WO2014128065A1 - Device for changing a beam profile of an incident light beam, more particularly beam expander - Google Patents
Device for changing a beam profile of an incident light beam, more particularly beam expander Download PDFInfo
- Publication number
- WO2014128065A1 WO2014128065A1 PCT/EP2014/052967 EP2014052967W WO2014128065A1 WO 2014128065 A1 WO2014128065 A1 WO 2014128065A1 EP 2014052967 W EP2014052967 W EP 2014052967W WO 2014128065 A1 WO2014128065 A1 WO 2014128065A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- mirror
- light beam
- incident surface
- light
- light incident
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0019—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having reflective surfaces only (e.g. louvre systems, systems with multiple planar reflectors)
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
- G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
- G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
- G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0911—Anamorphotic systems
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0955—Lenses
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0938—Using specific optical elements
- G02B27/0977—Reflective elements
Definitions
- the invention relates to a device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular a beam expander (English: beam expander).
- a beam expander for example, one can understand an optical device which serves to increase the diameter of a parallel incident light beam. If the beam expander is used in the reverse direction, a beam reduction takes place. The term beam expander is therefore used both for beam expansion and for beam reduction. Telescopes, for example, also fall under the concept of beam expander.
- the change of the beam profile of an incident light beam to be effected by the device can in particular cause an enlargement or reduction of the beam diameter or the beam waist.
- This may be, for example, a change in the beam waist along a spatial direction. Further, this may also be, for example, a change in the beam waist along two orthogonal spatial directions, i. a change in the entire beam waist.
- the change can also be that an optical anisotropy of the incident light beam is changed.
- the optical anisotropy of the incident light beam may be, for example, an optical anisotropic distribution of the light intensity around an optical axis.
- a change in the optical anisotropy of the incident light beam may be a rotation of the distribution of light intensity about an optical axis.
- the known in the art beam expander generally have a comparatively long length compared to the beam diameter used. Furthermore, high quality and therefore expensive optics are usually used. At the same time, prior art beam expanders typically do not use specular elements.
- the invention relates to a device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular a beam passerweiter, comprising: a first D mirror; and an optical anisotropy element of the light beam, wherein the first D mirror and the optical anisotropy changing element of the light beam are arranged such that either the incident light beam first strikes the first D mirror and then from the first D Mirror is directed to the element for changing an optical anisotropy of the light beam or the incident light beam first strikes the element for changing an optical anisotropy of the light beam and is then directed by the element for changing an optical anisotropy of the light beam to the first D mirror ,
- a D-mirror may be understood as a dispersive mirror, that is, an optical device having at least one reflective element and at least one dispersive element, such as a dielectric medium.
- the light beam is perpendicular to a horizontal light entrance surface of the D-mirror and that the mirror elements are identical plane and oblong mirrors, whose longitudinal axes are horizontal, i. perpendicular to the plane of the drawing of Figure 1, and seen vertically, i. along the top-bottom direction of the drawing plane, at the same height.
- FIG. 1A the case illustrated in FIG. 1A is explained, in which a D mirror without dielectric is depicted.
- the air-dielectric barrier layer shown in FIG If viewed as the light incident surface 1 01 of the case shown in Figure 1 A case.
- the light incident surface 0101 in Figure 1 A is shown by dashed lines.
- a first light beam 1 03 hits in this case vertically, that is at an angle ⁇ of 90 °, on the light incident surface 1 O l, then strikes a first mirror element 1 05, is then reflected by this first mirror element 1 05 and in an expiring Direction directed.
- the light beam forms 1 03 with the light incident surface 1 01 an angle ⁇ and the mirror surface of the first mirror element 1 05 with the light incident surface 1 01 an angle of
- a second mirror element 1 07 whose mirror surface is parallel to the mirror surface of the first mirror element 1 05, is arranged at a given distance from the first mirror element 1 05 to the outgoing direction.
- a second beam 1 09 which in comparison to the first beam 1 03 continues to the outgoing direction to the first mirror element 1 05 hits, as well as the first beam 1 03 at the same angle ⁇ directed in the outgoing direction.
- This second beam 1 09 hits at landing point 1 1 1 of the boundary beam on the first mirror element 1 05. He is a so-called boundary beam, i.
- the ratio of the shaded light to the light incident on the solar collector may be determined geometrically by the ratio of the length from the left edge of the first mirror element 105 to the point of impact 1100 to the length from the left edge of the first mirror element 105 a projection point 1 1 3, at which an exactly on the left edge of the second mirror element 1 07 employed fallender beam would fall on a fictitious vertical extension of the first mirror element 1 05, are calculated.
- the constellation shown in Figure 1 B with a Dielectric in particular a liquid dielectric, significant advantages.
- a first beam 1 03 hits perpendicular to the light incident surface 01, where it is not broken due to the vertical incidence and then strikes the first mirror element 1 05.
- the respective refractive index of the medium is shown in FIG. 1B.
- the medium in which the incident beam passes has a refractive index n ⁇ .
- the value of the refractive index n ⁇ is almost equal to 1.
- the medium has a refractive index n 2 greater than 1.
- the first beam 1 03 is reflected back to the reflection of the first mirror element 1 05 to the air-dielectric interface, where the light is refracted and directed in the outgoing direction. Due to the refraction at the air-dielectric interface after the reflection at the mirror this can be made much flatter than in the case without dielectric, ie, that the angle ⁇ 2 between the first mirror element 1 05 and the light incident surface 1 01 smaller than the corresponding angle of the case shown in Figure 1A.
- the second beam 1 09 is a boundary beam as in FIG. 1A. It can be clearly seen that the impact point 1 1 1 is substantially closer to the right edge of the first mirror element 1 05 than in the case of Figure 1 A. This means that the shading in the case shown in Figure 1 B is much lower than in the case of Figure 1 A.
- a D mirror with mirror elements located in a dielectric has significantly reduced shading.
- Typical shading values for the dielectric and dielectric case are 90% and 25%, respectively.
- the D-mirror with dielectric has a shading factor reduced by a factor of 3.6. This corresponds to a factor of 7.5 higher transmission.
- a D mirror may include a dielectric medium having a light incident surface.
- the dielectric medium may have a refractive index greater than 1.05.
- the refractive index of the dielectric medium may be, for example, greater than 1.2.
- the refractive index of the dielectric medium may be greater than 1 .3 be.
- the refractive index of the dielectric medium may be greater than
- the refractive index of the dielectric medium may be greater than
- the refractive index of the dielectric medium may be greater than
- a medium has a refractive index greater than a certain value
- the medium has a refractive index greater than the predetermined value at each point of its matter and in each direction at that point.
- normal pressure is assumed here.
- a dielectric or a dielectric medium is used to denote a dielectric other than air.
- the dielectric medium may consist of a liquid, a gel and / or a solid. Furthermore, the dielectric medium may comprise at least one liquid, a gel and / or a solid.
- the medium may have a solid in which a plurality of adjacently arranged cavities or tubes are arranged, in which elongated mirror elements are rotatably mounted or arranged either in a liquid, in a gel or in another solid, in particular with a cylindrical shape.
- the cylinder shapes may be laterally connected to motorized rotary devices.
- the interface between the solid and the further solid to avoid or reduce reflection losses may be filled with a particular liquid or gel-like bridging dielectric. It is preferred that in this case both solids have an identical or similar refractive index as the bridging dielectric.
- the medium here is formed in total by the solid, the bridging dielectric as well as the liquid, the gel or the further solid.
- the intermediate medium is designed such that it can also be used as a lubricant for the mirror cylinder.
- a thickness of a thin intermediate layer may, for example, be between 0.2 and 20 ⁇ m, preferably between 0.5 and 10 ⁇ m / m, so that differences in the refractive index do not lead to reflection losses.
- the synthetic, glass-like thermoplastic polymethylmethacrylate is preferred here, which is colloquially called acrylic glass or Plexiglas and is referred to by the abbreviation PMMA.
- a general advantage of solids is that some solid bodies are almost perfectly transparent in the infrared and in the UV, in contrast to liquid, dielectric materials.
- the rotatable cylinder contains in the spatial diagonal flat mirror for reflecting the incident light beam.
- the cylinder is rotatable and the tubes can be used for the mirror mount.
- the dielectric medium may comprise at least one of the following materials: an optically isotropic material, an optically anisotropic material, an optically nonlinear material, or a birefringent material.
- the birefringent material in particular has the Pockels effect or the linear electro-optical effect, in which the refractive index changes linearly with an applied electric field.
- the refractive index can be, for example, a location-dependent and / or direction-dependent refractive index.
- the refractive index can be, for example, a location-independent and / or direction-independent refractive index.
- the square of the refractive index n is equal to the permittivity number or dielectric constant £ r .
- a locally variable refractive index is that the incident light beam is variable in many ways, for example, the beam path or the polarization can be changed. Further, an antireflection layer may be mounted on or in the dielectric medium. Furthermore, it can be achieved by nanostructuring of the dielectric medium that the dielectric medium experiences an optical anisotropy, so that the incident or emergent light is preferably directed in this direction.
- the advantage of the locally invariable refractive index is the ease of manufacture.
- the dielectric medium may have a location-dependent and / or direction-dependent refractive index.
- the medium may have a location-independent and / or direction-independent refractive index.
- the medium may be discontinuous and / or inhomogeneous.
- the medium may be contiguous and / or be homogeneous.
- An inhomogeneous medium may, for example, be understood as meaning a medium which has different phases of the same substance or material or different states of matter of the same or different substances or materials.
- the dielectric medium may for example comprise at least one of the following substances: water, carbon disulfide, polymethyl methacrylate, benzene, xylene, toluene, BTX, cellulose acetate butyrate or at least one substance of the following groups: organic solvents, alkanes, silicones, silicone oils, polycarbonates, transparent polymers, in particular cellulose butyrates, acrylates, glycol-modified polyethylene terephthalates, glasses, in particular optical glasses.
- the advantage of water is its abundance and wide distribution, its transmission in the sensitivity range of conventional photovoltaic converters, its chemical resistance, especially with long-term increased solar radiation and its low procurement costs.
- Carbon disulfide is a colorless liquid with a suitable refractive index and good optical stability, which can be used well in combination with glass.
- the substances benzene, xylene, toluene, BTX are readily available and have good optical properties, i. E. also high refractive indices. Depending on which other materials are used, the refractive index can be adjusted by the choice of materials.
- polymethyl methacrylate which has as an advantage a high dielectric constant, a high optical transmission, and an exact machinability or good dimensional stability.
- organic polymers for the dielectric medium or portions thereof.
- PMMA is also good temperature-resistant and proves to be particularly advantageous in outdoor applications due to high weather resistance.
- the chromatic aberration of PMMA caused by dispersion is smaller than that of water (see Abbe number).
- the dielectric medium is particularly preferably a polymeric thermoplastic, in particular PMMA and / or polycarbonate.
- the mirror surfaces can be easily installed in the cylinder body, or reshape. It is also possible vapor deposition of a thin mirror surface (for example, aluminum, silver, etc.) on a half-cylinder, which is then complemented by closed adhesion of the second half. This works well with thermoplastics with a relatively low glass transition temperature, which should, however, be above 1 00 ° C in order to avoid thermal deformation in strong sunlight.
- polycarbonates because of their high strength. These are particularly weather and radiation stable. With a refractive index of 1.855, these easily moldable thermoplastics have excellent refractive indices and are inherently colorless and transparent in the relevant or interesting wavelength range.
- Glasses are preferred because of their high robustness and weather resistance. Glasses can be well combined with the aforementioned liquids, which can be used, for example, as cylinder lubricants.
- a cover layer in particular a cover glass, is arranged above the dielectric medium.
- This has the advantage that the particular optical effects can be divided between the cover layer and the underlying dielectric medium. Furthermore, such a separation simplifies the manufacture of such a D-mirror. Furthermore, advantageously, for example, worn by sand or other environmental influences cover layer easy be replaced.
- the refractive index of the cover layer is identical or similar to the refractive index of the dielectric medium or the boundary layer of the dielectric medium adjoining the cover layer.
- the light incident surface of the D-mirror may be uneven, for example.
- the light incident surface of the D mirror may be such that a maximum intersection angle between every two tangent planes of the set of tangent planes at each point of the light incident surface is smaller than 60 °.
- this maximum cutting angle is less than 40 °.
- This maximum cutting angle is preferably less than 20 °.
- this maximum cutting angle is less than 10 °.
- This maximum cutting angle is preferably less than 5 °. Most preferably, this maximum cutting angle is less than 2 °.
- the light incident surface of the D mirror may have a concave or convex shape.
- the concave or convex shape may be spherical concave or convex. Furthermore, this shape can only be concave or convex along a first spatial direction, while it can be translation-invariant in a second spatial direction perpendicular to the first spatial direction.
- the shape may also be such that it is concave or convex along two orthogonal spatial directions, the light incident surface having different radii of curvature in the two spatial directions.
- the light incident surface of the D-mirror may, for example, be a plane, in particular a horizontal plane.
- the light incident surface of the D-mirror may have at least two planar portions.
- the light incident surface may have at least one intermediate step.
- the incident light beam is perpendicular to the D mirror and the outgoing light beam is at an angle to the plane light incident surface and in a certain direction, for example, that plane portion having the highest level on the light incident surface in one Be region which is remote from the direction of the outgoing light beam.
- the planar sections may be arranged such that the planes are arranged higher in each case along one direction.
- the light incident surface of the D-mirror may have at least two sections with at least one intermediate step, the sections not being planar are.
- the sections may for example each have a concave or convex shape.
- the concave or convex shape may be spherical concave or convex.
- this shape can only be concave or convex along a first spatial direction, while it can be translation-invariant in a second spatial direction perpendicular to the first spatial direction.
- the shape may also be such that it is concave or convex along two orthogonal spatial directions, the light incident surface having different radii of curvature in the two spatial directions.
- planar sections may be arranged such that the planes are arranged higher in each case along one direction.
- the D mirror can, for example, have at least two mirror elements disposed downstream of the light incident surface for deflecting the light beam into a light beam that emerges.
- the number of mirror elements may be greater than 3, for example.
- the number of mirror elements may be greater than 4, for example.
- the term "downstream" may mean that an incident light beam first passes through the light incident surface and then strikes at least one mirror element
- the mirror elements may reflect such light rays, and such reflected beam may be from the other, for example Page through the light incident surface, after which he leaves the D-mirror and thus fails.
- the mirror elements can each be arranged adjacent to each other.
- the mirror elements of the D-mirror can be designed identically, for example.
- the mirror elements may, for example, each have a reflective surface.
- the reflective surface of the mirror elements may be flat, for example.
- the dielectric medium may completely fill a space between the reflective surfaces of the mirror elements and the light incident surface. This leads to a greater deflection or refraction of the light rays and thus to a greater reduction of shading compared to the case in which this space is only partially filled. Further, this will increase the variation in beam diameter from incoming to outgoing beam.
- the mirror elements may have an extension greater than 0, 1 mm.
- the term expansion of a mirror element may, for example, be understood to mean the smallest length along one of the three spatial directions.
- the mirror elements may have an extension greater than 0.2 mm.
- the mirror elements can have an extension greater than 0.5 mm.
- the mirror elements can have an extension greater than 1 mm.
- the mirror elements can have an extension greater than 10 mm.
- the mirror elements can be mechanically movable.
- the dielectric medium of a D-mirror for example, a cover layer, in particular a cover glass
- the dielectric medium of a D-mirror or the cover layer may have an antireflection coating, in particular on the cover layer.
- the anti-reflection coating can be broadband, for example in a range between 400 and 800 nm.
- the antireflection coating may comprise at least one of the following materials: a material with a low refractive index, a nano-structured material, in particular a porous nano-structured material, a sol-gel-deposited material or an angle-dependent deposition (OAD) manufactured material.
- a low refractive index is understood to mean a refractive index of less than 1.25, which can not be produced with conventional dielectric materials, and in particular the range of 1.05 to 1.25. Materials with such refractive indices can be produced, for example, by new technologies, in particular by nanostructuring.
- nanostructuring is understood to mean a structure having a structuring period which is less than the smallest intended use wavelength, for example, when used for visible radiation less than 400 nm. A nanostructure with a structuring period smaller than 400 nm thus does not result in any specular, ie. Reflecting reflection, even with deviations from the perfect periodicity.
- the antireflection layer is of particular importance in the D mirror.
- the input and output angles are measured with respect to the solder perpendicular to the D-mirror, ie vertical incident of the sunlight on the D-mirror corresponds to an angle of incidence of 0 °.
- the mirror elements may be fixed, i. not be mobile.
- at least one mirror element of a D-mirror can be rotatable.
- the at least one mirror element can in particular be rotatable about the longitudinal axis.
- the mirror elements of a D-mirror can be rotatable, in particular about its longitudinal axis.
- the antireflection coating may have a refractive index between 1. 03 and 1.25.
- the antireflection coating preferably has a refractive index between 1.05 and 1.2.
- the antireflection coating preferably has a refractive index between 1.05 and 1.55.
- the planar reflecting surfaces of the mirror elements may be parallel to each other. This has the advantage that at the same angle of inclination of the mirror elements, the light beams are deflected in each case in the same direction.
- the mirror elements may, for example, be elongate, in particular rectangular. These shapes have the advantage that the mirror elements can be arranged next to one another.
- the longitudinal axes of the mirror elements may be parallel to each other.
- the longitudinal axes of the mirror elements may be parallel to the light incident surface or the planar portions of the light incident surface.
- the mirror elements of a D-mirror may lie in one plane. This can mean that in particular the centers of the mirror elements can lie in one plane.
- a plane in which the mirror elements of the D-mirror are located may have a slope relative to the light incident surface. This may mean that such a plane includes a cut angle with the light incident surface.
- the D-mirror may thus have a flat outer shape.
- the individual mirror elements are displaceably arranged along a direction to the light incident surface.
- the respective displacement distance may, for example, be less than one wavelength of the radiation used. If a wide range of wavelengths is used, a suitable wavelength can be used here.
- the light field reflected or radiated by the mirror elements can be adjusted or changed within wide limits.
- the interference image of the rays is changed starting from the mirror elements by the mirror shift.
- the reflecting surface of a mirror element of a D-mirror can be nanostructured. This has the advantage that a dispersion of the overall optical system can be compensated or compensated. Under the total optical system, the entirety of all components that act on the light beam between the entrance of the light beam in the D mirror to the exit from the D mirror understood. For most transparent substances or media, there is the so-called normal dispersion, in which the refractive index increases with increasing frequency. Thus, the cover layer and also the refraction at the interface between the cover layer and air has a normal dispersion. This normal dispersion can be compensated in particular by means of a nanostructuring of a surface of a mirror element.
- this compensation can be done with a diffraction grating with blazing or a blaze grating be achieved.
- a blazed grating is a special reflection grating in optics optimized for diffracting a particular combination of wavelength and diffraction order. Compensation of the dispersion results in the overall system mapping each wavelength in the compensated range to the same point.
- the plane of the mirror elements of a D-mirror may be parallel to the light incident surface of the respective D-mirror or the planar portions of the light incident surface of the respective D-mirror.
- a D-mirror may be rotatable about the central perpendicular axis perpendicular to the light incident surface or an axis parallel thereto.
- a solder standing on the light incident surface of the first D mirror can form an angle of 70 ° to 110 ° with a solder standing on the light incident surface of the second D mirror.
- this angle is between 80 ° and 1 00 °. It is further preferred that this angle is between 85 ° and 95 °. It is further preferred that this angle is between 87 ° and 93 °, in particular exactly 90 °.
