DE1139667B - Brennpunktlose optische Vorrichtung zur Beobachtung eines strahlungsgefaehrdeten Raums - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C21007IXa/42h

ANMELDETAG: 14. MÄRZ 1960

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 15. NOVEMBER 1962

Die Erfindung betrifft eine brennpunktslose optische Vorrichtung zur Beobachtung eines strahlungsgefährdeten Raums.

Derartige strahlungsgefährdete Räume mit Gegenständen oder Substanzen, welche eine biologisch gefährliche Strahlung emittieren, sind zum Schutz der unmittelbaren und weiteren Umgebung mit Abschirmungen umgeben, die eine zur Unschädlichmachung der Strahlung ausreichende Wandstärke aus einem für die genannte Strahlung undurchlässigen Material aufweisen. Durch diese Abschirmungen, deren Dicke in bestimmten Fällen nicht unerheblich ist, muß die Beobachtungsvorrichtung zum Einblick in den strahlungsgefährdeten Raum hindurchführen, wobei in erster Linie dafür zu sorgen ist, daß der für den optischen Strahlengang erforderliche Durchtritt nicht gleichzeitig einen Austritt der gefährlichen Strahlung ermöglicht.

Dies erfolgt in bekannter Weise durch ein- oder mehrfache Umlenkung des Strahlengangs, sei es durch gebrochene Führung der in die Abschirmwandung eingelassenen Fassung der Beobachtungsvorrichtung selbst, sei es dadurch, daß in die im wesentlichen geradlinige Fassung der Beobachtungsvorrichtung Schutzschirme in geeigneter Anordnung so eingefügt werden, daß ein direkter Strahlengang aus dem strahlungsgefährdeten Raum in den Außenraum unterbunden wird.

Optisch besteht dabei das Problem, die Beobachtungsstrahlung längs dem gebrochenen Strahlengang zu führen und nach Möglichkeit die durch die Dicke der Abschirmung sowie durch die erforderliche Anzahl von Umlenkungen bedingte zusätzliche Strahlenganglänge nach Möglichkeit zu überbrücken, um ein möglichst großes Gesichtsfeld zu erhalten.

Es sind bereits brennpunktslose Vorrichtungen dieser Art bekannt, die, in einer im wesentlichen geradlinigen Fassung, als optische Elemente Linsen aufweisen; zumindest die am Eintrittsende der Vorrichtung angeordneten optischen Elemente sind dabei der Einwirkung der schädlichen Strahlung ausgesetzt, wodurch diese Elemente im Verlaufe der Zeit getrübt werden. Da bei diesen Vorrichtungen die Beobachtungsstrahlung die genannten optischen Elemente durchsetzen muß, wirkt sich diese Beeinflussung durch die schädliche Strahlung unmittelbar auf die optische Güte der Beobachtungsvorrichtung aus; diese wird nach einiger Zeit unbrauchbar.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist bereits eine Periskopanordnung bekannt, bei welcher an den Eckpunkten des Beobachtungsstrahlengangs ausschließlich Planspiegel zur Umlenkung angeordnet

Brennpunktlose optische Vorrichtung

zur Beobachtung eines strahlungsgefährdeten Raums

Anmelder: Serge Clave und Marcel Clave, Paris

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt, München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 13. März und 8. Juni 1959 (Nr. 789 398 und Nr. 796 908)

Serge Clave und Marcel Clave, Paris, sind als Erfinder genannt worden

sind. Hierbei tritt zwar der obenerwähnte Nachteil linsenbestückter Vorrichtungen nicht auf, da die optischen Elemente nicht von dem Beobachtungsstrahlengang durchsetzt werden und eine schädliche Beeinflussung des Materials der optischen Elemente durch die abzuschirmende Strahlung sich nicht auf dem Beobachtungsstrahlengang auswirken kann. Diese bekannte Vorrichtung hat jedoch den Nachteil eines mit zunehmender Strahlenganglänge schnell abnehmenden Gesichtsfeldes der Gesamtvorrichtung.

