DE742909C - Photoelektrischer Belichtungsmesser - Google Patents

Photoelektrischer Belichtungsmesser

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DE742909C
DE742909C DEZ23086D DEZ0023086D DE742909C DE 742909 C DE742909 C DE 742909C DE Z23086 D DEZ23086 D DE Z23086D DE Z0023086 D DEZ0023086 D DE Z0023086D DE 742909 C DE742909 C DE 742909C
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Description

  • Photoelektrischer Belichtungsmesser Es sind photoelektrische Belichtungsmesser bekannt, bei welchen die Strahlen unerwünschter-Neigung mittels eines der Zelle vorgeschalteten, strahlendurchlässigen Körpers durch Totalreflexion beseitigt werden.
  • Diese Vorrichtung zur Begrenzung des Bildwinkels besitzt jedoch noch den Nachteil einer verhältnismäßig unscharfenBegrenzung des hindurchtretendenLichtbüschels'ganz abgesehen davon, daß auch durch mehrfache Reflexion noch ein erheblicher Bruchteil der Intensität von Strahlen aus solchen Richtungen auf die Zellenfläche gelangen kann, die von der Vorrichtung nicht mehr hindurchgelassen werden sollten.
  • Zur Behebung der beiden letztgenannten überstände ist auch schon bekannt, vor die Photozelle eines Belichtungsmessers, der nach dem Prinzip der Ausschaltung von Strahlen unerwünschter Neigung mittels Totalreflexion arbeitet, mehrere im Lichtweg hintereinander angeordnete strahlenbrechende Einzelkörper zu schalten, die ein Medium von niedrigerem Brechungsexponenten einschließen. Dabei waren die im Lichtweg hintereinander angeordneten strahlenbrechenden Einzelkörper an ihren Oberflächen nach Art von Linsenrasterplatten ausgebildet, d. h. es saßen eine Vielzahl von kleinen Einzellinsen nebeneinander über die ganze von der Photozelle eingenommene Erstreckung hin. Auf diese Weise ist zwar eine qualitative Verbesserung in bezug auf den Lichtabfall innerhalb eines bestimmten Winkelbereiches für den Einfallwinkel der einfallenden Strahlen erzielbar.
  • Die Herstellung solcher Linsenrasterplatten bedingt aber, sofern man damit eine saubere Bildwinkelbegrenzung erzielen will, verhältnismäßig hohe technische Anforderungen, namentlich sorgfältige Werkstattarbeit sowie genau arbeitende und daher teuere Werkzeuge.
  • Der neue Vorschlag bezieht sich nun auf einen nach dem Prinzip der Beseitigung von Strahlen unerwünschter Neigung mit Hilfe von Totalreflexion arbeitenden Belichtungsmesser, bei dem mehrere im Lichtweg zur Photozelle hintereinandergeschaltete strahlenblechende Körper mit einem dazwischengelegenen Medium mit niedrigerem Brechungsexponenten vorhanden sind. Das Kennzeichnende der Erfindung besteht darin, daß jeder einzelne dieser strahlenbrechenden Körper als ein einziges, die gesamte Photozellenfläche überdeckendes prismatisches Bauteil ausgebildet ist, und daß die Ein und Austrittsflächen jedes dieser Körper eine solche Neigung gegeneinander besitzen, daß diejenigen Lichtstrahlen, die von einer Seite des Raumes her außerhalb eines bestimmten Einfallwinkels einfallen, durch eine entsprechend geneigte Planfläche am ersten Körper vollkommen reflektiert werden, während diejenigen Lichtstrahlen, die von der anderen Seite des Raumes her außerhalb des Bereiches des zulässigen Einfallwinkels einfallen, durch eine unter entsprechender Neigung zur ersten Fläche gelegene Planfläche am zweiten Körper vollständig zurückgeworfen werden.
