JPH01503576A - Concentrator for conducted light rays having optical density with large gradient, lenses with large shapes and compound lenses, and methods of manufacturing the same - Google Patents

Concentrator for conducted light rays having optical density with large gradient, lenses with large shapes and compound lenses, and methods of manufacturing the same

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JPH01503576A
JPH01503576A JP63507148A JP50714888A JPH01503576A JP H01503576 A JPH01503576 A JP H01503576A JP 63507148 A JP63507148 A JP 63507148A JP 50714888 A JP50714888 A JP 50714888A JP H01503576 A JPH01503576 A JP H01503576A
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バガーティー,ジェームズ ジェイ
タンジガー,レスリー エイ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 勾配の大きい光学的密度を有する伝導 光線用コンセントレータ、形状の大きいレンズおよび複合レンズ、並びに これらの製造方法 技術分野 本発明は、一般的に放射エネルギーを方向づける装置に関し、更に詳しくは、光 学的密度の勾配又は、3次元の屈折率を有する光学的に屈折可能な媒体を使用し た伝導光線を真中する装置および小型の光学システムに関する。[Detailed description of the invention] Conduction with large gradient optical density Light concentrators, large-form lenses and compound lenses, and These manufacturing methods Technical field TECHNICAL FIELD This invention relates generally to devices for directing radiant energy, and more particularly to devices for directing radiant energy. using an optically refractive medium with a gradient of optical density or a three-dimensional refractive index. The present invention relates to a device and a compact optical system for centering a transmitted light beam.

背景技術 入射した電磁放射線を光電池のような受光素子に気中する多くの装置が、報告さ れている0例えば、シュアン、シー、ミナノ、ヨセ、エチ、ルイツ、およびアン トニオ・ルーツによって「応用光字」主ユ、3960(1983年)に掲載され た「誘電管に浸したコレクタを有するi&艮かつ理想的な2次元コンセントレー タの設計」で、著者は、複合した抛!Ill+級形のコンセントレータの幾何学 的薬中は、誘電透過性媒体を使用してこのコンセントレータを充満した場合、屈 折率のファクターによって増加することが可能であると述べている。更に、19 78年9月19日付でローランド・ウィンストンに付与された「屈折螺体を有す る円筒状放射エネルギー指向装置」と題する米国特許第4,114.592号で 、この発明者は、エネルギー藁中モードで動作可能な、相対する屈折側面を有す る放射エネルギー伝導装置を使用し、これによって、入射領域に入射するエネル ギーは、この入射領域よりも寸法の小さい出射領域に向かい、そこに集中するこ とを説明している。ここで説明されている全ての装置は屈折壁を有している3本 発明と特に関係のあるのは、第4コラム、50−68行の第2図の議論であり、 ここでウィンストンは、入射光線を湾曲せ、その結果、装置の全長を短くするた め、勾配のある屈折率を有する非均質光学材料のを使用を説明している。この目 的を達成するのに最も適した勾配は、一般的に円筒形の装置の軸に沿ってより大 きい屈折率を有し、この屈折率がこの軸から離れるにしたがって小さくなるよう な勾配であると説明されている。これは純粋に半径方向の勾配として知られてい る。この半径方向の変化以外に光学的密度の縦方向の変化については教示されて いない。Background technology Many devices that direct incident electromagnetic radiation to a light-receiving element, such as a photovoltaic cell, have been reported to For example, Shuan, Shi, Minano, Yose, Echi, Ruiz, and Ann. Published by Tonio Roots in "Applied Light Characters", Lord Yu, 3960 (1983) An ideal two-dimensional concentrator with a collector immersed in a dielectric tube In ``The Design of Ta,'' the author describes a composite 抚! Geometry of Ill+ class concentrator When this concentrator is filled using a dielectrically permeable medium, the It states that it can be increased by the factor of refractive index. Furthermore, 19 ``Has a refracting screw'' granted to Roland Winston on September 19, 1978. No. 4,114,592 entitled "Cylindrical Radiant Energy Directing Device" , the inventor has proposed an optical system with opposing refractive sides operable in energy mode. A radiant energy transfer device is used to transfer the energy incident on the incident region. The energy flows toward the exit area, which is smaller in size than the input area, and is concentrated there. It explains. All devices described here have three refracting walls. Of particular relevance to the invention is the discussion of Figure 2 in column 4, lines 50-68, Here, Winston was able to curve the incident light beam, thereby shortening the overall length of the device. therefore, the use of non-homogeneous optical materials with graded refractive indices is described. this eye The best slope to achieve the target is generally greater along the axis of a cylindrical device. It has a high refractive index, and this refractive index decreases as it moves away from this axis. It is described as having a steep slope. This is known as a purely radial gradient. Ru. In addition to this radial change, no longitudinal change in optical density has been taught. not present.

また本発明に関係するのは、この米国特許の第3図であり、これは非均質屈折媒 体と屈折壁との組合わせを教示している。2つの媒体が示されているが一無数の 媒体が可能である。この媒体では、装置の半径の関数として光学的密度が増加す る。このような分布を使用する上述の目的は、装置全体のコストを削減すること である。すなわち、最も内側の領域には水を漏たしてもよい0例えば、第5コラ ム、64−68行および第6コラム、1−34行費照。Also relevant to the present invention is FIG. 3 of this US patent, which shows a non-homogeneous refractive medium. The combination of body and refractive wall is taught. Two mediums are shown, but there are countless medium is possible. In this medium, the optical density increases as a function of the radius of the device. Ru. The stated purpose of using such a distribution is to reduce the overall cost of the equipment. It is. That is, water may leak in the innermost area.For example, in the fifth column See column 64-68 and column 6, lines 1-34.

1980年12月23日付でローランド・ウィンストンに付与された「エネルギ ー伝導」と題する米国特許4,240.692号で、この発明者は集中モードと 放出モードで選択的に動作することのできる放射エネルギー伝導装置を開示して いる。ウィンストンの第4.114,592号の特許とは興なって、ここでは、 上述したように、ミラーで写された屈折境界面が使用され伝導およびガイド面が 異なった屈折率を有する媒体の境界に形成されている。“Energy Grant” granted to Roland Winston on December 23, 1980. In U.S. Pat. No. 4,240.692 entitled ``Conduction of Discloses a radiant energy transfer device capable of selectively operating in an emission mode There is. Continuing with the Winston patent No. 4,114,592, here: As mentioned above, the mirrored refractive interface is used to define the conductive and guiding surfaces. It is formed at the boundary between media having different refractive indices.

半径方向の光学的屈折の勾配は、プラスチックとガラスのサンプルで形成されて いる。1973年2月7日付でロバ−1−、ニス・ムアーに付与された「屈折率 の勾配を有するプラスチック光学エレメント」と題する米国特許第3.718, 383号において、発明者は、ある形状に形成された高分子マトリックスの光軸 と直角な方向に屈折率の連続した勾配を形成するため、このマトリックスに対し て希釈剤を放散することを説明している。この希釈剤と高分子材料は異なった屈 折特表千1−503576 (5) して直角な半径方向の距離に実質的に比例する屈折率の角度的に対称な半1方向 の勾配が、プラスチックのマトリックス材料よりも低い屈折率を有する希釈剤を このマトリックスの中央コアからマトリックス内に放散することによって形成さ れる。同様に、屈折率が半径の外方向に減少しなければならない正のレンズの場 合、プラスチック・ロッドの外部から内側方向への希釈剤の放散が必要である。Radial optical refraction gradients formed in plastic and glass samples There is. “Refractive index” granted to Roba-1-, Nis Muir on February 7, 1973. U.S. Pat. No. 3,718, entitled "Plastic Optical Element with a Gradient of No. 383, the inventor describes the optical axis of a polymer matrix formed into a certain shape. for this matrix to form a continuous gradient of refractive index in the direction perpendicular to It explains that the diluent is dispersed by This diluent and polymeric material have different Special table 11-503576 (5) an angularly symmetric half-direction with an index of refraction that is substantially proportional to the radial distance perpendicular to The gradient of the diluent has a lower refractive index than the plastic matrix material. formed by radiating into the matrix from the central core of this matrix. It will be done. Similarly, for a positive lens whose refractive index must decrease outward in the radius, In this case, it is necessary to diffuse the diluent from the outside of the plastic rod towards the inside.

1975年1月7日付でミツジ、ヨシャガワに対して付与された「屈折率の勾配 を有する光学ガラス体」に対する米国特許第ml、859.103号において、 この発明者は、ガラスに含まれているタリウム−イオンを外部アルカリ金属イオ ンによって代替した結果得られるガラス体の中実軸からこのガラス体の周囲の表 面に対して連続的に減少する屈折率の製作について説明している。Tl2Oを含 有するガラスが選択されたが、その理由は、タリウム・イオンがガラスに高い屈 折率を与えるからである。必要なイオンの代替を行うプロセスは、ガラスの物体 を十分な放散が発生ずるのに十分なだけの時間選択された溶融塩に接触させるこ とである。N=N (1−ar2)の関係にしたがう屈折率の分布がガラス棒の 中で生じたが、ここでrは半径方向の中心からの距離であり、aは正の定数であ り、Noはガラス体の中実軸に対して直角なこのガラス体の断面の中心における 屈折率である。“Refractive index gradient” granted to Mitsuji and Yoshagawa on January 7, 1975. In U.S. Pat. No. ml, 859.103 for ``Optical Glass Body with The inventor proposed that the thallium ions contained in the glass be replaced by external alkali metal ions. From the solid axis of the glass body obtained as a result of substitution by The fabrication of a continuously decreasing refractive index for a surface is described. Contains Tl2O The glass was selected because thallium ions have a high reactivity with the glass. This is because it gives a refractive index. The process of replacing the necessary ions is carried out using glass objects. contact with the selected molten salt for a sufficient period of time for sufficient dissipation to occur. That is. The refractive index distribution according to the relationship N=N (1-ar2) is the distribution of the glass rod. , where r is the distance from the radial center and a is a positive constant. and No is at the center of the cross section of this glass body perpendicular to the solid axis of the glass body. It is the refractive index.

1977年10月11日イ寸でスチュアート、イー、ミラーに付与された「分散 の少ない光ファイバーJと題する米国特許第4.053,204号および197 8年2月28日にフランク・ビンセント・グイマルセ口およびジョン・チャール ス・ウィリアムスに付与された「勾配のついた屈折率を有する光ファイバー」と 題する米国特許第4.076.380号において、発明者は、勾配のついた屈折 率を有する光ファイバーを開示しているが、この光ファイバーは、これを通過す る光のパルスの分散特性を改善するため、反復的に変化する不連続な縦方向の領 域内での半径方向での勾配を有している。前者の特許の場合、これらの領域は、 光学的な屈折率が一定の材料の各層の厚さを変化させることによって達成され、 後者の特許の場合、異なった屈折率を有する層が光ファイバーの長手方向に沿っ て螺旋形に配設されている。いずれの光ファイバーにおいても、これらの屑を形 成するため化学気相法が使用される。“Dispersion Award” granted to Stuart, Yi and Miller on October 11, 1977. No. 4,053,204 and 197, entitled Optical Fiber J with Less Frank Vincent Guimarse and John Charles on February 28, 2008 ``Optical fiber with a gradient refractive index'' given to Williams No. 4,076,380 entitled U.S. Pat. discloses an optical fiber having a Iteratively varying discontinuous longitudinal regions are used to improve the dispersion properties of pulses of light. It has a gradient in the radial direction within the area. For the former patent, these areas are The optical index of refraction is achieved by varying the thickness of each layer of a constant material; In the case of the latter patent, layers with different refractive indices are used along the length of the optical fiber. They are arranged in a spiral shape. In any optical fiber, these debris are Chemical vapor phase methods are used to achieve this.