Die Erfindung betrifft somit eine brennpunktslose

optische Vorrichtung für ein System zur Beobachtung eines strahlungsgefährdeten Raums, mit einer in einer Abschirmwand eingelassenen rohrartigen Fassung, in welcher zwischen Schutzschirmen aus einem für die schädliche Strahlung undurchlässigen Material der Strahlengang mehrfach geknickt verläuft, mit Umlenkspiegeln an den Eckpunkten des Strahlengangs.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile bekannter Anordnungen ist bei einer derartigen Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgesehen, daß, in Lichtrichtung gesehen, auf der Eintrittsseite ein um die horizontale Achse drehbarer Planspiegel angeordnet ist, daß sich im Abstand von ~- cos / von

der Eintrittspupille ein erster Zylinderspiegel an einem Eckpunkt des geknickten Strahlengangs befindet, daß in jeweiligen Abständen von ■—-cos i weitere Zylinderspiegel an den Eckpunkten des

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Strahlengangs angeordnet sind, daß die Anzahl der Zylinderspiegel geradzahlig ist, daß der Abstand des letzten Zylinderspiegels von der Austrittspupille -φ- cos i beträgt und daß an den übrigen Eck-Fassung 1 ist in einen Schutzmantel 2 aus einem entsprechenden Material eingesetzt, welcher seinerseits in die Wandung P eingebettet ist. Die Fassung 1 und der Mantel 2 weisen beide Abstufungen 3 und 4 auf, die in der Weise zusammenwirken, daß längs ihres gesamten Umfangs eine vollständige Abhaltung der aus dem Raum C in Richtung auf den Raum O austretenden Strahlung gewährleistet ist. Solche Anordnungen sind bekannt.

Im Inneren ist die Fassung 1 an ihrer Oberseite mit Schirmen 5 und 6 aus einem geeigneten Stoff sowie mit gegenüber diesen versetzten Schirmen 7 und 8 an der Unterseite aus dem gleichen Material versehen.

Mit 21, 9, 10 und 11 ist ein Satz von Spiegeln bezeichnet, die in der Fassung! angeordnet sind und so zusammenwirken, daß die von einem zu beobachtenden Gegenstand im Raum C ausgehenden, in Richtung des Pfeiles/ verlaufenden Lichtstrahlen

binokulare Beobachtung ermöglicht wird.

Außerdem werden durch die Verwendung von Zylinderspiegeln neben Aberrationsfehlern auch astigmatische Fehler vollkommen ausgeschaltet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Beobachtungsvorrichtung, beispielsweise zwei Zylinderspiegel von gleichem Krümmungsradius aufweisen, zwischen denen beispielsweise drei Planpunkten Planspiegel angeordnet sind.

Durch diese Einschaltung von paarweise zugeordneten Zylinderspiegeln in der genannten brennpunktslosen Anordnung wird eine Übertragung der am Ort des Beobachters an der Ausgangsseite der Vorrichtung befindlichen Austrittspupille in eine an der Eingangsseite der Vorrichtung gelegene Eintrittspupille und damit ein großes Gesichtsfeld, bezogen auf die tatsächliche Strahlengangslänge, erreicht. Da ausschließlich auf Reflexion beruhende optische Elemente verwendet werden, werden gleichzeitig die genannten Nachteile linsenbestückter Anordnungen vermieden.

Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß bei entsprechend großer Bemessung der Zylinderspiegel in 20 auf einen ebenfalls in der Fassung 1 angeordneten Richtung der Zylinderachse in einfacher Weise eine Zylinderspiegel 12 gerichtet werden.

Der Zylinderspiegel 12 reflektiert das Lichtbündel auf einen zweiten Zylinderspiegel 13 gleicher Brennweite, und zwar mittels Planspiegeln 14, 15, 16; diese Planspiegel 14,15,16 und der Zylinderspiegel 13 sind ebenfalls in irgendeiner geeigneten Weise in der Fassung 1 angeordnet.

