DE768100C - Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen fuer Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veraenderlicher Durchlaessigkeit in ihrer Intensitaet beeinflusst werden - Google Patents
Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen fuer Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veraenderlicher Durchlaessigkeit in ihrer Intensitaet beeinflusst werdenInfo
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Description
- Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen für Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veränderlicher Durchlässigkeit in ihrer Intensität beeinflußt werden
Es eist bereits ein gl,oclieniörmiiger Reflektor belkanntgewoirdien, der als Lampemigl,o,cke oder in Form als Augenspiegel oid. digl. benutzt wemdien soll. Weiterhin sind chirurgische und zahnärztliidhe! Instrumente bekannt, dlie Licht an ganz bestimmte Stellen leiten sollen; da bei @diesen Geräten überall krumane Begrenzun@gs@flächen vorhanden sind, diie eine Kausfik bnldien, lassen sich hiermit leine homoigenen aiusigeleuchteten Ebenen eirzüeilen; außerdem besteht hei ihnen hins:icht- lich idieir Lichtverteilung ]-"eine Unabhängig- keit von der Lampenstellung. Ferner sdnid runde prismatische oder recht- eckiige Gl@as!körper zu Bel,e@uchtungszweclccn bekanint, die Lichtstrahlen total reflektieren. - Zur Bestimmung eines von einer oder mehreren sich ändernden Grundgrößen abhängigen Wertes ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen werden. bzi dem zur Erzeugung des gewünschten Wertes eine Strahlung oder ihre Wirkung laufend verändert wird. Die Regelung der Strahlungen, insbesondere Lichtstrahlungen, erfolgt hierbci zweckmäßig mit Hilfe von Platten veränderlicher Durchlässigkeit, die in die, Strahlengänge verstellbar eingefügt sind.
- Bei ein°m Strahlungsrechner besteht die Aufgabe, von einer Lichtquelle ausgestrahltes Licht über mehrere Arheitsebenen auf mehreren Wegen ein- und derselben Photozelle zuzuführen. Im einfachsten Falle ist hierzu ein Rechen- und ein Kompensationsstrahl vorhanden. Im Reclienstra.lil wird ein Funktionswert f (x) eingestellt. Der Kompensationsstrahl wird durch Ble:nde,nmodu;lation r8o° später eingeschaltet. Die Photozelle hekommt demzufolge zunächst einen. Lichteindruck nur vom Rechenstrahl und darauf einen Lichteindruck nur vom Kompensationsstrahl. Haben beide Strahlen gleiches Licht, d. h. die gleiche Intensität, so liegt an der Photozelle eine Gleichspannung, und die Zelle spricht nicht an. Überwiegt jedoch die. Lichtintensität eines Strahles, so, wird eine Wechselspannung erzeugt, und zwar aus dem imTalzte der 'Modulation pulsierenden Gleichstrom verschiedener Amplitude. Je nachdem welche, Strahlenseite übenciegt, wird ein Nachdrehmator im -entsprechenden Drehsinne einen Kompensationsschieber so weit verschieben, bis Gleichlicht herrscht. Ist dies der Fall, so zeigt die Iiompensationsrasterplatte das Resultat des Rechenvorganges an.
- Zur Durchführung von Rec:he;ncargängen ist nur erforderlich. d.aß durch von einer oder mehreren Lichtquellen ausgestrahltes Licht eine ho-mog°ne B°°1euciitung einer hlein°n Ebene erzielt wird. Irgendwie geartete flächenmäßige Einblendungen des Strahlenquersdin.ittes, z. B. durch Einfügen von Rastern, dürfen dabei an keiner Stelle eine optische Abbildung hervorbringen, sondern sich nur intensitätsmäßig auswirken.
