DEP0027365DA - Optisches Gerät mit ultrarotdurchlässigem Umlenkspiegel - Google Patents

Description

Bei den meisten optischen Anordnungen und Geräten, in denen man auf die Verwendung starker Lichtintensitäten angewiesen ist, besteht die Aufgabe, die schädliche Wirkung der bei den üblichen Lichtquellen unvermeidlichen Wärmestrahlen zu beseitigen. Man hat zu diesem Zweck bisher gewöhnlich Sondergläser, welche die Wärmestrahlen bevorzugt absorbieren, in den Strahlengang eingeschaltet. Solche Wärmeschutzgläser haben neben dem oft erheblichen Lichtverlust und der Farbänderung des durchgegangenen Lichtes den Nachteil, daß sie sich durch die aufgenommene Wärmeenergie erhitzen und damit der Gefahr des Springens unterworfen sind. Einen wesentlichen Fortschritt brachte hier die Einführung der Mehrfachinterferenzschichten, welche es ermöglichen, nahezu ohne Beeinflussung der sichtbaren Strahlen die ultraroten Strahlen durch Spiegelung zurückzuhalten. Gleichwohl läßt sich bei dieser Art von Filtern die Reflexion der gesamten Wärmestrahlen nicht wesentlich über 55 bis 60% steigern, ohne daß auch im sichtbaren Bereich ein entsprechender Lichtverlust in Kauf genommen werden muß.

Handelt es sich darum, eine noch weitergehende Abschwächung der Wärmestrahlen zu erzielen, so läßt sich dies gemäß der Erfindung dadurch erreichen, daß man einen (oder gegebenenfalls mehrere) Umlenkspiegel in den Strahlengang bringt, welche(r), bei möglichst hohem Reflexionsvermögen für den sichtbaren Spektralbereich, im ultraroten Gebiet durchlässig ist (sind).

Als Spiegelbelag für solche Umlenkspiegel eignen sich bei geringeren Ansprüchen an die Lichthelligkeit Stoffe, deren Absorptionsgrenze in der nähe des roten Endes des sichtbaren Spektralbereiches liegt, z.B. metallisches Selen. Will man jedoch eine hohe Lichtausbeute erzielen, so bietet die Anwendung von Mehrfachinterferenzschichten einen besonderen Vorteil, wenn sie so ausgebildet sind, daß ihr Reflexionsvermögen zwischen dem violetten und roten Ende des Spektrums bei steilen Flanken groß (vorzugsweise über 80%) ist, wogegen es im anschließenden Ultrarot möglichst niedrig (vorzugsweise unter 20%) liegt. Man erreicht dies weitgehend z.B. durch Aufbringen abwechselnd hoch- und niedrigbrechender, nicht- oder schwachabsorbierender Schichten auf durchlässiger Unterlage, deren optische Dicken etwa ein Viertel der mittleren Wellenlänge des sichtbaren Spektrums betragen; jedoch muß man bei dieser einfachsten Art von Mehrfachinterferenzschichten an einem oder beiden Enden des Spektrums noch mit einer gewissen Lichtdurchlässigkeit für das sichtbare Licht rechnen, was einen leichten Farbstich für das reflektierte Licht bewirken kann. Günstiger wirken Stoffe, die im kurzwelligen Teil des sichtbaren Spektrums absorbieren, wie z.B. Antimonsulfid, wobei man die Schichtdicken entsprechend vergrößern kann, um das Reflexionsmaximum mehr nach dem Roten zu verlegen. Man erzielt hierbei schon mit einer geringen Anzahl von Schichten im Sichtbaren ein Gesamtreflexionsvermögen von 90 bis 95%, während man im nahen Ultrarot, soweit es die von normalem Glas durchgelassenen Wärmestrahlen enthält, eine Durchlässigkeit bis zu 90% erreichen kann. Auch zwei derartige Schichtsysteme mit teilweise absorbierenden oder absorptionsfreien Schichten, deren optische Dicken etwas voneinander abweichen und zwischen denen eine durchsichtige Schicht von mindestens dreifacher Dicke einer Einzelschicht liegt, liefern gute Spiegel im Sinne der Erfindung.

