Конденсатор для проходящего света Советский патент 1942 года по МПК G02B19/00 

Еще М. В. Ломоносов концентрировал световую энергию путем отражения лучей в одно место с помощью нескольких зеркал. Впоследствии этот прием применялся неоднократно, но обычно лишь при условии направления отраженных лучей в сторону, противоположную направлению лучей, идущих от источника света к отражателю, например, как это имеет место в различных параболических и иных зе-ркальных отражателях. Такое применение мы имеем в проекционных приборах разного типа, например в кинопроекторах. Однако отражатели этого типа неудобны, так как:

1) источник света загорал ивает часть поля отражателя и 2) габаритные размеры получаются слищком большие.

Предметом изобретения является отражательный конденсор, котэрый совершенно свободен от этих недостатков и позволяет охватить большой телесный угол излучения источника в проходящем свете.

Представим себе ряд узких цилиндрических колец / (фиг. 1) из тонкой жести, расположенных концентрически вокруг общей оси. Внутренняя цилиндрическая поверхность должна быть зеркальной. Радиусы колец 1 возрастают пропорционально возрастанию тангенса апертурного угла.

Лежащие на главной оптической оси лучи от светящейся точки 2, образующие расходящийся пучок, падают на внутренние зеркальные поверхности колец / и отражаются по направлению к главной опыческой оси, собираясь в относительно небольшом объеме.

Ход лучей изображен на фиг. 1, где представлен разрез ряда колец плоскостью, проходящей через ось.

Фиг. 1 показывает, что ирактическн все лучи в телесном углу, вершина которого находится в светящейся точке, а основанием которого самое большое кольцо, сходятся в объеме на оптической оси; диаметр объема равен двойной щирине зоны апертурного угла между двумя соседними кольцами.

Очевидно, чем будут кольца 1, т. е. чем меньше будут их размеры по образующей цилиндрической поверхности, тем уже должны быть и зоны между ними, тем совершенней будет собирательное действие всего прибора.

Собирательное действие, зависящее от величины того минимального сечения, сквозь которое должен проходить световой поток за конденсором, можно еще увеличить, если сделать отражающие кольца не цилиндрическими, а представляющими собой участки поверхностей соответствующим образом подобранных (фиг. 2). Тогда площадь минимального сечения выходящего пучка лучей будет равна площади источника плюс аберрации, иначе говоря, мы получаем прибор, совершенно аналогичный обычному конденсору.

Так как на:значение прибора сводится лишь к концентрации светового потока и он не должен давать изображения, а следовательно, отпадает вопрос о разрешающей силе, то требования к оптической правильности отражающих поверхностей сводятся к минимуму. Даже волнистая искривленная поверхность колец все же может обеспечить достаточную концентрацию света, если только она обладает высоким коэффициентом отражения (85-90 /о).

Даже при низком коэффициенте отражения поверхности колец потеря света на отражение в описываемом приборе будет меньше, чем в обычном стеклянном двухлинзовом конденсоре с четырьмя отражающими поверхностями.

Для простоты изготовления можно несколько изменить конструкцию прибора, упростив ее путем некоторого ухудшения оптических свойств, а именно: заменить отдельные кольца плоской спиралью (подобной часовой пружине, свернутой из блестящей тонкой зеркальной ленты)- металлической, целлофановой, стеклянной или из другого материала (фиг. 3). Необходимо только, чтобы шаг этой спирали возрастал пропорционально тангенсу апертурного угла источника света. Это увеличит несколько аберрацию, но при источнике света со светящимся телом значительных размеров не повлечет сильного уменьшения освещенности в плоскости минимального сечения выходящего пучка лучей.

Описанный конденсор ахроматичен и, отличается тем, что апертуры входящего и выходящего пучков лучей у него всегда равны между собой. Отодвигание источника влечет за собой такое же отодвигание и плоскости минимального сечения (максимальной освещенности), причем появляются темные зоны от световых лучей, проходящих сквозь конденсор без отражения или отраженных в стороны.

Таким образом, описанный конденсор может быть назван «конденсором с постоянной апертурой.

Есть возможность на том же принципе построить прибор и с другим, отличным от единицы, отношением апертур. Для этого следует брать кольца не цилиндрические, а конические и располагать их не в одной плоскости, а несколько смещать вдоль оптической оси так, чтобы перехватить весь апертурный угол и направить лучи всех зон к одному участку оси (фиг. 4). Это усложнит изготовление, но, принимая во внимание пониженные требования, все же не настолько, чтобы обесценить другие выгодные особенности прибора.

Прибор был построен автором для целей концентрации ультрафиолетовых лучей от дуговой лампы ПР.И лекциопных экспериментах и люминесцентном анализе. Опытный образец вполне оправдал все расчеты.

Выяснилось, что конденсор подобного типа может иметь весьма разнообразное применение, далеко выходящее за пределы первоначального его назнач ения.

Конденсор пригоден для переносных кинопроекционных аппаратов и эпископов тех типов, в которых необходимо уменьшить объем и вес аппаратуры. В форме спиральной ленты он особенно пригоден для детских проекционных приборов, так как стоимость изготовления его ничтожна и для этой цели пригодна всякая нетускнеющая жесть.

При условии более тщательного изготовления новый конденсор пригоден в качестве осветительного прибора для микроскопов, микрофотографических и микропроекционных аппаратов, особенно при работах с ультрафиолетовым светом.