  • Die Vorzüge einer solchen Ausgestaltung bestehen im folgenden: Zum ersten ist es dadurch möglich, den Offnungswinkel für die einfallenden und wirksamen Strahlen beid-bzw. allseitig so einzuengen, daß eine symmetrische und vollkommen scharf begrenzte Ausblendung sich einstellt. Wie Vergleichsversuche mit einer erfindungsgemäßen Anordnung und einer Bauform mit einer Ausbildung der Oberfläche der Einzelkörper nach Art einer Linsenrasterfläche entsprechend dem Obenerwähnten ergeben haben, läßt sidx bei letzterer Einrichtung zwar ein etwas größerer Spitzenwert für die Helligkeit im mittleren Teil des als zulässig erachteten Bildwinkels erzielen als bei der Anordnung nach der Erfindung; doch muß dieser höhere Wert erkauft werden durch den weit schwerer wiegen den Nachteil, daß bei Lichteinfallwinkeln, die noch innerhalb oder dicht an der Grenze des zulässigen Bildwinkels liegen, deutliche Nebenmasima für die Helligkeiten auftreten, die durch Streulicht zwischen den kleinen Einzellinsen bedingt sind und die die scharfe Abgrenzung der auszublendenden unerwünschten Lichtstrahlen ungünstig beeinflussen. Demgegenüber entfällt, wie dies Vergieichsversuche ebenfalls bcwiesen haben, bei der Anordnung nach der Erfindung jedwedes Nebenmaximum, so daß eine vollkommen einwandfreie Ausblendung von Strahlen aus unerwünschten Richtungen gegeben ist, also mit Hilfe der neuen Meßeinrichtung sich bessere Ergebnisse erzielen lassen als mit den bisher bekannten Anordnungen. Zum zweiten werden dank der einfacheren Form der der Bildwinkelbegrenzung dienenden Mittel beim neuen Vorschlag keine verwickelten und daher teuer herzustellenden Werkzeuge benötigt. Die Herstellung der an jedem strahlenbrechenden Körper vorhandenen prismatischen Flächen läßt sich sehr einfach und infolge ihrer Größe auch sehr genau vornehmen, so daß dadurch die Ausblendung von Lichtstrahlen aus uneruünsch-> ten Einfall richtungen einwandfrei innegehalten werden kann.
  • Weitere Verbesserungen der Erfindung bestehen im folgenden: Die Austrittsfläche des ersten Körpers ist eine Kegelfläche und die Austrittsfläche des zweiten Körpers eine Hohlkegelfläche. Es werden zusätzliche optische Mittel angeordnet, so daß die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Austrittsflächen der verschiedenen im Lichtweg hintereinanderliegenden Körper total reflektiert werden, die Wirkung einer Planplatte besitzt.
  • Ferner weisen eine oder mehrere Flächen von einem oder mehreren der erwähnten Körper eine kugelige oder annähernd kugelige Gestalt auf, so daß die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Grenzflächen der einzelnen Körper total reflektiert werden, eine sammelnde oder zerstreuende Wirkung besitzt.
  • In Abb. I ist eine Vorrichtung schematisch dargestellt, die für ein in der Zeichenebene liegendes Büschel die beschriebene öffnungsbegrenzende Wirkung besitzt. Es bedeutet dabei I die lichtempfindliche Schicht der Photozelle, 2 ist der im Lichtweg an erster Stelle liegende Körper und 3 der vom Licht an zweiter Stelle getroffene Körper. Für ein derartiges ebenes Büschel besitzen die Körper 2 und 3 zweckmäRig prismatische Formen, wie in Abb. I dargestellt. Die Eintrittsfläche des zweiten Körpers liegt dicht an der Austrittsfläche des ersten Körpers. Ein senkrecht auf die Vorrichtung auffallender Licht strahl (in Abb. I mit a bezeidmet) trifft auf die Austrittsfläche des ersten Körpers unter einem Winkel auf, der kleiner ist als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Er kann daher aus dem ersten Körper austreten, in den zweiten eintreten und verläßt diesen, lediglich geschwächt durch die Reflexionsverluste an den vier Grenzflächen der beiden Körper gegen das umgebende Medium, um auf die Zelle aufzufallen. Der Lichtstrahl b, der stärker geneigt auf die Vorrichtung auffällt, wird zwar an der Eintrittsfläche nach dem Einfall lot hin gebrochen, die Neigung des gebrochenen Strahles gegen die Austrittsfläche des ersten Körpers (Winkel i2) ist jedoch noch so groß, daß dieser Strahl an der Grenzfläche des ersten Körpers total reflektiert wird. Ein Lichtstrahl c, der symmetrisch zum Lichtstrahl b auf die Vorrichtung auffällt, kann dagegen ebenso wie der Lichtstrahl a aus dem Körper I wieder heraustreten und in den Körper 2 eintreten. Durch passende Wahl des Winkels W zwischen Eintritts- und Austrittsfläche des zweiten Körpers ist jedoch erreicht, daß dieser Strahl an der Austrittsfläche des zweiten Körpers total reflektiert wird und daher nicht auf die Zelle gelangen kann.
