DE3305979A1

DE3305979A1 - Lichtverdichter

Info

Publication number: DE3305979A1
Application number: DE19833305979
Authority: DE
Inventors: Richard 8901 Neusäß Wallner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-21
Filing date: 1983-02-21
Publication date: 1984-08-23

Description

Anmelder: Herr Richard Wallner

Römerstr. 39, 8902 Neusäß

Vertreter: Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke, Patentanwalt : Schwibbogenplatz 2b, 8900 Augsburg Akte: 77A-6,7 ske/he Datum: 21. Februar 1983

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Lichtverdichter

Die Erfindung betrifft einen Lichtverdichter für die Aufteilung des einfallenden Lichts in mehrere Lichtbündel mit unterschiedlich oder gleichmäßig erhöhter Lichtstärke bzw. Leuchtdichte.

Ein solcher Lichtverdichter ist aus der DE-OS 31 31 960 zur Verwendung in einem photoelektrischen Farbmeßgerät bekannt. Dieser Lichtverdichter besteht aus mehreren lichtdurchlässigen Kegelstümpfen, deren jeweils größere Deckfläche dem einfallenden Licht zugekehrt ist, während der kleineren Deckfläche ein Farbauszugsfilter und eine Photodiode nachgeschaltet ist. Das einfallende Licht tritt an den kleineren Deckflächen als ein Lichtbündel mit erhöhter Leuchtdichte aus, wobei die Erhöhung der Leuchtdichte durch das Größenverhältnis der beiden Deckflächen bestimmt wird.

Der Lichtverdichter aus der DE-OS 31 31 960 besitzt den Nachteil, daß die Kegelstümpfe eine große Bauhöhe bedingen und daß die Leuchtdichte der ausgangsseitigen Lichtbündel nicht beliebig erhöht werden kann. Darüberhinaus hat sich im Betrieb gezeigt, daß beim Austritt der LichtbUndel aus den Kegelstümpfen und beim Durchgang durch die Farbauszugsfilter Streulichtverluste eintreten.

Die Erfindung hat damit zur Aufgabe, einen Lichtverdichter mit geringerem Platzbedarf und verminderten Streulichtverlusten aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches.

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Der erfindungsgemäße Lichtverdichter teilt das einfallende Licht ausgangsseitig in so viele getrennte Lichtbündel auf, wie Einzellinsen oder Linsensysteme auf der Linsenscheibe vorhanden sind. Die Zahl der Linsen bzw. Linsensysteme ist beliebig wählbar.

Der erfindungsgemäße Lichtverdichter beansprucht nur sehr wenig Platz. Seine Bauhöhe bestimmt sich aus der Linsendicke plus der Brennweite. Linsendicke und Brennweite sind frei wählbar und lassen sich an die Platzerfordernisse anpassen. Mittels eines Sammellinsensystems hintereinander angeordneter Einzellinsen lassen sich besonders kurze Brennweiten erzielen.

Sammellinsen bündeln und brechen das einfallende Licht zu ihrer optischen Achse hin. Besonders bei achsparallel einfallenden Lichtstrahlen entstehen ausgangsseitig Lichtbündel, die in Focusnähe einen sehr kleinen Durchmesser mit entsprechend hoher Lichtstärke bzw. Leuchtdichte aufweisen. In Focusnähe werden daher in den meisten Fällen die Instrumente zur Nutzung der Lichtbündel, wie Meßelemente, Ablonkspiegel, Lichtleitfasern, Zerstreuungslinsen oder dgl. installiert sein, über die frei wählbare Brennweite der Linsen bzw. Linsensystetne lassen sich diese Instrumente auf gleiche Höhe bringen oder, falls gewünscht, in der Höhe staffeln.