- the longitudinal axes of the mirror elements of the first D-mirror may form an angle between 20 ° and -20 ° with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror
- the longitudinal axes of the mirror elements of the second D mirror may be perpendicular to the longitudinal axes of the second D mirror Be mirror elements of the first D-mirror.
- the longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form, for example, an angle between 1 0 ° and -10 ° with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror.
- the longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form an angle between 5 ° and -5 °, for example, with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror.
- the longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form an angle between 3 ° and -3 °, for example, with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror.
- An optical axis of the element for changing the optical anisotropy of the light beam may, for example, form an angle between 70 ° and 110 ° with the longitudinal axes of the mirror elements. This angle can be between 80 ° and 100 °, for example. This angle can be between 85 ° and 95 °, for example. This angle can be for example 90 °.
- the first D mirror and the optical anisotropy changing element of the light beam may be arranged such that the light beam emitted from the first D mirror is interposed between the first D mirror and the optical anisotropy element of the light beam with the light incident surface forms an angle between 80 ° by 1 00 °. This angle can be between 85 and 95 °, for example. This angle can be for example 90 °.
- the element for changing an optical anisotropy of the light beam may, for example, be a lens, in particular an aspherical lens or a cylindrical lens, a mirror, in particular an aspherical mirror or a cylindrical mirror, or a second D mirror.
- the element for changing an optical anisotropy of the light beam is a second D-mirror
- the incident light beam from the first D mirror are directed to the second D-mirror and the light beam after passing through the second D-mirror become a failing light beam.
- the optical anisotropy changing element is a lens or a mirror
- the light beam irradiated on the optical anisotropy element changing arrangement and the first D mirror may be such that the beam-covered area of the lens or the mirror in a parallel direction of a line of intersection of a continued lens or mirror plane and the light incident surface has at least twice as large extent as in a direction perpendicular thereto.
- an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 70 °.
- the respective angle of incidence or failure can be measured between the incoming or outgoing light beam and the solder on the respective light incident surface.
- the incoming or outgoing light beam can be projected into a specific plane, in particular a sagittal plane or a meridional plane.
- an incident angle of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted from a D mirror may be greater than 75 °.
- an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 80 °.
- An angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be, for example, greater than 85 °.
- an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 87 °.
- a D-mirror which has a flat light incident surface and has identical, level and juxtaposed mirror elements with the same angular position, which lie in a plane parallel to the light incident surface, has no geometrical aberration. This means that parallel incident rays are imaged exactly in parallel outgoing rays.
- a D-mirror as described herein can also function without a further optical element as a beam expander or as a device for changing a beam profile of an incident light beam.
- a D-mirror offers a variety of applications.
- a D-mirror can be used for example in solar technology, in particular photovoltaic or solar thermal, as a flat heliostat, which can be placed flat on the ground. Due to the reduced mutual shading of the mirror elements, which is due to the presence of the dielectric medium, this results in an increased light output compared to conventional heliostats.
- the D-mirror can be used to guide natural sunlight from outside to a location in a building that has no direct access to the outside.
- the market is very interested in such use because natural light in a building is perceived as more pleasant than artificial light.
- a D-mirror is very well suited for such an application because it has a compact design and perpendicularly deflects simple light at an angle of almost 90 °.
- a D-mirror has higher efficiency for this application than prior art devices.
- the dispersive properties of the D-mirror can be used to set the interior lighting to a certain color or intended atmosphere.
- a D mirror can also be used as a light source for parallel light. This is used, for example, in the lighting of buildings or public places.
- a D mirror can generate parallel light. Since different light wavelengths or light colors are imaged on different locations due to the chromatic dispersion, different colors can also be superimposed on the illuminated object.
- the chromatic dispersion can be corrected by micro or nanostructuring of the mirror.
- an optical delay line can also be used to correct the dispersion. This can be achieved by means of a constellation with 2 D mirrors whose light incident surfaces enclose an angle smaller than 20 °.
- a D-mirror can be used as a laser beam scanning or laser scanning device or for long-range light focusing.
- the size of the focus or the beam waist is determined by the ratio of the aperture to the focal length. If the object is far away, therefore, a large aperture is needed.
- This can be achieved by a continuous beam and a lens arranged further ahead of the beam.
- this can be achieved by an arrangement as shown in FIG. 3.
- the quality of this focus can be determined by the diameter of the second D-mirror. In the present case, the second D-mirror has a comparatively large diameter.
- the quality of the focus can be optimized according to the theory of Gaussian rays.
- FIG. 2 illustrates the entrance and exit angles of a D-mirror.
- FIG. 3 shows an arrangement of two D mirrors.
- Figure 4 shows an arrangement of a D-mirror with a conventional mirror.
- FIG. 5 shows an arrangement of a D-shaped mirror having a stepped light incident surface and a condenser lens.
- FIG. 2 illustrates a light beam incident on a D mirror 1 00 and a light beam emerging from a D mirror.
- FIG. 2 shows a D mirror 1 00 with a light incident surface 1101.
- a first dielectric medium 1 1 5, in which the incident light beam 1 1 7 extends, has a value of the refractive index of n ⁇ and is shown in Figure 2 above the light incident surface 01.
- a second dielectric medium 1 1 9 is shown, in which the refracted light beam 1 21 extends and whose refractive index has the value n 2 .
- the incident light beam 1 1 7 has an angle of incidence ⁇ ⁇ , which is measured against a on the light incident surface 1 01 perpendicular incident slot 1 23.
- angles which are measured to the left by the upwardly facing incident slot 1 23 have positive values and angles, which are measured to the right by the incident slot 1 23, negative values.
- the angle of incidence has a positive value and the angle and ⁇ 2 negative values.
- the refracted beam 1 21 strikes a planar mirror element 1 25 after refraction.
- a plurality of mirror elements 1 25 are arranged on a straight line parallel to the light incidence surface 11 01 and distributed uniformly along a horizontal line.
- the mirror elements 1 to 25 Einfallslot 1 23 to the same angle.
- the refracted light beam 1 21 is reflected on the plane mirror surface of the mirror element 1 25 according to the law of reflection and then passes from the side of the second dielectric medium 1 1 9 coming on the light incident surface 1 01 to.
- the reflected on the mirror surface of the mirror element 1 25, refracted light beam 1 21 is referred to as a reflected refracted light beam 1 29.
- the reflected refracted light beam 1 29 at the light incident surface 1 01 at the passage of the second dielectric medium 1 1 . 1 1 9 again refracted into the first dielectric medium according to the Snell's law, and then falls from the D-mirror 1 00 as an emergent beam 1 31. in this case, reads it as follows:. sin n 2 sin ß 2 ß 2 can in this case be interpreted as the angle of the outgoing light beam 1 31 of the D mirror 1 00.
- the light beam does not re-enter the first dielectric medium 1 1 5, but may not even reflected in the direction of the light incident surface 01 01 or is totally reflected at the light incident surface 01.
- angles ⁇ and a 2 are nearly 0 ° and the angles ⁇ and a 2 are nearly 0 ° and the angles ⁇ and a 2 are nearly 0 ° and the
- Equation (1) can thus be approximated to: dß y cos /? 2
- FIGS. 3A and 3B show an embodiment of a beam expander according to the invention.
- the beam passerer 1 32 of Figure 3 has a first D-mirror 1 33 and a second D-mirror 1 35 on.
- the view of Figure 3A shows the Strahlaufweiter 1 32 from the side and the view of Figure 3B shows the Strahlaufweiter 1 32 from above.
- a Cartesian coordinate system with the axes x, y and z is shown next to each figure.
- Both the first D mirror 1 33 and the second D mirror 1 35 may each be a D mirror 1 00, as described above.
- Figure 3 is a schematic drawing whose dimensions and angles do not match a true embodiment of a beam expander.
- An incident light beam 1 37 which runs in air, first strikes the first D mirror 1 33 and that on the light incident surface 1 39 of the first D-mirror 1 33.
- the incident light beam 1 37 may be shaped so that the light incident surface 39 of the first D-mirror 1 33 as well as possible covered or illuminated.
- FIG. 3A three different sub-beams 1 38 of the incident light beam 1 37 are shown, which run parallel to one another and have a different height along the z-axis.
- the same three incident partial beams 1 38 are shown, which fall on the first D-mirror 1 33.
- the incident partial beams 1 38 of FIG. 3B are offset along the y-axis.
- the incident partial beams 1 38 hit, after they have passed through the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33, on mirror elements 1 41st
- the angle of incidence of the incident partial beams 1 38 on the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 may be 85 °, for example, and the angle of incidence in FIGS. 3A or 3B can not be read correctly since the views of FIGS. 3A or 3B are projections are.
- the incident light beam 1 37 is reflected by the first D mirror 1 33.
- This light beam 1 43 reflected by the first D mirror 333 then strikes a light incident surface 455 of the second D mirror 1 35.
- the parameters of the first D mirror 1 33 and of the incident light beam 1 37 and the dimensions of the second D mirror 1 35 can be selected so that the light beam 1 43 reflected from the first D mirror 1 33 as well as possible covers or illuminates the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35.
- the three different reflected partial beams 1 44 strike the light incident surface 45 of the second D mirror 1 35 at different points along the x-axis.
- the three different reflected partial beams 1 44 are parallel to each other. After the partial beams 1 44 have passed through the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35, they meet mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35, are from the mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35 in the direction of Reflected light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35, then pass through the light incident surface 1 45 second D-mirror 1 35 and thus leave the second D-mirror 1 35.
- the reflected light from the second D-mirror 1 35 light beam 1 49 leaves the Strah knowweiter 1 32 as outgoing light beam.
- the Partial beams 1 50 of the second D-mirror 1 35 reflected light beam 1 49 are parallel to each other and perpendicular to the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35.
- the three parallel partial beams 1 38 of the incident light beam 1 37 strike the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 at different points along the y axis. Since the sub-beam 1 38, which is shown at the top in FIG. 3B, also has the largest z-coordinate, as can be seen in FIG. 3A, it strikes the light incidence surface of the three sub-beams 1 38 as partial beam 1 44 at one location 1 45 of the second D-mirror 1 35, which has the largest x-coordinate. After this partial beam 1 44 has been reflected by the second D-mirror 1 35, it leaves the second D-mirror 1 35 along the z-axis. This is shown symbolically in FIG. 3B with a point with a circle around it. This symbol means that the beam goes out of the drawing plane towards the viewer.
- the angle of incidence of the light beam 1 43 reflected from the first D mirror 1 33 on the light incident surface 1 45 of the second D mirror 1 35 may also be 85 °, for example.
- the emanating from the beam expander 1 32 light beam has compared to the incident light beam 1 37 a significantly larger diameter.
- typical values for increasing the beam diameter are in the order of magnitude of 1.
- the beam expander 1 32 has a very compact construction compared to beam expander, which use exclusively calculating lenses.
- the second D-mirror 1 45 may, for example along the x-axis have a length of 1 m, along which 1 00 mirror elements 1 47 are arranged side by side.
- a lower part of the light incidence surface 1 39 of the first D mirror 1 33 has a small distance to a left part of the light entrance surface 1 45 of the second D mirror 1 35.
- the mirror elements 1 41 of the first D-mirror 1 33 are perpendicular to the mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35. This causes in connection with the vertical arrangement of the D-mirror, that a round incident light beam 1 37 also as a round beam of light leaves the beam expander.
- Figure 4 shows an arrangement of a D-mirror with a conventional mirror.
- This arrangement can function as a beam expander, in particular as a large aperture imaging system used, for example, as a telescope in astronomy can.
- the arrangement of FIG. 4 can be used, for example, for an imaging detection of weak signals, in particular as a night vision device or for spectroscopic applications.
- FIG. 4A shows the beam farther from the side and the view of Figure 4 B shows the beam running farther from above.
- a Cartesian coordinate system with the axes x, y and z is shown next to each figure.
- an incident light beam 1 37 initially strikes a light incident surface 1 39 of a first D mirror 1 33.
- This situation is similar to the embodiment of FIG. 3, but in the embodiment of FIG. 4 the incident light beam 1 37 strikes the incident light surface 1 39 of the first D-mirror 1 33 perpendicularly or nearly perpendicularly, whereas in the beam expander 1 32 of FIG 3 of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43 almost perpendicular to the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 runs.
- the light beam 1 49 reflected by the second D mirror 1 35 extends perpendicular to the light incident surface 45 of the second D mirror 1 35.
- the first D mirror 1 33 in FIG. 4 acts as a beam reducer, while the D mirrors 1 33, 1 35 of FIG. 3 each function as a beam expander.
- the first D mirror 1 33, a mirror 1 51 is connected downstream.
- the mirror 1 51 of the embodiment of Figure 4 is a spherical mirror, which reflects the reflected from the first D mirror 1 33 light beam 1 43.
- the mirror 1 51 is arranged in the view of Figure 4A with a small distance above the first D-mirror 1 33 and at its left end. At this position, the reflecting surface of the mirror 51 is substantially along the z-axis.
- the parallel before this reflection light rays of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43 are focused by the mirror 1 51 on a focal point F.
- the light beam 1 53 reflected by the mirror 1 51 runs symmetrically with respect to the x-axis, which extends parallel to the light incident surface 1 39 and perpendicular to the mirror elements 1 41 of the first D mirror 1 33.
- the focal point F is located just outside the x-axis
- the position of the focal point F is along the z-axis viewed above the light incident surface 1 39 at a distance which is about twice as large as the extension of the mirror 1 51 along the z-axis.
- Figure 5 shows an arrangement of a first D-mirror 1 33 and a lens 1 55.
- An incident light beam 1 37 strikes a light incident surface 1 39, which is step-shaped.
- the light incident surface 1 39 has planar sections 1 57 with intermediate stages. To simplify the illustration, the light incident surface 1 39 only three stages 1 57 on.
- the planar portions 1 57 increase continuously from one side of the first D mirror 1 33 to the other.
- the planar sections 1 57 are each offset from an adjacent step by an amount S. In this case, the planar portions 1 57 is shifted farthest in the direction of the incident light beam 1 37, ie along the z-axis, which is on the light incident surface 1 39 farthest from the lens 1 55 away.
- the adjacent planar section 1 57 is offset by the amount S in the direction of the incident light beam 1 37, ie in the negative z-direction.
- the planar sections 1 57 each have an identical length along the x-axis.
- a corresponding mirror element 1 41 is arranged centrally with respect to the x-axis, which are arranged offset in the same manner as the flat portions 1 57 along the z-direction.
- the mirror elements 1 41 are identical and have the same angle of inclination relative to the flat sections 1 57.
- Parallel to the first D-mirror 1 33 incident partial beams 1 38 of the incident light beam 1 37 are reflected by the first D mirror 1 33 in parallel partial beams 1 44 of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43.
- adjacent sub-beams 1 44 are farther apart than in the case of a D-mirror without stepped light incident surface 1 39.
- the reflected from the first D mirror 1 33 light beam 1 43 then strikes a lens 1 55, which the parallel sub-beam 1 44 on a Focal point F focused. Since the view of Figure 5 is translationally invariant with respect to the y axis perpendicular to the x and z axes, the lens 1 55 is a cylindrical lens and the focal point F is a line focus.
- the device shown in Figure 5 can be used to create a laser focus in a scanner or for an imaging system from distant, but not necessarily infinitely distant, pixels.
- the step-shaped light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 causes an incident light beam 1 37, which is slightly divergent, can be imaged onto a point.
- the object point of the first D-mirror 1 33 be far away, the object.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
The invention relates to a device for changing a beam profile of an incident light beam, more particularly a beam expander, comprising: a first D‑mirror; and an element for changing an optical anisotropy of the light beam, wherein the first D‑mirror and the element for changing an optical anisotropy of the light beam are arranged such that either the incident light beam firstly impinges on the first D‑mirror and is then directed from the first D‑mirror onto the element for changing an optical anisotropy of the light beam or the incident light beam firstly impinges on the element for changing an optical anisotropy of the light beam and is then directed from the element for changing an optical anisotropy of the light beam onto the first D‑mirror.
Description
Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls, Device for changing a beam profile of an incident light beam,
insbesondere Strahlaufweiter in particular beam expander
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls, insbesondere einen Strahlaufweiter (englisch: beam expander). Unter einem Strahlaufweiter kann man zum Beispiel eine optische Vorrichtung verstehen, die dazu dient, den Durchmesser eines parallel einfallenden Lichtstrahls zu vergrößern. Falls der Strahlaufweiter in umgekehrter Richtung verwendet wird, findet eine Strahlverkleinerung statt. Der Begriff Strahlaufweiter wird daher sowohl für die Strahlaufweitung als auch für die Strahlverkleinerung verwendet. Teleskope fallen zum Beispiel auch unter den Begriff des Strahlaufweiters. The invention relates to a device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular a beam expander (English: beam expander). By a beam expander, for example, one can understand an optical device which serves to increase the diameter of a parallel incident light beam. If the beam expander is used in the reverse direction, a beam reduction takes place. The term beam expander is therefore used both for beam expansion and for beam reduction. Telescopes, for example, also fall under the concept of beam expander.
Die von der Vorrichtung zu bewirkende Veränderung des Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls kann insbesondere eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Strahldurchmessers bzw. der Strahltaille bewirken. Dies kann zum Beispiel eine Veränderung der Strahltaille entlang einer Raumrichtung sein. Ferner kann dies zum Beispiel auch eine Veränderung der Strahltaille entlang zweier orthogonaler Raumrichtungen sein, d.h. eine Veränderung der gesamten Strahltaille. Vorzugsweise kann die Veränderung auch darin bestehen, dass eine optische Anisotropie des einfallenden Lichtstrahls verändert wird. Die optische Anisotropie des einfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel eine um eine optische Achse herum anisotrope optische Verteilung der Lichtintensität sein. Eine Veränderung der optischen Anisotropie des einfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel eine Drehung der Verteilung der Lichtintensität um eine optische Achse herum sein. The change of the beam profile of an incident light beam to be effected by the device can in particular cause an enlargement or reduction of the beam diameter or the beam waist. This may be, for example, a change in the beam waist along a spatial direction. Further, this may also be, for example, a change in the beam waist along two orthogonal spatial directions, i. a change in the entire beam waist. Preferably, the change can also be that an optical anisotropy of the incident light beam is changed. The optical anisotropy of the incident light beam may be, for example, an optical anisotropic distribution of the light intensity around an optical axis. For example, a change in the optical anisotropy of the incident light beam may be a rotation of the distribution of light intensity about an optical axis.
Die im Stand der Technik bekannten Strahlaufweiter weisen in der Regel im Vergleich zum verwendeten Strahldurchmesser eine vergleichsweise große Baulänge auf. Ferner werden in der Regel hochwertige und somit teure Optiken verwendet. Gleichzeitig verwenden Strahlaufweiter des Stands der Technik in der Regel keine spiegelnden Elemente. The known in the art beam expander generally have a comparatively long length compared to the beam diameter used. Furthermore, high quality and therefore expensive optics are usually used. At the same time, prior art beam expanders typically do not use specular elements.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils, insbesondere einen Strahlaufweiter, anzugeben, der günstig herzustellen ist und einen kompakten Aufbau aufweist.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls, insbesondere einen Strah laufweiter, aufweisend: einen ersten D- Spiegel; und ein Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls, wobei der erste D-Spiegel und das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls so angeordnet sind, dass entweder der einfallende Lichtstrahl zunächst auf den ersten D-Spiegel trifft und dann von dem ersten D-Spiegel auf das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls gelenkt wird oder der einfallende Lichtstrahl zunächst auf das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls trifft und dann von dem Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls auf den ersten D-Spiegel gelenkt wird. It is therefore an object of the present invention to provide a device for changing a beam profile, in particular a beam expander, which is inexpensive to manufacture and has a compact construction. The invention relates to a device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular a beam weiterweiter, comprising: a first D mirror; and an optical anisotropy element of the light beam, wherein the first D mirror and the optical anisotropy changing element of the light beam are arranged such that either the incident light beam first strikes the first D mirror and then from the first D Mirror is directed to the element for changing an optical anisotropy of the light beam or the incident light beam first strikes the element for changing an optical anisotropy of the light beam and is then directed by the element for changing an optical anisotropy of the light beam to the first D mirror ,
Unter einem D-Spiegel kann zum Beispiel ein dispersiver Spiegel verstanden werden, das heißt eine optische Vorrichtung mit mindestens einem spiegelnden Element und mindestens einem dispersiven Element, wie zum Beispiel einem dielektrischen Medium . For example, a D-mirror may be understood as a dispersive mirror, that is, an optical device having at least one reflective element and at least one dispersive element, such as a dielectric medium.
Im Folgenden wird ein Beispiel betrachtet, welches eine einfache Variante eines D-Spiegels illustrieren soll. Hierzu wird angenommen, dass der D-Spiegel in einem dielektrischen Medium nebeneinander angeordnete Spiegelelemente aufweist. Hierbei soll betont werden, dass zur Erfindung die Erkenntnis beigetragen hat, dass insbesondere für senkrechten Einfall des Lichtstrahls auf den D-Spiegel, die Abschattung zwischen benachbarten Spiegelelementen des D-Spiegels wesentlich reduziert wird, falls sich zwischen einer Einfallsfläche des D-Spiegels und den Spiegelelementen ein von Luft verschiedenes Dielektrikum befindet oder anders ausgedrückt, falls der Strahlengang des Lichtstrahls zwischen dem Eintritt in den D-Spiegel und dem Austritt aus dem D-Spiegel in einem von Luft verschiedenem Dielektrikum verläuft. Dies wird anhand von Figur 1 veranschaulicht. In the following an example is considered which should illustrate a simple variant of a D-mirror. For this purpose, it is assumed that the D mirror has mirror elements arranged side by side in a dielectric medium. It should be emphasized that the invention has contributed to the knowledge that, in particular for vertical incidence of the light beam on the D mirror, the shading between adjacent mirror elements of the D mirror is substantially reduced if between an incident surface of the D mirror and the Mirror elements is a non-air dielectric, or in other words, if the beam path of the light beam between the entrance to the D mirror and the exit from the D mirror in a non-air-dielectric. This will be illustrated with reference to FIG.
Hierzu wird angenommen, dass der Lichtstrahl senkrecht auf eine horizontale Lichteintrittsfläche des D-Spiegels trifft und dass die Spiegelelemente identische ebene und längliche Spiegel sind, deren Längsachsen horizontal, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1 , verlaufen und die vertikal gesehen, d.h. entlang der Oben-unten-Richtung der Zeichenebene, in derselben Höhe angebracht sind. For this purpose, it is assumed that the light beam is perpendicular to a horizontal light entrance surface of the D-mirror and that the mirror elements are identical plane and oblong mirrors, whose longitudinal axes are horizontal, i. perpendicular to the plane of the drawing of Figure 1, and seen vertically, i. along the top-bottom direction of the drawing plane, at the same height.
Zuerst wird der in Figur 1 A dargestellte Fall erläutert, in dem ein D-Spiegel ohne Dielektrikum abgebildet ist. Da in diesem Fall keine Grenzschicht zwischen Luft und dem Dielektrikum existiert, wird die Luft-Dielektrikum-Grenzschicht des in Figur 1 B dargestellten
Falls als die Lichteinfallfläche 1 01 des in Figur 1 A dargestellten Falls betrachtet. Zur Verdeutlichung dieses Unterschieds der Figur 1 A und Figur 1 B ist die Lichteinfallsfläche 1 01 in Figur 1 A gestrichelt dargestellt. First, the case illustrated in FIG. 1A is explained, in which a D mirror without dielectric is depicted. In this case, since there is no boundary layer between air and the dielectric, the air-dielectric barrier layer shown in FIG If viewed as the light incident surface 1 01 of the case shown in Figure 1 A case. To illustrate this difference of Figure 1 A and Figure 1 B, the light incident surface 0101 in Figure 1 A is shown by dashed lines.
Ein erster Lichtstrahl 1 03 trifft in diesem Fall senkrecht, das heißt unter einem Winkel γ von 90°, auf die Lichteinfallfläche 1 O l , trifft dann auf ein erstes Spiegelelement 1 05, wird dann von diesem ersten Spiegelelement 1 05 reflektiert und in eine auslaufende Richtung gelenkt. Hierbei bildet der Lichtstrahl 1 03 mit der Lichteinfallsfläche 1 01 einen Winkel ε und die Spiegeloberfläche des ersten Spiegelelements 1 05 mit der Lichteinfallfläche 1 01 einen Winkel von A first light beam 1 03 hits in this case vertically, that is at an angle γ of 90 °, on the light incident surface 1 O l, then strikes a first mirror element 1 05, is then reflected by this first mirror element 1 05 and in an expiring Direction directed. Here, the light beam forms 1 03 with the light incident surface 1 01 an angle ε and the mirror surface of the first mirror element 1 05 with the light incident surface 1 01 an angle of
Ein zweites Spiegelelement 1 07, dessen Spiegeloberfläche parallel zur Spiegeloberfläche des ersten Spiegelelements 1 05 ist, ist in einem gegebenen Abstand vom ersten Spiegelelement 1 05 zur auslaufenden Richtung angeordnet. Ein zweiter Strahl 1 09, welcher im Vergleich zum ersten Strahl 1 03 weiter zur auslaufenden Richtung auf das erste Spiegelelement 1 05 trifft, wird ebenso wie der erste Strahl 1 03 unter demselben Winkel ε in die auslaufende Richtung gelenkt. Dieser zweite Strahl 1 09 trifft beim Auftreffpunkt 1 1 1 des Grenzstrahls auf das erste Spiegelelement 1 05. Er ist ein sogenannter Grenzstrahl, d.h. dass dieser Strahl noch in die auslaufende Richtung gelenkt wird und nicht von dem zweiten Spiegelelement 1 07 blockiert wird, jedoch dass jeder Strahl, der weiter rechts von dem Auftreffpunkt 1 1 1 auf das erste Spiegelelement 1 05 trifft, vom zweites Spiegelelement 1 07 blockiert wird oder für den Fall, dass dieser Strahl weder auf das erste Spiegelelement 1 05 noch auf das zweite Spiegelelement 1 07 trifft, zwischen den Spiegelelementen verloren geht. Somit werden alle Lichtstrahlen, welche zwischen dem Auftreffpunkt 1 1 1 und der linken Kante des zweiten Spiegelelements 1 07 liegen, abgeschattet, d.h. sie werden entweder vom zweiten Spiegelelement 1 07 blockiert oder sie treffen überhaupt nicht auf ein Spiegelelement. Das Verhältnis des abgeschatteten Lichts zu dem Licht, welches auf den Sonnenkollektor fällt, kann geometrisch durch das Verhältnis der Länge von der linken Kante des ersten Spiegelelements 1 05 bis zum Auftreffpunkt 1 1 1 zu der Länge von der linken Kante des ersten Spiegelelements 1 05 zu einem Projektionspunkt 1 1 3, an dem ein exakt an der linken Kante des zweiten Spiegelelement 1 07 vorbeifallender Strahl auf eine fiktive vertikale Verlängerung des ersten Spiegelelement 1 05 fallen würde, berechnet werden. A second mirror element 1 07, whose mirror surface is parallel to the mirror surface of the first mirror element 1 05, is arranged at a given distance from the first mirror element 1 05 to the outgoing direction. A second beam 1 09, which in comparison to the first beam 1 03 continues to the outgoing direction to the first mirror element 1 05 hits, as well as the first beam 1 03 at the same angle ε directed in the outgoing direction. This second beam 1 09 hits at landing point 1 1 1 of the boundary beam on the first mirror element 1 05. He is a so-called boundary beam, i. that this beam is still directed in the outgoing direction and is not blocked by the second mirror element 1 07, but that each beam that strikes farther to the right of the impingement point 1 1 1 on the first mirror element 1 05, is blocked by the second mirror element 1 07 or in the event that this beam hits neither the first mirror element 1 05 nor the second mirror element 1 07, is lost between the mirror elements. Thus, all the light rays which lie between the impact point 1 1 1 and the left edge of the second mirror element 1 07, shadowed, i. they are either blocked by the second mirror element 1 07 or they do not meet at all on a mirror element. The ratio of the shaded light to the light incident on the solar collector may be determined geometrically by the ratio of the length from the left edge of the first mirror element 105 to the point of impact 1100 to the length from the left edge of the first mirror element 105 a projection point 1 1 3, at which an exactly on the left edge of the second mirror element 1 07 vorbeifallender beam would fall on a fictitious vertical extension of the first mirror element 1 05, are calculated.
Im Gegensatz hierzu weist die in Figur 1 B dargestellte Konstellation mit einem
Dielektrikum, insbesondere einem flüssigen Dielektrikum, wesentliche Vorteile auf. Hierbei werden jeweils die Situationen mit identischem Ein- und Ausfallswinkel verglichen. Im diesem Fall mit Dielektrikum trifft ein erster Strahl 1 03 senkrecht auf die Lichteinfallfläche 1 01 , wird dort aufgrund des senkrechten Einfalls nicht gebrochen und trifft sodann auf das erste Spiegelelement 1 05. Auf beiden Seiten der in diesen Fall als durchgezogene Linie dargestellten Lichteinfallsfläche 1 01 ist in der Figur 1 B der jeweilige Brechungsindex des Mediums dargestellt. Oberhalb der Lichteinfallsfläche 1 01 weist das Medium, in dem der einfallende Strahl verläuft, einen Brechungsindex n η auf. Im Fall von Luft ist der Wert des Brechungsindexes n η nahezu gleich 1 . Unterhalb der Lichteinfallsfläche 1 01 weist das Medium einen Brechungsindex n2 größer als 1 auf. In contrast, the constellation shown in Figure 1 B with a Dielectric, in particular a liquid dielectric, significant advantages. In each case the situations with identical incidence and angle of departure are compared. In this case, with dielectric, a first beam 1 03 hits perpendicular to the light incident surface 01, where it is not broken due to the vertical incidence and then strikes the first mirror element 1 05. On both sides of the light incident surface 01 01 shown in this case as a solid line the respective refractive index of the medium is shown in FIG. 1B. Above the light incident surface 1 01, the medium in which the incident beam passes has a refractive index n η . In the case of air, the value of the refractive index n η is almost equal to 1. Below the light incident surface 1 01, the medium has a refractive index n 2 greater than 1.
Der erste Strahl 1 03 wird nach der Reflexion vom ersten Spiegelelement 1 05 zur Luft- Dielektrikum-Grenzfläche zurückreflektiert, wo das Licht gebrochen und in die auslaufende Richtung gelenkt wird. Aufgrund der Brechung an der Luft-Dielektrikum-Grenzfläche nach der Reflexion am Spiegel kann dieser wesentlich flacher gestellt werden als im Falle ohne Dielektrikum, d.h., dass der Winkel δ2 zwischen dem ersten Spiegelelement 1 05 und der Lichteinfallfläche 1 01 kleiner als der entsprechende Winkel des in Figur 1 A dargestellten Falls ist. Der zweite Strahl 1 09 ist wie in Figur 1 A ein Grenzstrahl. Man erkennt deutlich, dass der Auftreffpunkt 1 1 1 wesentlich näher an der rechten Kante des ersten Spiegelelements 1 05 ist als im Fall der Figur 1 A. Dies bedeutet, dass die Abschattung in dem in Figur 1 B dargestellten Fall wesentlich geringer ist als im Fall der Figur 1 A. The first beam 1 03 is reflected back to the reflection of the first mirror element 1 05 to the air-dielectric interface, where the light is refracted and directed in the outgoing direction. Due to the refraction at the air-dielectric interface after the reflection at the mirror this can be made much flatter than in the case without dielectric, ie, that the angle δ 2 between the first mirror element 1 05 and the light incident surface 1 01 smaller than the corresponding angle of the case shown in Figure 1A. The second beam 1 09 is a boundary beam as in FIG. 1A. It can be clearly seen that the impact point 1 1 1 is substantially closer to the right edge of the first mirror element 1 05 than in the case of Figure 1 A. This means that the shading in the case shown in Figure 1 B is much lower than in the case of Figure 1 A.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass für den Fall identischer, parallel zueinander angeordneter Spiegelelemente mit identischem seitlichem Abstand und gleichen Ein- und Ausfallswinkeln ein D-Spiegel mit in einem Dielektrikum befindlichen Spiegelelementen eine wesentlich verminderte Abschattung aufweist. Typische Werte für die Abschattung für den Fall ohne und mit Dielektrikum sind 90% bzw. 25%. Für diese Werteweist der D- Spiegel mit Dielektrikum eine um einen Faktor 3,6 verminderte Abschattung auf. Das entspricht einer um den Faktor 7,5 höheren Transmission. In summary, it should be noted that, for the case of identical mirror elements arranged parallel to one another with identical lateral spacing and equal angles of incidence and reflection, a D mirror with mirror elements located in a dielectric has significantly reduced shading. Typical shading values for the dielectric and dielectric case are 90% and 25%, respectively. For these values, the D-mirror with dielectric has a shading factor reduced by a factor of 3.6. This corresponds to a factor of 7.5 higher transmission.
Ein D-Spiegel kann zum Beispiel ein dielektrisches Medium mit einer Lichteinfallsfläche aufweisen. Das dielektrische Medium kann einen Brechungsindex größer als 1 ,05 aufweisen. Der Brechungsindex des dielektrischen Mediums kann zum Beispiel größer als 1 ,2 sein. Der Brechungsindex des dielektrischen Mediums kann zum Beispiel größer als
1 .3 sein. Der Brechungsindex des dielektrischen Mediums kann zum Beispiel größer alsFor example, a D mirror may include a dielectric medium having a light incident surface. The dielectric medium may have a refractive index greater than 1.05. The refractive index of the dielectric medium may be, for example, greater than 1.2. For example, the refractive index of the dielectric medium may be greater than 1 .3 be. For example, the refractive index of the dielectric medium may be greater than
1 .32 sein. Der Brechungsindex des dielektrischen Mediums kann zum Beispiel größer als1 .32. For example, the refractive index of the dielectric medium may be greater than
1 .33 sein. Der Brechungsindex des dielektrischen Mediums kann zum Beispiel größer als1 .33. For example, the refractive index of the dielectric medium may be greater than
1 .4 sein. Falls sich der Brechungsindex nur wenig von 1 unterscheidet, führt dies zu einer geringen Verminderung der Abschattung. Falls sich der Brechungsindex stärker von 1 unterscheidet, führt dies zu einer stärkeren Verminderung der Abschattung. 1 .4. If the refractive index differs only slightly from 1, this leads to a small reduction of shading. If the refractive index differs more than 1, this leads to a greater reduction in shading.
Unter dem Ausdruck, wonach ein Medium einen Brechungsindex größer als einen bestimmten Werten aufweist, kann zum Beispiel verstanden werden, dass das Medium an jedem Punkt seiner Materie und in jede Richtung an diesem Punkt einen Brechungsindex größer als der bestimmte Wert aufweist. Im Allgemeinen wird hierbei Normaldruck angenommen. By the expression that a medium has a refractive index greater than a certain value, it can be understood, for example, that the medium has a refractive index greater than the predetermined value at each point of its matter and in each direction at that point. In general, normal pressure is assumed here.
Unter einem Dielektrikum bzw. einen dielektrische Medium wird nachfolgend jeweils ein von Luft verschiedenes Dielektrikum bezeichnet. A dielectric or a dielectric medium is used to denote a dielectric other than air.
Das dielektrische Medium kann aus einer Flüssigkeit, einem Gel und/oder einem Festkörper bestehen. Ferner kann das dielektrische Medium mindestens eine Flüssigkeit, ein Gel und/oder einen Festkörper aufweisen. The dielectric medium may consist of a liquid, a gel and / or a solid. Furthermore, the dielectric medium may comprise at least one liquid, a gel and / or a solid.
Hierbei kann das Medium einen Festkörper aufweisen, in dem mehrere benachbart angeordnete Hohlräume bzw. Röhren angeordnet sind, in denen längliche Spiegelelemente entweder in einer Flüssigkeit, in einem Gel oder in einem weiteren Festkörper, insbesondere mit Zylinderform, drehbar gelagert bzw. angeordnet sind. Die Zylinderformen können seitlich mit motorisierten Drehvorrichtungen verbunden sein. In this case, the medium may have a solid in which a plurality of adjacently arranged cavities or tubes are arranged, in which elongated mirror elements are rotatably mounted or arranged either in a liquid, in a gel or in another solid, in particular with a cylindrical shape. The cylinder shapes may be laterally connected to motorized rotary devices.
Ferner kann die Grenzfläche zwischen dem Festkörper und dem weiteren Festkörper zur Vermeidung oder Verminderung von Reflexionsverlusten mit einem insbesondere flüssigen oder gelartigen überbrückenden Dielektrikum gefüllt sein. Es ist bevorzugt, dass hierbei beide Festkörper als das überbrückende Dielektrikum einen identischen oder ähnlichen Brechungsindex aufweisen. Das Medium wird hierbei insgesamt von dem Festkörper, dem überbrückenden Dielektrikum sowie der Flüssigkeit, dem Gel oder dem weiteren Festkörper gebildet. Das Zwischenmedium ist derart ausgestaltet, dass es auch als Schmiermittel für die Spiegelzylinder eingesetzt werden kann. Eine Dicke einer dünnen Zwischenschicht kann zum Beispiel zwischen 0,2 und 20 μητι, bevorzugt zwischen 0,5 und 1 0 jL/m liegen, so dass Unterschiede im Brechungsindex nicht zu Reflexionsverlusten führen.
Für beide Festkörper ist hierbei der synthetische, glasähnliche thermoplastische Kunststoff Polymethylmethacrylat bevorzugt, welcher umgangssprachlich Acrylglas oder Plexiglas genannt wird und mit dem Kurzzeichen PMMA bezeichnet wird. Furthermore, the interface between the solid and the further solid to avoid or reduce reflection losses may be filled with a particular liquid or gel-like bridging dielectric. It is preferred that in this case both solids have an identical or similar refractive index as the bridging dielectric. The medium here is formed in total by the solid, the bridging dielectric as well as the liquid, the gel or the further solid. The intermediate medium is designed such that it can also be used as a lubricant for the mirror cylinder. A thickness of a thin intermediate layer may, for example, be between 0.2 and 20 μm, preferably between 0.5 and 10 μm / m, so that differences in the refractive index do not lead to reflection losses. For both solids, the synthetic, glass-like thermoplastic polymethylmethacrylate is preferred here, which is colloquially called acrylic glass or Plexiglas and is referred to by the abbreviation PMMA.
Ein genereller Vorteil von Festkörpern ist, dass manche Festkörper im Infraroten und im UV im Gegensatz zu flüssigen, dielektrischen Materialien annähernd perfekt transparent sind. A general advantage of solids is that some solid bodies are almost perfectly transparent in the infrared and in the UV, in contrast to liquid, dielectric materials.
