DE102005022636B4

DE102005022636B4 - Thin spherical lens and use of such

Info

Publication number: DE102005022636B4
Application number: DE200510022636
Authority: DE
Inventors: Ting-Hua Lung
Original assignee: Everspring Industry Co Ltd
Current assignee: Everspring Industry Co Ltd
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2005-05-11
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2025-05-12
Also published as: DE102005022636B8; DE102005022636A1

Abstract

Dünne sphärische Linse (100) mit einer Lichteintrittsfläche (110) und einer Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen (120) gegenüberliegend zur Lichteintrittsfläche (110), wobei die Lichteintrittsfläche (110) eine sphärisch gekrümmte Oberfläche ist und die Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen (120) sphärisch gekrümmte Oberflächen sind, die entsprechend dem Ergebnis einer virtuellen Vorgehensweise ausgebildet sind, derzufolge von jedem Linsenkörper einer Mehrzahl von Linsenkörpern mit unterschiedlichen Krümmungsradien der Lichtaustrittsflächen (120) ein Abschnitt entfernt wird, der einer sphärisch gekrümmten Oberfläche mit der optischen Achse (140) der dünnen sphärischen Linse (100) als zentraler Achse entspricht, und derzufolge die nicht entfernten Abschnitte der Linsenkörper zusammengefügt werden, um eine Mehrzahl von Vertiefungen (130) mit unterschiedlichen Tiefen und/oder Breiten, die umlaufend um die optische Achse (140) der dünnen sphärischen Linse ausgebildet sind, als die Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen (120) auszubilden, wobei die Krümmungsradien der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen (120) unterschiedlich sind, so dass sämtliche Brennweiten der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen (120) identisch sind, die Abstände zwischen der Lichteintrittsfläche (110) und dem Bereich von jeder der Mehrzahl von Vertiefungen (130), der am Weitesten entfernt zu der optischen Achse (140) ist, gemessen in Richtung der optischen Achse (140) der dünnen sphärischen Linse identisch sind, wobei die Längsseite von jeder Vertiefung (130) parallel zu der optischen Achse (140) der dünnen sphärischen Linse ist, und die maximale Apertur der dünnen sphärischen Linse (100) dem Zweifachen ihrer Brennweite entspricht.Thin spherical lens (100) with a light inlet surface (110) and a plurality of light outlet surfaces (120) opposite the light inlet surface (110), the light inlet surface (110) being a spherically curved surface and the plurality of light outlet surfaces (120) being spherically curved surfaces , which are formed according to the result of a virtual procedure, according to which a portion is removed from each lens body of a plurality of lens bodies with different radii of curvature of the light exit surfaces (120) which corresponds to a spherically curved surface with the optical axis (140) of the thin spherical lens (100 ) corresponds to the central axis, and consequently the non-removed sections of the lens body are joined to form a plurality of depressions (130) with different depths and / or widths, which are formed circumferentially around the optical axis (140) of the thin spherical lens as the plural of L Forming light exit surfaces (120), the radii of curvature of the plurality of light exit surfaces (120) being different so that all focal lengths of the plurality of light exit surfaces (120) are identical, the distances between the light entry surface (110) and the area of each of the plurality of depressions (130), which is farthest from the optical axis (140), measured in the direction of the optical axis (140) of the thin spherical lens are identical, with the long side of each recess (130) parallel to the optical axis (140) of the thin spherical lens, and the maximum aperture of the thin spherical lens (100) is twice its focal length.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dünne sphärische Linse sowie die Verwendung einer solchen dünnen sphärischen Linse.The present invention relates to a thin spherical lens and the use of such a thin spherical lens.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Gegenwärtig verwenden passive Infrarotsensoren (PIR), die zur Detektion von Menschen verwendet werden, Linsenarrays, die aus Polyethylen von hoher Dichte (High-Density Polyethylene; HDPE) hergestellt sind, um die von dem menschlichen Körper emittierten Infrarotstrahlen zu fokussieren. Grundsätzlich können Linsen in traditionelle Fresnel-Linsen und in allgemeine sphärische Linsen unterteilt werden. Die Auslegung des Arrays hängt von dem vorgenannten Linsentyp ab. Ein Array, der Fresnel-Linsen verwendet, ist für gewöhnlich ein ebener rechteckiger Folien- bzw. Plattenkörper 10, wie in den 1 und 2 gezeigt, und eine glatte Oberfläche dieses Körpers wird als Lichtaustrittsfläche 12 verwendet und die andere Oberfläche weist viele als Vertiefungen ausgebildete konzentrische Kreise 14 auf und dient als Lichteintrittsfläche 16. Jeder der als Vertiefung ausgebildeten konzentrischen Kreise 14 kann als Miniaturprisma angesehen werden und Licht wird, nachdem es von diesem Miniaturprisma gebrochen wurde, abgelenkt, um so fokussiert zu werden und auf diese Weise Lichtstrahlen zu fokussieren. Der andere Typ von Linsenarray 20, wie dieser in der 3 gezeigt ist, besteht aus allgemein üblichen sphärischen Linsen 22.At present, passive infrared (PIR) sensors used for human detection use lens arrays made of high-density polyethylene (HDPE) to focus the infrared rays emitted by the human body. Basically, lenses can be divided into traditional Fresnel lenses and into general spherical lenses. The design of the array depends on the aforementioned type of lens. An array using Fresnel lenses is usually a flat rectangular sheet body 10 as in the 1 and 2 shown, and a smooth surface of this body is called the light exit surface 12 used and the other surface has many formed as depressions concentric circles 14 on and serves as a light entry surface 16 , Each of the concentric circles formed as a depression 14 can be thought of as a miniature prism and, after being refracted by this miniature prism, deflects light so as to be focused and thereby focus light rays. The other type of lens array 20 like this one in the 3 is shown, consists of commonly used spherical lenses 22 ,

