Оптическое устройство со ступенчатой линзой

Оптическое устройство со ступенчатой линзой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится в целом к оптическому устройству, по меньшей мере, с одной ступенчатой линзой и в частности к ступенчатой линзе со встроенным рассеивающим экраном для светотехнических целей.

Ступенчатые линзы или линзы Френеля были созданы французским физиком Огюстеном Жаном Френелем еще в девятнадцатом веке в виде оптического элемента, называемого также кольцевой линзой. В противоположность используемым обычно оптическим линзам со сплошным телом ступенчатые линзы или линзы Френеля имеют концентрические, расположенные, в основном, перпендикулярно главной плоскости линзы ступени, между которыми находятся кольцеобразные участки. Оптически активные поверхности кольцеобразных участков приблизительно соответствуют по своей форме участкам поверхности обычной линзы со сплошным телом, однако лежат существенно ближе к противоположной поверхности соответствующей линзы. Далее, по существу, не обладающие оптическим действием поверхности ступеней располагают как можно более параллельно основному направлению распространения света, чтобы создать как можно меньше отражений или нежелательного рассеянного света. Поэтому линза Френеля приблизительно, за исключением вызванных ступенями искажений, обладает такими же «изображающими» свойствами, что и обычная линза. Однако, несмотря на эти искажения, линза Френеля имеет существенные преимущества по сравнению с традиционными линзами, благодаря которым этот тип линз при многих применениях делает их выбор заметно предпочтительным или же единственно возможным. Линзы Френеля имеют меньшую толщину, требуют меньше оптического материала, являются, следовательно, более легкими и имеют меньшее поглощение и, тем самым, также меньший нагрев, особенно при их использовании в светотехнических устройствах с высокой интенсивностью света.

Весьма предпочтительным является использование линз Френеля, например, в прожекторах со ступенчатой линзой, для театров, сцен, студий, киносъемки или подсветки архитектурных сооружений.

За счет меньшей толщины линз Френеля они также существенно более просты в изготовлении. Для штамповки, литья под давлением или горячего формования существенно лучше управлять охлаждением и извлечением из формы более тонкой линзы Френеля, чем линзы сплошного объема. С возрастанием величины этих линз такие преимущества приобретают все большее значение. Следовательно, предпочтительными областями применения являются осветительная техника, в частности, в театрах, студиях, в особенности для киносъемки на сцене, а также в архитектуре, где большое количество света приносит с собой высокую тепловую нагрузку, а ухудшение свойств по формированию изображения играет меньшую роль. Из сигнализационной техники железнодорожного транспорта известна ступенчатая линза с расположенным в центре, направляющим свет преимущественно в нижнее полупространство параллельным призменным устройством, которое используется для создания части падающего в ступенчатую линзу света с целью распознавания сигналов в близкой зоне.

В WO 01/86341 А1 описан датчик сигналов со ступенчатой линзой с рассеивающими элементами с относительно коротким фокусным расстоянием, у которой короткофокусные рассеивающие элементы увеличивают угол излучаемого света. Однако расположенные на всей поверхности ступенчатой линзы рассеивающие элементы не позволяют изменить световой поток, в частности, угол его раствора за счет смещения интенсивности освещающего ступенчатую линзу света в месте ее расположения.

В ЕР 0391287 описан операционный светильник, содержащий гиперболическое зеркало и линзовое устройство со стороны выхода света, по меньшей мере, с тремя линзами Френеля с разными фокусными расстояниями. За счет разных фокусных расстояний ступенчатых линз достигается то, что возможно получить по относительно большой глубине однородную силу света и, тем самым, однородное освещение глубокой хирургической раны. Преимущественно шестиугольники с меньшим структурным размером, чем структура используемых ступенчатых линз, служат для создания дальнейшей однородности светового поля. Однако изменение угла раствора выходящего светового поля или величины освещенного поля это устройство не обеспечивает, и это должно достигаться другими дополнительными средствами. Для этого требуются, однако, дополнительные детали.

