DE387657C - Spiegelgehaeuse - Google Patents

Description

Wenn man das von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehende Licht auf ein Sammellinsensystem fallen läßt, ζ. B. auf den Kondensor eines Bildwerfers oder auf ein 5, Linsensystem, dessen Brennpunkt mit der Lichtquelle zusammenfällt, so daß ein Scheinwerfer entsteht, so wird nur ein verhältnismäßig kleiner Teil des von der Lichtquelle ausstrahlenden Lichtes ausgenutzt, nämlich der Teil, welcher innerhalb eines Raumwinkels ausstrahlt, welcher die Öffnung des Sammellinsensystems umfaßt.

, Man hat allerdings auch bereits Einrichtungen getroffen, die nach anderen Richtungen von der Lichtquelle ausgehende Strahlen durch Anordnung elliptischer und parabolischer Spiegel dem Zweck der Beleuchtung dienstbar zu mächen. In besonders vollkommener Weise soll dieser Zweck von einem den Erfindungsgegenstand bildenden Spiegel- ao gehäuse erreicht werden. Hier werden die nicht unmittelbar aus dem Gehäuse austretenden Strahlen an den inneren Spiegelwandungen so reflektiert, daß sie ebenfalls sämtlich durch die Gehäuseöffnung austreten. Auch können die Strahlen so geleitet werden, daß sie nach . einer oder mehreren Reflexionen wieder durch die punktförmige Lichtquelle gehen und sich zu den unmittelbar austretenden Strahlen addieren, hierbei wird vorausgesetzt, daß die punktförmige Lichtquelle selbst für Lichtstrahlen durchdringbar ist, was beim elektrischen Bogenlicht tatsächlich zutrifft. Erfindungsgemäß wird dies durch folgende Einrichtung der Spiegelgehäuse erreicht:

Bei dem im Innern spiegelnden Gehäuse bestehen die Seitenwandungen aus der Zone eines Rotationsellipsoids und die Hinterwa'ul aus einem kreisförmigen zur Rotationsachse des Ellipsoids in dessen Mittelpunkt senkrecht stehendem Planspiegel, demgegenüber die kreisförmige, zum Planspiegel parallele Gehäuseöffnung liegt. In den Abb. ι und 2 ist die Erfindung näher erläutert.

Die Abb. 1 stellt einen elliptischen Achsialschnitt durch ein Rotationsellipsoid vor. Der Mittelpunkt sei M, die große Achse AB ist die Rotationsachse, die kleine Achse CD. Die beiden Brennpunkte sind F und F¹. Im Punkt F befindet sich die Lichtquelle. Durch M sei eine zur großen Achse senkrechte Ebene gelegt, welche das Ellipsoid in einem Kreis mit dem Durchmesser CMD schneidet, und ebenso durch einen Punkt / auf der großen Achse in der Nähe des Punktes A. Durch die letztere Ebene wird eine Ellipsenkappe GAH abgetrennt, die wir uns entfernt denken, so daß also eine kreisförmige Öffnung mit dem Durchmesser GJ H entsteht, die wir in folgendem kurz die »öffnung« nennen. Wir stellen uns jetzt einen Körper vor, der durch Rotation des Ellipsenbogens GC und der Geraden CM um die große Achse entsteht, dessen Schnitt in der Papierebene also durch GCMDH gegeben ist, und der im Innern als Spiegel ausgebildet ist. Dieser Körper hat also vorn die Kreisöffnung GH und ist im übrigen allseitig geschlossen, nämlich einerseits durch die elliptische spiegelnde Zone GCDH und anderseits durch den kreisförmigen Planspiegel mit dem Durchmesser DMC. Dieser »Spiegelkasten« hat nun die Eigenschaft, alle von einer punktförmigen, in F befindlichen Lichtquelle ausgehenden Strahlen so zu reflektieren, daß sie vom Punkte F aus divergierend austreten, wobei, wie oben erwähnt, die punktförmige Lichtquelle in F als für die Strahlen durchlässig angenommen wird. Hiervon ausgenommen ist nur ein kleines Gebiet der reflektierten Strahlen, auf das noch näher eingegangen wird.

Zunächst verlassen die von F ausgehenden I Strahlen innerhalb des Winkelraumes FGH \ unmittelbar den Spiegelkasten. Betrachten wir den Grenzstrahl FG näher, so können wir ihn auch an der elliptischen Zone reflek- j tiert denken. Hierbei gilt bekanntlich das Gesetz, daß ein von einem Ellipsoidbrennpunkt ausgehender Strahl von dem Ellipsoid so reflektiert wird, daß er den anderen Brennpunkt trifft. Der bei G reflektierte Strahl ist also nach F¹ hin gerichtet und trifft die j spiegelnde Hinterwand in einem Punkt 1. j

Wie leicht ersichtlich, wird er dort so zurück- j geworfen, daß er durch F gehend den Spiegel- | kasten in Richtung F, 2 verläßt. Betrachten wir nun weiter von F ausgehende Strahlen, indem wir uns gewissermaßen den Radiusvektor F G nach rechts gedreht denken, so es nimmt der Strahl F, 3 den Weg F, 3,4, F 5, wobei wieder der Teilstrahl 3, 4 auf F¹ hin gerichtet ist. Wir wählen ferner einen Strahl F, 6 aus, der den Verlauf F 6, 7 F 8 hat und, wie man sieht, durch den Rand der Öffnung geht, also wieder ein Grenzstrahl ist. Ein weiterer Strahl Fg verläuft in Richtung F 9, 10, F 11, 12 F 13. Er macht also vor seinem Austritt aus der Öffnung vier Reflexionen durch, nämlich bei 9, 10, 11 und 12. Der austretende Strahl ist jetzt auf die andere (obere) Seite der Öffnung gesprungen. Ein Strahl F, 7 ferner geht durch die Punkte F, 7, 6, 14, 15 und tritt bei 16 nach vier Reflexionen aus. Ferner, indem wir gewissermaßen mit der Drehung des Radiusvektors fortfahren, betrachten wir den Strahl F, 4, dessen Verlauf durch F, 4, 3, F₁ 16, 17, 18, 19, 20, also durch sechs Reflexionen gekennzeichnet ist. Schließlich gelangen wir zu dem Grenzstrahl F, 1, der nach einer Reflexion bei ι durch den Rand G der öffnung geht. Dieser Strahl sowie alle anderen, welche von F aus auf den Planspiegel zwischen ι und M treffen, divergieren jedoch vom Punkt F¹ aus, wenn sie die öffnung passieren.

Wir haben bisher nur die im oberen Quadranten der Abbildung verlaufenden Strahlen betrachtet. Natürlich verlaufen die von F aus nach unten gehenden Strahlen ganz entsprechend. Der geschilderte Strahlengang findet natürlich in allen durch die Rotationsachse A B gehenden Ebenen in derselben Weise statt. Der oben erwähnte Strahlenanteil, dessen Strahlen nicht von F, sondern von F¹ aus divergierend die öffnung verlassen, beschränkt sich auf einen Kegel mit der Spitze F und der kreisförmigen Grundfläche mit dem Radius M, 1 = M, i¹.

Will man diese Strahlen so austreten lassen, daß sie von F aus divergieren, so hat man bei M einen Hohlspiegel anzubringen mit der öffnung 1, 1 ¹ und dem Radius F, i=F, i¹. Die von F aus auf diesen Hohlspiegel fallenden Strahlen werden in sich selbst zurückgeworfen und verlassen also ebenfalls, von F aus divergierend, das Spiegelgehäuse.

Wir betrachten noch einen durch Abb. 2 dargestellten besonderen Fall, bei dem sechsfache Reflexionen vermieden sind. In Abb. 2 sei wieder der Spiegelkörper in dem Schnitt HGCD mit der öffnung GH gezeichnet. Die öffnung GH ist jetzt so gelegt, daß die Verbindungsgeraden GD und HC durch F gehen. In diesem Fall ist der Strahlengang

besonders einfach. Die von F innerhalb des Winkelraumes GFH ausgehenden Strahlen treten wie früher unmittelbar durch die Öffnung. Der Grenzstrahl FG verläuft in Richtung F₁ G₁ 1,2. Bewegt sich nun der Strahlenvektor von F G nach F C₁ so bewegen sich "die zugehörigen austretenden Strahlen nach zwei Reflexionen von F₁ 2 bis F H. Die Bewegung findet also in Richtung der einfachen Pfeile statt. Bewegt sich der Strahlenvektor von FC bis F₁ 1, so bewegen sich die zugehörigen austretenden Strahlen F₁ 3 bis F G₁ und zwar nach vier Reflexionen in Richtung der doppelt gefiederten Pfeile.

Hierbei bildet der Strahl F₁ 3 mit der Achse A B denselben Winkel wie der Strahl F, 2. Ein Hohlspiegel 1, i¹ mit dem Mittelpunkt F und dem Radius F₁ 1 bzw. F₁ 1¹, der bei M aufgestellt ist, sorgt dafür, daß die innerhalb des Winkelraumes F₁ 1, i¹ von F ausgehenden Strahlen nach einer Reflexion durch F gehend die Öffnung verlassen.

Für den soeben dargestellten Fall läßt sich die Gestalt des Ellipsoids leicht berechnen, wenn der Öffnungsdurchmesser

GH=GJ+ HJ= 2 y₀
und die Brennpunktentfernung

JF = WZ-gegeben sind. Setzt man in üblicher Weise

MA = MB MC = MD : MF = MF¹

a b c

und außerdem

JM = X₀,

so sind X₀ und y₀ Koordinaten der in Abb. 2 gezeichneten Ellipse.

Aus bekannten Eigenschaften der Ellipse ergeben sich sofort folgende Gleichungen:

«² = δ² + c²

ι.
2.
3·

c= m

Als gegebene Größen betrachten wir die Strecken ^₀ und m; dann folgt aus den obigen Gleichungen:

5·

Aus Gleichung 2 folgt dann C=^x₀ — m, und aus den übrigen Gleichungen lassen sich dann auch h und α leicht berechnen.

Setzen wir die öffnung des Kugelspiegels 1, i¹ = 2 h, so ist

h=

m + 2 c

Den Radius F₁ 1 des Kugelspiegels findet man dann leicht aus dem rechtwinkligen Dreieck F₁M₁ 1 nach dem Lehrsatz des Pythagoras.

Der Zweck des Spiegelgehäuses ist der, möglichst alle von einer punktförmigen Lichtquelle ausgehenden Strahlen so austreten zu lassen, als kämen sie von der Lichtquelle F. Ist nun vor der öffnung ein Kondensor angeordnet, wie man ihn für Dildwurf benutzt, so fallen auf diesen nicht nur die unmittelbar von vorn austretenden, sondern auch nach entsprechenden Reflexionen alle anderen Strahlen, wobei, wie oben bemerkt, die Lichtquelle selbst als lichtdurchlässig angenommen wird, was bei einer Bogenlichtlampe zutrifft. Natürlich wird das Gehäuse in der Regel an einigen Stellen durchbrochen sein zur Einführung der Kohlenstifte, zu Lüftungszwecken usw., wodurch einige Stellen der Gehäusewandung dem Zweck der Lichtreflexion entzogen werden.

Claims (3)

Patent- Ansprüche:

1. Spiegelgehäuse mit im Innern spiegelnden Wänden, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandung (G₁ C₁ H, D) aus der Zone eines Rotationsellipsoids und die Hinterwand (CMD) aus einem kreisförmigen, zur Rotationsachse des Ellipsoids in dessen Mittelpunkt senkrecht stehendem Planspiegel besteht, demgegenüber die kreisförmige, zum Planspiegel parallele Gehäuseöffnung (GIH) liegt.

2. Spiegelgehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Mitte des Gehäuses diametral gegenüberliegende Teil der Hinterwand durch einen Kugelspiegel (1M1¹) gebildet wird, dessen Mittelpunkt im Brennpunkt (F) des Rotationsellipsoids liegt.

3. Spiegelgehäuse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß gerade Linien, die vom Rande der Gehäuseöffnung durch den Brennpunkt (F) des no Ellipsoids gezogen sind, durch den Rand der Spiegelhinterwand gehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.