1987年9月29日付けでシュン、ハラトリおよびシゲユキ、スダに付与され なr屈折率分布型レンズを有する投影装置」に対する米国特許第4.696゜5 52号において、これらの発明者は、対称物を照明する照明システムおよび対称 物の像を投影するための屈折率分布型レンズを有する投影装置を開示している。Granted to Shun, Haratori, Shigeyuki, and Suda on September 29, 1987. U.S. Patent No. 4.696゜5 for ``Projector Apparatus Having a Gradient Index Lens'' In No. 52, these inventors describe a lighting system for illuminating a symmetrical object and a symmetrical A projection device having a gradient index lens for projecting an image of an object is disclosed.

らの距離の2乗に実質的に比例する屈折率の分布とこの光軸の方向に単調に変化 する屈折率の分布を有している。このレンズの特徴は、長さが約18mm、直径 が0.5mm<光軸に対して直角)の寸法、および0゜05未満の屈折率の変化 にある。The refractive index distribution is substantially proportional to the square of the distance between the two and changes monotonically in the direction of this optical axis. It has a refractive index distribution of The features of this lens are approximately 18mm in length and diameter. is 0.5 mm <perpendicular to the optical axis) and a change in refractive index of less than 0°05 It is in.

本明細嘗の目的のため、「光軸Jという用語を本発明の屈折物質を通って内側に 伸び、光の通路に使用されるこの物質の入射面および出射面の両方を通過する仮 想iII線を意味するものとして定義する0本発明の選択された実施例に対して 2つ以、ヒの光軸が存在する可能性があるが、一般的に、この先軸は材料の幾何 学的な対称性によってに画成される。いずれの場合でも、屈折物質の屈折率の変 化は光軸に対して形成される。For purposes of this specification, the term "optical axis J" will be used to refer to A temporary that stretches and passes through both the entrance and exit surfaces of this material used for the passage of light. For selected embodiments of the invention, the line is defined as meaning There may be more than one optical axis, but in general this first axis depends on the geometry of the material. is defined by scientific symmetry. In either case, the change in the refractive index of the refractive material is formed relative to the optical axis.

また本明細嘗の目的のため、我々は、「双方向の勾配」という用語を通常相互に 直交する2つの方向の各々に沿って生ずる屈折率の勾配として定義する。最債に 、[光jという用語は、赤外線から可視光線を通って紫外線に至る周波数スペク トルの!離放射線として定義される。Also, for purposes of this specification, we use the term "bidirectional gradient" to refer to It is defined as the gradient of refractive index that occurs along each of two orthogonal directions. most in debt , [The term light j refers to the frequency spectrum from infrared through visible light to ultraviolet light. Toru's! Defined as faraway radiation.

これらの特許文献および科学技術文献から著しく欠落しているものは、伝導され た光を集中させる、またはこの光を方向づける、またはこれらの両方を行う装置 に関する記述、および屈折率の変化の方向に実質的な厚さを有する3次元で変化 する屈折率を有する装置に関する記述である。更に、屈折率がかなりの程度に変 化し軸方向のかなりの程度の寸法にわたって光学的密度の分布が単調に変化する ことについては説明されていない、上記したハフトリ等は双方向に勾配が変化す る屈折率を有するレンズを開示しているが、このレンズには、ここで使用されて いる用語としての実質的な厚さがなく、ここで使用されている用語としての実質 的な屈折率の変化がない。Conspicuously missing from these patent and scientific and technical literatures are the a device that concentrates light, directs this light, or both and the refractive index varies in three dimensions with substantial thickness in the direction of variation. This is a description of a device having a refractive index of . Furthermore, the refractive index changes considerably. The distribution of optical density varies monotonically over a significant axial dimension. This is not explained in the above-mentioned haft tree, etc., where the slope changes in both directions. discloses a lens having a refractive index of Substantial thickness as the term is used here There is no change in the refractive index.

したがって、本発明の目的は、屈折率に大きな勾配、すなわち、少なくとも0. 1の勾配を有し、かつ大きな形状、すなわち光軸と直角な方向に少なくとも約5 mmの大きさを有する光線指向装置を提供することである。It is therefore an object of the present invention to obtain a large gradient in the refractive index, i.e. at least 0. 1 and a large shape, i.e. at least about 5 in the direction perpendicular to the optical axis. The object of the present invention is to provide a beam directing device having a size of mm.

本発明の他の目的は、現存する装置よりも大きなゲインを有する非追跡型伝導光 線コンセントレージョンおよび収萬装置を提供することである。Another object of the present invention is to provide non-tracking conducted light with greater gain than existing devices. The purpose of the present invention is to provide line concentration and aggregation equipment.

本発明の更に他の目的は、現存する装置よりも小さくかつ軽量の伝導光学システ ムを提供することである。Yet another object of the present invention is to create a transmission optical system that is smaller and lighter than existing devices. The aim is to provide a

本発明の更に他の目的は、広範な許容角度を有する非追跡型伝導太陽エネルギー 収集装置を提供することである。Yet another object of the present invention is to provide non-tracking conducted solar energy with a wide range of tolerance angles. The objective is to provide a collection device.

本発明の他の目的は、伝導光線のイメージ縮小装置または拡大装置を提供するこ とである。Another object of the invention is to provide an image reduction or enlargement device for conducted light beams. That is.

本発明の更に池の目的は、大きな双方向の勾配を有する一体fllI31のガラ ス製品を製造するプロセスおよび特表千1−503576 (6) るプロセスを提供することである。A further object of the present invention is to create an integral flI31 glass structure with a large bi-directional slope. Process of manufacturing products and special table 1,1-503576 (6) The goal is to provide a process for

本発明の他の目的は、複合レンズとして協動する少なくとも2つの個別のレンズ によって与えられる伝導特性と同じ伝導特性を1個の一体化されたレンズで生じ させることである。Another object of the invention is to provide at least two individual lenses cooperating as a compound lens. produces in one integrated lens the same conduction properties as given by It is to let

本発明のこれら以外の目的、効果および新規な特徴は、部分的には以下の説明に よって明らかになり、部分的には当業者が下記の説明を検討することによって明 らかになり、または本発明を実行することによって習得されるであろう0本発明 の目的および効果は、特に添付の特許請求の範囲で開示されている装置とその組 み合わせによって実現し達成されることができる。Other objects, advantages and novel features of the invention are set forth in part in the following description. Therefore, it will become clear, and in part, it will be clear to a person skilled in the art after considering the following explanation. 0 This invention that will become clear or be acquired by carrying out the invention The objects and effects of It can be realized and achieved through combination.

の 云 ここで実施され広範囲に説明されるように1本発明の目的にしたがって、上述お よびその他の目的を達成するため、光線指向装置が提供され、この装置は、屈折 率に双方向の勾配のついた伝導性屈折材料を有している。このような光線指向装 置の実例は、レンズ、コンセントレータなどのイメージおよび非イメージ装置を 含んでいる。The clouds In accordance with the objectives of the present invention, as carried out and extensively described herein, the above-mentioned and and other purposes, a beam directing device is provided, which device It has a conductive refractive material with a bidirectional gradient in index. Such a beam directing device Examples of equipment include imaging and non-imaging devices such as lenses, concentrators, etc. Contains.

本発明の光線指向装置の特徴は、屈折率に大きな勾配のあることである。大きな 勾配、すなわち相当程度の勾配とは、少なくとも約0.1の屈折率の変化をZ味 する。更に、これらの装置は、0.3を超える屈折率の勾配を有することも可能 であり、更に0.5というような屈折率の勾配を有する従来技術によるガラス製 品では今迄開いたことのない値を有するようにすることも可能である。A feature of the beam directing device of the present invention is that there is a large gradient in the refractive index. big A gradient, ie, a significant gradient, is defined as a change in refractive index of at least about 0.1. do. Furthermore, these devices can also have refractive index gradients greater than 0.3. and furthermore, made of glass according to the prior art having a gradient of refractive index such as 0.5. It is also possible for the product to have a value that has never been used before.

本発明の光線指向装置の別の特徴は、大きな形状、すなわち光軸に直角な方向に 少なくとも約5mmの寸法を有して製造された装置の実質的な厚さである。Another feature of the light beam directing device of the invention is its large shape, i.e. the direction perpendicular to the optical axis. The substantial thickness of the manufactured device has dimensions of at least about 5 mm.

本発明の1実施例において、本発明の非追跡型伝導光線コンセントレータは、一 般的に平坦な入射面および出射面を有すると共に双方向に屈折率の勾配を有す有 する伝導性屈折材料を含み、この勾配は光軸と直角な方向で一般的に変化すると 共に、屈折媒体の入射面から出射面の方向でこの光軸に対して平行な方向に一般 的に変化する。mつかの状況では、この屈折材料は、入射面に入射し、屈折材料 によって入射面に指向されたエネルギーが、屈折材料の出射面に実質的に指向さ れるように輪郭を設けられた側壁としての反射境界を有してもよい、同様に、こ の反射境界は、入射面と出射面との境界は伸びる光軸を中心として対称的に配設 された対向面であり、屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい領域を有す る装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられてもよい。In one embodiment of the invention, the non-tracking conducted beam concentrator of the invention comprises: Generally, it has flat entrance and exit surfaces and has a refractive index gradient in both directions. containing a conductive refractive material with a gradient that varies generally perpendicular to the optical axis Both are generally parallel to this optical axis in the direction from the entrance surface to the exit surface of the refractive medium. change. In some situations, this refractive material is incident on the plane of incidence and the refractive material The energy directed to the input surface by is effectively directed to the exit surface of the refractive material. Similarly, this may have reflective boundaries as side walls contoured to The reflective boundary of , the boundary between the entrance surface and the exit surface is arranged symmetrically around the extending optical axis. The incident surface has a larger area than the exit surface due to the refractive material. It may be generally contoured to form a device that is

本発明の他の実施例において1本発明の非追跡型伝導光線コンセントレータ装置 は、一般的に平坦な入射面および出射面を有すると共に、その屈折率の双方向の 勾配のついた伝導性屈折材料を含み、この勾配は。In another embodiment of the invention, a non-tracking conducted beam concentrator device of the invention generally has flat entrance and exit surfaces, and its refractive index is bidirectional. The gradient includes a conductive refractive material with a gradient.

光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に屈折媒体の入射面から出射面の方向 でこの先軸と平行な方向に一般的に増加する。generally decreases in the direction perpendicular to the optical axis and from the entrance surface to the exit surface of the refractive medium. generally increases in the direction parallel to this axis.

本発明の他の特徴において、本発明の目的と目標にしたがって、イメージ縮小装 置またはイメージ拡大装置は伝導性屈折材料を有し、この伝導性屈折材料は一般 的に平坦な入射面と出射面を有すると共に、屈折率の双方向の傾斜を有し、この 傾斜は、それぞれ、光軸に対して直角な方向に一般的に減少または増加し、入射 面から光軸の長さの約1/2の位置の範囲で屈折媒体の入射面から出射面に向か う方向でこの先軸に対して、それぞれ一般的に増加または減少し、更に光軸のほ ぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光軸から半 径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有している。1!っか の状況では、この屈折材料は、その光軸に沿って実質的に一定の屈折率を有して もよい。In other features of the invention, in accordance with the objects and objectives of the invention, an image reduction device is provided. The device or image magnifier has a conductive refractive material, which is generally It has a flat entrance surface and exit surface, as well as a bidirectional slope of the refractive index. The tilt generally decreases or increases in the direction perpendicular to the optical axis, respectively, and the incident From the incident surface of the refractive medium toward the exit surface within a range of approximately 1/2 the length of the optical axis from the surface. generally increases or decreases, respectively, with respect to this forward axis in the direction of Directions along the optical axis and halfway from the optical axis in the range from approximately the center position to the exit surface of the device. It has substantially opposite changes in refractive index in both radially apart directions. 1! Huh? In this situation, this refractive material has a substantially constant refractive index along its optical axis. Good too.

