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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
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ist, wo f eine Konstante, u. zw. den Fokusabstand AF (Fig. 1) der Normalstrahlen von der Spitze A der
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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
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Nach Formel (l) ist
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also
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Setzen wir diesen Wert in (2) ein, so wird
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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).
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Mirror shape and mirror combination to increase the intensity of light, heat and electromagnetic rays.
The effect of the radiating energy depends very essentially on the intensity of the radiation, i.e. H. on the radiant energy allotted to the unit area. The intensity of the irradiation can be increased by two means: a) by increasing the total energy emitted by the beam source; b) by collecting and directing the rays towards the surface to be irradiated.
If the greatest possible amount of energy is to be radiated, the radiation source must have the largest possible surface. The straight, extended cylindrical radiator (filament, antenna, etc.) is best suited for this purpose.
The subject of the present invention is a mirror shape which directs the rays emerging from a rectilinearly extended radiator to a point or to its immediate vicinity, so that a correspondingly high irradiation intensity is achieved in this point or in its vicinity.
The drawing shows: FIG. 1 a geometrical figure for the mathematical explanation of the mode of operation of the new mirror shape, FIG. 2 a cross section of the new mirror with a straight radiator lying in the optical axis, FIG. 3 a mirror combination consisting of a mirror according to FIG 2 with a large focal length and a condenser which consists of two collecting mirrors.
Because it is fundamentally impossible to combine all rays emerging from a finite radiating surface (antenna, etc.) in the most varied of directions in a single point, the mirror shape according to the application is intended to be the rays emerging from the radiating surface at right angles, in short " Called normal rays "in a single point, but the obliquely emerging rays (the" scattered rays ") are concentrated closer to this point the less the scattered ray in question deviates from the normal ray.
This purpose is achieved by a mirror surface, which is created by rotating a flat curve around the x-axis, its equation
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is where f is a constant, u. between the focus distance AF (Fig. 1) of the normal rays from the tip A of the
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thereby in the axis of rotation, d. H. in the X axis.
That all normal rays are united in one and the same point F can be proven in the following way:
According to Fig 1 is
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According to formula (l) is
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so
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If we put this value in (2), then becomes
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Because AF = f is independent of x, all normal rays which emerge from the straight-line ray source lying in the x-axis intersect at one and the same point F, whose distance from the tip A of the surface of revolution -ABB'with the in of the main formula (1) occurring constant f is equal.
The rays (scattered rays) emerging at an angle from the rectilinear radiator AG, FIG. 1, get closer to F, the less they deviate from the rays emerging at right angles (normal rays). If we imagine a plane which passes through the point F and is at right angles to both the x-axis and the plane of the drawing, the right-hand side of FIG. 1 illustrates the distribution of the intensity i on this irradiated plane as a function of the Distance r of the point considered on that plane from the focal point F of the normal rays. The diagram of the intensity distribution forms a hyperbola-like curve, the rotation of which around the x-axis indicates the intensity distribution on the plane itself.
Because the points of equal intensity are in a circle around F as the center, the scattered rays can be brought closer to F using known aids such as attachment mirrors, converging lenses, etc., so that in the vicinity of F the intensity can be increased even further.
In order to be able to transfer the irradiation with the high intensity prevailing in the vicinity of F to greater distances, one can e.g. B. use collimating lenses or the mirror combination shown in FIG. This consists of two main parts, the primary reflector 2 with the radiator 1 and the condenser 3, 4. The latter consists of an ordinary paraboloid of revolution 3, which is provided in an optical center with an opening 5 corresponding to the exit of the compressed beam, and from a smaller, ordinary paraboloid of revolution 4, the optical axis of which coincides with the optical axis of the mirror 3 and which is arranged displaceably in the direction of this axis.
If the focal points of mirrors 3 and 4 coincide, the rays reflected by mirror 2 with the optical axis parallel are again directed parallel by 4 and at the same time compressed, so that exiting ray bundle 7 has a greater intensity than original ray bundle 6. By displacement of the mirror 4 in the optical axis, the parallel beam 7 can be converted into a converging or diverging beam as required.
PATENT CLAIMS:
1. Concave mirror, especially for radiators of substantially linear extent, thereby
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linear emitter lies in the x-axis (Fig. 1 and 2).