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Optisches System.
Die Erfindung betrifft ein optisches System zum Zwecke der möglichst gleichmässigen Beleuchtung eines Kondensorsystems ; das System umfasst Elemente, deren wirksame Oberflächen in der Hauptsache symmetrisch zur Systemachse gelegen sind, während die Beleuchtung mit Hilfe des Lichtes geschieht, welches eine lineare Lichtquelle nach allen Seiten entsendet.
Bemerkt sei, dass eine lineare Lichtquelle, wie z. B. eine Entladungsröhre, ohne besondere Hilfsmittel keine Ausleuchtung eines Kondensorsystems in der gebräuchlichen Form geben kann. Dazu ist eine solche Lichtquelle zu schmal.
Um diesen Übelstand zu bekämpfen, ist bereits vorgeschlagen worden, eine lineare Lichtquelle, so wie z. B. den Glühdraht einer elektrischen Glühlampe, so vor einen Kugelspiegel zu stellen, dass der Glühkörper im Krümmungsmittelpunkt dieses Spiegels oder in seiner unmittelbaren Nähe liegt. Der Nachteil dieser Konstruktion besteht aber darin, dass man, um die schädliche sphärische Aberration zu vermeiden, den Durchmesser dieses Spiegels gross wählen muss, verglichen mit der Länge der Lichtquelle, woraus sich ergibt, dass eine solche Anordnung viel Platz einnimmt.
Ausserdem gestattet ein solches System keine gleichmässige Ausleuchtung, wenn ein oder mehrere lineare Gasentladungsröhren als Lichtquelle verwendet werden mit Rücksicht auf die erforderliche Wandstärke dieser Röhren. Dazu kommt, dass eine lineare Entladungsbahn in ihrer Längsausdehnung im allgemeinen bereits die erforderliche Abmessung aufweist, so dass bloss eine Vergrösserung in der Breiterichtung, also eine Verdickung für die Erreichung der gestellten Aufgabe erwünscht ist. Eine solche Verbreiterung kann mit Hilfe einer Zylinderlinse erreicht werden, deren Längsachse parallel mit der Lichtquelle verläuft. Der Nachteil davon besteht darin, dass eine Zylinderlinse nur einen sehr kleinen Raumwinkel von dem gesamten ausgesandten Licht aufnehmen kann, so dass der Wirkungsgrad schlecht ist.
Eine Verbreiterung der Lichtquelle kann auch durch Anwendung eines Zylinderspiegels hinter der Lichtquelle erreicht werden. Ein solcher Zylinderspiegel verursacht bekanntlich Astigmatismus, d. h. es entstehen durch die Spiegelwirkung ein oder mehrere Bilder, die in der Richtung der Achse des optischen Systems eine Ausdehnung haben. Diese Bilder sind daher dreidimensional. Die Spiegelung an einer zylindrischen konkaven Oberfläche bewirkt in einem Schnitt, der die Systemachse und die Zylinderachse enthält, ein virtuelles Bild hinter dem Spiegel, während in einem Schnitt senkrecht zur Zylinderachse ein reelles Bild der Lichtquelle vor dem Spiegel entsteht. Die Ausdehnung der auf diese Art entstehenden Bilder in der Richtung der Systemachse ist so gross, dass nur ein geringer Teil der von der Lichtquelle ausgehenden Strahlen durch das.
Kondensorsystem nützlich verarbeitet werden kann.
Die erfinderische Aufgabe bestand nun darin, Mittel anzugeben, durch die es möglich wird, bei Verwendung einer linearen Lichtquelle ein Kondensorsystem so gleichmässig als möglich auszuleuchten. Entsprechend der Erfindung wird der gewünschte Effekt dadurch erzielt, dass die lineare Lichtquelle in der unmittelbaren Nähe, jedoch ausserhalb der Krümmungsmittellinie von einer oder mehreren zylindrischen oder nahezu zylindrischen Spiegeloberflächen, deren Zylinderachse wenigstens angenähert mit der Längsachse der Lichtquelle parallel läuft, aufgestellt wird, so dass der kleinste Abstand der Lichtquelle von diesen Spiegeln kleiner ist als der Krümmungsradius dieser Spiegel.
Bei zweckmässig gewählter kleiner Abmessung dieses Krümmungsradius wird es erzielt, dass der in der Richtung der Systemachse auftretende Astigmatismus so klein ist, dass man bei Betrachtung der
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Lichtquelle und ihrer Bilder von irgendeinem Punkt der Kondensorlinse aus eine möglichst gleichmässig beleuchtete Fläche erblickt.
Als Lichtquelle kann eine Superhochdruckmetalldampfentladungsröhre dienen, vorzugsweise eine Superhochdruckqueeksilberdampfröhre mit einem Druck von mehr als 6 Atm., vorzugsweise aber mehr als 20 Atm., ja sogar mehr als 100 Atm.
