DD239052A1

DD239052A1 - WABENKONDENSOR FOR LIGHTING DEVICES IN PROJECTION SYSTEMS

Info

Publication number: DD239052A1
Application number: DD27806885A
Authority: DD
Inventors: Gerd Huebner; Walter Gaertner; Wolfgang Retschke; Hans-Christoph Sachse
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-07-01
Filing date: 1985-07-01
Publication date: 1986-09-10

Abstract

Wabenkondensor fuer Beleuchtungseinrichtungen in Projektionssystemen, insbesondere bei hohen Anforderungen an die Gleichmaessigkeit der Beleuchtung. Das Ziel besteht darin, mit wenig Material und Kosten einen Wabenkondensor zu schaffen, dessen Gebrauchseigenschaften gegenueber herkoemmlichen verbessert sind. Aufgabe ist es, den Wabenkondensor so zu entwickeln, dass ohne besondere Justage von Elementarlinsen die Lichtverluste und die Verfaelschung der Gleichmaessigkeit der Beleuchtung minimal bleiben. Die Erfindung besteht darin, dass die Lichtein- und Lichtaustrittsflaeche eines jeden Elementarlinsenpaares Teile einer beiden gemeinsamen technologischen und geometrischen Flaeche sind, wobei die Funktion des Elementarlinsenpaares durch den gewaehlten Brechungsindex der verwendeten optischen Medien gesichert ist. Fig. 1Honeycomb condenser for lighting equipment in projection systems, in particular with high requirements for the uniformity of lighting. The goal is to create a honeycomb condenser with little material and cost, whose utility properties are improved compared to conventional. The task is to develop the honeycomb condenser so that the light losses and the falsification of the uniformity of the illumination remain minimal without special adjustment of lens lenses. The invention consists in that the Lichtein- and Lichtaustrittsflaeche of each pair of lenslets are parts of both common technological and geometric surface, wherein the function of the pair of lenslets is secured by the selected refractive index of the optical media used. Fig. 1

Description

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Wabenkondensor für Beleuchtungseinrichtungen in Projektionssystemen, bestehend aus zwei in zwei parallelen Ebenen angeordneten Rastern von Elementarlinsen, deren geometrisch optisch abbildende konvexe Funktionsflächen paarweise miteinander korrespondieren, wobei auf die Lichteintrittsfläche des ersten Rasters einfallende parallele Lichtstrahlen auf der Lichtaustrittsfläche des zweiten Rasters ein Bild erzeugen, jeweils die Lichtein- und Lichtaustrittsfläche des Elementarlinsenpaares Teile einer beiden gemeinsamen technologischen geometrischen Fläche sind, wobei die Funktion des Elementarlinsenpaares durch den gewählten Brechungsindex der verwendeten optischen Medien gesichert ist.According to the invention, this object is achieved in that in a honeycomb condenser for lighting devices in projection systems, consisting of two arranged in two parallel planes grids of lens lenses whose geometrically optically imaging convex functional surfaces correspond in pairs, wherein on the light entrance surface of the first grid incident parallel light rays on the Light exit surface of the second grid generate an image, in each case the Lichtein- and light exit surface of the pair of lenslets are parts of a two common technological geometric surface, wherein the function of the pair of lenslets is secured by the selected refractive index of the optical media used.

