WO2009115086A1 - Method and lens arrangement for light focusing - Google Patents

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WO2009115086A1 PCT/DE2009/000376 DE2009000376W WO2009115086A1 WO 2009115086 A1 WO2009115086 A1 WO 2009115086A1 DE 2009000376 W DE2009000376 W DE 2009000376W WO 2009115086 A1 WO2009115086 A1 WO 2009115086A1
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lenses
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Juri Koulechoff
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Juri Koulechoff
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Definitions

  • the invention relates to a method and a lens arrangement for light concentration from different directions with which a high energy concentration is generated for energy production by superposition of light rays detected by lenses.
  • the object of the invention is to provide a method and a lens arrangement for light concentration, with the light from different parallel and non-parallel directions in high concentration in a focal point is bundled to then convert it depending on the application in parallel light or to another use.
  • an optimal light concentration should be achieved for optimum utilization of solar energy.
  • the method and the lens assembly concentrates the light from different directions such that light rays from different directions and / or parallel light rays are detected by a plurality of lens or lens systems and concentrated on a common focus and then behind the focal point, the light rays passing through the focal point another lens or lens system can be converted into parallel light rays.
  • the lens array for light concentration of light rays consists of at least two lenses or lens systems aligned with each other such that a light spot located in front of the lens in the optical axis or an already focused focal spot replicates behind the lens Points of light in a point of light merge by overlapping and a common new focal point arises.
  • the invention does not necessarily use parallel light beams for focusing a focal point, but light emanating from a point in space of natural or artificial origin or an already focused focal point.
  • a conventional lens focuses parallel light into a focal point with which the light concentration is completed.
  • the newly created focal point can be easily fed into a light guide and thus transported. For this reason, the lenses are also able to work regardless of location.
  • Several newly created foci could now be the output of a new light concentration to create a new focal point. This process can be repeated in successive stages.
  • the lens can fuse different light sources into one focal point, it has the possibility of combining different light properties.
  • the solution according to the invention makes it possible to combine entire solar collector fields with one another in order to obtain extremely high energy concentrations.
  • FIG. 1 shows a lens arrangement consisting of a plurality of lenses, which is shown in a view from the side and from the front,
  • 5 is a representation of the alignment of the optical axes of the individual lenses to a focal point
  • 6 shows a stage arrangement for repeated light concentration
  • FIG. 7 shows the concentration of light in the case of a spherical ring or spherical shape of the lens arrangement
  • FIG. 8 shows an arrangement in combination of FIG. 6 and FIG. 7,
  • FIG. 10b shows a detail from FIG. 10a for illustrating the different focal length in front of and behind a lens
  • a part of the lens arrangement 1 is shown according to the invention, the z. B. light 3 (shown in Fig. 9) from different directions in a focal point 7 can focus.
  • a converging lens 2 focuses parallel light 4 into a focal point 5.
  • This resulting focal point 5 is fed into a light guide 6 in order to transport it.
  • the light emerges conically from the light guide 6.
  • a converging lens for example a Cartesian oval
  • a focal point 5 is fed into a light guide 6 according to FIG. 3, but several foci 5 are fed into the associated light guide 6.
  • the individual light guides 6 are joined together in Fig. 3 with their converging lenses 2 to form a circle, as shown in Fig. 4.
  • 37 converging lenses 2 are joined together to form a circular hexagon.
  • the optical axis of each individual lens 2 is changed so that the individual focal points 5 can be combined via a lens arrangement 1 in a new common focal point 7.
  • This newly formed common focal point 7 has the same physical properties as a conventional focal point 5.
  • this newly formed focal point 7 can also be fed into a light guide 6.
  • the number of original 37 optical fibers 6 has been reduced to one optical fiber 6a.
  • this also means an area reduction of 1/37.
  • the focused focus 7 from the light guide 6a could now again be the starting position of a new focus. Since this is a reproduction with recurring initial situation, the process is theoretically unlimited feasible.
  • the lens assembly 1 presented herein may have different numbers, sizes, and shapes of individual segments (lens or lens group), and the angle of curvature may vary individually depending on the application. This makes it possible to produce the focal point 7 in different ways.
  • FIG. 7 shows a closed form of the lens arrangement 1. That is, the lens assembly 1 forms a ring having a focal point 7 of 360 °.
  • the lens assembly 1 itself constitutes a closed unit and therefore may be part of a closed system. Since it forms a cavity in a closed system, it is conceivable a medium z.
  • a mathematical comparison of the energy concentration is used.
  • a conventional lens array 2 attains a ratio of the light concentration from the diameter area of a lens to the focal point area of about 1: 800. Here ends the possibility to focus the light 4.
  • the presented lens system 1 in Fig. 8 is now used.
  • the light penetrates four lens arrays altogether, which is technically not a problem.
  • the first lens arrangement 2 corresponds to normal converging lenses which focus the light 4 into a focal point 5.
  • the second lens arrangement 1 consists of 37 individual segments of lenses. This focuses the individual focal points 5 to a new focal point 7 by a factor of 37.
  • the third lens arrangement 1 also focuses by the factor 37 now the respective focal points 7 to a single new focal point 7.
  • the fourth lens arrangement 1 consists of an annular arrangement with the factor 481 (consisting of 481 individual segments of lenses). It focuses all the focal points 7 from the third lens arrangement 1 into a central focal point 7 a in the middle of the fourth lens arrangement 1.
  • the first lens system 2 has a light concentration of 1: 800
  • the second lens system 1 has 37 individual elements
  • the third lens system 1 also has 37 individual elements
  • the fourth lens system 1 has 481 individual elements.
