DE2722833A1

DE2722833A1 - Optisches system zur umwandlung des emissionsmusters einer lichtquelle

Info

Publication number: DE2722833A1
Application number: DE19772722833
Authority: DE
Inventors: Annie Bouygues; Lionel Guilleman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-05-20
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-12-01
Also published as: FR2352313B1; FR2352313A1

Description

PHF.76

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"Optisches System zur Umwandlung des Emissionsmusters einer Lichtquelle"

Die Erfindung bezieht sich auf ein plankonvexes optisches System zur Umwandlung des Mehrrichtungsemissionsmusters einer Lichtquelle, die sich nahezu in dem mittleren Gebiet seiner Basisebene befindet, in ein Muster mit verhältnismässig grosser axialer Lichtstärke.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein optisches System geringen Umfangs, das für Zusammenwirkung mit einer elektrolumineszierenden Diode eingerichtet ist, derart, dass ein Einblockgebilde erhalten wird, das für die Fernsteuerung insbesondere eines Fernsehempfängers verwendet werden kann.

Die elektrolumineszierenden Dioden sind Im^ allgemeinen mit einem vergrössernden und/oder zerstreuenden

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optischen System versehen, das aus einem oder mehreren plastischen Werkstoffen mit Brechungszahlen zwischen 1,4 und 1,6 hergestellt ist und zugleich einen mechanischen Schutz bietet.

Häufig ist das genannte optische System einfach hemisphärisch, wobei der elektrolumineszierende Kristall in dem mittleren Gebiet der Basisebene angeordnet ist, das den Mittelpunkt der Hemisphäre umgibt. Indiesem Falle ist die lineare Vergrösserung gering und ist das Lichtemissionsmuster kaum stärker als beim Fehlen eines optischen Systems konzentriert. Dagegen tritt der grösste Teil des vom Kristall emittierten Lichtes aus dem optischen System heraus, ungeachtet des Emissionswinkels (ausgenommen der Teil des Lichtes, der vom Material des optischen Systems absorbiert wird); tatsächlich ist der Einfallswinkel auf die Grenzfläche zwischen dem optischen System und der Umgebung immer kleiner als der Grenzwinkel, sogar für die Randstrahlen, die von den Rändern des Kristalls her und von der Fazettenkante dieser Kristalls emittiert werden und die weit von der Hauptsache des optischen Systems entfernt sind.

Wenn es erwünscht ist, die lineare Vergrösserung zu steigern und sicherzustellen, dass der Lichtstrahl eine stärkere Richtwirkung und dadurch einen grösseren axialen Bereich aufweist, muss der Kristall von der Hemisphäre entfernt und über die Hauptachse in Richtung des Gegenstandsbrennpunks verschoben werden; die lineare Vergrösserung, die Richtwirkung und der axiale Bereich nehmen zu, während zu gleicher Zeit der Kristall von dem Krümmungsmittelpunkt

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der Hemisphäre entfernt wird. In der Praxis ist die Ausführung derart, dass der hemisphärische Teil des optischen Systems mit einem koaxialen zylindrischen Teil verlängert wird, der vorteilhafterweise den gleichen Radius wie der vorhergehende Teil aufweist, wobei in der Basisebene dieses Teiles dann der Kristall angeordnet wird.

Diese Lösung weist den Vorteil auf, dass sie sehr einfach ist und dass das Gebilde .^seinen Einblockcharakter behalten kann. Das so erhaltene Gebilde weist jedoch den grossen Nachteil auf, dass es tote Emissionswinkel besitzt, gcmäss denen die Lichtstärke, wenn nich gleich Null, mindestens stark verringert ist. Wenn ein derartiges Gebilde (das mit einem Kristall mit Emission in mehreren Richtungen cieznur über die Vorderfläche, oder über die Vorderfläche und die Fazettenkante emittiert, und mit einem transparenten optischen System versehen ist, bei dem der Kristall sichtbar ist), gemäss einer sphärischen Emissionsfläche unter verschiedenen Winkeln von der auf der Achse liegenden Oberseite bis zu der Seite unter einem Winkel von etwa 90 zu der genannten Achse beobachtet wird, werden deutlich drei Zonen unterschieden, und zwar: eine erste Zone, in der die Lichtstärke beträchtlich ist; weiter, unter einem bestimmten Winkel, der von Gebilde zu Gebilde je nach den physikalischen und geometrischen Eigenschaften des betreffenden Gebildes variieren kann, eine scheinbar dunkele Zone - das ist die Zone der toten Winkel -, in der der Kristall ent- weder gar nicht oder nur teilweise sichtbar ist; und schliesslich wieder unter einem zunehmenden Beobachtungs-

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winkel eine Lichtzone, wobei dieses Licht über die Seitenwände des zylindrischen Teiles des optischen Systems heraustritt.

Die toten Winkel entsprechen Lichtstrahlen, die vom Kristall ausgehend, die Oberfläche des optischen Systems unter einem den Grenzwinkel tifrerschreitenden Einfallswinkel erreichen, dann reflektiert werden und also nicht heraustreten können. Es ist einleuchtend, dass dies die Lichtstrahlen sind, die vom Umfang des Kristalls emittiert werden und unter den grössten Einfallswinkel auf die Oberfläche der Hemisphäre auftreffen und demzufolge zuerst reflektiert werden.

Die Reflexion entspricht praktisch einer Verkleinerung der emittierenden Oberfläche des Kristalls, die sich schnell bemerkbar macht, wenn die Vorrichtung in schräger Lage in bezug auf ihre Hauptachse beobachtet wird. Die Anmelderin hat z.B. gemessen, dass für ein Gebilde mit einem emittierenden Kristall mit einer Oberfläche gleich einem Hundertstel der Basisoberfläche eines optischen Sys_T tems aus einem Material mit einer Bechungszahl η = 1,53» das einen zylindrischen Teil mit einer Höhe von etwa 1,9 mni enthält, auf den ein hemisphärischer Teil mit einem Krümmungsradius in der Nähe von 2,5 mm gesetzt ist, der Kristall verkleinert sichtbar war, wenn die Hemisphäre unter einem Winkel in der Grössenordnung von 22 in bezug auf die Hauptachse des optischen Systems beobachtet wurde. Aus diesem Gebilde kann nur 5556 des Lichtstroms, der vom Kristall emittiert wird, heraustreten.

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Der Reflexionsfehler, dem unvermeidlich der Aberrationsfehler hinzugefügt wird, ist im allgemeinen sehr störend und insbesondere, wenn ein sich zur Anwendung bei der Fernsteuerung geeignetes Gebilde entworfen werden soll. Unter dem Ausdruck "Fernsteuern" ist zu verstehen, dass nicht nur der grösstmögliche Bereich über die Achse und in der Nähe der Achse, sondern auch ein nicht vernachlässigbarer Bereich unter einem ziemlich grossen Winkel in bezug auf die genannte Achse erhalten wird; somit ist die Richtwirkung weniger selektiv und ist die Steuerung über einen mittleren Abstand sehr flexibel, weil sie unter einem grossen Winkel stattfinden kann. Ebenfalls muss selbstverständlich unter allen Umständenein genügend grosser Lichtstrom zur Verfügung stehen.

