Beleuchtungseinrichtung mit Stufenlinse. Es ist bekannt, bei Beleuchtungseinl.ich- tungen, z. B. für Scheinwerfer oder Projek- tio#nsz#wecke, insbesondere in der Kinemato graphie, Stufenlinssen zu verwenden,
bei denen von. Stufe zu Stufe wechselnde Krüm- mungsradien die Ablenkung der durch- fallenden Lichtstrahlen beeinflussen. Hierbei können,die Stufen auf einer Seite .oder auch auf beiden :Seiten der Linse angeordnet sein.
Je nach dem Vervwenduno-szvweek ist es ferner bekannt, die gestufte oder die nicht gestufte Seite der Lichtduelle zuzuwenden und die Linse plan., konvex oder konkav zu machen. Hierbei lassen sich sowohl parallele als auch konvergente Strahlen erzeugen.
D.ie Err,finidun:g hat den Zweck, derartige Be- leuchtungseinrichtungen durch Verringerung ,des Li:ch@tverlustes zu verbemern;
dementspre chend, wird gemäss der Erfindung die Ne ggung der die Stufen beb -enzenden brechenden Fächen zur optischen Achse der Linse derart gewählt, ,dass die vorm. Brennpunkt .der Linse aus- gehend,en Beleuchtungsstrahlen wenigstens einzelne Stufen symmetrisch durchsetzen.
Auf diese Weise werden insbesondere grosse Lichtverluste durch. Reflektion vermieden. Diese Verluste sind nämlich bei bekannten Beleuchtungseinrichtungen in gewissen Zonen der Stufenlinse, insbesondere in. .den Rand zonen erheblich, -weil:
die Lichtstrahlen in,die brechenden Flächen unter ungünstigem Win kel eintreten bezw. aus ihnen austreten. Wenn .die Beleuchtungseinrichtung eine zweiseitige Stufenlinso aufweist, so ist es vorteilhaft,
& e einander gegenüberliegenden Absätze zwi- sühen den einzelnen Stufen der beiden Linsen fläohen so zueinander anzuordnen, -dass .die von dem, einen Absatz .der einen Fläche her vorgerufene dunkle Zone in den Bereich-des zugeh,
ärigen Absatzes der andern Fläche fällt. Hierbei tritt infolge der Absätze nur ein einmaliger Lichtverlust auf .der Eintrittm- seite auf; es wird nämlich erreicht, dass sich dieser Lichtverlust .durch die Absätze a.uf der Austrittsseite nicht vergrössert.
An Hand der Figuren werden Aus.füh- runbeformen der Beleuchtunbseinrichtunö na-oh, der Erfindung beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Stufenlinse S, die par allele Strahlen erzeugt und damit besonders für -Saheinn-verferz-#vecke brauchbar ist. Die Lichtquelle L liebt in der optischen Achse 0.
Die Linse besitzt drei Stufen, die kreisring förmig verlaufen, und eine Mittelzone<B>31.</B> Die bei solchen Linsen vorzilb.weise infolge Re- flektion auftretenden Lichtverluste sollen an Hand ,der Fig. 2 näher untersucht werden.
Diese Figur zeigt eine einzelne Stufe der Linse, z. B. die äusserste. Der Lichtstrahl L trete mit der Intensität 1,00 auf die Eiai- trittsfläche E und, werde von dieser unter dem Winkel d gleich z. B. 35 gebrochen und trete senkrecht aus der Austrittsfläche A wieder aus. Bei einem Stufenwinkel a von z.
B. 40 und einem Brechung exponenten von, 1,5 für -das Glas erfahre hierbei der Lichtstrahl autf Grund der bekannten opti schen Beziehungen eine Herabsetzung auf dien Wert von 0,72.
Wenn der Lichtstrahl L die Stufe symmetrisch durchsetzt, wie das in Fig. 3 dargestellt ist, .das heisst wenn der Winkel i., :gleich dem Winkel i,@ ist, so tritt bei ;
gleichem Stufenwinkel und bei gleichem Brechungsindex, wie im Fall der Fig. 9, ein erheblich geringerer Lichtverlust auf, da nur eine Herabsetzung der Intensität auf .den We=rt von etwa 0,92 stattfindet. Es ist sehr zweckmässig, wenn alle Stufen vom Licht strahl symmetrisch durchsetzt werden;
ander- seits ist es aber auch ohne weiteres ersichtlich, dass eine Wirkungsverbesserung schon dann eintritt, wenn nur ein Teil der Stufen diese Bedingung erfüllt, insbesondere die Stufen am Rande. Wenn .die Symmetriebe=din@bmng für die dargestellten mittleren Lichtstrahlen erfüllt ist, ,so gilt sie praktisch genügend genau für !die ganzen schmalen Stufen.
Bei der mittleren Zone, die häufig relativ gross ist, braucht dies nicht so gut der Fall zu sein, zumal in dieser Zone der Lichtverlust sowieso nicht so stark auftritt. Bei zweiseitigen Stufenlinsen kann eine weitere Herabsetzung der Lichtverluste durch eine Anordnung gemäss Fig. .l erreicht wer den. Die zweiseit.igo Stufienlinse S besitzt fünf Stufen s, bei denen die an Hand vom. Fig. 1-3 erläuterte Bedingung erfüllt ist.
7wisehen diesen Stufen sind auf der einen Seite die Absätze a, und auf der andern Seite die Absätze a- Zwei einander entspre- ehende Absätze<I>a,</I> und at sind., wie darbe,- stellt, derart hintereinandergeschaltet, dass sie nur eine dunkle Zone z,
auf der Liehtaus- trittsseite erzeugen. Zwischen den dunklen Zonen liegen jeweils die hellen Zonen z.. Diese Anord@nunb hat noch den besonderen Vorteil, dass die Herstellung der Linse durch Pressen ohne weiteres möglich ist, da bei der schrägen Lage der Absätze die Linse leicht aus der Pressform herausgenommen werden kann.
Die brechenden Flächen der einzelnen Stufen stellen vorteilhaft Kugelausschnitte dar, deren Mittelpunkte in der optischen Achse liegen. Die Radien der einzelnen Stufen können so gewählt werden, dass der Öffnungsfehler (sphärische Abberation) be hoben ist.
Durch die Grösse und den Sinn der Krüm mung können, unter Umständen weitere Ab- Z, behoben werden, beispiels- weise durch Erfüllung der Aplanasiebedin- gung. Aplanatische8tufenlinsen werden im vielen Fällen bei solchen Beleuohtungsein- riohtungen besonders vorteilhaft angewendet.
Lighting device with Fresnel lens. It is known to use lighting devices, e.g. B. for headlights or projection purposes, especially in cinematography, to use Fresnel lenses,
with those of. Radii of curvature changing step by step influence the deflection of the light rays falling through. Here, the steps can be arranged on one side or on both sides of the lens.
Depending on the use, it is also known to turn the stepped or the non-stepped side of the light duels and to make the lens plane, convex or concave. Both parallel and convergent beams can be generated here.
D.ie Err, finidun: g has the purpose of improving such lighting equipment by reducing the loss of light;
Accordingly, according to the invention, the inclination of the refractive surfaces that shake the steps to the optical axis of the lens is selected such that the above. Focal point of the lens, the illuminating rays penetrate at least individual steps symmetrically.
In this way, particularly large light losses are caused. Avoid reflection. In the case of known lighting devices, these losses are considerable in certain zones of the Fresnel lens, especially in the edge zones, because:
the light rays in, the refracting surfaces enter or under unfavorable angles. step out of them. If the lighting device has a two-sided stepped lens, it is advantageous to
& e opposing shoulders between the individual steps of the two lenses must be arranged in such a way that the dark zone created by the one shoulder of the one surface goes into the area of the
the other shoulder falls. Here, as a result of the paragraphs, there is only a one-time loss of light on the entry side; it is achieved that this loss of light is not increased by the shoulders on the exit side.
Embodiments of the lighting device of the invention are explained, for example, on the basis of the figures.
Fig. 1 shows a Fresnel lens S, which generates par allelic rays and is therefore particularly useful for -Saheinn-verferz- # vecke. The light source L loves 0 in the optical axis.
The lens has three steps, which run in the shape of a circular ring, and a central zone <B> 31. </B> The light losses that occur with such lenses as a result of reflection will be examined in more detail using FIG.
This figure shows a single stage of the lens, e.g. B. the extreme. The light beam L occurs with the intensity 1.00 on the Eiai- step surface E and, from this, at the angle d, becomes z. B. 35 broken and emerge vertically from the exit surface A again. At a step angle a of z.
B. 40 and a refraction exponent of 1.5 for the glass experience here the light beam autf due to the known optical relationships, a reduction to the value of 0.72.
If the light beam L traverses the step symmetrically, as shown in FIG. 3, that is, if the angle i.,: Is equal to the angle i, @, then occurs at;
With the same step angle and the same refractive index, as in the case of FIG. 9, there is a considerably lower loss of light, since the intensity is only reduced to a value of about 0.92. It is very useful if all stages are traversed symmetrically by the light beam;
on the other hand, however, it is also readily apparent that an improvement in effectiveness occurs when only some of the levels meet this condition, in particular the levels at the edge. If .the symmetry = din @ bmng is fulfilled for the middle rays of light shown, then it applies practically enough precisely for! All the narrow steps.
In the middle zone, which is often relatively large, this need not be the case so well, especially since the loss of light does not occur so strongly in this zone anyway. In the case of double-sided Fresnel lenses, a further reduction in light losses can be achieved by an arrangement according to FIG. The zweiseit.igo stepped lens S has five steps, in which the on hand from. Fig. 1-3 explained condition is met.
7Wis these stages are on the one hand the paragraphs a, and on the other side the paragraphs a- Two corresponding paragraphs <I> a, </I> and at are., As shown, - shows, connected in series, that they are just a dark zone,
Generate on the lee exit side. Between the dark zones there are the light zones z .. This arrangement has the particular advantage that the lens can easily be produced by pressing, since the lens can easily be removed from the mold when the shoulders are inclined .
The refractive surfaces of the individual steps advantageously represent segments of a sphere, the centers of which lie in the optical axis. The radii of the individual steps can be chosen in such a way that the opening error (spherical aberration) is eliminated.
The size and the sense of the curvature can, under certain circumstances, eliminate further de- Z, for example by fulfilling the aplanasia condition. In many cases, aplanatic stepped lenses are used particularly advantageously in such lighting devices.