Die beschriebene Anordnung erweist sich als besonders zweckmäßig in allen Fällen, in denen man von vornherein auf die Verwendung von Umlenkspiegeln angewiesen ist. Dazu ist man u.a. vielfach dann ge- nötigt, wenn man den Strahlengang in einem Gerät aus Gründen der Raumersparnis knicken muß, z.B. in Lesegeräten. Eine weitere Anwendung der Erfindung ergibt sich beispielsweise als Spiegelbelag für die Reflektoren, Projektionslampen, Scheinwerfer u.dgl., wobei eine schädliche Überlastung der Lampe (dadurch die zurückgestrahlte Wärme) vermieden werden kann. Die Verwendung von Interferenzschichten als Spiegelbelag schließt ferner die Möglichkeit ein, bei der Reflexion am Umlenkspiegel gleichzeitig linear polarisiertes Licht zu erzeugen. Man hat zu diesem Zweck die Schichten so zu wählen, daß in einem bestimmten Einfallswinkelbereich die resultierende Amplitude R(Gamma) der Reflexionsvektoren möglichst klein wird, wobei der Index (Gamma) besagt, daß es sich entweder um die parallel oder senkrecht zur Einfallsebene schwingende Komponente handeln kann. Die Forderung lautet mathematisch:

Hierin bedeutet (Delta)(sub)i die Phasendifferenz, r(sub)i den Reflexionskoeffizienten der i-ten Schicht gegen die (i+1)-te Schicht, und r(sub)g den Reflexionskoeffizienten der Unterlagen gegen die letzte (m-te) Schicht. Der Einfallswinkel für den Umlenkspiegel ist in diesem Fall zweckmäßig so groß zu wählen, daß für die andere Polarisationskomponente R(Gamma), ein genügend hoher Wert resultiert, d.h. mindestens etwa 50° (Einfallswinkel).

Claims (9)

1. Optisches Gerät mit Umlenkspiegel und, gegebenenfalls, mit Beleuchtungsoptik (Kondensor), dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel für Wärmestrahlen durchlässig ausgebildet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmestrahlendurchlässige Spiegelschicht aus einem Stoff besteht, dessen Absorptionsgrenze in der Nähe des roten Endes des sichtbaren Spektralbereiches liegt.

3. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mehrfachinterferenzschichten als wärmestrahlendurchlässige Spiegelschicht.

4. Gerät nach Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet durch ein System abwechselnd hoch- und niedrigbrechender, nicht- oder schwachabsorbierender Schichten, deren optische Dicken etwa ein Viertel der mittleren Wellenlänge des sichtbaren Spektrums betragen, als wärmestrahlendurchlässige Spiegelschicht.

5. Gerät nach Anspruch 1, 3 oder 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stoffen in der wärmedurchlässigen Spiegelschicht, die im kurzwelligem Teil des sichtbaren Spektrums absorbieren, wie z.B. Antimonsulfid, wobei zwecks Verlagerung des Reflexionsmaximums nach dem Roten hin die Schichtdicken gegebenenfalls vergrößert sein können.

6. Gerät nach Anspruch 1, 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier Schichtsysteme nach Anspruch 3, 4 oder 5, mit voneinander etwas abweichenden optischen Dicken, zwischen denen sich eine durchsichtige Schicht von mindestens dreifacher Dicke einer Einzelschicht befindet, als Spiegelschicht.

7. Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Lesegerät mit wärmestrahlendurchlässigem Umlenkspiegel ausgebildet ist.

8. Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, dadurch gekennzeichnet, daß es als Projektionslampe oder Scheinwerfer ausgebil- det ist, wobei der Reflektor einen wärmestrahlendurchlässigen Spiegelbelag aufweist.

9. Optisches Gerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Interferenzschichten als wärmestrahlendurchlässige Spiegelschicht Verwendung finden, die in ihren optischen Konstanten so gewählt sind, daß in einem bestimmten Einfalls-Winkelbereich (vorzugsweise oberhalb 50°) eine der beiden auf die Einfallsebene bezogenen Schwingungskomponenten gegenüber der anderen stark unterdrückt ist.