Das erfindungsgemässe optische System kann u. a. bei Filmprojektionsapparaten verwendet werden. Bei derartigen Geräten ist es von grosser Wichtigkeit, dass die Öffnung, entlang welcher der
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dass keine Bilder der Lichtquelle in das Filmfenster fallen sollen.
Im vorhergehenden wurde angegeben, dass die Spiegelflächen zylindrisch oder nahezu zylindrisch sein sollen, während ihre Zylinderachse wenigstens ungefähr parallel mit der Längsachse der Lichtquelle verlaufen soll. Dabei kann die Zylinderfläche als Leitlinie einen Kreis oder auch andere Kurven aufweisen. Unter nahezu zylindrischen Spiegelflächen sollen in diesem Zusammenhang solche verstanden sein, die nur wenig von einer geometrischen Zylinderfläche abweichen, u. zw. dadurch, dass sie auch in der Richtung der Zylinderachse ein wenig gekrümmt sind. In seiner Wirkung hat ein solcher "nahezu zylindrischer Spiegel" im wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie ein Zylinderspiegel.
Die oben angegebene Lösung der erfinderischen Aufgabe hat im Falle der Verwendung einer Superhochdrucklampe auch noch den Vorteil, dass die reflektierten Lichtstrahlen nicht in die Lichtquelle fallen, wodurch die bei der Quecksilberdampfentladung bekannte Selbstabsorption der Resonanzstrahlung vermieden wird.
Bemerkt sei, dass die Anordnung einer linearen Lichtquelle ausserhalb des Krümmungsmittelpunktes einer mit der Lichtquelle zusammenwirkenden Spiegeloberfläche an sich bekannt ist, z. B. aus der Konstruktion von Sofittenlampen. Bei diesen bekannten Anordnungen war jedoch nicht die Bildung einer strahlenden Oberfläche, welche durch ein Kondensorsystem abgebildet werden kann, angestrebt. Die Abmessungen des Spiegels wurden dabei durch die Dimensionierung des verwendeten Glasballons bestimmt.
Eine vorzugsweise Ausbildungsform der Erfindung besteht aus zwei kreiszylindrischen Spiegel- oberflächen, deren Krümmungslinien nicht zusammenfallen und welche sich gegenseitig in einer geraden Linie schneiden, welche mit der Längsachse der Lichtquelle parallel läuft.
Besonders vorteilhaft ist es, ein oder mehrere kreiszylindrische Spiegeloberflächen als Reflektoren zu verwenden, die so angeordnet sind, dass ihre Krümmungsachsen nicht mit der linearen Entladungsbahn zusammenfallen und dass der geringste Abstand der Spiegeloberflächen von der Entladungsbahn höchstens 1'5 cm beträgt, während der grösste Abstand höchstens 4 cm beträgt.
Die Fig. 1 a, 1 bund 1 c zeigen einen Spiegel S, der aus zwei kreiszylindrischen Spiegelflächen besteht, welche symmetrisch zur Systemachse X gelegen sind, wobei die Zylinderachsen M und M' parallel zur Lichtquelle L verlaufen und nicht zusammenfallen. Die Spiegelflächen schneiden sich in einer geraden Linie, welche mit der Lichtquelle L parallel verläuft. Die Lichtquelle L wird durch eine Superhochdruckquecksilberlampe gebildet. Durch die Wahl des Krümmungsradius der Zylinderspiegel und die Anordnung der Lichtquelle in der unmittelbaren Nähe der Spicgeloberfläche verglichen mit der Entfernung der Lichtquelle zur Kondensorlinse ist es möglich, eine für die Beleuchtung der Kondensorlinse ausnutzbare Verbreiterung der Lichtquelle senkrecht zur Systemachse zu erzielen.
Wenn die Spiegeloberfläche in einem Schnitt durch die Längsachse der Lichtquelle (s. S in Fig. 1 b) eben ist, so entsteht in der Richtung der Längsachse der Lichtquelle keine Vergrösserung.
Betrachtet man den Strahlengang in einer Fläche senkrecht zur Längsausdehnung der Lichtquelle (Fig. 1 a), dann sieht man, dass in diesem Schnitt zwei Bilder der Lichtquelle B'H und B"H entstehen. Da der kleinste Abstand des Spiegels S von der Lichtquelle kleiner ist als der Krümmungsradius des Spiegels, ergibt es sich, dass die beiden Bilder B'H und B"H vergrössert (verdickt) sind, verglichen mit der Lichtquelle.