Die Einfallswinkel i des Lichtbündels auf den Spiegeln 12 und 13 sind gleich und betragen im bespiegel vorgesehen sind, welche den Beobachtungs- 30 schriebenen Fall 45°.

strahlengang in gewünschter Weise umlenken und Man erkennt, daß das Lichtbündel gemäß / ge-

die erforderliche Bildaufrichtung ergeben. brachen nacheinander um die Schirme 5, 7, 6 und 8

Nach einer anderen Ausführungsform kann die herum verläuft. Die Länge des Lichtwegs der Richtvorrichtung beispielsweise sechs aufeinanderfolgend strahlen zwischen den Spiegeln 12 und 13 beträgt an den Ecken eines sägezahnförmig gebrochenen 35 2T = R cos i, worin R den Krümmungsradius der Strahlengangs angeordnete Zylinderspiegel aufweisen, Spiegel 12 und 13 bedeutet und auf einen entfernten

Gegenstand, der praktisch als im Unendlichen liegend betrachtet werden kann, eingestellt ist.

Die beschriebene Vorrichtung weist Eintritts- und Austrittspupillen 17 bzw. 18 an der Stelle des Ein-.tritts bzw. des Austritts des Lichtbündels auf. Diese Pupillen sind für jeden der Zylinderspiegel in einer

Entfernung von T = -y cos i angeordnet, wobei die

außer dem Planspiegel an der Eintrittsseite nur ein 45 Symbole T, R und / die gleiche Bedeutung wie oben

weiteres Planspiegelelement an der Austrittsseite haben.

erforderlich ist. Die Spiegel 12 und 13 können so angebracht sein,

Weiter kann nach einer vorteilhaften Ausführungs- daß ihr obenerwähnter Abstand 2Γ veränderbar ist,

form vorgesehen sein, daß die gesamte Spiegel- um eine Einstellung auf nähergelegene, nicht im

anordnung um eine vertikale Achse schwenkbar ange- 50 Unendlichen befindliche Gegenstände zu ermög-

ordnet ist; hierdurch wird eine panoramische Aus- liehen,

bildung der Beobachtungsvorrichtung erzielt. Die beschriebene optische Vorrichtung weist

Aus Dichtungsgründen kann das gemäß der ferner ein Verschlußbullauge 19 auf der Seite des

Erfindung ausgebildete Gerät auf der Seite des Beobachtungsraums O auf. Man kann auch, falls

Beobachters mit einem Verschlußteil nach Art 55 dies für erforderlich gehalten wird, die Fassung 1

eines Bullauges zusätzlich versehen werden. an der Seite des strahlungsverseuchten Raums C

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung mit einem Bullauge 20 verschließen; in diesem Fall

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von wird eine Heizvorrichtung für dieses Bullauge 20

drei Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung, vorgesehen, damit dieses sich nicht unter der Ein-

deren Fig. 1 bis 3 je eine Ausführungsform der 60 wirkung der Strahlung verdunkelt; in der Zeichnung

Erfindung in Längsschnittdarstellung zeigen. ist eine derartige Heizvorrichtung nicht eigens dar-

wobei außer dem Eintrittsspiegel an der Eintrittsseite der Vorrichtung an der Austrittsseite zwei weitere Planspiegel zur Umlenkung und Erzielung eines aufrechten Bildes vorgesehen sind.

Alternativ kann die Vorrichtung beispielsweise vier aufeinanderfolgend an den Ecken eines sägezahnförmig gebrochenen Strahlengangs angeordnete Zylinderspiegel aufweisen, wobei in diesem Falle

g gg g

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist in eine Mauer oder Wandung P, beispielsweise aus Beton, eingelassen, welche einen strahlungsverseuchten Raum C von einem Beobachtungsraum O trennt.

Diese Vorrichtung weist eine Fassung 1 aus einem Material auf, das zur Abhaltung der aus dem Raum C kommenden Strahlung geeignet ist; diese gestellt.