В ЕР 1242399 А2 описана оптическая система для прожекторов со ступенчатой линзой, которая была изобретена авторами данной заявки и у которой на угол раствора выходящего света влияет изменение расстояния от лампы до отражателя этой системы. При этом, однако, очень горячую, как правило, лампу механически перемещают относительно отражателя, что требует значительных механических усилий для ее установки. Во-первых, следует предотвратить повреждение лампы, более восприимчивой к тряске в горячем состоянии, а, во-вторых, установочные элементы должны иметь как высокую температурную стойкость, так и высокую стойкость к изменениям температуры.

JP 61097602 А касается экрана, например, матового стекла зеркально отражающей камеры, у которого краевые области нередко кажутся темнее его середины, поскольку на краю косо падающие лучи поля изображения склонны выходить дальше наискось от середины после прохождения через матовое стекло. Для повышения яркости краевой области экрана, однако, без снижения яркости средней области в этом документе предложено выполнить центральную область соответствующей линзы Френеля с рассеивающими элементами с возможностью равномерного освещения всей поверхности изображения этого экрана. Изменение угла раствора выходящего светового поля или величины освещенного поля этим устройством, однако, не достигается, и подобная система была бы также нецелесообразной.

В DE 3806879 С1 раскрыта оптическая фильтрующая линза, у которой для реализации как можно более равномерного профиля интенсивности для сенсорных или измерительно-технических целей в световом поле линзы Френеля последнюю выполняют с радиально выступающими структурами, которые должны воспрепятствовать возрастанию интенсивности в середине светового поля. При этом свет из радиально выступающих структур больше не формирует изображение на сенсоре. Подобное устройство непригодно, однако, для применения в технике освещения, поскольку неизображаемые области приводят к нежелательным светопотерям. Далее для осветительных устройств, например, в студиях, театрах, киносъемке и архитектуре нередко крайне желательно за счет более светлой средней области вызвать желаемое выделение определенных зон освещенного объекта.

В основе изобретения лежит задача дальнейшего усовершенствования ступенчатой линзы в отношении ее применимости, в частности для светотехнических целей, и, в частности, за счет использования такой ступенчатой линзы задача упрощения конструкции светотехнических устройств.

Эта задача решается неожиданно простым образом посредством признаков п.1 формулы.

Если у оптического устройства, согласно изобретению, для светотехнических целей, в частности, для прожекторов со ступенчатой линзой, рассеивающий экран располагают в первой зоне, а ступенчатую линзу - во второй зоне, то неожиданно простым и очень гибким образом с изменением формы падающего на оптическое устройство света и/или величины освещающего оптическое устройство света можно изменить угол α раствора выходящего из оптического устройства света, в частности, установить между двумя предельными значениями - меньшим α_Sp и большим α_Fl.

За счет этого, в частности, при использовании этого оптического устройства в прожекторе со ступенчатой линзой обеспечиваются конструктивные формы с меньшим числом механических деталей, а также сильно повышенной светоотдачей.

Простым образом обеспечивается изменение соотношения смешения геометрически-оптически направляемого света, проходящего через ступенчатую линзу относительно света, проходящего через рассеивающий экран.

Большое преимущество состоит в том, что при прохождении через оптическое устройство с освещающим световым конусом только за счет изменения положения светового конуса относительно оптического устройства достигается изменение угла освещенности, например, от 8 до 60°, от 8 до 70° или даже от 4° или от 8 до 80° при равномерном изменении распределения света.

При этом угол раствора определяется как угол, при котором интенсивность света, измеренная от оптической оси системы, падает до десятой части интенсивности света в направлении оптической оси.

Неожиданно простым образом можно при этом непрерывно изменять угол раствора и постоянно поддерживать равномерное освещение в пределах освещенного углового диапазона.

Комбинация геометрически-оптического изображения ступенчатой линзы с наложением на него конуса рассеяния рассеянного на рассеивающем экране света позволяет также достичь светотехнических распределений освещающего света, при которых можно не только подавить изображение источника света или нити накала, но и при подходящем выборе рассеивающей структуры и ее геометрических размеров сильно уменьшить или даже избежать ошибок освещающих лучей.

