CZ200596A3 - Cocka s totálním odrazem svetla na celní plose - Google Patents

Abstract

Cocka, vyuzívající totální odraz na své celní plose, má vyssí geometrickou úcinnost a lepsí kolimacní vlastnosti v porovnání s beznými cockami. Paprsek (8) dopadající na celní plochu (3) cocky pod úhlem vetsím, nez je úhel kritický, je touto celní plochou (3) a následne zadní plochou (2) odrazena tak, ze jeho následný úhel dopadu na celní plochu (3) cocky je mensí, nez úhel kritický a proto je touto celní plochou (3) v bode (6) vyvázán ven z cocky.

Description

Čočka, využívající totální odraz na své čelní ploše, má vyšší geometrickou účinnost a lepší kolimační vlastnosti v porovnání s běžnými čočkami. Paprsek (8) dopadající na čelní plochu (3) čočky pod úhlem větším, než je úhel kritický, je touto čelní plochou (3) a následně zadní plochou (2) odražena tak, že jeho následný úhel dopadu na čelní plochu (3) čočky je menší, než úhel kritický a proto je touto čelní plochou (3) v bodě (6) vyvázán ven z čočky.

CZ 2005 - 96 A3

01-0230-05-Če

V204-0397

Čočka s totálním odrazem světla na čelní ploše

Oblast techniky

Vynález se týká návrhu čoček, využitelných v oblasti osvětlovací techniky.

(

Dosavadní stav techniky

Tradiční návrh čoček, usměrňujících světlo (kondensorů), může využívat totálního odrazu (dále jen TIR) za účelem zvětšení geometrické účinnosti čočky (t.j. poměru množství světla, zachyceného čočkou, ku množství světla, vyzářeného světelným zdrojem). Doposud je plocha TIR umísťována na zadní plochu čočky (viz. obr.1). Paprsek ]_ je podroben lomu jak na zadní, tak i na čelní ploše čočky, zatímco paprsek 2 3^e P° vniknutí do čočky odražen zadní plochou, a poté se láme na čelní ploše. Aby byly zachyceny všechny paprsky, zvláště ty, svírající s optickou osou úhel kolem 45°, musí být čočka poměrně tlustá. Nárůst tloušťky čočky může vést k problémům s její vyrobítelností. Další nevýhodou takového návrhu je skutečnost, že obraz zdroje, vytvořený odraznou plochou, rotuje podle toho, kterou azimutální výsečí plochy je zobrazen. Tedy obrazem jakkoliv tvarovaného zdroje je vždy kruh nebo mezikruží. Naproti tomu obraz, vytvořený čočkou, je stacionární, a tedy nerotující.

• · · ·

Podstata vynálezu

Zde uvedený vynález vylepšuje čočku využitím TIR na její přední ploše. Paprsky světla, mající úhel dopadu větší, než je úhel kritický pro daný materiál čočky (asi 42° pro sklo), se totálně odrážejí na čelní ploše čočky a poté jsou tvarovány zadní odraznou plochou čočky. Volba tvaru přední plochy není omezena jen na rovinné plochy; může to být obecná plocha, zachovávající podmínku totálního odrazu.

Podobně, optická funkce čočky není limitována na kolimaci, kdokoliv znalý optiky může upravit tento návrh pro například mimoosovou kolimaci, širokoúhlý zdroj světla, tvorbu světelné hranice apod. Je dokonce možné použít vícenásobný TIR na čelní ploše. Výhoda presentovaného návrhu oproti předchozímu stavu spočívá v dosažení nerotujícího obrazu zdroje, lepší kolimaci (dosažení delší průměrné ohniskové délky) a tenčí čočce při srovnatelných parametrech.

V souladu s předmětem tohoto vynálezu byla tedy vyvinuta čočka s totálním odrazem světla na čelní ploše, přičemž paprsek, dopadající na čelní plochu čočky pod úhlem větším, než je úhel kritický, je touto čelní plochou a následně zadní plochou odražen takovým způsobem, že jeho následný úhel dopadu na čelní plochu čočky je menší, než úhel kritický, a proto je touto čelní plochou v bodě vyvázán ven z čočky.

Světelný zdroj je s výhodou v optickém kontaktu s čočkou a pro dosažení téměř 100%ní geometrické účinnosti čočky je přidána plocha.

Odraz paprsku je s výhodou zajištěn zavedením pokovené plošky, zajišťující odraz paprsku i v případě, že jeho úhel dopadu nesplňuje podmínku pro totální odraz na přední ploše čočky.

Plochy jsou s výhodou čistě lámavé, zatímco plochou je paprsek totálně odrážen od odrazně povrstvené plochy a nakonec je lámán plochou.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým obrázkům výkresů, kde:

obr. 1 znázorňuje schematicky čočku, známou z dosavadního stavu techniky;

obr. 2 znázorňuje schematicky příkladné provedení předmětu tohoto vynálezu;

obr. 3 znázorňuje schematicky jiné příkladné provedení předmětu tohoto vynálezu s výraznějším rozlišením jednotlivých ploch;

obr. 4 znázorňuje schematicky imerzní variantu čočky podle obr. 3;

obr. 5 znázorňuje schematicky možnost radikálního snížení nezbytné apertury centrální části čočky s pokovenou ploškou; a ·Μ·

obr. 6 znázorňuje schematicky příkladné provedení čočky podle tohoto vynálezu, využívající dvojnásobný totální odraz.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 2 popisuje příklad provedení vynálezu. Světelný zdroj 1 vysílá paprsky, které můžeme rozdělit do dvou skupin. Paprsek Ί_ blíže optické osy čočky je lámán jak na zadní ploše 2, tak i na čelní ploše 2 čočky, protože nesplňuje podmínku totálního odrazu ve svém výstupním bodě 6. Naproti tomu paprsek 8. vstupuje do čočky zadní plochou 2, a protože v bodě 4 podmínku TIR splňuje, odráží se od čelní plochy 2 zpět k zadní ploše 2. Odráží se v bodě 5 na zadní ploše 2 (případně na povrstvené ploše 2B, tvořící část této zadní plochy 2) a vystupuje čelní plochou 2 ^v bodě 6, protože jeho úhel dopadu již klesl pod TIR mez.

Obr. 3 ukazuje jiný příklad vynálezu s výraznějším rozlišením jednotlivých ploch. Plochy 2A a 3A jsou čistě lámavé, zatímco na ploše 3B se paprsek 8 totálně odráží, poté se odráží od plochy 2B (v tomto případě je odrazně povrstvena) a nakonec se láme na ploše 3B.

Obr. 4 představuje imerzní variantu předchozí čočky, kde je světelný zdroj 1, v optickém kontaktu s čočkou (buď použitím imerzní kapaliny nebo zalitím světelného zdroje 1. do čočky). Tato varianta také ukazuje možnost kombinace vynálezu se známým řešením TIR plochy (přidání plochy 2C) , a tím dosažení účinnosti téměř 100%.

• · · · ·· ·· ·· ·· • · · · · ··· • φ φ · · · · φ · · · φφφφφ · · · · · ····· · · * • ·· ·· ···· ·· ·· ·

Obr 5. ukazuje možnost radikálního snížení nezbytné apertury centrální části čočky (tvořené plochami 2A a 3A) zavedením pokovené plošky 22· Tato pokovená ploška 3C zajistí odraz paprsku i v případě, že jeho úhel nesplňuje podmínku pro TIR. Navíc je možno blokovat nežádoucí světlo absorbující plochou 10.

Obr. 6 uvádí příkladné provedení vynálezu, využívající dvojnásobný bod £ TIR na čelní ploše 3.

Průmyslová využitelnost

Čočka s totálním odrazem na čelní ploše je využitelná v osvětlovací optice, projekční technice, automobilových světlech a pod.

Claims (3)

1. Čočka s totálním odrazem světla na čelní ploše, vyznačující se tím, že paprsek (8) , dopadající na čelní plochu (3) čočky pod úhlem větším, než je úhel kritický, je touto čelní plochou (3) a následně zadní plochou (2) odražen takovým způsobem, že jeho následný úhel dopadu na čelní plochu (3) čočky je menší, než úhel kritický, a proto je touto čelní plochou (3) v bodě (6) vyvázán ven z čočky.

2. Čočka s totálním odrazem světla na čelní ploše podle nároku 1, vyznačující se tím, že světelný zdroj (1) je v optickém kontaktu s čočkou a pro dosažení téměř 100%ní geometrické účinnosti čočky je přidána plocha (2C) .

3. Čočka s totální odrazem světla na čelní ploše podle nároku 1, vyznačující se tím, že odraz paprsku (8) je zajištěn zavedením pokovené plošky (3C), zajišťující odraz paprsku (8) i v případě, že jeho úhel

dopadu ploše ( nesplňuje podmínku pro 3) čočky. totální odraz na přední 4. Čočka s totálním odrazem světla na čelní ploše podle nároku 1, vyznačující se tím, že plochy (2A, 3A) jsou čistě lámavé, zatímco plochou (3B) je paprsek (8) totálně odrážen od odrazně povrstvené plochy (2B) a

nakonec je lámán plochou (3B).