln 61aa und 63aa,

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Der Diveijgenzwinkel zwischen jeweils benachbarten Paaren konischer Ringspiegel 61aa,.65aa, 65ba, 65ca, 65da, 65ea, 63aa ist derart, daß bei einer Verlängerung nach rückwärts, wie in Figur ".6A für die konischen Ringspiegel 61aa, 65ba und 63aa gezeigt, -sich die Verlängerungen für sämtliche konischen Ringspiegel auf einem nicht näher bezeichneten Kreis treffen. Dieser Kreis ist konzentrisch zu der Drehachse, liegt in einer zu dieser Drehachse normalen Ebene und besitzt einen Durchmesser entsprechend der Entfernung der Punkte T₀ und T,,. Die letzt genannten Punkte si-nd wiederum durch den Schnittpunkt der Tangenten an die Rambauske-Spiegel 61a, 63a, 65a, 65b, 65c, 65d, 65e in den Übergangspunkten zu den konischen Ringspiegeln definiert*

Das Spiegelsystem nach den Figuren 6A wird, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, durch einen gebräuchlichen Ringspiegel 67 und einen Ausgangsspiegel 69 vervollständigt, v/elche so ausgerichtet und angeordnet sind, daß sie das zwischen den konischen Ringspiegeln 61aa bis.65ea sowie 63aa austretende Licht umlenken können. Die reflektierende Oberfläche des Ringspiegels 67 hat die Form des Kegelmantels eines geraden Kreiskegelstumpf es, und die reflektierende Oberfläche des Ausgangsspiegels 69 wird von dem Mantel eines weiteren geraden Kreiskegels gebildet. Der halbe Spitzenwinkel der beiden soeben erwähnten Kegel läßt sich berechnen, wenn man die Neigung einer Mantellinie des mittleren der konischen Ringspiegel 65aa bis 65ea gegenüber der·Drehachse kennt, also den Neigungswinkel des konischen Ringspiegels 65ca. Nimmt man an, daß der halbe Spitzenwinkel des Ausgangsspiegels 69 im .'vorliegenden Ausführungsbeispiel 45 ' · beträgt, so ist der halbe Spitzenwinkel des Ringspiegels 67 vorliegend 135 abzüglich dem halben Neigungswinkel des konischen Ringspiegels 65 ca.

In dem Teil des in den Figuren 6 und 6A gezeigten Ausführungsbeispiels, welcher durch die konvokalen Rambauske-Spiegel 61a und 63a umgrenzt wird, werden sämtliche, von der Strahlungsquelle S ausgehenden Strahlen mindestens einmal reflektiert.

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ι Ungeachtet der anfänglichen Richtung irgeneines Strahles hat dieser Strahl also nach seiner letzten Reflexion an einem der Rambauske—Spiegel eine solche Richtung, daß sein

j scheinbarer Ausgangspunkt näher an einem der Brennpunkte der hyperbolischen Erzeugenden gelegen ist. Die Größe der

. Verschiebung des scheinbaren ürsprungspunktes ist für jeden Strahl hauptsächlich abhängig von der anfänglichen Richtung, von der Anzahl der Reflexionen beim Durchgang zwischen den Rambauske-Spiegelpaaren und von der Gestalt (konvex oder