Durch Vergrößerung der Linsenoberfläche läßt sich die Lichtstärke beliebig erhöhen, ohne daß die Bauhöhe sich ändert. Die hohe Lichtstärke bei kleinem Bündeldurchmesser erlaubt es, sehr kleine, unempfindliche und damit preiswerte Meßelemente, z.B. bei der Farbmessung, zu verwenden. Außerdem entstehen beim erfindungsgemäßen Lichtverdichter keine nennenswerten Streulichtverluste, besonders, wenn die austretenden Lichtbündel im oder nahe beim Focus, wo sie bei kleinstem Durchmesser am schärfsten begrenzt sind, angemessen, abgelenkt oder

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weitergeleitet werden. In Focusnähe sind die einzelnen Lichtbündel durch Dunkelzonen eindeutig voneinander getrennt.

Die einzelnen Linsen bzw. Linsensysteme können zusammen eine körperliehe Einhej-t bilden, indem die Linsenscheibe z.B. als kostengünstiges und leicht herstellbares Spritzgußteil aus Plexiglas ausgeführt ist. Die Linsen bzw. Linsensysteme können aber auch als Einzelteile, z.B. Glaslinsen, mittels einer speziellen Fassung miteinander verbunden worden.

Die Linsenscheibe kann aus üblicherweise kreisrunden Sammellinsen bzw. Sammellinsensystemen bestehen, die einander berührend nebeneinander angeordnet sind. Dabei entstehen allerdings zwischen ihren Berührungspunkten Freiflächen ohne Linsenwölbung, an denen das Licht ungebrochen durchgeht. Zur Vermeidung von Streulicht können die Freiflächen lichtundurchlässig gemacht werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Linsen bzw. Linsensysteme auf der Linsenscheibe miteinander zu verschneiden. Dadurch verschwinden die Freiflächen, die für den Lichtverdichter Verlustflächen darstellen. Die durch die Verschneidung entstehenden Linsenfragmente haben die gleiche Wirkung wie die unverschnittenen Linsen, da es für die Linsenfunktion nur auf die Linsenwölbung, aber nicht auf die Form der Linsenoberfläche ankommt. Die Linsenfragmente können somit eine beliebige Form aufweisen. Durch Veränderung der Linsenfragmentgröße können auch Lichtbündel unterschiedlicher Leuchtdichte bzw. Lichtstärke erzeugt werden.

Zur optimalen Flächenausnutzung der Linsenscheibe sind die Linsenfragmente auch an ihren freien Rändern, die gleichzeitig die Randbereiche der Linsenscheibe darstellen, beschnitten.

Eine kreisrunde Linsenscheibe bietet hinsichtlich der Vermeidung von Verlustflächen die optimale Form.

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Durch die Beschneidung einer Linse wird die Lage ihrer optischen Achse, die von der Linsenwölbung abhängt, nicht verändert. Die Verschneidungen können so gelegt werden, daß die Linsenfragmente die optische Achse beinhalten oder nicht. Damit können die optischen Achsen auch innerhalb oder außerhalb der Linsenscheibe liegen. Durch diese Maßnahme können je nach Verwendungszweck des Lichtverdichters die Brennpunkte der Linsenfragmente auseinandergerückt oder näher zusammengebracht werden.
Desgleichen können die optischen Achsen parallel oder schief zueinander verlaufen. Die Linsenfragmente brauchen dafür nur zueinander gekippt werden.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dar Lichtverdichter in den Meßkopf eines photoelektrischen Farbmeßgerätes eingebaut.

Die Linsenscheibe umfaßt dabei vier bikonvexe Linsenfragmente gleicher Brennweite aber unterschiedlicher Größe. In den Brennpunkten der vier Linsenfragmente ist je eine Photodiode angeordnet, deren Empfindlichkeit und Flächengröße wegen dem geringsn Durchmesser und der hohen Lichtstärke der Lichtbündel sehr viel kleiner als nach der DE-OS 31 31 sein kann. Zwischen drei der Photodioden und ihren zugshörigen Linsenfragmentenist je ein Farbauszugsfilter geschaltet. Das größte Linsenfragment ist dabei für die Messung des Blaulichtanteils vorgesehen. Über das vierte Linsenfragment wird die Belichtung gemessen.