Im praktischen Einsatz der vorgenannten Linsen treten jedoch gewisse Probleme auf, insbesondere:

1. Die herkömmliche Fresnel-Linse beruht auf dem Prinzip eines Prismas, um Licht zu fokussieren, und ob Lichtbündel auf einen Ort fokussiert werden können, hängt von der Dichte der als Vertiefungen ausgebildeten konzentrischen Kreise ab; falls die Dichte zu gering ist, wird die Fokussierung nicht genau genug sein; falls die Dichte zu hoch ist, wird das einfallende Licht nicht fokussiert sondern gebeugt. US-Patent US 4 787 722 A offenbart eine Fresnel-Linse, bei der die Lichteintrittsfläche mehrere als Vertiefungen ausgebildete Nuten aufweist und die Breite der als Vertiefungen ausgebildeten Nuten allmählich von der Mitte zum Rand hin abnimmt, so dass die Tiefen der als Vertiefungen ausgebildeten Nuten gleichmäßig bzw. gleich sein können, so dass das Problem gelöst werden kann, das von dem in der Vergangenheit verwendeten Design herrührt, demzufolge die Nuten der Fresnel-Linse identische Breiten aufweisen, obwohl diese nicht identische Tiefen aufweisen, was dazu führt, dass die Fresnel-Linse nicht dünn gemacht werden kann, was insbesondere daran liegt, dass deren Dicke durch die Tiefe der als Vertiefungen ausgebildeten Nuten begrenzt ist. Die Fresnel-Linse mit dem Array aus den vorgenannten Nuten muss jedoch zu einer säulenförmigen Anordnung gebogen werden, was darin resultiert, dass die primäre optische Achse nicht senkrecht zu der Linse sein wird, was die chromatische Aberration und Energieverluste weiter erhöht.
2. Im Gegensatz zu einer flachen, dünnen und leichten Auslegung von Fresnel-Linsen weist eine sphärische Linse zwei sphärische Oberflächen auf und die Linsen, die zur Detektion von Objekten in verschiedenen Richtungen und unter verschiedenen Abständen verwendet werden, werden zu einem Linsen-Array zusammengefügt. Eine Oberfläche der sphärischen Linse kann eine sphärische Oberfläche mit einem vorgegebenen Krümmungsradius sein; somit hat die sphärische Linse ein Aussehen vergleichbar zu einer Kugel, wie in der 3 gezeigt. Wegen dieser kugelähnlichen Gestalt hat ein herkömmlicher sphärischer Linsen-Array den Nachteil, dass sämtliche der primären optischen Achsen senkrecht zu den Linsen stehen, wenn die von einem menschlichen Körper emittierten Infrarotstrahlen detektiert werden, was zu einem hervorragenden Fokussierungseffekt führt. Im Gegensatz zur dünnen Ausbildung einer Fresnel-Linse sollte jedoch die Dicke der Linse erhöht werden, wenn die Öffnungsweite bzw. Apertur der Linse eines sphärischen Linsen-Arrays vergrößert werden soll. Eine Vergrößerung der Dicke der Linse verringert jedoch das Transmissionsvermögen für infrarote Strahlung. Deshalb muss die Linsenapertur eines solchen Typs von sphärischem Linsen-Array innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingehalten werden, und der Detektionsabstand bzw. die Gegenstandsweite wird verringert, wenn die Umgebungstemperatur über 28 Grad Celsius liegt.