  • the light output area in front of the first lens system 2 is reduced in the newly formed focal point 7a by a factor of 526,791,200 with a constant amount of light. If one were to extend this test arrangement only by a further lens arrangement 1 with the factor 37, the light output area in the focal point 7a decreases to 1: 19,491,274,000.
  • the starting position for the lens arrangement 1 does not necessarily have to be a lens arrangement 2 as previously described, which focuses parallel light 4 into a focal point 5. If one leaves these away, it is possible to focus light 3 from the most different directions into a new focal point 7.
  • the device Since different combination possibilities are now available to produce a focal point 7, it is also possible to convert already highly concentrated focused light 3, as shown in FIG. 9, into parallel light 4.
  • the device requires a further lens arrangement 2 in order to convert the light beams 3 which run to the newly formed focal point 7 or which have already passed through the focal point 7, into parallel light beams 4.
  • a focal point 7 can now be composed of different light sources. It is therefore also possible to put light together according to certain desired criteria. So it is z. B. possible to combine sunlight with artificial light individually in a focal point 7 or parallel light 4. There is also the possibility k ⁇ it, not only to filter certain light properties out of the light as before, but to incorporate specifically desired properties.
  • FIG. 10a For this purpose, a completely closed lens arrangement 1 in spherical form is required in FIG. 10a (only a section through the sphere is shown).
  • the latter can focus a focal point 7b in the center of the lens arrangement 1 in an absolutely diffuse light space 8 (FIG. 11).
  • the prerequisite for this is that the focal length from the focal point 5 in front of the lens is smaller than the reproduced focal point 7 behind the lens (FIG. 10b).
  • the lens arrangement 1 belongs to the group of converging lenses 2, which makes the use of such a lens arrangement 1 in the optical region conceivable. So it is conceivable that lens telescopes no longer consist of a large and difficult-to-manufacture single lens but of several lenses that are assembled into a lens assembly 1. [REFERENCE LIST]
  • Lens arrangement for light concentration of light from different directions Condense lens or collecting lens arrangement according to the prior art non-parallel light beams (light from different directions) parallel light beams and 5a focal points for light transmission fiber optic newly created common focus a focus in closed ring b focal point at light concentration in diffuse light space more diffuse Light room solar panel

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Abstract

The invention relates to a method and lens arrangement for light focusing. The method and lens arrangement (1) according to the invention enable the merging of light beams (3, 4) coming from different directions into one focal point (7), and to convert them into parallel light (4), if necessary, to transmit them via light guides (6), and/or to supply them for a different suitable use. Different light spots in a room are overlapped into a focal point (7). This process can theoretically be repeated indefinitely. In this manner extremely high amounts of light can be focused.

Description

[Patentanmeldung] [Patent application]
[Bezeichnung der Erfindung:][Name of the invention]
Verfahren und Linsenanordnung zur LichtkonzentrationMethod and lens arrangement for light concentration
[Beschreibung][Description]
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Linsenanordnung zur Lichtkonzentration aus unterschiedlichen Richtungen mit welchen durch Überlagerung von durch Linsen erfassten Lichtstrahlen eine hohe Energiekonzentration zur Energiegewinnung erzeugt wird.The invention relates to a method and a lens arrangement for light concentration from different directions with which a high energy concentration is generated for energy production by superposition of light rays detected by lenses.
Das Fokussieren von Licht mit Hilfe von Sammellinsen hat in vielen technischen Bereichen eine wichtige Stellung eingenommen. Besondere Beachtung finden hier parallele Lichtstrahlen, die individuell fokussiert aber auch wieder in paralleles Licht umgewandelt werden können.The focusing of light by means of converging lenses has occupied an important position in many technical fields. Particular attention is given here to parallel light beams, which can be individually focused but also converted back into parallel light.
Selbst bei der Sonnenenergienutzung spielen Lichtkonzentrationen eine zunehmend wichtige Rolle. Leider ist mit den bekannten Anordnungen unter Verwendung von Sammellinsen nur eine begrenzte Lichtbündelung möglich. Eine einzelne Sammellinse kann nur geordnete Lichtstrahlen aus einer Richtung kommend in einen Brennpunkt fokussieren. Licht aus unterschiedlicher Richtung oder Herkunft kann die Sammellinse in der jetzigen Form nicht fokussieren. Eine Ausrichtung solcher ungeordneter Lichtstrahlen in parallele Strahlen ist nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht möglich.Even with the use of solar energy, light concentrations play an increasingly important role. Unfortunately, only a limited light bundling is possible with the known arrangements using converging lenses. A single converging lens can focus only ordered light rays coming from one direction into a focal point. Light from different directions or origins can not focus the condenser lens in the current form. Alignment of such disordered light rays into parallel rays is not possible in the current state of the art.
Außerdem lassen alle bekannten Verfahren der Lichtbündelung nur eine begrenzte Lichtbündelung in einen Brennpunkt zu.In addition, all known methods of light bundling only allow a limited light bundling in one focal point.
[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Linsenanordnung zur Lichtkonzentration zu schaffen, mit der Licht aus verschiedenen parallelen und nichtparallelen Richtungen in hoher Konzentration in einem Brennpunkt bündelbar ist, um es anschließend je nach Anwendung in paralleles Licht umzuwandeln oder einer anderen Nutzung zuzuführen. Insbesondere soll für eine optimale Ausnutzung der Sonnenenergie eine effektive Lichtkonzentration erreicht werden.The object of the invention is to provide a method and a lens arrangement for light concentration, with the light from different parallel and non-parallel directions in high concentration in a focal point is bundled to then convert it depending on the application in parallel light or to another use. In particular, an optimal light concentration should be achieved for optimum utilization of solar energy.
Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs und hinsichtlich der Linsenanordnung mit dem 7. Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved in terms of the method with the features of the first claim and with respect to the lens assembly with the 7th claim. Advantageous developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Das Verfahren und die Linsenanordnung konzentriert das Licht aus unterschiedlichen Richtungen derart, dass Lichtstrahlen aus unterschiedlicher Richtung und/oder parallele Lichtstrahlen durch eine Vielzahl von Linsen oder Linsensysteme erfasst und auf einen gemeinsamen Brennpunkt konzentriert werden und anschließend hinter dem Brennpunkt, die den Brennpunkt durchlaufenden Lichtstrahlen durch eine weitere Linse oder Linsensystem in parallele Lichtstrahlen umgewandelt werden.The method and the lens assembly concentrates the light from different directions such that light rays from different directions and / or parallel light rays are detected by a plurality of lens or lens systems and concentrated on a common focus and then behind the focal point, the light rays passing through the focal point another lens or lens system can be converted into parallel light rays.
Die Linsenanordnung zur Lichtkonzentration von Lichtstrahlen besteht aus mindestens zwei Linsen oder Linsensystemen, die so zueinander ausgerichtet sind, dass sich ein vor der Linse in der optischen Achse befindlicher Lichtpunkt oder ein bereits fokussierter Brennpunkt sich so hinter der Linse reproduziert bzw. abbildet, dass die erfassten Lichtpunkte in einem Lichtpunkt durch Überlagerung verschmelzen und ein gemeinschaftlicher neuer Brennpunkt entsteht.The lens array for light concentration of light rays consists of at least two lenses or lens systems aligned with each other such that a light spot located in front of the lens in the optical axis or an already focused focal spot replicates behind the lens Points of light in a point of light merge by overlapping and a common new focal point arises.
Gegenüber dem Prinzip der Lichtbündelung herkömmlicher Sammellinsen benutzt die Erfindung nicht unbedingt parallele Lichtstrahlen zum Fokussieren eines Brennpunktes, sondern Licht, das von einem Punkt im Raum ausgeht, der natürlichen oder künstlichen Ursprungs oder ein bereits fokussierter Brennpunkt ist.In contrast to the principle of concentrating light of conventional condenser lenses, the invention does not necessarily use parallel light beams for focusing a focal point, but light emanating from a point in space of natural or artificial origin or an already focused focal point.
Eine herkömmliche Linse fokussiert paralleles Licht in einen Brennpunkt womit die Lichtkonzentrierung abgeschlossen ist.A conventional lens focuses parallel light into a focal point with which the light concentration is completed.
Demgegenüber werden in der vorliegenden Erfindung nicht ausschließlich parallele Lichtstrahlen sondern auch Lichtstrahlen unterschiedlicher Rieh- tung, die sich als Lichtpunkte kreuzen, durch Überlagerung in einen gemeinsamen Brennpunkt fokussiert. Am so entstandenen gemeinsamen Brennpunkt kann eine hohe Punktgenauigkeit erreicht werden.In contrast, in the present invention, not only parallel light beams but also light beams of different speeds are used. tion, which intersect as points of light, focused by superposition in a common focal point. At the common focal point thus created, a high point accuracy can be achieved.
Der neu entstandene Brennpunkt lässt sich problemlos in einen Lichtleiter einspeisen und somit transportieren. Aus diesem Grund sind die Linsen auch in der Lage ortsunabhängig zu arbeiten. Mehrere neu entstandene Brennpunkte könnten nun wieder Ausgang einer neuen Lichtkonzentration sein, um einen erneuten Brennpunkt zu erstellen. Dieser Vorgang lässt sich in weiteren aufeinanderfolgenden Stufen wiederholen.The newly created focal point can be easily fed into a light guide and thus transported. For this reason, the lenses are also able to work regardless of location. Several newly created foci could now be the output of a new light concentration to create a new focal point. This process can be repeated in successive stages.
Wiederum ist es auch möglich, den neu entstandenen Brennpunkt in paralleles Licht umzuwandeln, wodurch ursprünglich nichtparallele Lichtstrahlen in parallele Lichtstrahlen umgewandelt werden.Again, it is also possible to convert the newly formed focal point into parallel light, whereby originally non-parallel light rays are converted into parallel light rays.
Da nun die Linse unterschiedliche Lichtquellen in einen Brennpunkt verschmelzen kann, hat sie die Möglichkeit unterschiedliche Lichteigenschaften miteinander zu vereinen.Since the lens can fuse different light sources into one focal point, it has the possibility of combining different light properties.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, ganze Sonnenkollektorenfel- der miteinander zu vereinen, um extrem hohe Energiekonzentrationen zu erhalten.The solution according to the invention makes it possible to combine entire solar collector fields with one another in order to obtain extremely high energy concentrations.
An Hand von Zeichnungen werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.With reference to drawings, the structure and operation of the invention will be explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Linsenanordnung bestehend aus einer Vielzahl von Linsen, die in einer Ansicht von der Seite und von vorn dargestellt ist,1 shows a lens arrangement consisting of a plurality of lenses, which is shown in a view from the side and from the front,
Fig. 2 - 4 Anordnungen zur Lichtkonzentration gemäß dem Stand der Technik,2 to 4 light concentration arrangements according to the prior art,
Fig. 5 eine Darstellung der Ausrichtung der optischen Achsen der einzelnen Linsen auf einen Brennpunkt, Fig. 6 eine Stufenanordnng zur wiederholten Lichtkonzentration,5 is a representation of the alignment of the optical axes of the individual lenses to a focal point, 6 shows a stage arrangement for repeated light concentration,
Fig. 7 die Lichtkonzentration bei sphärischer Ring- oder Kugelform der Linsenanordnung,FIG. 7 shows the concentration of light in the case of a spherical ring or spherical shape of the lens arrangement, FIG.
