JP2005189858A - 段付レンズを備えている光学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一照明等の光学特性がより多様に構成され得る、フレネルレンズ又は段付レンズを有している光学部材を提供する。
【解決手段】光学部材１は、中央部に表面が粒状構造２４，２５，２６の拡散部をもつ、全体として曲面を有した面３を設け、その周囲の段付部８から外側をフレネルレンズ部２で囲んだ段付レンズを有している光拡散エレメント、特に、拡散スクリーンであって、用途に応じて必要とする拡散動作を備えることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの段付レンズを備えている光学装置に関する。

段付レンズ又はフレネルレンズであって、環状レンズとも呼ばれているものは、この光学素子を生み出した、１９世紀のフランス人物理学者オーガスタン・ジャン・フレネルまで遡る。他の態様で使用される、中実の本体を備えている光学レンズとは対照的に、段付レンズ又はフレネルレンズは、同心の段部を有しており、これらの段部は、本質的にレンズの主面に垂直に配設されていると共に、それらの段部の間には、環状セグメントが、位置させられている。環状セグメントの光学的に有効な表面の形状は、中実の本体を備えている普通のレンズの表面セグメントの形状にほぼ対応しているが、前記表面は、それぞれのレンズの反対側の表面に、かなり接近して横たわっている。更に、段部の本質的に光学的に無効なエリアは、光の伝播の主方向に可能な限り平行に配設されており、これにより、起こり得る反射の生起が、最少にされ、又は、望ましくない散乱光の生成が、殆どなくなる。この結果、概して、段部によって引き起こされる擾乱を除いて、フレネルレンズは、普通のレンズと同様の結像特性を有している。しかしながら、前記擾乱にも拘わらず、フレネルレンズは、通常のレンズに優る重要な利点を有しており、これらの利点は、このタイプのレンズを、多くの用途において、明確に好適な選択物さもなければ唯一の可能な選択物にする。フレネルレンズは、より薄い厚さを有しており、より少ない光学材料を必要とし、この結果、より軽く、そして、より小さい収差を有しており、また、大きい光強度を備えている照明装置において使用される場合には特に、より少ない昇温を有している。

フレネルレンズは、例えば、劇場、舞台、スタジオ、映画用さもなければ建築物イルミネーション用の段付スポットライトにおいて、非常に有利に使用されている。

他方において、より薄いフレネルレンズの厚さは、それらを製造するのが、しばしば、かなり、より簡単である、ということをも意味している。型押、射出成形又は熱成形の場合、より薄いフレネルレンズは、冷却動作及び離型動作に関して、実体積を備えている対抗品よりも、著しく、より良好に制御され得る。これらの利点は、前記レンズのサイズが増大するにつれて、重要性を増す。この結果、好適な適用範囲は、特に、劇場、スタジオ、映画、舞台及び建築物における、照明技術であり、この場合、多量の光が、しばしば大きい熱負荷をもたらすが、結像特性の擾乱は、余り問題にならない。

中央に配設されており且つ光を下半分の空間内へ好適に方向付ける平行プリズム装置を備えている段付レンズは、鉄道交通の信号技術から知られており、その平行プリズム装置は、段付レンズに入る光の一部を近い範囲内での信号識別のために供給すべく、使用されている。

本発明は、段付レンズの使用適性(特に照明用途用の)を更に向上させるという目的に基づいている。

この目的は、請求項１の特徴により、驚くべき簡単な方法で達成される。

本発明による光拡散エレメント、特に拡散スクリーンにより、光学特性の構成における追加の自由度を得ることが、可能になる。

段付レンズの幾何光学的な像と、拡散スクリーンにおいて散乱させられる光の散乱ローブ(その像の上に重ね合わされる)との組合せは、照明光の分布であって、照明に関して非常に興味深いものを可能にする。これにより、光源又は発光体の像を抑えることが、可能になるだけでなく、拡散構造体及びそれの幾何学的寸法の適切な選択がなされるならば、照明ビーム路の欠陥を大いに低減させ又は避けることさえ、可能になる。

特に興味のある用途が、レフレクタ装置であって、例えば高圧放電灯のような、ホルダに対して比較的小さい光源を備えているものの場合において、見出されている(なお、高圧放電灯数は、ミリメートルのオーダの大きさの発光範囲と、はっきりと大きいホルダ径とを有している)。このタイプの光源の場合においては、レフレクタを貫通するホルダがレフレクタ内に開口を必要とし、その開口は光源よりもはっきりと大きく、このため、前記開口内の光軸近傍では光ビームは反射され得ない、という事実により、中央の光場が、暗くされ得る。光拡散装置(好ましくは、円形の中央拡散スクリーン)の前方散乱ローブの適切な選択により、驚くべきことに、段付レンズの幾何学的な光学特性を本質的に保持することが、可能になり、それにも拘わらず、中心の強度の減少が、避けられ得る。

