DE3317519A1

DE3317519A1 - Light-collecting plate

Info

Publication number: DE3317519A1
Application number: DE19833317519
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. 7000 Stuttgart Dinkelacker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-05-13
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1984-11-15

Abstract

A light-collecting plate for acquiring and utilising a large proportion of the light flux of a flash lamp is proposed, which is constructed in its central region as a Fresnel lens, while the outer regions of the light-collecting plate have grooves which break the impingement of the light at the front groove flank and direct it to a following groove flank, so that the respective light beam is directed by total reflection at this flank into the exit direction provided. In the case of a given quantity of light, it is possible in this way to achieve a high light intensity of the light emitted by the light-collecting plate. <IMAGE>

Description

LichtsammelplatteLight collecting plate

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Lichtsammelplatte nach der Gattung des Hauptanspruchs. Beleuchtungssysteme bestehen üblicherweise aus geeigneten Lichtquellen und Kondensorlinsen zur Lichtsammlung. Die Lichtstärke der Beleuchtungseinrichtung ist dabei unter anderem durch die mögliche relative Öffnung der Linse begrenzt. Im Grenzfall triAt der Lichtstrahl str eifend auf der Linsenoberfläche auf und wird weitgehend reflektiert.PRIOR ART The invention is based on a light collecting plate according to the genre of the main claim. Lighting systems usually exist from suitable light sources and condenser lenses for light collection. The light intensity the lighting device is among other things by the possible relative Opening of the lens limited. In the borderline case, the light beam strikes the Lens surface and is largely reflected.

Eine Erhöhung der optischen Lichtstärke wird möglich durch mehrlinsige Systeme, bei denen sich die optischen Brechkräfte auf mehrere Linsen verteilen. Die Anwendung von Fresnellinsen ändert darin nichts mit Ausnahme der Tatsache, daß insbesondere auch mehrlinsige Systeme in Richtung der optischen Achse eine relativ geringe Tiefe aufweisen. Die bekannten Lichtsammelplatten für Beleuchtungssysteme haben daher den Nachteil, daß ein beachtlicher Anteil des Lichtes durch Streueffekte verloren geht und dadurch für die Beleuchtung nicht mehr zur Verfügung steht.An increase in the optical light intensity is possible through multi-lens Systems in which the optical power is distributed over several lenses. The use of Fresnel lenses does not change this except for the fact that In particular, multi-lens systems in the direction of the optical axis are also relatively have a shallow depth. The well-known light collecting plates for lighting systems therefore have the disadvantage that a considerable amount of light is lost due to scattering effects and is therefore no longer used for lighting Available.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Lichtsammelplatte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das in den Außenbereichen der Lichtsammelplatte auftretende Licht an den Rillen -flanken einerseits gebrochen und an der folgenden Rille der Flanke so abgelenkt wird, daß der Lichtstrahl schließlich in die vorgesehene Austrittsrichtung gelenkt wird. Dadurch läßt sich bei einer einfachen, eingliedrigen Ausführung eine sehr hohe Lichtstärke erreichen. Die Lichtsammelplatte ist des weiteren einfach verstellbar und insbesondere bei Blitzgeräten vorteilhaft verwendbar.Advantages of the Invention The light collecting plate according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the light appearing in the outer areas of the light collecting plate at the grooves - flanks broken on the one hand and so deflected at the next groove on the flank is that the light beam is finally directed in the intended exit direction will. This allows a very simple, one-piece design achieve high luminous intensity. The light collecting plate is also easily adjustable and particularly useful in flash units.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lichtsammelplatte möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Rillen als katadioptrische Zähne auszubilden.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the light collecting plate specified in the main claim possible. It is particularly advantageous to design the grooves as catadioptric teeth.

Durch eine solche Ausbildung der Zähne ist der Wirkungsgrad der Lichtsammelplatte am größten. Weiterhin ist es günstig, die Lichtsammelplatte aus Plexiglas herzustellen. Plexiglas ist ein einfach zu bearbeitendes Material, so daß die Rillen leicht einbringbar sind.Such a design of the teeth increases the efficiency of the light collecting plate the biggest. It is also beneficial to manufacture the light-collecting plate from Plexiglas. Plexiglass is a material that is easy to work with, so that the grooves can be made easily are.