, konkav) der Reflexionsfläche, an der der Strahl zuletzt reflektiert worden ist. Die Anzahl der Reflexionen wiederum bestimmt sich durch den gegenseitigen Abstand und die Länge der Rambauske-Spiegel. Jedenfalls erkennt man, daß sämtliche Strahlen unabhängig von ihrer anfänglichen Richtung so reflektiert werden, daß sie durch eine der Ausgangsaperturen austreten, die zwischen den Rambauske-Spiegeln gebildet sind, wobei die Richtung jedes Strahles derart ist, daß der Strahl als Teil eines divergierenden Strahlenbündels angesehen werden kann, das scheinbar seinen Ausgang von einem Punkt nahe einem der Brennbereiche der Rambauske-Spiegel nimmt. V/ährend des Durchgangs der Strahlen zwischen den konischen Ringspiegeln 61aa,.G3aa und 65aa bis 65ea werden die Strahlen, die ihren Ursprungspunkt nahe dem Brennkreis der Rambauske-Spiegel 61a, 63a und 65a bis 65e zu haben scheinen, zwischen je einem Paar der konischen Ringspiegel hin- und herreflektiort. Nach jeder Reflexion nähert sich die Richtung wegen der stetigen Konvergenz der konischen Ringspiegel für jeden Strahl einer Richtung parallel zu den Seilen, welche nicht näher bezeichnet sind und welche an der Ausgangsapertur zwishen je einem Paar der konischen Ringspiegel eingezeichnet sind. Werden diese Pfeile nach rückwärts verlängert, so schneiden sie sich, v/Ie in Figur 6A gezeigt., ebenfalls in den Punkten T_Q und T^. In ähnlicher VJeise werden Strahlen, die von Punkten nahe dem

*gemeinsamen Brennpunkt der Rambauske-Spiegel auszugehen scheinen, zwischen den konischen Ringspiegeln 61aa, 63aa und 65aa bis 65ea hin- und herreflektiert, so daß sie sich der Parallelität mit den jeweils zugehörigen, an den Ausgangsaperturen der Ringspiegel eingezeichneten Pfeilen nähern. Es

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ergibt sich somit, daß die Strahlen, die von den Ausgangsaperturen zwischen den konischen Ringspiegeln austreten, von Punkten nahe dem Kreis T_Q, T^, auszugehen scheinen. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, v/erden die austretenden Strahlen durch den Ringspiegel 67 und den Ausgangsspiegel 69 zu einem konischen Strahlenbündel ausgerichtet, welches einen kleineren pitzen Halbwinkel besitzt.

Man erkennt, daß die afokalen -Spiegel gemäß Figur 6 nicht so wirksam wie Rambauske-Spiegel bezüglich der Ausrichtung der Strahlen der Strahlungsquelle auf die Richtung von Idealstrahlen sind. Das bedeutet, daß die afokalen Spiegel Aberrationen verhältnismäßig schlecht korrigieren können. Eine kurze Überlegung zeigt jedoch, daß dann, wenn Aberrant ionen weiter vermindert werden sollen, die Rambauske-Spiegel 61a, 63a und 65a bis 65e soweit verlängert werden können, daß sie auch den Platz der" konischen Ringspiegel 61aa, 63aa und 65aa bis 65ea einnehmen und daß der Ringspiegel 67 und der Ausgangsspiegel 69 auch durch einen oder mehrere geeignete Rambauske-Spiegelsätze ersetzt werden können. Werden also die Rambauske-Spiegel 61a, 63a und 65a bis 65e so verängert, daß sämtliche Strahlen, die zwischen den Spiegeln austreten, ihren Ursprungspunkt nahe dem Brennkreis gemäß Figur 6A der Erzeugenden zu haben scheinen, so kann der Ringspiegel 67 durch einen konkaven Rambauske-Paraboloid-Spiegel ersetzt werden, dessen Brennkreis mit dem genannten Brennkreis der Erzeugenden zusammenfällt. Der Ausgangsspiegel 69 wäre dann nicht erforderlich, 'da sämtliche Strahlen, die auf den konkaven Rambauske-Paraboloid-Spiegel fallen, im wesentlichen parallel zur Hauptachse des Paraboloid-Spiegels ausgerichtet wurden.