In practical use of the aforementioned lenses, however, certain problems occur, in particular:

1. The conventional Fresnel lens is based on the principle of a prism to focus light, and whether light beams can be focused on a location depends on the density of the concentric circles formed as depressions; if the density is too low, the focus will not be accurate enough; if the density is too high, the incident light is not focused but diffracted. US Patent US 4,787,722 A discloses a Fresnel lens in which the light entrance surface has a plurality of grooves formed as recesses, and the width of the grooves formed as depressions gradually decreases from the center to the edge, so that the depths of grooves formed as recesses may be uniform that the problem can be solved, which results from the design used in the past, according to which the grooves of the Fresnel lens have identical widths, although they do not have identical depths, resulting in that the Fresnel lens can not be thinned, in particular, because their thickness is limited by the depth of the recesses formed as grooves. However, the Fresnel lens with the array of the aforementioned grooves must be bent into a columnar arrangement, resulting in that the primary optical axis will not be perpendicular to the lens, further increasing chromatic aberration and energy losses.
2. In contrast to a flat, thin and light design of Fresnel lenses, a spherical lens has two spherical surfaces and the lenses used to detect objects in different directions and at different distances are assembled into a lens array , A surface of the spherical lens may be a spherical surface having a predetermined radius of curvature; Thus, the spherical lens has an appearance similar to a ball, as in the 3 shown. Because of this sphere-like shape, a conventional spherical lens array has the disadvantage that all of the primary optical axes are perpendicular to the lenses when the infrared rays emitted from a human body are detected, resulting in an excellent focusing effect. However, in contrast to the thin formation of a Fresnel lens, the thickness of the lens should be increased if the aperture of the lens of a spherical lens array is to be increased. Increasing the thickness of the lens, however, reduces the transmissivity for infrared radiation. Therefore, the lens aperture of such a type of spherical lens array must be maintained within a predetermined range, and the detection distance or subject distance is reduced when the ambient temperature is above 28 degrees Celsius.

GB 1 598 335 A offenbart ein als Zylinderlinse ausgebildetes Prismen-Linsensystem zur Bündelung von Sonnenlicht auf einen Wärmetauscher eines thermischen Sonnenkollektors. Das Linsensystem ist als Zylinderlinse ausgebildet, mit einer bikonvexen Linse im Zentrum und linienförmigen Prismenabschnitten auf einer konkaven Lichtaustrittsfläche der Zylinderlinse. Eine spezielle Auslegung der Krümmungsradien der prismatischen Abschnitte ist nicht offenbart. Die prismatischen Abschnitte sind hakenartig ausgebildet, so dass eine Abformung durch Pressformen oder dergleichen nicht möglich ist. Die Zylinderlinse wird durch Verformen eines planparallelen Substrats ausgebildet, auf welchem die Prismenabschnitte ausgebildet sind. Somit sind die Abstände zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Bereich von jeder der Mehrzahl von von den Prismenabschitten ausgebildeten Vertiefungen, der am Weitesten entfernt zu der gemeinsamen optischen Achse der Zylinderlinse ist, gemessen in Richtung der optischen Achse der Zylinderlinse, nicht identisch. GB 1 598 335 A discloses a prism lens system formed as a cylindrical lens for condensing sunlight onto a heat exchanger of a solar thermal collector. The lens system is designed as a cylindrical lens, with a biconvex lens in the center and line-shaped prism sections on a concave light exit surface of the cylindrical lens. A specific interpretation of the radii of curvature of the prismatic sections is not disclosed. The prismatic portions are hook-shaped, so that molding by press-forming or the like is not possible. The cylindrical lens is formed by deforming a plane-parallel substrate on which the prism sections are formed. Thus, the distances between the light entrance surface and the area of each of the plurality of the Prismenabschitten formed recesses, which is farthest from the common optical axis of the cylindrical lens, measured in the direction of the optical axis of the cylindrical lens, not identical.

EP 0 758 753 A2 offenbart eine vergleichsweise dicke Linse, auf der diffraktive ringförmige Bereiche durch Diamantschleifen oder Spritzgießen eines Kunststoffs in eine Form mit einer geblazeten Oberfläche ausgebildet sind. Die diffraktiven ringförmigen Bereiche sind in Form eines Sägezahnprofils auf einer Oberfläche der Linse ausgebildet. EP 0 758 753 A2 discloses a comparatively thick lens on which diffractive annular regions are formed by diamond grinding or injection molding of a plastic into a blazed surface mold. The diffractive annular regions are formed in the form of a sawtooth profile on a surface of the lens.

US 2004/0141241 A1 offenbart ein aus zwei Kunststoff-Fresnellinsen ausgebildetes Abbildungssystem, wobei die Fresnellinsen asphärisch gekrümmt sind. US 2004/0141241 A1 discloses an imaging system formed of two plastic Fresnel lenses, the Fresnel lenses being aspherically curved.

