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Optische Anordnung für Meßgeräte mit Lichtzeiger Bei Meßgeräten mit
Lichtzeiger, wie sie zur .Anzeige oder zum photographischen Aufzeichnen von Meßwerten
dienen, benutzt man in der Regel eine optische Anordnung, bei der mittels eines
von einem mit dem beweglichen Meßwerk verbundenen Spiegel zurückgeworfenen Lichtstrahlenbündels
und einer von diesem durchsetzten Linse ein reelles Bild auf einer Schau- oder Aufzeichnungsfläche
entworfen wird. Ähnliche Anordnungen werden auch bei Tonfilmgeräten o. dgl. verwendet.
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In der Regel wird der Meßwerkspiegel dabei als Planspiegel ausgebildet
und das Bild eines Glühkörpers oder eines von einer Lichtquelle erleuchteten Spaltes
mittels einer Sam= mellinsenoptik erzeugt. Eine derartige insbesondere bei Spiegelgalvanometern,
Schleifenoszillographen u. dgl. übliche Anordnung ist in Fig. r schematisch dargestellt.
Eine Glühlampe z erleuchtet über eine Kondensorlinse einen Spalt 3. Das von diesem
ausgehende Licht wird von 'einem mit dem nicht gezeichneten Meßwerk verbundenen
ebenen Schwingspiegel q. zurückgeworfen. Dabei durchsetzt das Lichtstrahlenbündel
vor und nach der Reflexion an dem Schwingspiegel eine Sammellinse 5, deren Brennweite
so bemessen ist, daß von dem Spalt 3 ein scharfes reelles Bild at@f einer Schau-
oder Aufzeichnungsfläche 6 entworfen wird, das zur Anzeige oder Aufzeichnung dient.
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Um das Trägheitsmoment des Meßwerks und damit die Einstellzeit des
Lichtzeigers möglichst zu verringern, was besonders bei Oszillographen u. dgl. wichtig
ist, ist man bestrebt, das Gewicht des Schwingspiegels so weit als möglich herabzusetzen,
was bei gegebener Flächengröße nur durch eine Verringerung der Spiegeldicke möglich
ist. Dies hat aber den Nachteil, daß es schwierig ist, derartige Planspiegel genau
eben herzustellen, und diese sich auch im Betriebe, z. B. bei Temperaturänderungen,
verziehen. Insbesondere treten beim Schleifen der Spiegelfläche Spannungen im Glase
auf. Weitere Verziehungen ergeben sich beim Verspiegeln
und beim
Befestigen des Spiegelplättchens an dem Meßwerk, z. B. beim Aufkitten auf ein Spannband
bei einem Schleifenoszillographen. Bereits durch ein verhältnismäßig geringes Verziehen
des Spiegels entstehen aber Fehlabbildungen; insbesondere werden bei der Aufzeichnung
mit einem Oszillographenmeß-
| werk die Striche in unzulässiger Weise v |
| breitert und unscharf. |
| Es sind andererseits optische Anordnun ` |
| bei Galvanometern und Oszillographen |
kannt, bei denen statt des ebenen Schwingspiegels ein Hohlspiegel benutzt wird,
dessen Brennweite so bemessen ist, daß er ohne Zuhilfenahme von Linsen ein reelles
Bild auf der Schau- oder Aufzeichnungsfläche erzeugt. In diesem Falle ist also die
Brennweite des Schwingspiegels gleich der Gesamtbrennweite der optischen Anordnung.
Da aber in diesem Fall die Brennweite des Hohlspiegels verhältnismäßig groß sein
muß, so ist ein solcher Schwingspiegel so wenig gekrümmt, daß er sich nahezu in
dem gleichen Maße wie ein Planspiegel verzieht.
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Bei der in Fig. i dargestellten üblichen Anordnung mit einem Planspiegel
q. und einer plankonvexen Linse 5 ist noch der Umstand von Bedeutung, daß, wenn
die Planfläche der Linse 5, wie gezeichnet, parallel zur Fläche des Schwingspiegels
q. steht, störende Doppelbilder entstehen, die davon herrühren, daß bereits die
Planfläche der Linse als Spiegelfläche wirkt und ein unscharfes Spaltbild auf der
Fläche 6 erzeugt. Man muß deshalb die Linse entsprechend neigen, wodurch aber die
Güte der Abbildung leidet.