Особый интерес представляет применение отражающих устройств с маленьким по отношению к патрону источником света, например, газоразрядной лампой высокого давления, которые имеют диапазоны излучения порядка нескольких миллиметров и заметно большие диаметры патронов. У подобных источников света затемнение центрального светового поля может произойти за счет того, что проходящий через отражатель патрон требует отверстия внутри отражателя, которое заметно больше источника света и, тем самым, световые лучи вблизи оптической оси не могут отражаться внутри этого отверстия. За счет подходящего выбора конуса рассеяния вперед у светорассеивающего устройства, преимущественно круглого центрального рассеивающего экрана, можно неожиданным образом получить, в основном, геометрически-оптические свойства ступенчатой линзы и, тем не менее, избежать уменьшения центральной интенсивности.

Предпочтительно оптическое устройство выполнено при этом цельным с тем, чтобы технологически оптимально за одну операцию штамповки изготовить ступенчатую линзу и рассеивающий экран.

В самом предпочтительном варианте первая и вторая зоны, приданные соответственно ступенчатой линзе и рассеивающему экрану, занимают реальные поверхности оптического устройства, преимущественно концентрично расположенные поверхности разных диаметров (2R_Stl, 2R_strA).

Отношение величины поверхности ступенчатой линзы к поверхности рассеивающего экрана может при этом в широком диапазоне определять соотношение, соответственно, активных долей выходящего, используемого для светотехнических целей света и составляет (не обязательно) более 2 к 1 (поверхность ступенчатой линзы к поверхности рассеивающего экрана), предпочтительно отношение поверхности ступенчатой линзы и поверхности рассеивающего экрана составляет более 10 к 1, а предпочтительнее всего отношение поверхности ступенчатой линзы и поверхности рассеивающего экрана составляет более 100 к 1.

Поверхность ступенчатой линзы или рассеивающего экрана в контексте этого описания является не фактической поверхностью со всеми микро- и макроскопическими возвышениями и углублениями, а той, которая при освещении параллельно оптической оси в плоскости, проходящей перпендикулярно оптической оси и расположенной непосредственно позади оптического устройства, соответствует области тени, отбрасываемой ступенчатой линзой или рассеивающим экраном.

Весьма предпочтительно, чтобы угол раствора выходящего из рассеивающего экрана света в вертикальном направлении мог отличаться от угла раствора в горизонтальном направлении, и, следовательно, за счет рассеивающего экрана может возникнуть освещенное световое поле некруглой, эллипсоидной, многоугольной и, в частности, прямоугольной и/или квадратной формы.

Прямоугольные и, в частности, также квадратные световые поля позволяют получить расположение в ряд множества световых полей, благодаря чему могут равномерно освещаться большие площади, например, в студии, на сцене или при подсветке архитектурных сооружений.

В зависимости от освещенной поверхности рассеивающего экрана могут возникать также переходы от освещенных световых полей круглой формы к освещенным световым полям некруглой, эллипсоидной, многоугольной и, в частности, прямоугольной и квадратной форм, если рассеивающий экран имеет, например, множество областей, в частности, кольцеобразные участки поверхности, которые рассеивают свет в разных направлениях или с разной силой.

В этом случае круглое световое поле в положении точечного света при регулировке может перейти, например в некруглое, например, квадратное, световое поле, если световой конус, хотя еще и охватывает весь диаметр 2R_strA рассеивающего экрана, однако больше не охватывает ступенчатую линзу. При дальнейшей регулировке и уменьшающемся световом конусе световое поле может еще раз перейти в световое поле другой формы, например эллиптическое, если световой конус охватывает только внутренний диаметр 2R_StrI, участки которого направляют свет только в эллиптическое световое поле.

Таким образом, форму освещенного светового поля можно гибко регулировать.

Далее, разделение рассеивающего экрана на области с разной рассеивающей способностью позволяет также получить возможность управления видом падения света. Круглое световое поле в положении точечного света при регулировке может перейти сначала, например, в квадратное световое поле с плавным убыванием к краям, если световой конус, хотя еще и охватывает весь диаметр 2R_strA рассеивающего экрана, однако больше не охватывает ступенчатую линзу, а при дальнейшей регулировке и уменьшающемся световом конусе световое поле может еще раз перейти в световое поле с резким убыванием к краям, если световой конус охватывает только внутренний диаметр 2R_strI, участки которого направляют свет только в квадратное световое поле, однако в последнем случае намного точнее.