- Diesen Forderungen wird erfindangsgenäß eine Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen, die can einer oder mehreren Lichtquellen Licht erhalten und zur Durchführung von Rechenco,rgängen mit mindestens einem Rechen- und einem Kompensationsstrahl durch vorgeschaltete Raster od. dgl. eingehlend:et werden, gerecht, welche gekennzeichnet ist durch die @'.er«-endung von prismatischen, vorzugsweise parallelwa.nd:igen Glaskörpern, die eine innen vollkommen spiegelndeRühre darstellen, deren flächenmäßige Einblendung des Lichtquerschnittes am Eintrittsfenster unter Ausnutzung der Totalreflexion der Lichtstrahlen sich am Austrittsfenster nur intensitätsmäßig ausWirkt. Die zweckmäßige Form des Glaskörpers hängt von der zu erfüllenden Aufgabe ab. Glaskörper, deren Austrittsfenster homogen erleuchtet sein sollen, müssen vor allem frei von kaustischen Wirkungen sein. Diese Bedingung wird am besten erfüllt von Röhren mit gerader Symmetrieachse und mit rechteckigem Querschnitt. Es kommen jedoch für .diese ZweC:lie auch Röhren mit poly-gonförmigem bzw. dreieckigem Querschnitt in Betracht. Handelt es sich nur um reinen Licli.ttransport, so kann der Umfang des Röhrenquerschnittes auch stetig gekrümmt. z. B. ::reisförmig, sein.
- In den Zeit-.ren ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. i das Verhalten eines Lichtstrahles an der Grenze zweier Medien, Fig. 2 dieTotalreflexion eines Lichtstrahles in einem Glaskörper, Fig. 3 eine- schematische Darstellung der Beleuchtung des Eintrittsfensters eine: Glaskörpers, Fig. d. einen prismatischen Glaskörper mit einem zu beleuchtenden Punkt.
- Fig. Seine Strahlenpyramide aus Ein7elkegeln, Fig. 6 ein nur teilweise leuchtendes Eintrittsfenster, Fig.7 die sich hierbei ergebende Spiebelhildebene, Fig.8 einen Schnitt durch diese Spiegelbildehene mit den sich anschließenden Pyramiden, Fig. g ein Eintrittsfenster mit einem nicht zentrisch gelegenen leuchtenden Punkt mit seinen Spiegelbildern, Fig. io zwei prisrnatischehörper, zwischen denen ein Raster angebracht ist sowie die Spiegelhi.ldeb,ene eines selbstleuchtenden Eintrittsfensters.
- Trifft ein Lichtstrahl (Fig. z) cocn optisch dichteren _'Jedium kommend auf eine Grenzfläche z«-eer optischer -Medien auf. so ergibt es stets einen Winkelbereich, innerhalb dessen der Lichtstrahl vollkommen in das dichtere Medium zurückgeworfen wird. Bezeichnet nun G-G die Grenzlinie zwischen Luft mit dem Brechungsindex aa = rund Glas mit dem Brechungsindex n = n., so gilt bekanntlich für den Grenzwinkel it der Totalreflexion die. Beziehung fa # sin it = z. Strahlen, die, vom Glase kommend, mit einem Einfallwinkel i
auf,die Grenzfläche G-G auftreffen, der größer als it isst, werden total reflektiert, also alle Strabilen,deren Einfallwinkel i > it ist. In der Fig. 2 ist ein, prismatischer parallel- wandiger Glaskörper mit der Symmetri:e- ach.se A-A :diargestellt. Von dien Seitenflächen eines derartigen G.las@körpers werden alle Lich@bstrahlen total reflektiert, deren Neigung gegen die Symmetrieachse, < n/2 - it ist. Das Licht muß nun, um in, den Glaskörper einzudringen, erst. die Trennungsfläche Luft Glas .an der Sbirnflächedes Glaskörpers durchsetzen. Da an dieser Fläche der Winkel u, gegen die Achse aber