この場合、段付レンズ及び拡散スクリーンの両方を、生産工学に関して、単一の型押作業で適切に製造するために、光学装置は、有利にワンピースで形成される。

球面収差を補償し且つ可能な最良の結像特性を達成するために、段付レンズは、好適に非球面レンズである。

段付レンズが、光学的なビーム賦形に有効な、本質的に凹面の表面を備えている基体を有しているならば、これにより、より複雑な光学的な要求を考慮することが、可能になる。何故ならば、これは、例えば、段付レンズ及びそれの基体が幾何光学的に有効になる、凹凸レンズ又は両凹レンズを画成することを、可能にするからである。

更に、段付レンズは、本質的に凸面の表面を備えている基体を有していてもよく、これにより、凸凹レンズ又は両凸レンズが、生成される。

概して、基体の形状は、光学的にビームを賦形する態様で独立に利用され得ると共に、段付レンズのビーム賦形特性は、組み合わされて又は重ね合わされた態様で利用され得る。

この場合、段付レンズの基体は、段付レンズの段部がそれから除去されたならば、結果的に生じるであろう部分であると理解され、これは、体積材料であって、この体積材料の上に段付レンズの段部が適用される又はこの体積材料内へ前記段部が型押しされるものを意味している。

従って、生産工学に関して、所望されている段付レンズの形状を計算し且つ基体の更なる構成(好ましくは、平凹、平凸、両凹、両凸又は凹凸の形の構成)によって追加の光学的ビーム賦形特性を達成することが、先ず、可能になる。

段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、円弧の表面セグメントとして構成されているならば、生産工学に関して実現するのが簡単であり、それにも拘わらず、比較的良好な光学特性を依然として有している形状寸法を利用することが、可能になる。

シンプルな、原価効率の良い実施形態においては、段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面は、円錐包絡面の形状で形成されている。

しかしながら、単一の実焦点から生じる光がレンズに入るときに、光軸に垂直な位相前面を備えている近似的な平面波がレンズを離れるように、それぞれの段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、賦形されているならば、収束段付レンズ、従って、正焦点距離及び実焦点を備えているレンズの場合においては、最適な光学結像特性が、本質的に達成される。拡散レンズ、従って、負焦点距離及び虚焦点を備えているレンズの場合においては、段付レンズに入る平面波の光が、球面波であって、この球面波の中点が単一の虚焦点から生じているように見えるものへ変換されるときに、最適条件が、達成される。

特に好適な実施形態においては、拡散スクリーンが、段付レンズの中央領域にのみ、そして、好適に、段部の側に配設されている。何故ならば、この実施形態は、単一の熱成形ステップによって高精度で製造され得るからである。

境界を画されている態様で拡散スクリーンが段付レンズの中央領域に配設されているならば、それは、非常に好都合である。何故ならば、照明装置の場合において、この手段により、驚くほどに多様な強度分布を発生することが、可能になるからである。これにより、例えば、絞りの使用を通して、又は、入射光場の変化させられる焦点合わせを通して、それの直径を変化させることと、散乱させられる光から幾何光学的に結像される光への可変調節可能な遷移部を生成することとが、可能になる。内部の拡散スクリーン上にのみ光が衝突する限りにおいて、それの特性は、出射し且つ照明する光場の形状を定める。光場の直径が拡大される際に幾何光学的な結像特性が益々強まるならば、例えば、照明光の円錐形の非常に均一な拡大を達成することが、可能になる。

光拡散エレメントが、異なる度合いで拡散する領域、好ましくは、中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散する領域とを有しているならば、変化させられるべき光分布における、より連続的な且つより円滑な遷移さえもが、達成され得る。

拡散スクリーンの材料に依存して、拡散スクリーンは、熱成形(特に型押)及び/又は射出成形により、それの拡散動作に適合させられている態様で好適に製造される。

段付レンズ及び/又は拡散スクリーン用の好適な材料は、ガラス材料及び/又はガラス−セラミック材料である。ガラスセラミックの場合においては、変動する温度に対する高い耐性が、特に有利である。

更に、段付レンズと拡散スクリーンとを備えている光学装置は、例えば、種々の製造方法及びそれらの利点を利用すべく、複数のエレメントから構成され得る。

従って、特に型押しされた、プラスチック段付レンズが、ガラスから成っている拡散スクリーンへ接続され得、この結果、ガラスとプラスチックとで作られているハイブリッド複合物が、もたらされる。

段付レンズが、第１分散動作を備えている材料から成っていると共に、反対の屈折力を備えている更なるレンズ、好ましくは、第２分散動作を備えている材料を有している段付レンズを備えているならば、色補正されたレンズシステム即ち色消しレンズシステムをもたらすことが、可能にさえなる。

本明細書の趣旨における光路長は、それぞれに使用される光スペクトルの中央領域の波長と見なされる。

段付レンズが型押しされたプラスチックレンズである場合において、このレンズが約１０００光波長未満の、それぞれの段部における光路長差を有しているならば、それは、非常に有利であり得る。何故ならば、一般的に、比較的平坦な段付レンズであって、幾何光学的な光伝播のほんの僅かな擾乱しか引き起こさないものを実現することが、可能になるからである。