Fig. 8 eine Anordnung in Kombination von Fig. 6 und Fig. 7,8 shows an arrangement in combination of FIG. 6 and FIG. 7,
Fig. 9 die Darstellung einer Möglichkeit, diffuses Licht in einen Brennpunkt zu fokussieren und in paralleles Licht umzuwandeln,9 shows the representation of a possibility to focus diffused light into a focal point and to convert it into parallel light,
Fig. 10a einen Schnitt durch eine Linsenanordnung in Kugelform,10a shows a section through a lens arrangement in spherical form,
Fig. 10b einen Ausschnitt aus Fig. 10a zur Darstellung der unterschiedlichen Brennweite vor und hinter einer Linse,10b shows a detail from FIG. 10a for illustrating the different focal length in front of and behind a lens, FIG.
Fig. 11 die Möglichkeit der Lichtkonzentration in einem diffusen Lichtraum undFig. 11, the possibility of light concentration in a diffuse light space and
Fig. 12 die Zusammenführung von Sonnenkollektorenfeldern unter Nutzung der Lösung gemäß Fig. 5.12 shows the merging of solar collector fields using the solution according to FIG. 5.
In Fig. 1 ist ein Teil der Linsenanordnung 1 gemäß der Erfindung dargestellt, die z. B. Licht 3 (dargestellt in Fig. 9) aus unterschiedlichen Richtungen in einen Brennpunkt 7 fokussieren kann.In Fig. 1, a part of the lens arrangement 1 is shown according to the invention, the z. B. light 3 (shown in Fig. 9) from different directions in a focal point 7 can focus.
Zur besseren Erklärung wird vom Stand der Technik ausgegangen, der in Fig. 2 bis Fig. 4 beschrieben ist.For a better explanation, the state of the art is used, which is described in FIGS. 2 to 4.
In Fig. 2 fokussiert eine Sammellinse 2 paralleles Licht 4 in einen Brennpunkt 5. Dieser entstandene Brennpunkt 5 wird, um ihn zu transportieren, in einen Lichtleiter 6 eingespeist. Beim verlassen des Lichtleiters 6 tritt das Licht kegelförmig aus dem Lichtleiter 6 aus. Mit Hilfe einer Sammellinse (z. B. kartesisches Oval) 2 kann der am Lichtleiter 6 ursprünglich austretende Brennpunkt 5 wieder in einen Brennpunkt 5a reproduziert werden.2, a converging lens 2 focuses parallel light 4 into a focal point 5. This resulting focal point 5 is fed into a light guide 6 in order to transport it. When leaving the light guide 6, the light emerges conically from the light guide 6. With the aid of a converging lens (for example a Cartesian oval) 2, the focal point 5 originally exiting at the light guide 6 can be reproduced again into a focal point 5a.
Dies stellt technisch kein Problem dar und ist Stand der Technik. Nun wird gemäß Fig. 3 nicht nur ein Brennpunkt 5 in einen Lichtleiter 6 eingespeist, sondern es werden mehrere Brennpunkte 5 in die dazugehörigen Lichtleiter 6 eingespeist. Die einzelnen Lichtleiter 6 werden in Fig. 3 mit ihren Sammellinsen 2 zu einen Kreis zusammengefügt, wie in Fig. 4 dargestellt. In dieser Anordnung sind 37 Sammellinsen 2 zu einem kreisförmigen Sechseck zusammengefügt. Anschließend wird in Fig. 5 die optische Achse jeder einzelnen Linse 2 so verändert, dass sich die einzelnen Brennpunkte 5 über eine Linsenanordnung 1 in einem neuen gemeinsamen Brennpunkt 7 vereinen können.This is technically not a problem and is state of the art. Now, not only a focal point 5 is fed into a light guide 6 according to FIG. 3, but several foci 5 are fed into the associated light guide 6. The individual light guides 6 are joined together in Fig. 3 with their converging lenses 2 to form a circle, as shown in Fig. 4. In this arrangement, 37 converging lenses 2 are joined together to form a circular hexagon. Subsequently, in FIG. 5, the optical axis of each individual lens 2 is changed so that the individual focal points 5 can be combined via a lens arrangement 1 in a new common focal point 7.
Dieser neu entstandene gemeinsame Brennpunkt 7 besitzt die gleichen physikalischen Eigenschaften wie ein herkömmlicher Brennpunkt 5.This newly formed common focal point 7 has the same physical properties as a conventional focal point 5.
Nun kann ausgehend von Fig. 5, wie in Fig. 6 dargestellt, dieser neu entstandene Brennpunkt 7 auch in einen Lichtleiter 6 eingespeist werden. So ist in diesen Fall die Anzahl von ursprünglichen 37 Lichtleitern 6 auf einen Lichtleiter 6a reduziert worden. Dies bedeutet natürlich auch eine Flächenverkleinerung von 1/37. Der fokussierte Brennpunkt 7 aus dem Lichtleiter 6a könnte jetzt wiederum die Ausgangsposition einer neuen Fokussierung sein. Da es sich hier um eine Reproduktion mit immer wieder kehrender Ausgangssituation handelt, ist der Vorgang theoretisch unbegrenzt durchführbar.Now, starting from FIG. 5, as shown in FIG. 6, this newly formed focal point 7 can also be fed into a light guide 6. Thus, in this case, the number of original 37 optical fibers 6 has been reduced to one optical fiber 6a. Of course, this also means an area reduction of 1/37. The focused focus 7 from the light guide 6a could now again be the starting position of a new focus. Since this is a reproduction with recurring initial situation, the process is theoretically unlimited feasible.