Предпочтительно для прожектора со ступенчатой линзой и эллиптическим отражателем с эллиптичностью ε отношение фокусного расстояния к радиусу n_Stl=R_Stl/F_Stl ступенчатой линзы составляет более 0,5×1/sqrt(ε²-1), преимущественно более 0,7×1/sqrt(ε²-1), наиболее предпочтительно более 0,9×1/sqrt(ε²-1).

Предпочтительно ступенчатая линза представляет собой асферическую линзу для компенсации отклонений от сферической формы и достижения как можно более высокой мощности изображения.

В случае если ступенчатая линза содержит тело, по существу, с вогнутой, формирующей лучи оптически активной поверхностью, то можно удовлетворить более сложным оптическим требованиям, поскольку за счет этого можно создать, например, вогнуто-выпуклые или двояковогнутые линзы, у которых ступенчатая линза и ее тело обладают геометрически-оптическим действием.

Далее, ступенчатая линза может содержать тело, по существу, с выпуклой поверхностью для создания, тем самым, выпукло-вогнутых или двояковыпуклых линз.

Форма тела может быть использована самостоятельно для формирования лучей, а формирующие лучи свойства ступенчатой линзы могут быть использованы в комбинации или с наложением.

При этом под телом ступенчатой линзы следует понимать ту часть, которая возникла бы, если бы у ступенчатой линзы были удалены ступени, а это означает материал объема, на который нанесены ступени ступенчатой линзы или в котором выштампованы эти ступени.

Таким образом, технологически можно сначала рассчитать форму желаемой ступенчатой линзы и достичь дополнительных оптических свойств формирования лучей за счет дальнейшего выполнения тела, предпочтительно плоско-вогнутой, плоско-выпуклой, двояковогнутой, двояковыпуклой или вогнуто-выпуклой формы.

Если, по существу, кольцеобразные, оптически активные поверхности ступеней выполнены в виде участков поверхности, образованных дугой окружности, то можно использовать технологически просто реализуемые геометрические формы, которые, тем не менее, обладают относительно хорошими оптическими свойствами.

В простом экономичном варианте, по существу, кольцеобразные, оптически активные поверхности ступеней выполнены в форме внешних границ конуса.

Однако оптимальная эффективность формирования оптического изображения достигается, по существу, у собирающей ступенчатой линзы, т.е. линзы с положительным фокусным расстоянием и действительным фокусом, если, по существу, кольцеобразные, оптически активные поверхности соответствующих ступеней выполнены так, что приблизительно плоская волна с перпендикулярными оптической оси фазовыми фронтами покидает линзу тогда, когда в нее входит свет, происходящий из единственного действительного фокуса. В случае рассеивающей линзы, т.е. линзы с отрицательным фокусным расстоянием и мнимым фокусом, оптимум достигается тогда, когда свет плоской волны, входящий в ступенчатую линзу, преобразуется в сферическую волну, центр которой кажется происходящим из единственного мнимого фокуса.

В особенно предпочтительном варианте рассеивающий экран расположен только в центральной части ступенчатой линзы и преимущественно на стороне ступеней, поскольку этот вариант может быть изготовлен с высокой точностью за один этап горячего формования.

Весьма предпочтительно, если рассеивающий экран расположен ограниченно в центральной части ступенчатой линзы, поскольку тогда за счет этого можно достичь неожиданно изменяемого распределения интенсивности у светотехнических осветительных устройств. Так, например, за счет использования диафрагм или посредством измененной фокусировки входящего светового поля можно варьировать его диаметр и создать разнообразно регулируемый переход от рассеянного света к геометрически-оптически изображенному свету. Пока свет падает на внутренний рассеивающий экран, его свойства определяют форму выходящего и освещающего светового поля. Если при увеличении диаметра светового поля значительно усиливаются свойства по геометрически-оптическому формированию изображения, то можно достичь, например, очень равномерного увеличения освещающего светового конуса.

