CH231284A - Lighting device with Fresnel lens. - Google Patents

Lighting device with Fresnel lens.

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CH231284A
CH231284A CH231284DA CH231284A CH 231284 A CH231284 A CH 231284A CH 231284D A CH231284D A CH 231284DA CH 231284 A CH231284 A CH 231284A
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fresnel lens
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Haftung Klangfil Beschraenkter
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Klangfilm Gmbh
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00Simple or compound lenses
    • G02B3/02Simple or compound lenses with non-spherical faces
    • G02B3/08Simple or compound lenses with non-spherical faces with discontinuous faces, e.g. Fresnel lens

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Description

  

      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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Beleuchtungseinrichtung mit wenigstens einseitiger Stufenlinse, dadurch bekenazeich- net, dass zur Verringerung der Lichtverluste die Neigung der die Stufen begrenzenden bre chenden Flächen zur optischen Achse der Linse derartig ist. da.ss die vom Brennpunkt der Linse ausgehenden Beleuelitungsstrahlen wenigstens einzelne Stufen sy mmetris.ch durchsetzen. Claim: lighting device with at least one-sided stepped lens, characterized in that the inclination of the breaking surfaces delimiting the steps to the optical axis of the lens is such that, in order to reduce the light losses. da.ss the lighting rays emanating from the focal point of the lens enforce at least individual steps sy mmetris.ch. UNTERANSPRüCHE Beile uchtungseinriehtunb nach Patenta-n- spruch, mit zweiseitiger Stufenlinse, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüber liegenden Absätze (al, a2) zwischen den ein zelnen Stufen der beiden Linsenflächen so zueinander anmeofrdnet sind, SUB-CLAIMS Beilungseinriehtunb according to patent claim, with bilateral stepped lens, characterized in that the opposing shoulders (a1, a2) between the individual steps of the two lens surfaces are so arranged to each other dass die von dem einen Absatz der einen Fläche hervor- gerufene dunkle Zone (z1) in den Bereich des zugehörigen Absatzes der andern Fläche fällt. that the dark zone (z1) caused by one shoulder of one surface falls into the area of the associated shoulder of the other surface.
CH231284D 1942-06-13 1942-06-13 Lighting device with Fresnel lens. CH231284A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005022636B4 (en) * 2005-05-11 2014-03-20 Everspring Industry Co. Ltd. Thin spherical lens and use of such

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005022636B4 (en) * 2005-05-11 2014-03-20 Everspring Industry Co. Ltd. Thin spherical lens and use of such

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