Natürlich kann die hier vorgestellte Linsenanordnung 1 unterschiedliche Anzahlen, Größen und Formen von Einzelsegmenten (Linse oder Linsengruppe) besitzen und der Krümmungswinkel kann individuell je nach Anwendungsbereich unterschiedlich sein. Dadurch besteht die Möglichkeit den Brennpunkt 7 in unterschiedlicher weise zu erzeugen.Of course, the lens assembly 1 presented herein may have different numbers, sizes, and shapes of individual segments (lens or lens group), and the angle of curvature may vary individually depending on the application. This makes it possible to produce the focal point 7 in different ways.
In Fig. 7 ist eine geschlossene Form der Linsenanordnung 1 dargestellt. Das heißt, die Linsenanordnung 1 bildet einen Ring, der einen Brennpunkt 7 von 360° besitzt. Die Linsenanordnung 1 selbst stellt eine geschlossene Einheit dar und kann deshalb ein Teil eines geschlossenen Systems sein. Da sie einen Hohlraum in einem geschlossenen System bildet, ist es vorstellbar ein Medium z. B. Wasser in das Zentrum des Brennpunktes 7 mit hoher Geschwindigkeit hineinzuspritzen, welches sich durch die hohen Temperaturen explosionsartig ausdehnen würde. Der energiereiche Wasserdampfstrahl könnte dann zur Energieumwandelung eingesetzt werden. Um den Unterschied einer zu dem jetzigen Stand der Technik (Fig. 2 bis Fig. 4) existierenden Linsenanordnung 2 und der hier vorgestellten Linsenanordnung 1 deutlicher herauszustellen wird ein mathematischer Vergleich der Energiekonzentration herangezogen.FIG. 7 shows a closed form of the lens arrangement 1. That is, the lens assembly 1 forms a ring having a focal point 7 of 360 °. The lens assembly 1 itself constitutes a closed unit and therefore may be part of a closed system. Since it forms a cavity in a closed system, it is conceivable a medium z. B. Injecting water into the center of the focal point 7 at high speed, which would expand explosively by the high temperatures. The high-energy steam jet could then be used for energy conversion. In order to emphasize the difference between a lens arrangement 2 existing in the current state of the art (FIGS. 2 to 4) and the lens arrangement 1 presented here, a mathematical comparison of the energy concentration is used.
Eine herkömmliche Linsenanordnung 2 erreicht ein Verhältnis der Lichtkonzentration von der Durchmesserfläche einer Linse zur Brennpunktfläche etwa von 1 :800. Hier endet die Möglichkeit das Licht 4 zu fokussieren.A conventional lens array 2 attains a ratio of the light concentration from the diameter area of a lens to the focal point area of about 1: 800. Here ends the possibility to focus the light 4.
Als direkter Vergleich wird nun das vorgestellte Linsensystem 1 in Fig. 8 herangezogen. In diesem Beispiel durchdringt das Licht insgesamt vier Linsenanordnungen, was technisch kein Problem ist. Die erste Linsenanordnung 2 entspricht normalen Sammellinsen, die das Licht 4 in einen Brennpunkt 5 fokussieren. Die zweite Linsenanordnung 1, besteht aus 37 Einzelsegmenten von Linsen. Diese fokussiert die einzelnen Brennpunkte 5 zu einen neuen Brennpunkt 7 mit dem Faktor 37. Die dritte Linsenanordnung 1 fokussiert ebenfalls mit dem Faktor 37 nun die jeweiligen Brennpunkte 7 zu einen einzelnen neuen Brennpunkt 7. Die vierte Linsenanordnung 1 besteht aus einer ringförmigen Anordnung mit dem Faktor 481 (bestehend aus 481 Einzelsegmenten von Linsen). Sie fokussiert alle Brennpunkte 7 aus der dritten Linsenanordnung 1 in einen zentralen Brennpunkt 7a in die Mitte der vierten Linsenanordnung 1.As a direct comparison, the presented lens system 1 in Fig. 8 is now used. In this example, the light penetrates four lens arrays altogether, which is technically not a problem. The first lens arrangement 2 corresponds to normal converging lenses which focus the light 4 into a focal point 5. The second lens arrangement 1 consists of 37 individual segments of lenses. This focuses the individual focal points 5 to a new focal point 7 by a factor of 37. The third lens arrangement 1 also focuses by the factor 37 now the respective focal points 7 to a single new focal point 7. The fourth lens arrangement 1 consists of an annular arrangement with the factor 481 (consisting of 481 individual segments of lenses). It focuses all the focal points 7 from the third lens arrangement 1 into a central focal point 7 a in the middle of the fourth lens arrangement 1.
Es ergibt sich also in Fig. 8 folgende Aussage: Das erste Linsensystem 2 besitzt eine Lichtkonzentration von 1 :800, das zweite Linsensystem 1 besitzt 37 Einzelelemente, das dritte Linsensystem 1 besitzt ebenfalls 37 Einzelelemente und das vierte Linsesystem 1 besitzt 481 Einzelelemente.The following statement thus results in FIG. 8: The first lens system 2 has a light concentration of 1: 800, the second lens system 1 has 37 individual elements, the third lens system 1 also has 37 individual elements and the fourth lens system 1 has 481 individual elements.