d .iz Neigung gegen das Einfallsloit bedeutet, also die Rolle dis Winikelis i übernimmt, kann dier Winkel ug nicht größer sein als der Grenzwinkel it der To@ta1,reflexion. Der Index g lebtet im fodgen- dien ,immer dbraul hin, d'aß es :sich um Winkel der innerhaillb. dies Glases verlaufenden Strah- len handelt. Der Öffnungswinkel 2ug ist in der weiteren immer mit »Ap,ertuir« bezeichnet. Bei einer praktischen Ausführung erfolgt die Beleuchtung -des Eintrittsfensters -des Gdiasikärpers 2n der in Fig. 3 schematisch dar- gestellten Weise. Infolge der bei ganz ,großen Neigungswinkeln i auftretenden erheblichen Reflexionsverluste ,ist es nicht angebracht, die lampenseitig aufgenommene Öffnung 2 u über einen bestimmten Wert hinaus zu vergrößern. Diie toitall reflektierte Apertwr 2 u, ist zwar um so größer, je größer den- Brechungsiindex des Glaseis ist, jedoch liegt in der Verwendung besonders hoch brechender Gläser zur Er- zielung eines hohen, total zeflektierten. Winkel- bereiches kein Vorteil. Der Verlust an Öff- nung beim Übertritt von Luft in Glas be- deutet. nämlich, abgesehen von den äußerst geringen Aibsorptionsverlusten, keinen Licht- verlust, die die Leuchtdichte entsprechend ansteigt. Es soll nun im folgenden untersucht wer- den, iin welcher Weise ein Punkt P im Innern eineis Glasköirpeirsbeleuchtet wird:, wenn dien ganze Einitrittsquerschnitt - Idas Eintritts- fenster - leuchtet. In Fig. q. isst ein Längs- schnitt durch einen prns,mabi,scihen Glaskörper von quadratischem Querschnitt dargestellt. Ein Im Inniere dies Glaskärpeirs vorhandener Punkt P kann nur Licht erhalten, das inner- halb. eines Aperturkegels liegt, diessen Öff- nung duirch die vorhandene Apertur 2 ug ge- geben ist. Dieses Licht kann entweder von der leuchtenden Fläche direkt kommen oder auf dem Umweg ider Spiegelbilder, welche die Seitenflächen dies Gi1iasköirpeirts vorm Eintritts- fenster erzeugen. Um sämtliche Strahlen, zu erhalten, von denen der Punkt P beleuchtet wird, braucht man also nar die einzelnen Bu@rnkte, der Leuchtfläche selbst und der Spiegelbilder, soweit ,sirre innerhalb, der vor- ha;ndenen Apertur liegen, müdem Punkte P zu verbinden. Die Spilegelib-ildier dies Eintritts- fensters liegen bei einem prismatischen Körper alle in de.r durch das Eintrittsfenster definierten Ebene und schließen sich lückenlos aneinander. Die den Punkt P beleuchtenden Strahlen bilden also eine Pyramide, dlie sich aus einzelnen Pyramiden zusammensetzt, deren Spitze der Punkt P und deren Grund- fläche,das Eintrittsfenster bzw. -deren Spiegel- b.iildier sind, wie :dies schematisch aus der Darstellung in der Fig. 6 ersichtlich ist. Die Gesamtpyram.idie setzt sich hier aus neun Einzelpyraannden zusammen, die als gemein- same Spitze den Punkt P besitzen. Je weiter der untersuchte Punkt von der leuchtenden Fläche alt liegt, desto: größer ist der Bereich der sIeh ins unendliche er- streckenden Spiegelbildebene, die innerhalb dies wirksamen Winkels 2 ug liegt. Je weiter also der untersuchte Punkt P von der l@e.uch- tenden Eintriftsfläche ab liegt, um @so mehr Spiiiege#lib,iilideir wiirk en bei der Beleuchtung des Punktes. P rnit und desto. häufiger ist die den Punkt P beleuchtende Aperturpyramide in Elementarpyramiden