Der mit dem erfindungsgemäßen Lichtverdichter ausgerüstete Farbmeßkopf ist gegenüber dem Stand der Technik sehr viel kleiner und handlicher und außerdem unempfindlich gegen Dunkelkammerlicht.

Durch die praktisch verlustfreie Erzeugung von Lichtbündeln kleinen Durclunessers und hoher Leuchtdichte bzw. Lichtstärke eignet sich der

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erfindungsgemäße Lichtverdichter auch zur Versorgung von Lichtleitfasern. Damit können mehrere Lichtleitfasern parallel an eine einzige Lichtquelle angeschlossen werden.

Es ist auch denkbar, den Lichtverdichter in Verbindung mit lichtempfindlichen Schaltelementen zu verwenden.

Desgleichen ist es auch möglich, die Lichtbündel mittels in Focusnähe installierten Spiegeln abzulenken und nach verschiedenen Richtungen zu verteilen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch und beispielsweise dargestellt.
Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Lichtverdichter mit unbeschnittenen Linsen

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Lichtverdichter mit Linsenfragmenten

Fig. 3 ■ einen Querschnitt durch einen Lichtverdichter gemäß Schnittlinie A-A aus Fig. 2

Fig. 4 eine geschnittene Seitenansicht eines Farbmeßkopfes mit Lichtverdichter

Fig. 5 einen Schemaplan für einen Lichtverdichter in Verbindung mit Lichtleitfasern.

Fig. 1 zeigt einen Lichtverdichter 1, der aus einer Linsenscheibe 4 besteht. Die Linsenscheibe 4 wird von fünf unterschiedlich großen Sammellinsen 2 gebildet, die nebeneinander angeordnet sind. Die Zahl der zu einer Linsenscheibe 4 vereinigten Sammellinsen 2 kann jedoch beliebig hoch sein. Als Sammellinsen 2 kommen bikonvexe, plankonvexe und

konkav-konvexe Linsen in Frage. Desgleichen können auch mehrere Linsen hintereinander angeordnet und beispielsweise miteinander verklebt sein, um so ein Linsensystem mit der Wirkung einer einzelnen Sammellinse zu bilden. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 1 bilden die zur Linsen scheibe 4 zusammengefaßten Sammellinsen 2 eine körperliche Einheit in Form eines Plexiglas-Spritzgußteiles. Die Linsenscheibe 4 weist eine rechteckige Form auf und ist am Rand mit einem Flansch 7 versehen, über den sie in einem Gehäuse gelagert werden kann. Auf der Linsenscheibe 4 von Fig. 1 haben die Sammellinsen 2 eine kreis runde Form, wodurch zwischen ihnen und am Rand der Linsenscheibe 4 Freiflächen 3 mit planer Oberfläche entstehen.

In Fig. 2 ist eine kreisrunde Linsenscheibe 4 mit Flansch 7 dargestellt. Die Linsenscheibe 4 wird in Fig. 2 von vier Sammellinsen- fragmenten 5 mit gleicher Linsenkrümmung, aber unterschiedlich großer Oberfläche gebildet. Die Linsenfragmente 5 sind durch Verschneidung von vier, gestrichelt dargestellten, kreisrunden Einzellinsen 10 entstanden. Die Linsenfragmente 5 werden von den VerschneLdungslinien und vom Rand 9 der Linsenscheibe 4 begrenzt. Auf der Linsenscheibe sind durch die Verschneidung nur noch zwei Freiflächen 3 mit geringer Flächengröße vorhanden.

Die Linsenfragmente 5 besitzen die gleichen optischen Achsen 6 wie die ursprunglichen Einzellinsen 10, aus denen sie durch Verschneidung entstanden sind. Die optischen Achsen 6 der Linsenfragmente 5 liegen im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 innerhalb der Linsenscheibe 4 und verlaufen parallel zueinander*

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Linsenscheibe 4 gemäß der Schnittlinie A-A aus Fig. 2.

