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Vorrichtung -zur angenähert gleichmäßigen Beleuchtung eines spaltförmigen
Feldes Die bei physikalischen Versuchen häufig vorkommende- Aufgabe, .ein langes
-und schmales Feld möglichst hell und gleichmäßig zu beleuchten, hat man dadurch
zu lösen versucht, daß man eine erleuchtete spaltförmige Blende von entsprechenden
Abmessungen oder eine fadenförmige Lichtquelle mittels eines optischen Systems auf
der Ebene - des Feldes abbildete, wobei die Längsausdehnung der Lichtquelle ungefähr
senkrecht zum Beieuchtungsstrahlengange angeordnet war. - Man benutzte .dabei beispielsweise
ein aus einer sphärischen und einer zylindrischen Sammellinse bestehendes System,
wobei die Zylinderachse die Längsrichtung der Lichtquelle senkrecht kreuzte und
das sphärische System zwischen der Lichtquelle und dem zylindrischen System lag.
Bei dieser Art der Beleuchtung hängt die Gleichmäßigkeit der Flächenhelle. des Feldes
in starkem Maße. von der Tiefenausdehnung . der Lichtquelle ab, und es sind Lichtquellen
mit verhältnismäßig großer. Tiefenausdehnung von vornherein ungeeignet. Neuerdings
stehen jedoch vielfach . nur Glühlampen mit schraubenförmig gewundenem Glühdraht,
sogenannte Wendeldrahtlampen,-als Lichtquellen zur Verfügung, bei deren Benutzung
man zum Nachteile der Helligkeit der Feldbeleuchtung auf scharfe Abbildung der Lichtquelle
und scharfe Begrenzung des Feldes verzichten müßte.
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Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung, die gestattet, auch mit
einer im genannten Sinne räumlichen Lichtquelle ein ausreichend gleichmäßig helles
und an den langen Seiten scharf begrenztes, beleuchtetes Feld zu erzielen. Man kann
dieses Ziel erreichen, indem man die mit ihrer Längsachse ungefähr senkrecht zum
Beleuchtungsstrahlengange gewählte Lichtquelle unter Benutzung eines zylindrischen
Sammelsystems mit die Längsrichtung der Lichtquelle senkrecht, kreuzender Zylinderachse
und eines sphärischen Systems mit sammelnder Wirkung nach der Erfindung gegenüber
den Systemen so anordnet, daß das zylindrische System zwischen der Lichtquelle und
dem sphärischen System liegt und im senkrecht zur Zylinderachse geführten Hauptschnitte
die Lichtquelle ungefähr in der Eintrittspupille des sphärischen Systems abbildet,
während das sphärische System, für sich allein genommen, die Lichtquelle ungefähr
in der Ebene des Feldes abbildet. Durch die Einschaltung des zylindrischen Systems
wird die durch das sphärische System allein erzeugte Abbildung der Lichtquelle in
der Ebene des parallel zur Zylinderachse geführten Hauptschnittes nur unwesentlich
verschöben, während in der dazu senkrechten Hauptschnittebene jeder Punkt der Lichtquelle
als Linie abgebildet wird, wobei sich die verschiedenen linienförmigen Bilder überdecken
und so die Gliederung der Lichtquelle in ihrem Bilde verschwindet. Die langen Seiten
des beleuchteten Feldes sind dann scharf, wenn man die Anordnung so trifft, daß
durch das Einschalten des zylindrischen Systems die Abbildung der Lichtquelle in
der Ebene des parallel zur Zylinderachse geführten Hauptschnittes gerade in die
Ebene des Feldes verschoben wird.
