DE688797C - Optisches System fuer Lichtsignalgeraete - Google Patents

Optisches System fuer Lichtsignalgeraete

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DE688797C
DE688797C DE1936S0123536 DES0123536D DE688797C DE 688797 C DE688797 C DE 688797C DE 1936S0123536 DE1936S0123536 DE 1936S0123536 DE S0123536 D DES0123536 D DE S0123536D DE 688797 C DE688797 C DE 688797C
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DE
Germany
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mirror
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main
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light
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Expired
Application number
DE1936S0123536
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Wolfram Albrecht
Guenter Klemt
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Siemens APP und Maschinen GmbH
Original Assignee
Siemens APP und Maschinen GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0896Catadioptric systems with variable magnification or multiple imaging planes, including multispectral systems
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0804Catadioptric systems using two curved mirrors
    • G02B17/0808Catadioptric systems using two curved mirrors on-axis systems with at least one of the mirrors having a central aperture
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08Catadioptric systems
    • G02B17/0856Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
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  • Optical Communication System (AREA)

Description

  • Optisches System für Lichtsignalgeräte Lichtsignalgeräte, z. B. Lichtsprechgeräte, besitzen zum Senden vorzugsweise einen Parabolspiegel, in dessen Brennpunkt eine Lichtquelle angeordnet ist, die im Takt der Sprachfrequenz moduliert wird. Findet keine direkte Modulation der Lichtquelle statt, so ist im Brennpunkt des Parabolspiegels ein Modulator vorhanden. Der Empfänger wird ebenfalls als Parabolspiegel ausgebildet. In seinem Brennpunkt ist ein strahlungsempfindliches Organ, z. B. eine Photozelle, angeordnet, die bekanntlich die Eigenschaft besitzt, Lichtintensitätsschwankungen in proportionale elektrische Spannungsschwankungen umzuwandeln. Infolge der Herstellungsungenauigkeiten läßt sich aber kein Spiegel herstellen, welcher genau die Form eines Paraboloides besitzt. Dies führt dazu, daß in Wirklichkeit kein Brennpunkt, sondern eine Art Brennfläche entsteht. Der Durchmesser dieses unerwünschten Zerstreuungskreises ist immerhin so groß, daß bei Verwendung einer Kr istalldetektorphotozelle als Empfänger, die bei Vorhandensein einer ultraroten Strahlung wohl ausschließlich in Betracht kommt, nicht mehr von einer punktförmigen Beleuchtung der Berührungsstelle zwischen Kristall und Metallspitze gesprochen werden kann. Ein großer Zerstreuungskreis des Sendespiegels läßt keine scharfe Bündelung der ausgesandten Lichtstrahlen zu, und außerdem muß das Moidulationsorgan große Amplituden ausführen, um_ eine gute Modulation der Lichtstrahlen zu bewirken. Weiterhin werden für diesen Zweck Manginspiegel benutzt, die zwar für eine Farbe korrigiert werden können, aber für einen größeren Wellenlängenbereich noch immer einen Zerstreuungskreis von mindestens a mm Durchmesser haben.
