-
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.