CH194221A - Photoelektrischer Belichtungsmesser mit Vorrichtung zur Begrenzung der Öffnung des auf eine lichtelektrische Zelle einwirkenden Lichtbüschels. - Google Patents

Description

  Photoelektrischer Belichtungsmesser mit Vorrichtung zur Begrenzung der     Öffnung     des auf eine lichtelektrische Zelle einwirkenden Lichtbüschels.    Bei der Konstruktion lichtelektrischer  Belichtungsmesser, insbesondere für photo  graphische Zwecke, besteht die Notwendig  keit, Vorrichtungen     anzuwenden,    die nur  Lichtstrahlen aus einem bestimmten Raum  winkel auf die Zelle gelangen zu lassen,  während Strahlen aus andern Richtungen von  der Zelle ferngehalten werden sollen. Die  einfachste Vorrichtung zur Fernhaltung von  Licht aus Richtungen, die einen grösseren  Winkel als erwünscht gegen das Lot auf  der Zellenfläche aufweisen, ist ein vor der  Zelle angeordnetes, nach vorn     offenes    Blenden  rohr (Kammer).

   Um hinreichend grosse Licht  ströme auf der Zelle zu erhalten, hat man  gewöhnlich die Länge des     Blendenrohres    und  seine vordere     Öffnung    etwa ebenso gross  bemessen wie die Zellenfläche. Um die Ab  messungen der Anordnung zu verringern, hat  man fernerhin die eine grosse     Blendenkammer     durch eine Vielzahl von kleinen,     nebenein-          anderliegenden        Blendenkammern    von beispiels-    weise     wabenähnlicher    Form ersetzt, die bei  praktisch gleicher Wirkung eine wesentlich  geringere Baulänge ermöglichen.  



  Diese Vorrichtungen haben jedoch den  Nachteil, dass die wirksame     Öffnung    nicht  scharf abgegrenzt ist. Der Bruchteil des ein  fallenden Lichtes, der von dem auf die Vor  richtung     auffallenden    Lichtbüschels hindurch  gelassen wird, nimmt vielmehr mit zuneh  mender Neigung des Lichtbüschels verhältnis  mässig langsam und stetig ab.  



  Man hat auch schon vorgeschlagen, die       Totalreflexion    beim Austritt des Lichtes aus  Glas oder     dergl,    zur Fernhaltung von Licht  strahlen bestimmter Neigung zu verwenden,  indem man von der Zellenfläche eine Platte  aus Glas anordnete, deren Vorderseite er  haben und deren Rückseite eine entspre  chende Anzahl von hohl gekrümmten kleinen  Teilflächen aufwies. Auch diese Vorrichtung  besitzt den Nachteil einer verhältnismässig  unscharfen Begrenzung des hindurchtretenden      Lichtbüschels, ganz abgesehen davon, dass  auch durch mehrfache Reflexion noch ein  erheblicher Bruchteil der Intensität von Strah  len aus solchen Richtungen auf die Zellen  fläche gelangen kann, die von der Vorrich  tung nicht mehr hindurchgelassen werden  sollten.  



  Bei dem Erfindungsgegenstand erfolgt nun  die Begrenzung der wirksamen Öffnung eines  Büschels in vollkommener Weise durch den  Grenzwinkel der Totalreflexion beim Austritt  des Lichtes aus einem durchsichtigen Körper  (wie z. B. Glas) in Luft oder in ein anderes  optisch dünneres Medium. Da das Reflexions  vermögen einer     Grenzfläche        "Glas-Luftr0    erst  in unmittelbarer Nähe des Grenzwinkels der       Totalreflexion    ansteigt, ergibt sich ein ver  hältnismässig steiler Abfall der hindurchge  lassenen Intensität, verglichen mit den bisher  üblichen Anordnungen mit unterteilter     Blen-          denkammer.     



  Der     Grenzwinkel    der Totalreflexion ist  vom Brechungsvermögen der beiden; die       C'arenzfläche    bildenden Medien abhängig, über  das man nur innerhalb gewisser Grenzen  frei verfügen kann. Will man erreichen, dass  solche Strahlen total reflektiert werden, deren  Einfallsrichtung einen bestimmten kleinen,  aber beliebig wählbaren Winkelbetrag über  schreitet, so muss die     Grenzfläche,    an der die  Totalreflexion stattfinden soll, eine bestimmte  Neigung gegen die vorzugsweise als Plan  fläche ausgebildete Eintrittsfläche des Glas  körpers aufweisen.