  • Will man für ein ebenes Büschel erreichen. daß zwei Strahlen von denen der eine auf die Austrittsfläche des zweiten Körpers gerade im Grenzwinkel der Totalreflexion auftrifft, entgegengesetzte gleiche Winkel mit dem Ein fallot auf der Einfalifläche des ersten Körpers bilden, so muß bei einer Anordnung gemäß Abb. I der Winkel 2 gerade doppelt so groß gewählt werden wie der Winkel wy.
  • Die beschriebene Einrichtung wirkt also grundsätzlich derart, daß diejenigen : Flächen der Körper aus durchsichtigem Material, durch die das Licht austritt, eine solche Neigung gegen die Eintrittsflächen besitzen, daß Strahlenbündel, deren EinfalIswinkel eine bestimmte Größe übersteigt, entweder an der Austrittsfläche des ersten oder an der Augtrittsfläche des nächsten oder eines der nachfolgenden Körper totalreflektiert werden.
  • Um für ein räumliches Büschel eine entsprechende Wirkung -zu erzielen kann man die Anordnung, wie in Abb. 2 dargestellt, wählen. Hier bedeutet wiederum I die Photozelle, 4 ist ein Körper mit planer Eintrittsfläche und kegelförmiger Austrittsfläche, 5 ist der im Lichtweg an zweiter Stelle liegende Körper, bei dem die Eintritts- und die Austrittsfläche hohlkegelförmig ausgebildet sind.
  • Die Wirkung dieser Anordnung entspricht weitgehend der oben beschriebenen Wirkung der in Abb. I schematisch dargestellten Anordnung.
  • Abb. 3 zeigt das Beispiel, wie in einfacher Weise die in Abb. 2 dargestellte Anordnung durch Hinzufügen eines weiteren optischen Mittels, beispielsweise eines Glaskegels, so ergänzt werden kann, daß sie als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Austrittsflächen der verschiedenen im Lichtweg hintereinanderliegenden Körper totalreflektiert werden, die Wirkung einer Planplatte besitzt. In Abb. 3 bedeutet 6 den vom Licht zuerst getroffenen Körper mit planer Austritts-und kegelförmiger Austrittsfläche, 7 den an zweiter Stelle vom Licht durchsetzten Körper mit hohlkegelförmiger Austrittsfläche und 8 einen dritten Körper, der die beiden vorerwähnten Körper zu einer Planplatte ergänzt. Durch den Körper 8 werden die Veränderungen in der Lichtverteilung auf der Zelle, die die aus den beiden Teilen 6 und 7 allein bestehende Vorrichtung bewirken würde, wiederum rückgängig gemacht.
