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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.