   Von einem solchen Körper  werden aber anderseits Strahlen, die unter  dem .entgegengesetzt gleichen, oder auch  einem grösseren Einfallswinkel symmetrisch  zum Einfallslot auf die Vorrichtung auftre  ten, praktisch ungeschwächt hindurchgelas  sen. Erfindungsgemäss ist daher die Einschal  tung wenigstens eines zweiten Körpers aus  Glas oder     dergl.    vorgesehen, der durch Total  reflexion den Durchtritt von solchen Strahlen  verhindert, die unter entgegengesetzt gleichen  oder ähnlichen Neigungen auf die Vorrich  tung auftreten, wie die Strahlen, die an der  Grenzfläche Glas-Luft des ersten Körpers total  reflektiert werden.

   Durch Wahl einer geeig-         neten    Neigung der- Austrittsflächen des zwei  ten und des ersten Körpers gegen die Ein  trittsfläche kann man dann nach Belieben  erreichen, dass diejenigen Strahlen, die aus  irgendwelchen Richtungen kommend gerade  im Grenzwinkel der Totalreflexion auf die       Urenzfläche    Glas-Luft eines der Körper auf  fallen, verschieden grosse oder auch gleiche  Winkel mit dem Einfallslot auf der Eintritts  fläche des ersten Körpers bilden.  



  Um den     Öffnungswinkel    eines ebenen  Büschels in der beschriebenen Weise sym  metrisch oder unsymmetrisch zum Eintritts  lot zu begrenzen, sind mindestens zwei  Körper aus     (glas    oder     dergl.    notwendig,  die so- angeordnet sind,     däss    sich zwischen  den beiden Körpern und hinter der Aus  trittsfläche des zweiten Körpers ein Mit  tel von niedrigerem Brechungsvermögen be  findet. Die Aufgabe kann jedoch auch auf  eine grössere Zahl von im Lichtweg hinter  einanderliegenden Körpern verteilt werden,  wenn dies zur Erzielung einer bestimmten  Abhängigkeit der Intensität des hindurchge  lassenen Lichtes vom Einfallswinkel notwen  dig erscheint.

   Fernerhin ist es möglich, die  Vorrichtung durch weitere Körper aus Glas  oder     dergl.    zu ergänzen, so dass sie als Gan  zes für Lichtstrahlen, die nicht durch Total  reflexion an einer der Grenzflächen am Durch  tritt durch die Vorrichtung gehindert wer  den, die Wirkung einer Planplatte besitzt.  Ebenso ist es möglich, im Bedarfsfalle eine  oder mehrere Flächen von einem oder meh  reren hintereinander angeordneten Körpern  so auszubilden, dass der Teil der Körper oder  die Vorrichtung als Ganzes eine sammelnde  oder zerstreuende Wirkung besitzt.  



       Kennzeichnend    für den Erfindungsgegen  stand ist in jedem Fall die     Verwendung    von  mindestens zwei im Lichtweg aufeinander  folgenden Körpern aus durchsichtigem Ma  terial von bestimmten     Brechungsindex    die  durch ein Mittel von niedrigerem Brechungs  index getrennt sind.  



  In der Zeichnung sind beispielsweise Aus  führungsformen des Erfindungsgegenstandes  dargestellt. Es zeigen           Fig.    1 eine schematische Darstellung der  Vorrichtung gemäss der Erfindung,       Fig.    2 eine erste;       Fig.    3 eine zweite und       Fig.    4 eine dritte Ausführungsform;       Fig.    5 ist ein Diagramm, das die Ab  hängigkeit der Intensität des hindurchgelas  senen Lichtes vom Einfallswinkel, für eine  Vorrichtung gemäss     Fig.    2 oder 3 veranschau  licht.  



  In     Fig.    1 ist eine Vorrichtung schema  tisch dargestellt, die für ein in der Zeichen  ebene liegendes Büschel die beschriebene öff  nungsbegrenzende Wirkung besitzt. Es bedeu  tet dabei 1 die lichtempfindliche Schicht der  Photozelle, 2 ist der im Lichtweg an erster  Stelle liegende Körper und 3 der vom Licht  an zweiter Stelle getroffene Körper. Für ein       derartiges    ebenes Büschel besitzen die Kör  per 2 und 3 zweckmässig prismatische For  men, wie in     Fig.    1 dargestellt.