更に、局部的に大きい光強度の場合、ゼラチンフィルタの伝統的な使用から離れ、その代わりに、蒸着ガラス又は着色ガラスを使用することが、構成に依存して、非常に実用的であり得、それらのゼラチンフィルタは、例えば、実焦点の近傍におけるような、強い光強度の領域において、急速に漂白され得又は熔融及び発火さえし得る。

従って、段付レンズ及び/又は拡散スクリーンが、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタ及び/又は変換フィルタとして形成されるならば、非常に信頼性が高く且つ正確な光のフィルタリングをもたらすことが、可能になる。更に、光学装置のセットであって、好ましくは二色フィルタ層又は干渉フィルタ層で、定められた光源に関する定められた光温度と調和させられるものを製造することも、その構成の範囲内である。

従って、例えば、より低い色温度値の方向における定められた色シフトが、例えば、白熱灯のような黒体放射器のスペクトルを高圧放電灯に与え得る。

更に、励起放電線のスペクトル的に優勢な帯域が、定められた態様で和らげられ得、これにより、より均質のスペクトル分布が、達成され得る。

更に、このタイプのフィルタ装置により、光源の所定のスペクトルに関して、それのスペクトル分布における照明雰囲気(例えば、早朝の光、夕暮れの光、嵐又は雷雨の光のような)をシミュレートすることが、可能になり、もって、スタジオ、劇場、映画及び建築物に関係する大部分の要求が、単一の光源と、本発明による光学装置の指定されたセットとにより、満たされ得る。

二色フィルタ又は干渉フィルタは高度のスペクトル精度で強い放射線強度に永久的に耐えるので、これらのフィルタは、用途に依存して、スペクトル的により良好であるだけでなく、それらの長い耐用年数の故に、在来の色フィルタシートよりも安価になり得る。更に、例えば、建築物イルミネーションの場合又は屋外録画の場合におけるような、過酷な周囲条件は、このタイプの光学装置を使用する更なる理由である。

プラスチックのレンズ及び/又は拡散スクリーンを使用する場合、それらが機械的掻き傷防止層で覆われているならば、それは、特に有利である。

更に、特に段部を付されているエリアにおける、望ましくない反射は、主光束からの光の損失に至り得るだけでなく、より明るい円又は点が、照明平面内に形成されさえし得、これは、前記段部を付されているエリア上の反射防止層により、大いに低減され得又は抑えられさえし得る。

以下、好適な例示的実施形態を用い且つ添付図面を参照して、本発明が、より詳細に説明される。

好適な実施形態の詳細な説明
本発明が、好適な実施形態に関連して詳細に説明される。

本説明は、全体的に、レンズに入る光が図面において左側から来て右側に向かう態様で伝播する、ということを仮定している。

更に、種々の実施形態の説明において、同一の参照符号は、光学装置１の、同一の又は本質的に同じ作用をする構成部品に対して使用されている。

以下、図１への参照がなされ、この図１は、本質的に円形の拡散スクリーンを備えている、段付レンズの光学装置の第１実施形態を示しており、その拡散スクリーンは、ほぼ中央に配設されていると共に、個々のフェーセットを有しており、これらのフェーセットは、互いに別のものに対して僅かに回転させられている。

その全体を１によって指示されている光学装置は、段付レンズ２を具備していると共に、それの中央領域に配設されている拡散スクリーン３をも具備している。

段付レンズ２は、同心に配設されている環状段部であって、光学的に有効な表面領域を備えているものを有しており、それらの表面領域は、図１において、単なる例として、参照符号４、５及び６を与えられている。

図１に示されている拡散スクリーン３であって、図２及び図３にも示されているものは、例えば、「拡散スクリーン」と題されている、２００３年９月１９日付けの、同じ出願人からのドイツ国特許出願ＤＥ １０３ ４３ ６３０.８号に記載されている拡散スクリーンである。なお、そのドイツ国特許出願ＤＥ １０３ ４３ ６３０.８号の内容全体が、それを引用することにより、本開示に組み入れられている。

この特に好適な実施形態の場合、光学装置１は、プラスチックから成る実施形態の場合においては本質的に、単一の熱成形ステップにおいて、本質的に平坦な基体７から製造される。

以下、先ず最初に、図１、図２及び図３に示されている光学装置１の共通の特徴のみが、説明され、次いで、それらのそれぞれの差異が、詳細に説明される。

円形の拡散スクリーン３は、基体７の光出口側に配設されていると共に、第１環状セグメント８内の領域全体に亘って広がっており、その第１環状セグメント８は、はっきりと境界を画されていると共に、妨害物なしに前記スクリーンに好適に接している。

右側の、正の実焦点を備えているレンズの場合においては、例えば、図４及び図６における断面図において図式的に示されているように、基体７は、拡散スクリーン３の領域において、また、環状表面４,５,６及び８においても、凸の態様で即ち外方に湾曲させられている態様で、好適に賦形されている。