Еще более непрерывный и плавный переход изменяемого распределения света может быть достигнут тогда, когда светорассеивающий элемент имеет по-разному рассеивающие области, предпочтительно сильнее рассеивающую в центре и слабее рассеивающую по краям.

Предпочтительно рассеивающий экран в зависимости от его материала, с учетом его рассеивающей способности, изготавливают способом горячего формообразования, в частности, штамповки и/или посредством литья под давлением.

Предпочтительными материалами для ступенчатой линзы и/или рассеивающего экрана являются стекло и стеклокерамические материалы. Особенно предпочтительным свойством стеклокерамики является высокая стойкость к изменениям температуры.

Далее, оптическое устройство со ступенчатой линзой и рассеивающим экраном может быть составлено из множества элементов, чтобы использовать, например, различные способы изготовления и их преимущества.

Так, в частности, штампованная пластиковая ступенчатая линза может быть соединена со состоящим из стекла рассеивающим экраном, в результате чего возникает гибридная композиция из стекла и пластика.

Если ступенчатая линза содержит материал с первой дисперсионной характеристикой и дополнительную линзу с противоположной преломляющей силой, преимущественно ступенчатую линзу с материалом со второй дисперсионной характеристикой, то можно создать даже хроматически корректированные или ахроматические системы линз.

В качестве длины оптического пути в смысле этого описания следует рассматривать длину волны центральной области используемого светового спектра.

Если ступенчатая линза представляет собой штампованную пластиковую линзу, то может быть весьма предпочтительным, если она имеет разность длин оптического пути на соответствующей ступени менее чем примерно 1000 длин оптической волны, поскольку тогда, как правило, может быть реализована относительно плоская ступенчатая линза, вызывающая лишь небольшие нарушения геометрически-оптического распространения света.

Далее, при локально высоких интенсивностях света в зависимости от конструкции может быть весьма целесообразным использовать не, как обычно, желатиновые фильтры, которые при высокой интенсивности света, например вблизи действительных фокусов, быстро просветляются или могут даже расплавиться и воспламениться, а покрытые или окрашенные стекла.

Если, тем самым, выполнить ступенчатую линзу и/или рассеивающий экран в качестве фильтра, в частности, в качестве УФ-, ИК- или цветного полосового фильтра и/или конверсионного фильтра, то можно получить намного более надежную и точную фильтрацию света. Далее, в рамках этого выполнения лежит изготовление комплектов оптических устройств, которые предпочтительно с дихроичными или интерференционными фильтрующими слоями согласованы с определенными температурами света для определенных источников света.

Так, например, определенный цветовой сдвиг в направлении более низких значений цветовой температуры может придать газоразрядной лампе высокого давления спектр излучателя черного тела, например, лампы накаливания.

Далее, спектрально доминирующие полосы линий возбужденного разряда можно определенным образом смягчить и, тем самым, достичь более равномерного спектрального распределения.

Дополнительно с помощью подобных фильтрующих устройств для заданных спектров источников света можно также имитировать световые настроения в их спектральном распределении, например, утренний свет, вечерний свет, грозовой свет или свет непогоды, так что с помощью единственного источника света и соответствующего комплекта оптических устройств, согласно изобретению, можно удовлетворить большинству требований, предъявляемых в студиях, театрах, киносъемке и архитектуре.

Поскольку дихроичные или интерференционные фильтры длительно выдерживают высокие интенсивности излучения с большой спектральной точностью, они могут быть в зависимости от применения не только спектрально лучше, но и за счет своего длительного срока службы даже дешевле, чем обычные цветные фильтрующие пластины. Далее, суровые окружающие условия, например, при подсветке архитектурных сооружений или при натурных съемках, являются дополнительной причиной использования подобных оптических устройств.

Особенно предпочтительно при применении пластиковых линз и/или рассеивающих экранов, если они покрыты слоем, обеспечивающим защиту от царапин.

Далее, нежелательные отражения, в частности на поверхностях ступеней, могут привести не только к потере света из основного светового потока, но даже к образованию в плоскости освещения более ярких окружностей или точек, которые за счет противоотражающего слоя на этих поверхностях ступеней могут быть сильно уменьшены или даже подавлены.