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Mit Rücksicht auf möglichst große Flächenhelle
des
beleuchteten Feldes bei gegebener Lichtquelle ist es zweckmäßig, die Größe des zylindrischen
Systems so zu wählen, daß die Verbindungslinien beliebiger Punkte der Lichtquelle
mit beliebigen Punkten des Randes der Eintrittspupille sämtliche brechenden Flächen
des zylindrischen Systems schneiden und daß ferner das von diesem System im senkrecht
zur Zylinderachse geführten Hauptschnitte erzeugte Bild der Lichtquelle mindestens
die Größe des Durchmessers der Eintrittspupille des sphärischen Systems hat. Es
muß also das ungefähr in der Ebene der Eintrittspupille des sphärischen Systems
entstehende Bild der Lichtquelle den Durchmesser der Eintrittspupille reichlich
decken und ferner der Querschnitt der Zylinderlinse in dem zur Zylinderachse parallelen
Hauptschnitte so groß sein, daß ihre Ränder bei Betrachtung von der Lichtquelle
aus die genannte Eintrittspupille nicht abschatten. Die Breite des beleuchteten
spaltförmigen Feldes, also die Länge seiner kurzen Seiten, gleicht dann ungefähr
der Breite des vom sphärischen System allein entworfenen Bildes der Lichtquelle.
Die Flächenhelle des Feldes ist über einen großen Teil der Länge des Feldes gleichmäßig
und fällt nur nach den beiden Enden zu ab, weil sich dort die Linienbilder leuchtender
Punkte nicht mehr in ihrer ganzen Länge überdecken. Die brauchbare Länge des Feldes
ohne merklichen Helligkeitsabfall hängt von der Größe und Lage des Bildes ab, welches
das sphärische System von der wirksamen Öffnung des zylindrischen Systems entwirft.
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In der Zeichnung ist schematisch ein einfaches Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Abb. x zeigt den in der zur Zylinderachse parallelen
Hauptschnittebene, Abb. 2 den in der dazu senkrechten Hauptschnittebene geführten
Mittelschnitt.
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Als Lichtquelle des Beispiels ist eine Wendeldrahtlampe gedacht, deren
Leuchtfaden mit a bezeichnet ist. Die Endpunkte a1 und a2 dieses Leuchtfadens a
werden im Schnitt der Abb. 2 durch eine sammelnde Zylinderlinse b auf dem Rande
einer sphärischen Sammellinse c in den Punkten cl und c2 abgebildet. Die Sammellinse
c bildet die Endpunkte des in der Schnittebene gelegenen Durchmessers bl-b2 der
Zylinderlinse b in den Punkten b3 und b4 ab. Das zu beleuchtende Feld, dessen Ebene
senkrecht zur Zeichenebene angeordnet ist, ist mit d bezeichnet. Die Brennweite
und die Lage der Sammellinse c sind so gewählt, daß der in der Ebene der Abb. =
gelegene Durchmesser a3-a4 der Lichtquelle a in diesem Schnitte von der Linse c
allein in der Nähe der Ebene des Feldes d abgebildet wird und dieses Bild infolge
der Einschaltung der Linse b um so viel verschoben wird, daß es gerade in die Ebene
des Geldes d fällt. Das von den Linsen b
und c entworfene Bild des
Durchmessers a3-a4 der Lichtquelle a in dem in Abb. x dargestellten Schnitte ist
mit afi-a6 bezeichnet; es bestimmt die Breite des beleuchteten Feldes
d. Die Länge dl-d2 des beleuchteten Feldes d ergibt sich im Schnitte der
Abb. 2 als derjenige Bezirk, auf dem sich alle von den einzelnen Punkten der Lichtquelle
a ausgehendenAbbildungsstrahlenbüschel überlagern. Fallen infolge geeigneter Wahl
der Brennweite der Zylinderlinse b die Bildpunkte b3 und b4 in die Ebene des Feldes
d, so ist das Leuchtfeld auch an seinen schmalen Seiten scharf begrenzt. Die Größe
des Durchmessers der Zylinderlinse b im Schnitte der Abb. = ist so gewählt, daß
die Verbindungslinien beliebiger Punkte der Lichtquelle a mit dem Rande der Linse
c beide brechenden Flächen dieser Zylinderlinse b schneiden, also daß bei Betrachtung
von der Lichtquelle a aus keine Abschattung der Linse c durch die Linse b stattfindet.