  • Die Erfindung betrifft nun ein aus Hauptspiegel und Fangspiegel bestehendes Spiegellinsensystem für die Sende- oder Empfangseinrichtung von Lichtsignalgeräten, insbesondere für Lichtsprechgeräte. Erfindungsgemäß liegt das Verhältnis der Brennweite des Hauptspiegels zur Brennweite des zugehörigen Systems (Hauptspiegel + Fangspiegel) zwischen 3 : r und z : z sowie das Verhältnis der Krümmungsradien des Hauptspiegels zwischen 45 : i und r : 45, und die optische Baulänge eines solchen Systems ist größer als 30 °/a des Durchmessers des Hauptspiegels. Unter Zugrundelegung dieser Daten ergeben die sphärischen Flächen eines solchen Systems einen Zerstreuungskreis, dessen Durchmesser bei einem Öffnungsverhältnis bis zu i : 0,55) bei parallel einfallendem Licht kleiner ist als i °/o der Brennweite des Systems.
  • Zwecks Erzielung optimaler Korrekturen muß zunächst die Brechkraft des Hauptspiegels, d. h. der Kehrwert seiner Brennweite, im richtigen Verhältnis zur Brechkraft des zugehörigen Systems (Hauptspiegel -1- Fang-Spiegel) stehen. Wirkt der Hauptspiegel außerhalb des oben angegebenen Verhältnisses, und zwar in Richtung schwächerer Brechkraft, so erhält man ein System großer optischer Baulänge, d. h. einen großen Abstand des Hauptspiegels vom Fangspiegel, oder eine verhältnismäßig große Abschattung durch den Fangspiegel. Auch sind dann die absoluten Beträge des sphärischen und des chromatischen Fehlers zu groß, als daß durch irgendeine Durchbiegung des Fangspiegels diese Fehler beseitigt werden könnten. Im umgekehrten Falle, d. h. wenn der Hauptspiegel stärkere Brechkraft aufweist, als die Brechkraft des zugehörigen Systems beträgt, wirkt der Fangspiegel überhaupt nicht bzw. nur streuend. Die Einhaltung der angegebenen Brennweitenverhältnisse bedingt zugleich auch eine Einhaltung der angegebenen Werte für das Verhältnis der Krümmungsradien des Hauptspiegels. Würde die optische Baulänge des aus Hauptspiegel und Fangspiegel bestehenden Systems kleiner gewählt als 3o °1o des Durchmessers des Hauptspiegels, so würde der Durchmesser des Fangspiegels sich dem Durchmesser des Hauptspiegels immer mehr nähern und letzteren demzufolge weitgehend abschatten.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt. Es zeigt Fig. i ein aus Hauptspiegel und Fangspiegel bestehendes Spiegellinsensystem und Fig.2 die Hintereinanderschaltung zweier Systeme nach Fig. i als Sende- und Empfangseinrichtung für Lichtsprechgerät@e.
  • Der Hauptspiegel i weist auf seiner Vorderseite eine andere Krümmung auf als auf seiner Rückseite. Der Krümmungsradius der Vorderseite, d. h. der der einfallenden und durch Pfeile angedeuteten Strahlung zugekehrten Seite, ist mit r1, der Krümmungsradius der Rückseite mit r2 bezeichnet. Der Durchmesser des Hauptspiegels i ist mit 9_7H angegeben. Die Brennweite f1 des Hauptspiegels i ist ebenfalls mit eingezeichnet. Der Fangspiegel 2 weist ebenfalls zwei verschiedene Krümmungsradien auf, die mit r3 und r1 bezeichnet sind. Der Durchmesser des Fangspiegels 2 ist mit -(27F und seine Dicke mit d angegeben. Mit 3 ist eine Empfangszelle angedeutet. Werden die von dem Fang-Spiegel 2 zur Zelle 3 verlaufenden Strahlen nach rückwärts verlängert, bis zu ihrem Schnittpunkt mit den zugehörigen Strahlen der ankommenden Lichtstrahlung, so erhält man die Hauptebene des aus dem Hauptspiegel i und dem Fangspiegel 2 bestehenden Spiegellinsensystems. Der Abstand der Hauptebene von der Berührungsstelle der eingezeichneten Strahlen mit der Zelle 3 ist die Brennweite des aus Haupt- und Fangspiegel bestehenden Systems und mit F bezeichnet. Für die optische Baulänge, d. h. für den Abstand des Hauptspiegels i vom Fangspiegel 2, ist die Bezeichnung L eingetragen.