Die so gewählte Anordnung von Elementarlinsen in einer Ebene kann ohne Justieraufwand erreicht werden, wenn man voraussetzt, daß die Paarungsflächen der Elementarlinsen untereinander, diese Paarungsflächen stehen senkrecht zu besagter Ebene und sind je Elementarlinse in der Regel drei, vier oder sechs an der Zahl, ideal fertigbar sind. Lichtenergieverluste und eine Beeinträchtigung der Gleichmäßigkeit der Beleuchtung treten praktisch nur noch dann auf, wenn der Fügezustand der Eiementarlinsen grobe Fehler enthält. Eine paarweise Justierung der Funktionsflächen der Elementarlinsen entfällt, da die Justierung des Elementarlinsenpaares fertigungstechnisch gegeben ist und praktisch fehlerfrei ist, was auch auf die Parallelität der Achsen der Elementarlinsenpaare untereinander zutrifft. Dadurch kann auch jede Elementarlinse kleiner ausgeführt werden, so daß auch der gesamte Wabenkondensor wesentlich kleiner wird. Die Oberflächengüte der Funktionsflächen der Elementarlinsen genügt ebenfalls höchsten Anforderungen, da diese durch allgemein bekannte Arbeitsverfahren gewährleistet werden kann, die rotatorisch erzeugte stetig brechende Flächen hervorrufen.The arrangement of lenslets so selected in a plane can be achieved without adjustment, assuming that the mating surfaces of the lenslets with each other, these mating surfaces are perpendicular to said plane and are per elementary lens usually three, four or six in number, ideal are manufacturable. Light energy losses and impairment of the uniformity of the illumination occur practically only when the joining state of the egg kidney lenses contains gross errors. A pairwise adjustment of the functional surfaces of the lenslets omitted because the adjustment of the lens pair is given by manufacturing technology and is virtually error-free, which also applies to the parallelism of the axes of the lens pairs with each other. As a result, each elementary lens can be made smaller, so that the entire honeycomb condenser is much smaller. The surface quality of the functional surfaces of the lenslets also meets the highest requirements, since these can be ensured by well-known working methods that cause rotatably generated continuously refractive surfaces.

Besonders vorteilhaft in der Herstellung und in der Gleichmäßigkeit der Beleuchtung sind Wabenkondensoren, bei denen das Elementarlinsenpaar und somit die Funktionsflächen durch eine homogene Kugel oder einen homogenen Zylinder gebildet werden, deren Material einen Brechungsindex von 2 hat.Particularly advantageous in the production and in the uniformity of the illumination are honeycomb condensers, in which the pair of lenslets and thus the functional surfaces are formed by a homogeneous sphere or a homogeneous cylinder whose material has a refractive index of 2.

Des weiteren ist es bei Verwendung von optischen Medien mit von 2 abweichendem Brechungsindex möglich, die Wabenkondensoren so zu gestalten, daß im Elementarlinsenpaar senkrecht zur Beleuchtungsrichtung eine zentrische planparallele Luftschicht existiert und das Material einen Brechungsindex kleiner 2 hat oder daß im Elementarlinsenpaar senkrecht zur Beleuchtungsrichtung eine zentrische planparallele homogene Schicht mit einem Brechungsindex kleiner als der des die technologische und geometrische Fläche bildenden Körpers existiert, wobei beide Brechungsindexe kleiner als 2 sind.Furthermore, it is possible when using optical media with deviating from refractive index of 2, to make the honeycomb condenser that in the lens pair perpendicular to the illumination direction a centric plane-parallel air layer exists and the material has a refractive index of less than 2 or in the lens pair perpendicular to the illumination direction a centric plane-parallel homogeneous layer with a refractive index smaller than that of the forming the technological and geometric surface body exists, both refractive indices are less than 2.

embodiment

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und zwar zeigen:In the drawings, embodiments of the invention are shown, namely:

Fig. 1: den Aufbau und die Funktionsweise eines erfindungssgemäßen Wabenkondensors,1 shows the structure and operation of a honeycomb condenser according to the invention,

Fig. 2 und 3: Ausführungsbeispiele von Elementarlinsen für Wabenkondensoren bei Verwendung von Material mit einem Brechungsindex kleiner 2.2 and 3: embodiments of lens lenses for honeycomb condensers using material with a refractive index less than 2.

