DE1472267A1

DE1472267A1 - Axialsymmetrische Lichtfuehrungseinrichtung

Info

Publication number: DE1472267A1
Application number: DE19651472267
Authority: DE
Inventors: Ploke Dr Martin
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1965-06-16
Filing date: 1965-06-16
Publication date: 1969-12-04

Description

Axialsymmetrische Lichtführungseinrichtung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen, eine erste Blendenöffnung durchsetzenden Lichtstrom mittels spiegelnder Flächen möglichst verlustarm so weiterzuleiten, daß er eine zweite Blendenöffnung durchsetzt. Diese zweite Blendenöffnung kann beispielsweise die Fläche eines physikalischen Empfängers sein. In diesem Fall muß also der die erste Blendenöffnung durchsetzende Lichtstrom so weitergeleitet werden, daß er nur auf die Empfängerfläche trifft.
Solche Empfänger sind zumeist dafür eingerichtet, Halbraumstrahlung aufzunehmen, d. h. die Empfängerfläche kann durch Strahlung erregt werden, die unter Neigungswinkeln bis zu 90o einfällt. Es kommt also in diesem Fall darauf an, das von einer Lichtquelle oder einer leuchtenden Fläche kommende Licht so auf die Empfängerfläche weiterzuleiten, daß die auftreffende Strahlung eine möglichst große Apertur hat. Im Idealfall müßte die auftreffende Strahlung als Halbraumstrahlung vorliegen.
Die mit physikalischen Empfängern im UV, Sichtbaren und Infraroten erreichbare Nachweisgrenze kann im allgemeinen durch Verklelnerung der Empfängerfläche verbessert werden. Es liegt hier also das Problem vor, eine von einer Lichtqcielle oder leuchtenden Fläche ausgehende Strahlung auf eine möglichst kleine Empfängerfläche weiterzuleiten. Diese Fläche kann, bedingt durch den Energiesatz eine gewisse Größe nicht unterschreiten. Man muß also die zur Weiterleitung des Lichtes von der Lichtquelle zum Empfänger dienende Vorrichtung unter Beachtung des Energiesatzes aufbauen.
Es ist, @zweckmäßig die Strahlung nicht durch Luft, sondern durch einmaterielles Medium zur Empfängerschicht zu leiten. Bei Benutzung eines Mediums mit der Brechzahl n vergrößert sich die erreichbare Strahlungsdichte um den Faktor n2, so daß die Empfängerfläche entsprechend verkleinert werden kann, bzw. die Strahlung in gleichem Maße stärker konzentriert zur Einwirkung kommen kann. Eine Lichtführungseinrichtung muß demzufolge auch als Immersionssystem ausgebildet werden können.
Es ist bekannt, einen physikalischen Empfänger mit einer halbkugelförmigen Linse aus Germanium (n = 4) zu verkitten. Die von einer Lichtquelle ausgehende Infrarotstrahlung wird durch die vordere Linsenfläche gebrochen und gelangt mit einer vergrößerten Apertur zur Empfängerfläche. Diese Apertur kann jedoch nicht überein gewisses Maß hinaus vergrößert werden, insbesondere ist es unmöglich Halbraumstrahlung zu erreichen. Die Lichtkonzentration.mittels einer Linse oder eines Linsensystems hat ferner den grundsätzlichen Nachteil, daß solche Systeme relativ kompliziert aufgebaut sein müssen, wenn sie mit einem guten Wirkungsgrad arbeiten sollen.
Es ist auch bekannt, zur Konzentration eines Lichtbündels atit' eine %pfängerfläche einen Lonus mit verspiegelter Mantelfläche . zu verwenden, beidem am Ort der Lichteintrittsfläche eine Feldlinse angeordnet ist. Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß sie prinzipielle Abbildungsfehler aufweist und demzufolge die Erreichung von Halbrauinstrahlung nicht ermöglicht. Weiterhin ist in vielen Fällen, insbesondere in der Infrarottechnik die Feldlinse störend, da sie Strahlung absorbiert.
Die hichtfrungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung vermeidet die Nachteile der bekannten Einrichtungen und bringt eine ganze Reihe von Vorteilen mit sich. Insbesondere erfüllt sie alle die eingangs gestellten Forderungen und ist dennoch einfach aufgebaut. Darüberhinaus kann sie zur Lösung einer Vielzahl von Problemen dienen.