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Die Nachteile der bekannten Anordnungen werden gemäß" der Erfindung
dadurch vermieden, daß bei Benutzung eines Hohlspiegels als Schwingspiegel, dessen
Brennweite kleiner ist als die Gesamtbrennweite der optischen Anordnung, ein zusätzliches
.Linsensystem mit einer negativen Brennweite entsprechender Größe vorgesehen ist.
Dadurcli4ist es möglich, die Brennweite des Schwingspiegels so klein zu wählen,
daß er vermöge seines verhältnismäßig kleinen Krümmungshalbmessers so steif wird,
daß auch bei sehr kleiner Wandstärke ein wesentliches Verziehen nicht mehr zu befürchten
ist. Andererseits läßt sich ein Verziehen des Hohlspiegels, im Gegensatz zti der
Verwendung eines Planspiegels, durch axiales Verschieben des zusätzlichen Linsensystems
ausgleichen, da sich bei einem Hohlspiegel ein Verziehen nur als eine Brennweitenänderung
darstellt.
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Dadurch wird außerdem die Entstehung störender Doppelbilder unmöglich
gemacht, da eine negative Linse nicht imstande ist, ein reelles Bild zu erzeugen.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Abordnung gemäß der
Erfindung, bei der die Beleuchtungseinrichtung für den Spalt i weggelassen ist.
Mit dein ebenfalls nicht gezeichneten Meßwerk ist als Schwingspiegel ein Hohlspiegel
? verbunden, dessen Brennweite so bemessen ist, daß er im Ztiammenwirken mit einer
Zerstrenungslitise 8
| scliarfes Bild des Spaltes 31 auf der |
| lie 6 entwirft. Dabei ist der Einfachheit |
| er der Fall dargestellt, daß der Bildab- |
| nd. also die Lichtzeizerlänze, -leich dem |
Abstand des Spaltes 3 von dem Spiegel 7 ist. Wenn nun mit r der Krümmungsbalbmesser
des Hohlspiegels bezeichnet ist, so würde dieser einen -Punkt P1 im Abstand r in
einem gleich weit entfernten Punkt P= abbilden. Die Brennweite der Linse 8 muß dann
so bemessen werden, daß sie den Spalt 3 in dem Punkt P1 bzw. den Schirm in dem Punkt
P= abbilden würde. Die gleichen Überlegungen gelten sinngemäß auch für beliebig
verschiedene Werte des Spalt- und des Bildabstandes.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung hat gegenüber der bekannten in Fig.
i dargestellten Anordnung noch den weiteren Vorzug, daß die optische Empfindlichkeit
sich vergrößert. Um dies zu veranschaulichen. ist in Fig.3 ein Teil des Strahlenganges
bei der bekannten Anordnung nach Fig. i und in Fig.4 der entsprechende Teil des
Strahlenganges bei der Anordnung gemäß der Erfindung nach Fig. :2 dargestellt. Man
erkennt daraus, daß bei der bekannten Anordnung der Winkel a', den der durch die
Sammellinse 5 gebrochene Strahl mit der optischen Achse bildet, kleiner ist als
der Winkel a des einfallenden Strahles. Dagegen ist bei der Anordnung gemäß der
Erfindung der Winkel a.", den der durch die Zerstreuungslinse 8 gebrochene Strahl
mit der optischen Achse bildet, größer als der Einfallswinkel a. In den Fig. 3 und
,4 ist angenommen, daß sich die optische Anordnung in Luft befindet. Aber auch wenn,
wie bei Schleifenoszillographen üblich, der Raum zwischen der Linse 5 bzw. 8 und
dein Schwingspiegel q. bzw. 7 zur Erhöhung der Dämpfung mit öl gefüllt ist, ergibt
sich in der gleichen Weise eine Vergrößerung der optischen Empfindlichkeit gegenüber
der bekannten Anordnung.
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Die Steifigkeit des Schwingspiegels 7 wird um so größer, je kleiner
der Kugelhalbmesser im Verhältnis zur öffnungsweite ist. Um so größer muß dann aber
auch das Offnungsverhältnis der Zerstreuungslinse 8 gewählt werden, was dann allerdings
im allgemeinen die `'ervendnng eines korrigierten Linsensystems IiOtig macht, um
die erforderliche Güte der Abbildung zu gewährleisten. Dadurch wächst andererseits
aber auddh die Steigerung der optischen Empfindlichkeit.