   Die     Eintritts-          fläche    des zweiten Körpers liegt zwar dicht  an der Austrittsfläche des ersten Körpers,  aber der eine Körper wird vom andern durch  eine dünne Luftschicht getrennt, welche na  turgemäss einen entsprechend kleineren Bre  chungsindex als Glas 'besitzt. Ein senkrecht  auf die Vorrichtung auffallender Lichtstrahl  (in     Fig.    1 mit     a    bezeichnet) trifft auf die  Austrittsfläche des ersten Körpers unter einem  Winkel auf, der kleiner ist als der     Grenz-          winkel    der Totalreflexion.

   Er kann daher  aus dem ersten Körper austreten, in den  zweiten eintreten und verlässt diesen, ledig  lich geschwächt durch die Reflexionsverluste  an den vier     Grenzflächen    der beiden Körper  gegen das umgebende Medium, um auf die  Zelle aufzufallen. Der Lichtstrahl b, der  stärker geneigt auf die Vorrichtung auffällt,  wird zwar an der     Eintrittsfläcbe    nach dem  Einfallslot hin gebrochen, die Neigung des  gebrochenen Strahles gegen die Austritts  fläche des ersten Körpers (Winkel     ii)    ist  jedoch noch so gross, dass dieser Strahl an  der     Grenzfläche    des ersten Körpers total  reflektiert wird.

   Ein Lichtstrahl c, der  symmetrisch zum Lichtstrahl b auf die    Vorrichtung auffällt, kann dagegen ebenso  wie der Lichtstrahl     a    aus dem Körper 1  wieder heraustreten und in den Körper 2  eintreten. Durch passende Wahl des Winkels       qs    zwischen Eintritts- und Austrittsfläche  des zweiten Körpers ist jedoch erreicht, dass  dieser Strahl an der Austrittsfläche des zwei  ten Körpers total     reflektiert    wird und daher  nicht auf die Zelle gelangen kann.  



  Will man für ein ebenes Büschel. errei  chen, dass zwei Strahlen, von denen der eine  auf die Austrittsfläche des ersten Körpers  und der andere auf die Austrittsfläche des  zweiten Körpers gerade im Grenzwinkel der  Totalreflexion auftritt, entgegengesetzt gleiche  Winkel mit dem Einfallslot auf der Einfalls  fläche des ersten Körpers bilden, so muss  bei einer Anordnung gemäss     Fig.    1 der Win  kel     cpa    gerade doppelt so gross gewählt wer  den wie der Winkel     cpi.     



  Um für ein räumliches Büschel eine ent  sprechende Wirkung zu erzielen, kann man  die Anordnung wie in     Fig.    2 dargestellt  wählen. Hier bedeutet wiederum 1 die Photo  zelle, 4 ist ein Körper mit planer Eintritts  fläche und kegelförmiger Austrittsfläche, 5  ist der im Lichtweg an zweiter Stelle lie  gende Körper, bei dem die     Eintritts-    und die  Austrittsfläche hohlkegelförmig     au.gebildet     sind. Die Wirkung dieser Anordnung ent  spricht offensichtlich weitgehend der oben  beschriebenen Wirkung der in     Fig.    1 sche  matisch dargestellten Anordnung.  



       Fig.    3 zeigt als Beispiel, wie in einfacher       Weige    die in     Fig.    2 dargestellte Anordnung  durch Hinzufügen eines weiteren Körpers 8  so ergänzt werden kann, dass sie als Ganzes  für Lichtstrahlen, die nicht an einer der  Grenzflächen total reflektiert werden, nur  die gleiche     Wirkung    ausübt wie eine Plan  platte. In     Fig.    3 bedeutet 6 den vom Licht  zuerst getroffenen Körper mit planer Ein  tritts- und kegelförmiger Austrittsfläche, 7  den an zweiter Stelle vom Licht durchsetzten  Körper mit hohlkegelförmiger Ein- und Aus  trittsfläche und 8 den dritten Körper, der die  beiden vorerwähnten Körper zu einer Plan  platte ergänzt.