Aus der obigen Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele ergibt sich für den Fachmann, daß Rambauske-Spiegelsätze mit stets divergierenden, einander zugeordneten Reflexionsflächen zur mehrmaligen Reflexion von Licht beim Durchgang durch den Zwischenraum zwischen den Spiegeln auch in vielen anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsformen verwendet

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werden können. Beispielsweise ist es ohne weiteres möglich, Rambauske-Spiegel^ insbesondere solche, die auf ihren beiden Flächen ref lektiersid sein sollen, in der. Weise einfach herzustellen, daß ein metallischer Film auf einen entsprechend geformten, transparenten Basiskörper aufgebracht wird, was in an sich bekannter Weise geschehen kann. Weiter können vielerlei Lichtquellen in Verbindung mit den beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen,eingesetzt werden. Dabei ist es nicht von Bedeutung, daß eine Lichtquelle sich längs der Drehachse oder Rotations-Symmetrieachse erstreckt, wie dies bei den Ausführungsformen nach Figuren 1 und 6 der Fall ist, noch ist es von ausschlag g ebender Wichtigkeit, daß eine einheitliche oder in sich geschlossene Lichtquelle vorgesehen wird wie in anderen Zeichnungsfiguren gezeigt ist. Es kann vielmehr eine Anzahl von einzelnen Lichtquellen in jeder der beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen werden. Außerdem können die hier vorgeschlagenen Spiegelsysteme wegen des anzuwendenden Gesetzes der Reziprozität auch als Richtempfänger für sich wellenartig ausbreitende Energie dehnen. Die Lichtquelle der gezeigten Ausführungsbeispiele kann demgemäß durch geeignete Fühler oder Detektoren ersetzt werden, um das Vorhandensein sich wellenartig ausbreitender Energie festzustellen, die über die Ausgangsapertur der beschriebenen Spiegelsysteme innerhalb eines bestimmten Raumwinkels einfällt. Während schließlich die beschriebenen Ausführungsbeispiele in erster Linie zur Auswertung von Wellenenergie im sichtbaren Teil des Spektrums elektromagnetischer Energie verwendet werden, können die hier vorgeschlagenen Spiegelsysteme auch in Verbindung mit anderen Quellen sich wellenartig ausbreitender Energie eingesetzt werden, etwa zur Handhabung von Hochfrequenzenergie oder Schallenergie.

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Claims

Patentansprüche

Spiegelsystem zur Bildung eines Bündels bestimmter Orientierung einer Wellenstrahlung, welche von einer Strahlungsquelle endlichen Amessungen ausgeht, gekennzeichnet durch mindestens zwei konfokale Rambauske-*Spiegel (2o, 21, 22 bzw. 2oa, 21a, 22a bzw. 31, 33 bzw. 41, 43 bzw. 61a, 63a, 65a bis 65e), welche eine gemeinsame Symmetrieachse umschließen und von denen einer eine konkave und der andere eine konvexe Reflexionsfläche besitzt sowie durch die Anordnung der Strahlungsquelle (23 bzw. 29 bz.w. 35 bzw. 45 bzw. S) zwischen den Reflexionsflachen der Rambauske-Spiegel nahe der Symmetrieachse,

2. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der.Reflexionsflächen der konfokalen Rambauske-Spiegel jeweils Segmente konfokaler Parabeln mit gemeinsamer Hauptachse sind.

■ 3. Spiegelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der konfokalen Parabeln parallel zur Symmetrieachse verläuft.

; 4. Spiegelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Hauptachse der konfokalen Parabeln gegenüber der ! Symmetrieachse geneigt ist.

'5. Spiegelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Scheitelbereich entfernten ·

'< Abschlußränder der konfokalen Rambauske-Spiegel unterschiedliche, axiale. Lage besitzen. ·

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3ο

6. Spiegelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, : daß die Querschnitte der Reflexionsflächen der konfokalen Rambauske-Spiegel jeweils Segmente konfokaler Hyperbeln mit gemeinsamer Hauptachse sind.

j 7. . Spiegelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Hauptachse der konfokalen "Hyperbeln parallel zur ' Symmetrieachse verläuft.

' 8. Spiegelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse der konfokalen Hyperbeln gegenüber der Symmetrieachse geneigt ist.

9. Spiegelsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Scheitelbereich entfernten Abschlußränder der konfokalen Rambauske—Spiegel unterschiedliche axiale Lage besitzen.

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