本発明の他の特徴において1本発明の目的と目標にしたがって、双方向に勾配の ついた屈折率を有する製品を製造するプロセスは、ガラス状で減少する屈折率と 同一の膨張係数を有する一連の粉末化されたガラスのサンプルを製造する工程、 選択された形状を有するるるつぼの底部領域に最大の屈折率または最小の屈折率 を有する粉末ガラス・サンプルの一部を載置する工程、このサンプルを機械的に 圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒管を使用して、るつぼの 壁と最大屈折率または最小屈折率を有する粉末ガラス・サンプル層の上で始まる このるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、形成された環状領 域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続層を形成し、各層 の上に次の層が設けられる前に、この各層を機械的に圧縮する工程であって、各 層はその直ぐ下の層の屈折率よりも小さい屈折率または大きい屈折率を有するガ ラス粉末によってそれぞれ構成され、最小の屈折率または最大の屈折率を有する 粉末ガラス・サンプルが環状領域の最上部層をそれぞれ占めるところの前記の工 程、円筒管を取り外す工程、中央の空間に最大の屈折*または最小の屈折率を有 する粉末ガラス・サンプルをそれぞれ充満させ、このサンプルを機械的に圧縮す る工程、このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアブセンブリを。In other features of the invention, in accordance with the objects and objectives of the invention, The process of manufacturing products with a glassy, decreasing refractive index producing a series of powdered glass samples having the same coefficient of expansion; Maximum or minimum refractive index in the bottom region of the crucible with the selected shape The process of placing a part of a powdered glass sample with a The process of compressing the crucible using a cylindrical tube with a thin wall thickness and a selected outer diameter Start on the wall and powder glass sample layer with maximum or minimum refractive index The process of forming an annular region between the center space of the crucible, the formed annular region Form successive layers of powdered glass sample each having a selected height in the area, each layer The process of mechanically compressing each layer before the next layer is applied on top of the The layer is made of a glass having a refractive index less than or greater than the refractive index of the layer directly below it. Each is composed of lath powder and has a minimum refractive index or a maximum refractive index. The above process where the powdered glass samples each occupy the top layer of the annular region In the process of removing the cylindrical tube, the center space has the maximum refraction* or the minimum refraction index. Fill each sample with a powdered glass sample and mechanically compress the sample. The process of assembling the powdered glass samples produced in this way.

使用されている粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時 間加熱する工程、溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する 工程、および溶融ガラスをるつぼから取り外す工程を有している。中間の屈折率 を有するガラス粉末は、最大の屈折率および最小の屈折率を有する粉末ガラス材 料の混合物から得られることが望ましい。When the temperature is selected to be above the maximum softening temperature of the powdered glass sample being used. The process of heating the molten glass for a period of time and cooling the molten glass at a rate that results in a significant degree of annealing. and removing the molten glass from the crucible. medium refractive index A glass powder with a maximum refractive index and a powder glass material with a minimum refractive index Preferably, it is obtained from a mixture of materials.

本発明の利点および効果は、同様の現存する装置よりも大きいコンセントレージ ョンと小さい全体の寸法を有する非追跡型伝導光線コンセントレータおよび指向 装置を提供すること、および現在の複合レンズの機能を達成するインターフェー スを使用しない単独レンズを設計する能力を提供することである。更に、本発明 のプロセスによって、屈折率に大きな変化を有する一体構造のガラス製品が提供 される。The advantages and effects of the present invention include greater concentration than similar existing devices. non-tracking conducted ray concentrators and directors with large dimensions and small overall dimensions. providing equipment and interfaces to achieve the functionality of current compound lenses. The objective is to provide the ability to design single lenses without the use of Furthermore, the present invention The process provides monolithic glass products with large changes in refractive index. be done.

図面の簡単な説明 本明細書に含まれ、本明細書の一部を形成し、この説明と共に本発明の4つの実 施例を示す添付図は、本発明の詳細な説明するのに役立つ、以下で行う議論は円 筒対称および更に一般的な形状のトラフに対して質的に当てはまるものであるが 、単純化のため全てのゲインはトラフ形状に対して引用されているものである。Brief description of the drawing The four embodiments of the invention are included in and form part of this specification, and together with this description. The accompanying drawings, illustrating examples, serve to provide a detailed explanation of the invention, and the discussion that follows will be omitted. Although qualitatively applicable to troughs with cylinder symmetry and more general shapes, , all gains are quoted for the trough shape for simplicity.

第1図は、本発明のプロセス(第1a図)にしたがヮて製造されたガラスのサン プルを通過するHeNeレーザー放射線のディジタル化されたカメラのイメージ から引き出されたトレースを均質なガラスのサンプル〈第1b図)を通過するH eNeレーザーの放射線の同様に引き出されたイメージと比較して示す。Figure 1 shows a sample of glass produced according to the process of the invention (Figure 1a). Digitized camera image of HeNe laser radiation passing through the pull The trace drawn from H is passed through a homogeneous glass sample (Fig. 1b). A comparison is shown with a similarly derived image of the eNe laser radiation.

コンセントレータの対称軸に沿い、その軸に沿った任意の5つの点の位置におけ る、その対称軸がらの距離に屈折率が依存することを示すために選択したアルゴ リズムの関数の形をグラフで示している。第2a図は、3!!続的に段階を設は 勾配をつけて選択されたコンセントレータの形状の軸に沿って選択された5つの 点の位置を示し、第2b図は、レンズの対称軸がらの半径方向の距離の関数とし てのこれらの位置における屈折率の値を示すが、このレンズの対称軸はまた、そ の先軸でもある。このアルゴリズムは、本発明の理解を助けるため、以下で示さ れる計算された曲線の幾つがで使用されたが、これ以外の関数の形でも改良され たコンセントレータの特性を与えることができる。along the axis of symmetry of the concentrator, at any five points along that axis. The algorithm chosen to show the dependence of the refractive index on the distance from its axis of symmetry The shape of the rhythm function is shown graphically. Figure 2a shows 3! ! Continuously set up stages 5 selected along the axis of the concentrator shape selected with a slope Figure 2b shows the position of the point as a function of radial distance from the axis of symmetry of the lens. the refractive index values at these positions, but the axis of symmetry of this lens is also It is also the core of This algorithm is shown below to aid in understanding the invention. Some of the calculated curves were used in , but other functional forms have also been improved. The characteristics of the concentrator can be given as follows.

第38図ないし第3c図は、同じ物理的な寸法を有し以下で円錐形と円筒形とを 組合わせたエレメントと呼ばれる一連の円錐形と円筒形の断面を有する屈折エレ メントを通る光の通nのコンピューターで作成した比較を示す、第3a図は、均 質な屈折率を有する材料で作られたれた屈折エレメントを説明し、第3b図は純 粋に半径方向に傾斜した屈折率を有する屈折エレメントを説明し、第3c図は1 0°の入射光線に対して上に示した第2図のアルゴリズムにしたがう双方向の屈 折率を有する同じ形状のエレメントを説明する。計算されたゲインは、それぞれ 、1.3±0.1.4゜第4a図ないし第4e図は、抛物線上の断面を有する屈 折エレメントのグループのコンピュータで作成した比較を示し、第4f図ないし 第4g図は、特定の3次元の形状における勾配のプロフィルの実例を示す。Figures 38 to 3c have the same physical dimensions and are hereinafter referred to as conical and cylindrical. A series of refractive elements with conical and cylindrical cross sections called combined elements Figure 3a shows a computer-generated comparison of the passage of light through the Figure 3b illustrates a refractive element made of a material with a high refractive index; FIG. Bidirectional bending according to the algorithm shown in Figure 2 above for an incident ray of 0°. Elements of the same shape with refractive indices are described. The calculated gains are respectively , 1.3±0.1.4° Figures 4a to 4e show curves with cross sections on the parabolic line. A computer-generated comparison of groups of folding elements is shown in Figures 4f to 4f. Figure 4g shows an example of a gradient profile in a particular three-dimensional shape.

第4a[2は均質な屈折率を有する屈折エレメントを説明し、第4b区は屈折率 が純粋に半径方向に分布した類似の形状の屈折エレメントを説明し、第4all は10°の入射光に対して第2図に示すアルゴリズムにしたがって変化する双方 向の屈折率を有する屈折エレメントを説明する。計算されたゲインは、それぞれ 、2.9±0.1.4.1±0.1、および6.9±0.1である。第4d12 は、第4c区の屈折エレメントの屈折率の分布と同じ屈折率の分布について抛物 線の形状を有するエレメントの屈折境界壁の形状を若干変化することの効果と示 す、このゲインは8.5±0.12増加する。第4e図は、抛物線上の屈折境界 壁を有する均質な屈折率の屈折エレメントにたいして屈折率を増加する効果を示 す、このゲインは、期待通りに増加する(事実3.9土0.1)、第4f図は、 3次元の円錐形の第4a[lないし第4e図のエレメントの全ての勾配のプロフ ィルを示す、第5gl!lは、トラフ形に引き伸ばされた第4a図ないし第4e 図のエレメントの全ての勾配のプロフィルを示す。Section 4a [2 describes a refractive element with a homogeneous refractive index, Section 4b describes a refractive index describes a similarly shaped refractive element with a purely radial distribution, and the fourth all are both values that change according to the algorithm shown in Figure 2 for incident light at 10°. A refractive element having a refractive index in the direction will be described. The calculated gains are respectively , 2.9±0.1, 4.1±0.1, and 6.9±0.1. 4th d12 is the same refractive index distribution as the refractive index distribution of the refractive element in section 4c. Effect and demonstration of slightly changing the shape of the refractive boundary wall of an element with a line shape This gain increases by 8.5±0.12. Figure 4e shows the refraction boundary on the parabola The effect of increasing the refractive index on a homogeneous refractive index refractive element with walls is shown. This gain increases as expected (in fact 3.9 and 0.1), and Figure 4f shows that Profiles of all the slopes of the elements of the 3D conical shape 4a[l to 4e] 5th gl showing the il! 4a to 4e stretched into a trough shape. Shows the gradient profiles of all the elements in the figure.

第5a図は、円錐形の断面を有すると共に1通常のに示すアルゴリズムにしたが う複合双方向屈折率を有する屈折エレメントのコンピューターで作成した答を示 す、この複合屈折エレメントは、7.0±0.1の計算されたゲインを有するイ メージ縮小装置として動作する。Figure 5a has a conical cross section and follows the algorithm shown in 1. The computer-generated solution for a refractive element with a complex bidirectional refractive index is shown below. This compound refractive element has a calculated gain of 7.0±0.1. Acts as an image reducer.

第6a区および第6b図は、屈折率の縦方向の勾配の影響を識別する目的のため の円筒形の断面を有する2つの屈折エレメントのコンピューターで作成した比較 を示す、第6a図は、純粋に半径方向の屈折率の勾配を有する屈折エレメントを 説明し、第6b図は双方向の屈折率の分布を有する同様の形状の屈折エレメント を説明する。これらの2つの図に対する半径方向の屈折率の勾配は同じ様に選択 された。Sections 6a and 6b are for the purpose of identifying the effect of the longitudinal gradient of the refractive index. Computer-generated comparison of two refractive elements with cylindrical cross-sections of Figure 6a shows a refractive element with a purely radial index gradient. 6b shows a similarly shaped refractive element with bidirectional refractive index distribution. Explain. The radial index gradients for these two figures are chosen similarly. It was done.