Der erfindungsgemäße Wabenkondensor 1 besteht nach Fig. 1 aus Elementarlinsen 2, deren Funktionsflächen 3 und 4 Teile der Oberfläche einer homogenen Kugel 5 sind. Die Elementarlinsen 2 sind polygonal in einer Ebene 6 so angeordnet, daß die Mittelpunkte 7 der Kugeln 5 aller in der Ebene 6 liegen. In dieser Anordnung bilden die geometrisch optisch abbildenden konvexen Funktionsflächen 3 und 4 zwei in zwei Ebenen 8 und 9 angeordnete Linsenraster; auf der Lichteintrittsseite ein Bildfeldlinsenraster 10 und auf der Lichtaustrittsseite des Wabenkondensors 1 ein Leuchtfeldlinsenraster 11. Auf der Lichteintrittsfläche des Bildfeldlinsenrasters 10 einfallende parallele Strahlen 12 erzeugen auf der Lichtaustrittsfläche des Lichtfeldlinsenrasters 11 ein Bild 13. Das Material der Elementarlinse 2 hat einen Brechungsindex von 2. Wenn das von einer Lichtquelle 14 ausgehende Licht über eine optische Anordnung im Leuchtfeld 15 der Lichtquelle 14 auf den Wabenkondensor 1 projiziert wird, dann entsteht im Bildfenster 16 eine sehr gleichmäßige Beleuchtung der nachfolgenden nicht weiter dargestellten optischen Anordnung.According to FIG. 1, the honeycomb condenser 1 according to the invention consists of elementary lenses 2 whose functional surfaces 3 and 4 are parts of the surface of a homogeneous sphere 5. The lenslets 2 are arranged in a polygonal plane 6 so that the centers 7 of the balls 5 are all in the plane 6. In this arrangement, the geometrically optically imaging convex functional surfaces 3 and 4 form two lens arrays arranged in two planes 8 and 9; On the light entrance side, a field lens array 10 and on the light exit side of the honeycomb condenser 1, a light field lens array 11 on the light entrance surface of the field lens array 10 incident parallel beams 12 generate on the light exit surface of the light field lens array 11 an image 13. The material of the elementary lens 2 has a refractive index of 2. If the light emitted by a light source 14 is projected onto the honeycomb condenser 1 via an optical arrangement in the light field 15 of the light source 14, then a very uniform illumination of the following optical arrangement, not further illustrated, results in the image window 16.

Der Justieraufwand für einen derartigen Wabenkondensor 1 ist sehr gering, da fertigungsbedingt die Funktionsflächen 3 des Bildfeldlinsenrasters 10 und die Funktionsflächen 4 des Leuchtfeldlinsenrasters 11 Bestandteile ein und derselben technologischen und geometrischen Fläche sind und die auch in jeweils ein und demselben Arbeitsgang rotatorisch, wie zum Beispiel beim Schleifen und Läppen von Kugeln, erzeugt werden können.The Justieraufwand for such a honeycomb condenser 1 is very low because production due to the functional surfaces 3 of the field lens array 10 and the functional surfaces 4 of the light field lens grid 11 components one and the same technological and geometric surface and in each case one and the same operation rotatory, such as in Grinding and lapping of balls, can be generated.

Sollten materialbedingt optische Werkstoffe mit einem Brechungsindex kleiner als 2 zum Einsatz kommen, dann können die Elementarlinsen 2 auch, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, zusammengesetzt werden. Gemäß Fig. 2 bestehen die Eiementarlinsen 2 auszwei gleichgroßen Kugelabschnitten 17 und 18, die mit ihren ebenen Schnittflächen 19 und 20 an den parallelen Stirnflächen eines mit Luft 21 gefüllten prismatischen Hohlkörpers 22 fest angeordnet sind. In Fig.3 sind besagte Kugelabschnitte 17 und 18 an den parallelen Stirnflächen eines homogenen prismatischen Glaskörpers 23 angeordnet. In jedem Falle ist der Brechungsindex der Kugelabschnitte 17 und 18 kleiner als 2, wobei gemäß Fig.3 die Kugelabschnitte einen größeren Brechungsindex besitzen als der Glaskörper 23. Wie in Fig. 1 sind die Funktionsflächen 3 und 4 Teile einer beiden gemeinsamen technologischen und geometrischen Fläche, zum Beispiel der Oberfläche einer Kugel 5 oder eines Zylinders.If, due to the material, optical materials with a refractive index of less than 2 are used, then the lenslets 2 can also be assembled as shown in FIGS. 2 and 3. According to FIG. 2, the eggplantar lentins 2 consist of two equally sized ball sections 17 and 18, which are fixedly arranged with their flat cut surfaces 19 and 20 on the parallel end faces of a prismatic hollow body 22 filled with air 21. In FIG. 3, said ball sections 17 and 18 are arranged on the parallel end faces of a homogeneous prismatic glass body 23. In any case, the refractive index of the ball sections 17 and 18 is less than 2, wherein, according to FIG. 3, the ball sections have a greater refractive index than the glass body 23. As in FIG. 1, the functional surfaces 3 and 4 are parts of a common technological and geometrical area , For example, the surface of a ball 5 or a cylinder.