Die vorliegende Erfindung betrifft damit eine axialsymmetrische Lichtführungseinrichtung zi#r Aufnahme und verlustarmen Weiterlei-tung eines eine erste Blendenöffnung durchsetzenden Lichtstrohes. Sie besteht aus einer Lichteintrittsfläche, einer asphäriscäen, spiegelnd oder total reflektierenden Mantelfläche und einer Licataustrittsfläche. Gemäß der Erfindung ist die Lantelfläche nach den Regeln der Auffindung asphärischer Flächen so ausgebildet,. daB sie in Meridianschnitt den Rand der ersten Blenderöffnung; auf den, auf derselben Seite der Achse gelegenen Rand einer zweiten, auf die Lichtaustrittsfläche folgenden Blendenöffnung abbildet, wobei für jeden Lichtstrahl die optische Weglänge von einer Blendenöffnung zur nächsten gleich groß ist. Durch die neue Lichtführungseinrichtung wird das die erste Blendenöffnung durchsetzende Licht, abgesehen von Reflexionsverlusten, verlustfrei in die zweite Blendenöffnung weitergeleitet. lrgendwelchdg Linsen sind im allgemeinen nicht er- _ fbrderlich, was sich insbesondere in der Infrarottechnik vorteilhaft auswirkt. Die Reflexionsverluste sind außerordentlich gering" da im 1eridianschnitt einfallende Lichtstrahler. nach zumeist höchstens einmaliger Reflexion von der ersten zur zweiten Blendenöffnung gelangen.
Die neue Lichtführungseinrichtung kann als VorwärtsspieGel eingesetzt werden, d.h. sie erlaubt die Weiterführung des durch die erste Blendenöffnung tretenden Lichtes in die zweite Blendenöffnung - die beispielsweise die Empfängerfläche sein kann - ohne Umlenkung des iDtrahleil`ang-es. Zudem kann die neue Lichtführungseinrichtung besonders vorteilhaft im Bereich größerer Aperturen eingesetzt werden, so da(j hier ein einfaches Bauelement zur Verfügung steht.
Es ist zwar schon ein aus einer Lichteintrittsflüche einer asphärischen Lantelfläche und einer Lichtaustrittsfläclie bestehender Körper bekannt, doch dient dieser dazu die Dispersion der austretenden Strahlung zu verhindern. Da somit sein Verwendungszweck von.dem der Lichtführungseinrichtung nach der Erfindung abweicht, ist auch seine Mantelfläche nach einem anderen Prinzip ausgebildet und@demzufolge anders geformt. Die neue Lichtführungseinrichtung kann vorteilhaft so ausgebildet werden, daß@eine der Blendenöffnungen mit der Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche zusammenfällt. Sie kann in diesem Fall vor allem dazu verwendet werden, die Apertur eines Lichtbündels zu verändern und insbesondere in Halbraumstrahlung umzuformen. Fällt die zweite Blendenöffnung mit der Lieh :austrittsfläche zusammen, so ist es besonders vorteilhaft (.i ie Empfängerfläche dire'lct auf die Lichtaustrittsfläche aufzusetzen. Das in seiner Apertur geänderte Lichtbündel verläßt die Lichtführungseinrichtung mit dem kleinstmöglichen Querschnitt, der nach dem Energiesatz noch möglich ist. Demzufolge mann eine möglichst kleine Empfängerfläche gewählt werden, die rudern roch mit Halbraumstrahlung beaufschlaöt wird.
Es ist auch möglich, daß eine der beiden Blendenöffnungen im Unendlichen liegt. In diesem Fall trifft also Licht aus einem t,#?.:zentrischen Strahlengang bestimmter Apertur auf die T,i.c!i`.fi:.rungseinrichtung auf, die dieses Licht beispielsweise i n '"-#ibr#aumstrah.iung umwandelt.
B( l. der ;reuen Lichtführungseinrichtung sind aus energetischen Gründen die ßlendenöffnungen sowie die Lichteintritts- und LichtauLtrittsöffnung symmetrisch und unter sich geometrisch ähnlich und die Größen der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen sowie der Blenden verhalten sich in den mittleren Symmetrieebenen umgekehrt wie die effektiven Aperturen der sie durchsetzenden Lichtbündel. Als effektive Apertur ist hier der Ausdruck definiert (o( = halber Aperturwinkel des durch die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche tretenden Strahlenbündels, = halber öffnungswinkel des von einem Punkt der zugeordneten Blendenöffnung ausgehenden, durch die Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche tretenden Strahlenbündels.) In manchen Fällen ist es vorteilhaft eine Lichtkonzentration in mehreren Stufen vorzunehmen. In der ersten Stufe wird das Licht beispielsweise mittels eines Objektivs oder eines Teleskopspiegels auf eine bestimmte Apertur verdichtet. Am Bildort ist dann eine Lichtführungseinrichtung angeordnet, die beispielsweise die Umformung in Halbraumstrahlung (relative Apertur in Luft 1 : 0,5) bewirkt. Sofern Empfänger benutzt werden, die sich für den Betrieb mit Imme-sionsoptik eignen, kann sich an die Lichtführungseinrichtung als dritte Stufe ein Immersionskörper der Brechzahl n anschließen, der die relative Apertur auf den Wert 1 : 0,5/n bringt.