El f−めの のノ 簡単に説明すれば、本発明は選択された屈折率の勾配を有するガラス製の光指向 装置すなわち光伝導装置の製造プロセス、および双方向(光軸に対して半径方向 および縦方向に)または3次元のいずれかで選択された屈折率の勾配を有する製 品を教示する。このような製品は、光学産業、光フアイバー産業および太陽エネ ルギー技術産業において種々の用途を有し、その目的は、単一の一体的なレンズ を使用して、光をファイ特表千1−503576 (8) の光を気中させて光電池のようなエネルギーを島台させる。またはエネルギーを 変換させる、またはその両方を行う装置に光を^中またはその方向に光を向ける ため、複合レンズ・システムを設計することであり、本発明の装置には種々の用 途がある。Elf-meno no no Briefly, the present invention provides a light directing device made of glass having a selected refractive index gradient. The manufacturing process of the device, i.e. the photoconductive device, and the bidirectional (radial direction relative to the optical axis) fabricated with a selected refractive index gradient either in the longitudinal direction) or in three dimensions. teach the goods. Such products are used in the optical industry, fiber optic industry and solar energy industry. It has various applications in the energy technology industry, the purpose of which is to produce a single integral lens. Use the phi special table 1-503576 (8) It emits light into the air and emits energy like a photovoltaic cell. or energy direct light into or toward a device that converts or both The purpose of this invention is to design a compound lens system, and the device of the present invention can be used in a variety of applications. There is a way.

本発明の好適な実施例に対して詳細な説明を行うが。A detailed description will now be given of a preferred embodiment of the invention.

それらの実施例の例は添付図に示されている。さて図面に転じて、第1al1g は、本発明のプロセスにしたがって製造されたガラスのサンプルを通過するHe Neレーザのデジタル化されたカメラのイメージから得られたトレースを示す、 ヘリウム・ネオン・レーザからの光線10は、断面で示され、その屈折率が双方 向に勾配を有する(半径方向および縦方向に)断面で示した場合はぼ長方形の屈 折ガラス・エレメントを通過するにしたがって1曲線12となる。媒体内におけ る光線kKの進行方向は、屈折材料の表面の性質とは関係なしに制御することが できる。出射光30は、T!L&i的に進行する。この挙動は、第1b図に示す 均質なガラスのサンプル二を通過するHeNeレーザー放射線の同様にして得ら れたトレースと比較される。この均質なガラス・サンプルを通過する光線上ユは 湾曲しないことが明らかである0本発明のプロセスにしたがって製造されたサン プルに個別の境界が存在するという証拠はない。Examples of these embodiments are shown in the accompanying figures. Now, turning to the drawings, 1st al1g is He passing through a sample of glass produced according to the process of the present invention. Showing a trace obtained from a digitized camera image of the Ne laser, A beam of light 10 from a helium neon laser is shown in cross section and its refractive index is both When shown in cross section with a slope in the direction (radially and longitudinally), it is a nearly rectangular bend. As it passes through the folded glass element, it becomes one curve 12. within the medium The traveling direction of the light ray kK can be controlled independently of the surface properties of the refractive material. can. The emitted light 30 is T! It progresses like L&I. This behavior is shown in Figure 1b. A similarly obtained sample of HeNe laser radiation passing through a homogeneous glass sample compared to the trace that was created. The light beam passing through this homogeneous glass sample is 0 Sunglasses manufactured according to the process of the present invention which are clearly not bent. There is no evidence that separate boundaries exist for pull.

屈折率が双方向に勾配を有している屈折装置の望ましい特性の例として調査され た屈折率の関数の形は次に示される。The index of refraction has been investigated as an example of a desirable property for a refractor with a gradient in both directions. The form of the refractive index function is shown below.

r+−a−b* [x/B (z) ] 2 傘[1−z/D(tot)]、  (1) ここで、Xは屈折率エレメントの選択された光軸からの距離であり2はこの先軸 に沿った距離であり、2=0はこのエレメントの入射面に位置し、aは最大屈折 率であり、bは屈折率に所定の最大の差(a−b)を与えるように選択され、B (z>は屈折率エレメントの境界の関数によって示された形であり、D (to t)は特定の効果を達成するようにレンズの設計者が2方向にレンズを0頭する ことを可能にする調整可能なパラメーターである0円筒対称性を有するレンズの 場合、等式1の関数の形によって、屈折率は3次元的に表されることを述べなけ ればならない、はぼトラフの形を有する非追跡型太陽熱コンセントレータは有用 な形状であるが、その理由は、温度帯における太陽の季節的な変化が約45°で あるのに対し、この季節的な変化に対して直角な方向の日々の変化は180°で あるからである。したがって、このような形状を有するコンセントレータの構造 では、実質的な屈折率材料が節約可能である。このような場合、等式1は一般的 にトラフの長軸であるものに対して、直角なこのトラフの断面すなわち対称面の 屈折率の変化を説明している。r+-a-b* [x/B (z)] 2 umbrella [1-z/D (tot)], (1) where X is the distance from the selected optical axis of the refractive index element and 2 is the distance from the selected optical axis. , where 2=0 is located at the plane of incidence of this element and a is the maximum refraction where b is selected to give a predetermined maximum difference (a-b) in the refractive index, and B (z> is the form given by the function of the boundary of the refractive index element, and D (to t) The lens designer positions the lens in two directions to achieve a specific effect. of a lens with zero cylindrical symmetry, which is an adjustable parameter that allows It must be stated that the refractive index is expressed three-dimensionally by the form of the function in Equation 1. A non-tracking solar concentrator with a hollow trough shape is useful if The reason for this is that the seasonal change of the sun in the temperature zone is about 45 degrees. On the other hand, the daily change in the direction perpendicular to this seasonal change is 180°. Because there is. Therefore, the structure of a concentrator with such a shape In this case, substantial refractive index material can be saved. In such cases, Equation 1 becomes general The cross section of this trough at right angles to what is the long axis of the trough, i.e. the plane of symmetry. Explains changes in refractive index.

円筒形と円錐形の組み合わせの伝導コンセントレータについて等式1で説明した アルゴリズムの関数の形をグラフで示す、第2a図は、選択されたコンセントレ ータの形状の光軸に沿って選択された5つの点の位置を示し、第2b図は、レン ズの光軸からの半径方向の距離の関数としてのこれらの位置における屈折率の値 を示す、上述したように、光軸は、一般的に円筒形のレンズの対称軸+ I−ラ フの対称軸または単に屈折エレメントを通過する光線の通路を形成するために選 択された軸である0図示のアルゴリズムは、本発明の理解を助けるために全後出 てくる計算された曲線の全てで使用されたが、他の関数の形も他の所望のコンセ ン1〜レータおよび複合レンズの特性を与えることができる。Equation 1 describes a conduction concentrator with a combination of cylindrical and conical shapes. Figure 2a, which graphically illustrates the functional form of the algorithm, Figure 2b shows the positions of five points selected along the optical axis of the shape of the lens. The value of the refractive index at these locations as a function of the radial distance from the optical axis of the As mentioned above, the optical axis is generally the axis of symmetry of a cylindrical lens + I-L axis of symmetry or simply to form a path for the rays to pass through the refractive element. The selected axis is 0. were used in all of the calculated curves, but other function shapes can also be used with other desired concepts. It is possible to give the characteristics of lens 1 to lens and compound lens.

本発明を一般的に説明したが、かなりの寸法を有し、第1式に示される屈折率の 変化を近似している伝導された光を気中する屈折エレメントを製造する下記の特 定の例が本発明を更に示すものとして与えられている。Although the present invention has been described generally, it has considerable dimensions and a refractive index shown in Equation 1. The following characteristics are used to produce a refractive element that refracts the conducted light while approximating the change: Certain examples are given to further illustrate the invention.

複数のレンズで椙成された複合レンズシステムの特性を有する一体レンズを製造 するためには基本的に同じプロセスを適用することが可能である。Manufactures an integrated lens that has the characteristics of a compound lens system made up of multiple lenses. Basically the same process can be applied to do so.

え−一一旦 一体楕遣のガラスのサンプルで制御されたプロフィルを有する双方向に勾配のあ る屈折率を作るため、異なった特性を有する2つのガラスの組成が得られた。Eh, once in a while Bi-directionally sloped glass sample with controlled profile. Two glass compositions with different properties were obtained to create a refractive index of

各ガラスは、350のブリット(Grit)・サイズに粉砕された調合物(fr it)の形をしていた。第1のガラスすなわち、鉗−ホウ酸ガラスは基本的に下 記の酸化物すなわち、鉛酸化物ホウ素酸化物、およびアルミ酸化物から構成され た。このガラスは微細化剤として使用される添加物と共に少量のシリコン酸化物 。Each glass is made of a blend (fr) ground to a Grit size of 350. It was in the shape of ``it''. The first glass, that is, the forceps-borate glass is basically It consists of the following oxides, namely lead oxide, boron oxide, and aluminum oxide. Ta. This glass contains a small amount of silicon oxide along with an additive used as a refining agent. .

カルシウム酸化物およびナトリウム酸化物を含有していた。このガラスは、スベ ツシャリティー・ガラス会社(フィラデルフィア州オールズマンから胴入された 。Contains calcium oxide and sodium oxide. This glass is smooth. Tsharity Glass Company (acquired by Oarsman, Philadelphia) .

屈折率は1.97であり、軟化温度は350℃であり、熱膨張係数は10102 X10−7/am/”Cであった。第2のガラス、すなわちナトリウム・ホウケ イ酸ガラスは主として下記の酸化物すなわち二酸化シリコン、酸化ホウ素、酸化 ナトリウム、酸化アルミおよび酸化カリウムによって構成された。この第2ガラ スはまた少量の酸化カルシウムと酸化nを含有していた。The refractive index is 1.97, the softening temperature is 350°C, and the coefficient of thermal expansion is 10102 X10-7/am/”C.The second glass, namely sodium porcelain Iric acid glass is mainly made of the following oxides: silicon dioxide, boron oxide, Composed of sodium, aluminum oxide and potassium oxide. This second gala The solution also contained small amounts of calcium oxide and n-oxide.

このガラスは、同様にスペツシャリティー・ガラス会社から購入された。このガ ラスの屈折率は1.57であり、軟化温度は950℃であり、熱膨張係数は97 X10 7cm/cm/’Cであった。This glass was also purchased from Specialty Glass Company. This moth The refractive index of the lath is 1.57, the softening temperature is 950°C, and the coefficient of thermal expansion is 97. X10 7cm/cm/'C.

粉末にされたガラスは、重量を基準にして混合され、下記のように符号をつけら れた。The powdered glass is mixed by weight and labeled as follows: It was.