   Durch den Körper 8 werden      die Veränderungen in der Lichtverteilung auf  der Zelle, die die aus den beiden Teilen 6  und 7 allein bestehende Vorrichtung bewir  ken würde, wiederum rückgängig gemacht.  



       Fig.    4 zeigt schliesslich schematisch eine  Form der Vorrichtung, bei der eine der Flä  chen eines Körpers, und zwar die Eintritts  fläche des ersten Körpers, die Form einer       Konvexfläche    aufweist. Das bat zur Folge,  dass die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen,  die nicht durch Totalreflexion am Durchtritt  gehindert werden, die Wirkung einer Sammel  linse ausübt.

   Während bei allen vorher be  schriebenen Anordnungen die     Auffangfläche     der Zelle zweckmässig etwa die gleiche Flä  chengrösse aufweist wie der freie Durchmesser  der Vorrichtung, kann bei einer Anordnung  gemäss     Fig.    4 der durch die Vorrichtung ein  fallende Lichtstrom auf einer Zellenfläche  vereinigt werden, die erheblich kleiner ist  als der freie Durchmesser der einzelnen Teil  körper der Vorrichtung.  



       Fig.    5 zeigt schliesslich die Abhängigkeit  der Intensität des hindurchgelassenen Lichtes  vom Einfallswinkel für eine Vorrichtung ge  mäss     Fig.    2     bezw.    3. Die Intensität nimmt  mit zunehmendem Einfallswinkel zunächst  langsam ab. Diese langsame Abnahme wird  verursacht durch die Verringerung des     Bü-          schelquerschnittes        (Cosinus-Gesetz),    durch       Vignettierung    und durch die Winkelabhängig  keit der Reflexionsverluste an den vier     bezw.     sechs Grenzflächen gegen Luft.

   Wird der  Einfallswinkel grösser, so dass der gebrochene  Strahl in einem der Körper nahezu unter  dem Grenzwinkel der Totalreflexion auf die  Austrittsfläche auffällt, so nimmt die Intensi  tät sehr rasch ab, bis auf den Betrag 0 im  Grenzwinkel selbst.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Photoelektrischer Belichtungsmesser mit Vorrichtung zur Begrenzung der Öffnung des auf eine lichtelektrische Zelle einwirkenden Lichtbüschels, dadurch gekennzeichnet, dass im Lichtweg mindestens zwei Körper aus durchsichtigem Material von bestimmtem Bre- chungsindex aufeinanderfolgen, die durch ein Mittel von niedrigerem Brechungsindex ge trennt sind. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Flächen der Körper aus durchsichtigem Material, durch die das Licht austritt, eine solche Neigung gegen die Eintrittsflächen besitzen, dass Strahlen bündel, deren Einfallswinkel eine bestimmte Grösse überschreitet, entweder an der Aus trittsfläche des ersten oder der Austritts fläche eines der folgenden Körper total reflektiert werden. 2. Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Lichtein- trittsfläche der Vorrichtung eine Plan fläche ist. 3.

   Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Ein- und Austrittsflächen jedes Körpers aus durch sichtigem Material eine solche Neigung gegeneinander besitzen, dass die uner wünschten Strahlen-, die in der gleicben Ein fallsebene auf die Eintrittsfläche des ersten Körpers auftreffen und entgegengesetzt gleiche Winkel gegen das Einfallslot bil den, derart weiter verlaufen, dass der eine Strahl (a) an der Austrittsfläche des ersten Körpers und der andere Strahl (b) an der Austrittsfläche des zweiten Körpers total reflektiert wird. 3.

   Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche des ersten Körpers eine Kegelfläche und die Austrittsfläche des zweiten Körpers eine Hohlkegelfläche ist. 5. Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch und Unteransprüeben 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Ganzes für Strahlen, die nicht an einer der Austrittsflächen der verschiedenen, im Lichtweg hintereinander liegenden Körper total reflektiert werden, die Wirkung einer Planplatte besitzt. 6.

   Photoelektrischer Belichtungsmesser nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Flächen von wenigstens einem der erwähnten Körper eine wenigstens an nähernd kugelige Krümmung aufweist, so dass die Vorrichtung als Ganzes für Strah len, die nicht an einer der Grenzflächen der einzelnen Körper total reflektiert wer den, eine sammelnde oder zerstreuende Wirkung besitzt.