Die neue Lichtführungseinrichtung kann als Spiegelkammer oder als Körper ausgebildet sein. Im letzteren Fa!1 ist es herstellungstechnisch relativ einfach von einem Musterkörper durch Gieß-und/oder Abdrucktechnik auf einfache Weise eine beliebige Anzahl gleicher Körper herzustellen. Auch Spiegelkammern sind auf diese Weise relativ einfach herzustellen, so daß die neue Lichtführungseinrichtung also sehr wenig aufwendig ist. Die Lichtführungseinrichtung kann in einer Vielzahl von Fällen Anwendung finden. So z.B., wie schon erwähnt, in der Infrarottechnik. Ein Spektralphotometer für das Infrarotgebiet kann zweckmäßig mit der neuen Lichtführungseinrichtung ausgerüstet werden. Man erreicht dabei eine Empfindlichkeitssteigerung um etwa den Faktor 2. Damit können bei vorgegebener Empfindlichkel die Lineardimensionen des Gerätes wesentlich verkleine.-t werden, was eine beträchtliche Verbilligung bedeutet. Auch bei Belichtungsmessern kann die neue Lichtführungseinrichtung vorteilhafte Anwendung finden. Sollen sehr kleine Lichtmengen gemessen werden (Dämmerungs-Belichtungsr:-sser) so ist normalerweise die Anzeige recht träge. Verwend @- man die Lichtführungseinrichtung, so wird eine höhere Beleuchtungsstärke des Empfängers erreicht. Dadurch nimmt seine Trägheit ab und man erreidht eine wesentlich schnellere Anzeige.
Die Lichtführungseinrichtung nach der Erfindung kann über einen großen Spektralbereich Anwendung finden. So liegt eine wesentliche Anwendung im Infrarotbereich bis hin zu großen Wellenlängen. Auch für Radiowellen im cm- und dm-Bereich kann die Lichtführungseinrichtung noch Anwendung finden.
Weitere Anwendungen ergeben sich in Verbindung mit Lichtquellen. So kann z.B. eine Lichtführungseinrichtung in Verbindung mit einem Objektiv dazu dienen, die Strahlung einer lumineszierenden Fläche quantitativ einem Seintillationszähler zuzuführen. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren 1 - 7 näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. la , einen Schnitt durch eine Lichtführungseinrichtung; Fig. 1b den Schnitt der Fig. la mit der Eintragung der zum Verständnis der weiter unten angegebenen Formeln notwendigen Größen; Fig. 2 einen Schnitt durch eine Lichtführungseinrichtung, bei welcher die zweite Blendenöffnung mit der Lichtaustrittsfläche zusammenfällt; Fig. 3 einen Schnitt durch eine Lichtführungseinrichtung, bei welcher die erste Blendenöffnung im Unendlichen liegt und die zweite Blendenöffriung mit der Lichtaustrittsfläche zusammenfällt; Fig. 4 a - f die in Fig..3 dargestellte Lichtführungseinrichtung beim Einfall von Strahlenbündeln verschiedener Neigung; Fig. 5 eine als Körper ausgebildete Lichtführungseinrichtung, welche mit einer am Ort der Lichtern-. trittsfläche angeordneten Feldlinse einen einheitlichen Körper bildet; Fig. 6 eine als Körper ausgebildete Lichtführungseinrichtung zum Überführen von Halbraumstrahlung in Immersions-Halbraum-Strahlung; Pig. 7a und b Schnitte durch eine als Spiegelkammer ausgebildete Lichtführungseinrichtung, die zur Weiterleitung von durch eine rechteckige Blende tretendem Licht auf eine quadratische Fläche dient.
`In Fig. 1 ist mit 1, eine erste und mit 2 eine zweite Blenden-- öffnung bezeichnet. Zwischen diesen ist in Luft eine Spiegelkammer 3 angeordnet. Diese weist eine Lichteintrittsfläche 4, eine asphärische Mantelfläche 5 und eine Lichtaustrittsfläche 6 auf. Im dargestellten Meridianschnitt sind die Mantellinien der Spiegelkammer 3 Ellipsen mit den Brennpunkten F1, F2 für die untere und F3, F4 für die obere Ellipse. ,.
Von den Eckpunkten F1 und F3 der Blende 1 gehen Lichtstrahlen aus, welche die Lichteintrittsfläche 4 ausfüllen und den Winkel 2 @1 einschließen. Verfolgt man den gestrichelten Kreis durch die..Punkte F,, F2 und die Eckpunkte der Lichteintrittsfläche 4, so erkennt man, daß z.B. die von F1, F2 zum oberen oder unteren Eokpunkt von 4 gehenden Strahlen den Winkel 2v1 einschließen. Nach Durohtritt des Lichtes durch die Spiegelkammer 4 schließen die zu den Blendeneckpunkten F3, F4 gehenden Strahlen den Winkel 2 p 2 ein. Die durch die Punkte F3, F4 zum oberen oder unteren Eckpunkt der Lichtaustrittsfläche 5 gehenden Strahlen schließen den Winkel 2d2 ein.