С помощью оптического устройства, согласно изобретению, для светотехнических целей, в частности, для прожектора со ступенчатой линзой, содержащего ступенчатую линзу и светорассеивающий элемент, можно весьма предпочтительно создать прожектор со ступенчатой линзой, обеспечивающий измеряемый угол раствора выходящего света и при каждой установке угла раствора равномерно освещенное световое поле при высокой эффективности.

Эта задача решается простым образом посредством прожектора со ступенчатой линзой по п.51.

Авторы обнаружили, что традиционно высоких светопотерь прожекторов со ступенчатой линзой можно неожиданно простым образом избежать с помощью рассеивающего экрана. Особенно предпочтительно при этом, если ступенчатая линза содержит рассеивающий экран, который особенно предпочтительным образом выполнен круглым и расположен только в центре ступенчатой линзы.

В этом варианте в любом положении прожектора со ступенчатой линзой можно весьма эффективно избежать темных областей в центре освещенного поля, и, тем не менее, при этом не возникает больших светопотерь в положении точечного света отражателя.

Неожиданным образом оказалось, что геометрически-оптический ход лучей выходящего из отражателя света в месте расположения ступенчатой линзы освещает меньшую область именно тогда, когда требующая доля рассеянного света повышена.

Этот эффект авторы использовали, чтобы благодаря изобретению создать автоматическую или адаптивную систему светосмешения, которая синхронно с регулировкой прожектора со ступенчатой линзой смешивает с геометрически-оптически изображенным светом только ту долю рассеянного света, которая требуется для этого положения.

Это соотношение светосмешения, которое почти оптимально может быть согласовано с требуемым распределением света, называется ниже сокращенно соотношением смешения.

Благодаря этой автоматической системе светосмешения, по существу, для любого положения отражателя может быть получено правильное соотношением смешения и, тем самым, создано всегда очень равномерно освещенное световое поле без возникновения при этом ненужных потерь на рассеивание.

При этом за счет выбора диаметра рассеивающего экрана по отношению к оставшейся поверхности ступенчатой линзы можно получить соотношение смешения для полностью освещенной ступенчатой линзы, а за счет рассеивающих свойств ступенчатой линзы можно свободно устанавливать в широких пределах угол раствора рассеянного света.

Далее, на самом встроенном рассеивающем экране можно варьировать рассеивающее действие, так, например, в центре рассеивающего экрана расположены сильнее рассеивающие области, а на его краю - слабее рассеивающие области. Благодаря этому сильнее фокусированный световой пучок дополнительно расширяется, и тогда могут быть реализованы очень большие углы освещения.

В качестве альтернативы край рассеивающего экрана может быть выполнен не только резко заканчивающимся, но и с непрерывно убывающим рассеивающим действием и может простираться под или над ступенчатой линзой. За счет этого можно осуществить дальнейшие согласования с зависимыми от положения соотношениями смешения.

В то же время получают равномерность освещенности во всем световом поле, как это изображено в качестве примера на фиг.12 как для положения точечного света, так и для положения заливного света.

Согласно изобретению предусмотрен эллипсоидный отражатель с большой апертурой. Положение точечного света устанавливают за счет того, что спираль лампы полного излучателя, в частности галогенной лампы, или разрядная дуга газоразрядной лампы находится в близком к отражателю фокусе эллипсоида, а удаленный от отражателя фокус эллипсоида расположен приблизительно в действительном, близком к отражателю фокусе ступенчатой линзы.

Отраженный отражателем свет перед попаданием в ступенчатую линзу почти полностью фокусируется в удаленном от отражателя фокусе эллипсоида. Находящаяся в близком к отражателю фокусе ступенчатой линзы спираль лампы или разрядная дуга после прохождения через ступенчатую линзу изображается в бесконечности, и, таким образом, ее свет преобразуется в почти параллельный пучок лучей.

При целесообразном выборе апертурного угла отражателя и ступенчатой линзы отраженный отражателем свет почти полностью охватывается ступенчатой линзой и излучается вперед в виде узкого точечного светового пучка.