#l 屈折率1.97のガラス1.00%特表千1−503576 (g) #2 Fp、折率1.97のガラス90%、屈折率1.57のガラス10% #3 屈折率1.97のガラス80%、屈折率1.57のガラス20% #4 屈折率1.97のガラス70%、屈折率1.57のガラス30% #5 屈折率1.97のガラス60%、屈折率1.57のガラス40% #6 屈折犯1.97のガラス40%、屈折率1.57のガラス60% #7 Etfr率1.97のガラス30%、屈折率1.57のガラス70% #8 屈折率1.97のガラス20%、屈折率1.57のガラス80% #9 屈折率1.97のガラス10%、屈折率1.57のガラス90% #10 屈折率1.57のガラス100%#1のガラス粉末的1mlが、25m 1の容量、3cmの上部直径、 2cmの底部直径、および4cmの高さを有す る一般的に円筒形のプラチナと金の合金でできたるつぼの底に入れられた、この 粉末は、突き棒を使用して圧縮された。約2cmの外径を有する肉厚の薄い円筒 状のスリーブが次にるつぼ内に配設され、その結果、これは圧縮された#1のガ ラスの層の上【二同じ直線になった。このスリーブは、次に連続する番号のガラ スの混合物の各々約0.5ccの連続する層で取囲まれ、各々の混合物は次に大 きい番号のガラスの混合物が付加される前に約0.4cmの高さに機械的に圧縮 された。このるつぼは、#10のガラス粉末が加えられて圧縮された場合、はぼ 一杯になった。このスリーブは2次に取外され中心部は、#1のガラスの粉末で 満たされ、その圧縮された高さは最終的に#10の粉末のレベルと同じになった 。これらのガラス粉末の屈折率は、これらのガラスの成分のパーセンテージに従 って変化することが期待され、その結果、これによって作られた混合物を溶解す ることによって屈折率が双方向に勾配を有することが期待された。fi最終的勾 配は、軸の部分における1、97の高さからこのサンプルの外部における低い値 まで変化し、サンプルの上部からその底部へと増加する。このるつぼは電気キル ン内に載置され、ガラス粉末の表面に吸収されたガスをWI御しながら放出する ため徐々に1000℃に加熱された。このサンプルは約10時間この温度に保持 された。使用されているるつぼの全体の寸法にしたがって、より長い時間または より短い時間が採用され、サンプルが大きい場合には、より長い時間が採用され た。この温度は、使用された全てのガラスが焼きなましされるよう十分遅い速度 で下げられた。一般的ンプルがM温に違した後、これはるつぼから取外された。#l Glass 1.00% with refractive index 1.97 Special table 11-503576 (g) #2 Fp, 90% glass with refractive index 1.97, 10% glass with refractive index 1.57 #3 80% glass with a refractive index of 1.97, 20% glass with a refractive index of 1.57 #4 70% glass with a refractive index of 1.97, 30% glass with a refractive index of 1.57 #5 60% glass with a refractive index of 1.97, 40% glass with a refractive index of 1.57 #6 40% glass with a refractive index of 1.97, 60% glass with a refractive index of 1.57 #7 30% glass with Etfr ratio 1.97, 70% glass with refractive index 1.57 #8 20% glass with a refractive index of 1.97, 80% glass with a refractive index of 1.57 #9 10% glass with a refractive index of 1.97, 90% glass with a refractive index of 1.57 #10 1ml of 100% #1 glass powder with a refractive index of 1.57 is 25m It has a capacity of 1, a top diameter of 3cm, a bottom diameter of 2cm, and a height of 4cm. This metal is placed in the bottom of a typically cylindrical platinum-gold alloy crucible. The powder was compacted using a tamper. A thin-walled cylinder with an outer diameter of approximately 2 cm. A shaped sleeve is then placed within the crucible so that it contains the compressed #1 gas. On the layer of lath [two lines became the same]. This sleeve will contain the next consecutive numbered each mixture is surrounded by successive layers of about 0.5 cc each, and each mixture is then surrounded by a large Mechanically compressed to a height of approximately 0.4 cm before adding the graded glass mixture It was done. This crucible will melt when #10 glass powder is added and compacted. It's full. This sleeve is removed secondarily and the center is filled with #1 glass powder. filled and its compressed height was finally the same as the level of #10 powder . The refractive index of these glass powders depends on the percentage of the components of these glasses. is expected to change, and as a result, the resulting mixture is dissolved. It was expected that the refractive index would have a gradient in both directions. fi final slope The distribution ranges from a height of 1,97 in the axial section to a lower value outside of this sample. and increases from the top of the sample to its bottom. This melting pot is electric kill The gas absorbed on the surface of the glass powder is released while controlling the WI. Therefore, it was gradually heated to 1000°C. This sample was held at this temperature for approximately 10 hours. It was done. longer time or depending on the overall dimensions of the crucible used. A shorter time is used; if the sample is large, a longer time is used. Ta. This temperature is slow enough that all the glass used is annealed. It was lowered. After the common sample reached temperature M, it was removed from the crucible.

このガラスは、サンプルの上部に小さなりラックを作っただけで、るつぼの壁か ら容易に取り外された。This glass can be placed on the wall of the crucible by simply creating a small rack on top of the sample. It was easily removed.

この領域は研削によって除去された。平坦な入射面および出射面(サンプルの上 部および底部)は、また研磨によって作られた。研r!ji後のこのガラスのサ ンプルの大きさは厚みが約2.5cm、上部の直径が約2゜5cm、底部の直径 が約2.0cmであった。This area was removed by grinding. Flat entrance and exit surfaces (above the sample) part and bottom part) were also made by polishing. Ken r! This glass sa after ji The size of the sample is approximately 2.5 cm thick, the diameter of the top is approximately 2.5 cm, and the diameter of the bottom is approximately 2.5 cm. was approximately 2.0 cm.

サンプルが大形の場合、発明者が屈折率の変化を洒定するために使用できる方法 が今のところ存在しないため、屈折率の正確な分布はめられなかった。しかし、 上で説明した方法にしたがって製造されたガラスのサンプルの硬度は、このガラ スの中心から半径の外方向にほぼ単調に増加し、このサンプルの軸と平行な方向 でこのサンプルに沿って、しかしこのサンプルの軸から離れて下方向にほぼ単調 に減少している。この挙動は予期されたものであるが、その理由は、より高い屈 折率を有するガラスはより低い屈折率を有するガラスよりもより低い硬度を有し ているからである。この製品の軸に沿った屈折率はほぼ一定である。Methods that inventors can use to determine changes in refractive index when samples are large The exact distribution of the refractive index could not be determined because it does not currently exist. but, The hardness of a sample of glass produced according to the method described above is increases approximately monotonically outward in the radius from the center of the sample, parallel to the axis of this sample. along this sample, but approximately monotonically downward away from the axis of this sample has decreased to This behavior is expected, but the reason is that higher A glass with a lower refractive index has a lower hardness than a glass with a lower refractive index. This is because The refractive index along the axis of this product is approximately constant.

上で説明したように、本発明のプロセスにしたがって製造された製品には、観察 できる程度の境界は存在しない、したがって、屈折率の勾配に対して事実上何ら かの関数的な形を有する屈折エレメントは、適当なガラス・サンプルを選択する ことによって容易に製造することができる、もし特定のアルゴリズムに密接に近 似していることが望ましければ、多くの中間の屈折率を有するガラスを使用する ことができる。更に、中間の屈折率を有するガラスが、より大き゛い屈折率とよ り小さい屈折率を有する粉末ガラスを適切な比率で組合わせることによって、こ のようなガラスから製造されることが可能であり、この適切な比率は、最初のガ ラスの個々の屈折率と実質的に直線的な方法における所望の中間屈折率に関係し ている。As explained above, products manufactured according to the process of the invention include the observation There is no limit to the extent that A refractive element with a functional shape is selected by selecting a suitable glass sample. can be easily manufactured by If similarity is desired, use many glasses with intermediate refractive indices. be able to. Furthermore, glasses with intermediate refractive indices can be This can be achieved by combining powder glasses with a smaller refractive index in an appropriate ratio. can be manufactured from glass such as related to the individual refractive index of the lath and the desired intermediate refractive index in a substantially linear manner. ing.

特定の用途における調合物の層の数は、ガラスの溶融に対する抵抗と希望する屈 折率の変化(勾配)によって決まる。2つの構成物が分離する傾向のある場合、 またはより大きな勾配が希望される場合には、異なった屈折率を有するより多く の層が必要とされる。El!台物を溶解することによって製造することのできる 光軸に対して直角方向に最も薄い製品は約5mmであると見積もられている。The number of layers in a formulation in a particular application depends on the resistance of the glass to melting and the desired bending. Determined by the change in refractive index (gradient). If two constructs tend to separate, or more with different refractive indices if a larger gradient is desired. layers are required. El! Can be manufactured by melting the base The thinnest product perpendicular to the optical axis is estimated to be approximately 5 mm.

双方向に勾配のついた屈折率を有する屈折エレメントの性質を一層良く理解する ため、コンピューターのモデルが開発され、これによって、このエレメントの入 射面に入射する光線の通路を種々のパラメータに対して目視可能に表示すること ができる。この光に追従してできる光線の通路は、ムーア(J、Opt、S。Better understand the properties of refractive elements with bidirectionally graded refractive index Therefore, a computer model was developed that allowed input of this element. Visually displaying the path of the rays incident on the incident surface for various parameters Can be done. The path of the light ray that follows this light is described by Moore (J, Opt, S.

c、Am、且、1195 (1975))によって開特表千1−503576  (10) の等式の解は、屈折率のプロフィルの半径方向の導関数および方位角の導関数の 両方を考慮した正確な数値アルゴリズムによって実行された。yJ査された種々 の形状および屈折率の分布に対する利点を表す数字は、下記の式によって与えら れるゲインすなわちコンセントレージョン・ファクターである。c, Am. (10) The solution to the equation is the radial and azimuthal derivatives of the refractive index profile. It was performed by an exact numerical algorithm that takes both into account. yJ-examined various The numbers representing the advantages for the shape and refractive index distribution are given by the equation below: This is the gain or concentration factor.

ゲイン;(入射領域/出射領域)* (到達数/入射数)、 (2) ここで到達数は、実際に出射面に到達した光線の数であり、光線の入射角によっ て屈折エレメントから反射される数が相当数ある。ここで報告されている計算さ れたゲインは、全てトラフ形状に対するものである。Gain; (Input area/Output area)* (number of arrivals/number of incidences), (2) Here, the number of arrivals is the number of rays that actually reached the exit surface, and it depends on the angle of incidence of the rays. There is a significant number of reflections from the refractive element. The calculations reported here All gains given are for trough shapes.

円筒対称である装置の場合、ゲインはもつと高くなる。For devices with cylindrical symmetry, the gain is higher.

したがって、相対的なゲインは−これらのシステムに対して更にπ著になる。Therefore, the relative gain is - much more significant for these systems.

利点を表す他の数字は、入射光線の角度の変化に伴う出カスボッ)−のシフ)・ である、調査された全ての状況においてこの出カスボットは所定の形状と光学的 密度の範囲に対して、双方向の勾配のある場合に、flもシフトしなかった。純 粋に半径方向に分布している鳩舎にシフトは一層大きい0例えば、以下の第6図 に対する議論を讐照のこと、したがって、屈折率が軸方向に変化していることに よる有益な効果は、光の入射角度が変化するにしたがって、出射する光が非常に 遠く出力ビームのシフトを制御することが効果的である状況が存在する可能性が あるといわなければならない。Another figure expressing the advantage is the shift of the output beam as the angle of the incident ray changes. In all situations investigated, this output robot has a predetermined shape and optical For a range of densities, fl also did not shift in the presence of bidirectional gradients. Pure For pigeonholes with a purely radial distribution, the shift is even greater. For example, in Figure 6 below. The argument for contrast is that the refractive index is changing in the axial direction. The beneficial effect is that as the angle of incidence of the light changes, the emitted light becomes very There may be situations where it is effective to control the shift of the output beam far away. I have to say that there is.