Es sei bemerkt, dass unter dem Wort"Bilder"etwas anderes zu verstehen ist, als bei einem Kugelspiegel. Wie bekannt, bildet ein Zylinderspiegel astigmatisch Bilder, von denen die eben genannten Bilder B'H und B"H die äussersten Begrenzungen in der Richtung der optischen Achse des Kondensorsystems hin vorstellen.
Fig. 1 b zeigt die Spiegelwirkung in einer Ebene, die durch die lineare Entladungsbahn und die Systemachse gelegt ist. In diesem Falle wirkt der Spiegel S als ebener Spiegel, der parallel zur Lichtquelle L aufgestellt ist, so dass beide zylindrische Spiegelhälften von der Lichtquelle L zwei virtuelle Bilder B'V und B"V ergeben, welche ebensoweit hinter der Spiegelebene liegen, als das Objekt vor ihr liegt. Alle zwischenliegenden Schnitte durch den Spiegel S liefern ebenfalls Bilder, deren geometrischer Ort insgesamt das astigmatisch Bild ergibt. Dieses astigmatisch räumliche Bild der Lichtquelle hat daher in der Richtung der Systemachse eine Ausdehnung, die sich von B'V bzw. B"V bis B'H bzw. B"H erstreckt.
Da die Lichtquelle L gemäss der Erfindung in sehr kleinem Abstand von dem Spiegel S gelegen ist, liegen auch sämtliche virtuellen Bilder in sehr kleinem Abstand hinter dem Spiegel, so dass die
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Erstreckung des astigmatischen Bildes in der Richtung der Systemachse insgesamt, verglichen mit dem Abstand zur Kondensorlinse, sehr klein ist.
Eine weitere Folge der Tatsache, dass der Krümmungsradius des Spiegels 8 sehr klein gewählt ist und dass der Abstand der Lichtquelle zu dem Spiegel ebenfalls sehr klein ist, besteht darin, dass
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mässig ausleuchtet.
Da die Lichtquelle L und die Begrenzungen B V des astigmatischen Bildes dicht beieinanderliegen, so ergeben sie, von dem Randpunkt P der Kondensorlinse C (Fig. 1 b) aus gesehen, den in Fig. 1 c dargestellten Anblick. So entsteht von jedem Punkt der Kondensorlinse aus gesehen eine Fläche F von weitgehend gleichmässiger Helligkeit.
In Fig. 2 ist die Darstellung der Fig. 1 a vergrössert wiedergegeben, wobei ausserdem eine Verbesserung angebracht ist, welche den Zweck hat, auch jene Lichtstrahlen, welche nach der Anordnung von Fig. 1 für die Beleuchtung der Kondensorlinse verlorengehen, auszunutzen. Gemäss der Anordnung von Fig. 2 ist ein Teil D eines Kugelspiegels in Form eines Kugelkalottenringes symmetrisch zur Systemachse X so angeordnet, dass alle Strahlen, welche von den Bildern B'H, B"H in der Richtung zur Kondensorlinse ausgehen, ungehindert passieren können, während die Lichtstrahlen, welche ausserhalb dieses Raumwinkels'fallen und nicht durch den Spiegel S verarbeitet werden können, durch den genannten Kugelspiegel D in die Richtung zur Lichtquelle zurückgeworfen werden und dergestalt nutzbringend verwertet werden.
Der Krümmungsmittelpunkt M"'dieses Hilfsspiegels D liegt in der unmittelbaren Nachbarschaft der Lichtquelle zwischen dem Spiegel S und der Lichtquelle L auf der Systemachse.
Die gesamte Anordnung ist so getroffen, dass jene Teile der Spiegeloberfläche, die am nächsten zur Lichtquelle sind, höchstens 1-5 cm, vorzugsweise weniger als 5 mm, und die entferntesten Teile höchstens 4 cm, vorzugsweise aber weniger als 15 mm von der Längsachse der Lichtquelle entfernt sind.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Optisches System für möglichst gleichmässige Beleuchtung eines Kondensorsystems mittels des von einer oder mehreren linearen Lichtquellen allseits ausgestrahlten Lichtes, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Lichtquelle in deren unmittelbaren Nähe eine oder mehrere zylindrische oder nahezu zylindrische Spiegelflächen angeordnet sind, deren Achsen wenigstens angenähert parallel mit der Längsausdehnung der Lichtquelle (n) verlaufen, wobei die Lichtquelle innerhalb des Krümmungsradius der Spiegelflächen gelegen ist und es durch geeignet gewählte kleine Abmessung dieses Krümmungsradius erzielt wird, dass der in der Richtung der Systemachse auftretende Astigmatismus so klein ist,
dass gesehen von irgendeinem Punkt der Kondensorlinse die Lichtquelle und deren Abbildungen senkrecht zur Systemachse eine sehr gleichmässig beleuchtete Fläche von grosser Helligkeit darstellen.