Claims

claims:

1. honeycomb condenser for illumination devices in projection systems, consisting of two arranged in two parallel planes grids of lens lenses, the geometrically optically imaging convex functional surfaces correspond in pairs, with the light entrance surface of the first grid incident parallel light rays on the light exit surface of the second grid an image, characterized in that in each case the Lichtein- and light exit surface (3; 4) of the pair of lenslets (2) are parts of a two common technological and geometric surface, wherein the function of the pair of lenslets (2) is secured by the selected refractive index of the optical media used.

2. honeycomb condenser according to claim 1, characterized in that the pair of lenslets (2) - and thus the functional surfaces (3, 4) - by a homogeneous ball (5) is formed, whose material has a refractive index of 2.

3. honeycomb condenser according to claim 1, characterized in that the pair of lenslets (2) - and thus the functional surfaces (3, 4) - is formed by a homogeneous cylinder whose material has a refractive index of 2.

4. honeycomb condenser according to claim 1 to 3, characterized in that in the elementary lens pair (17; 18) perpendicular to the illumination direction, a centric plane-parallel air layer (21) exists and the body has a refractive index less than 2.

5. honeycomb condenser according to claim 1 to 3, characterized in that in the elementary lens pair (17; 18) perpendicular to the illumination direction, a centric plane-parallel homogeneous layer (23) with a refractive index smaller than that of the technological and geometric surface forming body exists, said both refractive indices are less than 2.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The honeycomb condenser can be used in lighting devices in projection systems with high requirements for the uniformity of the illumination.

Characteristic of the known technical solutions

Traditionally, honeycomb condensers consist of two physically separate lens grids which are arranged in two parallel planes and consist of a plurality of lenslets. The lenticular grids are designed such that in the illumination system by an elementary lens of the field lens pattern is an image in the direction of the light direction on the image window and at the same time by one elementary lens of the Bildfeldlinsenrasters an image of each elementary lens of the field lens array against the Sinn.der light direction on the light field of Light source takes place. For safe operation of such honeycomb condensers, it is necessary to make the parameters of the lenslets identical, to select the grid arrangement in beden levels equal and accurate, to ensure the parallelism of the optical axes of the lenslets and to precisely tune the lenticular to distance and coaxiality of the lenslet pairs. The essential shortcoming of the known solutions is that with respect to a pair of lens lenses, there are two outer optical surfaces which have been manufactured independently of one another, so that an individual adjustment is necessary. Such arrangements are impractical for economic reasons, so that production-related errors are accepted, without the lenticular adjustment is avoided. It also honeycomb condensers in pressed design made of glass or plastic are known in which the production cost remains low, but where the quality of the optical imaging process is affected by in principle separate manufacturing of the functional surfaces by means of a split press tool. If high demands are placed on the uniformity and effectiveness of the lighting, these condensers can not be used.

Above conditions for a perfect function can be only approximately meet in any case, so that despite high material and manufacturing expense Lichtenergieverluste occur and the uniformity of the lighting is impaired.

Object of the invention

The aim of the invention is to provide a cost-effective in production and less material-intensive honeycomb condenser whose performance characteristics are significantly improved over the conventional honeycomb condensers.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to develop a honeycomb condenser whose elementary lenses allow the composition of a flat lenticular grid without adjustment due to their production-related geometry, with light energy losses and the falsification of the uniformity of the illumination remain minimal.