左側の、虚の即ち負の焦点を備えているレンズの場合においては、例えば、図５における断面図において図式的に示されているように、基体７は、拡散スクリーン３の領域において、また、環状表面４,５,６及び８においても、凹の態様で即ち内方に湾曲させられている態様で、好適に賦形されている。

しかしながら、特に、図８及び図９における断面図に示されている、ハイブリッドレンズを使用する場合には、基体７は、２つ以上のピースで形成されてもよく、従って、段付レンズ２を有している基体セグメント７と更なる基体セグメント９との両方を具備しており、その基体セグメント９は、図８に示されているように、平坦な若しくは平面の態様で形成され得、又は、例えば、図９に示されているように、平凸の態様で形成され得る。

好適に、ハイブリッドレンズの場合においては、基体セグメント９は、第１材料のガラスから製造され、そして、基体セグメント７は、基体セグメント９のものとは異なる分散を備えている第２材料のガラスから製造され、又は熱成形可能なプラスチックから製造される。

以下、図４への参照がなされ、この図４は、中央拡散スクリーン３を備えている平凸段付レンズを示しており、また、図６への参照もなされ、この図６は、図４の詳細を拡大図において再現している。

図４及び図５に示されている、ワンピースにおける段付レンズ２の場合においては、それぞれの光学的に有効な表面１１,１２,１３は、非球面レンズ又はそれ以外の球面レンズの部分であってよく、また、光学装置１は、縁部領域１０を有していてもよく、この縁部領域１０は、指定された機械的な受け器内に装着すべく、平面−平行な態様で形成され得る。

前記段部の、環状の、光学的に有効な表面(例えば４,５,６,１１,１２,１３)は、非球面レンズの部分として賦形されており、もって、光軸に垂直な位相前面を備えている近似的な平面波が、実焦点において結合される。

この場合、光軸は、光学装置の中心を通り、それの主平面に本質的に垂直に延びるべく、意図されている。

図５に示されている両凹段付レンズの場合においては、それぞれの、環状の、光学的に有効な表面は、左から入る平面波から球面波の位相前面が発生されるように賦形されており、その球面波の虚焦点又はその球面波の見掛け原点は、明らかに、図５に示されている段付レンズ２の左側で、光軸上にある。

これらの幾何学的−光学的な条件は、使用される光スペクトルの中央波長領域における１つの波長に対してのみ正確に真実である、というのが、事実である。

製造を簡単にするために、非球面レンズは、また、複雑な非球面環状形状に代えて、球面リングセグメントによって近似させられ得る。

この場合、必要とされている型押成形用具のより簡単な製造を達成するために、可能な限り申し分なく近似させられている球面セグメント、従って、円弧状表面セグメントが、リングのそれぞれの表面に使用される。

別の簡単化は、例えば、段付レンズであって、非常に多数の段部と、隣り合っている段部の縁部先端の間のほんの僅かなそれぞれの光路長差とを備えているものに、円錐状包絡面の形状の光学面を利用することから成っており、この場合、それらの光学面は、それらの傾きにおいて、非球面レンズの平均の傾きに適合させられるだけである。

この場合、段付レンズの個々の環状セグメント及び中央円形セグメントは、光収束特性又は光拡散特性のどちらが所望されているのかに依存して、凹の態様又は凸の態様のどちらかで構成され得る。

本発明による概念の極めて多様な使用可能性を説明するために、図５は、両凹段付レンズを示しており、図７は、凸凹レンズを示しており、そして、図８及び図９は、ハイブリッドレンズを示しており、これらのハイブリッドレンズのうちの、図９に示されているハイブリッドレンズは、色補正された特性を有している。

図９に示されているハイブリッドレンズへの参照がなされ、このハイブリッドレンズの場合においては、平凸ガラスレンズ１４であって、このレンズ１４の右側に実焦点を備えているものが、凹凸拡散段付レンズ１５に接続されている。

２つのレンズ１４及び１５のそれぞれの屈折力又は焦点距離及び屈折率は、それでもなお収束作用が結果として生ずるよう、全体的に選択されている。このことは、全体的な結果が、焦点が右に向けてシフトさせられている収束レンズである、ということを意味している。

しかしながら、この場合、段付レンズの材料は、それの分散の作用が、装置全体において、平凸レンズ１４の分散の作用とは逆行するよう、選択され、もって、全体的な結果は、このレンズシステムについての、より小さい色収差である。

代替構成においては、段付レンズ１５は、また、型押しされたプラスチックであって、レンズ１４上へ積層されているものから成っている。このプラスチックレンズ１５は、掻き傷防止層２１を設けられ得る。

型押しされたガラスレンズが使用されるならば、それぞれの段部の領域における光路長差は、好適に、１００光波長超である。

型押しされたプラスチック段付レンズが使用される場合には、好適に、約１０００光波長未満の、それぞれの段部における光路長差が、好ましい。

更に、段付レンズの中央円形セグメントの周りに配設されている環状セグメントは、同じ段部幅１６を意味する、同じ半径方向長さ１６を本質的に有し得る(特に、図６参照)。この場合、異なる高さの段部が、結果的に生ずる。何故ならば、それぞれの、環状の、光学的に活性な表面セグメントの傾きの角度が、通常、中心からの距離が増加するに従って変化するからである。

