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Spiegelform und Spiegelkombination zur Steigerung der Intensität von Licht-, Wärme-und elektro- magnetischen Strahlen.
Die Wirkung der strahlenden Energie hängt sehr wesentlich von der Intensität der Bestrahlung, d. h. von der auf die Flächeneinheit entfallenden strahlenden Energie, ab. Die Intensität der Bestrahlung kann durch zwei Mittel erhöht werden : a) Durch Steigerung der von der Strahlquelle ausgestrahlten Gesamtenergie ; b) durch Sammlung und Richtung der Strahlen nach der zu bestrahlenden Fläche.
Will man eine möglichst grosse Energiemenge ausstrahlen lassen, so muss die Strahlquelle eine möglichst grosse Oberfläche haben. Am besten eignet sich hiezu der geradlinig ausgedehnte zylinderförmige Strahler (Glühdraht, Antenne usw.).
Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Spiegelform, welche die aus einem geradlinig ausgedehnten Strahler austretenden Strahlen nach einem Punkte bzw. nach dessen nächster Umgebung richtet, so dass in diesem Punkte bzw. in seiner Nähe eine zweckentsprechend hohe Bestrahlungsintensität erzielt wird.
In der Zeichnung stellt dar : Fig. 1 eine geometrische Figur zur mathematischen Erklärung der Wirkungsweise der neuen Spiegelform, Fig. 2 einen Querschnitt des neuen Spiegels mit in der optischen Achse liegendem geradlinigem Strahler, Fig. 3 eine Spiegelkombination, bestehend aus einem Spiegel nach Fig. 2 mit grosser Brennweite und einem Kondensator, welcher aus zwei Sammelspiegeln besteht.
Weil es grundsätzlich unmöglich ist, alle aus einer endlich ausgedehnten strahlenden Fläche (Antenne usw. ) in den verschiedensten Richtungen austretenden Strahlen in einem einzigen Punkte zu vereinigen, so sollen mit der Spiegelform gemäss der Anmeldung die aus der strahlenden Fläche rechtwinklig austretenden Strahlen, kurz"Normalstrahlen"genannt, in einem einzigen Punkte, die schief austretenden Strahlen aber (die"Streustrahlen") um so näher an diesen Punkt konzentriert werden, je weniger der betreffende Streustrahl von dem Normalstrahl abweicht.
Dieser Zweck wird durch eine Spiegelfläche erreicht, welche durch Umdrehung einer ebenen Kurve um die x-Aehse entsteht, deren Gleichung
EMI1.1
ist, wo f eine Konstante, u. zw. den Fokusabstand AF (Fig. 1) der Normalstrahlen von der Spitze A der
EMI1.2
dabei in der Rotationsachse, d. h. in der X-Achse.
Dass alle Normalstrahlen in ein und demselben Punkte F vereinigt werden, lässt sich in folgender Weise beweisen :
Nach Fig 1 ist
EMI1.3
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Nach Formel (l) ist
EMI2.1
also
EMI2.2
Setzen wir diesen Wert in (2) ein, so wird
EMI2.3
Weil nun AF = f von x unabhängig ist, so schneiden sich alle Normalstrahlen, welche aus der in der x-Achse liegenden geradlinigen Strahlquelle austreten, in ein und demselben Punkte F, dessen Entfernung von der Spitze A der Rotationsfläche-ABB'mit der in der Hauptformel (1) vorkommenden Konstante f gleich ist.
Die aus dem geradlinigen Strahler AG, Fig. 1, schief austretenden Strahlen (Streustrahlen) gelangen um so näher zu F, je weniger sie von den rechtwinklig austretenden Strahlen (Normalstrahlen) abweichen. Denken wir uns eine Ebene, welche durch den Punkt F hindurchgeht und sowohl auf die x-Achse als auch auf die Ebene der Zeichnung rechtwinklig steht, so veranschaulicht die rechte Seite der Fig. 1 die Verteilung der Intensität i auf dieser bestrahlten Ebene in Abhängigkeit der Entfernung r des betrachteten Punktes jener Ebene von dem Brennpunkte F der Normalstrahlen. Das Diagramm der Intensitätsverteilung bildet eine hyperbelähnliche Kurve, deren Umdrehung um die x-Achse die Intensitätsverteilung auf der Ebene selbst angibt.
Weil die Punkte gleicher Intensität kreisförmig um F als Mittelpunkt liegen, so lassen sich die Streustrahlen durch bekannte Hilfsmittel, wie Ansatzspiegel, Sammellinsen usw., zu F näherrücken, so dass in der Nähe von F die Intensität noch weiter erhöht werden kann.
Um die Bestrahlung mit der in der Nähe von F herrschenden hohen Intensität auch auf grössere Entfernungen übertragen zu können, kann man z. B. parallelrichtende Linsen oder die in Fig. 3 dargestellte Spiegelkombination benutzen. Diese besteht aus zwei Hauptteilen, aus dem Primärreflektor 2 mit dem Strahler 1 und aus dem Kondensator 3, 4. Der letztere besteht aus einem gewöhnlichen Rotationsparaboloid 3, welches in einem optischen Mittelpunkt mit einer zum Austritt des verdichteten Strahlenbündels entsprechenden Öffnung 5 versehen ist, und aus einem kleineren, gewöhnlichen Rotationsparaboloid 4, dessen optische Achse mit der optischen Achse des Spiegels 3 zusammenfällt und welches in der Richtung dieser Achse verschiebbar angeordnet ist.
Fallen die Brennpunkte der Spiegel 3 und 4 zusammen, so werden die vom Spiegel 2 mit der optischen Achse parallel reflektierten Strahlen durch 4 wiederum parallel gerichtet und gleichzeitig verdichtet, so dass das austretende Strahlenbündel 7 eine grössere Intensität besitzt als das ursprüngliche Strahlenbündel 6. Durch Verschiebung des Spiegels 4 in der optischen Achse kann man das parallele Bündel 7 je nach Bedarf in ein konvergierendes oder divergierendes Strahlenbündel verwandeln.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hohlspiegel, insbesondere für Strahler von im wesentlichen linearer Ausdehnung, dadurch
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linige Strahler in der x-Achse liegt (Fig. 1 und 2).