Das Problem der Fernsteuerung mit Hilfe elektrolumineszierender Dioden lässt sich also besonders schwer lösen, weil unter Berücksichtigung der geringen Leistung solcher Lichtquellen unbedingt der maximale Wirkungsgrad des ihnen zugeordneten optischen Systems erhalten werden muss, d.h. dass die Streureflexionen beseitigt werden müssen, ohne dass dabei die Aberrationen vergrössert werden. Das Problem lässt sich umso schwerer lösen, weil es hier bei Lichtquellen auftritt, deren laterale Emission in bezug auf die axiale Emission beträchtlich ist. Tatsächlich hat man versucht, von den elektrolumineszierenden Quellen diejenigen zu verwenden, die den maximalen Lichtstrom aussenden; es wird denn auch notwendigerweise epitaktische Dioden, die über die Oberfläche und die Fazettenkantfc

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emittieren, und keine diffundierte Dioden gewählt, deren Emissionsoberflache im allgemeinen in einem begrenzten Gebiet der nützlichen Fläche des Kristalls liegt.

Die Erfindung bezweckt, eine Konstruktion eines

Gebildes aus einer Lichtquelle und einem mit dieser zusammenwirkenden optischen Block zu schaffen, von dem wenigstens ein Teil eines Konvergenz der Lichtstrahlen herbeiführt, wobei in diesem Gebilde die Verluste durch Reflexion an den Wänden des genannten Blocks praktisch beseitigt sind.

Die Erfindung bezweckt insbesondere, ein optisches System anzugeben, mit dem die Emission einer elektrolumineszierenden Diode, die zugleich frontal und lateral emittiert, konzentriert werden kann, wobei das Profil dieses optischen Systems derart geregelt wird, dass die Reflexionen, die den verfügbaren Lichtstrom beschränken können, auf ein Mindestmass herabgesetzt werden, während die Aberrationen möglichst vermieden werden.

Nach der Erfindung werden die besonderen Eigenschaften der optischen Systeme benutzt, die eine sphärisches Profil oder ein Profil mit sphärischen Teilen aufweisen.

Nach der Erfindung ist ein plankonvexes optisches System zur Umwandlung des Mehrrichtungsemissionsmusters einer Lichtquelle, die sich nahezu in dem mittleren Gebiet seiner Basisebene befindet, in ein Muster mit verhältnismässig grosser axialer Lichtstärke dadurch gekennzeichnet, dass es, von seiner Oberseite zu seiner Basisebene, wenigstens teilweise durch eine sphärische Kappe begrenzt wird, deren Krünimungsmi t te lpunkt zwischen der genannten Oberseite

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und der genannten Lichtquelle liegt und die sich ohne Pegelunterschied in mindestens einer sphärischen Zone fortsetzt, deren Krümmungsini t te Ipunkt zwischen dem der genannten sphärischen Kappe und der genannten Lichtquelle liegt.

Vorteilhafterweise wird das optische System nach der Erfindung - ausser durch die genannte sphärische Kappe durch eine Anzahl sphärischer aufeinanderfolgender Zonen begrenzt, deren Krümmungsmittelpunkte jeweils zwischen dem der vorhergehenden Zone, von der Oberseite des genannten optischen Systems zu seiner Basisebene gerechnet, und der Lichtquelle liegen.

Auf diese Weise wird nach der" erfindungsgemässen Massnahme das optische System durch aufeinanderfolgende Fazettenkanten von Sphären gebildet, deren Krümmungsradien von seiner Oberseite zu seiner Basisebene zunehmen.

Eine derartige Massnahme weist den Vorteil auf, dass die Lichtverluste durch Reflexion an der Wand des optischen Systems wesentlich herabgesetzt werden im Vergleich zu den grossen Verlusten, die bei den konvergierenden optischen Systemen vom ähnlichen Typ nach dem Stand der Technik gefunden wurden, die, wie oben beschrieben wurde, durch einen hemisphärischen Block gebildet werden, der sich in einem zylindrischen koaxialen Teil fortsetzt.

Nun sei - für ein optisches System nach dem Stand der Technik - ein Lichtstrahl betrachtet, der die Lichtquelle unter einem Winkel 6 verlässt, der in bezug· auf die Drehachse des optischen Systems gemessen wird, wobei dieser

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Strahl auf die Oberfläche der Hemisphäre unter einem Einfallswinkel gleich dem Grenzwinkel einfällt. Dieser Strahl verlässt das optische System, gleich wie alle Lichtstrahlen,

deren Anfangswinkel kleiner als oder gleich 9ist. Ein Lichtstrahl, dessen Anfangswinkel gerade über θ liegt, wird reflektiert. Bei einem optischen System nach der Erfindung wird dafür gesorgt, dass am Einfallspunkt des letzteren Lichtstrahls das Profil des genannten optischen Systems geändert wird - dass sein Krümmungsmittelpunkt der Lichtquelle näher als der Krümmungsmittelpunkt des vorderen sphärischen Teiles liegt und dass sein Krümmungsradius grosser als der Anfangskrümmungsradius ist - derart, dass der Einfallgswinkel wieder kleiner als der Grenzwinkel wird. Dann kann der Lichtstrahl heraustreten. Ebenfalls werden alle Lichtstrahlen heraustreten, deren Anfangswinkel zwischen 9und θ + oCliegt, wobei θ+ (Χ?&^Γ d^ie betreffende sphärische Zone der Anfangswinkel des auf die genannte Zone unter dem

A A

Grenzwinkel einfallenden Lichtstrahls ist. Für die θ + Ol fiberschreitenden Winkel muss die genannte sphärische Zone durch eine andere sphärische Zone ersetzt werden, deren Krümmungsradius grosser ist und deren Krümmungsmittelpunkt der Lichtquelle noch näher liegt.

So können allmählich durch Hinzufügung aufeinanderfolgender sphärischer Zonen mit einem minimalen Risiko von Verlusten durch Reflexionen alle Strahlen des von der Lichtquelle emittierten Bündels bestrichen werden, wobei * diesen Lichtstrahlen eine mehr oder weniger grosse Konvergenz erteilt wird.