代替案として、賦形するのが困難である材料の場合において、生産工学に関して高精度を達成するために、光学的に有効な表面セグメントの高さ１７は、一定に保たれ得、この場合、異なる大きさの幅を備えているリングが、結果的に生じる(特に、図６参照)。

更に、段付レンズ２及び/又は拡散スクリーン３は、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタとして及び/又は変換フィルタとして形成され得る。

この目的のために、図９の例における平凸レンズ１４の左側に例として示されているように、干渉フィルタ層２０が一方の側部に適用されるならば、それは、特に有利である。

代替案として、この干渉フィルタ層システムは、また、色温度をシフトさせるのにも又はスペクトル線を補償するのにも使用され得る。

更に、光源にそれぞれ面する、光学装置１の少なくとも表面が、ガラスから成っていると共に、事前に応力を掛けられるならば、好ましくは、事前に熱応力を掛けられるならば、それは、特に有利である。何故ならば、それは、はっきりと増大した熱安定性を結果的にもたらすからである。

拡散スクリーン３は、一般的に、光学装置１の左側(光の入口側)及び右側(光の出口側)の両方に配設され得る。

更に、図７において単に概略的に示されているように、拡散スクリーン３が、各場合において、光の入口側及び光の出口側の両方に配設されることも、可能であり、もって、それらの拡散作用は、定められた態様で、重ね合わされる。

更に、半径方向の鋭い境界を有することに代えて、拡散スクリーン３は、異なる度合いで広がる複数の領域、例えば、中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散し且つ好ましく連続的に尽きる領域とを有していてもよい。

この目的のために、拡散スクリーンは、例えば、中央領域２２における、細かい粒状構造と、周縁領域２３における、半径方向の距離の増加に伴って粗くなる粒状構造とを具備している、定められた粒状性を有していてもよく、また、概略的に示されている、これらの事実に関する図８を、参照されたい。

粒状性即ちマット領域を簡単化するための代替物として使用され得る、拡散スクリーン３の後述される実施形態の場合においては、新しいアプローチは、なかんずく、規則的な拡散スクリーンのフェーセットの規則的な配列から離れることから成っている。

これは、図１に示されている第１実施形態の場合においては、透明な基体７,９を有している拡散スクリーンを提供することによってなされ、拡散スクリーン３の光学的に有効な表面は、フェーセット２４,２５,２６へ部分分割されており、これらのフェーセットは、例示としてだけの参照符号を与えられており、各フェーセット２４,２５,２６は、湾曲した態様に形成されている第２表面を備えている凸部又は凹部を割り当てられており、そして、フェーセット２４,２５,２６は、それらが互いに別のものに対して回転させられているようにして配列されており、又は種々の幾何学的形状を呈している。

この場合、フェーセットは、それぞれの幾何学的形状の縁部輪郭によって張られている領域であると理解されるべきである。第１表面(即ち、拡散スクリーン３の基体７の表面)の平坦領域又は湾曲領域としての形成に依存して、幾何学的形状によって張られているフェーセット２４,２５,２６も、同様に、平坦であり得又は湾曲させられ得る。

フェーセット２４,２５,２６に割り当てられている凸部又は凹部は、拡散スクリーン３のエレメントを表している。凸部又は凹部は、基本領域としてのフェーセット２４,２５,２６を有していると共に、少なくとも本質的に、前記基本領域の上方又は下方に位置させられている。凸部又は凹部は、照明の場合には、レンズとして作用し得る。

この解決策は、種々の輪郭になされている多数の光場の重畳を、従って、所望されているような、円い光場を結果的にもたらす。

それぞれのフェーセットの形状とフェーセットに割り当てられている凸部又は凹部の構成とに依存して、照明強度の選択可能な勾配を有している光場を即ち軟調又は硬調の態様で事前決定可能に出射する光場を提供することが、可能である。

軟調の態様で出射する光場は、光場の縁部に向かっての、照明強度の小さい勾配を備えているものである。逆に、光場の縁部における、照明強度の大きい勾配は、硬調の態様で出射する光場を結果的にもたらす。更なる利点は、このフェーセット構成は放電灯を使用している際の周縁変色を避けることを可能にする、ということである。

重畳に寄与する個々の光場の変形体を増加させるために且つこの手段による上述した利点を達成するために、種々の方策を実行することが、可能である。

例えば、フェーセットが多角形の縁部輪郭を有しているということが、提供され得る。この場合、多角形の角の数は、可変である。

多角形縁部輪郭を備えているフェーセットは、表面を完全に覆っていなければならない。何故ならば、もしそうでないならば、局部的に拡散作用が存在しなくなるからである。

更に、図２において例示として示されているように、フェーセット２４,２５,２６が種々の面積を含んでいるところの拡散スクリーンを提供することも、可能である。

三角形、四角形、五角形、六角形及び/又は七角形が、多角形として選択され得る。多角形の隣り合っている角の間の接続セクションは、真っ直ぐな線又は曲がった線であり得る。