CH 231 284 A , GB 902 536 A , US 2 246 098 A und JP H01 295 204 A offenbaren weitere Linsen mit einer Mehrzahl von ringförmig ausgebildeten Linsenkörpern, wobei jedoch die Abstände zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Bereich von jeder der Mehrzahl von von den Linsenabschitten ausgebildeten Vertiefungen, der am Weitesten entfernt zu der gemeinsamen optischen Achse der Linse ist, gemessen in Richtung der gemeinsamen optischen Achse der Linse, nicht identisch sind. CH 231 284 A . GB 902 536 A . US 2 246 098 A and JP H01 295 204 A disclose further lenses having a plurality of annular lens bodies, however, the distances between the light entrance surface and the area of each of the plurality of recesses formed by the lens portions being farthest from the common optical axis of the lens are measured toward the common optical axis of the lens, are not identical.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer dünnen sphärischen Linse, bei der zur Vergrößerung der Linsenapertur die Dicke der Linse nicht unbedingt erhöht zu werden braucht und bei der die Fokussierungswirkung dennoch hervorragend sein kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung soll eine bevorzugte Verwendung einer solchen dünnen sphärischen Linse in Infrarotsensoren bereitgestellt werden.The object of the present invention is to provide a thin spherical lens in which the thickness of the lens does not necessarily need to be increased to increase the lens aperture, and yet the focusing effect can be excellent. In accordance with another aspect of the present invention, a preferred use of such a thin spherical lens in infrared sensors is to be provided.

Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine dünne sphärische Linse mit den Merkmalen nach Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung nach Anspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche.These objects are achieved according to the present invention by a thin spherical lens having the features of claim 1 and by a use according to claim 5. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Somit umfasst die dünne sphärische Linse gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichteintrittsfläche und eine Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen, die der Lichteintrittsfläche entsprechen, wobei die Lichteintrittsfläche eine sphärische bzw. sphärisch gekrümmte Fläche ist und die Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen entsprechend dem Ergebnis einer virtuellen Vorgehensweise ausgebildet sind, derzufolge von jedem Linsenkörper einer Mehrzahl von Linsenkörpern mit unterschiedlichen Krümmungsradien der Lichtaustrittsflächen ein Abschnitt entfernt wird, der einer sphärisch gekrümmten Oberfläche mit der optischen Achse der dünnen sphärischen Linse als zentraler Achse entspricht, und derzufolge die nicht entfernten Abschnitte der Linsenkörper zusammengefügt werden, um eine Mehrzahl von Vertiefungen mit unterschiedlichen Tiefen und/oder Breiten, die umlaufend um die optische Achse der dünnen sphärischen Linse ausgebildet sind, als die Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen auszubilden, wobei die Vertiefungen wie die Vertiefungen einer herkömmlichen Fresnel-Linse wirken, so dass sämtliche Lichtaustrittsflächen eine identische Brennweite aufweisen können. Dabei sind die Abstände zwischen der Lichteintrittsfläche und dem Bereich von jeder der Mehrzahl von Vertiefungen, der am Weitesten entfernt zu der optischen Achse ist, gemessen in Richtung der optischen Achse der dünnen sphärischen Linse identisch, wobei die Längsseite von jeder Vertiefung parallel zu der optischen Achse der dünnen sphärischen Linse ist, und die maximale Apertur der dünnen sphärischen Linse dem Zweifachen ihrer Brennweite entspricht.Thus, the thin spherical lens according to the present invention comprises a light entrance surface and a plurality of light exit surfaces corresponding to the light entrance surface, the light entrance surface is a spherical surface and the plurality of light exit surfaces are formed in accordance with the result of a virtual procedure, thus each lens body of a plurality of lens bodies having different radii of curvature of the light emitting surfaces is removed a portion corresponding to a spherical curved surface with the optical axis of the thin spherical lens as the central axis, and consequently the non-removed portions of the lens bodies are joined together to form a plurality of grooves with different depths and / or widths formed circumferentially around the optical axis of the thin spherical lens, as the plurality of light exit surfaces The depressions act like the depressions of a conventional Fresnel lens, so that all the light exit surfaces can have an identical focal length. Here, the distances between the light entrance surface and the area of each of the plurality of recesses farthest from the optical axis are measured in the direction of the optical axis of the thin spherical lens, and the long side of each recess is parallel to the optical axis is the thin spherical lens and the maximum aperture of the thin spherical lens is twice its focal length.

Der technische Inhalt der vorliegenden Erfindung und bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.The technical content of the present invention and preferred embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine schematische Darstellung des Linsen-Arrays, der aus herkömmlichen Fresnel-Linsen ausgebildet ist. 1 FIG. 12 is a schematic diagram of the lens array formed of conventional Fresnel lenses. FIG.