本発明の装置によってこのような制御を実行することが可能になる。光学システ ムおよびレンズを設計する場合のこの別の自由度は、我々の発明の重要な特徴を 表わしている0区面に戻って、双方向勾配を発生するために使用されたアルゴリ ズムは、最適化されたものではなく、屈折率の範囲およびコンセントレータまた は複合レンズの大きさおよび形状は、最適な性能を得るように研究されたもので はない、コンセントレータまたは複合レンズを設計する場合には、種々の考慮が 必要であり、これには希望するスポットの大きさや、2つを識別するための伝導 プロセスにおける吸収量の削減などがある。屈折エレメントの形状は入射角度が 小さい場合には、重要ではないことが分っているが、その理由は、鋭角の場合に は、境界部分に当たる光が殆どないからである。同じ理由で、入射角が小さい場 合には屈折コーテングも必要ではない、実際屈折コーテングは殆どの場合必要で はない、内部反射の合計に対する角度を超過しない限り、殆どの光線は屈折エレ メントによって失われない、更に、光学分野の当業者にとってこの開示を読めば 、我々の発明は、曲面を有する入口および出口を使用し場合、更に有効な他の特 W4’;3 a図ないし第3C図は、−組の円錐形と円筒形の断面によって形成 される屈折ニレメンl−uを通過する光の通路のコンピュータによって作成した 比較を示す、第3a図は、均質な屈折率を有する材料で作られた屈折エレメント を説明し、第3b図は、純粋に半径方向に勾配のついた屈折率を有する屈折エレ メントを説明し、第3C図は、入射角10°に対して上述した第2図で示される アルゴリズムにしたがって、双方向の屈折率を有する同様の形状のエレメントを 説明している。出ロセルL旦の大きさは、入射角が通常士10°の場合に、屈折 エレメントに当たる全ての光がこの屈折エレメントから反射することのないよう に選択されている。計算されたゲインは、それぞれ。The device of the invention makes it possible to carry out such control. optical system This additional degree of freedom in designing systems and lenses makes the key features of our invention Returning to the 0-section surface we are representing, the algorithm used to generate the bidirectional gradient is The refractive index range and concentrator or The size and shape of the compound lens have been studied to obtain optimal performance. There are various considerations when designing a concentrator or compound lens. This includes the desired spot size and the conductivity needed to distinguish between the two. This includes reducing absorption in the process. The shape of the refractive element depends on the angle of incidence. It turns out that it is not important for small cases, but the reason is that in the case of acute angles, This is because almost no light hits the boundary area. For the same reason, when the angle of incidence is small, Refractive coatings are not necessary in most cases; in fact, refractive coatings are not necessary in most cases. Most rays are refracted by the refractive element unless the angle for the sum of internal reflections is exceeded. Furthermore, upon reading this disclosure, those skilled in the optics field will understand that , our invention has other features that are even more effective when using inlets and outlets with curved surfaces. W4'; Figures 3a to 3C are formed by a set of conical and cylindrical cross sections. A computer-generated path of light passing through the refraction element l-u FIG. 3a shows a comparison of refractive elements made of a material with a homogeneous refractive index. Figure 3b shows a refractive element with a purely radially graded refractive index. FIG. 3C is shown in FIG. 2 above for an angle of incidence of 10°. According to the algorithm, similarly shaped elements with bidirectional refractive index are Explaining. The size of the output cell L is the refraction when the incident angle is normally 10°. Make sure that all light hitting the element does not reflect off this refractive element. has been selected. The calculated gains are respectively.

1.3±0.1.4.1±0.1、および6.9±0.1である。第3a図に示 す装置では、7本の光が逃げているが、第3図のこれ以外の装置では、逃げる光 は一本も存在しない。1.3±0.1, 4.1±0.1, and 6.9±0.1. Shown in Figure 3a. In the device shown in Figure 3, seven strands of light escape, but in the other devices shown in Figure 3, only 7 rays of light escape. Not a single one exists.

第43図ないし第4e図は、抛物線の断面を有する屈折エレメント1互のグルー プのコンピュータで作成した比較を示す、第4atlは、均質な屈折率を有する 屈折エレメントを説明し、第4b図は、純粋に半径方向の屈折率の分布を有する 同様の形状の屈折エレメントを説明し、第4C図は、10度の入射光に対して第 ・2図で説明するアルゴリズムにしたがって変化する双計算されたゲインは、そ れぞれ2.9±0.1.4.1±0.1、および6.9±0.1である。第4d 図は、第4c図の屈折エレメントの屈折率の分布と同じ分布を有する抛物線の断 面を有するエレメントの反射境界壁の形状を若干変更することによって得られる 効果を示す、このゲインは8.5土0.1に増加する。第4ellは、抛物線の 反射境界壁を有する屈折率の均質な屈折エレメントに対してこの屈折率を増加す る場合の効果を示す、このゲインは期待通りに増加する(事実3.9±O,l) 、第4a図に示す装置では、3本の光線が逃げたが、第4図のその他の装置では 逃げた光線はなかった。Figures 43 to 4e show a group of refractive elements each having a parabolic cross section. The fourth atl has a homogeneous refractive index. FIG. 4b illustrates a refractive element with a purely radial index distribution. Fig. 4C illustrates a refractive element of similar shape, and shows the ・The bicalculated gain that changes according to the algorithm explained in Figure 2 is They are 2.9±0.1, 4.1±0.1, and 6.9±0.1, respectively. 4th d The figure shows a section of a parabolic line having the same distribution of refractive index as that of the refractive element in Figure 4c. Obtained by slightly changing the shape of the reflective boundary wall of the element with a surface Effectively, this gain increases to 8.5 to 0.1. The 4th ell is the parabolic line. Increasing this refractive index for a homogeneous refractive index refractive element with reflective boundary walls This gain increases as expected (fact 3.9±O,l) , in the device shown in Fig. 4a, three rays escaped, but in the other devices in Fig. 4, No rays escaped.

第4f図および第4g図は、3次元における第48図ないし第4e図の全ての勾 配のプロフィルを示す。Figures 4f and 4g show all the slopes of Figures 48 to 4e in three dimensions. Shows the profile of the person.

第4flZは、垂直線を中心として勾配のプロフィルを回転させることによって 得られる3次元の円錐形の物体を示す、第4g図は、勾配のプロフィルをこれに 対して直角な軸に沿って変換することによって得られる3次元のトラフ形状の物 体を示す。The fourth flZ is created by rotating the gradient profile around the vertical line. Figure 4g shows the resulting three-dimensional conical object by applying a gradient profile to it. A three-dimensional trough-shaped object obtained by transforming along an axis perpendicular to Show your body.

第5a図は、円錐形の断面を有する屈折ニレメン)・28のコンピューターで作 成された答および通常の入射口に対して第5b図に示すように逆転された第2区 に示すアルゴリズムによる複合双方向屈折率を示す。FIG. The obtained answer and the second section reversed as shown in Figure 5b for the normal entrance aperture. Composite bidirectional refractive index according to the algorithm shown in is shown.

複合屈折エレメントは、計算されたゲイン7.0±0゜1を有するイメージ縮小 装置として動作する。The compound refractive element reduces image reduction with a calculated gain of 7.0 ± 0°1. Operates as a device.

特表千1−503576 (11) 第6a図および第6b図は、屈折率の縦方向の勾配の効果を識別する目的のため 、円筒形の断面を有する2つの屈折エレメントユ」、のコンピューターで作成し た比較を示す、第6a図は、純粋に半径方向に勾配のついた屈折率を有する屈折 エレメントを説明し、第6b図は、双方向に分布する屈折率を有する同様の形状 の屈折エレメントを説明している。これら2つの図面の半径方向の屈折率の勾配 は同じになるように選択され、下記に示す関数の形を有している。Special Table Sen1-503576 (11) Figures 6a and 6b are for the purpose of identifying the effect of longitudinal gradients of refractive index. , two refractive elements with cylindrical cross-sections, Figure 6a shows a comparison of the refractive index with purely radially graded refractive index. Figure 6b illustrates a similar shape with a bidirectionally distributed index of refraction. describes the refractive element. Radial index gradient in these two drawings are chosen to be the same and have the form of the function shown below.

n==A(z>+B (z)傘x2 (3)ここで、AとBは2、すなわち円筒 軸に沿った距離の関数であり、Xはこの軸から測定された半径である。n==A(z>+B (z) umbrella x2 (3) Here, A and B are 2, that is, a cylinder It is a function of distance along the axis, where X is the radius measured from this axis.

純粋に半径方向の屈折率の焦点の大きさは直径が約0.0353 (0,14イ ンチ)であり、出口面先立は直径が約0.233 (0,91インチ)であり、 焦点スポットは0.193cm (0,7フインチ)だけシフトしている。双方 向の勾配に対する同様のパラメーターはそれぞれ0.0453(0,18インチ )と0.1933<0.7フインチ)であり、焦点スポットは0.15cn ( 0,59インチ)だけシフトしている。この軸に沿った屈折率の勾配を使用する ことによって、2つの効果が生じることが観察できる。第1にスポットの大きさ が若干増加する。さらに大切なことは、入射光線の入射角度が+10°から一1 0°に変ある。これは、光のコンセントレータとして使用された場合、屈折率の ゲイン全体に影響を与える。これら2つのエレメントに対するゲインは、それぞ れ本発明の光線指向装置は、たとえば2光学産業、光フアイバー産業および太陽 エネルギー技術産業等で、光線をファイバーに接続し、角度的に大きく変化して いるソースから光電池のようなエネルギー収電、またはエネルギー変換、または それらの両方を行う装置に光を集中しその方向に光を指向するために、皐−の一 体的なレンズを使用した複合レンズ・システムを設計する目的のため、程々の用 途を有している。The size of the purely radial refractive index focus is approximately 0.0353 (0.14 inch) in diameter. inch), and the exit face has a diameter of approximately 0.233 (0.91 inch); The focal spot is shifted by 0.193 cm (0.7 finch). both The similar parameters for the slope in the direction are 0.0453 (0.18 in. ) and 0.1933<0.7 finch), and the focal spot is 0.15cn ( 0.59 inches). Use a gradient of refractive index along this axis It can be observed that this results in two effects. First, the size of the spot increases slightly. More importantly, the angle of incidence of the incident ray is from +10° to -11°. There is something wrong with 0°. When used as a light concentrator, it has a refractive index of Affects overall gain. The gains for these two elements are The beam directing device of the present invention can be used, for example, in the optical industry, the fiber optic industry and the solar industry. In the energy technology industry, for example, light beams are connected to fibers and energy harvesting, such as photovoltaic cells, or energy conversion from sources that are In order to concentrate the light on a device that does both of these things and direct the light in that direction, For the purpose of designing compound lens systems using physical lenses, We have a way to go.

本発明の幾つかの好適な実施例に関する上記の説明は、図示と説明のなめに行わ れたものである。したがって、本発明をここに開示した正確な形態に限定するこ とを1+2するものではなく明らかに多くの変更と変形が上記の教示に照らして 可能である。たとえば、光軸に直角な方向に伝播している軸方向および半径方向 に勾配のついた屈折率を有するトラフ形状のコンセントレータもまた本発明の範 囲内である。他の例として、湾曲した入射面および出射面と協動し伝導用光学装 置に対して双方向または3次元的に勾配のついた屈折率を使用することによって 本発明の可能な用途の範囲が増加する。これらの実施例は本発明のWpJとその 実際上の用途を最もよく明らかにするために選択され説明されたものであり、こ れによって当業者は本発明を種々の実施例および検討されている特定の用途に対 して最適な種々の変形で利用することが可能である0本発明の範囲は添付の請求 の範囲によって規定されるべきである。The foregoing description of some preferred embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It is something that was given. Therefore, the invention should not be limited to the precise form disclosed herein. Clearly, many modifications and variations can be made in light of the above teachings, rather than a 1+2 It is possible. For example, axial and radial directions propagating perpendicular to the optical axis Trough-shaped concentrators with a refractive index gradient are also within the scope of the invention. It is within the range. As another example, transmission optics may be used in conjunction with curved entrance and exit surfaces. By using a bidirectionally or three-dimensionally graded index of refraction with respect to the The range of possible applications of the invention is increased. These examples are based on the WpJ of the present invention and its It has been selected and described to best clarify its practical application; This will enable those skilled in the art to understand the invention in its various embodiments and specific applications contemplated. The scope of the present invention is defined by the appended claims. should be defined by the range of

Fig、 1b。Fig, 1b.

Fig、 3c。Fig, 3c.

Fiq、 4b。Fiq, 4b.

Fia、 6a。Fia, 6a.