В другом, механически, однако, более сложном варианте, угол раствора выходящего из ступенчатой линзы светового пучка может быть почти произвольно увеличен за счет изменения подходящим образом положения лампы по отношению к отражателю, с одной стороны, и расстояния от ступенчатой линзы до отражателя, с другой стороны.

Для того чтобы сохранить хорошие свойства традиционных прожекторов со ступенчатой линзой в отношении равномерности освещенности, эти изменения расстояния должны осуществляться за счет целесообразно выбранной ограничивающей связи.

В целом, отражатель, ступенчатая линза и/или рассеивающий экран могут иметь, по меньшей мере, с одной стороны, покрытие, например, в случае пластика могут быть покрыты противоцарапающим и/или противоотражающим слоем.

Один предпочтительный вариант осуществления изобретения включает в себя прожектор со ступенчатой линзой, у которого светоотражающая поверхность отражателя, имеющая предпочтительно частично участки или грани, имеет светорассеивающую структуру, а ни одна поверхность ступенчатой линзы не имеет светорассеивающую структуру, или одна или две поверхности ступенчатой линзы имеют светорассеивающую структуру. За счет этого возникает установленная доля наложения рассеянного света и геометрически-оптически изображенного света, которая может уменьшить темные круги в световом поле.

Согласно изобретению использование прожектора предпочтительно в архитектуре, медицине, киносъемке, на сцене, в студии и фотографии, а также в карманном фонаре.

Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью предпочтительных примеров его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 - первый вариант оптического устройства ступенчатой линзы с расположенным приблизительно по центру, по существу, круглым рассеивающим экраном, имеющим отдельные, слегка развернутые по отношению друг к другу грани;

фиг.2 - второй вариант оптического устройства ступенчатой линзы с расположенным приблизительно по центру, по существу, круглым рассеивающим экраном, имеющим грани, смещенные методом Монте-Карло из их правильного положения;

фиг.3 - третий вариант оптического устройства ступенчатой линзы с расположенным приблизительно по центру, по существу, круглым рассеивающим экраном, у которого отдельные грани рассеивающего экрана лежат на архимедовой спирали;

фиг.4 - сечение плоско-выпуклой линзы с центральным рассеивающим экраном, тело которой выполнено, по существу, плоским, а ступенчатая линза - выпуклой;

фиг.5 - сечение двояковогнутой ступенчатой линзы, обладающей свойствами геометрически-оптического расширения лучей или светорассеивающими свойствами, при этом и тело, и ступенчато-линзовая система геометрически-оптического действия выполнены, по существу, вогнутыми;

фиг.6 - увеличенный фрагмент верхней части сечения фиг.4;

фиг.7 - сечение устройства с выпукло-вогнутой ступенчатой линзой, тело которого выполнено вогнутым, а ступенчато-линзовая система геометрически-оптического действия - по существу, выпуклой;

фиг.8 - сечение устройства с гибридной линзой, содержащее штампованное плоско-выпуклое пластикового ступенчато-линзовое устройство, размещенное на состоящем из стекла рассеивающем экране;

фиг.9 - сечение гибридно-линзового ахромата, у которого состоящая из стекла плоско-выпуклая линза соединена с двояковогнутой ступенчатой линзой, состоящей из пластика или стекла с другой дисперсией;

фиг.10 - вариант прожектора со ступенчатой линзой с положительной преломляющей силой в положении точечного света, причем удаленный от отражателя фокус отражателя приблизительно наложен на действительный фокус ступенчатой линзы с левой стороны;

фиг.11 - вариант прожектора со ступенчатой линзой из фиг.10 в первом положении заливного света, причем удаленный от отражателя фокус отражателя расположен вблизи поверхности ступенчатой линзы;

фиг.12 - график зависимости от угла раствора в логарифмическом масштабе интенсивности света прожектора со ступенчатой линзой в положении точечного света и в одном из положений заливного света;

фиг.13 - вариант прожектора со ступенчатой линзой с отрицательной преломляющей силой в положении точечного света, причем удаленный от отражателя фокус отражателя приблизительно наложен на правосторонний мнимый фокус ступенчатой линзы;

фиг.14 - вариант прожектора со ступенчатой линзой из фиг.13 в первом положении заливного света, причем удаленный от отражателя фокус отражателя расположен приблизительно на поверхности ступенчатой линзы, близкой к отражателю;

фиг.15 - график зависимости от угла раствора интенсивности света в логарифмическом масштабе для прожектора со ступенчатой линзой в положении точечного света и в одном из положений заливного света.