unterteilt. Dabei nimmt die Öffnung der dem einzelnen Spiegelbild zukommenden El:ementarpyra,m@iide; mit der Entfernung linear und' die durch sie am Punkte P erzeugte Beleuchtungsstärke also mit dem Quadtat,der Entfernung ah, während die Zahl der wirksamen Spiegelbilder mit dem Onadrat der Entfernung wächst. Ixuehtet also die ganze Eintrittsfläche, ;so wird jeder in beliebiger Entfernung vom Eintritts- fenster parallel zu. .diesem durch dien Glas- körper gelegte Schnitt ohne- weiteres auch homogen .beleuchtet. Anders liegen .die Verhältnisse, wenn die Eintrittsfläche entweder nur teilweise oder doch sehr irrhomogen leuchtet, wie es bei den in der Praxis vorkommenden Verhältnissen fast immer d;ar Fall ist. Es soll daher im folgernden untersucht werden, was geschieht, wenn nur ein Teil dies Eintrittsfensters leuchtet. Unter diieser Voraussetz.ung leuch- ten auch nur die e:ntspre@chendien Teeile der Spiegelbilder des Ei.ntrittsfensteirs, denn die Spieigelibüdier sind beim ebenen Spielgel richtiggehende - allerdings virtuelle -, von allen Abibiilldungsfehlern freie Bilder und besitzen die glei@cheGröß.e wie der Gegenstand. Leuchtet z. B. nur der @schraffierte, Teil des in Fig. 6 ,dargestelIten Eintrittsfensters, dann ist idie Spwegelbnldiebene in der in: Fig.7 wiiedergeigebenen Weise in leuchtende (in der Figur schraffiert gezeichnete) und nicht leuchtende (in der Figur weiß gelassene) Ge- biiete aufteilt. Die dien Punkt P beleuchtenden Elementarpyramiden sohfießen sieh nicht - In Fig. 9 ist der extreme Fall dargestellt, daß nur ein einziger, nicht zentri-sch gelegener Punkt der Eintrittsfläche leuchtet. Die Punkte einer Schnittfläche werden -dann, wie aus der Fig.9 zu ersehen ist, abgesehen von dem Punkt, der dieselbe Lage im Schnitt besitzt wie der leuchtende Punkt in der Eintrittsfläche, nicht nur unsymmetrisch, sondern auch verschieden hell beleuchtet. Unter den Annahmen der Fig. 9 sieht der Punkt i sechs leuchtende Spiegelpunkte, der Punkt 2 dagegen nur vier.
- Je weiter jedoch der untersuchte Schnitt vom Eintrittsfenser entfernt liegt, desto symmetrischer und gleichmäßiger wird seine Beleuchtung. Der Unterschied in der Anzahl der in einzelnen Punkten eines Schnittes sichtbaren Spiegelbilder nimmt nämlich mit wachsender Entfernung wiederum nur linear zu, während die Zahl der sichtbaren Spiegelbildeir in diesen Punkten mit dem OOuadra.t der Entfernung wächst. Andererseits beruht die Unsymmetrie der Beleuchtung darauf, da.ß der leuchtende Punkt im Eintrittsfenster und dessen Spiegelbildern außer Mitte liegt. Die sichtbaren Spiegelbilder des Eintrittsfensters salbst liegen aber stets symmetrisch zur Achse des Glaslcörpers. Sinkt also der Winkel, unter dein das einzelne Fensterbild dem Punkt P erscheint, mit wachsendem Abstand linear ab, so nimmt auch die Unsymmetrie der Beleuchtung linear ab. Dieselben Betrachtungen gelten ohne Einsch,ränlung auch für inhomo:gene Erleuchtung des Eintrittsfensters.
- Durch entsprechende Wahl der Klotzlänge läßt sich also stets erreichen, daß die Austrittsfläche praktisch homogen ausgeleuchtet wird. Die notwendige Länge is.t natürlich um so geringer, je kleiner der Querschnitt und je größer der ausgeleuchtete! Teil des Querschnittes des Eintrittsfensters ist.