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Ein lumineszierender Kristall, der durch ein transparentes optisches System nach der Erfindung beobachtet wird, ist immer über seine ganze Oberfläche sichtbar, ungeachtet des Beobachtungswinkels. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der zylindrische Teil grosser Höhe der durch eine Hemisphäre und einen Zylinder gebildeten optischen Systeme nach dem Stand der Technik durch sphärische Zonen ersetzt wird. Es ist zur Verbesserung der Konvergenz der Randstrahlen, nicht ausgeschlossen, dass dieser Ersatz vollständig ist. Dies führt jedoch in gewissen Fällen dazu, dass der Querschnitt des optischen Systems auf der Höhe seiner Basisebene kleiner als in zwischen dieser Basisebene und der Oberseite des genannten optischen Systems liegenden Ebenen ist. Venn das optische System lediglich durch Formpressen ohne etwaige Nachbearbeitungen hergestellt werden muss, ist es klar, dass sich bei der Entfernung aus der Pressform dann Probleme ergeben, wenigstens durch die Anwendung einer aus mehreren Teilen bestehenden Pressform.

In der Praxis ist, um alle Schwierigkeiten beim Entfernen aus der Pressform zu beseitigen, das Profil des optischen Systems derart ausgeführt, dass es von seiner Oberseite her zunächst eine sphärische Kappe, dann eine Reihenfolge sphärischer Zonen und schliesslich einen Teil mit einer zylindrischen Geometrie geringer Höhe enthält, der unvergleichbar viel weniger hoch als die optischen Systeme nach dem Stand der Technik bei einer gleichen linearen Vergrösserung ist.

Die allmählicheVergrösserung des Krümmungsradius des

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optischen Systems nach der Erfindung bringt notwendigerweise eine Verringerung der linearen Vergrösserung und eine geringere Konvergenz mit sich, umso mehr als die Anfangswinkel der Strahlen der Lichtquelle grosser sind. Durch die Wahl dieser Lösung wird zunächst die Anforderung erfüllt, dass der grösste Teil des Lichtes, das von dem Kristall emittiert wird, aus der Vorrichtung heraustreten kann und dass weiter die Aberrationen herabgesetzt werden; diese Eigenschaften sind insbesondere bei der Herstellung eines im Rahmen der Erfindung für die Fernsteuerung anwendbaren Gebildes notwendig.

Durch das Vorhandensein einer sphärischen Kappe rings um die Oberseite des optischen Systems ist sichergestellt, dass im axialen Gebiet ein Bereich erhalten wird, der dem von durch eine Hemisphäre und einen Zylinder gebildeten Vorrichtungen nach dem Stand der Technik gleich ist, wobei der Krümmungsradius und der Abstand zwischen der Quelle und dem Krümmungsmittelpunkt für die Hemisphäre nach dem Stand der Technik und für die sphärische Kappe bei Anwendung der Erfindung gleich sind. Für die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik weist wegen der toten Winkel jedoch die Emission eine starke Richtwirkung auf, wodurch die Steuerung besonders empfindlich wird, ungeachtet des Abstandes, in dem sich der Beobachter von dem gesteuerten Gerät befindet. Dagegen kann mit dein optischen System nach der Erfindung eine laterale Emission mit einem in allen Richtungen gesteuerten Bereich erhalten werden, wobei die vom optischen System emittierte Lichtstärke abnimmt, je

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nachdem der Abstand von der Achse grosser wird. Dies ist besonders vorteilhaft, weil, wenn die Steuerung bei maximalem Bereich (über die Achse) nach wie vor eine hohe Richtwirkung aufweist, die Steuerung über einen mittleren und kurzen Abstand viel flexibeler wird, wobei dann die laterale Lichtstärke genügend sein kann, um die gewünschte Steuerung zu sichern.

In bezug auf die Aberrationen -die grundsätzlich dadurch herbeigeführt werden, dass die Quelle nicht punktförmig ist - weisen Berechnungen und Erfahrungen nach, dass diese Aberrationen für ein durch eine Hemisphäre und einen Zylinder gebildetes optisches System nach dem Stand der Technik sowie für das optische System nach der Erfindung für eine gegebene Emissionsrichtung von der Lichtquelle her auftreten, sobald ein gewisser Wert des Krümmungsradius des optischen Systems in dieser Richtung unterschritten wird, dies umso schneller, je stärker divergierend der Emissionswinkel ist. Dadurch wird ein wesentlicher Vorteil der Erfindung erhalten, weil nun, indem der Krümmungsradius des optischen Systems geändert wird, teilweise die Aberrationen vermieden werden können, jedoch ausgenommen in der axialen Zone mit grossem Krümmungsradius, wobei der grosse Wert dieses Radius auf die Notwendigkeit zurückzuführen ist, einen genügenden Bereich für die Fernsteuerung zu erreichen.

Es sei bemerkt, dass die Anwendung eines optischen Systems mit einem den erfindungsgemässen Eigenschaften entsprechenden Profil durchaus nicht die gleichzeitige Anwendung

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eines Hohlraumreflektors ausschliesst, der den Kristall von der Hinterseite her lateral umgibt; ein derartiger

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Hohlraumreflektor ermöglicht es, erforderlichenfalls eine bessere Fokussierung der Randstrahlen, die die Quelle unter einem Anfangswinkel in der Nähe von 90 verlassen und insbesondere auf den zylindrischen Teil des optischen Systems gerichtet sind, zu erhalten.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Struktur eines optischen Systems nach der Erfindung in einem axialen Längsschnitt,

Fig. 2 ein Schaltbild eines optischen Systems nach der Erfindung, in dem die Parameter aufgeführt sind, mit deren Hilfe die verschiedenen Krümmungsradien dieses optischen Systems berechnet werden können,

Fig. 3 die Wege einiger Lichtstrahlen, die von einem Randpunkt der Lichtquelle emittiert werden, wobei die Wichtigkeit eines optischen Systems nach der Erfindung in bezug auf die Herabsetzung der Lichtverluste durch Reflexion veranschaulicht wird,

Fig. k eine graphische Darstellung der Vergrösserung als Funktion des EmissionswinkeIs von der Lichtquelle her in einem optischen System nach der Erfindung und des Verlaufes der Kurven der Reflexion und der Aberrationen, und

Fig. 5 in einem axialen Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel eines Gebildes einer elektrolumineszierenden Diode und eines mit dieser zusammenwirkenden optischen Systems nach der Erfindung, das insbesondere in einer Vorrichtung

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zur Fernsteuerung eines Fernsehempfängers verwendet werden kann.

Das in Fig. 1 dargestellte Gebilde wird im wesentlichen durch ein konvexes optisches System 1 gebildet, das mit einer Lichtquelle 2 gekoppelt ist. Das optische System 1 ist um die Achse I-I drehbar. Die Lichtquelle 2 befindet sich nahezu in dem mittleren Gebiet der Basisebene 3 des optischen Systems 1.

Nach der Erfindung wird das genannte optische System 1, von seiner Oberseite 4 zu seiner Basisebene 3 betrachtet, zunächst durch eine sphärische Kappe 10 begrenzt, deren Krümniungsmittelpunkt C auf der Achse I-I zwischen der genannten Oberseite 4 und der Lichtquelle 2 liegt und die sich ohne Pegelunterschied in mindestens einer sphärischen Zone fortsetzt, deren Krümmungsmittelpunkt zwischen dem Mittelpunkt C₁₀ und der Lichtquelle 2 liegt. Im Beispiel nach Fig. 1 sind drei sphärische Zonen 11, 12 und 13 dargestellt, die in dieser Reihenordnung von der sphärischen Kappe 10 her aufeinander folgen und deren Krümmungsmittelpunkte nach der Erfindung für die sphärische Zone 11 bei C₁₁ zwischen dem Mittelpunkt C_1n und der Lichtquelle 2, für die sphärische Zone 12 bei C₁₉ zwischen dem Mittelpunkt C₁₁ der vorhergehenden sphärischen Zone 11 und der Lichtquelle 2 und für die sphärische Zone 13 bei C₁- zwischen dem Mittelpunkt C₁₂ und der Lichtquelle 2 liegen.

Um ein deutliches Bild der Struktur eines optischen Systems nach der Erfindung zu geben, sind in Fig. 1 Zwischenräume zwischen der sphärischen Kappe 10 und der

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sphärischen Zone 11 einerseits und zwischen den sphärischen Zonen 11, 12 und 13 andererseits dargestellt. Es ist jedoch klar, dass das Profil des optischen Systems kontinuierlich ist und dass jeder Teil fest mit den benachbarten Teilen verbunden ist.

Bei einer etwas verschiedenen Ausführungsform eines optischen Systems nach der Erfindung, bei der die Herstellung des Systems durch Formpressen erleichtert wird, wird die optische Fazettenkante zwischen der Basisebene und einer durch die zu der genannten Basisebene 3 parallele und durch den Krümmungsmittelpunkt C₁- gehende Linie H-II definierten Ebene durch einen Teil mit zylindrischer Geometrie ersetzt, der durch die gestrichelte Linie 5 begrenzt wird, die nahezu parallel zu der Achse I-I verläuft, damit die Oberfläche der Basisebene 3 mindestens gleich der des Querschnittes des optischen Systems gemäss H-II ist und dadurch eine einstückige Pressform verwendet werden kann.

Venn die Krümmungsmittelpunkte C₁₁, C_{1 ?}, C₁- der Lichtquelle 2 immer näher liegen und jeder Teil des Profils sich ohne Pegelunterschied an den vorhergehenden Teil anschliesst, ist ersichtlich, dass die aufeinanderfolgenden Krümmungsradien R₁₀, R₁₁, R ., R _ immer grosser sind, wodurch beim Uebergang von der sphärischen Kappe 10 zu der sphärischen Zone 11 und dann bei jedem Uebergang einer sphärischen Zone zu der nächstfolgenden eine Verringerung der linearen Vergrösserung und der Konvergenz erhalten wird. Auch nimmt die Vergrösserung als Funktions der

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Lichtstärke ab, welcher Wert für eine bestimmte Emissionsrichtung von der Lichtquelle 2 her als das Verhältnis zwischen den Lichtstärken in dieser Richtung definiert wird, wenn die Lichtquelle mit ihrem optischen System versehen ist und wenn dieses System fehlt.

Für ein optisches System mit einem sphärischen Profil ändern sich die lineare Vergrösserung und die Vergrösserung der Lichtstärke in gleichem Sinne auf nahezu gleiche Weise wie sich das Verhältnis — zwischen dem Ab-

JK

stand x der Lichtquelle von dem Krümmungsmittelpunkt und dem Radius R des optischen Systems ändert.

Bei einem optischen System nach der Erfindung der an Hand der Fig. 1 beschriebenen Art besteht also eine maximale Vergrösserung auf der Achse I-I und in dem eckigen Kegel, der der sphärischen Kappe entspricht, wobei diese Vergrösserung lateral beim Uebergang von einem Teil zu dem nächstfolgenden Teil des optischen Systems abnimmt, bis sie für die stark divergierenden Emissionswinkel in bezug auf die genannte Achse I-I sehr gering und dann nahezu gleich Null wird.

Das optische System nach Fig. 1 enthält nur drei sphärische Zonen, aber es versteht sich, dass es auch mehr als drei Zonen enthalten könnte. Jeder der Radien R. .. , R.-, R „, ... R der aufeinanderfolgenden sphärischen Zonen wird auf Basis des Radius R_1n der sphärischen Kappe nach passender Wahl der Werte der Verhältnisse

^xn ^XT2 ^X13 ^xn
^Κ10 ^Κ10 ^R10 ^R10

berechnet, die den für Emissionwinkel θ , Θ_1Ο» ®ιι» *'*

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von der Lichtquelle her gewählten Vergrösserungen entsprechen.

Die Wahl der unterschiedlichen Verhältnisse

^X11 ^X12 ^X13 ^Xn
^R1O ^R1O ^R1O ^R1O

wird in Abhängigkeit von der Umwandlung bestimmt, die dadurch erfolgen soll, dass das optische System dem Emissionsmuster der Lichtquelle an sich hinzugefügt wird.

Aus der nachstehenden Berechnung, deren Parameter den Bezeichnungen in Fig. 2 entsprechen, geht hervor, wie die verschiedenen Radien R₁₁! Rio' "i-ii ··· R eines optischen Systems nach der Erfindung berechnet werden.

Es sei ein Teil eines optischen Systems betrachtet, der durch eine sphärische Kappe 10 und zwei sphärische Zonen 11 und 12 begrenzt wird, M und N stellen die Uebergangspunkte zwischen diesen drei Teilen des Profils dar, wobei die Krümmungsmittelpunkte dieser Teile C_1n, C₁₁ und C₁₂ sind. Die Segmente SC._n, SC₁₁I SC₁₂ stellen in der erwähnten Reihenordnung die Abstände *_1O! x-i-i bzw. *₁₂ der Lichtquelle von jedem der Krümmungsmittelpunkte dar. Die Segmente C_1QM, C₁₁M = C₁₁N, C₁₂N entsprechen den Krümmungsradien R₁₀» R₁₁ bzw. R der Teile 10, 11 bzw. 12 des optischen Systems. Der Punkt H ist die orthogonale Projektion des Punktes M auf der Drehachse des optischen Systems; der Punkt P ist die orthogonale Projektion des Punktes C₁₁ auf dem Segment SN.

Der Radius R_1Qi der Abstand x_1Q und der Winkel /3_1Q, die das Gebiet der sphärischen Kappe 10 definieren, sind bekannt. Sie sind durch eine anfängliche Wahl erhalten,

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bei der vor allem die für das optische System erforderlichen Abmessungen und die im axialen Gebiet angestrebte Vergrösserung berücksichtigt werden. Auf basis der drei Daten R_1O> X₁₀ ^und/3-i_n wird der Radius R .. der sphärischen Zone 11 berechnet. Die Lage des Mittelpunktes C dieser sphärischen Zone ist bekannt (und somit auch der Wert X-Jj diese Lage ergibt sich aus dem Wert des Verhältnisses

- , das in Abhängigkeit von der erwünschten Vergrösserung

der sphärischen Zone 11 gewählt ist.

Es sei dass rechtwinklige Dreieck C₁₁MH betrachtet. Dabe i ist: J

C~~M = R₁₁ = V MH² + C₁₁H₀ (1)

11 11 I I <c

Andererseits ist

MH = C^M. Si_n^₁₀ = R₁₀. ein

^cii^cio ^{= R}io'^cos /*io ^{+ (x}io

Indem die oben gefundenen Werte von MH und C₁₁ in dem Ausdruck (1) aufgetragen werden, wird gefunden, dass:

io

und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass sin /$10 2 *

2
cos /I₁₀ = 1,

Durch eine ähnliche Berechnung kann der Wert des Krümmungsradius R „ der sphärischen Zone 12 als Funktion von R₁, X₁ , x₁₂ (deren Wert, wie für χ_]0 und X₁₁, durch eine Wahl erhalten vird) von und /S. bestimmt werden. Nur

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der Wert des Winkels β ist noch unbekannt. Durch die nachstehende einfache Berechnung kann dieser Wert von / erhalten werden.

Es wird gefunden, dass:

^₁₁ = I₁₁ + θ:_η (Dreieck SC^N). Einerseits ist

CP CP

C_nN ^R11

und andererseits ist

CP CP

θ = -^ = -4— (3)

SC ^X11

Indem die Werte von C₁₁P in den Ausdrücken (2) und (3) gleichgesetzt werden, wird gefunden, dass: C₁₁P = R_n· sin i_n = X₁₁ . sin θ^,

und daraus folgt, dass:

* ^X1 1 *

^{sln 1}Ii ■ ΪΓ- · ^{sin 9}Ii-

X₁ und R₁ sind bekannt, Q₁₁ ist gleichfalls bekannt, was sich aus einer Wahl ergibt. Z.B. wird entschieden, dass der Winkelabstand an der Quelle S zwischen zwei aufeinanderfolgenden sphärischen Zonen 2°, oder aber 5°, oder aber jeden anderen beliebigen Wert beträgt, dies in Abhängigkeit von der angestrebten Genauigkeit der Form des endgültigen Emissionsmusters.

I₁₁ ist somit bekannt 5 dieser Wert wird von dem Wert von sini .. abgeleitet; demzufolge ist auch β ■> λ bekannt.

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Die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden sphärischen Zonen können auf diese Weise abermals bestimmt werden, wobei der allgemeine Ausdruck für den Krümmungsradius

I/O O ^A

^R 1= \/^R + (x -x .) + 2R (x -x .) cos A n+1 V ^{n v} η n+1 ' n^v η n+1' ' η

ist, in dem:

- R der Krümmungsradius der sphärischen Zone (Zone n) ist, die der Zone (n+1) vorangeht, deren Krümmungsradius R bestimmt werden soll;

- χ und χ , stellen die Abstände zwischen der Lichtquelle

η η+1 ^

und den Krümmungsmittelpunkten der Zonen η bzw. n+1 dar; -/o ist der von dem Krümmungsmittelpunkt der Zone η her zwischen der Drehachse des optischen Systems und einen vom genannten Krümmungsmittelpunkt der Zone η ausgehenden und die Grenze zwischen den Zonen η und n+1 bildenden Radius eingeschlossene Winkel.

Wenn die Werte der Krümmungsradien der unterschiedlichen Teile des optischen Systems bestimmt sind, können dann alle Abstände zwischen der Oberfläche des genannten optischen Systems und dem mittleren Gebiet der Lichtquelle berechnet werden; für die endgültige mechanische Ausführung ist es zweckmässig, dass diese Abstände bekannt sind.

In der schematischen Darstellung nach Fig. 3 eines optischen Systems nach der Erfindung, das aus einem Werk stoff besteht, dessen Brechungszahl n. die Brechungszahl n„ der Umgebung überschreitet, werden eine sphärische Kappe und drei sphärische Zonen unterschieden, deren wesentliche Elemente mit den gleichen Buchstaben und Ziffern wie in den

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Figuren 1 und 2 bezeichnet sind. Der Punkt M markiert den Uebergang zwischen der sphärischen Kappe 10 und der sphärischen Zone 11, der Punkt N den Uebergang zwischen den sphärischen Zonen 11 und 12 und der Punkt R den Uebergang zwischen den sphärischen Zonen 12 und 13· Es sind die Wege dreier Lichtstrahlen I₁₀» I₁₁ und I₁₂ dargestellt, die den z.Br.am Rande liegenden Punkt 2A der Lichtquelle 2 unter zunehmenden Emissionswinkeln Θ_1Ο, θ . bzw. Q₂ verlassen und die Oberfläche des optischen Systems bei M, N bzw. R treffen werden.

Der Lichtstrahl I fällt annahmeweise auf M unter dem Grenzeinfallswinkel / ein, der in bezug auf den Vektorradius C₁-M der sphärischen Kappe 10 gemessen wird. Wenn sich die genannte sphärische Kappe bis jenseits von M gemäss der gestrichelten Linie 10a erstrecken würde, leuchtet es ein, dass jeder vom Punkt 2A emittierte Lichtstrahl die Oberfläche 10a unter einem den Grenzwinkel Jt überschreitenden Einfallswinkel treffen und daher im optischen System reflektiert werden würde.

Zwischen M und N liegt der Krümmungsmittelpunkt des optischen Systems bei C₁₁. Daher wird der Einfallswinkel des Lichtstrahls I_1n mit einem Wert I auf die sphärische

Kappe 10 t < JL auf die sphärische Zone 11. Wenn der ΑΠΑ A

fangswinkel der Lichtstrahlen allmählich von 9_1f) zu θ tibergeht, nimmt der Einfallswinkel auf die Oberfläche der sphärischen Zone 11 von /^₁ an zu; er erreicht wieder den Grenzwert / für den Lichtstrahl I bei N an der Grenze zwischen den sphärischen Zonen 11 und 12. Wenn sich die

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sphärische Zone 11 bis jenseits von N gemäss der gestrichelten Linie \1a erstrecken würde, würde jeder vom Punkt 2A emittierte Lichtstrahl die Oberfläche 11a unter einem I überschreitenden Einfallswinkel treffen und würde reflektiert werden.

Um diese Reflexion von N her zu vermeiden, schliesst sich eine neue sphärische Zone 12 an die sphärische Zone 11 an und bildet einen weiteren Teil des optischen Systems, wobei der Krümmungspunkt dieser sphärischen Zone 12 bei C₁₉ der Quelle 2 näher als der Krümmungsmittelpunkt C₁₁ liegt. Der Einfallswinkel des Lichtstrahls I mit einem Wert i bei N auf die sphärische Zone 11 wird Z„ ζ -iauf die sphärische Zone 12. Die vom Punkt 2A emittierten und auf die sphärische Zone 12 einfallenden Lichstrahlen können heraustreten, bis der Anfangswinke1, der von Q₁₁ zu ©₁₂ übergeht, d.h. der Einfallswinkel des Lichtstrahls I₁₂' ^der bei R einfällt, gleich Ji in bezug auf den Krümmungsmittelpunkt C₂ ist. Von R an setzt sich das optische System in einer neuen sphärischen Zone 13 fort, deren Krümmungsmittelpunkt C₁- zwischen C_1? und der Lichtquelle S liegt, und so weiter.

Es stellt sich also heraus, dass durch die Anwendung eines optischen Systems nach der Erfindung die Lichtverluste durch Reflexion möglichst vermieden werden können.

Um diese vorteilhafte Eigenschaft eines derartigen optischen Systems nachzuweisen, wird im Ausführungsbexspiel nach Fig. 3 für jeden Teil des optischen Systems eine

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-S^- PHF. 76-5*15

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derartige Verlängerung gewählt, dass für die auf den betreffenden Teil einfallenden Lichtstrahlen der Einfallsgrenzwinkel A erreicht wird. Dies ist durchaus nicht notwendig und es ist sehr gut denkbar, dass eine sphärische Zone n+1 der vorangehenden Zone η folgt, bevor der Einfallsgrenzwinkel der Lichtstrahlen auf diese sphärische Zone η erreicht ist.

Im allgemeinen kann ein optisches System nach der Erfindung ebenso gut sphärische Zonen, deren Anzahl und Ausdehnung einer regelmässigen Teilung des eckigen von der Quelle emittierten Lichtkegels entsprechen, wie sphärische Zonen mit stark veränderlicher eckiger Ausdehnung enthalten.

Die graphische Darstellung nach Fig. k zeigt beispielsweise und in allgemeinem Sinne für ein optisches System nach der Erfindung den Verlauf der verschiedenen Kurven A der Vergrösserung der Lichtstärke, B der Reflexionen und C der Aberrationen.

Als Abszisse sind die Vierte in Grad des Lichtemissionskegels der annahmeweise in bezug auf das optische System kleinen nahezu völlig in der Basisebene dieses optischen Systems liegenden Lichtquelle aufgetragen.

Als Ordinate sind die Werte der Verhältnisse

11 12 13 η n+1

TO 'IJ D » · · · D » D

^K10 ^K10 ' ^R10 ^R10 ^R10

die oben definiert sind, aufgetragen, mit denen die Werte der Vergrösserung zusammenhängen: dem Verhältnis 1 entspricht ein Abstand zwischen dem Krümmungsmittelpunkt des betrachteten Teiles des optischen Systems und der Licht-

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quelle, der gleich dem Wert des Krümmungsradius R_1n der sphärischen Kappe ist; den unter und über 1 liegenden Verhältnissen entsprechen Abstände zwischen den verschiedenen Krümmungsmittelpunkten und der Lichtquelle, die kleiner bzw. grosser als der Wert des genannten Krümmungsradius R_1n sind.

Der Verlauf der Kurve B der Reflexionen ist vollkommen logisch: umso weiter die Lichtquelle von dem Krümmungsmittelpunkt entfernt ist (d.h., umso grosser das Verhältnis — ist), desto stärker ist der eckige Kegel der nicht reflektierten Lichtstrahlen beschränkt. Tatsächlich nimmt für einen von einem axialen Lichtstrahl verschiedenen Lichtstrahl der Einfallswinkel auf das optische System zu, je nachdem der Abstand der Lichtquelle von der Oberseite dieses optischen Systems grosser wird.

Der Verlauf der Kurve C der Aberrationen ist komplexer: Der Aberrationsfaktor nimmt im Bereich von 0° bis 15 bis 20 sehr schnell zu und nimmt dann bis zu 90 regelmässig ab. Der hohe Aberrationsfaktor in dem Gebiet in der Nähe der Achse, der unvermeidlich ist, ist darauf zurückzuführen, dass einerseits die Lichtquelle nicht punktförmig und andererseits die Vergrösserung in diesem Gebiet hoch ist. Eine Verkleinerung der Oberfläche der Lichtquelle bedeutet im allgemeinen ebenfalls eine Verkleinerung des Wertes der Lichtstärke. Eine Herabsetzung der Vergrösserung bringt eine Verringerung des Bereiches der Lichtstärke mit sich. Es versteht sich, dass, wenn eine Quelle niedriger Leistung, wie eine elektrolumineszierende Diode, zur

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Verfügung steht und mit. einer derartigen Quelle eine Fernsteuerung erzielt werden soll, die bis zu 20 m wirken kann, ist es im axialen Gebiet erforderlich, dass das Verhältnis — genügend ist, sogar wenn dies bedeutet, dass in diesem Gebiet ein gewisser Aberrationsfaktor in Kauf genommen werden muss.

Die Kurven B und C stellen in einem allgemeinen Schema den Verlauf der Reflexionen bzw. der Aberrationen dar. Es versteht sich, dass je nach den besonderen Eigenschaften optischer Systeme nach der Erfindung die Zahlenwerte von den als nichtbeschränkendes Beispiel in der graphischen Darstellung nach Fig. h gegebenen Zahlenwerten sehr verschieden sein können.

Venn alle Reflexionen und auch die Aberrationen in den Fällen vermieden werden sollen, in denen die letztere Bedingung erfüllt werden kann (z.B. in der graphischen Darstellung von einem Emissionswinkel von 10 bis I5 her),

muss die Kurve A - auf der die Werte des Verhältnisses —

abgelesen werden, die für jeden Emissionswinkel θ die Berechnung des Radius des optischen Systems nach dem oben auseinandergesetzten Verfahren gestatten - völlig links von den Kurven B und C liegen. Der Verlauf der Kurve A ist ebenfalls besonder; dieser Verlauf ändert sich in jedem Falle als Funktion der Unterschiede zwischen dem Emissionsmuster der Quelle an sich und dem erwarteten Emissionsmuster des Gebildes aus der Quelle und dem optischen System.

Zur Herstellung eines optischen Systems nach der Erfindung, das z.B. für die Fernsteuerung eines Fernseh-

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empfängers auf Basis des von einer elektrolumineszierenden Diode gelieferten Lichtstroms dient, muss wenigstens in grossen Zügen auf folgende Weise verfahren werden:

- Ausgehend von dem Emissionsmuster der Lichtquelle an sich und von dem angestrebten Muster muss in Schritten von je 5 von 0 bis zu 90 die Kurve der aufeinanderfolgenden Verhältnisse — der verschiedenen Teile des optischen Systems gebildet werden;

- die verschiedenen Krümmungsradien, die den verschiedenen Verhältnissen — entsprechen, müssen durch das oben angegebene Berechnungsverfahren berechnet und so muss ein erstes Profil des optischen Systems erhalten werden;

- dieses Profil muss genau korrigiert werden, um Reflexionen und Aberrationen zu vermeiden, und zwar mit Hilfe der auf Formeln basierenden Berechnungen, die hier nicht im Detail aufgeführt zu werden brauchen;

- das erhaltene Profil muss in bezug auf die Anforderungen der mechanischen Ausführung erprobt werden, insbesondere was die Möglichkeit der Entfernung aus der Pressform und das Vornehmen notwendiger Kleinstkorrekturen anbelangt.

Auf diese Weise konnte die Anmelderin ein Gebilde für die Fernsteuerung eines Fernsehempfängers mit Hilfe elektrolumineszierender Dioden aus Galliumarsenid herstellen, die im Infrarotbereich emittieren; dieses Gebilde gestattet die Steuerung des Gerätes von Jedem Gebiet mit einer Länge von 20 m und einer Breite von 10 m her, wobei der Fernsehempfänger innerhalb einer der kurzen Seiten des genannten Gebietes angeordnet ist. Die geometrischen

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Eigenschaften dieses Gebildes werdennachstehend als Ergänzung der nachfolgenden kurzen Beschreibung der Fig. 5 gegeben.

Das optische System kann nach einer ersten Ausführungsform aus einer durch Formpressen gebildeten Kapsel 50 hergestellt werden, deren nach der Erfindung profilierter Teil der obere Teil 51 ist, der über der waagerechten Ebene angeordnet ist, die der Achse XX entspricht. Das optische System ist um die Achse YY drehbar.

Der Halbleiterkristall der elektrolumineszierenden Diode 52 ist an dem Kreuzungspunkt der Achsen XX und YY angeordnet; seine aktive Oberfläche, die der Oberseite 53 des optischen Systems zugewandt ist, ist bundig mit der waagerechten Ebene, die durch die Achse XX definiert ist. Auf bekannte Weise und nach einer Ausführungsform, die bereits früher von der Anmelderin in der französischen Patentschrift 2.I65.I5I beschrieben ist, ist dieser Kristall elektrisch einerseits mit dem Leiter ^kA, auf dem er ruht, und andererseits mit dem lateralen Leiter 5^B über den Verbindungsdraht 55 verbunden. Der Teil 5I der Kapsel 50 setzt sich unter der Achse XX in einem Kragen 56 in Form eines zylindrischen Ringes fort, in dem sich die Leiter 5^A und 5*tB befinden.

Auf bekannte Weise wird der Innenraum 57 der Kapsel 50, nachdem der Kristall an seine Stelle gebracht worden ist, mit einer erstarrbaren transparenten Substanz mit grünstigen optischen Eigenschaften ausgefüllt.

Innerhalb des oberen Teiles 51 der Kapsel 50 ist

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über und rings um das axiale Gebiet, in dem sich der Kristall 52 befindet, eine kleine Kammer 58 ausgespart. Diese Kammer ist dazu vorgesehen, die genaue Anordnung des Kristalls 52 zu erleichtern und weiter darin den Verbindungsdraht 55 unterzubringen. Vorteilhafterweise weist die Kammer 58 eine hemisphärische Form auf, die in bezug auf den Kristall 52 zentriert ist. Eine derartige Form ist daher gewählt, weil dadurch an jedem Punkt der Oberfläche derselben alle Lichtstrahlen, die vom Kristall 52 in der Kapsel 50 emittiert werden, passieren können,ungeachtet des Wertes der Brechungszahl der die Kammer 58 ausfüllenden zwischenliegenden Substanz.

Die Kapsel 50 wird durch Formpressen z.B. aus einem Werkstoff der Polycarbonatklasse hergestellt. Der Raum 57 und die angrenzende Kammer 58 werden mit einem thermohärtbaren Harz ausgefüllt, dessen Brechungszahl nahezu gleich der des die Kapsel 50 bildenden Werkstoffes gewählt ist. Das Vorhandensein in dem optischen System von zwei transparenten Substanzen, deren Brechungszahlen etwas verschieden sein können, muss bei der Einstellung des Profils des genannten optischen Systems berücksichtigt werden.

Nach einer zweiten Ausführungsform eines Gebildes aus einer Quelle und einem optischen System nach der Erfindung kann das Gesaintgebilde, das aus dem der Kapsel 50 entsprechenden Raum und den Räumen 57 und 58 besteht, durch einen einzigen Formpressvorgang in einer Pressform · mit geeigneter Gestalt hergestellt werden, die genügend hoch ist, damit der Kristall 52 und teilweise die Leiter

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54a und 5^B darin eingeführt werden können. Bei dieser Ausftlhrungsform ist es schwieriger, den Kristall 52 genau zu positionieren. Dagegen bietet sie den Vorteil, dass nur ein einziger durchlässiger Werkstoff benötigt wird, wodurch die Berechnung des Profils des optischen Systems erleichtert wird.

Beispielsweise sind in der nachstehenden Tabelle die Abmessungswerte des oben angegebenen verwendeten optischen Systems nach der Erfindung für die Fernsteuerung eines Fernsehempfängers in einem Gebiet von 20 m χ 10 m erwähnt. Das optische System ist nach der zweiten Ausführungsform der oben beschriebenen Art aus einem PoIycarbonat mit einer Brechungszahl η = 1,53 hergestellt. In einer Basisebene gemäss XX mit einem Durchmesser von k,9 mm weist der Kristall 52 eine mittlere Breite von 0,^50 mm auf (wobei die Dicke dieses Kristalls 0,2 mm beträgt). Die maximale Höhe des optischen Systems (Abstand zwischen der Achse XX und der Oberseite 53) ist 3,98 mm.

In der Tabelle sind die polaren Koordinaten des optischen Systems angegeben, die in Schritten von 5 durch den Wert /° in mm des Abstandes zwischen der Mitte des Kristalls und dem Umfang des optischen Systems als Funktion des sich von 0 bis 90° ändernden Emissionswinkels θ definiert sind.

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3a ' 27^2833

ρ mm	θ Grad
3,98 '	0
3,98	2
3,965	5
3,92	10
3,85	15
3,76	20
3,64	25
3,52	30
3,39 3,26	35 40
3,13	45
3,00	50
2,88	55
2,78	60
2,68	65
2,60	70
2,53	75
2,48	80
2,46	85
2.45	90

Mit einem solchen optischen System ist das Emissionsmuster derart, dass der Fernsehempfänger unter einem sehr kleinen Oeffnungswinkel in einem Abstand von 22 , unter einem Winkel von 10° in 21,3™, von 30° in 18^m, von 50° in* 15^m, von 105° in 10^m und von 145° in 5™ gesteuert werden kann. Es lässt sich erkennen, dass von einem Abstand von

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von 15 her die Steuerung eine geringe Richtwirkung aufweist und somit erleichtert wird.

Es sei bemerkt, dass das optische System nach der Erfindung bei Anwendung für die Fernsteuerung eines Fernsehempfängers der eben beschriebenen Art den Vorteil aufweist, dass ein Hohlraumreflektor nicht notwendig ist, wodurch die Herstellung des Gebildes vereinfacht wird. Es versteht sich aber, dass die Hinzufügung eines Hohlraum reflektors für den gleichen Zweck wie die Fernsteuerung oder für andere Zwecke sehr günstig ist,ohne dass sich eine andere technologische Schwierigkeit als die gewöhnlich bei einer derartigen Hinzufügung auftretenden Schwierigkeiten ergibt. Bei dem an Hand der Fig. 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel wäre es z.B. genügend, zwischen dem Kristall 52 und dem Leiter 5^A eine Kupelle mit einer geeigneten Höhe und einem geeigneten Profil anzuordnen, die die Funktion eines Hohlraumreflektors erfüllt; auch könnte der obere Teil des Leiters 5**A derart bearbeitet werden, dass er die gewünschten geometrischen Eigenschaften erhalten würde, jedoch unter der Bedingung, dass der Querschnitt dieses Leiters in bezug auf den des genannten Kristalls 52 genügend ist.

Uebrigens sind die Anwendungen der optischen Systeme nach der Erfindung nicht lediglich auf die Fernsteuerung beschränkt; sie können im allgemeinen für jede Steuer- oder Signalisierungsvorrichtung verwendet werden und daher mit elektrolumineszierenden Dioden zusammenwirken, die verschiedene sichtbare oder unsichtbare

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Strahlungen emittieren. Für den angestrebten Zweck können die optischen Systeme entweder transparent oder aus Werkstoffen hergestellt sein, die die Diffusion des Lichtes begünstigen.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE;

1. Plankonvexes optisches System zur Umwandlung des Mehrrichtungsemissionsmusters einer nahezu in dem mittleren Gebiet seiner Basisebene liegenden Lichtquelle in ein Muster mit verhältnismässig grosser axialer Lichtstarke, dadurch gekennzeichnet, dass es, von seiner Oberseite zu seiner Basisebene, wenigstens teilweise durch eine sphärische Kappe begrenzt wird, deren Krümmungsmittelpunkt zwischen der genannten Oberseite und der genannten Lichtquelle liegt und die sich ohne Pegelunterschied in mindestens einer sphärischen Zone fortsetzt, deren Krümmungsmittelpunkt zwischen dem der genannten sphärischen Kappe und der genannten Lichtquelle liegt.

2. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Anzahl aufeinanderfolgender sphärischer Zonen enthält, deren Krümmungsmittelpunkte je zwischen dem der vorangehenden sphärischen Zone, von der Oberseite des genannten optischen Systems zu seiner Basisebene gerechnet, und der Lichtquelle liegen. 3· Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungswinkel der genannten sphärischen Zone - die, in einer longitudinalen Schnittebene des genannten optischen Systems durch die Oberseite dieses Systems und den mittleren Punkt der Lichtquelle, durch die die Grenzpunkte der genannten sphärischen Zcnen und den genannten mittleren Punkt miteinander verbindenden Segmente be- stimmt werden - für all diese Zonen gleich sind. k. Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungswinkel der genannten sphärischen

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ORIGINAL

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Zonen, wie sie nach Anspruch 3 definiert sind, für mindestens zwei der genannten sphärischen Zonen verschieden sind.

5. Optisches System nac einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es von seiner Oberseite zu seiner Basisebene durch eine sphärische Kappe, mindestens eine sphärische Zone und einen Teil mit einer Geometrie mit einer zylindrischen Oberfläche begrenzt wird.

6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien und die Oeffnungswinkel der genannten sphärischen Zonen - welche Oeffnungswinkel im Anspruch 3 definiert sind - derart sind, dass die von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahlen, die die Oberflächen dieser sphärischen Zonen treffen, dort unter Einfallswinkeln eintreffen, die höchstens gleich dem Grenzwinkel sind, der mit den Werten der Brechungszahlen des Werkstoffes des optischen Systems und der Umgebung des optischen Systems zusanunenängt.

7- Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien der aufeinanderfolgenden sphärischen Zonen durch den Ausdruck

cos h Pn

R , = V^{R 2}+(^χ -^χ λ)² + 2R (χ -χ ,) n+1 ψ η ^v η η+1' η^ν η η+1'

gegeben sind, in dem:

- R der Krümmungsradius der sphärischen Zone (Zone n) ist, die der Zone (Zone n+1) vorangeht, deren Krümmungsradius

R _Λ bestimmt werden soll;
η+ ι

- χ und χ „ die Abstände zwischen der Lichtquelle und den

η n+1 ^

Krümmungsmittelpunkten der Zonen η bzw. n+1 darstellen}

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- β der Winkel ist, der von dem KrUmmungsmittelpunkt der Zone η her zwischen der Drehachse des optischen Systems und einem von dem genannten KrUmmungsmittelpunkt der Zone η ausgehenden und die Grenze zwischen den Zonen η und n+1 bildenden Radius eingeschlossen wird.

8. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ihm ein Hohlraumreflektor zugeordnet ist, der sich einerseits hinter der Lichtquelle in bezug auf die Oberseite des genannten optischen Systems und andererseits lateral in bezug auf die genannte Lichtquelle erstreckt.

9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8_f dadurch gekennzeichnet, dass es in Form einer profilierten Kapsel aus einem ersten transparenten Werkstoff hergestellt wird, die einen hemisphärischen Innenraum begrenzt, in dessen mittleren Gebiet die genannte Lichtquelle angeordnet wird und der einen zweiten transparenten Werkstoff enthält.

10. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es vollständig aus demselben transparenten Werkstoff hergestellt wird.

11. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Werkstoff hergestellt ist, der Diffusionseigenschaften aufweist.

12. Gebilde aus einem optischen System und einer Lichtquelle, das insbesondere zur Anwendung bei der Fernsteuerung z.B. eines Fernsehempfängers geeignet ist, wobei als Lichtquelle eine elektrolumineszierende Diode verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass es ein optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10 enthält.

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