Der drehbare Zylinder enthält in der Raumdiagonalen flache Spiegel zur Reflektion des einfallenden Lichtstrahls. Der Zylinder ist drehbar und die Rohre können für die Spiegel- Halterung mit benutzt werden. The rotatable cylinder contains in the spatial diagonal flat mirror for reflecting the incident light beam. The cylinder is rotatable and the tubes can be used for the mirror mount.
Das dielektrische Medium kann mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen: ein optisch isotropes Material, ein optisch anisotropes Material, ein optisch nichtlineares Material oder ein doppelbrechendes Material . Das doppelbrechende Material weist insbesondere den Pockels-Effekt bzw. den linearen elektro-optischen Effekt auf, bei dem sich der Brechungsindex linear mit einem angelegten elektrischen Feld ändert. The dielectric medium may comprise at least one of the following materials: an optically isotropic material, an optically anisotropic material, an optically nonlinear material, or a birefringent material. The birefringent material in particular has the Pockels effect or the linear electro-optical effect, in which the refractive index changes linearly with an applied electric field.
Hierbei kann der Brechungsindex zum Beispiel ein ortsabhängiger und/oder richtungsabhängiger Brechungsindex sein. Der Brechungsindex kann zum Beispiel ein ortsunabhängiger und/oder richtungsunabhängiger Brechungsindex sein. Für den Fall nichtmagnetischer Materialien gilt, dass das Quadrat des Brechungsindexes n gleich der Permittivitätszahl oder Dielektrizitätszahl £r ist. In this case, the refractive index can be, for example, a location-dependent and / or direction-dependent refractive index. The refractive index can be, for example, a location-independent and / or direction-independent refractive index. In the case of nonmagnetic materials, the square of the refractive index n is equal to the permittivity number or dielectric constant £ r .
Der Vorteil eines örtlich veränderlichen Brechungsindexes besteht darin, dass der einfallende Lichtstrahl in vielerlei Hinsicht veränderbar ist, zum Beispiel kann der Strahlengang oder die Polarisation verändert werden. Ferner kann eine Antireflexionsschicht auf oder in dem dielektrischen Medium angebracht werden. Ferner kann durch eine Nanostrukturierung des dielektrischen Mediums erreicht werden, dass das dielektrische Medium eine optische Anisotropie erfährt, so dass das einfallende oder ausfallende Licht bevorzugt in diese Richtung gelenkt wird. Der Vorteil des örtlich unveränderlichen Brechungsindexes besteht in der einfachen Herstellbarkeit. The advantage of a locally variable refractive index is that the incident light beam is variable in many ways, for example, the beam path or the polarization can be changed. Further, an antireflection layer may be mounted on or in the dielectric medium. Furthermore, it can be achieved by nanostructuring of the dielectric medium that the dielectric medium experiences an optical anisotropy, so that the incident or emergent light is preferably directed in this direction. The advantage of the locally invariable refractive index is the ease of manufacture.
Das dielektrische Medium kann einen orts- und/oder richtungsabhängigen Brechungsindex aufweisen. Das Medium kann einen orts- und/oder richtungsunabhängigen Brechungsindex aufweisen. Das Medium kann zum Beispiel unzusammenhängend und/oder inhomogen sein. Das Medium kann zum Beispiel zusammenhängend und/oder
homogen sein. Unter einem inhomogenen Medium kann zum Beispiel ein Medium verstanden, das unterschiedliche Phasen desselben Stoffes bzw. Materials oder unterschiedliche Aggregatszustände gleicher oder verschiedener Stoffe bzw. Materialien aufweist. The dielectric medium may have a location-dependent and / or direction-dependent refractive index. The medium may have a location-independent and / or direction-independent refractive index. For example, the medium may be discontinuous and / or inhomogeneous. For example, the medium may be contiguous and / or be homogeneous. An inhomogeneous medium may, for example, be understood as meaning a medium which has different phases of the same substance or material or different states of matter of the same or different substances or materials.
Das dielektrische Medium kann zum Beispiel mindestens einen der folgenden Stoffe aufweisen: Wasser, Kohlenstoff-Disulfid, Polymethylmethacrylat, Benzol, Xylol, Toluol, BTX, Zelluloseacetatbutyrat oder mindestens einen Stoff der folgenden Gruppen aufweist: organische Lösungsmittel, Alkane, Silikone, Silikonöle, Polycarbonate, transparente Polymere, insbesondere Cellulose-Butyrate, Akrylate, Glykol modifizierte Polyethylenterephthalate, Gläser, insbesondere optische Gläser. The dielectric medium may for example comprise at least one of the following substances: water, carbon disulfide, polymethyl methacrylate, benzene, xylene, toluene, BTX, cellulose acetate butyrate or at least one substance of the following groups: organic solvents, alkanes, silicones, silicone oils, polycarbonates, transparent polymers, in particular cellulose butyrates, acrylates, glycol-modified polyethylene terephthalates, glasses, in particular optical glasses.
Der Vorteil von Wasser besteht in seinem umfangreichen Vorkommen und seiner weiten Verbreitung, in seiner Transmission im Sensitivitätsbereich von herkömmlichen photovoltaischen Konvertern, in seiner chemischen Beständigkeit, insbesondere bei langfristiger erhöhter Sonneneinstrahlung und seinen geringen Beschaffungskosten. The advantage of water is its abundance and wide distribution, its transmission in the sensitivity range of conventional photovoltaic converters, its chemical resistance, especially with long-term increased solar radiation and its low procurement costs.
Kohlenstoff-Disulfid ist eine farblose Flüssigkeit mit geeignetem Brechungsindex und guter optischer Stabilität, welche gut in Kombination mit Glas eingesetzt werden kann. Carbon disulfide is a colorless liquid with a suitable refractive index and good optical stability, which can be used well in combination with glass.
Auch die Stoffe Benzol, Xylol, Toluol, BTX sind leicht erhältlich und weisen gute optische Eigenschaften auf, d.h. auch hohe Brechungsindices. Je nachdem welche weiteren Materialien eingesetzt werden, kann der Brechungsindex durch die Wahl der Stoffe angepasst werden. Also, the substances benzene, xylene, toluene, BTX are readily available and have good optical properties, i. E. also high refractive indices. Depending on which other materials are used, the refractive index can be adjusted by the choice of materials.
Besonders bevorzugt ist Polymethylmethacrylat, das als Vorteil eine hohe Dielektrizitätskonstante, eine hohe optische Transmission, und eine exakte Bearbeitbarkeit bzw. gute Formtreue aufweist. Particularly preferred is polymethyl methacrylate, which has as an advantage a high dielectric constant, a high optical transmission, and an exact machinability or good dimensional stability.
Günstig ist ebenfalls die Verwendung von organischen Polymeren für das dielektrische Medium oder Teile davon. Wie bereits erwähnt ist Polymethylmethacrylat mit n = 1 ,492 bevorzugt. Es ist ein leichtes Material und gut in verschiedenen Formen herzustellen. Damit lassen sich überraschenderweise sehr gute Spiegelzylinder herstellen, welche in einem PMMA-Festkörper geführt werden können. Leichte Materialien können energiegünstiger nachjustiert werden. Diese Zylinder lassen sich in den Hohlräumen auch ohne weiteres bei Beschädigung oder Farbbildung austauschen. Außerdem ist die Herstellung vereinfacht.
Durch Einlagerung in den Hohlräumen sind die Spiegel gut geführt und benötigen keine aufwendige Halterung oder Führungsmechanik. Also beneficial is the use of organic polymers for the dielectric medium or portions thereof. As already mentioned, polymethylmethacrylate with n = 1, 492 is preferred. It is a lightweight material and good in various forms. Surprisingly, this makes it possible to produce very good mirror cylinders, which can be guided in a PMMA solid. Lightweight materials can be readjusted energy-efficient. These cylinders can be easily replaced in the cavities in case of damage or color formation. In addition, the production is simplified. By storage in the cavities, the mirrors are well managed and do not require a complex mount or guide mechanism.
Neben dem hohen Brechungsindex ist PMMA auch gut temperaturbeständig und erweist sich gerade bei Außenanwendungen durch hohe Witterungsbeständigkeit als vorteilhaft. In addition to the high refractive index, PMMA is also good temperature-resistant and proves to be particularly advantageous in outdoor applications due to high weather resistance.
Außerdem ist die durch Dispersion verursachte chromatische Aberration von PMMA kleiner als bei Wasser (vgl. Abbe-Zahl) . In addition, the chromatic aberration of PMMA caused by dispersion is smaller than that of water (see Abbe number).
Insbesondere bevorzugt ist also das dielektrische Medium ein polymerer Thermoplast, insbesondere PMMA und/oder Polycarbonat. Thus, the dielectric medium is particularly preferably a polymeric thermoplastic, in particular PMMA and / or polycarbonate.
Bei diesen harten und stabilen Polymeren lassen sich die Spiegelflächen leicht in die Zylinderkörper einbauen, bzw. umformen. Möglich ist auch das Aufdampfen einer dünnen Spiegelfläche (zum Beispiel Aluminium, Silber etc.) auf einen Halbzylinder, der dann durch geschlossene Anhaftung der zweiten Hälfte komplementiert wird. Dies gelingt gut bei Thermoplasten mit einer relativ niedrigen Glastemperatur, die jedoch über 1 00 °C liegen sollte um thermische Verformungen bei starker Sonneneinstrahlung zu vermeiden. In these hard and stable polymers, the mirror surfaces can be easily installed in the cylinder body, or reshape. It is also possible vapor deposition of a thin mirror surface (for example, aluminum, silver, etc.) on a half-cylinder, which is then complemented by closed adhesion of the second half. This works well with thermoplastics with a relatively low glass transition temperature, which should, however, be above 1 00 ° C in order to avoid thermal deformation in strong sunlight.
Ebenfalls bevorzugt sind Polycarbonate wegen ihrer hohen Festigkeit. Diese sind besonders witterungs- und strahlungsstabil . Diese leicht formbaren Thermoplaste weisen mit einem Brechungsindex von 1 ,585 exzellente Brechzahlen auf und sind im relevanten bzw. interessierenden Wellenlängenbereich von Natur aus farblos und transparent. Also preferred are polycarbonates because of their high strength. These are particularly weather and radiation stable. With a refractive index of 1.855, these easily moldable thermoplastics have excellent refractive indices and are inherently colorless and transparent in the relevant or interesting wavelength range.
Schließlich ist es möglich, auch andere transparente Festkörper wie Glas, insbesondere optisches Glas, für die Strukturen des Mediums einzusetzen. Gläser sind hierbei wegen ihrer hohen Robustheit und Witterungsstabilität bevorzugt. Gläser können gut mit den zuvor genannten Flüssigkeiten kombiniert werden, welche zum Beispiel als Zylinderschmiermittel verwendet werden können. Finally, it is also possible to use other transparent solids such as glass, in particular optical glass, for the structures of the medium. Glasses are preferred because of their high robustness and weather resistance. Glasses can be well combined with the aforementioned liquids, which can be used, for example, as cylinder lubricants.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist oberhalb des dielektrischen Mediums eine Deckschicht, insbesondere ein Deckglas, angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die insbesondere optischen Effekte aufgeteilt werden können auf die Deckschicht und das darunter liegende dielektrische Medium. Ferner wird durch eine solche Trennung die Herstellung eines solchen D-Spiegels vereinfacht. Ferner kann vorteilhafterweise eine zum Beispiel durch Sand oder andere Umwelteinflüsse abgenutzte Deckschicht einfach
ausgetauscht werden. Nach einer Ausführungsform ist der Brechungsindex der Deckschicht identisch oder ähnlich mit dem Brechungsindex des dielektrischen Mediums bzw. der an die Deckschicht grenzenden Grenzschicht des dielektrischen Mediums. In one development of the invention, a cover layer, in particular a cover glass, is arranged above the dielectric medium. This has the advantage that the particular optical effects can be divided between the cover layer and the underlying dielectric medium. Furthermore, such a separation simplifies the manufacture of such a D-mirror. Furthermore, advantageously, for example, worn by sand or other environmental influences cover layer easy be replaced. According to one embodiment, the refractive index of the cover layer is identical or similar to the refractive index of the dielectric medium or the boundary layer of the dielectric medium adjoining the cover layer.
Die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels kann zum Beispiel uneben sein. In diesem Fall kann die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels zum Beispiel dergestalt sein, dass ein maximaler Schnittwinkel zwischen jeweils zwei Tangentialebenen der Menge der Tangentialebenen an jedem Punkt der Lichteinfallsfläche kleiner als 60° ist. Bevorzugt ist dieser maximale Schnittwinkel kleiner als 40°. Bevorzugt ist dieser maximale Schnittwinkel kleiner als 20°. Bevorzugt ist dieser maximale Schnittwinkel kleiner als 10°. Bevorzugt ist dieser maximale Schnittwinkel kleiner als 5°. Am bevorzugtesten ist dieser maximale Schnittwinkel kleiner als 2°. The light incident surface of the D-mirror may be uneven, for example. In this case, for example, the light incident surface of the D mirror may be such that a maximum intersection angle between every two tangent planes of the set of tangent planes at each point of the light incident surface is smaller than 60 °. Preferably, this maximum cutting angle is less than 40 °. This maximum cutting angle is preferably less than 20 °. Preferably, this maximum cutting angle is less than 10 °. This maximum cutting angle is preferably less than 5 °. Most preferably, this maximum cutting angle is less than 2 °.
Ferner kann die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels eine konkave oder konvexe Form aufweisen. Die konkave oder konvexe Form kann hierbei sphärisch konkav oder konvex sein. Diese Form kann ferner nur entlang einer ersten Raumrichtung konkav oder konvex sein, während sie in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung senkrechten Raumrichtung translationsinvariant sein kann. Die Form kann auch dergestalt sein, dass sie entlang zweier orthogonaler Raumrichtungen konkav oder konvex ist, wobei die Lichteinfallsfläche in den beiden Raumrichtung unterschiedliche Krümmungsradien aufweist. Further, the light incident surface of the D mirror may have a concave or convex shape. The concave or convex shape may be spherical concave or convex. Furthermore, this shape can only be concave or convex along a first spatial direction, while it can be translation-invariant in a second spatial direction perpendicular to the first spatial direction. The shape may also be such that it is concave or convex along two orthogonal spatial directions, the light incident surface having different radii of curvature in the two spatial directions.
Die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels kann zum Beispiel eine Ebene, insbesondere eine horizontale Ebene, sein. The light incident surface of the D-mirror may, for example, be a plane, in particular a horizontal plane.
Die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels kann zum Beispiel mindestens zwei ebene Abschnitte aufweisen. Hierbei kann die Lichteinfallsfläche mindestens eine dazwischenliegende Stufe aufweisen. Für den Fall, dass der einfallende Lichtstrahl senkrecht auf den D-Spiegel trifft und der ausfallende Lichtstrahl unter einem Winkel zur ebenen Lichteinfallsfläche und in eine bestimmte Richtung verläuft, so kann zum Beispiel derjenige ebene Abschnitt mit der am höchsten gelegenen Stufe auf der Lichteinfallsfläche in einem Gebiet sein, welches von der Richtung des ausfallenden Lichtstrahls entfernt ist. Bei mehreren zwischen den ebenen Abschnitten liegenden Stufen können die ebenen Abschnitte so angeordnet sein, dass die Ebenen entlang einer Richtung jeweils höher angeordnet sind. For example, the light incident surface of the D-mirror may have at least two planar portions. Here, the light incident surface may have at least one intermediate step. In the case where the incident light beam is perpendicular to the D mirror and the outgoing light beam is at an angle to the plane light incident surface and in a certain direction, for example, that plane portion having the highest level on the light incident surface in one Be region which is remote from the direction of the outgoing light beam. In the case of a plurality of steps lying between the planar sections, the planar sections may be arranged such that the planes are arranged higher in each case along one direction.
Die Lichteinfallsfläche des D-Spiegels kann zum Beispiel mindestens zwei Abschnitte mit mindestens einer dazwischenliegenden Stufe aufweisen, wobei die Abschnitte nicht eben
sind. Hierbei können die Abschnitte zum Beispiel jeweils eine konkave oder konvexe Form aufweisen. Die konkave oder konvexe Form kann hierbei sphärisch konkav oder konvex sein. Diese Form kann ferner nur entlang einer ersten Raumrichtung konkav oder konvex sein, während sie in einer zweiten, zur ersten Raumrichtung senkrechten Raumrichtung translationsinvariant sein kann. Die Form kann auch dergestalt sein, dass sie entlang zweier orthogonaler Raumrichtungen konkav oder konvex ist, wobei die Lichteinfallsfläche in den beiden Raumrichtung unterschiedliche Krümmungsradien aufweist. Zum Beispiel derjenige Abschnitt mit der am höchsten gelegenen Stufe auf der Lichteinfallsfläche in einem Gebiet sein, welches von der Richtung des ausfallenden Lichtstrahls entfernt ist. Bei mehreren zwischen den ebenen Abschnitten liegenden Stufen können die ebenen Abschnitte so angeordnet sein, dass die Ebenen entlang einer Richtung jeweils höher angeordnet sind. For example, the light incident surface of the D-mirror may have at least two sections with at least one intermediate step, the sections not being planar are. In this case, the sections may for example each have a concave or convex shape. The concave or convex shape may be spherical concave or convex. Furthermore, this shape can only be concave or convex along a first spatial direction, while it can be translation-invariant in a second spatial direction perpendicular to the first spatial direction. The shape may also be such that it is concave or convex along two orthogonal spatial directions, the light incident surface having different radii of curvature in the two spatial directions. For example, that portion having the highest level on the light incident surface in a region remote from the direction of the outgoing light beam. In the case of a plurality of steps lying between the planar sections, the planar sections may be arranged such that the planes are arranged higher in each case along one direction.
Ferner kann der D-Spiegel zum Beispiel mindestens zwei der Lichteinfallsfläche nachgeordnete Spiegelelemente zur Ablenkung des Lichtstrahls in einen ausfallenden Lichtstrahl aufweisen. Die Anzahl der Spiegelelemente kann zum Beispiel größer als 3 sein. Die Anzahl der Spiegelelemente kann zum Beispiel größer als 4 sein. Der Begriff „nachgeordnet" kann hier zum Beispiel bedeuten, dass ein einfallender Lichtstrahl zuerst durch die Lichteinfallsfläche tritt, und dann auf mindestens ein Spiegelelement trifft. Die Spiegelelemente können solche Lichtstrahlen reflektieren bzw. ablenken, und ein solcher reflektierter Strahl kann zum Beispiel von der anderen Seite durch die Lichteinfallsfläche treffen, wonach er den D-Spiegel verlässt und somit ausfällt. Furthermore, the D mirror can, for example, have at least two mirror elements disposed downstream of the light incident surface for deflecting the light beam into a light beam that emerges. The number of mirror elements may be greater than 3, for example. The number of mirror elements may be greater than 4, for example. For example, the term "downstream" may mean that an incident light beam first passes through the light incident surface and then strikes at least one mirror element The mirror elements may reflect such light rays, and such reflected beam may be from the other, for example Page through the light incident surface, after which he leaves the D-mirror and thus fails.
Die Spiegelelemente können jeweils benachbart zueinander angeordnet sein. Die Spiegelelemente des D-Spiegels können zum Beispiel identisch ausgebildet sein. The mirror elements can each be arranged adjacent to each other. The mirror elements of the D-mirror can be designed identically, for example.
Die Spiegelelemente können zum Beispiel jeweils eine reflektierende Oberfläche aufweisen. Die reflektierende Oberfläche der Spiegelelemente kann zum Beispiel eben sein. The mirror elements may, for example, each have a reflective surface. The reflective surface of the mirror elements may be flat, for example.
Das dielektrische Medium kann zum Beispiel einen Raum zwischen den reflektierenden Flächen der Spiegelelemente und der Lichteinfallsfläche vollständig ausfüllen. Dies führt im Vergleich zu dem Fall, in dem dieser Raum nur teilweise ausgefüllt ist, zu einer stärkeren Ablenkung bzw. Brechung der Lichtstrahlen und somit zu einer stärkeren Verminderung der Abschattung. Ferner wird dadurch eine Verstärkung der Veränderung im Strahldurchmesser von einfallenden zu ausfallendem Strahl erreicht.
Die Spiegelelemente können eine Ausdehnung größer als 0, 1 mm aufweisen. Unter dem Begriff Ausdehnung eines Spiegelelements kann zum Beispiel die kleinste Länge entlang einer der drei Raumrichtungen verstanden werden. Die Spiegelelemente können eine Ausdehnung größer als 0,2 mm aufweisen. Die Spiegelelemente können eine Ausdehnung größer als 0,5 mm aufweisen. Die Spiegelelemente können eine Ausdehnung größer als 1 mm aufweisen. Die Spiegelelemente können eine Ausdehnung größer als 1 0 mm aufweisen. Die Spiegelelemente können mechanisch bewegbar sein. For example, the dielectric medium may completely fill a space between the reflective surfaces of the mirror elements and the light incident surface. This leads to a greater deflection or refraction of the light rays and thus to a greater reduction of shading compared to the case in which this space is only partially filled. Further, this will increase the variation in beam diameter from incoming to outgoing beam. The mirror elements may have an extension greater than 0, 1 mm. The term expansion of a mirror element may, for example, be understood to mean the smallest length along one of the three spatial directions. The mirror elements may have an extension greater than 0.2 mm. The mirror elements can have an extension greater than 0.5 mm. The mirror elements can have an extension greater than 1 mm. The mirror elements can have an extension greater than 10 mm. The mirror elements can be mechanically movable.
Oberhalb des dielektrischen Mediums eines D-Spiegels kann zum Beispiel eine Deckschicht, insbesondere ein Deckglas, angeordnet sein. Das dielektrische Medium eines D-Spiegels oder die Deckschicht kann eine Antireflexbeschichtung, insbesondere auf der Deckschicht, aufweisen. Dies hat u.a. den Vorteil, dass das auf den D-Spiegel fallende Licht an der Lichteinfallsfläche nicht direkt reflektiert wird und somit mehr Licht in das dielektrische Medium des D-Spiegels eindringen kann, wodurch mehr Licht in die gewünschte Ausfallrichtung des D-Spiegels gelenkt wird. Die Antireflexbeschichtung kann breitbandig sein, zum Beispiel in einem Bereich zwischen 400 und 800 nm. Above the dielectric medium of a D-mirror, for example, a cover layer, in particular a cover glass, can be arranged. The dielectric medium of a D-mirror or the cover layer may have an antireflection coating, in particular on the cover layer. This has u.a. the advantage that the incident on the D-mirror light is not reflected directly at the light incident surface and thus more light can penetrate into the dielectric medium of the D-mirror, whereby more light is directed in the desired direction of failure of the D-mirror. The anti-reflection coating can be broadband, for example in a range between 400 and 800 nm.
Die Antireflexbeschichtung kann mindestens eines der nachfolgenden Materialien aufweisen: ein Material mit niedrigem Brechungsindex, ein nano-strukturiertes Material, insbesondere ein poröses nano-strukturiertes Material, ein Sol-Gel-deponiertes Material oder ein durch winkelabhängige Deposition (oblique-angle deposition, OAD) hergestelltes Material . Unter einem niedrigen Brechungsindex wird hierbei ein Brechungsindex kleiner als 1 ,25 verstanden, welcher mit konventionellen dielektrischen Materialien nicht herstellbar ist, und insbesondere der Bereich von 1 ,05 bis 1 ,25. Materialien mit solchen Brechungsindices sind zum Beispiel durch neue Technologien, insbesondere durch Nanostrukturierung, herstellbar. Unter dem Begriff Nanostrukturierung wird eine Struktur verstanden, die eine Strukturierungsperiode aufweist, welche kleiner als die kleinste vorgesehene Nutzungswellenlänge, zum Beispiel bei Nutzung für sichtbare Strahlung kleiner als 400 nm. Eine Nanostruktur mit einer Strukturierungsperiode kleiner als 400 nm führt somit zu keiner spekularen, d.h. spiegelnden Reflexion, selbst bei Abweichungen von der perfekten Periodizität. The antireflection coating may comprise at least one of the following materials: a material with a low refractive index, a nano-structured material, in particular a porous nano-structured material, a sol-gel-deposited material or an angle-dependent deposition (OAD) manufactured material. Here, a low refractive index is understood to mean a refractive index of less than 1.25, which can not be produced with conventional dielectric materials, and in particular the range of 1.05 to 1.25. Materials with such refractive indices can be produced, for example, by new technologies, in particular by nanostructuring. The term nanostructuring is understood to mean a structure having a structuring period which is less than the smallest intended use wavelength, for example, when used for visible radiation less than 400 nm. A nanostructure with a structuring period smaller than 400 nm thus does not result in any specular, ie. Reflecting reflection, even with deviations from the perfect periodicity.
Dies kann für eine Optimierung der Antireflexionsschicht für die Einsatzbedingungen des D-Spiegels genutzt werden, d.h. wenn der einfallende bzw. ausfallende Lichtstrahl nahezu parallel zur Deckschicht ist mit einem Ausfallwinkel ca. 85°. Für derartige Winkel wird die
Transmission sehr gering und verschwindet für weiter wachsende Winkel gegen 90° vollkommen, so dass in diesem Falle eine 1 00%ige Reflexion vorliegt. Daher kommt der Antireflexionsschicht beim D-Spiegel eine besondere Bedeutung zu . Hierbei werden der Ein- und Ausfallswinkel bezüglich des senkrecht auf dem D-Spiegel stehenden Lots gemessen, d.h. senkrechter Einfall des Sonnenlichts auf den D-Spiegel entspricht einem Einfallswinkel von 0°. Mit konventionellen dielektrischen Materialien, welche typischerweise einen Brechungsindex größer als 1 ,25 aufweisen, ist eine perfekte Entspiegelung nicht möglich. Erforderlich wären Materialien mit einem Brechungsindex im Bereich von 1 ,05 bis 1 ,25. Eine Lösung sind nano-strukturierte Dielektrika, zum Beispiel dielektrische Nadeln mit einem Basisdurchmesser von 50 nm und einer Höhe bzw. Länge von 500 nm, welche senkrecht auf der Oberfläche stehen und mit einer Periode von 350 nm in den beiden Dimensionen der Oberfläche angeordnet sind. Ferner sind andere Strukturierungen, zum Beispiel dielektrische Fäden oder nano-poröse Strukturen möglich. Für die Anwendung ist ein niedriger, auf das Volumen bezogener dielektrischer Füllgrad von zum Beispiel kleiner als 1 0%, wichtig. Die optischen Eigenschaften derartiger Strukturen werden durch einen effektiven mittleren Brechungsindex ausgedrückt. Durch eine derartige Strukturierung der Deckschicht kann für jeden Einfallwinkel und beide Polarisationen, d.h. für s- und p- Polarisation, eine hundertprozentige Transmission durch die Deckschicht erreichen werden. Eine konventionelle Antireflexionsschicht kann dies nicht leisten, This can be used for optimizing the antireflection layer for the conditions of use of the D mirror, ie when the incident or emergent light beam is nearly parallel to the cover layer with a cornering angle of approximately 85 °. For such angle is the Transmission is very low and vanishes completely for further increasing angles to 90 °, so that in this case there is a 1 00% reflection. Therefore, the antireflection layer is of particular importance in the D mirror. In this case, the input and output angles are measured with respect to the solder perpendicular to the D-mirror, ie vertical incident of the sunlight on the D-mirror corresponds to an angle of incidence of 0 °. With conventional dielectric materials, which typically have a refractive index greater than 1.25, perfect antireflection is not possible. Required would be materials with a refractive index in the range of 1.05 to 1.25. One solution is nano-structured dielectrics, for example dielectric needles with a base diameter of 50 nm and a height or length of 500 nm, which are perpendicular to the surface and arranged with a period of 350 nm in the two dimensions of the surface. Furthermore, other structurings, for example dielectric filaments or nano-porous structures, are possible. For the application, a low, volume-related dielectric fill level of, for example, less than 10%, is important. The optical properties of such structures are expressed by an effective average refractive index. Such a structuring of the cover layer can achieve a hundred percent transmission through the cover layer for each angle of incidence and both polarizations, ie for s and p polarization. A conventional antireflection coating can not afford this
Gemäß einer Ausführungsform können die Spiegelelemente fest, d.h. nicht beweglich, sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann mindestens ein Spiegelelement eines D-Spiegels drehbar sein. Das mindestens eine Spiegelelement kann insbesondere um die Längsachse drehbar sein. Die Spiegelelemente eines D-Spiegels können drehbar, insbesondere um ihre Längsachse, sein. According to one embodiment, the mirror elements may be fixed, i. not be mobile. According to a further embodiment, at least one mirror element of a D-mirror can be rotatable. The at least one mirror element can in particular be rotatable about the longitudinal axis. The mirror elements of a D-mirror can be rotatable, in particular about its longitudinal axis.
Die Antireflexbeschichtung kann einen Brechungsindex zwischen 1 ,03 und 1 ,25 aufweisen. Bevorzugt weist die Antireflexbeschichtung einen Brechungsindex zwischen 1 ,05 und 1 ,2 auf. Bevorzugt weist die Antireflexbeschichtung einen Brechungsindex zwischen 1 ,05 und 1 , 1 5 auf. The antireflection coating may have a refractive index between 1. 03 and 1.25. The antireflection coating preferably has a refractive index between 1.05 and 1.2. The antireflection coating preferably has a refractive index between 1.05 and 1.55.
Die ebenen reflektierenden Oberflächen der Spiegelelemente können parallel zueinander sein. Dies hat den Vorteil, dass bei gleichem Neigungswinkel der Spiegelelemente die Lichtstrahlen jeweils in dieselbe Richtung abgelenkt werden.
Die Spiegelelemente können zum Beispiel länglich, insbesondere rechteckig, sein. Diese Formen haben den Vorteil, dass die Spiegelelemente nebeneinander angeordnet werden können. The planar reflecting surfaces of the mirror elements may be parallel to each other. This has the advantage that at the same angle of inclination of the mirror elements, the light beams are deflected in each case in the same direction. The mirror elements may, for example, be elongate, in particular rectangular. These shapes have the advantage that the mirror elements can be arranged next to one another.
Die Längsachsen der Spiegelelemente können parallel zueinander sein. Die Längsachsen der Spiegelelemente können parallel zur Lichteinfallsfläche oder den ebenen Abschnitten der Lichteinfallsfläche verlaufen. The longitudinal axes of the mirror elements may be parallel to each other. The longitudinal axes of the mirror elements may be parallel to the light incident surface or the planar portions of the light incident surface.
Die Spiegelelemente eines D-Spiegels können zum Beispiel in einer Ebene liegen. Dies kann bedeuten, dass insbesondere die Mittelpunkte der Spiegelelemente in einer Ebene liegen können. Zum Beispiel kann eine solche Ebene, in der die Spiegelelemente des D- Spiegels liegen, gegenüber der Lichteinfallsfläche eine Steigung aufweisen. Dies kann bedeuten, dass eine solche Ebene mit der Lichteinfallsfläche einen Schnittwinkel einschließt. Der D-Spiegel kann somit eine flache äußere Bauform aufweisen. For example, the mirror elements of a D-mirror may lie in one plane. This can mean that in particular the centers of the mirror elements can lie in one plane. For example, such a plane in which the mirror elements of the D-mirror are located may have a slope relative to the light incident surface. This may mean that such a plane includes a cut angle with the light incident surface. The D-mirror may thus have a flat outer shape.
In einem solchen Fall kann vorgesehen sein, dass die einzelnen Spiegelelemente entlang einer Richtung zur Lichteinfallsfläche verschiebbar angeordnet sind. Die jeweilige Verschiebungsstrecke kann zum Beispiel kleiner als eine Wellenlänge der verwendeten Strahlung sein. Falls ein breites Spektrum an Wellenlängen verwendet wird, kann hierbei eine geeignete Wellenlänge verwendet werden. Dadurch kann zum Beispiel das von den Spiegelelementen reflektierte bzw. abgestrahlte Lichtfeld in weiten Grenzen angepasst bzw. geändert werden. Das Interferenzbild der Strahlen wird ausgehend von den Spiegelelementen durch die Spiegelverschiebung verändert. In such a case it can be provided that the individual mirror elements are displaceably arranged along a direction to the light incident surface. The respective displacement distance may, for example, be less than one wavelength of the radiation used. If a wide range of wavelengths is used, a suitable wavelength can be used here. As a result, for example, the light field reflected or radiated by the mirror elements can be adjusted or changed within wide limits. The interference image of the rays is changed starting from the mirror elements by the mirror shift.
Die reflektierende Oberfläche eines Spiegelelements eines D-Spiegels kann nano- strukturiert sein. Dies hat den Vorteil, dass eine Dispersion des optischen Gesamtsystems kompensierbar bzw. ausgleichbar ist. Unter dem optischen Gesamtsystem wird die Gesamtheit aller Komponenten, die zwischen dem Eintritt des Lichtstrahls in den D-Spiegel bis zum Austritt aus dem D-Spiegel auf den Lichtstrahl einwirken, verstanden. Bei den meisten transparenten Stoffen bzw. Medien liegt die so genannte normale Dispersion vor, bei der der Brechungsindex mit steigender Frequenz größer wird. Somit weist die Deckschicht und auch die Brechung an der Grenzfläche zwischen der Deckschicht und Luft eine normale Dispersion auf. Diese normale Dispersion kann insbesondere mittels einer Nanostrukturierung einer Oberfläche eines Spiegelelements kompensiert werden. Ferner kann diese Kompensation mit einem Beugungsgitter mit Blazing oder einem Blazegitter
erzielt werden. Ein Blazegitter ist ein spezielles Reflexions-Gitter in der Optik, die auf die Beugung einer bestimmten Kombination von Wellenlänge und Beugungsordnung optimiert sind. Eine Kompensation der Dispersion führt dazu, dass das Gesamtsystem jede Wellenlänge im kompensierten Bereich auf denselben Punkt abbildet. The reflecting surface of a mirror element of a D-mirror can be nanostructured. This has the advantage that a dispersion of the overall optical system can be compensated or compensated. Under the total optical system, the entirety of all components that act on the light beam between the entrance of the light beam in the D mirror to the exit from the D mirror understood. For most transparent substances or media, there is the so-called normal dispersion, in which the refractive index increases with increasing frequency. Thus, the cover layer and also the refraction at the interface between the cover layer and air has a normal dispersion. This normal dispersion can be compensated in particular by means of a nanostructuring of a surface of a mirror element. Furthermore, this compensation can be done with a diffraction grating with blazing or a blaze grating be achieved. A blazed grating is a special reflection grating in optics optimized for diffracting a particular combination of wavelength and diffraction order. Compensation of the dispersion results in the overall system mapping each wavelength in the compensated range to the same point.
Die Ebene der Spiegelelemente eines D-Spiegels kann zum Beispiel parallel zur Lichteinfallsfläche des jeweiligen D-Spiegels oder den ebenen Abschnitten der Lichteinfallsfläche des jeweiligen D-Spiegels sein. For example, the plane of the mirror elements of a D-mirror may be parallel to the light incident surface of the respective D-mirror or the planar portions of the light incident surface of the respective D-mirror.
Ein D-Spiegel kann zum Beispiel um die auf der Lichteinfallsfläche senkrecht stehende mittige Lotachse oder einer hierzu parallele Achse drehbar sein. For example, a D-mirror may be rotatable about the central perpendicular axis perpendicular to the light incident surface or an axis parallel thereto.
Ein auf der Lichteinfallsfläche des ersten D-Spiegels stehendes Lot kann zum Beispiel mit einem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel von 70° bis 1 1 0° bilden. Vorzugsweise ist dieser Winkel zwischen 80° und 1 00°. Es ist ferner bevorzugt, dass dieser Winkel zwischen 85° und 95° ist. Es ist ferner bevorzugt, dass dieser Winkel zwischen 87° und 93°, insbesondere genau 90°, ist. For example, a solder standing on the light incident surface of the first D mirror can form an angle of 70 ° to 110 ° with a solder standing on the light incident surface of the second D mirror. Preferably, this angle is between 80 ° and 1 00 °. It is further preferred that this angle is between 85 ° and 95 °. It is further preferred that this angle is between 87 ° and 93 °, in particular exactly 90 °.
Die Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels können zum Beispiel mit dem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel zwischen 20° und -20° bilden und die Längsachsen der Spiegelelemente des zweiten D-Spiegels können senkrecht zu den Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels sein. Die Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels können zum Beispiel mit dem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel zwischen 1 0° und - 1 0° bilden. Die Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels können zum Beispiel mit dem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel zwischen 5° und -5° bilden. Die Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D- Spiegels können zum Beispiel mit dem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel zwischen 3° und -3° bilden. For example, the longitudinal axes of the mirror elements of the first D-mirror may form an angle between 20 ° and -20 ° with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror, and the longitudinal axes of the mirror elements of the second D mirror may be perpendicular to the longitudinal axes of the second D mirror Be mirror elements of the first D-mirror. The longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form, for example, an angle between 1 0 ° and -10 ° with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror. The longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form an angle between 5 ° and -5 °, for example, with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror. The longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror can form an angle between 3 ° and -3 °, for example, with the solder standing on the light incident surface of the second D mirror.
Eine optische Achse des Elements zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls kann zum Beispiel mit den Längsachsen der Spiegelelemente einen Winkel zwischen 70° und 1 1 0° bilden. Dieser Winkel kann zum Beispiel zwischen 80° und 1 00° liegen. Dieser Winkel kann zum Beispiel zwischen 85° und 95° liegen. Dieser Winkel kann zum Beispiel 90° sein.
Der erste D-Spiegel und das Element zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls können zum Beispiel so angeordnet sind, dass der vom ersten D-Spiegel ausfallende Lichtstrahl zwischen dem ersten D-Spiegel und dem Element zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls mit der Lichteinfallsfläche einen Winkel zwischen 80° um 1 00° bildet. Dieser Winkel kann zum Beispiel zwischen 85 und 95° liegen. Dieser Winkel kann zum Beispiel 90° sein. An optical axis of the element for changing the optical anisotropy of the light beam may, for example, form an angle between 70 ° and 110 ° with the longitudinal axes of the mirror elements. This angle can be between 80 ° and 100 °, for example. This angle can be between 85 ° and 95 °, for example. This angle can be for example 90 °. For example, the first D mirror and the optical anisotropy changing element of the light beam may be arranged such that the light beam emitted from the first D mirror is interposed between the first D mirror and the optical anisotropy element of the light beam with the light incident surface forms an angle between 80 ° by 1 00 °. This angle can be between 85 and 95 °, for example. This angle can be for example 90 °.
Das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls kann zum Beispiel eine Linse, insbesondere eine asphärische Linse oder eine Zylinderlinse, ein Spiegel, insbesondere ein asphärischer Spiegel oder ein zylindrischer Spiegel, oder ein zweiter D-Spiegel sein. The element for changing an optical anisotropy of the light beam may, for example, be a lens, in particular an aspherical lens or a cylindrical lens, a mirror, in particular an aspherical mirror or a cylindrical mirror, or a second D mirror.
Für den Fall, dass das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls ein zweiter D-Spiegel ist, kann z. B. der einfallende Lichtstrahl vom ersten D- Spiegel auf den zweiten D-Spiegel gelenkt werden und der Lichtstrahl nach dem Durchlaufen des zweiten D-Spiegels ein ausfallender Lichtstrahl werden. In the event that the element for changing an optical anisotropy of the light beam is a second D-mirror, z. B. the incident light beam from the first D mirror are directed to the second D-mirror and the light beam after passing through the second D-mirror become a failing light beam.
Falls das Element zur Veränderung der optischen Anisotropie eine Linse oder ein Spiegel ist, kann der auf die aus dem Element zur Veränderung der optischen Anisotropie und dem ersten D-Spiegel bestehende Anordnung eingestrahlte Lichtstrahl dergestalt sein, dass das strahl bedeckte Gebiet der Linse oder des Spiegels in einer parallelen Richtung einer Schnittgeraden einer fortgesetzten Linsen- bzw. Spiegelebene und der Lichteinfallfläche eine mindestens doppelt so große Ausdehnung hat wie in eine dazu senkrechten Richtung. If the optical anisotropy changing element is a lens or a mirror, the light beam irradiated on the optical anisotropy element changing arrangement and the first D mirror may be such that the beam-covered area of the lens or the mirror in a parallel direction of a line of intersection of a continued lens or mirror plane and the light incident surface has at least twice as large extent as in a direction perpendicular thereto.
Ein Einfallswinkel eines auf einen D-Spiegel einfallenden Lichtstrahls oder ein Ausfallswinkel eines von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel größer als 70° sein. Der jeweilige Einfalls- oder Ausfallswinkel kann hierbei zwischen dem ein- oder ausfallenden Lichtstrahl und dem Lot auf der jeweiligen Lichteinfallsfläche gemessen werden. Hierbei kann der ein- oder ausfallenden Lichtstrahl in eine bestimmte Ebene projiziert werden, insbesondere eine Sagittalebene oder eine Meridionalebene. Ein Einfallswinkel eines auf einen D-Spiegel einfallenden Lichtstrahls oder ein Ausfallswinkel eines von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel größer als 75° sein. Ein Einfallswinkel eines auf einen D-Spiegel einfallenden Lichtstrahls oder ein Ausfallswinkel eines von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel größer als 80° sein. Ein Einfallswinkel eines auf einen D-Spiegel einfallenden Lichtstrahls
oder ein Ausfallswinkel eines von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel größer als 85° sein. Ein Einfallswinkel eines auf einen D-Spiegel einfallenden Lichtstrahls oder ein Ausfallswinkel eines von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls kann zum Beispiel größer als 87° sein. For example, an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 70 °. In this case, the respective angle of incidence or failure can be measured between the incoming or outgoing light beam and the solder on the respective light incident surface. In this case, the incoming or outgoing light beam can be projected into a specific plane, in particular a sagittal plane or a meridional plane. For example, an incident angle of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted from a D mirror may be greater than 75 °. For example, an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 80 °. An angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be, for example, greater than 85 °. For example, an angle of incidence of a light beam incident on a D mirror or an angle of reflection of a light beam emitted by a D mirror may be greater than 87 °.
Ein D-Spiegel, der eine ebene Lichteinfallsfläche hat und identische, ebene und nebeneinander angeordnete Spiegelelemente mit derselben Winkelstellung aufweist, welche in einer zur Lichteinfallsfläche parallelen Ebene liegen, weist keine geometrische Aberration auf. Dies bedeutet, dass hierbei parallel einfallende Strahlen exakt in parallel ausfallende Strahlen abgebildet werden. A D-mirror, which has a flat light incident surface and has identical, level and juxtaposed mirror elements with the same angular position, which lie in a plane parallel to the light incident surface, has no geometrical aberration. This means that parallel incident rays are imaged exactly in parallel outgoing rays.
Ein D-Spiegel wie er vorliegend beschrieben ist, kann auch ohne ein weiteres optisches Element als Strahlaufweiter oder als Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls fungieren. A D-mirror as described herein can also function without a further optical element as a beam expander or as a device for changing a beam profile of an incident light beam.
Ein D-Spiegel, wie er vorliegend beschrieben ist, bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Ein D-Spiegel kann zum Beispiel in der Solartechnik, insbesondere der Fotovoltaik oder Solarthermie, als ein flacher Heliostat eingesetzt werden, der flach auf dem Boden gelegt werden kann. Aufgrund der verminderten gegenseitigen Abschattung der Spiegelelemente, welche auf die Anwesenheit des dielektrischen Mediums zurückzuführen ist, ergibt sich hierbei eine erhöhte Lichtausbeute im Vergleich zu konventionellen Heliostaten. A D-mirror, as described herein, offers a variety of applications. A D-mirror can be used for example in solar technology, in particular photovoltaic or solar thermal, as a flat heliostat, which can be placed flat on the ground. Due to the reduced mutual shading of the mirror elements, which is due to the presence of the dielectric medium, this results in an increased light output compared to conventional heliostats.
Ferner kann der D-Spiegel dazu benutzt werden, natürliches Sonnenlicht von außen an eine Stelle in einem Gebäude zu führen, welche keinen direkten Zugang nach draußen hat. Der Markt hat an einer solchen Verwendung großes Interesse, da natürliches Licht in einem Gebäude angenehmer empfunden wird als künstliches Licht. Ein D-Spiegel ist für eine solche Anwendung sehr gut geeignet, da er einen kompakten Aufbau aufweist und senkrecht einfaches Licht um einen Winkel von nahezu 90° ablenkt. Ein D-Spiegel weist für diese Anwendung eine höhere Effizienz als Vorrichtungen aus dem Stand der Technik auf. Ferner können die dispersiven Eigenschaften des D-Spiegels dazu benutzt werden, die Innenbeleuchtung auf eine gewisse Farbe bzw. beabsichtigte Atmosphäre einzustellen. Furthermore, the D-mirror can be used to guide natural sunlight from outside to a location in a building that has no direct access to the outside. The market is very interested in such use because natural light in a building is perceived as more pleasant than artificial light. A D-mirror is very well suited for such an application because it has a compact design and perpendicularly deflects simple light at an angle of almost 90 °. A D-mirror has higher efficiency for this application than prior art devices. Furthermore, the dispersive properties of the D-mirror can be used to set the interior lighting to a certain color or intended atmosphere.
Ein D-Spiegel lässt sich zum Beispiel auch als Lichtquelle für paralleles Licht einsetzen. Dies wird zum Beispiel bei der Beleuchtung von Gebäuden oder öffentlichen Plätzen verwendet.
Ein D-Spiegel kann zum Beispiel paralleles Licht generieren. Da unterschiedliche Lichtwellenlängen bzw. Lichtfarben aufgrund der chromatischen Dispersion auf unterschiedliche Stellen abgebildet werden, können auch unterschiedliche Farben auf dem beleuchteten Objekt überlagert werden. For example, a D mirror can also be used as a light source for parallel light. This is used, for example, in the lighting of buildings or public places. For example, a D mirror can generate parallel light. Since different light wavelengths or light colors are imaged on different locations due to the chromatic dispersion, different colors can also be superimposed on the illuminated object.
Alternativ kann die chromatische Dispersion durch eine Mikro- oder Nanostrukturierung des Spiegels korrigiert werden. Ferner kann in diesem Fall zur Korrektur der Dispersion auch eine optische Verzögerungsstrecke (engl. : optical delay line) benutzt werden. Dies kann über eine Konstellation mit 2 D-Spiegeln, deren Lichteinfallsflächen einen Winkel kleiner als 20° einschließen, erreicht werden. Alternatively, the chromatic dispersion can be corrected by micro or nanostructuring of the mirror. Furthermore, in this case, an optical delay line can also be used to correct the dispersion. This can be achieved by means of a constellation with 2 D mirrors whose light incident surfaces enclose an angle smaller than 20 °.
Ferner kann ein D-Spiegel als Vorrichtung zur Laserstrahlabtastung (engl , laser beam scanning oder laser scanning) oder zur Lichtfokussierung über eine lange Entfernungen verwendet werden. Für einen Gaußstrahl wird die Größe des Fokus bzw. der Strahltaille bestimmt durch das Verhältnis der Apertur zur Brennweite. Wenn das Objekt weit entfernt ist, wird deshalb eine große Apertur benötigt. Das kann erreicht werden durch einen Strah laufweiter und einer vor den Strah laufweiter angeordneten Linse. Ferner kann dies erreicht werden durch eine Anordnung wie sie in Figur 3 gezeigt ist erreicht werden. Falls hierbei eine Linse in den einfallenden Lichtstrahl gestellt wird, kann der ausfallende Lichtstrahl einen Fokus aufweisen. Die Qualität dieses Fokus kann durch den Durchmesser des zweiten D-Spiegels bestimmt sein. Vorliegend hat der zweite D-Spiegel einen vergleichsweise großen Durchmesser. Die Qualität des Fokus kann hierbei gemäß der Theorie der Gaußstrahlen optimiert werden. Further, a D-mirror can be used as a laser beam scanning or laser scanning device or for long-range light focusing. For a Gaussian beam, the size of the focus or the beam waist is determined by the ratio of the aperture to the focal length. If the object is far away, therefore, a large aperture is needed. This can be achieved by a continuous beam and a lens arranged further ahead of the beam. Furthermore, this can be achieved by an arrangement as shown in FIG. 3. In this case, if a lens is placed in the incident light beam, the emergent light beam may have a focus. The quality of this focus can be determined by the diameter of the second D-mirror. In the present case, the second D-mirror has a comparatively large diameter. The quality of the focus can be optimized according to the theory of Gaussian rays.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand einzelner Beispiele und Figuren weiter erläutert. Diese Beispiele und Figuren dienen nur zur Veranschaulichung des allgemeinen erfinderischen Konzepts, ohne dass die Beispiele und Figuren als die Erfindung in irgendeiner Weise einschränkend ausgelegt werden dürfen. The present invention will now be further explained with reference to individual examples and figures. These examples and figures are merely illustrative of the general inventive concept, without the examples and figures being construed as limiting the invention in any way.
Figur 2 veranschaulicht Ein- und Ausfallswinkel eines D-Spiegels. Figur 3 zeigt eine Anordnung von zwei D-Spiegeln. FIG. 2 illustrates the entrance and exit angles of a D-mirror. FIG. 3 shows an arrangement of two D mirrors.
Figur 4 zeigt eine Anordnung eines D-Spiegels mit einem herkömmlichen Spiegel. Figure 4 shows an arrangement of a D-mirror with a conventional mirror.
Figur 5 zeigt eine Anordnung eines eine stufenförmige Lichteinfallsfläche aufweisenden D- Spiegels und einer Sammellinse.
Figur 2 veranschaulicht einen auf einen D-Spiegel 1 00 einfallenden Lichtstrahl sowie einen von einem D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahl . In Figur 2 ist ein D-Spiegel 1 00 mit einer Lichteinfallsfläche 1 01 dargestellt. Ein erstes dielektrisches Medium 1 1 5, in dem der einfallenden Lichtstrahl 1 1 7 verläuft, weist einen Wert des Brechungsindexes von n η auf und ist in Figur 2 oberhalb der Lichteinfallsfläche 1 01 dargestellt. Unterhalb der Lichteinfallfläche 1 01 ist ein zweites dielektrisches Medium 1 1 9 dargestellt, in dem der gebrochene Lichtstrahl 1 21 verläuft und dessen Brechungsindex den Wert n2 aufweist. Der einfallenden Lichtstrahl 1 1 7 weist einen Einfallswinkel Οί^ auf, welcher gegenüber einem auf der Lichteinfallsfläche 1 01 senkrecht stehenden Einfallslot 1 23 gemessen wird. Hierbei haben Winkel, welche vom nach oben zeigenden Einfallslot 1 23 nach links gemessen werden, positive Werte und Winkel, welcher vom Einfallslot 1 23 nach rechts gemessen werden, negative Werte. In Figur 2 hat somit der Einfallswinkel einen positiven Wert und die Winkel und ß2 negative Werte. Figure 5 shows an arrangement of a D-shaped mirror having a stepped light incident surface and a condenser lens. FIG. 2 illustrates a light beam incident on a D mirror 1 00 and a light beam emerging from a D mirror. FIG. 2 shows a D mirror 1 00 with a light incident surface 1101. A first dielectric medium 1 1 5, in which the incident light beam 1 1 7 extends, has a value of the refractive index of n η and is shown in Figure 2 above the light incident surface 01. Below the light incident surface 01 01, a second dielectric medium 1 1 9 is shown, in which the refracted light beam 1 21 extends and whose refractive index has the value n 2 . The incident light beam 1 1 7 has an angle of incidence Οί ^, which is measured against a on the light incident surface 1 01 perpendicular incident slot 1 23. In this case, angles which are measured to the left by the upwardly facing incident slot 1 23 have positive values and angles, which are measured to the right by the incident slot 1 23, negative values. In Figure 2, therefore, the angle of incidence has a positive value and the angle and β 2 negative values.
An der Lichteinfallsfläche 1 01 wird der einfallende Lichtstrahl 1 1 7 gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz gebrochen. Dieses lautet hier wie folgt: sin = n2 sin a2. Somit ergibt sich aus einem positiven Einfallswinkel 0^ ein positiver Winkel a2 des gebrochenen Lichtstrahls 1 21 . Bei typischen D-Spiegel-Anwendungen ist Οί^ sehr klein oder nahezu 0°, woraus sich ergibt, dass auch a2 nahezu 0° beträgt. At the light incident surface 1 01 of the incident light beam 1 1 7 is broken according to the Snell's law of refraction. This is as follows: sin = n 2 sin a 2 . Thus, a positive angle a 2 of the refracted light beam 1 21 results from a positive angle of incidence 0. In typical D-mirror applications, Οί ^ is very small or nearly 0 °, which means that a 2 is also close to 0 °.
Der gebrochene Strahl 1 21 trifft in der Ausführungsform der Figur 2 nach der Brechung auf ein ebenes Spiegelelement 1 25. Mehrere Spiegelelemente 1 25 sind auf einer zur Lichteinfallfläche 1 01 parallelen Geraden angeordnet und entlang einer Horizontalen gleichmäßig verteilt. Ferner weisen die Spiegelelemente 1 25 zum Einfallslot 1 23 denselben Winkel auf. Ein auf einer ebenen Spiegelfläche des Spiegelelements 1 25, auf den der gebrochene Lichtstrahl 1 21 trifft, stehendes Lot 1 27 weist gegenüber dem Einfallslot 1 23 einen Winkel 9m auf, welcher vorliegend negativ ist, da er vom Einfallslot 1 23 aus gesehen nach rechts gemessen wird. In the embodiment of FIG. 2, the refracted beam 1 21 strikes a planar mirror element 1 25 after refraction. A plurality of mirror elements 1 25 are arranged on a straight line parallel to the light incidence surface 11 01 and distributed uniformly along a horizontal line. Furthermore, the mirror elements 1 to 25 Einfallslot 1 23 to the same angle. A standing on a flat mirror surface of the mirror element 1 25, to which the refracted light beam 1 21, standing Lot 1 27 has over the entrance slot 1 23 an angle 9 m , which in the present case is negative, since he from Einfallslot 1 23 seen from the right is measured.
Der gebrochene Lichtstrahl 1 21 wird an der ebenen Spiegelfläche des Spiegelelements 1 25 gemäß dem Reflexionsgesetz reflektiert und läuft dann von der Seite des zweiten dielektrischen Mediums 1 1 9 kommend auf die Lichteinfallsfläche 1 01 zu . Der an der Spiegelfläche des Spiegelelements 1 25 reflektierte, gebrochene Lichtstrahl 1 21 wird als reflektierter gebrochener Lichtstrahl 1 29 bezeichnet. Der reflektierte gebrochene Lichtstrahl 1 29 hat zum Einfallslot 1 23 einen Winkel von ß2. An Figur 2 kann man ablesen, dass
folgende Winkelbeziehung zwischen dem Einfallswinkel a] ( dem Winkel 9m und dem Winkel ß2 gilt: ß2 = 2 9m - a,. Der reflektierte gebrochene Lichtstrahl 1 29 wird an der Lichteinfallsfläche 1 01 beim Ubertritt vom zweiten dielektrischen Medium 1 1 9 in das erste dielektrische Medium 1 1 9 abermals gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz gebrochen und fällt dann vom D-Spiegel 1 00 als ausfallender Strahl 1 31 aus. In diesem Fall lautet es wie folgt: sin = n2 sin ß2. ß2 kann hierbei als der Ausfallswinkel des ausfallenden Lichtstrahls 1 31 des D-Spiegels 1 00 interpretiert werden. The refracted light beam 1 21 is reflected on the plane mirror surface of the mirror element 1 25 according to the law of reflection and then passes from the side of the second dielectric medium 1 1 9 coming on the light incident surface 1 01 to. The reflected on the mirror surface of the mirror element 1 25, refracted light beam 1 21 is referred to as a reflected refracted light beam 1 29. The reflected refracted light beam 1 29 has the entrance slot 1 23 an angle of ß 2 . From Figure 2 it can be seen that The following angular relationship between the angle of incidence a ] ( the angle 9 m and the angle ß 2 applies: ß 2 = 2 9 m - a,. The reflected refracted light beam 1 29 at the light incident surface 1 01 at the passage of the second dielectric medium 1 1 . 1 1 9 again refracted into the first dielectric medium according to the Snell's law, and then falls from the D-mirror 1 00 as an emergent beam 1 31. in this case, reads it as follows:. sin = n 2 sin ß 2 ß 2 can in this case be interpreted as the angle of the outgoing light beam 1 31 of the D mirror 1 00.
Hierbei ist selbstverständlich, dass für bestimmte Winkel von Οί^ und 9m der Lichtstrahl nicht wieder in das erste dielektrische Medium 1 1 5 eintritt, sondern eventuell gar nicht in Richtung der Lichteinfallsfläche 1 01 reflektiert wird oder an der Lichteinfallsfläche 1 01 total reflektiert wird. It is understood that for certain angles of Οί ^ and 9 m, the light beam does not re-enter the first dielectric medium 1 1 5, but may not even reflected in the direction of the light incident surface 01 01 or is totally reflected at the light incident surface 01.
Durch Einsetzen der Winkelbeziehung in das letztgenannte Snelliussche Brechungsgesetz, Auflösen der erhaltenen Gleichung nach sin βϊ und Differenzieren nach dem Einfallswinkel erhält man die Winkelabhängigkeit des ausfallenden Lichtstrahls 1 31 in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des einfallenden Lichtstrahls 1 1 7. Diese Winkelabhängigkeit lässt sich wie folgt ausdrücken: dßy _ cos/?2 · cos t By inserting the angular relationship in the latter Snell's law of refraction, solving the equation obtained for sin βϊ and differentiating on the angle of incidence, one obtains the angular dependence of the outgoing light beam 1 31 as a function of the angle of incidence of the incident light beam 1 1 7. This angle dependence can be expressed as follows: dss y _ cos /? 2 · cos t
(1 ) (1 )
άαγ cos ?! · cosa2 άα γ cos?! · Cosa 2
Für viele D-Spiegel-Anwendungen sind die Winkel ΐ und a2 nahezu 0° und der For many D-mirror applications, the angles ΐ and a 2 are nearly 0 ° and the
Ausfallswinkel βτ knapp 90°. Gleichung (1 ) kann somit angenähert werden zu: dßy cos/?2 Failure angle βτ almost 90 °. Equation (1) can thus be approximated to: dß y cos /? 2
(2) (2)
άαγ cos ?! άα γ cos?!