  • Erfindungsgemäß ist es auch möglich, einer oder mehreren Flächen von einem oder mehreren der erwähnten Körper eine kugelige oder annähernd kugelige Krümmung zu erteilen, um die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Grenzflächen der einzelnen Körper totalreflektiert werden, eine sammelnde oder zerstreuende Wirkung zu erteilen. Abb. 4 zeigt in schematischer Abbildung eine Ausführungsform dieses Erfindungsgedankens, bei der die Eintrittsfläche des ersten Körpers g die Form einer Konvexfläche aufweist. Hierdurch erhält der Bildbegrenzungskörper die Wirkung einer Sammellinse. Während bei allen vorher beschriebenen Anordnungen die Auffangfläche der Zelle zweckmäßig etwa die gleiche Flächengröße aufweist wie der freie Durchmesser der Vorrichtung, kann bei einer Anordnung gemäß Abb. 4 der durch die Vorrichtung einfallendeLichtstrom auf einerZellenfläche vereinigt werden, die erheblich kleiner ist als der freie Durchmesser der einzelnen Teilkörper 9, IO, 11 der Vorrichtung, wobei der Teilkörper II eine dem Körper 8 bei der Anordnung nach Abb. 3 entsprechende Wirkung ausübt.
  • Abb. 5 zeigt schließlich die Ahhängigkeit der Intensität des hindurchgelassenen Lichtes vom Einfallwinkel für eine Vorrichtung gemäß Abb. 2 bzw. 3. Die Intensität nimmt mit zunehmendem Einfallwinkel zunächst langsam ab. Diese langsame Abnahme wird verursacht durch die Verringerung des Büschelquerschnitts (Cos.-Gesetz), durch Vignettierung und durch die Winkelabhängigkeit der Reflexionsverluste an den vier bzw. sechs Grenzflächen gegen Luft. Wird der Einfallwinkel größer, so daß der gebrochene Strahl in einem der Körper nahezu unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf die Austrittsfläche auffällt, so nimmt die Intensität sehr rasch ab, bis auf den Betrag o im Grenzwinkel selbst.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Photoelekturischer Belichtungsmeser, der nach dem Prinzip der Beseitigung von Lichtstrahlen unerwünschter Neigung mittels Totalreflexion arbeitet und bei dem mehrere im Lichtweg zur Photozelle hintereinandergeschaltete strahlenbrechende Körper mit dazwischengelegenem Medium mit niedrigerem Brechungsexponenten vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne dieser strahlenbrechenden Körper (2,3; 4, 5; 6, 7, 8; 9, IO, II) als ein einziges, die gesamte Photozelle überdeckendes prismatisches Bauteil ausgebildet ist, und daß die Ein und Austrittsflächen jedes dieser Körper eine solche Neigung gegeneinander besitzen, daß diejenigen Strahlen, die von einer Raumseite her außerhalb eines bestimmten Bildwinkels einfallen, durch eine entspre chend geneigte Planfläche am ersten Körper vollkoLmmlen reflektiert lsrerden, während diLejenigenStrahlen die vonderanderen Raum seite her außerhalb des Bereiches des zulässigen Einfallwinkels einfallen, durch eine entsprechend schräg zur ersten geneigte Planfläche am zweiten Körper vollständig zurückgeworfen werden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsfläche des ersten Körpers (4, 6, 9) eine Kegelfläche und die Austrittsfläche des zweiten Körpers (5, 7, Io) eine Hohlkegelfläche ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch I und 2, gekennzeichnet durch zusätzliche optische Mittel (8, II), derart, daß die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Austrittsflächen der verschiedenen, im Lichtweg hintereinanderliegenden Körper (6, 7; 9, IO) total reflektiert werden, die Wirkung einer Planplatte besitzt.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Flächen von einem oder mehreren der erwähnten Körper (g) eine kugelige oder annähernd kugelige Krümmung aufweisen, so daß die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Grenzflächen der einzelnen Körper (9, Io) total reflektiert werden, eine sammelnde oder zerstreuende Wirkung besitzt.
    Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschrift Nr. 665 361 französische patentschriften .. 774117, 788 116; italienische Patentschrift .... - 321 771.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR774117A (fr) * 1933-06-06 1934-11-30 Dispositif optique pour photomètres photo-électriques
FR788116A (fr) * 1934-06-02 1935-10-04 Zeiss Ikon Ag Photomètre photoélectrique
DE665361C (de) * 1933-06-07 1938-10-01 Hans Toennies Vor der Photozelle eines lichtelektrischen Photometers befindliches optisches System

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