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Spiegelsystem Die Erfindung betrifft ein aus mindestens drei reflektierenden
koaxialen Umdrehungsflächen bestehendes Spiegelsystem, das dazu dient, ein Bündel
achsenparalleler Strahlen bei gleichzeitiger Veränderung des Flächeninhaltes des
Bündelquerschnittes so abzulenken, daß auch die austretenden Strahlen achsenparallel
sind.
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Ein Spiegelsystem dieser Art ist bei Mikroskopen für einen Dunkelfeldkondensor
vorgeschlagen worden, der einen Hallfeldkondensor ringförmig umgibt und einen aplanatischen
Spiegelkondensor enthält, dem ein Paraboloidkondensor zugeordnet ist.
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Eine solche Spiegelanordnung erlaubt nur dann die Veränderung des
Flächeninhaltes des gesamten Ouerschnittes eines in bezug auf die gemeinsame Achse
der Umdrehungsflächen koaxialen Strahlenbündels, wenn der Querschnitt ringförmig
ist, nicht aber dann, wenn er kreisförmige Gestalt haben soll, wie es z. B. für
interferometrische Zwecke oder für Ultraschallzwecke erwünscht ist.
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Um ein für diesen Fall geeignetes Spiegelsystem zur Verfügung zu stellen,
wird es gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß zwei seiner reflektierenden koaxialen
Umdrehungsflächen Stücke zweier Parabeln mit verschiedenen Parametern und sonstige
vorhandene Umdrehungsflächen gerade Linien als Erzeugende haben, wobei Ausbildung
und gegenseitige Lage sämtlicher Umdrehungsflächen so gewählt ist, daß ein beim
Eintritt in das Spiegelsystem in bezug auf die gemeinsame Achse der Umdrehungsflächen
koaxiales Strahlenbündel von kreisförmigem Querschnitt auch beim Austritt koaxial
ist.
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Für Interferometer ist eine Kombination zweier reflektierender Umdrehungsflächen,
die durch zwei
Stücke von Parabeln mit verschiedenen Parametern
erzeugt sind und gleichzeitig mit der Strahlenablenkung den Flächeninhalt eines
kreisförmigen Strahlenbündelquerschnittes verändern, bereits vorgeschlagen worden.
Diese Kombination läßt aber den obigen Strahlenverlauf, den das erfindungsgemäße
Spiegelsystem erlaubt, nicht. zu, weil dazu noch erforderliche koaxiale reflektierende
Umdrehungsflächen mit geradliniger Erzeugenden fehlen.
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Ein sehr einfaches der Erfindung entsprechendes Spiegelsystem mit
nur drei reflektierenden Umdrehungsflächen ergibt sich, wenn die vorderste und die
hinterste Umdrehungsfläche durch Parabelstücke erzeugt sind, von deren jedem ein
Endpunkt auf der gemeinsamen Achse der Umdrehungsflächen liegt, wobei die Parabelachsen
zu dieser Achse parallel sind und ebenso wie die Parabelbrennpunkte in bezug auf
eine Gerade symmetrisch zueinander liegen, die die Erzeugende der mittleren Umdrehungsfläche
ist.
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Für ein Spiegelsystem mit vier reflektierenden Umdrehungsflächen ergibt
sich eine vorteilhafte Ausführungsform, wenn zwei dieser vier Flächen Mantelflächen
oder Mantelflächenteile von Kreiskegeln sind, deren Achsen mit der gemeinsamen Achse
der Umdrehungsflächen zusammenfallen, wobei wenigstens von einem Kreiskegel die
Spitze der eine Endpunkt der erzeugenden geraden Linie ist und auf jener gemeinsamen
Achse liegt. Dabei gehören die Umdrehungsflächen zweckmäßig zwei Körpern an, von
denen der eine die vorderste und die hinterste Umdrehungsfläche und der andere die
beiden mittleren Umdrehungsflächen enthält. Es empfiehlt sich, diese beiden Körper
durch eine die Strahlen durchlassende planparallele Platte miteinander zu verbinden,
deren Planparallelflächen zu der gemeinsamen Achse der Umdrehungsflächen senkrecht
sind. Soll ein derart ausgebildetes Spiegelsystem zur Ablenkung von Ultraschallstrahlen
dienen, so ist es geboten, die Dicke der planparallelen Platte gleich der
Wellenlänge der Ultraschallstrahlen zu machen, wobei iz eine beliebige ganze Zahl
ist.
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Sowohl bei dem Spiegelsystem mit drei als auch bei dem Spiegelsystem
mit vier reflektierenden Umdrehungsflächen ergeben sich vorteilhafte Ausführungsformen,
wenn sämtliche Umdrehungsflächen einem Hohlkörper angehören, der durch die vorderste
und die hinterste Umdrehungsfläche innen und durch jede vorhandene mittlere Umdrehungsfläche
außen begrenzt ist.
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In der Zeichnung veranschaulichen Abb. i bis 5 fünf Ausführungsbeispiele
eines der Erfindung gemäß ausgebildeten Spiegelsystems je in einem axialen Schnitt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i enthält das Spiegelsystem
drei reflektierende Umdrehungsflächen mit gemeinsamer Achse 0-0. Die Erzeugende
einer der drei Flächen ist ein Stück P1 P2 einer Parabel A, deren Achse mit
XA-XA und deren Brennpunkt mit FA bezeichnet ist. Die Erzeugende einer zweiten Fläche
ist ein Stück Pi'x P 2"x einer Parabel Hx, deren Achse mit XBx-XBx und deren Brennpunkt
mit FBx bezeichnet ist. Die Parameter der Parabeln A und Bx verhalten sich wie 4.:
i. Die Parabelachsen und die Parabelbrennpunkte liegen spiegelbildlich zueinander
in bezug auf eine Gerade G-G, die die Erzeugende der dritten Umdrehungsfläche ist.
Die Parabelstücke P, P2 und PI'*'-I: Pz"x gehören einem Körper a an und haben eine
solche Lage, daß P2 und Pl "x auf der Achse 0-0 liegen. Jene dritte Umdrehungsfläche
ist die innere Fläche eines Hohlzylinders b.
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Ein in das Spiegelsystem eintretendes Bündel paralleler Strahlen,
dessen Achse mit der Achse 0-0 zusammenfällt und das einen Durchmesser
d"
hat, wird erst an der Umdrehungsfläche mit der parabolischen Erzeugenden
Pl"x P2 "x, dann an der Innenfläche des Hohlzylinders b und schließlich an der Umdrehungsfläche
mit der parabolischen Erzeugenden P1 P2 reflektiert und tritt aus dem Spiegelsystem
als Bündel vom Durchmesser d aus, wobei d gleich dem Vierfachen von
d" ist.
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Das Spiegelsystem nach Abb. z unterscheidet sich von dem nach Abb.
i im wesentlichen dadurch, daß die Strahlen nicht außerhalb, sondern innerhalb eines
festen Körpers verlaufen. Der Körper ist ein Hohlkörper und besteht aus zwei miteinander
fest verbundenen Teilen cl und c2. Die Umdrehungsflächen mit den parabolischen Kurvenstücken
P1 P2 und Pi'x P2 'x als Erzeugenden begrenzen den Hohlkörper cl, c2 innen, während
ihn die Zylinderfläche mit der Geraden G-G als Erzeugende außen begrenzt. Alle drei
Umdrehungsflächen sind reflektierend, so daß die Strahlen den gezeichneten Verlauf
haben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 3 ist das Spiegelsystem für
Ultraschallzwecke bestimmt und enthält vier reflektierende Umdrehungsflächen mit
gemeinsamer Achse 0-0. Die Erzeugende einer der vier Flächen ist ein Stück P1 P2
einer Parabel A mit der zur Achse 0-0 parallelen Achse X-X und dem Brennpunkt
F, wobei der Punkt P2 des Parabelstücks auf der Achse 0-0 liegt. Die Erzeugende
einer zweiten Umdrehungsfläche ist ein Stück P l" P2' einer zu A konfokalen Parabel
B, deren Achse mit der Achse X-X zusammenfällt. Die anderen beiden Umdrehungsflächen
werden durch einander parallele gerade Linien C und D erzeugt, die entweder selbst
oder in der Verlängerung die Achse 0-0 unter einem Winkel von d5° schneiden. Letztere
beiden Umdrehungsflächen miteinander bewirken eine Parallelversetzung der Strahlen.
Die durch die Parabel A und die gerade Linie D erzeugten Umdrehungsflächen
gehören einem Körper e an, während die Parabel B und die gerade Linie
C einem aus zwei miteinander fest verbundenen Teilen f1 und f2 bestehenden Körper
angehören, der mit dem Körper e durch eine planparallele Platte g fest verbunden
ist von der Dicke der halben Länge A, der Ultraschallwellen.
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Ein Bündel paralleler Strahlen vom Durchmesser d", dessen Achse
mit der Achse 0-0 zu-
sammenfällt, wird beim Auftreffen auf die durch D erzeugte
Kegelfläche so reflektiert, daß es senkrecht
zur Achse 0-0 auf
die durch C erzeugte Kegelfläche trifft. An dieser Fläche wird es so reflektiert,
daß es parallel der Achse 0-0 auf die parabolische Umdrehungsfläche mit P1
" P2/1 als Erzeugender trifft. Diese Fläche reflektiert die Strahlen so,
daß sie auf die parabolische Umdrehungsfläche mit P, P2 als Erzeugender treffen,
wobei sämtliche Strahlen sich im Brennpunkt F der Parabeln A und
B schneiden. An der letztgenannten Umdrehungsfläche findet eine solche Reflexion
statt, daß die Strahlen das Spiegelsystem parallel zur Achse 0-0 verlassen. Dabei
fällt die Achse des Strahlenbündels mit der Achse 0-0 zusammen, und das Bündel hat
einen Durchmesser d von etwa dem vierfachen Wert von d".
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Das Spiegelsystem nach Abb. q. unterscheidet sich von dem nach Abb.
3 dadurch, daß die Achse 0'-0' sämtlicher Umdrehungsflächen nicht den Punkt P1"
enthält. Die dadurch bedingten Änderungen bestehen im wesentlichen im folgenden.
Ein Mittelkörper h enthält eine Umdrehungsfläche, die als Erzeugende das Stück P1
" P2' der Parabel B hat, während ein ringförmiger Körper aus zwei fest miteinander
verbundenen Teilen il und i2 eine Umdrehungsfläche enthält, die als Erzeugende das
Stück P, P2 der Parabel A hat. Die Achse für beide Parabeln ist wie in Abb.
i mit X-X bezeichnet und der gemeinsame Brennpunkt mit F. Die durch die geraden
Linien M und N erzeugten Umdrehungsflächen an dem Körper il, i2 und an dem Mittelkörper
la entsprechen den durch die geraden Linien C und D erzeugten Umdrehungsflächen
in Abb. 3. Es sind wie dort Mantelflächen von Kreiskegeln mit ihren Spitzen auf
der Achse 0-0 und mit dem Spitzenwinkel go°. Das Verhältnis das gleiche wie in Abb.
3.
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Das Spiegelsystem nach Abb. 5 unterscheidet sich von dem nach Abb.
3 im wesentlichen dadurch, daß die Strahlen nicht außerhalb, sondern innerhalb eines
festen Körpers verlaufen. Der Körper ist ein Hohlkörper und besteht aus zwei miteinander
fest verbundenen Teilen j1 und j2. Die Umdrehungsfläche mit dem Stück P1 P2 der
Parabel A als Erzeugender und die Kegelfläche mit der geraden Linie D als Erzeugender
begrenzen den Körper j1 j2 innen, während die Umdrehungsfläche mit dem Stück P1"
p2 f/ der Parabel B als Erzeugender und die durch die gerade Linie C erzeugte Kegelfläche
C äußere Begrenzungsflächen sind.