Die Figuren 3A und 3B zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Strahlaufweiters. Der Strah laufweiter 1 32 der Figur 3 weist einen ersten D-Spiegel 1 33 und einen zweiten D-Spiegel 1 35 auf. Die Ansicht der Figur 3A zeigt den Strahlaufweiter 1 32 von der Seite und die Ansicht der Figur 3B zeigt den Strahlaufweiter 1 32 von oben. Zur Verdeutlichung der räumlichen Beziehungen ist ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z neben jeder Figur dargestellt. Sowohl der erste D-Spiegel 1 33 als auch der zweite D-Spiegel 1 35 können jeweils einen D-Spiegel 1 00 sein, wie er obenstehend beschrieben ist. Figur 3 ist eine schematische Zeichnung, deren Abmessungen und Winkel nicht mit einer echten Ausführungsform einer Strahlaufweiters übereinstimmen.
Ein einfallender Lichtstrahl 1 37, welcher in Luft verläuft, trifft zunächst auf den ersten D- Spiegel 1 33 und zwar auf die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33. Der einfallende Lichtstrahl 1 37 kann so geformt sein, dass die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33 möglichst gut überdeckt bzw. ausgeleuchtet wird. In Figur 3A sind drei unterschiedliche Teilstrahlen 1 38 des einfallenden Lichtstrahls 1 37 dargestellt, welche parallel zueinander verlaufen und eine unterschiedliche Höhe entlang der z-Achse aufweisen. FIGS. 3A and 3B show an embodiment of a beam expander according to the invention. The beam weiterweiter 1 32 of Figure 3 has a first D-mirror 1 33 and a second D-mirror 1 35 on. The view of Figure 3A shows the Strahlaufweiter 1 32 from the side and the view of Figure 3B shows the Strahlaufweiter 1 32 from above. To illustrate the spatial relationships, a Cartesian coordinate system with the axes x, y and z is shown next to each figure. Both the first D mirror 1 33 and the second D mirror 1 35 may each be a D mirror 1 00, as described above. Figure 3 is a schematic drawing whose dimensions and angles do not match a true embodiment of a beam expander. An incident light beam 1 37, which runs in air, first strikes the first D mirror 1 33 and that on the light incident surface 1 39 of the first D-mirror 1 33. The incident light beam 1 37 may be shaped so that the light incident surface 39 of the first D-mirror 1 33 as well as possible covered or illuminated. In FIG. 3A, three different sub-beams 1 38 of the incident light beam 1 37 are shown, which run parallel to one another and have a different height along the z-axis.
In der Ansicht der Figur 3B sind dieselben drei einfallenden Teilstrahlen 1 38 dargestellt, welche auf den ersten D-Spiegel 1 33 fallen. Die einfallenden Teilstrahlen 1 38 der Figur 3B sind entlang der y-Achse versetzt. Die einfallenden Teilstrahlen 1 38 treffen, nachdem sie durch die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33 getreten sind, auf Spiegelelemente 1 41 . In the view of Figure 3B, the same three incident partial beams 1 38 are shown, which fall on the first D-mirror 1 33. The incident partial beams 1 38 of FIG. 3B are offset along the y-axis. The incident partial beams 1 38 hit, after they have passed through the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33, on mirror elements 1 41st
Der Einfallswinkel der einfallenden Teilstrahlen 1 38 auf die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33 kann zum Beispiel 85° betragen, wobei der Einfallswinkel in den Figuren 3A oder 3B nicht korrekt abgelesen werden kann, da die Ansichten der Figuren 3A oder 3B Projektionen sind. Der einfallende Lichtstrahl 1 37 wird vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektiert. Dieser vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierte Lichtstrahl 1 43 trifft sodann auf einen Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35. Die Parameter des ersten D- Spiegels 1 33 und des einfallenden Lichtstrahls 1 37 und die Abmessungen des zweiten D- Spiegels 1 35 können so gewählt werden, dass der vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierte Lichtstrahl 1 43 die Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35 möglichst gut überdeckt bzw. ausleuchtet. The angle of incidence of the incident partial beams 1 38 on the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 may be 85 °, for example, and the angle of incidence in FIGS. 3A or 3B can not be read correctly since the views of FIGS. 3A or 3B are projections are. The incident light beam 1 37 is reflected by the first D mirror 1 33. This light beam 1 43 reflected by the first D mirror 333 then strikes a light incident surface 455 of the second D mirror 1 35. The parameters of the first D mirror 1 33 and of the incident light beam 1 37 and the dimensions of the second D mirror 1 35 can be selected so that the light beam 1 43 reflected from the first D mirror 1 33 as well as possible covers or illuminates the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35.
In der Ansicht der Figur 3A ist dargestellt, dass die drei unterschiedlichen reflektierten Teilstrahlen 1 44 die Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35 an unterschiedlichen Punkten entlang der x-Achse treffen. Die drei unterschiedlichen reflektierten Teilstrahlen 1 44 sind parallel zueinander. Nachdem die Teilstrahlen 1 44 durch die Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35 getreten sind, treffen sie auf Spiegelelemente 1 47 des zweiten D-Spiegels 1 35, werden von den Spiegelelementen 1 47 des zweiten D-Spiegel 1 35 in Richtung der Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegel 1 35 reflektiert, treten dann durch die Lichteinfallsfläche 1 45 zweiten D-Spiegel 1 35 und verlassen somit den zweiten D-Spiegel 1 35. Der vom zweiten D-Spiegel 1 35 reflektierte Lichtstrahl 1 49 verlässt den Strah laufweiter 1 32 als auslaufender Lichtstrahl. Die
Teilstrahlen 1 50 des vom zweiten D-Spiegel 1 35 reflektierten Lichtstrahls 1 49 sind parallel zueinander und senkrecht zur Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35. It is shown in the view of FIG. 3A that the three different reflected partial beams 1 44 strike the light incident surface 45 of the second D mirror 1 35 at different points along the x-axis. The three different reflected partial beams 1 44 are parallel to each other. After the partial beams 1 44 have passed through the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35, they meet mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35, are from the mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35 in the direction of Reflected light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35, then pass through the light incident surface 1 45 second D-mirror 1 35 and thus leave the second D-mirror 1 35. The reflected light from the second D-mirror 1 35 light beam 1 49 leaves the Strah weiterweiter 1 32 as outgoing light beam. The Partial beams 1 50 of the second D-mirror 1 35 reflected light beam 1 49 are parallel to each other and perpendicular to the light incident surface 1 45 of the second D-mirror 1 35.
In der Ansicht der Figur 3B sieht man, dass die drei parallelen Teilstrahlen 1 38 des einfallenden Lichtstrahls 1 37 an verschiedenen Stellen entlang der y-Achse auf die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33 treffen. Da der Teilstrahl 1 38, welcher in der Figur 3B ganz oben dargestellt ist, auch die größte z-Koordinate aufweist, wie man an Figur 3A erkennen kann, trifft er von den drei Teilstrahlen 1 38 als Teilstrahl 1 44 an einer Stelle auf die Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35, welche die größte x- Koordinate aufweist. Nachdem dieser Teilstrahl 1 44 vom zweiten D-Spiegel 1 35 reflektiert wurde, verlässt er den zweiten D-Spiegel 1 35 entlang der z-Achse. Dies ist in Figur 3B mit einem Punkt mit darum befindlichem Kreis symbolisch dargestellt. Dieses Symbol bedeutet, dass der Strahl aus der Zeichenebene heraus zum Betrachter hin verläuft. In the view of FIG. 3B, it can be seen that the three parallel partial beams 1 38 of the incident light beam 1 37 strike the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 at different points along the y axis. Since the sub-beam 1 38, which is shown at the top in FIG. 3B, also has the largest z-coordinate, as can be seen in FIG. 3A, it strikes the light incidence surface of the three sub-beams 1 38 as partial beam 1 44 at one location 1 45 of the second D-mirror 1 35, which has the largest x-coordinate. After this partial beam 1 44 has been reflected by the second D-mirror 1 35, it leaves the second D-mirror 1 35 along the z-axis. This is shown symbolically in FIG. 3B with a point with a circle around it. This symbol means that the beam goes out of the drawing plane towards the viewer.
Der Einfallswinkel des vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierten Lichtstrahls 1 43 auf die Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegel 1 35 kann zum Beispiel ebenfalls 85° betragen. Der vom Strahlaufweiter 1 32 auslaufende Lichtstrahl weist gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl 1 37 einen wesentlich vergrößerten Durchmesser auf. Für einen Einfallswinkel von 85° sind typische Werte für die Vergrößerung des Strahldurchmessers in der Größenordnung von 1 0. Der Strahlaufweiter 1 32 weist im Vergleich zu Strahlaufweitern, die ausschließlich berechnende Linsen verwenden, einen sehr kompakten Aufbau auf. The angle of incidence of the light beam 1 43 reflected from the first D mirror 1 33 on the light incident surface 1 45 of the second D mirror 1 35 may also be 85 °, for example. The emanating from the beam expander 1 32 light beam has compared to the incident light beam 1 37 a significantly larger diameter. For an incident angle of 85 °, typical values for increasing the beam diameter are in the order of magnitude of 1. The beam expander 1 32 has a very compact construction compared to beam expander, which use exclusively calculating lenses.
Der zweite D-Spiegel 1 45 kann zum Beispiel entlang der x-Achse eine Länge von 1 m aufweisen, entlang welcher 1 00 Spiegelelemente 1 47 nebeneinander angeordnet sind. The second D-mirror 1 45 may, for example along the x-axis have a length of 1 m, along which 1 00 mirror elements 1 47 are arranged side by side.
Für einen kompakten Aufbau ist es vorteilhaft, wenn in der Ansicht der Figur 3A ein unterer Teil der Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33 einen geringen Abstand zu einem linken Teil der Lichteintrittsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegels 1 35 hat. Die Spiegelelemente 1 41 des ersten D-Spiegels 1 33 stehen senkrecht zu den Spiegelelementen 1 47 des zweiten D-Spiegels 1 35. Dies bewirkt im Zusammenhang mit der senkrechten Anordnung der D-Spiegel, dass ein runder einfallender Lichtstrahl 1 37 ebenfalls als runder Lichtstrahl den Strahlaufweiter verlässt. For a compact construction, it is advantageous if, in the view of FIG. 3A, a lower part of the light incidence surface 1 39 of the first D mirror 1 33 has a small distance to a left part of the light entrance surface 1 45 of the second D mirror 1 35. The mirror elements 1 41 of the first D-mirror 1 33 are perpendicular to the mirror elements 1 47 of the second D-mirror 1 35. This causes in connection with the vertical arrangement of the D-mirror, that a round incident light beam 1 37 also as a round beam of light leaves the beam expander.
Figur 4 zeigt eine Anordnung eines D-Spiegels mit einem herkömmlichen Spiegel. Diese Anordnung kann als Strahlaufweiter fungieren, insbesondere als ein Abbildungssystem mit einer großen Apertur, welches zum Beispiel als Teleskop in der Astronomie benutzt werden
kann. Ferner kann die Anordnung der Figur 4 zum Beispiel für eine abbildende Detektion schwacher Signale, insbesondere als Nachtsichtgerät oder für spektroskopische Anwendungen, benutzt werden. Figure 4 shows an arrangement of a D-mirror with a conventional mirror. This arrangement can function as a beam expander, in particular as a large aperture imaging system used, for example, as a telescope in astronomy can. Furthermore, the arrangement of FIG. 4 can be used, for example, for an imaging detection of weak signals, in particular as a night vision device or for spectroscopic applications.
Die Ansicht der Figur 4A zeigt den Strah laufweiter von der Seite und die Ansicht der Figur 4 B zeigt den Strah laufweiter von oben. Zur Verdeutlichung der räumlichen Beziehungen ist ein kartesisches Koordinatensystem mit den Achsen x, y und z neben jeder Figur dargestellt. The view of Figure 4A shows the beam farther from the side and the view of Figure 4 B shows the beam running farther from above. To illustrate the spatial relationships, a Cartesian coordinate system with the axes x, y and z is shown next to each figure.
In der Ansicht der Figur 4A sieht man, dass ein einfallender Lichtstrahl 1 37 zunächst auf eine Lichteinfallsfläche 1 39 eines ersten D-Spiegels 1 33 trifft. Diese Situation ist ähnlich wie bei der Ausführungsform der Figur 3, jedoch trifft in der Ausführungsform der Figur 4 der einfallende Lichtstrahl 1 37 senkrecht oder nahezu senkrecht auf die Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegels 1 33, während bei dem Strahlaufweiter 1 32 der Figur 3 der vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierte Lichtstrahl 1 43 nahezu senkrecht zur Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegel 1 33 verläuft. Ferner sei hier noch angemerkt, dass in der Ausführungsform der Figur 3 der vom zweiten D-Spiegel 1 35 reflektierte Lichtstrahl 1 49 senkrecht zur Lichteinfallsfläche 1 45 des zweiten D-Spiegel 1 35 verläuft. Bei dem ersten D-Spiegel 1 33 der Figur 4 liegt somit eine Art Strahlumkehr im Vergleich zur Ausführungsform der Figur 3 vor. Dementsprechend wirkt der erste D-Spiegel 1 33 der Figur 4 als Strahlverkleinerer, während die D-Spiegel 1 33, 1 35 der Figur 3 jeweils als Strahlaufweiter fungieren. In the view of FIG. 4A, it can be seen that an incident light beam 1 37 initially strikes a light incident surface 1 39 of a first D mirror 1 33. This situation is similar to the embodiment of FIG. 3, but in the embodiment of FIG. 4 the incident light beam 1 37 strikes the incident light surface 1 39 of the first D-mirror 1 33 perpendicularly or nearly perpendicularly, whereas in the beam expander 1 32 of FIG 3 of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43 almost perpendicular to the light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 runs. It should also be noted here that in the embodiment of FIG. 3 the light beam 1 49 reflected by the second D mirror 1 35 extends perpendicular to the light incident surface 45 of the second D mirror 1 35. In the case of the first D mirror 1 33 in FIG. 4, there is thus a type of beam reversal in comparison with the embodiment of FIG. Accordingly, the first D mirror 1 33 of FIG. 4 acts as a beam reducer, while the D mirrors 1 33, 1 35 of FIG. 3 each function as a beam expander.
In der Ausführungsform der Figur 4 ist dem ersten D-Spiegel 1 33 ein Spiegel 1 51 nachgeschaltet. Der Spiegel 1 51 der Ausführungsform der Figur 4 ist ein sphärischer Spiegel, welcher den vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierten Lichtstrahls 1 43 reflektiert. Der Spiegel 1 51 ist in der Ansicht der Figur 4A mit geringem Abstand oberhalb des ersten D-Spiegels 1 33 und an dessen linken Ende angeordnet. An dieser Position verläuft die reflektierende Oberfläche des Spiegels 1 51 im Wesentlichen entlang der z-Achse. In the embodiment of Figure 4, the first D mirror 1 33, a mirror 1 51 is connected downstream. The mirror 1 51 of the embodiment of Figure 4 is a spherical mirror, which reflects the reflected from the first D mirror 1 33 light beam 1 43. The mirror 1 51 is arranged in the view of Figure 4A with a small distance above the first D-mirror 1 33 and at its left end. At this position, the reflecting surface of the mirror 51 is substantially along the z-axis.
Die vor dieser Reflexion parallel verlaufenden Lichtstrahlen des vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierten Lichtstrahls 1 43 werden von dem Spiegel 1 51 auf einen Fokalpunkt F fokussiert. Der von dem Spiegel 1 51 reflektierte Lichtstrahls 1 53 verläuft in der Ausführungsform der Figur 4 symmetrisch zur x-Achse, welche parallel zur Lichteinfallsfläche 1 39 und senkrecht zu den Spiegelelementen 1 41 des ersten D-Spiegel 1 33 verläuft. Der Fokalpunkt F befindet sich entlang der x-Achse betrachtet kurz außerhalb
des ersten D-Spiegels 1 33. Die Position des Fokalpunkt F befindet sich entlang der z- Achse betrachtet oberhalb der Lichteinfallsfläche 1 39 in einer Entfernung, die ungefähr doppelt so groß ist wie die Ausdehnung des Spiegels 1 51 entlang der z-Achse. The parallel before this reflection light rays of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43 are focused by the mirror 1 51 on a focal point F. In the embodiment of FIG. 4, the light beam 1 53 reflected by the mirror 1 51 runs symmetrically with respect to the x-axis, which extends parallel to the light incident surface 1 39 and perpendicular to the mirror elements 1 41 of the first D mirror 1 33. The focal point F is located just outside the x-axis The position of the focal point F is along the z-axis viewed above the light incident surface 1 39 at a distance which is about twice as large as the extension of the mirror 1 51 along the z-axis.
Figur 5 zeigt eine Anordnung eines ersten D-Spiegels 1 33 und einer Linse 1 55. Ein einfallender Lichtstrahl 1 37 trifft auf eine Lichteinfallsfläche 1 39, welche stufenförmig ausgebildet ist. Die Lichteinfallsfläche 1 39 weist ebene Abschnitte 1 57 mit dazwischenliegenden Stufen auf. Um die Illustration zu vereinfachen, weist die Lichteinfallsfläche 1 39 lediglich drei Stufen 1 57 auf. Hierbei erhöhen sich die ebenen Abschnitte 1 57 von einer Seite des ersten D-Spiegels 1 33 zur anderen kontinuierlich. Die ebenen Abschnitte 1 57 sind jeweils gegenüber einer benachbarten Stufe um einen Betrag S verschoben. Hierbei ist der ebene Abschnitte 1 57 am weitesten in Richtung des einfallenden Lichtstrahls 1 37, also entlang der z-Achse verschoben, welche auf der Lichteinfallfläche 1 39 am weitesten von der Linse 1 55 entfernt ist. Der benachbarte ebene Abschnitt 1 57 ist jeweils um den Betrag S in Richtung des einfallenden Lichtstrahls 1 37, also in die negative z-Richtung versetzt. Die ebenen Abschnitte 1 57 weisen entlang der x- Achse jeweils eine identische Länge auf. Unter jedem ebenen Abschnitt 1 57 ist mittig bezüglich der x-Achse ein entsprechendes Spiegelelement 1 41 angeordnet, welches in derselben Weise wie die ebenen Abschnitte 1 57 entlang der z-Richtung versetzt angeordnet sind. Die Spiegelelemente 1 41 sind identisch ausgebildet und weisen gegenüber den ebenen Abschnitten 1 57 denselben Neigungswinkel auf. Parallel auf den ersten D-Spiegel 1 33 einfallende Teilstrahlen 1 38 des einfallenden Lichtstrahls 1 37 werden vom ersten D-Spiegel 1 33 in parallele Teilstrahlen 1 44 des vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierten Lichtstrahls 1 43 reflektiert. Jedoch sind benachbarte Teilstrahlen 1 44 weiter voneinander entfernt als im Falle eines D-Spiegels ohne stufenförmige Lichteinfallsfläche 1 39. Der vom ersten D-Spiegel 1 33 reflektierte Lichtstrahl 1 43 trifft sodann auf eine Linse 1 55, welche die parallelen Teilstrahl 1 44 auf einen Fokalpunkt F fokussiert. Da die Ansicht der Figur 5 translationsinvariant gegenüber der senkrecht auf der x- und z-Achse stehenden y-Achse ist, handelt es sich bei der Linse 1 55 um eine Zylinderlinse und bei dem Fokalpunkt F um einen Linienfokus. Figure 5 shows an arrangement of a first D-mirror 1 33 and a lens 1 55. An incident light beam 1 37 strikes a light incident surface 1 39, which is step-shaped. The light incident surface 1 39 has planar sections 1 57 with intermediate stages. To simplify the illustration, the light incident surface 1 39 only three stages 1 57 on. Here, the planar portions 1 57 increase continuously from one side of the first D mirror 1 33 to the other. The planar sections 1 57 are each offset from an adjacent step by an amount S. In this case, the planar portions 1 57 is shifted farthest in the direction of the incident light beam 1 37, ie along the z-axis, which is on the light incident surface 1 39 farthest from the lens 1 55 away. The adjacent planar section 1 57 is offset by the amount S in the direction of the incident light beam 1 37, ie in the negative z-direction. The planar sections 1 57 each have an identical length along the x-axis. Under each flat portion 1 57, a corresponding mirror element 1 41 is arranged centrally with respect to the x-axis, which are arranged offset in the same manner as the flat portions 1 57 along the z-direction. The mirror elements 1 41 are identical and have the same angle of inclination relative to the flat sections 1 57. Parallel to the first D-mirror 1 33 incident partial beams 1 38 of the incident light beam 1 37 are reflected by the first D mirror 1 33 in parallel partial beams 1 44 of the first D mirror 1 33 reflected light beam 1 43. However, adjacent sub-beams 1 44 are farther apart than in the case of a D-mirror without stepped light incident surface 1 39. The reflected from the first D mirror 1 33 light beam 1 43 then strikes a lens 1 55, which the parallel sub-beam 1 44 on a Focal point F focused. Since the view of Figure 5 is translationally invariant with respect to the y axis perpendicular to the x and z axes, the lens 1 55 is a cylindrical lens and the focal point F is a line focus.