- Wie, bereits erwähnt, besitzt das Eintrittsfenster bei der praktischen Ausführung nur eine teilweise Erleuchtung, wobei der an die Lampe anschließende Glaskörper die Funktion eineis Kondensators erfüllt. Von dem Austrittsfenster dieses Glasklotzes wird nun nicht nur die beste Homogenität verlangt. sondern diese Homogenität darf auch nicht gestört werden, wenn sich die Lampe innerhalb eines b--stimmten Bereiches verschiebt und damit sich auch die Lage des leuchtenden Teiles des Eintrittsfensters verändert. -Nach dem oben Angeführten läßt sich dies stets durch entsprechend große Länge des als Kondensator dienenden Glaskörpers erzielen. Dies um so- leichter, als der leuchtende Teil des Eintrittsfensters bei praktischer Ausführung etwa 2o% des Gesamtfensters ansmacht.' Wie bereits ausgeführt wurde, besitzen prismatische Glaskörper mit rechteckigem Querschnitt bei entsprechender Bemessung der Länge und bei der praktisch gebräuchlichen Beleuchtung des Eintrittsfensters ein sowohl intensitätsmäßig wie auch aperturmäßig homogen beleuchtetes Austrittsfenster. Dient nun dieses Austrittsfinster zur Beleuchtung des Eintrittsfensters eines anschließenden prismatischen Glaskörpers mit z. B. quadratischem Querschnitt, so wird auch dessen Austrittsfenstr wieder homogen erleuchtet. Es soll nun die Frage behandelt Werden, ob diese Homogenität des zweiten Austrittsfensters auch dann erhalten bleibt. wenn das Austrittsfenster des ersten Glaskörpers bzw. das Eintrittsfenster des zweiten Glaskörpers z. B. durch einen Raster eingeblendet wird.
- In der Fig. io bedeutet EL-PL die zum selbstleuchtenden Eintrittsfenster des ersten prismatischen Körpers gehörige leuchtende Spiegelbildebene, R-R den ein Austrittsfenster bzw. dem Eintrittsfenster des folgenden Glaskörpers angebrachten Raster und P irgendeinen Punkt im Austrittsfenster des zweiten Glaskörpers. Wie aus der Fig. io ersichtlich ist, kann der Punkt P nur von den nicht durc.li den Raster abgeblendeten Teilcii des ersten Austritts- bzw. des zweiten Eintrittsfensters und den von diesen nicht abgeblendeten Teilen durch die Seitenflächen des zweiten Glaskörpers entworfenen Spiegelbi,ldern beleuchtet werden.
- Hieraus ist sofort zu sehen, daß der Raster und dessen Spiegelbilder für den Punkt P bezüglich der als Lichtquelle dienenden Spiegelbildebe:nc EL-EL wie eine gitterartige Luke wirkt. Je länger nun der zweite Glaskörper ist, um so feiner ist diese gitterartige Luke für den Punkt P unterteilt, um so homogener und internsitätsmäßiger ist auch ihre lichtschwächende Wirkung bezüglich des zweiten Austrittsfensters.
- Besonders deu.tl;ic.h wird die Lukenwirkung der Rasterebene dann, wenn die erste leuchtende Spiegel@bilde:bene nicht in ihrer ganzen Ausdehnung leuchtet, sondern. wie es bei nur teilweise leuchtendem Eintrittsfenster der
F:alil ,ist, :regelmäßig in leuchtendie und nicht leuchtende Felider aufgeteilt ist. Leuchten in der Ebene EL-EL z. B. -nur die besonders her- vorgehobenen Teile So, S1 . . . S6, so sind vom Punkte P dies zweiten Austrittsfensters nur düe Spüegelibildier So und S4 in ,ihrer voIllen Ausdehnung, S3 und S, teilweise, S1, S2 und S, dagegen überhaupt nicht zu -sehen. Je län@gler nun wieder die beiden Glaskörper sind', desto. feiner @unterteilt und homogener erscheinen :den Punkten P :des zweiten Aus- trittsfensters isowohl die Spiegelbildebene des leuch.tend'en Fensters wie auch d.ie des Raster- fensters. D;ie dann noch verbleibende apertur- mäßige Zerklüftung läßt.sioh dann bei äußerst geringen Lichtverlusten n:o,oh durch eine feine Mattsr"h@eib!e- beheben. Außerdem kann die luken,mäßi-e Lichtsohwächung der Raster- ebene unschwer in eine aperturmäßige um- gewandelt werden, indem :hinter diem Raster z. B. ein Zylinderlinsensystem naicjh Art eines Linsünifil:ms e:inge@s:dhadtet wird. Anis diesen Darliegungein :geht hervor, daß es bei Ver- wendung dies beschriebenen. Prinzips möglich ist, eine größere Zahl von hintereinander- gelegenen, voneinander unabhängigen, ho- mogenen erle@udhtete;n Ebenen zu :erzeugen.