Es sei bemerkt, daß die beschriebene optische Vorrichtung panoramisch ausgebildet werden kann: a) in vertikaler Richtung, indem man den Eingangsspiegel 21 in der durch den Doppelpfeil g angedeuteten Weise um eine horizontale Achse beweglich gestaltet; b) in horizontaler Richtung, indem man

für die Gesamtheit der Spiegel eine um eine vertikale Achse bewegliche Lagerung vorsieht. Diese beiden Beweglichkeitsarten können nebeneinander und unter Zuhilfenahme beliebiger geeigneter mechanischer Vorrichtungen vorgesehen sein, welche in bekannter Weise, gegebenenfalls durch Fernsteuerung, steuerbar sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung weist eine röhrenförmige Fassung 22 von rechteckigem Querschnitt aus einem Material auf, das zur Abhaltung gefährlicher Strahlung geeignet ist, welche von einem Raum C ausgeht, der von dem Beobachtungsraum O durch eine Wandung P, beispielsweise aus Beton, getrennt ist. Die Fassung 22 kann entweder fest in der Wandung P angeordnet sein oder mittels eines ■Mantels aus einem geeigneten Metall oder ähnlichem Material, in welchen die Fassung herausnehmbar eingeschoben ist.

An zwei gegenüberliegenden Wandungen ist die Fassung 22 mit Schirmen 24 bis 29 aus einem beliebigen Material versehen, das zur Abhaltung der aus dem Raum C kommenden gefährlichen Strahlung geeignet ist.

Zwischen den Schirmen 24 bis 29 verbleibt ein Durchgang in Form von Sägezähnen, deren Seiten symmetrisch mit einem Winkel von 45° in bezug auf die Hauptachse der Fassung 22 verlaufen.

Mit 30 ist ein Planspiegel bezeichnet, der in der Mündung der Fassung 22 auf der Seite des Raums C angeordnet ist; 31 bis 36 bezeichnen eine Reihe von Zylinderspiegeln, welche aufeinanderfolgend das Lichtbündel aufnehmen und reflektieren, das in der allgemein durch den Pfeil/ angedeuteten Richtung auf den Planspiegel 30 auffällt und von diesem sodann auf den ersten Zylinderspiegel 31 reflektiert wird. Am Ausgang der Fassung 22 sind nach dem letzten Zylinderspiegel 36 und hinter dem Schirm 29 zwei Planspiegel 37 und 38 vorgesehen, welche das Bild in die Beobachtungsrichtung, beispielsweise gemäß dem Pfeil/rechts in Fig. 1, umlenken. Der Verlauf der ₊₀ Lichtbündelachse ist zwischen dem Eintrittspfeil/ und dem Ausgang strichpunktiert dargestellt und hat, wie ersichtlich, Sägezahnform.

Der Spiegel 30 ist in Richtung des Doppelpfeils g schwenkbar angeordnet.

Bezeichnet man mit R und R! die Krümmungsradien zweier einander gegenüberstehender Zylinderspiegel und mit i den gemeinsamen Einfallswinkel des auf diese Spiegel auftreffenden Lichtbündels, so beträgt der Abstand zwischen diesen Spiegeln, längs dem strichpunktiert angedeuteten Lichtweg

R-R'
gemessen, ~— cos z; für R = R' wird dieser

Abstand daher gleich R cos i; im vorliegenden Fall, wo i = 45° ist, beträgt die Entfernung zweier einander gegenüberstehender Zylinderspiegel = R cos 45° (wie in Fig. 1).

Die in Fig. 3 dargestellte brennpunktslose Vorrichtung entspricht der in Fig. 2 gezeigten; sie unterscheidet sich von dieser einerseits dadurch, daß sie im Inneren ihrer Fassung 39 nur vier Zylinderspiegel 31 bis 34 aufweist, zum anderen dadurch, daß die zwischen den Schirmvorrichtungen 40 bis 43 verbleibenden Durchtritte unter einem Winkel von 30°, bezogen auf die Symmetrieebenen der Zylinderspiegel, d. h. von 60°, bezogen auf die obere bzw. untere Wandung der Fassung 39 in Fig. 3, verlaufen. Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gelangt das aus der strahlungsverseuchten Zone C kommende Strahlungsbündel in Richtung des Pfeiles/ zunächst auf den Spiegel 30; am Ausgang wirft ein Totalreflexionsprisma 44 das Lichtbündel in Richtung des Pfeils / auf einen Beobachter oder ein angeschlossenes Gerät in der Zone O, rechts in Fig. 3.