Nun ergibt sich in diesem Beispiel folgende mathematische Gleichung. 1. Linsensyst. 2. Linsens. 3. Linsens. 4. Linsensystem 1:800 x 37 x 37 x 481 = 1:526.791.200Now the following mathematical equation results in this example. 1. Lensensyst. 2. Lensens. 3. Lensens. 4. Lens system 1: 800 x 37 x 37 x 481 = 1: 526,791,200
Die Lichtausgangsfläche vor dem 1. Linsensystem 2 wird in dem neu entstandenen Brennpunkt 7a um den Faktor 526.791.200 verkleinert bei gleichbleibender Lichtmenge. Würde man diese Versuchsanordnung nur um eine weitere Linsenanordnung 1 mit dem Faktor 37 erweitem, verkleinert sich die Lichtausgangsfläche in dem Brennpunkt 7a auf 1:19.491.274.000.The light output area in front of the first lens system 2 is reduced in the newly formed focal point 7a by a factor of 526,791,200 with a constant amount of light. If one were to extend this test arrangement only by a further lens arrangement 1 with the factor 37, the light output area in the focal point 7a decreases to 1: 19,491,274,000.
Physikalisch gesehen stellt dies überhaupt kein Problem dar, weil das Licht nur vier bzw. fünf Linsenanordnungen 1 , 2 durchdringt.Physically, this poses no problem at all, because the light penetrates only four or five lens arrays 1, 2.
Die Ausgangsposition für die Linsenanordnung 1 muss nicht wie bisher beschrieben unbedingt eine Linsenanordnung 2 sein, die paralleles Licht 4 in einen Brennpunkt 5 fokussiert. Lässt man diese weg ist es möglich, Licht 3 aus den unterschiedlichsten Richtungen in einen neuen Brennpunkt 7 zu fokussieren.The starting position for the lens arrangement 1 does not necessarily have to be a lens arrangement 2 as previously described, which focuses parallel light 4 into a focal point 5. If one leaves these away, it is possible to focus light 3 from the most different directions into a new focal point 7.
In dem Beispiel nach Fig. 9 treffen Lichtstrahlen 3 aus den unterschiedlichsten Richtungen auf die Lichtleiter 6. Diese nehmen das Licht 3 auf und transportieren es zu einer Linsenanordnung 1, wo die aus den einzelnen Lichtleitern 6 austretenden Lichtstrahlen in einen gemeinsamen Punkt 7 fokussiert werden. Ab jetzt herrscht nun wieder eine Ausgangsituation wie schon in Fig. 6 beschrieben und das Licht 3 lässt sich nun theoretisch unbegrenzt mit anderen Brennpunkten 7 weiter fokussieren.In the example according to FIG. 9, light beams 3 impinge on the light guides 6 from the most different directions. These receive the light 3 and transport it to a lens arrangement 1, where the light beams emerging from the individual light guides 6 are focused into a common point 7. From now on there is again a starting situation as already described in FIG. 6 and the light 3 can now be theoretically focused indefinitely with other focal points 7.
Dies verdeutlicht, dass in Fig. 6 nur in der Ausgangssituation paralleles Licht 4 vorhanden ist. Ein weiteres Fokussieren der Brennpunkte 5 durch die Linsenanordnung 1 erfolgt bereits unter nichtparallelen Lichtverhältnissen 3.This clarifies that in Fig. 6 only in the initial situation parallel light 4 is present. Further focusing of the focal points 5 by the lens arrangement 1 already takes place under nonparallel light conditions 3.
Da nun unterschiedliche Kombinationsmöglichkeiten vorhanden sind, einen Brennpunkt 7 herzustellen, besteht auch die Möglichkeit, bereits hochkonzentriertes fokussiertes Licht 3, wie in Fig. 9 zu sehen, in paralleles Licht 4 umzuwandeln. Hierfür benötigt die Vorrichtung eine weitere Linsenanordnung 2, um die Lichtstrahlen 3 die zu dem neu entstandenen Brennpunkt 7 laufen bzw. die den Brennpunkt 7 bereits durchlaufen haben, in parallele Lichtstrahlen 4 umzuwandeln.Since different combination possibilities are now available to produce a focal point 7, it is also possible to convert already highly concentrated focused light 3, as shown in FIG. 9, into parallel light 4. For this purpose, the device requires a further lens arrangement 2 in order to convert the light beams 3 which run to the newly formed focal point 7 or which have already passed through the focal point 7, into parallel light beams 4.
Unter zu Hilfenahme der Linsenanordnung 1 kann nun ein Brennpunkt 7 aus unterschiedlichen Lichtquellen zusammengesetzt werden. Es besteht also auch die Möglichkeit, Licht nach bestimmten Wunschkriterien zusammen zu setzen. So ist es z. B. möglich, Sonnenlicht mit Kunstlicht individuell in einen Brennpunkt 7 oder paralleles Licht 4 zu vereinen. Auch besteht die Möglich- kθit, nicht nur wie bisher bestimmte Lichteigenschaften aus dem Licht heraus zu filtern, sondern speziell gewünschte Eigenschaften mit einfließen zu lassen.With the aid of the lens arrangement 1, a focal point 7 can now be composed of different light sources. It is therefore also possible to put light together according to certain desired criteria. So it is z. B. possible to combine sunlight with artificial light individually in a focal point 7 or parallel light 4. There is also the possibility kθit, not only to filter certain light properties out of the light as before, but to incorporate specifically desired properties.
Da das Erstellen eines Brennpunktes 5 nach dem jetzigen Stand der Technik nur auf der Grundlage von parallelen Lichtstrahlen 4 beruht und ein Fokussieren von Licht 3 in einen absolut diffusen Lichtraum 8 nicht möglich ist, soll in Fig. 10a - 11 ein theoretischer Nachweis über die technische Möglichkeit der Lichtbündelung in einem diffusen Lichtraum 8 mittels der hier vorgestellten Linsenanordnung 1 erbracht werden.Since the creation of a focal point 5 according to the current state of the art based only on the basis of parallel light beams 4 and focusing of light 3 in an absolutely diffuse light space 8 is not possible, in Fig. 10a - 11 a theoretical proof of the technical Possibility of light bundling in a diffuse light space 8 are provided by means of the lens assembly 1 presented here.