Осуществление изобретения

Изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на предпочтительные варианты его осуществления.

В этом описании, в целом, предполагается, что на чертежах входящий в линзу свет распространяется слева направо.

Далее, при описании различных вариантов осуществления изобретения использованы одинаковые позиции для одинаковых или, по существу, одинаково действующих компонентов оптического устройства 1.

Содержание приоритетных заявок DE 10361122 и DE 10361117 с названием «Прожектор со ступенчатой линзой с взаимосвязанным изменением расстояния между светотехническими элементами» посредством ссылки в полном объеме включено в содержание настоящей заявки.

Ниже дана ссылка на фиг.1, изображающую первый вариант оптического устройства ступенчатой линзы с расположенным приблизительно по центру, по существу, круглым рассеивающим экраном, имеющим отдельные, слегка развернутые по отношению друг к другу грани.

Оптическое устройство, обозначенное, в целом, поз.1, включает в себя ступенчатую линзу 2 и расположенный в ее центральной части рассеивающий экран 3.

Ступенчатая линза 2 имеет концентрично расположенные кольцевые ступени с оптически активными участками поверхности, обозначенные на фиг.1 лишь для примера поз.4, 5, 6.

Изображенные на фиг.1-3 рассеивающие экраны 3 являются примером рассеивающих экранов, описанных в DE 10343630.8 того же заявителя от 19.09.2003 с названием «Рассеивающий экран», содержание этой заявки посредством ссылки в полном объеме также включено в содержание настоящей заявки.

В особенно предпочтительном варианте за одну операцию горячего формообразования, в основном в случае пластика, из, по существу, плоского тела 7 получают оптическое устройство 1.

Ниже описаны, прежде всего, только общие признаки изображенных на фиг.1-3 оптических устройств, а затем подробно поясняются их соответствующие отличия.

Круглый рассеивающий экран 3 расположен на стороне выхода света из тела 7 и простирается по всей поверхности в пределах первого кольцевого участка 8, который четко отграничен, и предпочтительно примыкает к экрану без разрыва.

Тело 7 линзы с действительным правосторонним, т.е. положительным фокусом, в зоне рассеивающего экрана 3, а также в зоне кольцеобразных поверхностей 4, 5, 6, 8 предпочтительно выполнено выпуклым или выгнутым наружу, как это схематично для примера показано на сечениях на фиг.4 и 6.

Тело 7 линзы с мнимым или отрицательным левосторонним фокусом в зоне рассеивающего экрана 3, а также в зоне кольцеобразных поверхностей 4, 5, 6, 8 предпочтительно выполнено вогнутым или выгнутым внутрь, как это схематично для примера показано на сечении на фиг.5.

Однако, в частности, при использовании гибридной линзы, показанной в сечении на фиг.8 и 9, тело 7 может быть выполнено также из двух или более частей и включает в себя тогда участок 7 тела, содержащий ступенчатую линзу 2 и дополнительный участок 9 тела, который может быть выполнен, как показано на фиг.8, плоским или, как показано на фиг.9, например, плоско-выпуклым.

Предпочтительно участок 9 тела у гибридных линз изготовлен из стекла первого материала, а участок 7 тела - из стекла другого материала с другой дисперсией, нежели дисперсия участка 9 тела, или из пригодного к горячему формованию пластика.

Ниже дана ссылка на фиг.4, показывающую плоско-выпуклую ступенчатую линзу с центральным рассеивающим экраном 3, и на фиг.6, изображающую часть фиг.4 в увеличенном виде.

У изображенной на фиг.4 и 5 цельной ступенчатой линзы 2 соответствующая оптически активная поверхность 11, 12, 13 может быть частью асферической или сферической линзы, а оптическое устройство 1 может иметь краевую область 10, которая может быть