フェーセットの不規則性の更なる結果は、フェーセットが種々の向きを有しているということである。

円い光場、及び縁部に向かっての照明強度に関する軟調態様又は硬調態様で出射する光場という目的に近づくために取られる更なる方策は、凸部又は凹部のそれぞれの曲率の選択と、適切であるならば、その曲率の変化とである。曲率は、球状であってよく、これに対応して、凸部又は凹部は、球状のキャップの形状に形成され得る。代替物として、曲率は、非球状であるべく選択されてもよい。更に、上述の目的を保証するために、凹部の深さ又は凸部の高さを変化させることが、可能である。

上記の説明から、提案された方策は二者択一的に又は累積的に用意され得るということは、明白である。上述した解決策の実際的な実行に関し、第１解決策の変更態様は、第１表面を備えている透明基体を有している拡散スクリーンを提供し、第１表面は、フェーセットに部分分割されており、この場合、各フェーセットは、湾曲した態様で形成されている第２表面を備えている凸部又は凹部を割り当てられており、そして、凸部又は凹部の頂点Ｓは、螺線に沿って配列されている。

凸部又は凹部の頂点は、フェーセットの体心を通過する、フェーセットの表面に対する法線と、凸部又は凹部の湾曲面との間の交点として定義されよう。

２つの隣り合っているフェーセットの場合において凸部又は凹部の高さ、半径及び/又は深さが異なっているならば、共通の縁部は、概ね湾曲させられ、そして、平面図において種々の幾何学的形状を呈する縁部が、凹部に関して生じる。

螺線に沿う頂点Ｓの配列は、多数の不規則に配列されているフェーセットを生じ、これらのフェーセットは、所望されるならば、円い光場を生成し、この円い光場は、放電灯の場合において、縁部領域における変色を有していず、そして、その円い光場の照明強度の勾配は、事前に決定され得る。

凸部又は凹部の高さは、拡散スクリーン３を横切る方向に変化させられ得、もって、凸部及び凹部は、異なる高さ又は深さを有するようになる。これは、また、多かれ少なかれ軟調態様又は硬調態様で出射する円い光場を提供するという目的にも寄与する。

図３に示されている拡散スクリーン３の構成においては、フェーセット２４,２５,２６の頂点Ｓは、アルキメデスの螺線上に本質的に位置させられている。

個々の場所は、内側から外方への、螺線に沿う一定の弧の長さＬの連続的な隔たりによって得られる。頂点は、互いに別のものから等距離に配列され得る。頂点の等距離配列に加えて、可変の弧の長さＬも、可能である。従って、内側から外方へと増大する弧の長さＬが、選択され得る。拡散スクリーン内部には、低い高さを有している凸部又は浅い深さを有している凹部を備えている、従って、小さい拡散作用を備えている、小さいフェーセットが、この様にして得られる。縁部に向かって、フェーセットは、より大きくなり、凸部の高さ又は凹部の深さは、より大きくなり、そして、同様に、拡散作用は、より大きくなる。これにより、光場は、中心に非常に大きい照明強度を備えた、寧ろ小さい半散乱角を有する。これとは対照的に、一定のＬの場合には、照明強度は、寧ろ平坦な形状になり、軟調の態様で広がるであろう。

上述した方策であって、二者択一的に、そして、適切であるならば、累積的に実行され得るものは、それぞれの照明システム(例えば、それぞれのレフレクタ)に拡散スクリーン３が種々の態様で適合させられるのを可能にする。

従って、レフレクタへの適合は、螺線のタイプ、弧の長さＬの値を通して、しかし、弧の長さの変化又は不変により、遂行され得る。これらの方策は、照明システムの所定の領域における光場に、それを局部的に増幅し又は減衰させるべく、影響を与えることを可能にし、従って、光場が種々の態様で最適化されるのを可能にする。

解決策の変更態様は、当業者に、彼が照明システムを考慮しつつ如何にして光場を構成し且つ適合させるかに関する多くのパラメータを用意している、ということが、上記説明から、明らかである。この点に関し、フェーセットに関する、種々の幾何学的形状の、選択されたアプローチは、それぞれの条件への、光場の非常に多様な且つ変化に富んだ適合を可能にする。

例えば、図１及び図２は、更なる好適な実施形態を示している。図１は、段付レンズの光学装置の第１実施形態を示しており、この第１実施形態は、ほぼ中央に配設されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、互いに別のものに対して僅かに回転させられている個々のフェーセットを有しており、そして、図２は、段付レンズの光学装置の第２実施形態を示しており、この第２実施形態は、ほぼ中央に配設されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、モンテカルロ法によって規則的な位置からオフセットされているフェーセットを有している。

更に、デザインに関して異なっている複数の可能性が、所望されている光場の実現又は所望されている事前に定められた拡散動作の実現に関して開かれている、ということも、事実である。この点に関し、解決策の変更態様は、また、美的外観に関して最適化された拡散スクリーンの供給を可能にする。例えば、偏菱形パターン又は千鳥格子パターンの形状が、フェーセットに対して使用され得る。