国際調査報告international search report

Claims (62)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.光軸、入射面および出射面を有し、光軸が入射面と出射面を通過する伝導性 屈折材料によって構成され、更に(a)その伝導性屈折材料の屈折率の双方向の 勾配であって、光軸と直角の方向に変化すると共に屈折媒体の入射面から出射面 の方向でこの光軸に平行な方向に変化するところの勾配および(b)光軸と直角 の方向に少なくとも約5mmの最小幅を有する光線指向装置。1. Conductivity that has an optical axis, an entrance surface, and an exit surface, and the optical axis passes through the entrance surface and the exit surface. (a) bidirectional refractive index of the conductive refractive material; A gradient that changes in the direction perpendicular to the optical axis and from the entrance surface to the exit surface of the refractive medium. (b) the gradient that varies in the direction parallel to this optical axis and (b) perpendicular to the optical axis. a beam directing device having a minimum width of at least about 5 mm in the direction of . 2.入射面が一般的に平坦である、ところの請求項1記載の光線指向装置。2. A beam directing device according to claim 1, wherein the entrance surface is generally planar. 3.出射面が一般的に平坦である、ところの請求項1記載の光線指向装置。3. A beam directing device according to claim 1, wherein the exit surface is generally planar. 4.入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項1記載の光 線指向装置。4. The light of claim 1, wherein both the entrance surface and the exit surface are generally flat. Line directing device. 5.半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項1記載の光線 指向装置。5. The ray of claim 1, wherein the radial gradient is a generally monotonic gradient. Directional device. 6.半径方向の勾配が一般的に2次関数の形を有す、ところの請求項1記載の光 線指向装置。6. 2. The light of claim 1, wherein the radial gradient generally has the form of a quadratic function. Line directing device. 7.縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項1記載の光線指 向装置。7. The ray finger of claim 1, wherein the longitudinal gradient is a generally monotonic gradient. direction equipment. 8.半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、ところ の請求項1記載の光線指向装置。8. Where both the radial and longitudinal slopes are generally monotonic slopes, A beam directing device according to claim 1. 9.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請求 項1記載の光線指向装置。9. Claims in which the refractive material has substantially cylindrical symmetry about the optical axis. The light beam directing device according to item 1. 10.屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項1記載の光線 指向装置。10. A ray according to claim 1, wherein the refractive index is substantially constant along the optical axis. Directional device. 11.光線用コンセントレータによつて構成される、ところの請求項1記載の光 線指向装置。11. The light according to claim 1, wherein the light is constituted by a light beam concentrator. Line directing device. 12.勾配が光軸と直角の方向で一般的に減少し、光軸と平行な方向で一般的に 増加する、ところの請求項11記載の光線指向装置。12. The gradient generally decreases in the direction perpendicular to the optical axis and generally decreases in the direction parallel to the optical axis. 12. The beam directing device according to claim 11, wherein the beam directing device increases. 13.入射面に入射し、前記屈折材料によって上記の入射面に指向されたエネル ギーが上記の屈折材料の出射面に実質的に指向されろように輪郭を設けられた反 射境界によって更に構成され、ところの請求項12記載の光線指向装置。13. energy incident on a plane of incidence and directed to said plane of incidence by said refractive material; a refractor contoured such that energy is directed substantially toward the exit face of the refractive material; 13. The beam directing device of claim 12, further comprising a radiation boundary. 14.前記反射境界が入射面と出射面との境界に伸びる光軸を中心として対称的 に配設された対向面であり、前記屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい 領域を有する装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられている、ところの 請求項13記載の光線指向装置。14. The reflective boundary is symmetrical about the optical axis extending to the boundary between the entrance surface and the exit surface. , and the incident surface is larger than the exit surface due to the refractive material. The area is generally contoured so that a device with a region is formed. A beam directing device according to claim 13. 15.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項14記載の光線指向装置。15. The refractive material has substantially cylindrical symmetry about the optical axis. 15. The light beam directing device according to claim 14. 16.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に面対称であり、この面対称は 上記の屈折材料を通って伝播して一般的にトラフの形状の装置を形成する、とこ ろの請求項14記載の光線指向装置。16. The refractive material has substantially plane symmetry about the optical axis, and this plane symmetry is propagating through the refractive material described above to form a generally trough-shaped device; The light beam directing device according to claim 14. 17.前記反射境界が、反射材料によってコーティングされている、ところの請 求項14記載の光線指向装置。17. The reflective boundary is coated with a reflective material. 15. The light beam directing device according to claim 14. 18.イメージ縮小装置によって構成される、ところの請求項1記載の光線指向 装置。18. The ray directing according to claim 1, constituted by an image reduction device. Device. 19.勾配が光軸と直角の方向で一般的に減少すると共に入射面から出射面の方 向で光軸の長さの約1/2の長さの位置迄光軸と平行な方向で一般的に増加し、 光軸のほぼ中央の位置から上記の装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方 向と光軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有する 、ところの請求項18記載の光線指向装置。19. The gradient generally decreases in the direction perpendicular to the optical axis and increases from the entrance surface to the exit surface. generally increases in the direction parallel to the optical axis to a position about 1/2 the length of the optical axis in the direction, Along the optical axis in the range from approximately the center of the optical axis to the exit surface of the above device have substantially opposite changes in refractive index both in the direction and in the direction radially away from the optical axis , but the light beam directing device according to claim 18. 20.イメージ拡大装置によって構成される、ところの請求項1記載の光線指向 装置。20. The beam directing according to claim 1, constituted by an image magnification device. Device. 21.勾配が光軸と直角の方向で一般的に増加し、入射面から光軸の長さの約1 /2の長さの範囲で屈折媒体の入射面から出射面に向かう方向で光軸と平行に一 般的に減少し、光軸のほぼ中央の位置から上記の装置の出射面に至までの範囲で 光軸に沿った方向と光軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を 実質的に有する、ところの請求項18記載の光線指向装置。21. The gradient generally increases in the direction perpendicular to the optical axis, approximately 1 optical axis length from the plane of incidence. /2, parallel to the optical axis in the direction from the entrance surface to the exit surface of the refractive medium. generally decreases over a range from approximately the center of the optical axis to the exit surface of the above device. Opposite changes in refractive index both along the optical axis and radially away from the optical axis 19. A beam directing device according to claim 18, comprising substantially the following. 22.光軸、入射面および出射面を有し、光軸が入射面と出射面を通過する伝導 性屈折材料によって構成され、更に(a)その伝導性屈折材料の屈折率の双方向 の勾配であって、光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に屈折媒体の入射面 から出射面の方向でこの光軸に平行な方向に一般的に増加するところの勾配およ び(b)光軸と直角の方向に少なくとも約5mmの最小幅を有する非追跡型伝導 光線用コンセントレータ。22. Conduction has an optical axis, an entrance surface, and an exit surface, and the optical axis passes through the entrance surface and the exit surface. (a) bidirectional refractive index of the conductive refractive material; The gradient of and the slope which generally increases in the direction of the exit surface from and parallel to this optical axis and (b) non-tracking conduction having a minimum width of at least about 5 mm in a direction perpendicular to the optical axis. Concentrator for light beams. 23.入射面が一般的に平坦である、ところの請求項22記載の光線用コンセン トレータ。23. 23. The light outlet of claim 22, wherein the entrance surface is generally flat. Traitor. 24.出射面が一般的に平坦である、ところの請求項22記載の光線用コンセン トレータ。24. 23. The light outlet of claim 22, wherein the exit surface is generally flat. Traitor. 25.入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項22記載 の光線用コンセントレータ。25. Claim 22, wherein both the entrance surface and the exit surface are generally flat. Concentrator for light rays. 26.入射面に入射し、上記の屈折材料によって前記入射面に指向されたエネル ギーが上記の屈折材料の出射面に実質的に指向されるように輪郭を設けられた反 射境界によって更に構成される、ところの請求項22記載の光線用コンセントレ ータ。26. Energy incident on an incident surface and directed to said incident surface by said refractive material a refractor contoured so that energy is directed substantially toward the exit face of the refractive material; The light beam concentrator according to claim 22, further comprising a radiation boundary. Data. 27.前記反射境界が入射面と出射面との境界に伸びる光軸を中心として対称的 に配設された対向面であり、前記屈折材料によって入射面が出射面よりも大きい 領域を有する装置が形成されるように一般的に輪郭を設けられている、ところの 請求項26記載の光線用コンセントレータ。27. The reflective boundary is symmetrical about the optical axis extending to the boundary between the entrance surface and the exit surface. , and the incident surface is larger than the exit surface due to the refractive material. The area is generally contoured so that a device with a region is formed. A light concentrator according to claim 26. 28.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項27記載の光線用コンセントレータ。28. The refractive material has substantially cylindrical symmetry about the optical axis. 28. The light concentrator according to claim 27. 29.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に面対称であり、この面対称は 上記の屈折材料を通って伝播して一般的にトラフの形状の装置を形成する、とこ ろの請求項27記載の光線用コンセントレータ。29. The refractive material has substantially plane symmetry about the optical axis, and this plane symmetry is propagating through the refractive material described above to form a generally trough-shaped device; The light concentrator according to claim 27. 30.前記反射境界が、反射材料によってコーティングされている、ところの請 求項27記載の光線用コンセントレータ。30. The reflective boundary is coated with a reflective material. 28. The light concentrator according to claim 27. 31.半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項22記載の 光線用コンセントレータ。31. 23. The radial gradient of claim 22, wherein the radial gradient is a generally monotonic gradient. Concentrator for light beams. 32.半径方向の勾配が一般的に2次関数の形を有する、ところの請求項31記 載の光線用コンセントレータ。32. 32. The radial gradient of claim 31, wherein the radial gradient generally has the form of a quadratic function. Concentrator for light rays. 33.縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項22記載の光 線用コンセントレータ。33. 23. The light of claim 22, wherein the longitudinal gradient is a generally monotonous gradient. Line concentrator. 34.半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項22記載の光線用コンセントレータ。34. This means that both the radial and longitudinal slopes are generally monotonic. The light concentrator according to claim 22. 35.屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項22記載の光 線用コンセントレータ。35. 23. The light of claim 22, wherein the refractive index is substantially constant along the optical axis. Line concentrator. 36.入射面および出射面を有し、かつ(a)伝導性屈折材料の屈折率の双方向 の勾配であって、光軸と直角の方向に一般的に減少すると共に、入射面から出射 面の方向で光軸の長さの約1/2の位置迄光軸と平行な方向で一般的に増加し、 光軸のほぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光 軸から半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を実質的に有する上記の 双方向の勾配、および(b)光軸と直角の方向に少なくとも約5mmの最小幅を 有する上記の伝導性屈折材料によって構成されることを特徴とするイメージ縮小 装置。36. having an entrance surface and an exit surface, and (a) bidirectional refractive index of the conductive refractive material; The gradient of generally increases in the direction parallel to the optical axis up to about 1/2 the length of the optical axis in the direction of the surface, Direction and light along the optical axis in the range from approximately the center of the optical axis to the exit surface of the device The above having substantially opposite changes in refractive index in both directions radially away from the axis bidirectional slope, and (b) a minimum width of at least about 5 mm in the direction perpendicular to the optical axis. Image reduction characterized in that it is constituted by the above-mentioned conductive refractive material having Device. 37.入射面が一般的に平坦である、ところの請求項36記載のイメージ縮小装 置。37. 37. The image reduction device of claim 36, wherein the entrance surface is generally flat. Place. 38.出射面が一般的に平坦である、ところの請求項36記載のイメージ縮小装 置。38. 37. The image reduction device of claim 36, wherein the exit surface is generally flat. Place. 39.入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項36記載 のイメージ縮小装置。39. Claim 36, wherein both the entrance surface and the exit surface are generally flat. image reduction device. 40.前記屈折材料は、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項36記載のイメージ縮小装置。40. The refractive material has substantially cylindrical symmetry about the optical axis. 37. The image reduction device according to claim 36. 41.