Außerdem ist mit entsprechenden Werkzeugen die Lichtsammelplatte als einfaches Spritzteil herzustellen.In addition, with the appropriate tools, the light collecting plate is available as a manufacture simple molded part.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 die Lichtsammelplatte von oben, Figur 2 die Lichtsammelplatte im Schnitt und Figur 3 ein Ausschnitt der Lichtsammelplatte nach Figur 1 und 2 zur Erläuterung des Verlaufes des Lichtstrahls.Drawing An exemplary embodiment is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figure 1 shows the light collecting plate from above, FIG. 2 shows the light collecting plate in section and FIG. 3 shows a detail of the Light collecting plate according to Figures 1 and 2 to explain the course of the light beam.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt eine Lichtsammelplatte, wie sie beispielsweise für Blitzgeräte für die Fotografie oder für Zünalichtblitzgeräte zur Einstellung des Zündwinkels an Brennkraftmaschinen Verwendung findet. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Beleuchtungssystemen, beispielsweise bei Scheinwerfern vorteilhaft einsetzbar.Description of the exemplary embodiment Figure 1 shows a light collecting plate, such as for flash units for photography or for dual-light flash units for setting the ignition angle on internal combustion engines is used. The invention however, it is also used in other lighting systems, such as headlights can be used advantageously.

Wie die Figur 1 zeigt sind die Rillen kreisförmig vom Mittelpunkt eingeschnitten.As Figure 1 shows, the grooves are circular from the center incised.

Figur 2 zeigt die Lichtsammelplattelin einem Schnitt durch die Mittelachse. Im Zentralbereich 2 ist die Lichtsammelplatte als Fresnellinse mit einer bestimmten Öffnung ausgebildet, während die Außenbereiche der Lichtsammelplatte durch Rillen 3 gebildet werden, die das auftreffende Licht an der vorderen Rillenflanke brechen und zwar so, daß das Licht auf die folgende Rillenflanke gelenkt ist, so daß der jeweilige Lichtstrahl durch Totalreflektion an dieserFlanke schließlich in die vorgesehene Austrittsrichtung gelenkt wird.Figure 2 shows the light collecting plate in section through the central axis. In the central area 2 is the light collecting plate as a Fresnel lens with a specific Opening formed while the outer areas of the light collecting plate by grooves 3 are formed, which refract the incident light on the front groove flank in such a way that the light is directed to the following groove flank, so that the respective light beam through total reflection at this flank finally into the intended one Direction of exit is directed.

Dieser Vorgang ist in der Figur 3 näher dargestellt.This process is shown in more detail in FIG.

Man erkennt einen Lichtstrahl 6, der an der vorderen Flanke 4 eines Rillenzahnes gebrochen wird, da das Licht hier von dem Medium Luft in das anders geartete Medium Plexiglas eindringt, wenn die Lichtsammelplatte beispielsweise aus Plexiglas hergestellt ist. Der Lichtstrahl gelangt nunmehr an die folgende Rillenflanke 5, die so ausgebildet ist, daß der auftreffende Lichtstrahl total reflektiert wird und zwar so, daß das Licht die Lichtsammelplatte in der gewünschten Richtung verlassen kann.You can see a light beam 6 on the front flank 4 of a Grooved tooth is broken, because the light here from the medium air into the different kind of medium plexiglass penetrates when the light collecting plate for example is out Plexiglass is made. The light beam now reaches the next flank of the groove 5, which is designed so that the incident light beam is totally reflected in such a way that the light leaves the light collecting plate in the desired direction can.

Im Bereich der brechenden Flächen, nämlich im Zentralbereich der Fresnellinse nehmen die Reflektionsverluste bei zunehmender Öffnung, das ist der Abstand von der optischen Achse, wegen der zunehmenden Neigung der optisch wirksamen Flächen zu. Es entstehen Reflexionen an den dielektrischen Grenzschichten nach den Fresnelschen Formeln. Zum anderen entstehen zwar auch im Außenbereich der Lichtsammelplatte Zonen, innerhalb derer die durch die brechende Flanke hindurchgelassenen Strahlen die reflektierende Flanke der Rille nicht mehr treffen und damit nicht ausgenützt werden können. Dieser Teil des Lichtes geht daher unwiederbringlich verloren. Mit zunehmenden Öffnungswinkeln werden diese Verlustzonen jedoch immer kleiner und der Wirkungsgrad größer.In the area of the refracting surfaces, namely in the central area of the Fresnel lens take the reflection losses with increasing opening, that is the distance from the optical axis, because of the increasing inclination of the optically effective surfaces to. Reflections occur at the dielectric boundary layers according to Fresnel's Formulas. On the other hand, there are also zones in the outside area of the light collecting plate, within which the rays let through the refracting flank are reflective No longer hit the flank of the groove and thus cannot be used. This Part of the light is therefore irretrievably lost. With increasing opening angles However, these loss zones become smaller and smaller and the degree of efficiency increases.

Die Kombination von lichtbrechenden Zentralbereich und reflektierenden Außenbereich bringt bei einer eingliedrigen optischen Anordnung einen die mehrgliedrige optische Anordnung noch übersteigenden Lichtwirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Lichtsammelplatte ist daher noch wirkungsvoller, als selbst mehrgliedrige optische Anordnungen (Mehrfachkondensoren), die zu dem noch einen höheren Raumbedarf beanspruchen.The combination of refractive central area and reflective In the case of a single-unit optical arrangement, the outdoor area brings one to the multi-unit optical arrangement still exceeding light efficiency. The light collecting plate of the invention is therefore even more effective than even multi-section optical arrangements (multiple condensers), which also require more space.

Die zuvor erwähnten im Übergangsbereich vorhandenen Verluste werden dadurch gering gehalten, daß die Grenze des Übergangs von der Fesnellinse zu den Rillen auf einen solchen Abstand von der optischen Achse gelegt wird, daß die Verluste durch die Fresnelschen Reflexionen an den brechenden Flächen gleich oder kleiner als 10 S als die Verluste der Zonen der reflektierenden Rillen sind. Unter diesen Maßgaben ist unter einfacher Anwendung der Fresnelschen Formeln der Zentralbereich 2 und der Außenbereich 3 eindeutig abgrenzbar.The previously mentioned losses existing in the transition area will be kept low by the fact that the transition from the Fesnel lens to the Grooves is placed at such a distance from the optical axis that the losses equal or smaller due to the Fresnel reflections on the refracting surfaces than 10 S as the losses of the zones of the reflective grooves. Under these The central area is stipulated simply by applying Fresnel's formulas 2 and the outside area 3 can be clearly defined.

Im einfachsten Falle sind die Rillen im Außenbereich jeweils gleich auszubilden, d.h. die Flanken 4 und 5 haben jeweils den gleichen Winkel zur Lichtnormalen.In the simplest case, the grooves on the outside are always the same to form, i.e. the flanks 4 and 5 each have the same angle to the light normal.

Dadurch ist die Lichtsammelplatte besonders einfach herstellbar, jedoch bietet diese Anordnung dem Lichtstrahl 6 nur in einem ganz bestimmten Winkel ein optimales Reflexionsverhalten. Vorteilhafter ist es daher, die Winkel der Flanken 4 und 5 mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt unterschiedlich auszubilden.As a result, the light-collecting plate is particularly easy to manufacture, however this arrangement offers the light beam 6 only at a very specific angle optimal reflection behavior. It is therefore more advantageous to adjust the angle of the flanks 4 and 5 to be formed differently with increasing distance from the center.

Insbesondere der Winkel der Flanke 5 muß mit steigendem Abstand vom Mittelpunkt gegenüber der Normalen einen immer größeren Winkel aufweisen. Demgegenüber ist der Winkel der Flanke 4 nicht sehr kritisch. Diese Maßnahme bietet sich insbesondere dann an, wenn die Lichtsammelplatte als Spritzteil hergestellt werden soll, so daß für die Herstellung einer Spritzgußform ein gewisser Aufwand berechtigt ist.In particular, the angle of the flank 5 must with increasing distance from The center point to the normal have an increasingly larger angle. In contrast the angle of the flank 4 is not very critical. This measure is particularly useful when the light-collecting plate is to be manufactured as an injection-molded part, so that a certain effort is justified for the production of an injection mold.

Claims

Claims light collecting plate for the luminous flux of a light source, in particular a flash lamp, the plate being designed as a Fresnel lens, characterized in that the light collecting plate (1) in its central area (2) is designed as a Fresnel lens and the outer areas (3) of the light collecting plate (1) Have grooves which are formed so that the light by refraction at the one (4) and reflection on another groove flank (5) perpendicular to the exit point (7) is performed.

2. light collecting plate according to claim 1, characterized in that catadioptric teeth are formed through the grooves.

3. light collecting plate according to claim 1 or 2, characterized in that that the light collecting plate (1) is made of plexiglass.