DE102007008335A1

DE102007008335A1 - Fresnel lens for optical device has a oblong light source enclosed by fresnel lens covered light exit opening, whereby radius of curvature of fresnel lens is greater than half or half of width of rectangle, which encloses fresnel structure

Info

Publication number: DE102007008335A1
Application number: DE102007008335A
Authority: DE
Inventors: Armin Baur; Harald Burkert
Original assignee: Metz Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Metz Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2007-09-06

Abstract

Frensel lens has grooves made in concentric circles drawn around the center of lens and bordered by a rectangle (1), which somewhat fits the light exit opening. A part of frensel lens surface has a flat area (2), which is joined by a spherically curved surface (3) with radius of curvature (5), which is greater than half or half of width (6) of the rectangle, which encloses the fresnel lens structure. The boundary line between the curved area and flat area runs over a part of circular portion of the fresnel structure. The grooves on the fresnel structure have equal spacing, when measured in parallel direction of flat area.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fresnellinse für ein optisches Gerät, das eine langgestreckte Lichtquelle enthält, die von einem Reflektor mit einer rechteckigen, von der Fresnellinse abgedeckten Lichtaustrittsöffnung umschlossen ist.The The invention relates to a Fresnel lens for an optical device having a contains elongate light source, that of a reflector with a rectangular, from the Fresnel lens covered light exit opening is enclosed.

Eine Fresnellinse (genauer: Fresnel'sche Stufenlinse) ist eine optische Linse, die die Konstruktion großer Linsen mit kurzer Brennweite ohne das Gewicht und das Volumen herkömmlicher Linsen ermöglicht.A Fresnel lens (more precisely: Fresnel's Fresnel lens) is an optical lens that is the construction of large lenses short focal length without the weight and volume of conventional Lenses enabled.

Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnellinse durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, so dass die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält. Da Licht nur an der Oberfläche der Linse gebrochen wird, ist der Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen einer Linse abhängig. Deshalb behält die Linse ihre optischen Eigenschaften bei, obwohl die Bildqualität durch die Stufenstruktur beeinträchtigt wird, was aber in vielen Anwendungsfällen keine Rolle spielt. Beispiele hierfür sind Beleuchtungs-Strahlengänge bei Scheinwerfern aller Art, insbesondere in der Veranstaltungs- und Theatertechnik.The Volume reduction occurs in the Fresnel lens by a Division into annular Areas. In each of these areas, the thickness is reduced, so that the lens is a series of annular Stages receives. Because light is only on the surface of the Lens is refracted, the angle of refraction is not of thickness, but only from the angle between the two surfaces of a Lens dependent. Therefore reserves the lens adds to its optical properties, though the picture quality is through impaired the step structure which is irrelevant in many applications. Examples therefor are illumination beam paths at Headlamps of all kinds, especially in the event and Theater technology.

Billige Fresnellinsen können im Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt werden und finden in Projektoren und bei einfachen Handlupen Anwendung, ferner in optischen Geräten aller Art, wie LED-Taschenlampen, Digitalkameras oder Blitzlichtgeräten, bei denen bisher nur Fresnellinsen mit ebener Oberfläche verwendet wurden.Cheap Fresnel lenses can be produced by injection molding of plastic and find in projectors and in simple hand loupes application, further in optical devices of all kinds, such as LED flashlights, digital cameras or flash units previously used only Fresnel lenses with a flat surface.

Wenn derartige Geräte in Kompaktbauweise hergestellt werden sollen, ist es oft notwendig, die für die optische Funktion wichtige Fresnellinse der von der Kompaktbauweise bzw. vom Design vorgegebenen Form anzupassen und von der ebenen Oberfläche der Fresnellinse wenigstens teilweise in eine gekrümmte Oberfläche überzugehen.If such devices be made in compact design, it is often necessary the for the optical function important Fresnel lens of the compact design or from the design predetermined form and from the plane surface the Fresnel lens at least partially pass into a curved surface.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fresnellinse zu schaffen, deren Oberfläche wenigstens teilweise von einer ebenen Form abweicht und in eine gekrümmte Form übergeht, ohne jedoch die optischen Eigenschaften nennenswert zu beeinflussen.Of the Invention has for its object to provide a Fresnel lens, their surface at least partially deviates from a flat shape and in one curved Shape passes, without, however, appreciably influencing the optical properties.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen dadurch gelöst, dass die Rillen der Fresnelstruktur in Form konzentrischer Kreise um den Mittelpunkt der Fresnellinse verlaufen und von einem Rechteck begrenzt sind, das etwa der Lichtaustrittsöffnung entspricht, dass ein Teil der Oberfläche der Fresnellinse einen ebenen Bereich aufweist, an die sich ein kugelförmig gekrümmter Bereich anschließt, und dass die Grenzlinie zwischen dem ebenen Bereich und dem gekrümmten Bereich auf einem Kreisabschnitt der Fresnelstruktur verläuft, dessen Krümmungsradius größer als die Hälfte oder gleich der Hälfte der Breite des die Fresnelstruktur begrenzenden Rechtecks ist.These The object is achieved by the features specified in claim 1 solved, that the grooves of the Fresnel structure in the form of concentric circles run around the center of the Fresnel lens and by a rectangle are limited, which corresponds approximately to the light exit opening that a Part of the surface the Fresnel lens has a flat area to which a spherical curved Area adjoins, and that the boundary line between the flat area and the curved area a circular portion of the Fresnel structure extends whose radius of curvature greater than the half or half the width of the rectangle delimiting the Fresnel structure.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Fresnellinse leicht an eine kompakte Bauweise angepasst werden kann, ohne die optischen Eigenschaften nennenswert zu beeinflussen. Insbesondere wird erreicht, dass an der Grenzlinie zwischen dem ebenen und dem gekrümmten Bereich die optischen Eigenschaften der Fresnelstrukturen gleichmäßig ineinander übergehen.The particular advantages of the invention are that the Fresnel lens easily adapted to a compact design can be, without affecting the optical properties appreciably. In particular, it is achieved that at the borderline between the planes and the curved ones Area the optical properties of the Fresnel structures evenly merge into each other.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenOne embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below described in more detail. Show it

1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Fresnellinse und 1 a longitudinal section through a Fresnel lens according to the invention and

2 eine Draufsicht auf diese Fresnellinse. 2 a plan view of this Fresnel lens.

In 1 ist in einem Schnitt eine Fresnellinse dargestellt, wie sie beispielsweise für ein Elektronenblitzgerät verwendbar ist, indem sie vor der rechteckigen Lichtaustrittsöffnung des Reflektors eines solchen Blitzgerätes angeordnet werden kann. Die erfindungsgemäße Fresnellinse weist im Gegensatz zu den bisher üblichen ebenen Fresnellinsen einen nur über einen Teil ihrer Länge sich erstreckenden ebenen Bereich 2 auf, an den sich ein kugelförmig gekrümmter Bereich 3 anschließt. Die Grenzlinie 4 zwischen dem ebenen Bereich 2 und dem gekrümmten Bereich 3 verläuft dabei auf einem Kreisabschnitt der Fresnelstruktur, dessen Krümmungsradius 5 größer ist als die Hälfte der Breite 6 des die Fresnelstruktur begrenzenden Rechtecks 1, wie in 2 dargestellt ist.In 1 is a Fresnel lens shown in a section, as used for example for an electronic flash device by it can be arranged in front of the rectangular light exit opening of the reflector of such a flash unit. The Fresnel lens according to the invention has in contrast to the usual flat Fresnel lenses only over a part of their length extending flat area 2 on, to which a spherically curved area 3 followed. The borderline 4 between the flat area 2 and the curved area 3 runs on a circular section of the Fresnel structure whose radius of curvature 5 is greater than half the width 6 of the rectangle bounding the Fresnel structure 1 , as in 2 is shown.

Wie aus den beiden Figuren ferner zu ersehen ist, weisen alle Rillen der Fresnelstruktur, gemessen in Richtung parallel zum ebenen Bereich 2, die gleiche Breite auf, während die Verbindungsflächen 7 zwischen jeweils zwei benachbarten schrägen Stufen 8 der Fresnelstruktur auf Zylinderflächen verlaufen, die konzentrisch zur optischen Achse 9 der Fresnellinse angeordnet sind.As can also be seen from the two figures, all the grooves of the Fresnel structure, measured in the direction parallel to the planar region 2 , the same width, while the connecting surfaces 7 between each two adjacent oblique steps 8th The Fresnel structure on cylindrical surfaces which are concentric to the optical axis 9 the Fresnel lens are arranged.

Bei der sich durch den gekrümmten Bereich 3 ergebenden leicht veränderten optischen Wirkung der Fresnellinse handelt es sich um eine Parallelverschiebung der einzelnen Stahlengänge. Dieser Effekt kann jedoch bei der Berechnung der Fresnellinse durch einen Winkeloffset berücksichtigt werden.When moving through the curved area 3 resulting slightly changed optical effect of the Fresnel lens is a parallel displacement of the individual steel paths. This effect However, this can be taken into account when calculating the Fresnel lens by means of an angular offset.

Die vorstehend beschriebene Fresnellinse kann – wie die bekannte Fresnellinse mit durchgehend ebenem Bereich – ebenfalls in einfacher Weise im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dabei werden die einzelnen Fresnelstrukturen direkt auf durch die vorgegebene spezielle Krümmung sich ergebende Oberfläche aufgebracht.The Fresnel lens described above can - like the known Fresnel lens with a continuous flat area - also be produced in a simple manner by injection molding. It will be the individual Fresnel structures directly on through the given special curvature resulting surface applied.

Damit beim Spritzvorgang die Spitzen der Fresnelzähne im Spritzteil immer genau auf der vorgegebenen Fläche liegen, muss der Formeinsatz vor dem Einarbeiten der Zahnstruktur mit einem vertikalen Offset versehen sein, der genau so groß ist wie die Eindringtiefe des Drehdiamanten beim Erzeugen des längsten Zahnes.In order to During the injection process, the tips of the Fresnel teeth in the molded part always accurate on the given area lie, the mold insert must be before incorporating the tooth structure be provided with a vertical offset that is just as big as that Penetration depth of the rotary diamond when creating the longest tooth.

Außerdem wird der hier benötigte Formeinsatz mit der Fresnelstruktur nicht im Ganzen gedreht, sondern durch späteres Aneinanderfügen von zwei Teilstücken erzeugt. Beide Teilstücke müssen jedoch, um das spätere Zusammenfügen zu ermöglichen, die im Anspruch 1 angegebenen Bedingungen erfüllen, nämlich dass die Grenzlinie 4 zwischen dem ebenen Bereich 2 und dem gekrümmten Bereich 3 auf einem Kreisabschnitt der Fresnelstruktur verläuft, dessen Krümmungsradius 5 größer als die Hälfte oder gleich der Hälfte der Breite 6 des die Fresnelstruktur begrenzenden Rechtecks 1 ist.In addition, the mold insert required here with the Fresnel structure is not rotated as a whole, but created by later joining together of two sections. However, both sections must, in order to allow the subsequent assembly, meet the conditions specified in claim 1, namely that the boundary line 4 between the flat area 2 and the curved area 3 runs on a circular section of the Fresnel structure whose radius of curvature 5 greater than half or equal to half the width 6 of the rectangle bounding the Fresnel structure 1 is.

Claims

Fresnel lens for an optical device, which contains an elongate light source, which is surrounded by a reflector with a rectangular, covered by the Fresnel lens light exit opening, characterized in that the grooves of the Fresnel structure in the form of concentric circles around the center of the Fresnel lens and a rectangle ( 1 ), which corresponds approximately to the light exit opening, that a part of the surface of the Fresnel lens a flat area ( 2 ), to which a spherically curved region ( 3 ) and that the boundary line ( 4 ) between the plane area ( 2 ) and the curved area ( 3 ) runs on a circular section of the Fresnel structure whose radius of curvature ( 5 ) greater than half or equal to half the width ( 6 ) of the rectangle bounding the Fresnel structure ( 1 ).

Fresnel lens according to claim 1, characterized in that all the grooves of the Fresnel structure, measured in the direction parallel to the plane region ( 2 ), which have the same width.

Fresnel lens according to one of claims 1 or 2, characterized in that the connecting surfaces ( 7 ) between each two adjacent oblique steps ( 8th ) of the Fresnel structure on cylindrical surfaces which are concentric with the optical axis ( 9 ) of the Fresnel lens are arranged.

Fresnel lens according to one of claims 1 to 3, characterized that the optical device is a electronic flash unit is that contains a flash tube as an elongated light source.