Die in Figur 5 gezeigte Vorrichtung kann zum Beispiel für die Erzeugung eines Laserbrennpunkts in einem Scanner oder für ein abbildendes System von weit entfernten, aber nicht unbedingt unendlich weit entfernten, Bildpunkten verwendet werden.
Die stufenförmige Lichteinfallsfläche 1 39 des ersten D-Spiegel 1 33 bewirkt, dass ein einfallender Lichtstrahl 1 37, welcher leicht divergent ist, auf einen Punkt abgebildet werden kann. Hierbei kann der Gegenstandspunkt vom ersten D-Spiegel 1 33 weit entfernt sein, der Gegenstand. Sollte jedoch nicht unendlich weit vom ersten D-Spiegel 1 33 entfernt sein.
For example, the device shown in Figure 5 can be used to create a laser focus in a scanner or for an imaging system from distant, but not necessarily infinitely distant, pixels. The step-shaped light incident surface 1 39 of the first D mirror 1 33 causes an incident light beam 1 37, which is slightly divergent, can be imaged onto a point. Here, the object point of the first D-mirror 1 33 be far away, the object. However, should not be infinitely far away from the first D mirror 1 33.
Bezugszeichen liste Reference number list
1 00 D-Spiegel 1 00 D mirror
1 01 Lichteinfallfläche 1 01 light incident surface
1 03 erster Lichtstrahl 1 03 first light beam
1 05 erstes Spiegelelement 1 05 first mirror element
1 07 zweites Spiegelelement 1 07 second mirror element
1 09 zweiter Lichtstrahl 1 09 second light beam
1 1 1 Auftreffpunkt des Grenzstrahls 1 1 1 Impact point of the boundary beam
1 1 3 Projektionspunkt 1 1 3 projection point
1 1 5 erstes dielektrisches Medium 1 1 5 first dielectric medium
1 1 7 einfallender Lichtstrahl 1 1 7 incident light beam
1 1 9 zweites dielektrisches Medium 1 1 9 second dielectric medium
1 21 gebrochener Lichtstrahl 1 21 broken light beam
1 23 Einfallslot 1 23 incidence slot
1 25 Spiegelelement 1 25 mirror element
1 27 Lot 1 27 lot
1 29 reflektierter, gebrochener Lichtstrahl 1 29 Reflected, refracted light beam
1 31 ausfallender Lichtstrahl 1 31 outgoing light beam
1 32 Strahlaufweiter 1 32 beam expander
1 33 erster D-Spiegel 1 33 first D mirror
1 35 zweiter D-Spiegel 1 35 second D mirror
1 37 einfallender Lichtstrahl 1 37 incident light beam
1 38 Teilstrahl des einfallenden Lichtstrahls 1 38 partial beam of the incident light beam
1 39 Lichteinfallsfläche des ersten D-Spiegels 1 41 Spiegelelement des ersten D-Spiegels1 39 Light incident surface of the first D-mirror 1 41 Mirror element of the first D-mirror
1 43 vom ersten D-Spiegel reflektierter Lichtstrahl1 43 light beam reflected from the first D mirror
1 44 Teilstrahlen 1 44 partial beams
1 45 Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels 1 45 light incident surface of the second D-mirror
1 47 Spiegelelemente des zweiten D-Spiegels1 47 mirror elements of the second D-mirror
1 49 vom zweiten D-Spiegel reflektierter Lichtstrahl1 49 light beam reflected by the second D mirror
1 50 Teilstrahlen 1 50 partial beams
1 51 Spiegel 1 51 mirrors
1 53 vom Spiegel reflektierter Lichtstrahl
Linse 1 53 light beam reflected by the mirror lens
ebene Abschnitte
level sections
Claims
Ansprüche claims
1 . Vorrichtung zur Veränderung eines Strahlprofils eines einfallenden Lichtstrahls, insbesondere Strahlaufweiter, aufweisend: einen ersten D-Spiegel; und ein Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls, wobei der erste D-Spiegel und das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls so angeordnet sind, dass entweder der einfallende Lichtstrahl zunächst auf den ersten D-Spiegel trifft und dann von dem ersten D-Spiegel auf das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls gelenkt wird oder der einfallende Lichtstrahl zunächst auf das Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls trifft und dann von dem Element zur Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls auf den ersten D-Spiegel gelenkt wird. 1 . Device for modifying a beam profile of an incident light beam, in particular beam expander, comprising: a first D mirror; and an optical anisotropy element of the light beam, wherein the first D mirror and the optical anisotropy changing element of the light beam are arranged such that either the incident light beam first strikes the first D mirror and then from the first D Mirror is directed to the element for changing an optical anisotropy of the light beam or the incident light beam first strikes the element for changing an optical anisotropy of the light beam and is then directed by the element for changing an optical anisotropy of the light beam to the first D mirror ,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Element zur2. Device according to claim 1, characterized in that the element for
Veränderung einer optischen Anisotropie des Lichtstrahls eine Linse, insbesondere eine asphärische Linse oder eine Zylinderlinse, ein Spiegel, insbesondere ein asphärischer Spiegel oder ein zylindrischer Spiegel, oder ein zweiter D-Spiegel ist. Changing an optical anisotropy of the light beam is a lens, in particular an aspherical lens or a cylindrical lens, a mirror, in particular an aspherical mirror or a cylindrical mirror, or a second D-mirror.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite D-Spiegel jeweils aufweist: ein dielektrisches Medium mit einer Lichteinfallsfläche und einem Brechungsindex größer als 1 ,3, und mindestens zwei der Lichteinfallsfläche nachgeordnete Spiegelelemente zur Ablenkung des Lichtstrahls in einen vom ersten oder zweiten D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahl,
wobei die Spiegelelemente jeweils benachbart zueinander angeordnet sind, wobei die Spiegelelemente jeweils eine ebene reflektierende Oberfläche aufweisen, wobei das dielektrische Medium einen Raum zwischen den reflektierenden Flächen der Spiegelelemente und der Lichteinfallsfläche vollständig ausfüllt, und wobei die Spiegelelemente eine Ausdehnung größer als 0, 1 mm aufweisen. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the first and / or the second D-mirror each comprising: a dielectric medium having a light incident surface and a refractive index greater than 1, 3, and at least two of the light incident surface downstream mirror elements for deflection of the light beam into a light beam emerging from the first or second D mirror, wherein the mirror elements are each disposed adjacent to each other, wherein the mirror elements each have a flat reflective surface, wherein the dielectric medium completely fills a space between the reflective surfaces of the mirror elements and the light incident surface, and wherein the mirror elements have an extension greater than 0, 1 mm ,
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des dielektrischen Mediums eine Deckschicht, insbesondere ein Deckglas, angeordnet ist. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that above the dielectric medium, a cover layer, in particular a cover glass, is arranged.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Medium oder die Deckschicht eine Antireflexbeschichtung, insbesondere auf der Deckschicht, aufweist. 5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the dielectric medium or the cover layer has an antireflection coating, in particular on the cover layer.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brechungsindex die Antireflexbeschichtung einen Brechungsindex zwischen 1 ,03 und 1 ,25 aufweist. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that a refractive index of the antireflection coating has a refractive index between 1, 03 and 1, 25.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the
Lichteinfallsfläche des ersten und/oder zweiten D-Spiegels eine Ebene ist. Light incident surface of the first and / or second D-mirror is a plane.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that the
Lichteinfallsfläche des ersten und/oder zweiten D-Spiegels mindestens zwei ebene Abschnitte mit mindestens einer dazwischenliegenden Stufe aufweist. Light incident surface of the first and / or second D-mirror has at least two planar sections with at least one intermediate stage.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ebenen reflektierenden Oberflächen der Spiegelelemente parallel zueinander sind. 9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the planar reflecting surfaces of the mirror elements are parallel to each other.
1 0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten und/oder zweiten D-Spiegel die Spiegelelemente länglich sind, und 1 0. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that in the first and / or second D-mirror, the mirror elements are elongated, and
Längsachsen der Spiegelelemente parallel zueinander sind. 1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der
Spiegelelemente parallel zur Lichteinfallsfläche oder den ebenen Abschnitten der Lichteinfallsfläche verlaufen. 2. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegelelemente des ersten und/oder zweiten D-Spiegels in einer Ebene liegen. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene derLongitudinal axes of the mirror elements are parallel to each other. 1 1. Apparatus according to claim 1 0, characterized in that the longitudinal axes of Mirror elements parallel to the light incident surface or the flat portions of the light incident surface. 2. Device according to one of claims 3 to 1 1, characterized in that the mirror elements of the first and / or second D-mirror lie in a plane. 3. Apparatus according to claim 1 2, characterized in that the plane of
Spiegelelemente des ersten und/oder zweiten D-Spiegels parallel zur Lichteinfallsfläche des ersten und/oder zweiten D-Spiegels oder den ebenen Abschnitten der Lichteinfallsfläche des ersten und/oder zweiten D-Spiegels ist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der Lichteinfallsfläche des ersten D-Spiegels stehendes Lot mit einem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel von 70° bis 1 1 0° bildet. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen derMirror elements of the first and / or second D-mirror is parallel to the light incident surface of the first and / or second D-mirror or the planar portions of the light incident surface of the first and / or second D-mirror. 4. Device according to one of claims 7 to 1 3, characterized in that a standing on the light incident surface of the first D mirror solder forms an angle of 70 ° to 1 1 0 ° with a standing on the light incident surface of the second D mirror solder , 5. Apparatus according to claim 1 4, characterized in that the longitudinal axes of
Spiegelelemente des ersten D-Spiegels mit dem auf der Lichteinfallsfläche des zweiten D-Spiegels stehenden Lot einen Winkel zwischen -20° und 20° bilden und die Längsachsen der Spiegelelemente des zweiten D-Spiegels senkrecht zu den Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels sind. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 0 bis 1 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse des Elements zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls mit den Längsachsen der Spiegelelemente des ersten D-Spiegels einen Winkel zwischen 70° und 1 1 0° bildet. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste D-Spiegel und das Element zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls so angeordnet sind, dass der vom ersten D-Spiegel ausfallende Lichtstrahl zwischen dem ersten D-Spiegel und dem Element zur Veränderung der optischen Anisotropie des Lichtstrahls mit der Lichteinfallsfläche einen Winkel zwischen 80° und 1 00° bildet. 8. Vorrichtung einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfallswinkel eines auf den ersten oder zweiten D-Spiegel einfallenden
Lichtstrahls oder ein Ausfallswinkel eines von dem ersten oder zweiten D-Spiegel ausfallenden Lichtstrahls größer als 70° ist. Mirror elements of the first D-mirror with the standing on the light incident surface of the second D mirror perpendicular angle between -20 ° and 20 ° and the longitudinal axes of the mirror elements of the second D mirror are perpendicular to the longitudinal axes of the mirror elements of the first D mirror , 6. Device according to one of claims 1 0 to 1 5, characterized in that an optical axis of the element for changing the optical anisotropy of the light beam with the longitudinal axes of the mirror elements of the first D-mirror forms an angle between 70 ° and 1 1 0 ° , 7. Device according to one of claims 3 to 1 6, characterized in that the first D-mirror and the element for changing the optical anisotropy of the light beam are arranged so that the light beam emitted by the first D mirror between the first D-mirror and the element for changing the optical anisotropy of the light beam with the light incident surface forms an angle between 80 ° and 1 00 °. 8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an angle of incidence of an incident on the first or second D-mirror Light beam or an angle of reflection of a light beam from the first or second D mirror is greater than 70 °.
1 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spiegelelement des ersten und/oder zweiten D-Spiegels drehbar ist, insbesondere um die Längsachse des mindestens einen Spiegelelements. 1 9. Device according to one of claims 3 to 1 8, characterized in that at least one mirror element of the first and / or second D-mirror is rotatable, in particular about the longitudinal axis of the at least one mirror element.
20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Veränderung einer optischen Anisotropie und/oder eines Strahldurchmessers des einfallenden Lichtstrahls benutzt wird.
20. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is used to change an optical anisotropy and / or a beam diameter of the incident light beam.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEDE102013101856.4 | 2013-02-25 | ||
DE102013101856.4A DE102013101856B4 (en) | 2013-02-25 | 2013-02-25 | Device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular beam expander |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2014128065A1 true WO2014128065A1 (en) | 2014-08-28 |
Family
ID=50112916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2014/052967 WO2014128065A1 (en) | 2013-02-25 | 2014-02-14 | Device for changing a beam profile of an incident light beam, more particularly beam expander |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102013101856B4 (en) |
WO (1) | WO2014128065A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014111979A1 (en) | 2014-08-21 | 2016-02-25 | Martin Berz | interferometer |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475793A (en) * | 1982-06-01 | 1984-10-09 | Texas Instruments Incorporated | Integrated optical beam expander |
DE19836115A1 (en) * | 1997-09-24 | 1999-03-25 | Zeiss Carl Fa | Divergence and focussing system for bundle of rays |
US6356576B1 (en) * | 1999-11-29 | 2002-03-12 | Cymer, Inc. | Deep ultraviolet catadioptric anamorphic telescope |
US20040012832A1 (en) * | 2000-10-11 | 2004-01-22 | Gallen Niall Anthony | Beam expansion |
US20060018356A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Andreas Voss | Diode laser arrangement and associated beam shaping unit |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475027A (en) * | 1981-11-17 | 1984-10-02 | Allied Corporation | Optical beam homogenizer |
US5168401A (en) * | 1991-05-07 | 1992-12-01 | Spectra Diode Laboratories, Inc. | Brightness conserving optical system for modifying beam symmetry |
DE10021725A1 (en) * | 2000-05-04 | 2001-11-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Faceted reflector |
DE10345430A1 (en) * | 2003-09-30 | 2005-06-02 | Carl Zeiss Sms Gmbh | lighting device |
DE502006005145D1 (en) * | 2006-02-24 | 2009-11-26 | Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh | LASER PROCESSING PLANT WITH A MIRROR ARRANGEMENT WITH A TWO MIRRORED AREAS AND A MIRROR-SHAPED MIRROR |
US8052289B2 (en) * | 2006-06-07 | 2011-11-08 | Asml Netherlands B.V. | Mirror array for lithography |
-
2013
- 2013-02-25 DE DE102013101856.4A patent/DE102013101856B4/en not_active Expired - Fee Related
-
2014
- 2014-02-14 WO PCT/EP2014/052967 patent/WO2014128065A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4475793A (en) * | 1982-06-01 | 1984-10-09 | Texas Instruments Incorporated | Integrated optical beam expander |
DE19836115A1 (en) * | 1997-09-24 | 1999-03-25 | Zeiss Carl Fa | Divergence and focussing system for bundle of rays |
US6356576B1 (en) * | 1999-11-29 | 2002-03-12 | Cymer, Inc. | Deep ultraviolet catadioptric anamorphic telescope |
US20040012832A1 (en) * | 2000-10-11 | 2004-01-22 | Gallen Niall Anthony | Beam expansion |
US20060018356A1 (en) * | 2004-07-19 | 2006-01-26 | Andreas Voss | Diode laser arrangement and associated beam shaping unit |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MICHAEL BASS, EDITOR IN CHIEF: "Handbook of Optics Devices, Measurements, & Properties, Second Edition", vol. II, part 18 1 January 1995, MCGRAW-HILL, New York, USA, ISBN: 0-07-047974-7, article LLOYD JONES: "Reflective and Catadioptric Objectives", pages: 18.7 - 18.7, XP002724314 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102013101856B4 (en) | 2016-09-08 |
DE102013101856A1 (en) | 2014-09-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102016120122B3 (en) | Spectacle lens with coating, method for producing a spectacle lens and computer-implemented or experimental method for designing a spectacle lens | |
DE69222765T2 (en) | OPTICAL MIRROR | |
DE19511593A1 (en) | Micro-optical device | |
DE3033509A1 (en) | MONOCENTRIC OPTICAL SYSTEM | |
DE3430781A1 (en) | LIGHT PROTECTION | |
DE3223974A1 (en) | AFOCAL SCOPE | |
DE102016102591A1 (en) | Device for shaping laser radiation | |
EP3253584B1 (en) | Optically variable security element | |
DE112013003095B4 (en) | Infrared Laser Zoom Beam Expansion System and Laser Processing System | |
DE2216991A1 (en) | POLARIZING HEADLIGHTS | |
WO2018072993A1 (en) | Optical element for a lidar system | |
DE102016214407A1 (en) | Optically variable security element | |
DE69723110T2 (en) | Graduated grating for diffraction distance measurement | |
EP4367558A2 (en) | Apparatus and method for the laser-interference patterning of substrates with periodic dot patterns for antireflective properties | |
CH653140A5 (en) | REFLECTION-SUPPRESSING OPTICAL DEVICE. | |
DE112013003585B4 (en) | Zoomable beam expansion system for a green laser and laser processing device | |
DE102013101856B4 (en) | Device for changing a beam profile of an incident light beam, in particular beam expander | |
EP1709360A1 (en) | System for illuminating large areas in an even or defined manner | |
DE102011080278A1 (en) | Echelle spectrometer | |
DE112013003558B4 (en) | Zoomable beam expansion system for an ultraviolet laser and laser processing device | |
WO2018228807A1 (en) | Filter device for an optical sensor | |
DE112019002852B4 (en) | REFLECTOR, REFLECTOR ARRANGEMENT, USE OF A REFLECTOR AND BEAM SPLITTER | |
DE102018207516B3 (en) | Head-up display with one of several distributed light sources illuminated display | |
DE3012500C2 (en) | Retroreflector | |
DE10125273B4 (en) | Optical element in the manner of a linear Fresnel lens and use of the optical element as glare protection from direct sunlight |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14704592 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14704592 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |