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Vorrichtung zur angenähert gleichmässigen Beleuchtung eines spaltförmigen Feldes.
Die bei physikalischen Versuchen häufig vorkommende Aufgabe, ein langes und schmales Feld möglichst hell und gleichmässig zu beleuchten, hat man dadurch zu lösen versucht, dass man eine erleuchtete spaltförmig Blende von entsprechenden Abmessungen oder eine fadenförmige Lichtquelle mittels eines optischen Systems auf der Ebene des Feldes abbildete, wobei die Längsausdehnung der Lichtquelle ungefähr senkrecht zum Beleuchtungsstrahlengange angeordnet war. Bei dieser Art der Beleuchtung hängt die Gleichmässigkeit der Flächenhelle des Feldes in starkem Masse von der Tiefenausdehnung der Lichtquelle ab und es sind Lichtquellen mit verhältnismässig grosser Tiefenausdehnung von vornherein ungeeignet.
Neuerdings stehen jedoch vielfach nur Glühlampen mit schraubenförmig gewundenem Glühdraht als Lichtquellen zur Verfügung, bei deren Benutzung man zum Nachteile der Helligkeit der Feldbeleuchtung auf scharfe Abbildung der Lichtquelle und scharfe Begrenzung des Feldes verzichten müsste.
Die Erfindung besteht in einer Vorrichtung, die gestattet, auch mit einer im genannten Sinne räumlichen Lichtquelle ein ausreichend gleichmässig helles und an den langen Seiten scharf begrenztes, beleuchtetes Feld zu erzielen. Man kann dieses Ziel erreichen, indem man die mit ihrer Längsachse ungefähr senkrecht zum Beleuchtungsstrahlengange gewählte Lichtquelle unter Benutzung eines zylindrischen und eines sphärischen Systems mit sammelnder Wirkung nach der Erfindung gegenüber den Systemen so anordnet, dass das sphärische System, für sich allein genommen, die Lichtquelle ungefähr in der Ebene des Feldes und das zylindrische System im senkrecht zur Zylinderachse geführten Hauptschnitte ungefähr in der Eintrittspupille des sphärischen Systems abbildet, wobei die Zylinderachse die Längsachse der Lichtquelle senkrecht kreuzt.
Durch die Einschaltung des zylindrischen Systems wird die durch das sphärische System allein erzeugte Abbildung der Lichtquelle in der Ebene des parallel zur Zylinderachse geführten Hauptschnittes nur unwesentlich verschoben, während in der dazu senkrechten Hauptschnittebene jeder Punkt der Lichtquelle als Linie abgebildet wird, wobei sich die verschiedenen linienförmigen Bilder überdecken, und so die Gliederung der Lichtquelle in ihrem Bilde verschwindet. Die langen Seiten des beleuchteten Feldes sind dann scharf, wenn man die Anordnung so trifft, dass durch das Einschalten des zylindrischen Systems die Abbildung der Lichtquelle in der Ebene des parallel zur Zylinderachse geführten Hauptschnittes gerade in die Ebene des Feldes verschoben wird.
Mit Rücksicht auf möglichst grosse Flächenhelle des beleuchteten Feldes bei gegebener Lichtquelle ist es zweckmässig, die Grösse des zylindrischen Systems so zu wählen, dass die Verbindungslinien beliebiger Punkte der Lichtquelle mit beliebigen Punkten des Randes der Eintrittspupille sämtliche brechenden Flächen des zylindrischen Systems schneiden und dass ferner das von diesem Systeme im senkrecht zur Zylinderachse geführten Hauptschnitte erzeugte Bild der Lichtquelle mindestens die Grösse des Durchmessers der Eintrittspupille des sphärischen Systems hat.
Es muss also das ungefähr in der Ebene der Eintrittspupille des sphärischen Systems entstehende Bild der Lichtquelle den Durchmesser der Eintrittspupille reichlich decken und ferner der Querschnitt der Zylinderlinse in dem zur Zylinderachse parallelen Hauptschnitte so gross sein, dass ihre Ränder bei Betrachtung von der Lichtquelle aus die genannte Eintrittspupille nicht abschatten. Die Breite des beleuchteten spaltförmigen Feldes, also die Länge seiner kurzen Seiten, gleicht dann ungefähr der Breite des vom sphärischen System allein entworfenen Bildes der Lichtquelle. Die Flächenhelle des Feldes ist über einen grossen Teil der Länge des Feldes gleichmässig und fällt nur nach den beiden Enden zu ab, weil sich dort die Linienbilder leuchtender Punkte
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nicht, mehr in ihrer ganzen Länge überdecken.
Die brauchbare Länge des Feldes ohne merklichen
Helligkeitsabfall hängt von der Grösse und Lage des Bildes ab, welches das sphärische System von der wirksamen Öffnung des zylindrischen Systems entwirft.
In der Zeichnung ist schematisch ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den in der zur Zylinderachse parallelen Hauptsehnittebene, Fig. 2 den in der dazu senkrechten
Hauptschnittebene geführten Mittelschnitt.
Als Lichtquelle des Beispiels ist eine Glühlampe gedacht, deren Leuchtfaden schraubenförmig gewunden und mit a bezeichnet ist. Die Endpunkte al und a2 dieses Leuchtfadens a werden im Schnitt der Fig. 2 durch eine sammelnde Zylinderlinse b auf dem Rande einer sphärischen Sammellinse c in den Punkten cl und e2 abgebildet. Die Sammellinse c bildet die Endpunkte des in der Sehnittebene gelegenen Durchmessers bl, b2 der Zylinderlinse b in den Punkten und b4 ab. Das zu beleuchtende
Feld, dessen Ebene senkrecht zur Zeichenebene angeordnet ist, ist mit d bezeichnet.
Die Brennweite und die Lage der Sammellinse c sind so gewählt, dass der in der Ebene der Fig. 1 gelegene Durchmesser a3, a4 der Lichtquelle ain diesem Schnitte von der Linse c allein in der Nähe der Ebene des Feldes d abgebildet wird und dieses Bild infolge der Einschaltung der Linse b um so viel verschoben wird, dass es gerade in die Ebene des Feldes d fällt. Das von den Linsen b und c entworfene Bild des Durchmessers < , a4 der
Lichtquelle a in dem in Fig. 1 dargestellten Schnitte ist mit a6, bezeichnet ; es bestimmt die Breite
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als derjenige Bezirk, auf dem sich alle von den einzelnen Punkten der Lichtquelle ausgehenden Abbildungs- strahlenbrischel-überlagern.
Fallen infolge geeigneter Wahl der Brennweite der Zylinderlinse b die Bild- punkte b3 und b4 in die Ebene des Feldes d, dann ist das Leuchtfeld auch an seinen schmalen Seiten scharf begrenzt. Die Grösse des Durchmessers der Zylinderlinse b im Schnitte der Fig. 1 ist so gewählt, dass die Verbindungslinien beliebiger Punkte der Lichtquelle a mit dem Rande der Linse c beide brechenden
Flächen dieser Zylinderlinse b schneiden, also dass bei Betrachtung von der Lichtquelle a aus keine Abschattung der Linse c durch die Linse b stattfindet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur angenähert gleichmässigen Beleuchtung eines spaltförmigen Feldes mit einer räumlichen und in einer zum Beleuchtungsstrahlengange senkrechten Richtung ausgedehnten Licht- quelle unter Benutzung eines zylindrischen und eines sphärischen Systems mit sammelnder Wirkung, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Systeme, bei welcher das sphärisehe System, für sich allein genommen, die Lichtquelle in der Nähe der Feldebene und das zylindrische System im senkrecht zur Zylinderachse geführten Hauptschnitte die Lichtquelle ungefähr in der Eintrittspupille des sphärischen
Systems abbildet, wobei die Zylinderachse die Längsrichtung der Lichtquelle senkrecht kreuzt.