2 ist eine schematische Darstellung des optischen Strahlengangs der herkömmlichen Fresnel-Linsen. 2 is a schematic representation of the optical path of the conventional Fresnel lenses.

3 ist eine schematische Darstellung eines Linsen-Arrays, der aus herkömmlichen sphärischen Linsen ausgebildet ist. 3 Fig. 12 is a schematic diagram of a lens array formed of conventional spherical lenses.

4 ist eine Darstellung, die das mit einer allgemeinen sphärischen Linse erzeugte Bild zeigt. 4 Fig. 13 is a diagram showing the image formed with a general spherical lens.

5 ist eine schematische Darstellung, die eine simulierte sphärische Linse mit Vertiefungen zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung abgeleitet wurden. 5 Fig. 12 is a schematic diagram showing a simulated spherical lens with pits derived according to the present invention.

6 ist eine schematische Darstellung, die eine weitere simulierte sphärische Linse mit Vertiefungen zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung abgeleitet wurden. 6 Fig. 4 is a schematic diagram showing another simulated spherical lens with pits derived according to the present invention.

7 ist eine Seitenansicht der dünnen sphärischen Linse gemäß der vorliegenden Erfindung. 7 Fig. 10 is a side view of the thin spherical lens according to the present invention.

8 ist eine schematische Darstellung des optischen Strahlengangs der erfindungsgemäßen dünnen sphärischen Linse. 8th is a schematic representation of the optical beam path of the thin spherical lens according to the invention.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsbeispieleDetailed Description of the Preferred Embodiments

Zunächst wird die Vorgehensweise ausführlich beschrieben werden, nach der sich die dünne sphärische Linse gemäß der vorliegenden Erfindung aus einer herkömmlichen sphärischen Linse ableitet. Die 4 zeigt hierzu schematisch eine allgemeine sphärische Linse 30. Um die Transmission von Licht zu erhöhen, insbesondere von infrarotem Licht, stellt die Vergrößerung der Apertur der Linse ein offensichtliches und direktes Verfahren dar; die Dicke der Linse kann jedoch nicht allzu groß werden, sondern sollte innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegen. Wie in der 5 gezeigt, wird zunächst auf der Grundlage des vorgenannten Prinzips eine sphärische Linse 40 simuliert, die eine Apertur ϕ1, einen äußeren Krümmungsradius R, einen inneren Krümmungsradius r1, eine zentrale Dicke a, eine Randdicke b und eine Brennweite f (in der Zeichnung nicht dargestellt) aufweist. Eine sphärische Linse 50 mit einer Apertur ϕ2 wird ebenfalls simuliert, wobei gilt, ϕ2 > ϕ1, und der äußere Krümmungsradius der Linse wird auf R gehalten und die Randdicke der Linse wird auf b gehalten und die zentrale Dicke wird auf a + c erhöht; dann wird der innere Krümmungsradius der Linse auf r2 modifiziert, so dass die Brennweite der sphärischen Linse 50 auf f gehalten werden kann. Als nächstes wird ein Kreis gezogen, der einen Durchmesser ϕ1 aufweist und dessen Mitte mit der Mitte der sphärischen Linse 50 zusammenfällt; der Abschnitt des Linsenkörpers der sphärischen Linse 50, die dem vorgenannten Kreis entspricht, wird von der sphärischen Linse 50 entfernt bzw. abgetragen und der Abschnitt des Linsenkörpers der sphärischen Linse 50 mit einem Flächeninhalt von πcϕ2 bleibt übrig und der so übrig gebliebene Abschnitt der sphärischen Linse 50 wird mit der sphärischen Linse 40 in Eingriff gebracht bzw. zusammengefügt, um eine sphärische Linse auszubilden, die die Gestalt einer sphärischen bzw. sphärisch gekrümmten Oberfläche und einer mit Vertiefungen versehenen Oberfläche auf der gegenüberliegenden Seite aufweist, so dass eine sphärische Linse resultiert, deren Apertur gleich der Apertur der sphärischen Linse 50 ist, deren Dicke jedoch gleich der Dicke der sphärischen Linse 40 ist und die eine identische Brennweite f aufweist. Eine solche virtuelle bzw. gedachte Vorgehensweise wird solange wiederholt, bis zehn sphärische Linsen zusammengefügt sind.First of all, the procedure according to which the thin spherical lens according to the present invention is derived from a conventional spherical lens will be described in detail. The 4 schematically shows a general spherical lens 30 , In order to increase the transmission of light, in particular of infrared light, the enlargement of the aperture of the lens is an obvious and direct method; however, the thickness of the lens may not become too large, but should be within a predetermined range. Like in the 5 is first shown, based on the above principle, a spherical lens 40 having an aperture φ1, an outer radius of curvature R, an inner radius of curvature r1, a central thickness a, an edge thickness b and a focal length f (not shown in the drawing). A spherical lens 50 with an aperture φ2 is also simulated, where, φ2> φ1, and the outer radius of curvature of the lens is held at R and the edge thickness of the lens is kept at b and the central thickness is increased to a + c; then the inner radius of curvature of the lens is modified to r2, so that the focal length of the spherical lens 50 can be kept on f. Next, draw a circle having a diameter φ1 and its center with the center of the spherical lens 50 coincides; the portion of the lens body of the spherical lens 50 that corresponds to the aforementioned circle is from the spherical lens 50 removed and the portion of the lens body of the spherical lens 50 with an area of πcφ2 remains and the remaining portion of the spherical lens 50 is with the spherical lens 40 is engaged to form a spherical lens having the shape of a spherical surface and a dimpled surface on the opposite side, resulting in a spherical lens whose aperture is equal to the aperture of the spherical lens 50 but whose thickness is equal to the thickness of the spherical lens 40 is and has an identical focal length f. Such a virtual or imaginary procedure is repeated until ten spherical lenses are joined together.