更に、拡散スクリーンの非同軸配列又は非同心配列を使用することも、本発明の範囲内で可能である。

段付レンズの光学装置の第１実施形態であって、この第１実施形態は、ほぼ中央に配設されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、互いに別のものに対して僅かに回転させられている個々のフェーセットを有している、ものを示している。 段付レンズの光学装置の第２実施形態であって、この第２実施形態は、ほぼ中央に配設されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この拡散スクリーンは、モンテカルロ法によって規則的な位置からオフセットされているフェーセットを有している、ものを示している。 段付レンズの第３実施形態であって、この第３実施形態は、ほぼ中央に配設されている、本質的に円形の拡散スクリーンを備えており、この場合、拡散スクリーンの個々のフェーセットが、アルキメデスの螺線上に在る、ものを示している。 中央拡散スクリーンを備えている平凸レンズであって、それの基体は、本質的に平坦な態様で形成されていると共に、それの段付レンズは、凸の態様で形成されている、ものの断面を示している。 両凹段付レンズ装置であって、幾何学的光ビーム拡大特性即ち光拡散特性を有しており、この場合、基体と幾何学的−光学的に有効な段付レンズシステムとの両方が、凹の態様で本質的に構成されている、ものの断面を示している。 図４の断面図の上側セグメントの詳細を拡大したものを示している。 凸凹段付レンズ装置であって、それの基体は、凹の態様で構成されていると共に、それの幾何学的−光学的に有効な段付レンズシステムは、凸の態様で本質的に構成されている、ものの断面図を示している。 ハイブリッドレンズ装置であって、ガラスから成る拡散スクリーンに合わされている型押平凸プラスチック段付レンズ装置を具備しているものの断面図を示している。 ハイブリッドレンズアクロマートであって、ガラスから成る平凸レンズが、異なる分散を備えている、プラスチック又はガラスから成る両凹段付レンズへ接続されている、ものの断面図を示している。

符号の説明

１：装置
２：段付レンズ
３：拡散スクリーン
４：環状で同心の、本質的に光学的に有効な表面セグメント
５：同上
６：同上
７：基体（セグメント）
８：環状で同心の、本質的に光学的に有効な表面セグメント
９：多部分構成体の基体セグメント
１０：平面−平行縁部領域
１１：光学的に有効な表面
１２：同上
１３：同上
１４：中実材料で作られている平凸レンズ
１５：凸凹段付レンズ
１６：光学的に有効な表面セグメントの半径方向長さ、幅
１７：光学的に有効な表面セグメントの高さ
１８：反射防止層
１９：掻き傷防止層
２０：干渉フィルタ層
２１：掻き傷防止層
２２：より大きい度合いで拡散する中央領域
２３：より小さい度合いで拡散する周縁領域
２４：フェーセット
２５：同上
２６：同上

Claims (45)

