DE102016015558A1 - Apparatus and method for increasing the energy density of radiation - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erhöhung der Energiedichte von Licht oder anderer Strahlung, ausgebildet als eine optische Anordnung (1), welche mindestens eine optische Brechungseinrichtung (3) und eine Konzentratoreinrichtung (4) umfasst, wobei in der optischen Anordnung (1) die optische Brechungseinrichtung (3) zur Divergenzanpassung, sowie dem räumlichen und zeitlichen Repositionieren (15) von Bestandteilen des mit einem Raumwinkel (9) und einer Strahlenausgangsfläche (14) einfallende Licht (17) oder anderen Strahlung die Form eines prismenförmigen Keils (13) aufweist und die Konzentratoreinrichtung (4) so angeordnet ist, dass durch die Konzentratoreinrichtung (4) das aus der Brechungseinrichtung (3) austretende räumlich aufgesplittete Licht oder die Strahlung reflektierbar, konzentrierbar, räumlich und zeitlich überlagerbar ist, so dass das Licht/Strahlung mit einem verkleinerten Strahlungsraum aus der Konzentratoreinrichtung (4) austritt. ()The invention relates to a device for increasing the energy density of light or other radiation, designed as an optical arrangement (1) comprising at least one optical refraction device (3) and a concentrator device (4), wherein in the optical arrangement (1) the optical Refraction means (3) for divergence adjustment, as well as the spatial and temporal repositioning (15) of components of the spatial angle (9) and a beam exit surface (14) incident light (17) or other radiation in the form of a prism-shaped wedge (13) and the Concentrator (4) is arranged so that by the Konzentratoreinrichtung (4) from the refraction device (3) exiting spatially split light or the radiation is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed, so that the light / radiation with a reduced radiation space the concentrator device (4) emerges. ()

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum räumlichen und zeitlichen Überlagern von Licht oder anderer Strahlung durch eine optische Anordnung.The invention relates to an apparatus and a method for spatial and temporal superimposition of light or other radiation by an optical arrangement.

In der geometrischen Optik wird Licht dargestellt als eine Menge von Lichtstrahlen, welche sich von einer Lichtquelle weg in eine bestimmte Richtung ausbreiten. Die Lichtstrahlen stehen in einer definierten räumlichen und zeitlichen Beziehung zueinander, welche sich aus ihren individuellen Ausbreitungsrichtungen ergibt. So kann die Ausbreitung von Licht auf Grund der einzelnen Ausbreitungsrichtungen der Lichtstrahlen parallel, divergent oder konvergent sein. Optische Anordnungen dienen einer Anpassung oder Veränderung der geometrischen und physikalischen Eigenschaften von Licht. Beispielsweise können Linsensysteme dazu dienen, aus einem Bündel paralleler Lichtstrahlen ein konvergentes Strahlenbündel zu machen, das auf den Brennpunkt der Linse gebündelt wird und hinter dem Brennpunkt wieder divergiert. Ferner können Spiegel die Ausbreitungsrichtung von Lichtstrahlen verändern und je nach Form, beispielsweise wenn sie als Hohlspiegel ausgebildet sind, auch die Divergenz des Lichts verändern. Besonders interessant sind solche optischen Anordnungen, wenn man Lichtstrahlen aus mehreren Lichtquellen, beispielsweise mehreren Lampen oder von einer größeren Fläche, beispielsweise einem Sonnenkollektor, auf eine einzige kleinere Fläche konzentrieren will.In geometric optics, light is represented as a set of rays of light propagating away from a light source in a particular direction. The light rays are in a defined spatial and temporal relationship to each other, which results from their individual directions of propagation. Thus, the propagation of light may be parallel, divergent or convergent due to the individual propagation directions of the light rays. Optical arrangements serve to adapt or change the geometric and physical properties of light. For example, lens systems can be used to make a bundle of parallel beams of light convergent to a bundle focused on the focal point of the lens and diverging behind the focus. Furthermore, mirrors can change the propagation direction of light rays and, depending on the shape, for example if they are designed as concave mirrors, also change the divergence of the light. Such optical arrangements are particularly interesting if one wants to concentrate light beams from a plurality of light sources, for example a plurality of lamps, or from a larger area, for example a solar collector, onto a single smaller area.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Möglichkeiten bekannt, wie eine Konzentration von Lichtstrahlen realisiert werden kann. Zum Beispiel können Hohlspiegelsysteme so angeordnet werden, dass sie Lichtstrahlen, die auf die Spiegeloberfläche treffen, in einem einzigen Brennpunkt bündeln und somit die Energiedichte bzw. die Bestrahlungsstärke erhöhen. Das Anwendungsgebiet solcher sogenannten nichtabbildenden Konzentratoren liegt üblicherweise bei Solarkraftwerken oder Photovoltaikanlagen.From the prior art, several ways are known how a concentration of light rays can be realized. For example, concave mirror systems can be arranged to focus light rays impinging on the mirror surface into a single focal point, thus increasing the energy density or irradiance. The field of application of such so-called non-imaging concentrators is usually in solar power plants or photovoltaic systems.

Eine weitere Möglichkeit, Lichtstrahlen zu konzentrieren, ist die Verwendung einer Sammellinse, welche Licht, das parallel auf die Eintrittsfläche trifft, auf einen Brennpunkt fokussiert und somit die Energiedichte bzw. die Bestrahlungsstärke erhöht.Another way of concentrating light rays is to use a converging lens which focuses light incident on the entrance surface in parallel onto a focal point and thus increases the energy density or the irradiance.

Ein Nachteil der vorgenannten Konzentratoren ist, dass ein Strahlenbündel hier immer in Abhängigkeit von seinem Strahlenraumwinkel zu seinem Strahlenquerschnitt steht, so das der Strahlenraum als solcher immer eine konstante Energiegröße darstellt. Verändert man in den hier beschriebenen Verfahrensweisen einen Strahlenraumwinkel so verändert sich zwangsläufig auch sein Querschnitt und umgekehrt.A disadvantage of the aforementioned concentrators is that a beam is always in dependence on its beam space angle to its beam cross section, so that the beam space as such always represents a constant energy quantity. If, in the procedures described here, a ray space angle is changed, its cross section inevitably changes and vice versa.

Mit diesem bekannten Verfahren der Strahlenbündelung ist Grundsätzlich keine Energieerhöhung des Strahlenflusses durch Strahlenzugabe möglich. Das ist Aufgabe der Erfindung.With this known method of beam bundling is basically no increase in energy of the beam flux by adding radiation possible. That is the object of the invention.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Vorrichtungsanspruches 1. Ein Verfahren benennt Anspruch 14 Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved with the features of the device claim 1. A method naming claim 14 Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Mit der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welche es ermöglichen, den Strahlenraumwinkel von seinem Strahlenquerschnitt abzukoppeln, d. h. zum Einen eine grundsätzliche Trennung des Strahlenraumwinkels vom dazugehörigen Strahlenraumquerschnitt und zum Anderen das Einbringen von zusätzlicher Strahlung in einen „konstanten“ Strahlenraum, ohne das sich dieser in seiner Größe verändert.With the invention, an apparatus and a method are provided, which make it possible to decouple the beam space angle of its beam cross-section, d. H. On the one hand, a fundamental separation of the ray space angle from the associated ray space cross section and, on the other hand, the introduction of additional radiation into a "constant" ray space, without this changing its size.

Das im Anschluss beschriebene optische Verfahren der Lichtstrahlenraumverkleinerung in Kombination mit der Lichtstrahlenraumüberlagerung steht stellvertretend für jede Art von Strahlung und ist damit auch auf nicht optische Strahlung übertragbar, wie beispielsweise Wärmestrahlung. Zum besseren Verständnis wird nachfolgend von Lichtstrahlung gesprochen. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Strahlung als eine räumliche Energiegröße zu verstehen ist, welche einen Raum in einer dazugehörigen Zeit einnimmt. Verschiedene Räume eines Zeitraumes können hierbei nicht zur gleichen Zeit an einem Ort sein. Räume unterschiedlicher Zeiträume können sich hingegen überlagern.The optical method of light beam space reduction described below in combination with the light beam space overlay is representative of any type of radiation and is therefore also applicable to non-optical radiation, such as thermal radiation. For better understanding, light radiation is used below. Furthermore, it is assumed that the radiation is to be understood as a spatial energy quantity which occupies a space in a corresponding time. Different rooms of a period can not be in one place at the same time. Rooms of different periods, on the other hand, can overlap.

Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zu Grunde, dass bei einem Bündel von Lichtstrahlen der Strahlenquerschnitt mit dem dazugehörigen Raumwinkel in einer optischen Anordnung so hinsichtlich seiner Divergenz und Bewegung verändert werden kann, das dieser ursprüngliche Strahlenquerschnitt sich zeitlich und räumlich verlagert und auf Grund dieser Verlagerung die einzelnen Energieteilchen sich nun räumlich untereinander überlagern lassen, wodurch sich der Lichtstrahlenraum in seinem Strahlenquerschnitt und/oder Raumwinkel verkleinert.The invention is based on the idea that, in a bundle of light beams, the beam cross section with the associated solid angle in an optical arrangement can be changed with respect to its divergence and motion, that this original beam cross section temporally and spatially shifts and due to this shift the individual energy particles can now be superimposed spatially with each other, whereby the light beam space is reduced in its beam cross-section and / or solid angle.

Durch diese Strahlenraumquerschnitts- oder Raumwinkelverkleinerung in einem Strahlenfluss, welcher eine Strahlenraumverkleinerung darstellt, ist es nun wiederum möglich, zusätzliche Strahlung dem verkleinerten Strahlenquerschnitt oder Raumwinkel hinzuzufügen. Somit erreicht der Strahlenraumquerschnitt bzw. Raumwinkel durch diese zusätzliche Strahlung, was in diesem Fall eine Strahlenraumüberlagerung darstellt, wieder seine ursprüngliche Ausgangsgröße. Dadurch lässt sich die Strahlenmenge schrittweise und wiederholt steigern, ohne den Strahlenraum zu vergrößern.By virtue of this beam space cross-sectional or solid angle reduction in a beam flux, which represents a reduction in beam space, it is now possible in turn to add additional radiation to the reduced beam cross-section or solid angle. Thus, the beam space cross-section or solid angle by this additional radiation, which in this case represents a ray space superposition, again reaches its original output. This allows the Increase the amount of radiation gradually and repeatedly without increasing the radiation space.

Definitionen:definitions:

Eine optische Anordnung bezeichnet eine Menge von optischen Bauelementen, die so angeordnet sind, dass sich die physikalischen Eigenschaften eines Lichtstrahles verändern. Eigenschaften können beispielsweise die Ausbreitungsrichtung, Raumwinkelveränderung, Querschnittgröße oder die räumliche und zeitliche Beziehung zu einem anderen Lichtstrahl sein.An optical arrangement refers to a set of optical components arranged to change the physical properties of a light beam. Properties can be, for example, the propagation direction, solid angle change, cross-sectional size or the spatial and temporal relationship to another light beam.

Eine optische Brechungseinrichtung ist ein optisches Element, das auf Grund seines Brechungsindexes, seiner Reflexionseigenschaften und seiner geometrischen Form die physikalischen Eigenschaften von Strahlung verändert oder umlenkt. Es hat die Aufgabe, einen Strahlenraumquerschnitt und deren Strahlenraumwinkel zeitlich und räumlich aufzusplitten und zu verkleinern oder zu überlagern. Beispielsweise kann ein optisches Element oder ein Spiegel solch eine Brechungseinrichtung sein.An optical refraction device is an optical element that, due to its refractive index, reflection properties, and geometric shape, alters or redirects the physical properties of radiation. It has the task of splitting a radiation space cross section and its beam space angle temporally and spatially and to reduce or superimpose. For example, an optical element or a mirror may be such a refraction device.

Eine Konzentratoreinrichtung bezeichnet ein optisches Element, das zeitlich und räumlich aufgesplittete Strahlung in ihrer Winkelfunktion und Winkelausrichtung zur Austrittsfläche optimiert und diese in einem Strahlenfluss räumlich überlagert. Beispielsweise kann ein Hohlspiegel oder ein optisches Element, was einen höheren Brechungsindex als die optische Brechungseinrichtung hat, eine solche Konzentratoreinrichtung sein.A concentrator device designates an optical element that optimizes temporally and spatially split radiation in its angular function and angular orientation to the exit surface and spatially superimposes them in a beam flow. For example, a concave mirror or an optical element having a higher refractive index than the optical refraction device may be such a concentrator device.

Der Lichtstrahlenraum stellt eine Lichtmenge an Strahlung dar, welche sich in einer Raumgröße befindet. Dabei definiert sich die Raumgröße über seinen Raumwinkel und Raumquerschnitt.The light beam space represents a quantity of light of radiation which is in a room size. The room size is defined by its solid angle and room cross section.

Eine Lichtstrahlenraumverkleinerung erfolgt, wenn ein Raumquerschnitt sich ohne Veränderung des dazugehörigen Raumwinkels verkleinert, wenn ein Raumwinkel sich ohne Veränderung des dazugehörigen Raumquerschnitts verkleinert oder in Kombination beider Varianten, bei jeweils gleichbleibender Strahlenmenge.A light beam space reduction takes place when a spatial cross-section decreases without changing the associated solid angle, when a solid angle decreases without changing the associated spatial cross-section or in combination of both variants, each with the same amount of radiation.

Eine Lichtstrahlenraumüberlagerung erfolgt, wenn mehrere Lichtstrahlenräume mit jeweils einem eigenständigen Raum in einem gemeinsamen Strahlenraum vereint werden, so dass Räume mit einer definierten Lichtmenge, welche jeweils einen Raumwinkel mit dem dazugehörigen Raumquerschnitt besitzen, nach einer Strahlenraumüberlagerung nur noch in einem Raum existieren, wobei sich aber die gesamte Lichtmenge aller Räume in diesem verkleinertem Raum überlagert. Nach solch einer Überlagerung stellt diese Lichtmenge nun wiederum einen eigenen Lichtstrahlenraum dar.A Lichtstrahlenraumüberlagerung takes place when several light beam spaces are each combined with a separate room in a common beam room, so that spaces with a defined amount of light, each having a solid angle with the corresponding space cross-section, after a ray space overlay only exist in one room, but the entire amount of light of all rooms in this reduced space superimposed. After such an overlay, this amount of light now represents its own light beam space again.

Eine Fokussierungseinrichtung bezeichnet ein optisches Element, das mehrere Lichtstrahlen auf einen Brennpunkt oder eine Brennebene in einer optischen Abbildung erhaltenden Weise fokussiert. Beispielsweise kann eine Sammellinse eine solche Fokussierungseinrichtung sein.A focusing means denotes an optical element which focuses a plurality of light beams onto a focal point or a focal plane in an optical image receiving manner. For example, a converging lens may be such a focusing device.

Ein Lichtleitsystem ermöglicht den Transport von Lichtstrahlen über eine gewünschte Distanz, beispielsweise durch Zuhilfenahme von Fokussierungseinrichtungen, verspiegelten Hohlkörpern oder Lichtleitern.A light guide system allows the transport of light rays over a desired distance, for example by means of focusing devices, mirrored hollow bodies or light guides.

Eine Strahlenausgangsfläche ist der Strahlenquerschnitt, der auf die optische Anordnung trifft.A ray exit area is the beam cross section that meets the optical arrangement.

Die Eintrittsfläche bezeichnet die Fläche, durch die Licht in eine optische Anordnung eintritt.The entrance surface refers to the area through which light enters an optical arrangement.

Ein prismenförmiger Keil oder Doppelkeil ist eine optische Brechungseinrichtung, die weitestgehend die Form eines Keils hat. Der Keil kann dabei eine Symmetrieebene besitzen und teilweise verspiegelt sein. Er ist in seiner Ausführung unterschiedlich, wobei seine Aufgabe die räumlich und zeitliche Aufsplittung oder Überlagerung einer Strahlenausgangsfläche ist.A prism-shaped wedge or double wedge is an optical refraction device that has largely the shape of a wedge. The wedge may have a plane of symmetry and be partially mirrored. It is different in its execution, its task being the spatial and temporal splitting or superimposition of a ray exit surface.

Die Austrittsfläche bezeichnet die Fläche, durch die Licht eine optische Anordnung verlässt.The exit surface is the area through which light exits an optical assembly.

Eine Grenzfläche stellt die Verbindungsfläche zweier optischer Elemente dar, welche unterschiedliche optische Dichten besitzen, wodurch Lichtstrahlen an dieser Fläche der Totalreflexion unterliegen oder diese durchdringen.An interface constitutes the interface of two optical elements having different optical densities, whereby light rays at that surface undergo or penetrate the total reflection.

Eine Auskopplungseinrichtung ermöglicht ein Selektieren von Lichtstrahlen mit verschiedenen Winkelgrößen zu einer optischen Achse, wobei diese an einer Grenzfläche von zwei unterschiedlichen optisch dichteren Medien total reflektiert oder durchgelassen werden.A decoupling device makes it possible to select light beams with different angular sizes to an optical axis, these being totally reflected or transmitted at an interface of two different optically denser media.

Bevorzugte Ausführungsformen:Preferred embodiments:

Insbesondere wird somit eine Vorrichtung zur Lichtstrahlenraumverkleinerung durch Strahlenraumüberlagerung eines Lichtstrahlenbündels und zur Lichtstrahlenraumüberlagerung durch Strahlenraumüberlagerung mehrerer Lichtstrahlenbündel geschaffen.In particular, an apparatus for reducing the light beam space by beam space superimposition of a light beam and to overlap the beam space by beam space superposition of a plurality of light beams is thus provided.

Ausgebildet als eine optische Anordnung, umfasst diese eine optische Brechungseinrichtung zur Divergenzanpassung, sowie dem räumlichen und zeitlichen Repositionieren von Bestandteilen des Lichts, eine Konzentratoreinrichtung und ein optisches Lichtleitersystem, wobei die optische Brechungseinrichtung die Form eines prismenförmigen teilweise verspiegelten Doppelkeils ausbildet und die Konzentratoreinrichtung eine parabolische Keilform besitzt, so dass die Brechungseinrichtung Licht, welches ein bereits fokussierter Brennpunkt sein kann, durch eine Strahlenausgangsfläche über die Eintrittsfläche aufnimmt und diese räumlich und zeitlich verlagert. Hierdurch erhält die ursprüngliche Strahlenausgangsfläche eine räumliche Dimension, die diese als neu entstandener Raumwinkel wieder verlässt, welche von der Konzentratoreinrichtung aufgenommen und in einem weiteren Raumwinkelbereich räumlich und zeitlich überlagert wird, wodurch eine Strahlenraumverkleinerung entsteht. Die Lichtstrahlen, welche die Konzentratoreinrichtung durchdrungen haben, können nunmehr über ein Lichtleitersystem zu einer weiteren optischen Anordnung zur Lichtstrahlenraumüberlagerung transportiert werden, wo die in ihrem Strahlenraum verkleinerten Lichtstrahlen mit weiteren verkleinerten Lichtstrahlenräumen zusammen geführt werden und der damit neu entstandene Querschnitt eine Strahlenausgangsfläche darstellt, aus der die austretenden Lichtstrahlen, welche von einer Vielzahl optischer Anordnungen stammt, auf die Eintrittsfläche einer Brechungseinrichtung treffen, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, wobei im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert wird, so dass nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht über die Austrittsfläche in Form einer Lichtstrahlenraumüberlagerung in Kombination mit einer Lichtstrahlenraumverkleinerung diese wieder verlässt.Formed as an optical arrangement, this includes an optical refraction device for divergence adjustment, as well as the spatial and temporal repositioning of components of the light, a concentrator device and an optical fiber system, wherein the optical refraction means in the form of a prism-shaped partially formed mirrored double wedge and the concentrator has a parabolic wedge shape, so that the refraction device receives light, which may be an already focused focal point, through a radiation exit surface over the entrance surface and these spatially and temporally relocated. As a result, the original radiation output surface receives a spatial dimension which leaves it as a newly created solid angle, which is taken up by the concentrator device and spatially and temporally superimposed in a further solid angle region, thereby reducing the beam space. The light beams which have penetrated the concentrator device can now be transported via a light guide system to a further optical arrangement for light beam space superposition, where the light beams reduced in their beam space are merged with further reduced light beam spaces and the newly formed cross section represents a beam output surface from which the emergent light rays, which originate from a multiplicity of optical arrangements, strike the entrance surface of a refraction device which adjusts the divergence of the irradiated radiation and shifts components of the light spatially and temporally relative to each other, wherein subsequently the spatially split light emerging from the refraction device is conveyed by means of a concentrator device is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed, so that after passing through the concentrator means the light on the Austrittsfl che in combination with a light ray space reduction it leaves again in the form of light rays space overlay.

Ferner wird vorteilhafterweise ein Verfahren zur Lichtstrahlenraumverkleinerung durch Strahlenraumüberlagerung eines Lichtstrahlenbündels und zur Lichtstrahlenraumüberlagerung durch Strahlenraumüberlagerung mehrerer Lichtstrahlenbündel geschaffen, die folgende Schritte umfassen:

  • Einstrahlen eines Lichtbündels, was ein bereits fokussierter Brennpunkt sein kann, durch eine Strahlenausgangsfläche auf eine optische Brechungseinrichtung, welche einen prismenförmigen Keil oder teilweise verspiegelten Doppelkeil darstellt, der die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, wonach im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung, was einen parabolischen Spiegel oder optischen Keil darstellt, das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert, so das nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht mit einem verkleinerten Strahlenraum durch ein Lichtleitsystem in Form von Fokussierungseinrichtungen oder von verspiegelten Hohlkörpern oder von Lichtleitern zu einer weiteren optischen Anordnungen zur Lichtstrahlenraumüberlagerung transportiert wird, wo die in ihrem Strahlenraum verkleinerten Lichtstrahlen mit weiteren Lichtstrahlenräumen zusammen geführt werden und der damit neu entstandene Querschnitt eine Strahlenausgangsfläche darstellt, aus der die austretenden Lichtstrahlen, welche von einer Vielzahl von optischen Anordnungen stammt, auf die Eintrittsfläche einer Brechungseinrichtung treffen, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, wobei im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert, so das nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht über die Austrittsfläche in Form einer Lichtstrahlenraumüberlagerung in Kombination mit einer Lichtstrahlenraumverkleinerung diese wieder verlässt.
Furthermore, a method for reducing the light beam space by beam space superimposition of a light beam and for the light beam space overlay by beam space superposition of a plurality of light beams is advantageously provided, comprising the following steps:
  • Irradiating a light beam, which may be an already focused focal point, through a beam exit surface onto an optical refraction device which is a prismatic wedge or partially mirrored double wedge that adjusts the divergence of the incident radiation and shifts components of the light spatially and temporally with respect to each other by concentrator means, which is a parabolic mirror or optical wedge, which reflects spatially split light emerging from the refracting means, concentrated, spatially and temporally superimposed, then after passing through the concentrator means the light with a reduced beam space through a light guide system in the form of focusing means or is transported by mirrored hollow bodies or light guides to another optical arrangements for light beam space overlay, where the reduced in their beam space light rays are combined with other light rays spaces together and the newly created cross-section represents a radiation output surface from which the exiting light rays, which originate from a variety of optical arrangements, meet the entrance surface of a refraction device, which adjusts the divergence of the incident radiation and components of the light spatially and temporally displaced to each other, wherein subsequently by means of a concentrator the spatially split light emerging from the refraction device, concentrated, spatially and temporally superimposed, so after passing through the concentrator the light over the exit surface in the form of a Lichtstrahlenraumüberlagerung in combination with a Lichtstrahlenraumverkleinerung this leaves again.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die optische Anordnung es erlaubt, einen Lichtstrahlenraum individuell, also den Strahlenquerschnitt oder Strahlenraumwinkel einzeln oder in Kombination zu verändern, ohne dass andere Parameter mit betroffen sind. Dadurch kann einem Strahlenbündel zusätzliche Strahlungsleistung hinzugefügt werden, ohne das sich physikalische Ausgangsgrößen wie Querschnitt oder Winkel verändern. Somit kann schrittweise und wiederholt die Bestrahlungsstärke eines Strahlenwinkels oder Strahlenquerschnitts erhöht werden. Entscheidend dabei ist, dass die zusätzlich eingestrahlten Lichtstrahlen nach Durchlaufen der optischen Anordnung in einer gemeinsamen Raumgröße überlagert werden. Somit ist eine fortwährende und wiederholte Überlagerung von Lichtstrahlen möglich.The advantage of the invention lies in the fact that the optical arrangement allows a light beam space to be changed individually, ie the beam cross section or beam space angle individually or in combination, without affecting other parameters. As a result, additional radiation power can be added to a beam without changing physical output variables such as cross section or angle. Thus, the irradiance of a beam angle or beam cross section can be gradually and repeatedly increased. It is crucial that the additionally irradiated light beams are superimposed after passing through the optical arrangement in a common room size. Thus, a continuous and repeated superposition of light rays is possible.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Strahlenraumverkleinerung bzw. Strahlenraumüberlagerung sieht vor, einen Strahlenquerschnitt zu verkleinern ohne dessen Strahlenraumwinkel zu verändern.A particularly advantageous embodiment of the beam space reduction or beam space superposition provides for reducing a beam cross section without changing its beam space angle.

Diese umfassen folgende Schritte:

  • Einstrahlen von Licht durch eine Strahlenausgangsfläche auf eine optische Brechungseinrichtung, wobei diese Strahlenausgangsfläche im Vergleich zur Austrittsfläche der Konzentratoreinrichtung eine größere Fläche besitzt, wobei die Brechungseinrichtung die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, so dass im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert wird, wobei nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht über die verkleinerte Austrittsfläche mit einem gleich großen oder ähnlichen Raumwinkel wie in der Ausgangssituation diese wieder verlässt, so dass diese Austrittsstrahlung individuell fokussiert oder mit Hilfe von reflektierenden Hohlkörpern oder optischen Lichtleitern transportiert werden kann, wobei die optische Brechungseinrichtung ein optisches Element darstellt, welches die Form eines geschwungenen teilweise verspiegelten prismenförmigen Doppelkeils ausbildet bei der eine Längsseite des Keils als Eintrittsfläche für die Lichtaufnahme dient und über die zweite Längsseite die Lichtstrahlen den Keil räumlich und zeitlich als neuen Raumwinkel wieder verlassen, so dass diese direkt von der Konzentratoreinrichtung, welche ein optisches keilförmiges Element mit einer höheren optischen Dichte als die Brechungseinrichtung darstellt, in einem zweiten Raumwinkelbereich überlagert wird, wobei die Austrittsfläche der Konzentratoreinrichtung im Querschnitt kleiner ist als die der Strahlenausgangsfläche, mit dem Ergebnis, dass die Strahlung, die aus der Konzentratoreinrichtung austritt, im Strahlenquerschnitt verkleinert wurde, sich aber der Strahlenraumwinkel gegenüber der Ausgangssituation nicht oder kaum verändert hat, so dass diese Strahlung im Anschluss wahlweise fokussiert oder kontrolliert transportiert werden kann.
These include the following steps:
  • Irradiating light through a radiation exit surface onto an optical refraction device, wherein this radiation exit surface has a larger area compared to the exit surface of the concentrator device, wherein the refraction device adjusts the divergence of the irradiated radiation and shifts components of the light spatially and temporally relative to each other, so that subsequently Concentrator device reflects the spatially split light emerging from the refraction device, concentrated, spatially and temporally superimposed, wherein after passing through the concentrator means the light on the reduced exit surface with an equal or similar solid angle as in the initial situation leaves this again, so that this exit radiation can be individually focused or transported by means of reflective hollow bodies or optical light guides, wherein the optical refraction means is an optical element which forms the shape of a curved partially mirrored prismatic double wedge in which one longitudinal side of the wedge serves as an entrance surface for the light reception and on the second longitudinal side, the light beams leave the wedge spatially and temporally as a new solid angle, so that it is superimposed directly on the concentrator device, which is an optical wedge-shaped element with a higher optical density than the refraction device, in a second solid angle range , wherein the exit surface of the concentrator device in cross section is smaller than that of the beam output surface, with the result that the radiation emerging from the concentrator device has been reduced in beam cross section, but the beam space angle has not or hardly changed from the initial situation, so that this Afterwards, radiation can be focused or transported in a controlled manner.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Strahlenraumverkleinerung bzw. Strahlenraumüberlagerung sieht vor, einen Strahlenraumwinkel zu verkleinern ohne dessen Strahlenquerschnitt zu verändern. Dieses umfasst folgende Schritte:

  • Einstrahlen von Licht mit einem großen Strahlenraumwinkel auf eine optische Brechungseinrichtung, wobei die Strahlenausgangsfläche zum Vergleich der Austrittsfläche der Konzentratoreinrichtung einen gleichgroßen Querschnitt besitzt, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, so das im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert wird, wobei nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht über die Austrittsfläche mit einem kleineren Raumwinkel wie in der Ausgangssituation diese wieder verlässt, so dass diese Austrittsstrahlung individuell fokussiert oder mit Hilfe von reflektierenden Hohlkörpern oder optischen Lichtleitern transportiert werden kann, wobei die optische Brechungseinrichtung ein optisches Element darstellt, was die Form eines geschwungenen teilweise verspiegelten prismenförmigen Doppelkeils ausbildet, bei der eine Längsseite des Keils als Eintrittsfläche für die Lichtaufnahme dient und über die zweite Längsseite die Lichtstrahlen den Keil räumlich und zeitlich als neuen Raumwinkel wieder verlässt, so dass diese direkt von der Konzentratoreinrichtung, welches ein optisches keilförmiges Element mit einer höheren optischen Dichte als die Brechungseinrichtung darstellt, in einen zweiten Raumwinkelbereich überlagert wird, wobei die Austrittsfläche der Konzentratoreinrichtung im Querschnitt gleichgroß ist wie die der Strahlenausgangsfläche, mit dem Ergebnis, dass die Strahlung, die aus der Konzentratoreinrichtung austritt, im Strahlenquerschnitt konstant geblieben ist, sich aber der Strahlenraumwinkel gegenüber der Ausgangssituation verkleinert hat, so dass diese Strahlung im Anschluss wahlweise fokussiert oder kontrolliert transportiert werden kann.
A particularly advantageous embodiment of the beam space reduction or beam space superposition provides for reducing a beam space angle without changing its beam cross section. This includes the following steps:
  • Irradiation of light with a large beam space angle to an optical refraction device, wherein the beam output surface for comparison of the exit surface of the concentrator has an equal cross-section, which adjusts the divergence of the incident radiation and shifts components of the light spatially and temporally to each other, then by means of a concentrator the spatially split light emerging from the refraction device is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed, whereby after passing through the concentrator device the light exits via the exit surface with a smaller solid angle as in the initial situation, so that this exit radiation is individually focused or with the aid of reflective hollow bodies or optical light guides can be transported, wherein the optical refraction means is an optical element, which takes the form of a schw Forming partially uncoated prism-shaped double wedge, in which one longitudinal side of the wedge serves as an entrance surface for the light absorption and on the second longitudinal side of the light leaves the wedge spatially and temporally as a new solid angle again, so that these directly from the concentrator, which is an optical wedge-shaped element with a higher optical density than the refraction device is superimposed in a second solid angle range, wherein the exit surface of the concentrator device in cross section is the same size as that of the beam output surface, with the result that the radiation exiting the concentrator device has remained constant in the beam cross section However, the beam space angle has reduced compared to the initial situation, so that this radiation can be selectively focused or controlled transported.

Eine besonders einfache Form der Strahlenraumverkleinerung bzw. Strahlenraumüberlagerung von Licht umfasst folgende Ausführung:

  • Einstrahlen von Licht auf eine optische Brechungseinrichtung zur räumlichen und zeitlichen Aufsplittung von Lichtstrahlen mit anschließender Raumüberlagerung in einer Konzentratoreinrichtung, bei der die optische Brechungseinrichtung die Form eines einfachen prismenförmigen Keils ausbildet und die Konzentratoreinrichtung ein parabolischer Spiegel ist. Die Konzentratoreinrichtung ist in dieser Ausführung so angeordnet, dass durch die Eintrittsfläche des prismenförmigen Keils eintretendes Licht, was auch gleichzeitig die Strahlenausgangsfläche darstellt, dieses an den Längsseiten des prismenförmigen Keils mit einem verkleinerten aber räumlich und zeitlich aufgesplitteten, verlagerten Raumwinkel wieder austritt, wo bei die Konzentratoreinrichtung diese räumlich und zeitlich aufgesplitteten Raumwinkel, welche insgesamt einen großen Raumquerschnitt ergeben würden, in einen kleinen Raumquerschnitt überlagert, so dass dieser neu entstandene Raumwinkelbereich kleiner ist als der ursprüngliche Raumwinkelbereich der Ausgangssituation. Der Lichtstrahlenquerschnitt verändert sich bei dieser Ausführungsform nur unwesentlich, wobei diese im Anschluss wahlweise fokussiert oder kontrolliert transportiert werden können.
A particularly simple form of beam space reduction or radiation space superposition of light comprises the following embodiment:
  • Irradiation of light onto an optical refraction device for the spatial and temporal splitting of light beams with subsequent space superposition in a concentrator device, in which the optical refraction device forms the shape of a simple prismatic wedge and the concentrator device is a parabolic mirror. In this embodiment, the concentrator device is arranged such that light entering through the entrance surface of the prismatic wedge, which at the same time represents the beam exit surface, escapes again at the longitudinal sides of the prismatic wedge with a reduced spatial angle split in space and time, where the Concentrator this spatially and temporally split solid angles, which would give a total of a large area cross-section, superimposed in a small space cross section, so that this newly created solid angle range is smaller than the original solid angle range of the initial situation. The light beam cross section changes only insignificantly in this embodiment, whereby these can be selectively transported in a focused or controlled manner.

Ferner wird vorteilhafterweise ein Verfahren zur Strahlenraumwinkelausrichtung dargelegt, die folgende Schritte umfassen:

  • Einstrahlen von Licht auf eine optische Brechungseinrichtung, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, so das im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung das aus der Brechungseinrichtung austretende Licht reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert wird. Nach dieser hier mehrfach beschriebenen Strahlenraumverkleinerung werden die Lichtstrahlen in ein Auskopplungssystem überführt, was die Aufgabe hat, Lichtstrahlen, welche einen vorgegebenen Winkel von der optischen Achse weg übersteigt über eine Auskopplungseinrichtung auszukoppeln und in ein Lichtleitsystem wiederum einzukoppeln, so dass diese Strahlung durch ein Lichtleitsystem zu der ursprünglichen Eintrittsfläche transportiert und erneut in die optische Anordnung eingestrahlt werden kann, um den Prozess mit der neu zugeführten Strahlung nochmals zu durchlaufen. Auf Grund dessen hat die verbleibende Lichtstrahlung im Auskopplungsystem nun einen vorgegebenen Strahlenwinkel zur optischen Achse, welcher nicht überschritten werden kann, so dass diese Strahlung mit einem sehr kleinen Raumwinkel die Austrittsfläche wieder verlässt.
Furthermore, a method for beam space angle alignment is advantageously set forth, comprising the following steps:
  • Injecting light onto an optical refraction device, which adapts the divergence of the incident radiation and shifts components of the light spatially and temporally relative to one another, this is what follows By means of a concentrator device, the light emerging from the refraction device is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed. After this beam space reduction described here several times, the light beams are transferred to a decoupling system, which has the task of coupling light beams, which exceeds a predetermined angle away from the optical axis via a decoupling device and in turn coupled into a light control system, so that this radiation through a light guide system transported to the original entrance surface and re-irradiated in the optical arrangement to re-process the process with the newly supplied radiation. Because of this, the remaining light radiation in the outcoupling system now has a predetermined beam angle to the optical axis, which can not be exceeded, so that this radiation leaves the exit surface again with a very small solid angle.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden mehrere der optischen Anordnungen der Erfindung, bei denen die Strahlenausgangsfläche der Brechungseinrichtung größer ist als die Austrittsfläche der Konzentratoreinrichtung (bei konstantem Strahlenraumwinkel), über ein Lichtleitsystem miteinander verkoppelt. Dabei wird das Licht, welches aus einer Austrittsfläche einer optischen Anordnung stammt, in einen Lichtleiter eingekoppelt. Dieser Lichtleiter, der auch Teil der Konzentratoreinrichtung sein kann, transportiert nun dieses zu einer weiteren optischen Anordnung, wobei die hier benannten optischen Anordnungen bevorzugt eine einheitliche Größe besitzen. Entscheidend dabei ist, dass der Querschnitt des Lichtleiters kleiner ist als der Querschnitt der Strahlenausgangsfläche der weiteren optischen Anordnungen. Auf Grund dieser Flächenunterschiede sind Voraussetzungen geschaffen, das mehrere Lichtleiter aus unterschiedlichen optischen Anordnungen in eine optische Anordnung eingekoppelt werden können. Da der Strahlenraumwinkel bei verkleinertem Querschnitt konstant bleibt, können in dieser Ausführung so viele Lichtleiter in einem Querschnitt vereint werden, bis die ursprüngliche Strahlenausgangsfläche erreicht wird. Damit ergeben mehrere optische Anordnungen eine neue Strahlenausgangsfläche, welche identisch ist mit einer der ursprünglichen Strahlenausgangsflächen. Im Rahmen der physikalischen Gesetze kann somit durch Hintereinanderschalten mehrerer optischer Anordnungen der Erfindung die Bestrahlungsstärke der Austrittsfläche einer nachfolgenden optischen Anordnung immer weiter erhöht werden, ohne den Strahlenraumwinkel zu verändern.In a particularly advantageous embodiment, several of the optical arrangements of the invention, in which the beam output surface of the refraction device is larger than the exit surface of the concentrator device (at constant beam space angle), coupled together via a light guide system. In this case, the light which originates from an exit surface of an optical arrangement is coupled into an optical waveguide. This light guide, which may also be part of the concentrator device, now transports this to a further optical arrangement, wherein the optical arrangements named here preferably have a uniform size. It is crucial that the cross section of the light guide is smaller than the cross section of the beam output surface of the other optical arrangements. Due to these differences in area conditions are created that several optical fibers from different optical arrangements can be coupled into an optical arrangement. Since the beam space angle remains constant with a reduced cross section, in this embodiment as many optical fibers can be combined in one cross section until the original beam output surface is reached. Thus, multiple optical arrays yield a new beam output area which is identical to one of the original beam output areas. Within the framework of the physical laws, the irradiation intensity of the exit surface of a subsequent optical arrangement can thus be increased more and more by connecting several optical arrangements of the invention in series, without changing the beam space angle.

Die beschriebenen Ausführungsformen haben lediglich Beispielcharakter und können auch kombiniert ausgeführt werden.The described embodiments have only exemplary character and can also be carried out in combination.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung des prismenförmigen Keils,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der optischen Anordnung der Erfindung mit einer Linse als Fokussierungseinrichtung,
  • 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere optische Anordnungen hintereinander positioniert sind,
  • 5a/b weitere typische Ausführungsform der optischen Anordnung,
  • 6 eine typische Ausführungsform der optischen Anordnung in Verbindung mit einem Lichtleiter,
  • 7 eine schematische Darstellung der Hintereinanderreihung einer Vielzahl von optischen Anordnungen,
  • 8 eine schematische Darstellung einer optische Anordnung mit integriertem Auskopplungssystem,
  • 9a/b eine schematische Darstellung zum besseren Verständnis der Raumüberlagerung und
  • 10 ein schematisches Flussdiagramm der einzelnen Schritte eines Verfahrens zur Strahlenraumüberlagerung.
The invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments with reference to the figures. Hereby show:
  • 1 a schematic representation of the prism-shaped wedge,
  • 2 a schematic representation of an embodiment of the invention,
  • 3 a schematic representation of an embodiment of the optical arrangement of the invention with a lens as a focusing device,
  • 4 a schematic representation of an embodiment of the invention, in which a plurality of optical arrangements are positioned one behind the other,
  • 5a / b further typical embodiment of the optical arrangement,
  • 6 a typical embodiment of the optical arrangement in conjunction with a light guide,
  • 7 a schematic representation of the sequential arrangement of a plurality of optical arrangements,
  • 8th a schematic representation of an optical arrangement with integrated extraction system,
  • 9a / b is a schematic representation for a better understanding of the space overlay and
  • 10 a schematic flow diagram of the individual steps of a method for beam space overlay.

1 zeigt die schematische Funktionsweise der Brechungseinrichtung 3 in Form eines einfachen prismenförmigen Keils 13. Im Einfallswinkelbereich 9 durchlaufen Lichtstrahlen eine Strahlenausgangsfläche 14 und treffen auf die Eintrittsfläche 2 des prismenförmigen Keils 13. Die Lichtstrahlen 17 breiten sich nun entsprechend des Snelliusschen Brechungsgesetzes in dem prismenförmigen Keil 13 aus. Eine wesentliche Eigenschaft der Lichtstrahlen ist die optische Brechung durch Totalreflexion, die bei Lichtstrahlen stattfindet, die unterhalb eines bestimmten Winkels auf eine Grenzfläche eines optisch dichteren Mediums mit einem optisch weniger dichteren Medium auftreffen, hier also an den Innenflächen des prismenförmigen Keils 13. Zusätzlich wird die Laufgeschwindigkeit der Lichtstrahlung in einem optischen Medium verändert. Die optische Brechung, die veränderte Laufgeschwindigkeit und die Totalreflexion sorgen dafür, dass Lichtstrahlen 17 welche einen Strahlenquerschnitt in Form einer Strahlenausgangsfläche 14 besitzen in dem prismenförmigen Keil 13 eine räumliche und zeitliche Aufsplittung 15 erhalten, so dass die Lichtstrahlen 17 aus dem prismenförmigen Keil 13 in Form von räumlich versetzten Lichtstrahlen 17 mit einem kleineren Winkel als dem Einfallswinkel 9 wieder austreten. Dabei nimmt die Keilform direkten Einfluss auf die Querschnitts- oder Raumwinkelgröße, welche individuell verändert werden kann. Die Brechungseinrichtung 3 dient also zum einen der Umwandlung einer Strahlenausgangsfläche 14 in eine räumliche und zeitlichen Aufsplittung 15 und zum anderen einer Winkel- bzw. Querschnittveränderung der Strahlung. 1 shows the schematic operation of the refraction device 3 in the form of a simple prismatic wedge 13 , In the angle of incidence range 9 light rays pass through a radiation exit surface 14 and hit the entrance area 2 of the prism-shaped wedge 13. The light rays 17 Now, according to Snell's law of refraction, they propagate in the prism-shaped wedge 13. An essential property of the light rays is the optical refraction by total reflection, which occurs at light rays that impinge below a certain angle on an interface of a more dense optical medium with a less dense optically medium, here on the inner surfaces of the prismatic wedge 13 , In addition, the running speed of the light radiation is changed in an optical medium. The optical refraction, the changed running speed and the total reflection make sure that light rays 17 which has a beam cross section in the form of a beam output surface 14 own in the prism-shaped wedge 13 a spatial and temporal splitting 15 so that the rays of light 17 from the prism-shaped wedge 13 in the form of spatially displaced light rays 17 with a smaller angle than the angle of incidence 9 exit again. In this case, the wedge shape directly influences the cross-sectional or solid angle size, which can be changed individually. The refraction device 3 Thus, on the one hand serves the conversion of a radiation output surface 14 in a spatial and temporal splitting 15 and on the other hand, an angular or cross-sectional change of the radiation.

In 2 wird eine typische Ausführungsform der optischen Anordnung 1 gezeigt. Sie umfasst eine Brechungseinrichtung 3 in Form eines prismenförmigen Keils 13 und eine Konzentratoreinrichtung 4 in Form eines parabolischen Spiegels 20, wobei die einfallenden Lichtstrahlen 17 die optische Anordnung 1 von links nach rechts durchlaufen. Die aus einem Einfallswinkelbereich 9 als Strahlenausgangsfläche 14 auftreffenden konvergenten Lichtstrahlen 17 treten durch die Eintrittsfläche 2 hindurch in den prismenförmigen Keil 13 ein, so dass diese im Anschluss an den Längsseiten des prismenförmigen Keils 13, in einen verkleinerten Raumwinkelbereich 6, räumlich und zeitlich versetzt wieder austreten. Die Konzentratoreinrichtung 4 ist nun so angeordnet, dass die aus dem prismenförmigen Keil 13 austretenden Lichtstrahlen 17 in einen Raumwinkelbereich 7 übertragen werden. In diesem Bereich 7/15 werden die Lichtstrahlen durch Reflexion ineinander auf eine verkleinerte Austrittsfläche 8 überlagert. Dies ist möglich, da der ursprüngliche Querschnitt der Strahlenausgangsfläche 14, welche als Fläche verstanden werden muss, so nicht mehr existiert. Vielmehr hat diese Fläche nun eine räumliche Ausdehnung 15 angenommen, so dass diese räumlich versetzten Lichtstrahlen 17, welche als eigenständige Räume zu verstehen sind, sich nun hintereinander bzw. untereinander einordnen können.In 2 becomes a typical embodiment of the optical arrangement 1 shown. It comprises a refraction device 3 in the form of a prism-shaped wedge 13 and a concentrator device 4 in the form of a parabolic mirror 20 where the incident light rays 17 the optical arrangement 1 go through from left to right. The from an angle of incidence range 9 as the beam output surface 14 incident convergent light beams 17 step through the entrance area 2 through in the prism-shaped wedge 13, so that these subsequent to the longitudinal sides of the prism-shaped wedge 13 , in a reduced solid angle area 6 , spatially and temporally offset emerge again. The concentrator device 4 is now arranged so that the out of the prism-shaped wedge 13 emerging light rays 17 in a solid angle area 7 be transmitted. In this area 7 / 15 The light beams are reflected by reflection into each other on a reduced exit area 8th superimposed. This is possible since the original cross-section of the beam exit surface 14, which must be understood as a surface, no longer exists. Rather, this area now has a spatial extension 15 assumed that these spatially offset light rays 17 , which are to be understood as independent spaces, can now be arranged one behind the other or among each other.

Da es sich bei der Strahlenausgangsmenge nicht um eine einzelne Strahlenausgangsfläche 14, sondern um einen kontinuierlichen Strahlenfluss handelt, hat die Konzentratoreinrichtung 4 die Aufgabe, einen Energiefluss, genaugenommen also unterschiedliche Strahlenausgangsflächen 14 zeitlich und räumlich in sich zu überlagern, was in dieser Ausführung zu einer Winkelverkleinerung bei etwa gleichbleibendem Strahlenausgangsfläche 14 führt.Since the output quantity of radiation is not a single radiation output surface 14 but is a continuous jet flow, has the concentrator device 4 the task of temporally and spatially superimposing an energy flow, in other words different radiation output surfaces 14, which in this embodiment leads to an angular reduction at an approximately constant radiation output surface 14 leads.

In 3 wird eine typische Ausführungsform der optischen Anordnung 1 gezeigt. Sie umfasst eine Brechungseinrichtung 3 in Form eines prismenförmigen Keils 13, eine Konzentratoreinrichtung 4 in Form eines parabolischen Spiegels 20 und einer Fokussierungseinrichtung 16 in Form einer Linse, wobei diese die sich divergent aus der Austrittsfläche 8 ausbreitende Strahlung wieder in einer reproduziert. Diese reproduzierte besitzt nun den gleichen Durchmesser wie der Querschnitt der Strahlenausgangsfläche 14. Dabei ist die Erhaltung der optischen Abbildung nicht relevant, sondern lediglich die Fokussierung der Strahlungsleistung. Der Raumwinkel 10 von der reproduzierten ist in dieser Ausführung immer noch kleiner als der Raumwinkel 9 der ursprünglichen Strahlenausgangsfläche 14.In 3 becomes a typical embodiment of the optical arrangement 1 shown. It comprises a refraction device 3 in the form of a prism-shaped wedge 13 , a concentrator device 4 in the form of a parabolic mirror 20 and a focusing device 16 in the form of a lens, these diverging from the exit surface 8th spreading radiation back into one reproduced. This reproduced now has the same diameter as the cross section of the beam output surface 14 , In this case, the preservation of the optical image is not relevant, but only the focusing of the radiation power. The solid angle 10 from the reproduced is still smaller in this embodiment than the solid angle 9 the original radiation output surface 14 ,

Der verkleinerte Raumwinkel 10 stellt somit einen Raum zur Verfügung, über den weitere Strahlung 9 auf die projizierbar ist. Das wird in 4 gezeigt.The reduced solid angle 10 thus provides a space over which further radiation 9 on the is projectable. That will be in 4 shown.

In 4 ist eine schematische Darstellung der Hintereinanderreihung einer optischen Anordnung 1 mit weiteren gleichartigen optischen Anordnungen 11 gezeigt. Dabei befindet sich die Position der der optischen Anordnung 1 an der Position der nächstfolgenden weiteren optischen Anordnung 11, so dass die Lichtstrahlen 17 auf eine gebündelt werden. Auf Grund der Raumwinkelverkleinerung der gegenüber der Ausgangsstrahlung 9 bei gleichbleibendem Querschnitt, werden neben den Lichtstrahlen 17 zusätzliche Lichtstrahlen 12 auf die gebündelt, so dass sowohl die Lichtstrahlen 17 als auch die zusätzlichen Lichtstrahlen 12 in den prismenförmigen Keil 13 der nächstfolgenden weiteren optischen Anordnung 11 eintreten. Bei jeder weiteren optischen Anordnung 11 werden nun zusätzliche Lichtstrahlen 12 in gleicher Weise auf eine jeweils nächstfolgende Eintrittsfläche 2 fokussiert.In 4 is a schematic representation of the sequential arrangement of an optical arrangement 1 with other similar optical arrangements 11 shown. Here is the position of the the optical arrangement 1 at the position of the next further optical arrangement 11 , so that the light rays 17 on a be bundled. Due to the solid angle reduction of opposite the output radiation 9 at constant cross section, in addition to the light rays 17 additional light rays 12 on the bundled so that both the light rays 17 and the additional light rays 12 in the prism-shaped wedge 13 the next following optical arrangement 11 enter. For every further optical arrangement 11 Now additional light rays 12 in the same way to a respective next following entrance surface 2 focused.

Im Rahmen der physikalischen Gesetze kann somit durch Hintereinanderschalten mehrerer optischer Anordnungen 1/11 der Erfindung die Bestrahlungsstärke der Austrittsfläche einer nächstfolgenden optischen Anordnung immer weiter erhöht werden, ohne den Raumwinkel oder den Strahlenquerschnitt zu verändern.In the context of physical laws can thus by connecting several optical arrangements 1 / 11 the invention, the irradiance of the exit surface of a next optical arrangement to be further increased without changing the solid angle or the beam cross-section.

In 5a/b sind weitere typische Ausführungsformen der optischen Anordnung 1/11 gezeigt. Sie umfassen eine Brechungseinrichtung 3 in Form eines teilweise verspiegelten Doppelkeils 13 und eine Konzentratoreinrichtung 4 in Form eines prismenförmigen Keils 19 mit einer höheren optischen Dichte als 3/13, wobei einfallende Lichtstrahlen 17 die optische Anordnung 1 von links nach rechts durchlaufen. Die aus einem Einfallswinkelbereich 9 auf die Strahlenausgangsfläche 14 auftreffenden konvergenten Lichtstrahlen 17 treten durch die Eintrittsfläche 2 hindurch in den prismenförmigen Keil 13 ein und treten an den Längsseiten des prismenförmigen Keils 13 wieder aus. Die Konzentratoreinrichtung 4 ist nun so angeordnet, dass die in einem ersten Raumwinkelbereich aus dem prismenförmigen Keil 13 austretenden räumlich und zeitlich versetzten Lichtstrahlen auf einen zweiten Raumwinkelbereich 7 übertragen werden, wobei der zweite Raumwinkelbereich 7/15 diese Strahlung durch optische Brechung, veränderte Laufgeschwindigkeit und der Totalreflexion ineinander überlagert. Dies ist möglich, da der ursprüngliche Ausgangsquerschnitt der Strahlenausgangsfläche 14, welcher eine zeitliche Linie für diese Energie darstellt nicht mehr als zeitliche Linie existiert, sondern sich als eine räumliche Ausdehnung 15 darstellt, so dass diese räumlich versetzten Energiepunkte nun die Möglichkeit haben sich zeitlich hintereinander bzw. untereinander einzuordnen. Da es sich bei der Strahlenausgangsmenge nicht um eine einzelne Strahlenausgangsfläche 14, sondern um einen kontinuierlichen Strahlenfluss handelt, hat die Konzentratoreinrichtung 4 die Aufgabe, einen Energiefluss, also unterschiedliche Strahlenausgangsflächen 14 räumlich in sich zu überlagern, was je nach Ausführung zu einer Winkelverkleinerung (5a) bei gleichbleibender Strahlenausgangsfläche 14 führt und/oder zu einer Strahlenausgangsflächenverkleinerung (5b) ohne Raumwinkelveränderung gegenüber der Ausgangsstrahlung 9 kommt.In 5a / b are other typical embodiments of the optical arrangement 1 / 11 shown. They include a refraction device 3 in the form of a partially mirrored double wedge 13 and a concentrator device 4 in the form of a prism-shaped wedge 19 with a higher optical density than 3/13, with incident light rays 17 the optical arrangement 1 go through from left to right. The from an angle of incidence range 9 on the beam output surface 14 incident convergent beams of light 17 step through the entrance area 2 through into the prism-shaped wedge 13 and occur on the long sides of the prism-shaped wedge 13 out again. The concentrator device 4 is now arranged so that in a first solid angle region emerging from the prism-shaped wedge 13 spatially and temporally offset light rays to a second solid angle range 7 be transferred, wherein the second solid angle area 7 / 15 this radiation is superimposed on one another by optical refraction, changed running speed and total reflection. This is possible since the original output cross section of the beam output surface 14 , which represents a temporal line for this energy no longer exists as a temporal line, but as a spatial extension 15 represents, so that these spatially offset energy points now have the opportunity temporally in succession or to classify themselves among themselves. Since the output quantity of radiation is not a single radiation output surface 14 but is a continuous jet flow, has the concentrator device 4 the task, an energy flow, ie different radiation output surfaces 14 spatially superimposed in itself, which depending on the execution to an angular reduction ( 5a ) at constant beam output area 14 leads and / or to a radiation output area reduction ( 5b ) without spatial angle change with respect to the output radiation 9 comes.

In 6 ist eine typische Ausführungsform der optischen Anordnung 1 gezeigt. Sie umfasst eine Brechungseinrichtung 3 in Form eines teilweise verspiegelten Doppelkeils 13, eine Konzentratoreinrichtung 4 in Form eines prismenförmigen Keils 19 mit einer höheren optischen Dichte als 3 und ein Lichtleitsystem 21, wobei die einfallenden Lichtstrahlen 17, welche die optische Anordnung 1 von links nach rechts durchlaufen, direkt von der Konzentratoreinrichtung 4 in ein Lichtleitsystem 21 eingespeist werden, so dass die in diesem System befindliche Lichtstrahlung an jeden beliebigen Ort transportiert werden kann. Vorteilhaft wäre hier, dass die Konzentratoreinrichtung 4 und der Lichtleiter 21 eine gemeinsame Einheit bilden.In 6 is a typical embodiment of the optical arrangement 1 shown. It comprises a refraction device 3 in the form of a partially mirrored double wedge 13 , a concentrator device 4 in the form of a prism-shaped wedge 19 with a higher optical density than 3 and a light guide system 21 where the incident light rays 17 which the optical arrangement 1 from left to right, directly from the concentrator device 4 in a lighting control system 21 be fed so that the light radiation contained in this system can be transported to any location. It would be advantageous here that the concentrator device 4 and the light guide 21 form a common entity.

In 7 ist eine schematische Darstellung der Hintereinanderreihung einer optischen Anordnung 1 mit weiteren gleichartigen optischen Anordnungen 11 gezeigt. Dabei werden die Lichtstrahlen 17, welche aus einer Austrittsfläche 8 einer optischen Anordnung 1 stammt, mit Hilfe eines Lichtleiters 21 auf eine Strahlenausgangsfläche 14 transportiert. Erkennbar ist, das der Lichtleiter 21, welcher die Lichtstrahlen transportiert, einen wesentlich kleineren Querschnitt besitzt als der Strahlenquerschnitt der Strahlenausgangsfläche 14 auf die es trifft. Auf Grund dieser Querschnittunterschiede sind Voraussetzungen geschaffen, das mehrere Lichtleiter 21, welche aus unterschiedlichen optischen Anordnungen 1 stammen, in eine optische Anordnung 11 eingekoppelt werden können.In 7 is a schematic representation of the sequential arrangement of an optical arrangement 1 with other similar optical arrangements 11 shown. Thereby the light rays become 17 , which consists of an exit surface 8th an optical arrangement 1 comes, with the help of a light guide 21 transported to a radiation exit surface 14. It can be seen that the light guide 21 , which transports the light beams, has a substantially smaller cross section than the beam cross section of the beam output surface 14 it hits. Due to these cross-sectional differences, conditions are created that require multiple light guides 21 which consist of different optical arrangements 1 come in an optical arrangement 11 can be coupled.

Dadurch wird es möglich, zusätzliche Lichtstrahlen in die nachfolgende Eintrittsfläche 2 einstrahlen zu lassen. Im Rahmen der physikalischen Gesetze kann somit durch Hintereinaderschalten mehrerer optischer Anordnungen 1/11 der Erfindung die Bestrahlungsstärke der Austrittsfläche 8 einer nächstfolgenden optischen Anordnung 11 immer weiter erhöht werden, ohne den Raumwinkel oder den Strahlenquerschnitt zu verändern.This makes it possible, additional light rays in the subsequent entrance surface 2 to let in light. In the context of physical laws can thus by rear-loading several optical arrangements 1 / 11 the invention, the irradiance of the exit surface 8th a next optical arrangement 11 be further increased without changing the solid angle or the beam cross section.

Ein Beispiel soll das Potenzial verdeutlichen: Ausgegangen wird davon, das in einer optischen Anordnung das Verhältnis der Flächenverkleinerung von Strahlenausgangsfläche 14 zur Austrittsfläche 8 1 : 5 beträgt.An example is intended to illustrate the potential: The starting point is that, in an optical arrangement, the ratio of the area reduction of the radiation output area 14 to the exit surface 8th 1 : 5 is.

Die Ausgangsstrahlung stellt jeweils ein fokussierter Brennpunkt (z.B. Sonnenstrahlen) dar, wobei dieser eine Lichtkonzentration von 1 : 600 aufweist.The output radiation each represents a focused focal point (e.g., solar rays) having a light concentration of 1: 600.

Bei einer Reihenschaltung, bei die Lichtstrahlen nur fünf optische Anordnungen durchlaufen, entsteht bereits eine Lichttkonzentration von über 1 : 1,8 Millionen.In a series connection, in which the light rays pass through only five optical arrangements, already creates a Lichttkonzentration of about 1: 1.8 million.

Würde ein Brennpunkt doppelt so viele optische Anordnungen durchlaufen, erreicht die Lichtkonzentration mathematisch betrachtet eine unvorstellbare Größe von über 1 : 5,8 Milliarden.If a focal point were to undergo twice as many optical arrangements, the concentration of light mathematically reaches an unimaginable size of more than 1: 5.8 billion.

In 8 ist eine schematische Darstellung einer optischen Anordnung 1 mit integriertem Auskopplungssystem 23 dargestellt. Im Einfallswinkelbereich 9 durchlaufen Lichtstrahlen 17 eine Strahlenausgangsfläche 14 und treffen auf die Brechungseinrichtung 3, wobei diese Lichtstrahlen 17 im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung 4, welche eine höhere optische Dichte als 3 besitzt, räumlich und zeitlich überlagert werden. Die in der Konzentratoreinrichtung 4 befindlichen Lichtstrahlen 17 werden nun im Anschluss mittels der Totalreflexion oder verspiegelter Flächen in ein Auskopplungssystem 23 weitertransportiert. Dieses Auskopplungssystem besteht aus einem optischen Medium, was der Konzentratoreinrichtung 4 entspricht oder ähnelt. An diesem Auskopplungssystem 23 befindet sich in einem Abschnitt eine Auskopplungseinrichtung 24, welche direkt mit dem Auskopplungssystem 23 verbunden ist, wobei die Auskopplungseinrichtung 24 ein optisches Medium darstellt, welches eine geringere optische Dichte besitzt als das Auskopplungssystem 23 selbst. Die Auskopplungseinrichtung 24 ist in ihrem weiteren Verlauf als ein Lichtleitsystem zu verstehen, was die Aufgabe übernimmt, Lichtstrahlen 17 zu transportieren. Treffen aus dem Auskopplungssystem 23 Lichtstrahlen 17 auf den Abschnitt der Auskopplungseinrichtung 24, so werden diese je nach ihrer Winkelstellung an dieser Grenzfläche 22 total reflektiert oder hindurch gelassen. Ziel ist es, Lichtstrahlen 17 mit einem zu großen Winkel zur optischen Achse 5 aus dem Auskopplungssystem 23 herauszufiltern, um diese im Anschluss über ein Lichtleitsystem 21 erneut in den Ausgangsprozess einzubinden. Die verbleibenden Lichtstrahlen 17 im Auskopplungssystem 23 haben nun einen vorgegebenen Maximalwinkel zur optischen Achse 5, welcher nicht überschritten werden kann, so dass diese im Anschluss mit einem kleineren Raumwinkel 10 das Auskopplungssystem 23 über die Austrittsfläche 8 wieder verlassen.In 8th is a schematic representation of an optical arrangement 1 with integrated extraction system 23 shown. In the angle of incidence range 9 go through light rays 17 a radiation exit surface 14 and hit the refraction device 3 , these rays of light 17 subsequently by means of a concentrator device 4 , which has a higher optical density than 3, are spatially and temporally superimposed. The in the concentrator device 4 located light beams 17 are now in the connection by means of total reflection or mirrored surfaces in a decoupling system 23 transported. This extraction system consists of an optical medium, which is the concentrator device 4 corresponds or resembles. At this extraction system 23 is located in a section of a coupling device 24 which directly with the extraction system 23 is connected, wherein the coupling-out device 24 represents an optical medium having a lower optical density than the outcoupling system 23 itself. The decoupling device 24 is to be understood in its further course as a light guide system, which assumes the task of light rays 17 to transport. Meeting from the decoupling system 23 light rays 17 on the section of the coupling-out device 24 , so these are depending on their angular position at this interface 22 totally reflected or let through. The goal is to light rays 17 with too large an angle to the optical axis 5 from the extraction system 23 to filter them out afterwards via a light control system 21 to be involved again in the initial process. The remaining rays of light 17 in the extraction system 23 now have a given maximum angle to the optical axis 5 , which can not be exceeded, so that this with a smaller solid angle 10 the extraction system 23 over the exit surface 8th leave again.

Natürlich sind auch hier unterschiedliche Verschmelzungen von optischen Anordnungen mit unterschiedlichen Ausführungen möglich.Of course, different fusions of optical arrangements with different designs are also possible here.

Ziel ist es, Lichtstrahlen aus einem diffusen großen Raumwinkelbereich in einen kleinen geordneten Raumwinkelbereich umzuwandeln.The aim is to convert light rays from a diffuse large solid angle range into a small ordered solid angle range.

In der 9a/b ist ein einfacher optischer Keil als Brechungseinrichtung 3 dargestellt, der die Verfahrensweise und den Zusammenhang der Strahlenraumverkleinerung durch die zeitliche und räumliche Verschiebung der Lichtstrahlen 17 noch einmal verdeutlichen soll.In the 9a / b is a simple optical wedge as a refraction device 3 illustrated the procedure and the context of the beam space reduction by the temporal and spatial displacement of the light beams 17 to clarify once again.

Aus diesem Grund werden in 9a einem Keil als Brechungseinrichtung 3 auf einer großen Eintrittsfläche 2 Lichtstrahlen 17 zugeführt. Das Ziel ist, dass die Lichtstrahlen 17 über die kleinere Austrittsfläche 8 den Keil als Brechungseinrichtung 3 wieder verlassen sollen.For this reason, in 9a a wedge as a refraction device 3 on a large entrance area 2 light rays 17 fed. The goal is that the rays of light 17 over the smaller exit area 8th the wedge as a refraction device 3 should leave again.

Dies ist mit dem vereinfacht dargestelltem Verfahren in 9a aber nur bedingt möglich, da hier aus physikalischen Gründen (Totalreflexion), nur ein Teil der Strahlung die Austrittsfläche 8 passieren kann.This is with the simplified illustrated method in FIG 9a but only conditionally possible, since here for physical reasons (total reflection), only a part of the radiation, the exit surface 8th can happen.

Es wird ersichtlich, dass der obere Teil der Lichtbündel 25 die Austrittsfläche 8 problemlos durchdringen kann, der untere Teil der Lichtbündel 26, welche über die Eintrittsfläche 2 in den Keil als Brechungseinrichtung 3 eindringen, verlassen jedoch den Keil auch wieder über die Eintrittsfläche 2.It can be seen that the upper part of the light bundles 25 the exit surface 8th can penetrate easily, the lower part of the light beam 26 , which over the entrance area 2 in the wedge as a refraction device 3 penetrate, but leave the wedge again on the entrance surface 2 ,

Dies ist darin begründet, dass die Lichtbündel 25 und 26 auf Grund ihrer Größe die Austrittsfläche nicht gleichzeitig passieren können.This is due to the fact that the light bundles 25 and 26 due to their size, the exit surface can not happen at the same time.

Nun besteht die Möglichkeit mit dem neuen Verfahren Einfluss auf die Strahlung in ihrer zeitlichen und räumlichen Anordnung zu nehmen.Now it is possible to use the new method to influence the radiation in its temporal and spatial arrangement.

In 9b wird in den einfachen optischen Keil als Brechungseinrichtung 3 ein weiteres optisches Element mit einer höheren optischen Dichte als der Keil mit eingebracht. Diese Konzentratoreinrichtung 4 verändert nun speziell die zeitliche und räumliche Strahlung von den Lichtbündeln 25 und 26 in der optischen Anordnung, so, dass diese zeitlich voneinander versetzt sind. Auf Grund dieser zeitlichen Verlagerung können nun die Lichtbündel 25 und 26 die Austrittsfläche 8 problemlos passieren. Würde man die Ausgangsstrahlung als einzelne Energieteilchen in einer Zeitebene betrachten, dann würde man feststellen, dass in 9b diese einzelnen Lichtteilchen mit unterschiedlichen Zeiten durch die Austrittsfläche 8 strömen. Auf Grund dieser Zeitverschiebung ist es möglich, Strahlung räumlich so zu überlagern, dass bei einem kontinuierlichen Strahlenfluss diese Energie in einem vorgegebenen Raum oder Winkel überlagert existieren können.In 9b is in the simple optical wedge as a refraction device 3 another optical element with a higher optical density than the wedge with introduced. This concentrator device 4 now changes specifically the temporal and spatial radiation of the light bundles 25 and 26 in the optical arrangement, so that they are temporally offset from each other. Due to this temporal shift, the light beams can now 25 and 26 the exit surface 8th easily happen. If one were to regard the output radiation as individual energy particles in a time plane, then one would find that in 9b these individual light particles with different times through the exit surface 8th stream. Due to this time shift, it is possible to spatially superimpose radiation so that in a continuous beam flux, this energy may exist superimposed in a given space or angle.

In 10 ist der schematische Ablauf der einzelnen Schritte eines Verfahrens zur Erhöhung der Energiedichte von Strahlung - hier Licht - mittels einer Lichtstrahlenraumverkleinerung durch Strahlenraumüberlagerung eines Lichtstrahlenbündels und zur Lichtstrahlenraumüberlagerung mehrerer Lichtstrahlenbündel dargestellt, mit dem Ziel der grundsätzlichen Trennung des Strahlenraumwinkels vom dazugehörigen Raumquerschnitt, so dass diese unabhängig voneinander in ihrer Größe variabel sind.In 10 the schematic sequence of the individual steps of a method for increasing the energy density of radiation - here light - represented by a Lichtstrahlenraumverkleinerung by beam space superposition of a light beam and the Lichtstrahlenraumüberlagerung several light beams, with the aim of the fundamental separation of the beam space angle of the corresponding spatial cross section, so that they independently are variable in size.

Im ersten Schritt wird ein Strahlenbündel, welches auch ein fokussierter Brennpunkt sein kann auf eine Eintrittsfläche einer optischen Anordnung 1 eingestrahlt 101. Anschließend wird in einer Brechungseinrichtung 102 die Divergenz der eingestrahlten Strahlung angepasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschoben. Das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht wird dann in einer Konzentratoreinrichtung 103 räumlich und zeitlich überlagert, so das nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung das Licht mit einem verkleinerten Strahlenraum durch ein Lichtleitsystem (104) in Form von Fokussierungseinrichtungen, verspiegelten Hohlkörper oder Lichtleiter zu einer weiteren optischen Anordnungen (106) zur Lichtstrahlenraumüberlagerung transportiert wird.In the first step, a beam, which may also be a focused focus on an entrance surface of an optical arrangement 1 irradiated 101. Subsequently, the divergence of the irradiated radiation is adjusted in a refraction device 102 and components of the light spatially and temporally shifted with respect to each other. The spatially split light emerging from the refraction device is then spatially and temporally superimposed in a concentrator device 103, so that after passing through the concentrator device, the light with a reduced beam space through a light guide system (104) in the form of focusing devices, mirrored hollow body or optical fiber to another optical Arrangements (106) for light beam space overlap is transported.

Die in ihrem Strahlenraum verkleinerten Lichtstrahlen können dann mit weiteren Lichtstrahlenräumen zusammen geführt werden (105) wobei der damit entstandene Querschnitt eine neue Strahlenausgangsfläche darstellt, aus der die austretenden Lichtstrahlen, welche aus einer Vielzahl von optischen Anordnungen stammen, auf die Eintrittsfläche einer Brechungseinrichtung (107) treffen, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile des Lichts räumlich und zeitlich zueinander verschiebt. Das aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Licht wird im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung (108) räumlich und zeitlich überlagert, so dass dieses über eine Austrittsfläche in Form einer Lichtstrahlenraumüberlagerung in Kombination mit einer Lichtstrahlenraumverkleinerung (109) wieder verlässt, so dass der Prozess der Strahlenraumverkleinerung und der Strahlenraumüberlagerung erneut beginnen kann.The narrowed in their beam space light beams can then be merged with other light beam spaces together (105) wherein the resulting cross-section represents a new radiation exit surface from which the exiting light rays, which originate from a plurality of optical arrangements, on the entrance surface of a refraction device (107) meet, which adjusts the divergence of the irradiated radiation and shifts components of the light spatially and temporally to each other. The spatially split light emerging from the refraction device is subsequently spatially and temporally superimposed by means of a concentrator device (108) so that it exits via an exit surface in the form of a light beam space superposition in combination with a light beam space reduction (109), so that the process of beam space reduction and the ray space overlay can start again.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
optische Anordnungoptical arrangement
22
Eintrittsflächeentry surface
33
Brechungseinrichtungrefractor
44
Konzentratoreinrichtungconcentrator
55
optische Achseoptical axis
66
neu entstandener Raumwinkelbereichnewly created solid angle range
77
überlagerter Raumwinkelbereichsuperimposed solid angle range
88th
Austrittsflächeexit area
99
Einfallswinkelbereich auf die EintrittsflächeAngle of incidence on the entrance surface
1010
reproduzierter Winkelreproduced angle
1111
weitere optische Anordnungfurther optical arrangement
1212
zusätzliche Lichtstrahlenadditional light rays
1313
prismenförmiger Keilprismatic wedge
1414
StrahlenausgangsflächeRadiation output surface
1515
räumliche und zeitliche Aufsplittung der Lichtstrahlungspatial and temporal splitting of the light radiation
1616
Fokussiereinrichtungfocusing
1717
Lichtstrahlenlight rays
1818
Abbildung als fokussierter EnergiepunktIllustration as a focused energy point
1919
prismenförmiger Keil mit höherer optischen Dichte als 3prismatic wedge with higher optical density than 3
2020
verspiegelte Flächenmirrored surfaces
2121
Strahlungsleitsystem, insbesondere LichtleitsystemRadiation control system, in particular light control system
2222
Grenzflächeinterface
2323
Auskopplungssystemoutcoupling system
2424
Auskopplungseinrichtungdecoupling device
2525
Lichtbündellight beam
2626
Lichtbündellight beam
101-109101-109
Verfahrensschrittesteps

Claims (15)

Vorrichtung zur Erhöhung der Energiedichte von Licht oder anderer Strahlung, ausgebildet als eine optische Anordnung (1), welche mindestens eine optische Brechungseinrichtung (3) und eine Konzentratoreinrichtung (4) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in der optischen Anordnung (1) die optische Brechungseinrichtung (3) zur Divergenzanpassung, sowie dem räumlichen und zeitlichen Repositionieren (15) von Bestandteilen des mit einem Raumwinkel (9) und einer Strahlenausgangsfläche (14) einfallende Licht (17) oder anderen Strahlung die Form eines prismenförmigen Keils (13) aufweist und die Konzentratoreinrichtung (4) so angeordnet ist, dass durch die Konzentratoreinrichtung (4) das aus der Brechungseinrichtung (3) austretende räumlich aufgesplittete Licht oder die Strahlung reflektierbar, konzentrierbar, räumlich und zeitlich überlagerbar ist, so dass das Licht/Strahlung mit einem verkleinerten Strahlungsraum aus der Konzentratoreinrichtung (4) austritt.Device for increasing the energy density of light or other radiation, designed as an optical arrangement (1) comprising at least one optical refraction device (3) and concentrator device (4), characterized in that in the optical device (1) the optical refraction device (3) has the form of a prism-shaped wedge (13) for divergence matching, as well as the spatial and temporal repositioning (15) of components of the light (17) or other radiation having a solid angle (9) and a beam exit surface (14) and the concentrator device (4) is arranged so that by the concentrator means (4) from the refraction device (3) exiting spatially split light or the radiation is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed, so that the light / radiation with a reduced radiation space from the Concentrator (4) emerges. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verkleinerte Strahlenraum einen Raumwinkel (10) aufweist, der kleiner ist als der Raumwinkel (9) der ursprünglichen Strahlungsausgangsfläche (14), ohne dass sich der dazugehörige Raumquerschnitt verändert.Device after Claim 1 , characterized in that the reduced beam space has a solid angle (10) which is smaller than the solid angle (9) of the original radiation output surface (14), without changing the associated space cross-section. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raumwinkel (10) durch Zugabe weiterer Strahlen (12) bis zu einem Raumwinkel (9) ergänzbar ist.Device after Claim 2 , characterized in that the solid angle (10) can be supplemented by adding further beams (12) up to a solid angle (9). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verkleinerte Strahlenraum eine Austrittsquerschnittsfläche (8) aufweist, die kleiner ist als der Querschnitt der ursprünglichen Strahlenausgangsfläche (14), ohne dass sich der dazugehörige Raumwinkel verändert.Device after Claim 1 , characterized in that the reduced beam space has an exit cross-sectional area (8) which is smaller than the cross-section of the original beam exit surface (14), without changing the associated solid angle. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsquerschnittsfläche (8) durch Zugabe weiterer Strahlen (12) bis zum Querschnitt der ursprünglichen Strahlenausgangsfläche (14) ergänzbar ist.Device after Claim 4 , characterized in that the outlet cross-sectional area (8) can be supplemented by the addition of further beams (12) up to the cross-section of the original radiation exit area (14). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der um Strahlen (12) ergänzte Raumwinkel/Querschnitt (10/8) einer weiteren strahlungsoptischen Anordnung (11), welche mindestens eine Brechungseinrichtung (3) und eine Konzentratoreinrichtung (4) umfasst, zuleitbar ist.Device according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that around the rays (12) supplemented solid angle / cross section (10/8) of a further radiation optical arrangement (11), which at least one refraction device (3) and a concentrator device (4), can be fed. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratoreinrichtung (4) eine parabolische Form hat oder ein optisch geschwungener prismenförmiger Keil mit einer höheren optischen Dichte als die Brechungseinrichtung (3) ist.Device according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the concentrator device (4) has a parabolic shape or is an optically curved prism-shaped wedge with a higher optical density than the refraction device (3). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungseinrichtung (3) ein teilweise verspiegelter prismenförmiger Doppelkeil (13) ist. Device according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the refraction device (3) is a partially mirrored prism-shaped double wedge (13). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechungseinrichtung (3) selbst eine Strahlungsquelle ist.Device according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the refraction device (3) itself is a radiation source. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsstrahlung, welche in die Brechungseinrichtung (3) einstrahlt, ein fokussierter Brennpunkt ist.Device according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the output radiation which radiates into the refraction device (3) is a focused focal point. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung (16) eine Linse oder ein Linsensystem ist.Device according to one of Claims 1 to 10 , characterized in that the focusing device (16) is a lens or a lens system. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenleitsystem (21) verspiegelte Hohlkörper aufweist oder ein Lichtleiter ist.Device according to one of Claims 1 to 11 , characterized in that the beam guidance system (21) has mirrored hollow bodies or is a light guide. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der Lichtstrahlung, welcher ein vorgegebenen Winkel zur optischen Achse (5) überschreitet, in einem Auskopplungssystem (23) über eine Auskopplungseinrichtung (24) mit Hilfe eines Lichtleiters in die Eintrittsfläche(2) der optischen Anordnung(1/11) rückkoppelbar ist.Device according to one of Claims 1 to 12 , characterized in that the part of the light radiation which exceeds a predetermined angle to the optical axis (5) in an outcoupling system (23) via a coupling-out device (24) with the aid of a light guide in the entrance surface (2) of the optical arrangement (1 / 11) can be fed back. Verfahren zur Erhöhung der Energiedichte von Strahlung mittels einer Strahlenraumverkleinerung durch Strahlenraumüberlagerung eines Strahlenbündels oder zur Strahlenraumüberlagerung mehrerer Strahlenbündel, die folgenden Schritte umfassen: Einstrahlen eines Strahlenbündels durch eine Strahlenausgangsfläche auf eine optische Brechungseinrichtung (101), welche einen prismenförmigen Keil oder teilweise verspiegelten Doppelkeil darstellt, die die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und die Bestandteile der Strahlung räumlich und zeitlich zueinander verschiebt (102), wonach im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung (103), die einen parabolischen Spiegel oder einen optischen Keil darstellt, die aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Strahlung reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert, so das nach dem Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung die Strahlung diese mit einem verkleinerten Strahlenraum wieder verlässt.A method of increasing the energy density of radiation by means of beam space reduction by beam overlaying a beam or for beam space superposition of a plurality of beams, comprising the steps of: irradiating a beam through a beam exit surface onto an optical refracting device (101) representing a prismatic wedge or partially mirrored double wedge adjusts the divergence of the irradiated radiation and shifts the components of the radiation spatially and temporally relative to one another (102), after which, by means of a concentrator device (103), which represents a parabolic mirror or an optical wedge, reflects the spatially split radiation emerging from the refraction device, concentrated, spatially and temporally superimposed, so that after passing through the concentrator the radiation leaves them again with a reduced beam space. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der verkleinerte Strahlenraum durch ein Leitsystem (104) in Form von Fokussierungseinrichtungen, verspiegelten Hohlkörpern oder Lichtleitern zu einer weiteren optischen Anordnung (106) zur Strahlenraumüberlagerung transportiert wird, der verkleinerte Strahlenraum mit weiteren Strahlenräumen zusammengeführt wird (105) und der so neu entstehende Strahlenraum eine neue Strahlenausgangsgröße darstellt, wobei diese auf die Eintrittsfläche einer Brechungseinrichtung (107) treffen, welche die Divergenz der eingestrahlten Strahlung anpasst und Bestandteile der Strahlung räumlich und zeitlich zueinander verschiebt, wobei im Anschluss mittels einer Konzentratoreinrichtung (108) die aus der Brechungseinrichtung austretende räumlich aufgesplittete Strahlung reflektiert, konzentriert, räumlich und zeitlich überlagert wird, so das nach Durchlaufen der Konzentratoreinrichtung die Strahlung über die Austrittsfläche in Form einer Strahlenraumüberlagerung in Kombination mit einer Strahlenraumverkleinerung (109) wieder verlässt.Method according to Claim 14 , characterized in that the reduced beam space is transported by a control system (104) in the form of focusing devices, mirrored hollow bodies or light guides to another optical arrangement (106) for beam space superposition, the reduced beam space is merged with other beam spaces (105) and the like newly emerging radiation space represents a new radiation output variable, wherein these meet the entrance surface of a refraction device (107), which adjusts the divergence of the incident radiation and spatial components of the radiation and temporally shifts, followed by means of a concentrator (108) from the refraction device emerging spatially split radiation is reflected, concentrated, spatially and temporally superimposed, so that after passing through the concentrator means the radiation over the exit surface in the form of a radiation space superposition in Leaving combination with a jet space reduction (109) again.
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