半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項36記載の イメージ縮小装置。41. 37. The radial gradient of claim 36, wherein the radial gradient is a generally monotonic gradient. Image reduction device. 42.半径方向の勾配が一般的に2次関数の形を有する、ところの請求項41記 載のイメージ縮小装置。42. 42. wherein the radial gradient generally has the form of a quadratic function. Image reduction device included. 43.縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項36記載のイ メージ縮小装置。43. 37. The method according to claim 36, wherein the longitudinal gradient is a generally monotonous gradient. Image reduction device. 44.半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項36記載のイメージ縮小装置。44. This means that both the radial and longitudinal slopes are generally monotonic. 37. The image reduction device according to claim 36. 45.屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項36記載のイ メージ縮小装置。45. 37. The lens of claim 36, wherein the refractive index is substantially constant along the optical axis. Image reduction device. 46.(a)伝導性屈折材料の屈折率の双方向の勾配であって、光軸と直角の方 向に一般的に増加すると共に、屈折媒体の入射面から出射面の方向で入射面から 光軸の長さの約1/2の長さの範囲の光軸と平行な方向で一般的に減少し、光軸 のほぼ中央の位置から装置の出射面に至までの範囲で光軸に沿った方向と光軸か ら半径方向に離れる方向の両方で屈折率の逆の変化を更に実質的に有するところ の勾配、および(b)光軸と直角の方向に少なくとも約5mmの最小幅を有する 伝導性屈折材料によって構成されるイメージ拡大装置。46. (a) Bidirectional gradient of the refractive index of a conductive refractive material, the direction perpendicular to the optical axis generally increases in the direction from the entrance surface to the exit surface of the refractive medium. It generally decreases in the direction parallel to the optical axis within a length range of about 1/2 of the optical axis length, and the optical axis The direction along the optical axis and the optical axis in the range from approximately the central position to the exit surface of the device. furthermore has substantially opposite changes in refractive index in both directions radially away from and (b) a minimum width of at least about 5 mm in a direction perpendicular to the optical axis. An image magnification device constructed of conductive refractive material. 47.入射面が一般的に平坦である、ところの請求項46記載のイメージ拡大装 置。47. 47. The image magnification device of claim 46, wherein the entrance surface is generally flat. Place. 48.出射面が一般的に平坦である、ところの請求項46記載のイメージ拡大装 置。48. 47. The image magnifying device of claim 46, wherein the exit surface is generally flat. Place. 49.入射面と出射面との両方が一般的に平坦である、ところの請求項46記載 のイメージ拡大装置。49. Claim 46, wherein both the entrance surface and the exit surface are generally flat. image enlarger. 50.前記屈折材料が、光軸を中心として実質的に円筒対称である、ところの請 求項46記載のイメージ拡大装置。50. The refractive material has substantially cylindrical symmetry about the optical axis. 47. The image enlarging device according to claim 46. 51.半径方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項46記載の イメージ拡大装置。51. 47. The radial gradient of claim 46, wherein the radial gradient is a generally monotonic gradient. Image magnifier. 52.半径方向の勾配が一般的に2次関数の形を有する、ところの請求項51記 載のイメージ拡大装置。52. 52. The radial gradient of claim 51, wherein the radial gradient generally has the form of a quadratic function. Image enlarger included. 53.縦方向の勾配が一般的に単調な勾配である、ところの請求項46記載のイ メージ拡大装置。53. 47. The method according to claim 46, wherein the longitudinal gradient is a generally monotonous gradient. Image magnifier. 54.半径方向の勾配と縦方向の勾配の両方が一般的に単調な勾配である、とこ ろの請求項46記載のイメージ拡大装置。54. This means that both the radial and longitudinal slopes are generally monotonic. 47. The image enlarging device according to claim 46. 55.屈折率が光軸に沿って実質的に一定である、ところの請求項46記載のイ メージ拡大装置。55. 47. The lens of claim 46, wherein the refractive index is substantially constant along the optical axis. Image magnifier. 56.屈折ガラス製品の構成部品から中間の屈折率を有する屈折ガラス製品の製 造方法であって、ガラス状で選択された屈折率と同一の膨脹係数を有する2つの ガラスのサンプルを選択する工程、前記サンプルを選択されたグリットに粉末化 する工程、 前記粉末の適切な重量比率にしたがって、選択されたガラスの屈折率の実質的に 組合わせである前記屈折製品の所望の最終屈折率を反映する比率で、形成された これら2つの粉末を重量基準で混合する工程、前記サンプルを機械的に圧縮する 工程、このようにして製造された前記粉末ガラス・サンプルの混合物を使用され ている粉末ガラス・サンプルの高い方の軟化温度以上の温度に選択された時間加 熱する工程、および 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、 から成る屈折ガラス製品の製造方法。56. Manufacture of refractive glass products with an intermediate refractive index from the components of refractive glass products method of manufacturing two glass-like materials having the same coefficient of expansion as the selected refractive index. Selecting a sample of glass, powdering said sample to a selected grit The process of According to the appropriate weight proportion of said powder, substantially the refractive index of the selected glass formed in a ratio that reflects the desired final refractive index of the refractive product in combination. Mixing these two powders on a weight basis, mechanically compressing the sample process, the mixture of powdered glass samples thus produced is used. temperature above the higher softening temperature of the powdered glass sample for a selected period of time. a heating step, and cooling the molten glass at a rate that results in a significant degree of annealing; A method of manufacturing a refractive glass product comprising: 57.勾配のある屈折率を有する屈折ガラス製品の製造方法であって、 ガラス状で異なった屈折率と同一の膨脹係数を有する少なくとも2つの粉末化さ れたガラスのサンプルを製造する工程、 第1粉末ガラス・サンプルを選択された形状を有するるつぼの1つの領域に載置 する工程、前記サンプルを機械的に圧縮する工程、第2粉末ガラス・サンプルを 第1粉末ガラス・サンプルの近傍でこれに接触して載置する工程、前記第2サン プルを機械的に圧縮する工程、このようにして製造された粉末ガラス・サンプル のアッセンブリを、使用されている粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の 温度に選択された時間加熱する工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る屈折ガラス製品の製造方法。57. 1. A method of manufacturing a refractive glass product having a gradient refractive index, the method comprising: at least two powdered powders that are glassy and have different refractive indices and the same coefficient of expansion. The process of manufacturing glass samples Place a first powdered glass sample in one area of a crucible with a selected shape mechanically compressing the sample; compressing the second powdered glass sample; placing the second sample in the vicinity of and in contact with the first powdered glass sample; The process of mechanically compressing the pull, the powdered glass sample produced in this way assembly above the highest softening temperature of the powdered glass sample being used. heating to a temperature for a selected time; cooling the molten glass at a rate that results in a significant degree of annealing; and A method for producing a refractive glass product comprising the step of removing molten glass from a crucible. 58.中間の屈折率を有するガラス粉末が、最大および最小の屈折率を有する粉 末ガラス材料の混合物から得られる、ところの請求項57記載の方法。58. Glass powder with intermediate refractive index, powder with maximum and minimum refractive index 58. A method according to claim 57, wherein the method is obtained from a mixture of powdered glass materials. 59.双方向に勾配のついた屈折率を有する製品を製造する方法であって、 ガラス状で減少する屈折率と同一の膨脹係数を有する1組の粉末化されたガラス のサンプルを製造する工程、 選択された形状を有すると共に更に選択された高さ迄ほぼ円筒形の断面を有する るつぼの底部領域に最大屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを載置する工程、 前記サンプルを機械的に圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒 管を使用して、るつぼの壁と最大屈折率を有する粉末ガラス・サンプルの上で始 まるこのるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、 形成された環状領域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続 層を形成し、各層の上に次の層が設けられる前に、この各層を機械的に圧縮する 工程であって、各層はその直ぐ下の層の屈折率よりも小さい屈折率を有するガラ ス粉末によって構成され、最も小さい屈折率を有する粉末ガラス・サンプルが環 状領域の最上部層を占めるところの工程、円筒管を取り外す工程、 中央の空間に最大の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを充満させ、このサン プルを機械的に圧縮する工程、 このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアッセンブリを、使用されて いる粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時間加熱する 工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る方法。59. 1. A method of manufacturing an article having a bidirectionally graded refractive index, the method comprising: A set of powdered glasses with a glassy and decreasing refractive index and the same expansion coefficient the process of manufacturing a sample of having a selected shape and further having a generally cylindrical cross section up to a selected height placing a powdered glass sample with a maximum refractive index in the bottom region of the crucible; Mechanically compressing the sample into a cylinder with a thin wall thickness and a selected outer diameter Using a tube, start on the wall of the crucible and on the powdered glass sample with the highest index of refraction. forming an annular region between the center space of the round crucible; A series of powdered glass samples each having a selected height in an annular region formed forming layers and mechanically compressing each layer before the next layer is placed on top of it a process in which each layer is made of glass having a refractive index less than that of the layer immediately below it. The powdered glass sample, which is composed of glass powder and has the lowest refractive index, is a step of occupying the top layer of the shaped region, a step of removing the cylindrical tube; Fill the central space with the powdered glass sample with the highest refractive index, and the process of mechanically compressing the pull; The assembly of powdered glass samples thus produced was used heating to a temperature above the maximum softening temperature of the powdered glass sample for a selected period of time. process, cooling the molten glass at a rate that results in a significant degree of annealing; and removing the molten glass from the crucible. 60.中間の屈折率を有するガラス粉末が最大および最小の屈折率を有する粉末 ガラス材料の混合物から得られる、ところの請求項59記載の方法。60. Glass powder with intermediate refractive index is maximum and powder with minimum refractive index 60. A method according to claim 59, wherein the method is obtained from a mixture of glass materials. 61.双方向に勾配のついた屈折率を有する製品を製造する方法であって、 ガラス状で減少する屈折率と同一の膨脹係数を有する1組の粉末化されたガラス のサンプルを製造する工程、 選択された形状を有すると共に更に選択された高さ迄ほぼ円筒形の断面を有する るつぼの底部領域に最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを載置する工程 、 前記サンプルを機械的に圧縮する工程、薄い肉厚と選択された外径を有する円筒 管を使用して、るつぼの壁と最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルの上で 始まるこのるつぼの中央部の空間との間に環状領域を形成する工程、 形成された環状領域で各々選択された高さを有する粉末ガラス・サンプルの連続 層を形成し、各層の上に次の層が設けられるこの各層を機械的に圧縮する工程で あって、各層がその直ぐ下の層の屈折率よりも大きい屈折率を有するガラス粉末 によって構成され、最も大きい屈折率を有する粉末ガラス・サンプルが環状領域 の最上部層を占めるところの工程、 円筒管を取り外す工程、 中央の空間に最小の屈折率を有する粉末ガラス・サンプルを充満させ、このサン プルを機械的に圧縮する工程、 このようにして製造された粉末ガラス・サンプルのアッセンブリを、使用されて いる粉末ガラス・サンプルの最高軟化温度以上の温度に選択された時間加熱する 工程、 溶融ガラスを相当程度の焼きなましが行われる速度で冷却する工程、および 溶融ガラスをるつぼから取り外す工程、から成る方法。61. 1. A method of manufacturing an article having a bidirectionally graded refractive index, the method comprising: A set of powdered glasses with a glassy and decreasing refractive index and the same expansion coefficient the process of manufacturing a sample of having a selected shape and further having a generally cylindrical cross section up to a selected height placing a powdered glass sample with the lowest refractive index in the bottom region of the crucible; , Mechanically compressing the sample into a cylinder with a thin wall thickness and a selected outer diameter Using a tube, place it on the wall of the crucible and on the powdered glass sample with the lowest refractive index. The step of forming an annular region between the space in the center of this crucible begins, A series of powdered glass samples each having a selected height in an annular region formed In this process of forming layers and mechanically compacting each layer, each layer is placed on top of the next. glass powder in which each layer has a refractive index greater than the refractive index of the layer immediately below it The powder glass sample with the largest refractive index is composed of an annular region The process that occupies the top layer of the process of removing the cylindrical tube; Fill the central space with a powdered glass sample with the lowest refractive index, and the process of mechanically compressing the pull; The assembly of powdered glass samples thus produced was used heating to a temperature above the maximum softening temperature of the powdered glass sample for a selected period of time. process, cooling the molten glass at a rate that results in a significant degree of annealing; and removing the molten glass from the crucible. 62.中間の屈折率を有するガラス粉末が最大および最小の屈折率を有する粉末 カラス材料の混合物から得られる、ところの請求項61記載のプロセス。62. Glass powder with intermediate refractive index is maximum and powder with minimum refractive index 62. The process according to claim 61, wherein the process is obtained from a mixture of glass materials.
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