1. 段付レンズを備えている光学装置であって、
   光拡散エレメント、特に、拡散スクリーンを特徴としている、
   光学装置。
2. 拡散スクリーンが、段付レンズの中央領域及び/又は中心領域にのみ配設されている請求項１に記載の光学装置。
3. 拡散スクリーンが、円である請求項１又は請求項２に記載の光学装置。
4. 拡散スクリーンが、光出口領域に配設されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の光学装置。
5. 拡散スクリーンが、光入口領域に配設されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の光学装置。
6. 拡散スクリーンが、各場合において、光入口領域と光出口領域とに配設されている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の光学装置。
7. 光拡散エレメントが、異なる度合いで拡散する領域、好ましくは、中央部において大きい度合いで拡散する領域と、周縁部において小さい度合いで拡散する領域とを有している請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の光学装置。
8. 拡散スクリーンが、マットの態様で及び/又は熱成形により、特に、型押により及び/又は射出成形により、製造されている請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の光学装置。
9. 段付レンズの及び/又は拡散スクリーンの材料が、ガラスを具備している請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の光学装置。
10. 段付レンズの及び/又は拡散スクリーンの材料が、ガラス−セラミック材料を具備しており、特に、ガラス−セラミック材料から成っている請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の光学装置。
11. 光学装置が、ワンピースで形成されている請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の光学装置。
12. 段付レンズが、非球面レンズである請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の光学装置。
13. 段付レンズが、球面レンズである請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の光学装置。
14. 段付レンズが、本質的に平坦な表面を備えている基体を有している請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光学装置。
15. 段付レンズが、光学的なビーム賦形が有効な基体であって、本質的に凹の球面又は非球面を備えているものを有している請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光学装置。
16. 段付レンズが、光学的なビーム賦形が有効な基体であって、本質的に凸の球面又は非球面を備えているものを有している請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の光学装置。
17. 段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、円弧セグメントとして構成されている請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の光学装置。
18. 段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、円錐包絡面の形状で構成されている請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の光学装置。
19. 光軸に垂直な位相前面を備えている近似的な平面波が、実焦点において結合されるように又は虚焦点にその中点が在るように見えるところの球面波へ変換されるように、それぞれの段部の、本質的に環状の、光学的に有効な表面が、賦形されている請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載の光学装置。
20. 段付レンズの及び/又は拡散スクリーンの材料が、プラスチックを具備している請求項１〜請求項１９のいずれか一項に記載の光学装置。
21. 段付レンズと拡散スクリーンとを備えている光学装置が、複数のエレメントから成っている請求項１〜請求項２０のいずれか一項に記載の光学装置。
22. 光学装置が、ガラスとプラスチックとで作られているハイブリッド複合物である請求項１〜請求項２１のいずれか一項に記載の光学装置。
23. 段付レンズが、第１分散動作を備えている材料から成っており、且つ、反対の屈折力を備えている更なるレンズ、好ましくは、第２分散動作を備えている材料を有している段付レンズが、色収差が減少させられるように設けられている請求項１〜請求項２２のいずれか一項に記載の光学装置。
24. 段付レンズが、型押レンズ、特に、プラスチックレンズであって、好ましくは、約１０００光波長未満の、それぞれの段部における光路長差を備えているものである請求項１〜請求項２３のいずれか一項に記載の光学装置。
25. 段付レンズが、第１の側に形成され又は配設されていると共に、拡散スクリーンが、第１の側とは反対の側に形成され又は配設されている請求項１〜請求項２４のいずれか一項に記載の光学装置。
26. 段付レンズの中央円形セグメントの周りに配設されている環状セグメントが、同じ半径方向の広がりを本質的に有している請求項１〜請求項２５のいずれか一項に記載の光学装置。
27. 少なくとも２つの隣り合っている環状セグメントの段付凸部が、同じ高さを本質的に有している請求項１〜請求項２６のいずれか一項に記載の光学装置。
28. 光源に面する、光学装置の少なくとも表面が、ガラスから成っていると共に、事前に応力を、好ましくは、事前に熱応力を掛けられている請求項１〜請求項２７のいずれか一項に記載の光学装置。
29. 段付レンズ及び/又は拡散スクリーンが、フィルタとして、特に、ＵＶフィルタ、ＩＲフィルタ若しくは着色帯域フィルタ及び/又は変換フィルタとして形成されている請求項１〜請求項２８のいずれか一項に記載の光学装置。
30. 段付レンズ及び/又は拡散スクリーンが、機械的掻き傷防止層及び/又は反射防止層で覆われている請求項１〜請求項２９のいずれか一項に記載の光学装置。
31. 請求項１〜請求項３０のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、前記拡散スクリーンは、フェーセットへ部分分割されている第１表面を有しており、この場合、各フェーセットは、凸部又は凹部であって、湾曲した態様で形成されている第２表面を備えているものを割り当てられているものにおいて、
    前記フェーセットが、種々の幾何学的形状を呈している、
    拡散スクリーン。
32. フェーセットが、多角形の縁部輪郭を有している請求項３１に記載の拡散スクリーン。
33. フェーセットが、種々の面積を含んでいる請求項３１に記載の拡散スクリーン。
34. フェーセットが、三角形、四角形、五角形、六角形及び/又は七角形の形状を呈している請求項３１、請求項３２又は請求項３３に記載の拡散スクリーン。
35. フェーセットが、種々の向きを有している請求項３１〜請求項３４のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
36. 凸部又は凹部が、球状キャップの形状で形成されている請求項３１〜請求項３５のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
37. 凸部の高さ及び/又は凹部の深さが、異なるように選択されている請求項３１〜請求項３６のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
38. 凸部又は凹部のそれぞれの頂点(Ｓ)が、螺線に沿って配列されている請求項３１の前段に記載の拡散スクリーン。
39. 頂点(Ｓ)が、アルキメデスの螺線上に配列されている請求項３８に記載の拡散スクリーン。
40. 螺線に沿う、２つの隣り合っている頂点(Ｓ)の間の弧の長さ(Ｌ)が、殆ど等距離である請求項３８又は請求項３９に記載の拡散スクリーン。
41. 螺線に沿う、２つの隣り合っている頂点(Ｓ)の間の弧の長さ(Ｌ)が、可変であるように構成されている請求項３８又は請求項３９に記載の拡散スクリーン。
42. 凸部の高さ及び/又は凹部の深さが、異なるように選択されている請求項３８〜請求項４１のいずれか一項に記載の拡散スクリーン。
43. 拡散スクリーンが、互いに別のものに対して回転させられている個々のフェーセットを有している請求項３１の前段に記載の拡散スクリーン。
44. 拡散スクリーンが、モンテカルロ法によって規則的な位置からオフセットされているフェーセットを有している請求項３１の前段に記載の拡散スクリーン。
45. 請求項１〜請求項３１のいずれか一項に記載の光学装置用の拡散スクリーンであって、
    前記拡散スクリーンが、定められた粒状性であって、中央領域において細かく且つ中心からの距離が増大するに従って粗くなるものを有している、
    拡散スクリーン。

Images