Man erkennt, daß man durch geeignete Wahl des Öffnungswinkels in Abhängigkeit von dem durch die Schirme der Ausführungsbeispiele nach Fig. 2 und 3 gebildeten Flächenwinkel die Erfindung in einfacher Weise jedem besonderen Fall anpassen kann.

Die Erfahrung zeigt, daß sich mit den in Fig. 2 und 3 beschriebenen Vorrichtungen ein größeres Beobachtungsfeld und ein besserer Schutz als mit der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform erzielen läßt. Obwohl dies nicht eigens dargestellt ist, weisen die Vorrichtungen nach den Fig. 2 und 3 allgemein Blenden auf, welche am Eingang und am Ausgang des Beobachtungslichtbündels reelle oder virtuelle Pupillen bilden, wobei diese Pupillen in einem

Abstand von T = -^- cos i von dem nächstgelegenen

Zylinderspiegel angeordnet sind; T, R und i haben dabei die gleiche Bedeutung wie oben.

Selbstverständlich ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres verschiedene Möglichkeiten der Abänderung der beschriebenen Ausführungsbeispiele. Ferner können die brennpunktslosen Vorrichtungen gemäß der Erfindung entweder allein oder in Verbindung mit Bild- oder Strahlungsregistrierapparaten, wie beispielsweise Teleskop- und Fernrohranordnungen, elektronische Registriergeräte, photoelektrische Zellen u. dgl., Anwendung finden.

Ebenso ist für den Fachmann ohne weiteres die Möglichkeit gegeben, die beschriebenen optischen Vorrichtungen mit einer geeigneten Einstell- bzw. Justiervorrichtung zu versehen, insbesondere zur Regelung des Strahlenverlaufs zwischen den beiden Zylinderspiegeln.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Brennpunktslose optische Vorrichtung zur Beobachtung eines strahlungsgefährdeten Raums, mit einer in einer Abschirmwand eingelassenen rohrartigen Fassung, in welcher zwischen Schutzschirmen aus einem für die schädliche Strahlung undurchlässigen Material der Strahlengang mehrfach geknickt verläuft, mit Umlenkspiegeln an den Eckpunkten des Strahlengangs, dadurch ge kennzeichnet, daß in Lichtrichtung gesehen auf der Eintrittsseite ein um die horizontale Achse drehbarer Planspiegel (21 in Fig. 1, 30 in Fig. 2 und 3) angeordnet ist, daß sich im Abstand von

-~ cos ζ von der Eintrittspupille ein erster

Zylinderspiegel (12 in Fig. 1, 31 in Fig. 2 und 3; Re = Radius des ersten Spiegels; i = Einfallswinkel) an einem Eckpunkt des geknickten Strahlengangs befindet, daß in jeweiligen Abständen von —~—- cos i weitere Zylinderspiegel (13 in Fig. 1, 32 bis 36 in Fig. 2, 32 bis 34 in Fig. 3, Ri, R% = Krümmungsradien aufeinanderfolgender Spiegel) an den Eckpunkten des Strahlengangs angeordnet sind, daß die Anzahl der Zylinderspiegel geradzahlig ist, daß der Abstand des letzten Zylinderspiegels (13 in

Fig. 1, 36 in Fig. 2, 34 in Fig. 3) von der Austrittspupille ~ cos i beträgt (Rl = Radius des

letzten Spiegels) und daß an den übrigen Eckpunkten Planspiegel angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Zylinderspiegel (12,13) vom gleichen Krümmungsradius aufweist, zwischen denen drei Planspiegel (14,15,16) vorgesehen sind (Fig. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Spiegelanordnung um eine vertikale Achse schwenkbar angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Gebrauchsmuster Nr. 1768 375, 741 384;

USA.-Patentschriften Nr. 2 594 970, 2 218 270; französische Patentschrift Nr. 1 197111; Reactor Handbook, Engineering, 1955, McGraw Hill Verlag London, S. 890 bis 903;

Chemical Processing and Equipment, 1955, ίο McGraw Hill Verlag London, S. 105, 109 bis 111; Nucleonics, 13 (1955), S. 80/81.

In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1 097 173.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen