DE3317519A1 - Lichtsammelplatte - Google Patents

Description

• Lichtsammelplatte
• Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Lichtsammelplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Beleuchtungssysteme bestehen üblicherweise aus geeigneten Lichtquellen und Kondensorlinsen zur Lichtsammlung. Die Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung ist dabei unter anderem durch die mögliche relative Öffnung der Linse begrenzt. Im Grenzfall triAt der Lichtstrahl str eifend auf der Linsenoberfläche auf und wird weitgehend reflektiert.
• Eine Erhöhung der optischen Lichtstärke wird möglich durch mehrlinsige Systeme, bei denen sich die optischen Brechkräfte auf mehrere Linsen verteilen. Die Anwendung von Fresnellinsen ändert darin nichts mit Ausnahme der Tatsache, daß insbesondere auch mehrlinsige Systeme in Richtung der optischen Achse eine relativ geringe Tiefe aufweisen. Die bekannten Lichtsammelplatten für Beleuchtungssysteme haben daher den Nachteil, daß ein beachtlicher Anteil des Lichtes durch Streueffekte verloren geht und dadurch für die Beleuchtung nicht mehr zur Verfügung steht.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Lichtsammelplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das in den Außenbereichen der Lichtsammelplatte auftretende Licht an den Rillen -flanken einerseits gebrochen und an der folgenden Rille der Flanke so abgelenkt wird, daß der Lichtstrahl schließlich in die vorgesehene Austrittsrichtung gelenkt wird. Dadurch läßt sich bei einer einfachen, eingliedrigen Ausführung eine sehr hohe Lichtstärke erreichen. Die Lichtsammelplatte ist des weiteren einfach verstellbar und insbesondere bei Blitzgeräten vorteilhaft verwendbar.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lichtsammelplatte möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Rillen als katadioptrische Zähne auszubilden.
• Durch eine solche Ausbildung der Zähne ist der Wirkungsgrad der Lichtsammelplatte am größten. Weiterhin ist es günstig, die Lichtsammelplatte aus Plexiglas herzustellen. Plexiglas ist ein einfach zu bearbeitendes Material, so daß die Rillen leicht einbringbar sind.
• Außerdem ist mit entsprechenden Werkzeugen die Lichtsammelplatte als einfaches Spritzteil herzustellen.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Lichtsammelplatte von oben, Figur 2 die Lichtsammelplatte im Schnitt und Figur 3 ein Ausschnitt der Lichtsammelplatte nach Figur 1 und 2 zur Erläuterung des Verlaufes des Lichtstrahls.
• Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt eine Lichtsammelplatte, wie sie beispielsweise für Blitzgeräte für die Fotografie oder für Zünalichtblitzgeräte zur Einstellung des Zündwinkels an Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Beleuchtungssystemen, beispielsweise bei Scheinwerfern vorteilhaft einsetzbar.
• Wie die Figur 1 zeigt sind die Rillen kreisförmig vom Mittelpunkt eingeschnitten.
• Figur 2 zeigt die Lichtsammelplattelin einem Schnitt durch die Mittelachse. Im Zentralbereich 2 ist die Lichtsammelplatte als Fresnellinse mit einer bestimmten Öffnung ausgebildet, während die Außenbereiche der Lichtsammelplatte durch Rillen 3 gebildet werden, die das auftreffende Licht an der vorderen Rillenflanke brechen und zwar so, daß das Licht auf die folgende Rillenflanke gelenkt ist, so daß der jeweilige Lichtstrahl durch Totalreflektion an dieserFlanke schließlich in die vorgesehene Austrittsrichtung gelenkt wird.
• Dieser Vorgang ist in der Figur 3 näher dargestellt.
• Man erkennt einen Lichtstrahl 6, der an der vorderen Flanke 4 eines Rillenzahnes gebrochen wird, da das Licht hier von dem Medium Luft in das anders geartete Medium Plexiglas eindringt, wenn die Lichtsammelplatte beispielsweise aus Plexiglas hergestellt ist. Der Lichtstrahl gelangt nunmehr an die folgende Rillenflanke 5, die so ausgebildet ist, daß der auftreffende Lichtstrahl total reflektiert wird und zwar so, daß das Licht die Lichtsammelplatte in der gewünschten Richtung verlassen kann.
• Im Bereich der brechenden Flächen, nämlich im Zentralbereich der Fresnellinse nehmen die Reflektionsverluste bei zunehmender Öffnung, das ist der Abstand von der optischen Achse, wegen der zunehmenden Neigung der optisch wirksamen Flächen zu. Es entstehen Reflexionen an den dielektrischen Grenzschichten nach den Fresnelschen Formeln. Zum anderen entstehen zwar auch im Außenbereich der Lichtsammelplatte Zonen, innerhalb derer die durch die brechende Flanke hindurchgelassenen Strahlen die reflektierende Flanke der Rille nicht mehr treffen und damit nicht ausgenützt werden können. Dieser Teil des Lichtes geht daher unwiederbringlich verloren. Mit zunehmenden Öffnungswinkeln werden diese Verlustzonen jedoch immer kleiner und der Wirkungsgrad größer.
• Die Kombination von lichtbrechenden Zentralbereich und reflektierenden Außenbereich bringt bei einer eingliedrigen optischen Anordnung einen die mehrgliedrige optische Anordnung noch übersteigenden Lichtwirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Lichtsammelplatte ist daher noch wirkungsvoller, als selbst mehrgliedrige optische Anordnungen (Mehrfachkondensoren), die zu dem noch einen höheren Raumbedarf beanspruchen.
• Die zuvor erwähnten im Übergangsbereich vorhandenen Verluste werden dadurch gering gehalten, daß die Grenze des Übergangs von der Fesnellinse zu den Rillen auf einen solchen Abstand von der optischen Achse gelegt wird, daß die Verluste durch die Fresnelschen Reflexionen an den brechenden Flächen gleich oder kleiner als 10 S als die Verluste der Zonen der reflektierenden Rillen sind. Unter diesen Maßgaben ist unter einfacher Anwendung der Fresnelschen Formeln der Zentralbereich 2 und der Außenbereich 3 eindeutig abgrenzbar.
• Im einfachsten Falle sind die Rillen im Außenbereich jeweils gleich auszubilden, d.h. die Flanken 4 und 5 haben jeweils den gleichen Winkel zur Lichtnormalen.
• Dadurch ist die Lichtsammelplatte besonders einfach herstellbar, jedoch bietet diese Anordnung dem Lichtstrahl 6 nur in einem ganz bestimmten Winkel ein optimales Reflexionsverhalten. Vorteilhafter ist es daher, die Winkel der Flanken 4 und 5 mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt unterschiedlich auszubilden.
• Insbesondere der Winkel der Flanke 5 muß mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt gegenüber der Normalen einen immer größeren Winkel aufweisen. Demgegenüber ist der Winkel der Flanke 4 nicht sehr kritisch. Diese Maßnahme bietet sich insbesondere dann an, wenn die Lichtsammelplatte als Spritzteil hergestellt werden soll, so daß für die Herstellung einer Spritzgußform ein gewisser Aufwand berechtigt ist.

Claims (3)

1. Ansprüche Lichtsammelplatte für den Lichtstrom einer Lichtquelle, insbesondere einer Blitzlampe, wobei die Platte als Fresnellinse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsammelplatte (1) in ihrem Zentralbereich (2) als Fresnellinse ausgebildet ist und die Außenbereiche (3) der Lichtsammelplatte (1) Rillen aufweisen, die so ausgebildet sind, daß das Licht durch Brechung an der einen (4) und Reflektion an einer weiteren Rillenflanke (5) senkrecht zur Austrittsstelle (7) geführt ist.
2. 2. Lichtsammelplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Rillen katadioptrische Zähne ausgebildet sind.
3. 3. Lichtsammelplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsammelplatte (1) aus Plexiglas hergestellt ist.