In Fig. 1b sind nur zwei Randstrahlen eingezeichnet, die wegen der Ellipsenform der Mantellinien der Spiegelkammer 3 zwischen F1 und F2 die gleiche optische Länge besitzen müssen. Daraus folgt ohne weiteres tür die Strecken x1 und x2: xj s aca Drückt man diese Strecken durch andere Parameter aus, so kommt . man schließlich zu der Formel

Für einen-ideal abbildenden Optikkörper, der ein telezentrisches

Strahlenbündel ( il = o) mit dem Öffnüngswinkela(1 in ein tele-

zentrisches Strahlenbündel (@2@ = o).mit dem Öffnungswinkel0( 2

umwandelt und dessen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsflächen

Kreisflächen mit den Radien al und a2 sind, gilt der Energie-

satz in der Form

a1 sind = n # a2 , sin 0(2

In Luft gilt: a1 sind = a@ sind- 2 (2)

Ein Vergleich,der Formeln (1) und (2) zeigt, daß bei einem

endlichen Winkel @.! der Ausdruck sind erse tzt werden mu8 durch

sinat/QOB//t . Analog zu der bekannten Definition der relativen

Apertur eines Objektive

1 : k m 2n ein oE.

läßt sich also bei endlichem Winkel /? eine effektive Apertur

definieren durch

Ein Vergleich der Formeln (1) und (2) zeigt ferner, daß für

die Lichtführungseinrichtung nach Fig. 1 dem Energiesatz in der

weise Rechnung zu tragen ist, daß der endliche Winkel be-

rückeichtigt»werden mu8, wie dies in Formel (1) angegeben ist.

Bei der Lichtführungseinrichtung nach lig. 1 sind die öffnungep

bi und b2 der Blenden und a1 und a2 der Kammer 3 durch folgende Gleichungen verknüpft: Für die Längenabmessungen gilt: 11 s (a1 + b1) cot (d i +fl1) 12 = (a1 + a2) cot (c< l -,#1) 13 = (a2 + b2) c o t (d 2 +J/f2) Bei Vorgabe von b1, b2, 11 und a1 und unter der Voraussetzung b1 > a1 sind also in den durch den Energiesatz gegebenen Grenzen sämtliche anderen Größen bestimmt. Die Form der Ellipsen kann zeichnerisch leicht aus der Bedingung der Konstanz des Lichtwegen der Strahlen zwischen F1, F2 bzw. F3, F4 bestimmt werden. In Fig. 2 ist mit 7 ein Objektiv bezeichnet, das in der Bildebene Licht auf die Apertur 1 : 1,2 verdichtet. Mit 8 ist eine Spiegelkammer bezeichnet, welche eine asphärische Mantelfläche 9 aufweist. Die erste Blendenöffnung fällt hier mit der Austrittspupille 10 des Objektivs 7 zusammen, während die zweite Blendenöffnung mit der Lichtaustrittsfläche 11 der Spiegelkammer 8 zusammenfällt. Die Spiegelkammer 8 formt das eintretende Licht in Halbraumstrahlung (o(2 - 900) um, d. h. sie bewirkt eine weitere Lichtverdichtung auf die Endapertur in Luft 1 : 0,5. Ein Empfänger wird gegebenenfalls direkt an die Lichtaustritts=

fläche 11 gelegt. Sofern Empfänger benutzt werden, die sich

f& den Betrieb mit Immersionsoptik.eignen, kann sich an die

Spiegelkammer 8 als dritte Stufe ein Immersionskörper der Brech-

gahl in anschlieBer4 der die Apertur vom Wert 1 :-0,5 auf den

Wert 1 : 0,5/n bringt. Wahlweise kann aber auch der Immersions-

körper so ausgelegt werden, daB er die Funktion der Spiegel-

kammer mi tUbernimmt.

Fig. 3 zeigt eine Spiegelkammer 12, bei welcher die erste

Blendenöffnung im Unendlichen liegt und die zweite Blenden-

Öffnung mit der Lichtaustrittsfläche 14 zusammenfällt. Auf

die Lichteintrittsfläche 15 fällt also ein unter dem Winkeid

einfallendes, paralleles Strahlenbündel, das im dargestellten

Meridiansehnitt auf den Eckpunkt E der Lichtaustrittsfläche 14

konzentriert wird. Das unter dem Winkelo(l einfallende Licht

wird in ein Bündel mit dem maximalen üffnungswinkel 4( 2 = 90o

(Sndapertur in Luft 1 : 0,5) verwandelt.

Die Spiegelkammer nach Fig. 3 ist ein Spezialfall der Spiegel-

kamer nach Fig. 1 und zwar für den Sonderfall fli = o,

92 = 90 -0(2 = o. Unter diesen Bedingungen wird bi =CO

,

b2.= a2,t7@2 = 90o. Die Gleichung (1) geht über in

a2 = a1 sind.

t

Ferner wird 11 =C» und 13 = o. Die Gleichung für 12 geht

aber in

12 = (ai + a2) cot 0C1

und die Mantellinien 13 entarten in Parabeln, wobei im einge-

zeichneten u, v-Koordinaten system die obere Mantellinie die Gleichung v2 - 2pu

hat. Da die untere Mantellinie symmetrisch zur Mittellinie liegt,

sind.durch diese Gleichungen alle Abmessungen festgelegt.

Um die Lichtkonzentrationseigensehäften der Spiegelkammer nach

Fig. 3 deutlich zu machen, sind in den Fig. 4 a - f die Strahlen-

gänge im Meridiansehnitt für verschiedene Neigungen des ein-

fallenden Parallelstrahlenbündels dargestellt. Aus Gründen der

Übersichtlichkeit sind beim Neigungswinkel o(- 400 ein Teil der

Strahlen in Fig. 4e und ein anderer Teil in Fig. 4f dargestellt.

Die Spiegelkammer ist für einen Aperturwinkel v(1 = 30o ausge-

legt. Man sieht, daß die Spiegelkammer für Neigungswinkel

0o - 30o. lichtdurchlässig ist, für größere Neigungswinkel

jedoch als Reflektor wirkt. Weiter ist zu sehen, daß an der

Lichtaustrittefläche Neigungswinkel bis zu c# 2 m 900 vorkommen.

Der Neigungswinkel 0( 1=#30 o spielt also die Rolle eines Orenz-

winkeln.

Die Spiegelkammer -hat demnach die, Eigenschaft aus einem

Strahlungsfeld, la.dem:alle möglichen Winkel vorkommen, nur

Lichtstrahlen mit Neigungswinkeln bis zu 30o herauszuechnelden.

Sie wirkt somit als Aperturbegrenzerund verdichtet Lichtbündel

der Grenzapertur auf Hdlbraumstrahlung. Diese Eigenschaften

machen die Spiegelkammer beispielsweise als Vorsatzoptik für

einen Belichtungsmesser geeignet, der maximal den halben Bild-

winkel 0(1 - 300 besitzen soll. Zugleich hat die Spiegelkammer

die Eigenschaft, das Licht auf die im Verhältnis zur Lichtein-

trittsfläche kleinstmögliche Lichtaustrittsfläche zu verdichten.

Bemerkenswert ist, daß im Durchlaßbereioh die eindringenden

Strahlen im allgemeinen nur einmal an der Wandung der Spiegel-

kammer reflektiert werden. Lediglich einige wenige parallel

oder nahezu parallel zur Achse einfallenden Strahlen sowie

vermutlich auch windschiefe Strahlen erleiden mehr als eine

Reflexion. Bei der Reflexion etwa vorkommende Lichtverluste

treten in geringerem Maße auf, wenn die Mantelfläche total

reflektiert. Dies ist der Fall, wenn die Spiegelkammer durch,

einen Körper aus einem durchsichtigen Material der Brechzahl n

ersetzt wird.

Solche Körper können im Meridianaehnitt Mantellinien aufweisen,

die s.B. teils aus Geraden teils aus Parabeln bestehen.

Materielle, durchsichtige Körper sind wegen der Brechung des

Lichtes im allgemeinen schlanker als Spiegelkammern. Abhilfe

gegen zu große Baulänge schafft. die Vereinigung des Körpers

mit einer Feldlinse, die sich auf der Seite der kleineren

Apertur befindet. ..

Bin solcher Körper 16 ist in Flg. 5 dargestellt.' Die Licht-

eintrIttgfläche 17 hat Kugelgestalt und ist so stark gekrtimmt,

daß sie die unter dem ürerizwinkela£1 einfallenden Liehtatrahlen

gerade roch aufnimmt. Die nach den Methoden zur Auffindung asphärischer Flächen ermittelten Mantellinien sind angenähert Geraden. Das einfallende Licht wird auf die Endapertur von 0,5 verdichtet. An die Lichtaustrittsfläche 18 schließt sich hier ein Lichtleitstab 19 an. Damit der Körper in Jedem Falle seine Funktion erfüllt, muß seine Mantelfläche an den Stellen, an denen sie nicht totalreflektierend wirkt, mit r einem.-rpiegelbelag versehen sein. Dies gilt insbesondere auch für den an den Körper anschließenden Lichtleitstab 19.

Fig. 6 zeigt einen zum Überführen von Halbraumstrahlung in Immersions-Halbraumstrahlung dienenden Körper 20. Dieser Körper weist parabeltörmige Mantellinien 21 auf. An die Lichtaus- . trittsfläche@22 schließt sich ein Lichtleitstab 23 an, der ebenso wie der Lichtleitstab 19 mit einem - nicht dargestellten -Spiegelbelag versehen ist.
Die Fig. 7a und 7b zeigen Schnitte in zwei zueinander senk- rechten Symmetrieebenen durch eine Spiegelkammer 24. Diese Kammer dient zur Weiterleitung eines durch einen rechteckförmigen Spalt (Abmessungen 4 x 3 mm) austretenden Lichtes auf eine quadratische Fläche (Abmessungen 1,37 x 1,37 mm). In dem in Fig. 7a dargestellten Aufriß wird die unter einem Grenzwinkel von @1 = 200 einfallende Strahlung in Halbraumstrahlung verdichtet. Gemäß dem Energiesatz gilt: . In dem in Fig. 7b dargestellten Grundritt ist die Eintrittsfläche kleiner als in Fig. 7a. Da die Länge der Spiegelkammer von der Größe der Lichteintrittsfläehe abhängt, muß hier ein gewisser .Längenausgleich geschaffen werden. Dies wird durch den, durch parallele Spiegelflächen begrenzten Bereich 25 erreicht. Im Bereich 26 hat die Spiegelkammer, ebenso wie in Fig. 7a 'parabelförmige Mantellinien. Im Bereich 27 weist die Spiegel- kammer 24 die Form eines Konus auf. Dieser Konus ist notwendig, da nach dem Energiesatz lediglich eine Umformung des unter dem Grenzwinkels 1 = 200 einfallenden Lichtes in Licht eines Winkels a(, = 48,60 möglich ist. Für diesen Winkel ist: Es ist noch zu bemerken,daß die Mantellinien der Bereiche 25,26,27 tangential ineinander übergehen.
Die in Fig. 7 dargestellte Spiegelkammer findet besonders vor- teilhafte Anwendung in Photometern, insbesondere im Infrarot- bereich. Sie dient dort zur Weiterleitung den durch einen recht- eckigen Austrittsspalt tretenden Lichtes auf einen quadratischen Empfänger. Da dieser bei Verwendung der Spiegelkammer mit Licht hoher Apertur beaufschlagt wird und da zudem seine Fläche sehr klein gehalten werden kann, erzielt man eine Sehr hohe Empfind- lichkeit.
Die beschriebenen und dargestellten Körper und Spiegelkammern .können beliebigen, vorzugsweise symmetrischen, z.B. rechteckigen, quadratischen oder kreisförmigen Querschnitt haben. Die Form des Querschnitts wird immer nach der jeweils vorliegenden Aufgabe gewählt.

Claims

- Patentansprüche 1. Axialsymmetrische Lichtführungseinrichtung zur Aufnahme und verlustarmen Vleiterleitung eines eine erste Blendenöffnung durchsetzenden Lichtstromes, bestehend aus einer hichteintritts- fläche, einer asphärischen, spiegelnd oder total reflektierenden Mantelfläche und einer hichtaustrittsfläche, dadurch gekennzeich-, net, daB diese kantelfläche nach den Regeln der Auffindung asphä- rischer Flächen so ausgebildet ist, daß sie in leridianschnitt den Rand der ersten Blendenöffnupg auf den auf derselben Seite der Achse gelegenen Rand einer zweiten, auf die Lichtaustritts= fläche folgenden Blendenöffnung abbildet, wobei für jeden Licht- strahl die optische Weglänge von einer Blendenöffnung zur näch- sten gleich groß ist. 2. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekernzeich-- net, daB eine der Blenäenöffnungen mit der Lichteintritts- bzw: Lichtaustrittsfläche zusammenfällt. _. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch;ews:@ri@= -" . . zeichnet" daß eine der beiden Blendenöffnungen im Unendlichen liegt. .: ,..- 4. Lichtführungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadur4ü gekennzeichnet, daß die Blendenöffnungen sowie die hichtein--` tritts- -und hichtaustrittsöffnung symmetriseh- und unter sich;.,., geometrisch ähnlich sind. _ 3. Licbtfühzungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch giekenri»ichnot,.e@' `, daß Lichteintritts- und_Lichtaustrittsfläche Reehtacke von ve schiedenem Seitenverhält#e aind:!.

6. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Blendenöffnungen mit der Eintritts-bzw. Austrittspupille eines Objektives oder Teleskopspiegels identisch ist. 7. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-zeichnet, daB sich an-die mit einer Blendenöffnung zusammenfallen`e Lichteintritts- oder LichtaUstrittsfläche eine Weitere r Lichtführungseinrichtung oder ein Liehtleitstab anschließt. B. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Mantellinien im Meridianschnitt Ellipsen sind, deren Brennpunkte mit den im gleichen Schnitt auf der anderen Seite der Achse gelegenen Begrenzungspunkten der Blenden zusammenfallen. 9. Lichtführungseinrichtung-naeh Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daB die Mantellinien im Meridianschnitt Parabeln sind, deren Brennpunkte mit den jeweils gegenüberliegenden Begrenzungspunkten derjenigen Lichteintritts- bzw. Lichtaustrittsöffnung zusammenfallen, die zugleich die Blendenöffnung darstellen. 10. Lichtführungseinrichtung nach Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daB die nach den Regeln der Auffindung asphäriseher Flächen bestimmten Mantellinien sich aus Stücken elliptischen, parabolischen, hyperbolischen und/oder gerad-linigen Charakters $usammermetien. 11. Lichtführungseinrichtung nach den Ansprüchen 1 -. 10, dadurch .gekennzeichnet, daß sich die Breite ,der Lichteintritte- und Liahtaustrittsflächen sowie der Blenden in den mittleren 47mnetrieebenen umgekehrt wie die effektiven Aperturen der sie- . durchsetzenden Lichtbündel verhalten. 12. Lichtführungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Ort der Licht- eintritts- und/oder Lichtaustrittsfläche eine Feldlinse ange- ordnet ist. 13. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldlinse und die Lichtführungseinrichtung einen einheitlichen Körper bilden. 14. Lichtführungseinrichtung nach Anspruch 1 in der Anwendung zum Überführen von Halbraumstrahlung in Immersions-Halbraumstrahlung, gekennzeichnet, durch die Ausbildung als einheitlicher Körper mit ebener, geometrisch ähnlicher Lichteintritts-und Lichtaustrittsfläche, deren Größen im Verhältnis des Quadrates der Brechzahl des Körpers zueinanderstehen und deren Mantellinien in jedem Meridianschnitt Parabeln sind, deren Brennpunkte mit den jeweils gegenüberliegenden Eckpunkten der Lichtaustrittsfläche zusammenfallen.