Es wird nun Bezug genommen auf die 6 und die nachfolgende Tabelle. Linsennummer Innerer Krümmungsradius (mm) Äußerer Krümmungsradius (mm) Apertur (mm) Zentrale Dicke (mm) Linse01 r1 = 30.78 R = 30 3.889725709 1.0 Linse02 r2 = 31.39 R = 30 5.559020800 1.5 Linse03 r3 = 32.18 R = 30 6.776599537 2.0 Linse04 r4 = 33.05 R = 30 7.912425212 2.5 Linse05 r5 = 33.90 R = 30 8.819136757 3.0 Linse06 1-6 = 34.80 R = 30 9.731063561 3.5 Linse07 r7 = 35.65 R = 30 10.48948465 4.0 Linse08 r8 = 36.65 R = 30 11.36879943 4.5 Linse09 r9 = 37.90 R = 30 12.12500299 5.0 Linse10 r10 = 38.90 R = 30 12.82884031 5.5 Reference is now made to the 6 and the following table. lens number Inner radius of curvature (mm) Outer radius of curvature (mm) Aperture (mm) Central thickness (mm) Linse01 r1 = 30.78 R = 30 3.889725709 1.0 Linse02 r2 = 31.39 R = 30 5.559020800 1.5 Linse03 r3 = 32.18 R = 30 6.776599537 2.0 Linse04 r4 = 33.05 R = 30 7.912425212 2.5 Linse05 r5 = 33.90 R = 30 8.819136757 3.0 Linse06 1-6 = 34.80 R = 30 9.731063561 3.5 Linse07 r7 = 35.65 R = 30 10.48948465 4.0 Linse08 r8 = 36.65 R = 30 11.36879943 4.5 Linse09 r9 = 37.90 R = 30 12.12500299 5.0 Linse10 r10 = 38.90 R = 30 12.82884031 5.5

Aus der vorstehenden Tabelle und der 6 kann man folgendes ableiten: für die nach der vorgenannten Vorgehensweise simulierte sphärische Linse kann, obwohl die Apertur der sphärischen Linse größer ist, die zentrale Dicke der sphärischen Linse dennoch innerhalb eines geeigneten Bereichs gehalten werden und können Lichtbündel, die von der sphärischen Linse austreten, auf einen identischen Ort fokussiert werden.From the above table and the 6 the following can be derived: for the spherical lens simulated according to the above procedure, although the aperture of the spherical lens is larger, the central thickness of the spherical lens can still be kept within an appropriate range, and light beams emerging from the spherical lens can be focused on an identical location.

Wie sich aus der vorgenannten Diskussion ergibt, sollte die erfindungsgemäße Linse so, wie nachfolgend erörtert, definiert werden. Hierzu wird Bezug genommen auf die 7 und 8. Die dünne sphärische Linse 100 gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus einem transparenten, semi-transparenten oder opaken bzw. trüben Material mit fokussierender Wirkung hergestellt werden, beispielsweise aus Glas, Acrylglas oder einem Kunststoff, wobei der Kunststoff insbesondere ein Polyethylen hoher Dichte (HDPE) sein kann, oder aus einem anderen Material mit geeigneter Plastizität. Die dünne sphärische Linse 100 weist eine Lichteintrittsfläche 110 und eine Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen 120 auf, die der Lichteintrittsfläche 110 entsprechen; die Lichteintrittsfläche 110 ist diejenige Fläche, auf der das einfallende Licht eintritt; die Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen 120 werden entsprechend dem Ergebnis einer gedachten bzw. virtuellen Vorgehensweise hergestellt, derzufolge der Abschnitt jedes Linsenkörpers einer Mehrzahl von Linsenkörpern mit unterschiedlichen Krümmungsradien der Lichtaustrittsflächen entfernt bzw. abgetragen wird, welcher Abschnitt einer sphärischen bzw. sphärisch gekrümmten Oberfläche mit der optischen Achse 140 der dünnen sphärischen Linse 100 als zentrale Achse entspricht, und derzufolge die übrig gebliebenen Abschnitte der Linsenkörper zusammengefügt werden, um eine Mehrzahl von Vertiefungen bzw. Nuten auszubilden, die den Vertiefungen bzw. Nuten einer herkömmlichen Fresnel-Linse entsprechen. Wie in den Zeichnungen dargestellt, sind die Tiefen und/oder Breiten der Vertiefungen 130 unterschiedlich und sind auch die Krümmungsradien der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen unterschiedlich ausgelegt, so dass Lichtbündel, die von der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen 120 austreten, sämtliche mit identischer Brennweite abgebildet werden. Die Tiefe und Breite von jeder Vertiefung 130 hängt von dem Krümmungsradius der entsprechenden Lichtaustrittsfläche 120 ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 130 so ausgebildet, dass diese mit unterschiedlichen Tiefen und Breiten um die optische Achse 140 der dünnen sphärischen Linse 100 umlaufen, wobei die Tiefen dieser Vertiefungen 130 allmählich von der optischen Achse 140 der dünnen sphärischen Linse 100 zum Rand der dünnen sphärischen Linse 100 hin abnehmen und wobei die Abstände zwischen der Lichteintrittsfläche 110 und dem Bereich bzw. Ort von jeder der Mehrzahl von Vertiefungen 130, der am weitesten entfernt von der optischen Achse 140 liegt, identisch zu d ist und wobei die Längsseite von jeder Vertiefung 130 parallel zu der optischen Achse 140 ist. Bei der erfindungsgemäßen dünnen sphärischen Linse 100 beträgt die maximale Apertur etwa dem Zweifachen der Brennweite.As is apparent from the above discussion, the lens of the present invention should be defined as discussed below. Reference is made to the 7 and 8th , The thin spherical lens 100 According to the present invention can be made of a transparent, semi-transparent or opaque or opaque material with focussing effect, for example glass, acrylic or a plastic, wherein the plastic may be in particular a high density polyethylene (HDPE), or from a other material with suitable plasticity. The thin spherical lens 100 has a light entry surface 110 and a plurality of light exit surfaces 120 on, the light entry surface 110 correspond; the light entry surface 110 is the surface on which the incident light enters; the plurality of light exit surfaces 120 are prepared according to the result of an imaginary or virtual approach, according to which the portion of each lens body of a plurality of lens bodies having different radii of curvature of the light exit surfaces is removed, which portion of a spherical surface having the optical axis 140 the thin spherical lens 100 as a central axis, and consequently the remaining portions of the lens bodies are joined together to form a plurality of grooves corresponding to the grooves of a conventional Fresnel lens. As shown in the drawings, the depths and / or widths of the wells are 130 different and the radii of curvature of the plurality of light exit surfaces are designed differently, so that light bundles, of the plurality of light exit surfaces 120 emerge, all are imaged with the same focal length. The depth and width of each well 130 depends on the radius of curvature of the corresponding light exit surface 120 from. In this embodiment, the depressions 130 designed so that these with different depths and widths around the optical axis 140 the thin spherical lens 100 revolve, with the depths of these wells 130 gradually from the optical axis 140 the thin spherical lens 100 to the edge of the thin spherical lens 100 decrease and the distances between the light entry surface 110 and the area of each of the plurality of wells 130 , the furthest away from the optical axis 140 is identical to d and where is the long side of each well 130 parallel to the optical axis 140 is. In the case of the thin spherical lens according to the invention 100 the maximum aperture is about twice the focal length.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die herkömmliche sphärische Linse als Ergebnis einer virtuellen bzw. gedachten Vorgehensweise verbessert, derzufolge der Abschnitt von jedem Linsenkörper einer Mehrzahl von Linsenkörpern mit unterschiedlichen Krümmungsradien der Lichtaustrittsflächen entfernt bzw. abgetragen wird, welcher Abschnitt einem Kreis mit Kreismitte auf der Mitte der Linse entspricht, und derzufolge die übrig gebliebenen Abschnitte der Linsenkörper zusammengefügt werden, um eine Mehrzahl von Vertiefungen, die als Lichtaustrittsflächen wirken, auszubilden, die den Vertiefungen einer herkömmlichen Fresnel-Linse entsprechen, wobei die Tiefen und/oder Breiten der Mehrzahl von Vertiefungen unterschiedlich sind und wobei die Krümmungsradien der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen ebenfalls so ausgelegt sind, dass diese unterschiedlich sind, so dass die Lichtbündel, die von der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen herrühren, sämtliche auf einen identischen Ort fokussiert bzw. abgebildet werden und so dass sämtliche Brennweiten der Mehrzahl von Lichtaustrittsflächen identisch sind, wie in der 8 gezeigt. Deshalb kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Problem gelöst werden, dass sphärische Linsen mit herkömmlichem Design dünn werden, was dazu führt, dass zur Vergrößerung der Apertur die Dicke vergrößert werden muss. Weil sowohl die Lichteintrittsfläche als auch die Lichtaustrittsfläche der erfindungsgemäßen dünnen sphärischen Linse sphärische Oberflächen darstellen, braucht die Linse gemäß der vorliegenden Erfindung nicht in eine säulen- bzw. schalenartige Form gebogen werden, so dass auf diese Weise die Probleme vermieden werden können, dass die primäre optische Achse nicht senkrecht zu der Linse stehen kann und dass die Fokussierungswirkung ungenügend ist, so wie bei einer herkömmlichen Fresnel-Linse. Die dünne sphärische Linse gemäß der vorliegenden Erfindung kann in vielfältiger Weise eingesetzt werden und kann insbesondere bei einem Infrarotsensor, einem piezoelektrischen Infrarotsensor und anderen optischen Geräten, die eine Fokussierungsfunktion erfordern, eingesetzt werden.According to the present invention, the conventional spherical lens is improved as a result of a virtual approach, according to which the portion of each lens body of a plurality of lens bodies having different radii of curvature of the light exit surfaces is removed, which portion is a circle centered on the center of the circle Lens and, accordingly, the left-over portions of the lens bodies are joined to form a plurality of pits acting as light-emitting surfaces corresponding to the pits of a conventional Fresnel lens, the depths and / or widths of the plurality of pits being different and wherein the radii of curvature of the plurality of light exit surfaces are also designed to be different, such that the light bundles originating from the plurality of light exit surfaces all focus on an identical location be ussiert and so that all focal lengths of the plurality of light exit surfaces are identical, as in the 8th shown. Therefore, according to the present invention, the problem that spherical lenses of a conventional design become thin can be solved, resulting in that the thickness must be increased to increase the aperture. Since both the light entrance surface and the light exit surface of the thin spherical lens of the present invention are spherical surfaces, the lens according to the present invention does not need to be bent into a columnar shape, so that the problems that the primary one can avoid are avoided optical axis can not be perpendicular to the lens and that the focusing effect is insufficient, as in a conventional Fresnel lens. The thin spherical lens according to the present invention can be used in a variety of ways, and can be used particularly in an infrared sensor, a piezoelectric infrared sensor and other optical devices requiring a focusing function.

Claims

Thin spherical lens ( 100 ) with a light entry surface ( 110 ) and a plurality of light exit surfaces ( 120 ) opposite to the light entry surface ( 110 ), wherein the light entry surface ( 110 ) is a spherically curved surface and the plurality of light exit surfaces ( 120 ) are spherically curved surfaces formed according to the result of a virtual procedure, Consequently, of each lens body of a plurality of lens bodies with different radii of curvature of the light exit surfaces ( 120 ) is removed a portion of a spherically curved surface with the optical axis ( 140 ) of the thin spherical lens ( 100 ) as a central axis, and consequently the non-removed portions of the lens bodies are joined together to form a plurality of depressions ( 130 ) with different depths and / or widths, which surround the optical axis ( 140 ) are formed of the thin spherical lens, as the plurality of light exit surfaces ( 120 ), wherein the radii of curvature of the plurality of light exit surfaces ( 120 ) are different, so that all the focal lengths of the plurality of light exit surfaces ( 120 ) are identical, the distances between the light entry surface ( 110 ) and the area of each of the plurality of pits ( 130 ) farthest from the optical axis (FIG. 140 ), measured in the direction of the optical axis ( 140 ) are identical to the thin spherical lens, the longitudinal side of each depression ( 130 ) parallel to the optical axis ( 140 ) of the thin spherical lens, and the maximum aperture of the thin spherical lens ( 100 ) corresponds to twice their focal length.

A thin spherical lens according to claim 1, wherein the width of said plurality of depressions ( 130 ) gradually from the optical axis ( 140 ) of the thin spherical lens ( 100 ) to the edge of the thin spherical lens ( 100 ) decreases.

Thin spherical lens according to claim 1 or 2, which is formed of glass, acrylic glass or a plastic.

The thin spherical lens of claim 3, wherein the plastic is a high density polyethylene.

Use of a thin spherical lens according to any one of the preceding claims in an infrared sensor.