Die Linsenfragmente 5 sind als bikonvexe, dickere Linsen mit gleicher Brennweite, aber unterschiedlicher Dicke ausgebildet. Die Linsenfrag-

ΊΟ

ment© 5 3xnd so nebeneinander angeordnet, daß ihr© Linsenhauptebenen und damit auch ihr© Brennpunkte 11 auf gleicher Höhe liegen. Die Linsenfragmente 5 besitzen eine sphärische Linsenwölbung, die im Fall von großflächigen Linsen 2 (Fig. 1) oder Linsenfragmenten 5 auch asphärische, Randbereiche haben kann.

Einfallendes Licht wird von den Sammellinsenfragmenten 5 beim Durchgang zu ihrer jeweiligen optischen Achse hin gebrochen, wobei konvergente LichtbUndel 13 entstehen. Fig. 3 zeigt den speziellen Fall, wo von einer nicht dargestellten Lichtquelle, z.B. der Lampe eines Photo-Vergrößerungsgerätes, gerichtetes Licht mit im wesentlichen achsparallelen Lichtstrahlen 12 auf die Linsenscheibe 4 trifft. Diese Lichtstrahlen 12 schneiden nach der Brechung die optische Achse 6 im oder in der Nähe des Brennpunktes 11, wodurch die Lichtbündel 13 in Focusnähe einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen. Die Lichtstärke bzw. Leuchtdichte der Lichtbündel 13 ist umso höher, je größer die Linsenoberfläche und je kleiner der Durchmesser der LichtbUndel 13, d.h. je gerichteter das einfallende Licht ist. Die Summe der Lichtstärken d»r einzelnen Lichtbündel 13 entspricht der Lichtstärke des einfallenden Lichts.

Im AusfUhrungsbei3piel der Fig. 3 entstehen vier getrennte LichtbUndel 13, die in Focusnähe eng begrenzt and und zwischen denen Dunkelheit herrscht.

Fig. 4 zeigt den Lichtverdichter 1 in Form der Linsenscheibe 4

(aus Fig. 2 und 3) eingebaut in den Farbmeßkopf 14 eines photoelektrischen Farbmeßgerätes, wie er zur Filterbestimmung bei der Anfertigung von Farbphoto-Vergrößerungen eingesetzt wird. Die nur schematisch angedeutete Linsenscheibe 4 ist über ihren Flansch 7 im Farbmeßkopf gelagert. Die Linsenscheibe 4 kann in anderer Ausführungsform auch

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aus vier einzelnen Sammellinsen (analog Fig. 1) oder Sammellinsensystemen bzw. Fragmenten davon bestehen. In den Brennpunkten der vier Linsenfragmente ist je eine Photodiode 15 oder ein anderes photoelektrisches Meßelement installiert. Drei dieser gleichen Photodioden 15 ist je ein Farbauszugsfilter 16 zur Messung der Blau-, Rot- und Grünlichtanteile im vom Vergrößerer einfallenden Licht 12 vorgeschaltet. Der Vergrößerer mit Halogenlampe, Korrekturfiltern, Negativ usw. ist nicht dargestellt. '
Im Licht, das von der Halogenlampe des Vergrößerers ausgestrahlt wird, sind die Grundfarben Blau, Grün und Rot nicht in gleichen Anteilen vorhanden. Zudem besitzt eine Photodiode für die drei Grundfarben unterschiedliche Spektralempfindlichkeiten. IAn diese Unterschiede auszugleichen sind die Oberflächengrößen der Linsenfragmente im Verhältnis 4:2:1:1 gestaffelt, wobei das größte Linsenfrag-

2 '
ment mit einer Fläche von ca. 50 mm zur Messung des Blaulichtanteils dient. Das nächstkleinere Linsenfragment wird zur Messung des Grünanteils, und die beiden kleinsten Linsenfragmente werden zur Messung des Rotanteils und zur Belichtungsmessung herangezogen. Die vier gleichen Photodioden 15 sind an vier gleiche Verstärker (nicht dargestellt) angeschlossen.