Dazu wird in Fig. 10a eine vollkommen geschlossene Linsenanordnung 1 in Kugelform benötigt (es ist nur ein Schnitt durch die Kugel dargestellt). Diese kann in einem absolut diffusen Lichtraum 8 einen Brennpunkt 7b im Zentrum der Linsenanordnung 1 fokussieren (Fig. 11). Voraussetzung ist hierfür, dass die Brennweite vom Brennpunkt 5 vor der Linse kleiner ist, als der reproduzierte Brennpunkt 7 hinter der Linse (Fig. 10b).For this purpose, a completely closed lens arrangement 1 in spherical form is required in FIG. 10a (only a section through the sphere is shown). The latter can focus a focal point 7b in the center of the lens arrangement 1 in an absolutely diffuse light space 8 (FIG. 11). The prerequisite for this is that the focal length from the focal point 5 in front of the lens is smaller than the reproduced focal point 7 behind the lens (FIG. 10b).
Durch die Möglichkeit einer extrem hohen Lichtkonzentration ist die Verschmelzung verschiedener Standorte miteinander, wie in Fig. 12 zu sehen, möglich. Der individuelle Transport über Lichtleiter 6 oder der Transport ohne Medium (Licht könnte direkt an einen gewünschten Zielort gesandt werden, was die Transportkosten verringern könnte) bildet die Voraussetzung, um Licht selbst zu einer marktfähigen Handelware werden zu lassen.Due to the possibility of an extremely high concentration of light, the fusion of different locations with one another is possible, as can be seen in FIG. 12. The individual transport via light guide 6 or the transport without medium (light could be sent directly to a desired destination, which could reduce the transport costs) is the prerequisite to make light itself a marketable commodity.
Letztendlich zählt die Linsenanordnung 1 zu der Gruppe der Sammellinsen 2, die die Anwendung einer solchen Linsenanordnung 1 im optischen Bereich vorstellbar macht. So ist es denkbar, dass Linsenteleskope nicht mehr aus einer großen und schwer herzustellenden einzelnen Linse bestehen sondern aus mehreren Linsen, die zu einer Linsenanordnung 1 zusammengesetzt sind. [Bezugszeichenliste]Finally, the lens arrangement 1 belongs to the group of converging lenses 2, which makes the use of such a lens arrangement 1 in the optical region conceivable. So it is conceivable that lens telescopes no longer consist of a large and difficult-to-manufacture single lens but of several lenses that are assembled into a lens assembly 1. [REFERENCE LIST]
Linsenanordnung zur Lichtkonzentration von Licht aus unterschiedlichen Richtungen Sammellinse bzw. Sammellinsenanordnung gemäß Stand der Technik nicht parallele Lichtstrahlen (Licht aus unterschiedlicher Richtung) parallele Lichtstrahlen und 5a Brennpunkte zur Lichtübertragung Lichtleiter neu entstandener gemeinsamer Brennpunkt a Brennpunkt im geschlossenen Ring b Brennpunkt bei Lichtkonzentration im diffusen Lichtraum diffuser Lichtraum Sonnenkollektor Lens arrangement for light concentration of light from different directions Condense lens or collecting lens arrangement according to the prior art non-parallel light beams (light from different directions) parallel light beams and 5a focal points for light transmission fiber optic newly created common focus a focus in closed ring b focal point at light concentration in diffuse light space more diffuse Light room solar panel

Claims

[Patentansprüche] [Claims]
1. Verfahren zur Lichtkonzentration, dadurch gekennzeichnet, dass1. A method for light concentration, characterized in that
Lichtstrahlen aus unterschiedlicher Richtung (3) und/oder parallele Lichtstrahlen (4) durch eine Vielzahl von Linsen oder Linsensysteme (1) erfasst und auf einen gemeinsamen Brennpunkt (7) konzentriert werdenLight beams from different directions (3) and / or parallel light beams (4) are detected by a plurality of lenses or lens systems (1) and concentrated on a common focal point (7)
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die2. The method according to claim 1, characterized in that the
Lichtstrahlen (3, 4), die den Brennpunkt (7) durchlaufen, hinter dem Brennpunkt (7) durch eine weitere Linse oder ein weiteres Linsensystem (1) in parallele Lichtstrahlen (4) umgewandelt werden.Light beams (3, 4), which pass through the focal point (7), behind the focal point (7) by another lens or another lens system (1) are converted into parallel light beams (4).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Licht aus dem gemeinsamen Brennpunkt (7) in einen Lichtleiter (6) eingespeist und über den Lichtleiter (6) transportiert wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the light from the common focal point (7) in a light guide (6) is fed and transported over the light guide (6).
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das über zwei oder mehrere Lichtleiter (6) übertragene Licht durch weitere Linsen oder Linsensysteme (1) erneut auf einen Brennpunkt (7, 7a) konzentriert wird.4. The method according to claim 1 and 3, characterized in that the light transmitted via two or more light guides (6) by further lenses or lens systems (1) again on a focal point (7, 7a) is concentrated.
5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorgang der Lichtkonzentration oder Überlagerung von Licht in mehreren Stufen wiederholen lässt.5. The method according to the preceding claims, characterized in that the process of light concentration or superposition of light can be repeated in several stages.
6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vielzahl von Linsen oder Linsensystemen (1) in geeigneter Anordnung Licht in einen diffusen Lichtraum fokussiert wird.6. The method according to the preceding claims, characterized in that light is focused in a diffuse light space by a plurality of lenses or lens systems (1) in a suitable arrangement.
7. Linsenanordnung zur Lichtkonzentration, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsenanordnung zur Konzentration von Lichtstrahlen aus unterschiedlichen Richtungen (3) und/oder parallele Lichtstrahlen (4) aus mindestens zwei Linsen oder Linsensystemen (1) besteht und die Linsen oder Linsensysteme (1) derart angeordnet sind, dass jeweils ein Lichtpunkt aus einer Vielzahl von Lichtpunkten von jeweils einer der Linsen bzw. Linsensysteme (1 ) erfasst und die Summe aller dieser er- fassten Lichtpunkte auf einen gemeinsamen Punkt (7), der für alle diese Punkte ein Brennpunkt ist, hinter den Linsen bzw. Linsensystemen (1) konzentrierbar ist.7. Lens arrangement for light concentration, characterized in that the lens arrangement for the concentration of light beams from different directions (3) and / or parallel light beams (4) consists of at least two lenses or lens systems (1) and arranged the lenses or lens systems (1) are that each one point of light from a plurality of points of light from each one of the Lenses or lens systems (1) detected and the sum of all these detected light points on a common point (7), which is a focal point for all these points, behind the lenses or lens systems (1) is concentrated.
8. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anordnung einer weiteren Linse bzw. eines weiteren Linsensystems (2) die hinter dem Brennpunkt (7) divergierenden Lichtstrahlen in paralleles Licht (4) wandelbar sind.8. A lens arrangement according to claim 7, characterized in that by arranging a further lens or a further lens system (2) behind the focal point (7) diverging light beams in parallel light (4) are changeable.
9. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtpunkte vor den Linsen (1) sich strahlenförmig ausbreitende, natürliche und/oder künstliche Lichtpunkte oder bereits fokussierte Brennpunkte (5) oder (7) sind.9. Lens arrangement according to claim 7, characterized in that the points of light in front of the lenses (1) are radially propagating, natural and / or artificial light points or already focused foci (5) or (7).
10. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen bzw. Linsensysteme (1 ) zur Erzeugung des gemeinsamen Brennpunktes (7) ringförmig angeordnet sind.10. Lens arrangement according to claim 7, characterized in that the lenses or lens systems (1) for generating the common focal point (7) are arranged annularly.
11. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen bzw. Linsensysteme (1) zur Erzeugung des gemeinsamen Brennpunktes (7) auf einer sphärisch gewölbten Fläche angeordnet sind.11. Lens arrangement according to claim 7, characterized in that the lenses or lens systems (1) for generating the common focus (7) are arranged on a spherically curved surface.
12. Linsenanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen bzw. Linsensysteme (1 ) eine geschlossene Hohlkugel bilden.12. Lens arrangement according to claim 11, characterized in that the lenses or lens systems (1) form a closed hollow sphere.
13. Linsenanordnung nach Anspruch 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Brennpunkt (7a, 7b) der Mittelpunkt eines Ringes oder einer Kugel ist.13. A lens arrangement according to claim 10 and 12, characterized in that the common focal point (7a, 7b) is the center of a ring or a ball.
14. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite vor und nach den Linsen bzw. Linsensystemen (1) gleich oder unterschiedlich ist.14. Lens arrangement according to claim 7, characterized in that the focal length before and after the lenses or lens systems (1) is the same or different.
15. Linsenanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennweite der Lichtpunkte vor den Linsen bzw. Linsensystemen (1) kürzer als hinter den Linsen bzw. Linsensystemen (1) ist. 15. Lens arrangement according to claim 14, characterized in that the focal length of the light spots in front of the lenses or lens systems (1) is shorter than behind the lenses or lens systems (1).
16. Linsenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Brennpunkt (7) in einen Lichtleiter (6) einspeisbar ist.16. Lens arrangement according to claim 7, characterized in that the common focal point (7) in a light guide (6) can be fed.
17. Linsenanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Linsen (1) mit Hilfe von Lichtleitern (6) ortsunabhängig sind.17. Lens arrangement according to claim 16, characterized in that the lenses (1) by means of light guides (6) are location-independent.
18. Linsenanordnung nach Anspruch 7, 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass das von einer ersten Linsenanordnung (1) in einem Brennpunkt (7) fokussierte Licht mit Hilfe von Lichtleitern (6) zu einer zweiten Linsenanordnung (1) transportierbar ist und die zweite Linsenanordnung (1) erneut das Licht von einer Vielzahl von Linsenanordnungen (1) in einen neuen Brennpunkt (7a) fokussiert.18. The lens arrangement as claimed in claim 7, 16 and 17, characterized in that the light focused by a first lens arrangement (1) in one focal point (7) can be transported by means of light guides (6) to form a second lens arrangement (1) and the second Lens assembly (1) again focused the light from a plurality of lens assemblies (1) in a new focal point (7a).
19. Linsenanordnung nach Anspruch 7 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgang einer stufenweisen Fokussierung beliebig wiederholbar ist.19. A lens arrangement according to claim 7 and 18, characterized in that the process of a stepwise focusing is arbitrarily repeatable.
20. Linsenanordnung nach Anspruch 7, 11, 12, 13 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung der Linsen bzw. Linsensysteme (1) in einer sphärischen Kugelform in einem diffusen Lichtraum (8) ein Brennpunkt (7b) fokussierbar ist. 20. Lens arrangement according to claim 7, 11, 12, 13 and 15, characterized in that in the arrangement of the lenses or lens systems (1) in a spherical spherical shape in a diffuse light space (8), a focal point (7b) can be focused.
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