Claims (1)
- PATENTANSPRÜCHE:
i. Anordnung zur Erziehung homogener Beileiuchtung von kleinen Ebenen, diie von einer :oder mdhrer@en Lichtquellen. Licht erhalten - und zur Durchführung von Rechenvargängen mit mindestens einem Rechen- und einem Kompensationsstrahl durch vorgeschaltete Raster od. dgl. ein- geibIeind!et wer@dien, geikennzeüchnet durch d;ie Verwendung von prismatischen, vor- zugs:weise par@adilelwandiigen Glaskörpern, die eine, innen vollkommen spiegelln:de RöhreAhnstellen, derenflä@chenmäßigeE.in- Wendunig des Lichtquerschnittes im Ein- tri:tts.fenster unter Ausnutzung -der Total- reflexion :der Liehtstrählen sich am Aus- tri,ttsferns:ter nur intensitätsmäßig aws- wirkt. 2. Anordnung nach Anspruch i, d,a- diurch gekennzeichnet, daß :der Glaskörper eine gerade Symmetrieachse und vorziugs- weisse rechteckigen C-uersdmitt besitzt. 3. Anordnung nach -den Ansprüchen i und 2, daidlurch @geilcennz:eiiidhniet, daß das Austrittsfenster das Eintrittsfernster eines weiteren Glaskörpers b:aleuchteit. 4. Anordnung nach Anspruch 3, da- durch @gekennzeichnet, daß das Austritts- fenster des ersten. Gliaskörpers bzw. das Eintrittsfenster des zweiten. Glmkörpe:rs zur Duirdhführung eines weiteren Rechen- vorganges ebenfalls wieder durch einen Raster ein.geblendiet ist. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dia; ,duirch geilcenn:zeiichnet, daß eine, etwa noch verbliebene aperturmäßige Zerklüftung der,das Austrittsfenster des zweiten Glas- körpers beleuchtenden Bischel diurch Ver- wendung einer feinen Mattsiche,iibe@ be- h:ob:en wird,. 6. Anordnung nach Anspruch 4, da- ,durch gekennzeichnet, d!aß d,ie lüken- mäßige Lichtschwächung der Rasterebene z. B. diurck ein, hinter dem Rasteir ein- gesichal:tetes Zyliimdierl-insensystern nach Art eines Linsenfilms in eine apertur- mäßig :e Lichtschwächung umgewandelt wird. 7. Anordnung nach einem der vorher- igeihen@dien Ansprüche, d iadürdh gekenn- z:eiichne't, daß eine Viehzahl dierartiger Glaskörper zur Erzeugung von hinter- einand iergelegenen, voneinander unab- härngigen, homogen beleuchteten Ebenen verwendet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DES122210D DE768100C (de) | 1936-04-02 | 1936-04-03 | Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen fuer Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veraenderlicher Durchlaessigkeit in ihrer Intensitaet beeinflusst werden |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DES0122210 | 1936-04-02 | ||
DES122210D DE768100C (de) | 1936-04-02 | 1936-04-03 | Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen fuer Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veraenderlicher Durchlaessigkeit in ihrer Intensitaet beeinflusst werden |
Publications (1)
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DE768100C true DE768100C (de) | 1955-06-30 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DES122210D Expired DE768100C (de) | 1936-04-02 | 1936-04-03 | Anordnung zur Erzielung homogener Beleuchtung von kleinen Ebenen fuer Recheneinrichtungen, bei denen Lichtstrahlen auf eine Photozelle einwirken, die durch Platten veraenderlicher Durchlaessigkeit in ihrer Intensitaet beeinflusst werden |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE768100C (de) |
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1936
- 1936-04-03 DE DES122210D patent/DE768100C/de not_active Expired
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