Fig. 5 zeigt eine andere Anwendungsmöglichkeit für einen Lichtverdichter 1. Das von einer starken Lichtquelle ankommende Licht 12 wird von der Linsenscheibe 4 beispielsweise in fünf Lichtbündel 13 aufgetrennt. In den fünf Brennpunkten endet je eine Lichtleitfaser 17, in die die gebündelten Lichtstrahlen einfallen und beispielsweise zu einem Photoobjekt geleitet werden. Um die konvergenten-Lichtstrahlen der Bündel 13 parallel zu richten, kann vor die Lichtleitfasern 17 noch eine geeignete Zerstreuungslinse geschaltet werden.

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	1	-K:-- \ -	Lichtverdichter	3305979
•	i	Stückliste	Sammellinse
3	Freifläche
4	Linsenscheibe
5	Linsenfragment
6	optische Achse
7	Flansch
8	Verschneidungslinie
9	Rand(-bereich)
10	Einzellinse
11	Brennpunkt, Focus
12	•infallende Lichtstrahlen
13	Lichtbündel
14	Farbmeßkopf
15	Photodiode
16	Farbauszugs filter
17	Lichtleitfaser

- Leerseite -

Claims

P gtentqnsprPche

!.,Lichtverdichter für die Aufteilung von einfallendem Licht in mehrere Lichtbündel mit unterschiedlich oder gleichmäßig erhöhter Lichtstärke bzw. Leuchtdichte, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei einzelne Sammellinsen (2) oder Satnmel- · linsensysteme mit frei wählbarer Linsengröße und Brennweite nebeneinander unter Bildung einer Li'nsenscheibe (4) angeordnet sind.
2. Lichtverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Sammellinsen (2) oder Sammellinsen- systeme unter Bildung beliebig großer Linsenfragmente (5) miteinander verschnitten sind. .T /; . .-;l
3. Lichtverdichter nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e η η -zeichnet, daß die Linsenfragmente (5) auch im Randbereich

(9) der Linsenscheibe (4) beschnitten sind.
4. Lichtverdichter nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Achsen (6) der Linsenfragmente (5) innerhalb' der Linsenscheibe (4) angeordnet sind.
5. Lichtverdichter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 zur Verwendung in einem photoelektrischen Farbmeßgerät, dadurch gekennzeichnet daß die Linsenscheibe (4) von vier unterschiedlich großen Linsenfragmenten (5) mit gleicher Brennweite gebildet wird.

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" ² ~ _ _ - ':. 3305379
6. Lichtverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenfragmente (5) eine bikonvexe Linsenwölbung aufweison.
7. Lichtverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Linsenscheibe (4) eine kreisrunde Form mit einem Ringflansch (7) aufweist.
8. Lichtverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß jedem Linsenfragment (5) eine Photodiode (15) oder dgl. zugeordnet ist und daß zwischen drei Linsenfragmente (5) und deren Photodiode (15) je ein Farbauszugsfilter (16) geschaltet ist.
9. Lichtverdichter nach Anspruch 5 und 8, dadurch gekennzeich net, daß die Oberflächengrößen der vier Linsenfragsnente (5) im Verhältnis 4:2:1:1 gestaffelt sind und das größte Linsenfragment für die Messung des Blaulichtanteils vorgesehen ist.
10. Lichtverdichter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (15) jeweils im Brennpunkt (11) des zugeordneten Linsenfragmentes (5) angeordnet sind.
11. Lichtverdichter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenscheibe (4) zwischen einer Licht- quelle und mehreren Lichtleitfasern (17) angeordnet ist.

Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke
Patentanwalt

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