  • In Fig. 2 sind zwei Systeme- nach Fig. i hintereinander angeordnet. Das eine System dient hierbei als Sende- und das zweite System als Empfangseinrichtung eines Lichtsprechgeräts. Im Brennpunkt der aus dem Hauptspiegel i und dem Fangspiegel 2 bestehenden Empfangseinrichtung befindet sich eine strahlungsempfindliche Zelle 3. Im Brennpunkt der aus dein Hauptspiegel 4 und dem Fangspiegel 5 bestehenden Sendeeinrichtung befindet sich eine Lichtquelle6. Der Strahlengang ist durch Pfeile angedeutet. Die Abhörung der von der Zelle 3 umgewandelten Strahlung und die Modulation der Lichtquelle 6 ist für das Wesen vorliegender Erfindung unerheblich und daher nicht näher dargestellt. Die optisch nicht wirksamen Teile der Spiegel i, 2 und 4 brauchen, wie auch in den Figuren angedeutet, nicht vorhanden zu sein.
  • Die an ein Lichtsprechgerät gestellten praktischen Anforderungen bringen es mit sich, daß auch das sekundäre Spektrum behoben werden muß. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß beide Spiegel aus denselben oder aus optisch benachbarten Gläsern gefertigt werden. Unter optisch benachbarten Gläsern sind dabei Gläser verstanden, deren Brechungsindex gleich ist oder deren Brechungsindex den gleichen oder einen ähnlichen Verlauf im Spektrum zeigt.
  • Durchgeführte Rechnungen haben erwiesen, daß unter Zugrundelegung vorstehender Angaben die sphärischen und chromatischen Fehler des Hauptspiegels i bzw. 4 bereits sehr klein sind. Es läßt sich nach dem Ergebnis weiterer Rechnungen unter geeigneter Ausbildung der Radien r3, y4 des Durchmessers (JF und der Dicke d des Fangspiegels 2 bzw. 5 die Brennweite F des zugehörigen Systems i, 2 bzw. 4, 5 und das Öffnungsverhältnis dieses Systems festlegen. Die Restfehler des Hauptspiegels i bzw. 4. werden durch diese Maßnahme noch weiter kompensiert.
  • Das erfindungsgemäße optische System läßt sich nicht nur für Lichtsprechgeräte, die mit infraroten Strahlen betrieben werden, sondern auch für mit ein- oder mehrfarbigem Licht arbeitende Blinksignalgeräte verwenden. Für einen Wellenlängenbereich von 2,8 bis 0,4ß kann ein derartiges optisches System ohne Schwierigkeiten benutzt werden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Aus Hauptspiegel und Fangspiegel bestehendes Spiegellinsensystem für die Sende- oder Empfangseinrichtung von Lichtsignalgeräten, insbesondere für Lichtsprechgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Brennweite (f1) des Hauptspiegels (i bzw. 4) zur Brennweite (F) des zugehörigen Systems (i, 2 bzw. 4, 5) zwischen 3 : i und i : i sowie das Verhältnis der Krümmungsradien (r1 : y2) des Hauptspiegels (i bzw. 4) zwischen 1,5 : i und i : 1,5 liegt und die optische Baulänge (L) eines solchen Systems (i, 2 bzw. 4, 5) größer als 30 % des Durchmessers (97H) des Hauptspiegels (i bzw. 4.) ist, so daß die sphärischen Flächen des Systems (i, 2 bzw. 4, 5) einen Zerstreuungskreis ergeben, dessen Durchmesser bei einem Öffnungsverhältnis bis zu i : o,55 bei parallel einfallendem Licht kleiner ist als i °/o der Brennweite (F) des Systems (1,:2 bzw. 4, 5).
  2. 2. Spiegellinsensystem nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Hauptspiegel (i bzw. 4) und Fangspiegel (2 bzw. 5) aus denselben oder aus optisch benachbarten Gläsern gefertigt sind.
DE1936S0123536 1936-07-22 1936-07-22 Optisches System fuer Lichtsignalgeraete Expired DE688797C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE753845C (de) * 1939-03-01 1953-02-02 Siemens App Blinkgeraet
DE881264C (de) * 1941-07-07 1953-08-10 Optische Ind De Oude Delft Nv Optisches System mit einem sphaerischen Oberflaechenspiegel und einem Korrektionselement
US2683393A (en) * 1949-05-20 1954-07-13 Drew Robert Lionel Reflecting objective for microscopes

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE881264C (de) * 1941-07-07 1953-08-10 Optische Ind De Oude Delft Nv Optisches System mit einem sphaerischen Oberflaechenspiegel und einem Korrektionselement
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