DE3248512A1

DE3248512A1 - Cirkulare fresnellinse

Info

Publication number: DE3248512A1
Application number: DE19823248512
Authority: DE
Inventors: Erhard Dipl.-Volksw. 8000 München Kiefer; Peter 5630 Remscheid Nawrath
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1982-12-29
Publication date: 1984-07-26

Description

C i r k u l a r e F r e s n e l l i n s e
Die Erfindung betrifft eine cirkulare Fresnellinse zur Erzeugung mindestens einer ringförmigen Fokusfläche oder Fokuslinie und eine Fresnellinse zur Erzeugung unterschiedl icher Ablenkungen eines einfallenden Strahlenbündels Zweck der Erfindung ist die Erweiterung der Einsatzmoglichkeiten von Fresnellinsen im Bereich der Solartechnik sowie im Bereich der Erzeugung projektionstechnischer Effekte Die bisher bekannte Fresnellinse besteht aus stufenformigen Prismenringes deren Winkel zur Linsenachse so gewählt sind, dass die Brennpunkte der durch die Prismen gebeugten Strahlen. auf der Linsenachse zusammenfallen. Der in der Linsenachse entstehende Fokus entspricht in seinem Durchmesser dem Doppel der Stufenteilung und kann nicht kleiner sein als 2 mm, wenn die Stufenteilung 1 mm betrugt. Auf kleinen Fokusflächen beispielsweise von 2 mm # ist die Lichtverteilung und Strahlendichte homogen. Die Vergrosserung der Stufenteilung bringt wohl einen vergrösserten Fnkusdurchmesser, aber die Lichtverteilung und Strahlendichte wird inhomogen, da die grossen Prismen das einfallende Licht in das Spektrum der darin enthaltenen Wellenlangen zerlegen.
Eine Vergrösserung der fokusfldche, wie sie zur optimalen Funktionserfüllung konzentrierender Solar-Kollektnren erforderlich ist, kann wie mit einer klassischen Linse dadurch erreicht werden, dass die zu bestrahlende Flache entweder vor oder hinter den Brennpunkt postiert wird. Aber auch die so erwirkte Vergrosserung der Fokusflache hat den Nachteil der inhomogenen Lichtverteilung und Strahlungsdichte was bei der photovoltaischen Umwandlung des konzentrierten Lichtes in elektrische Energie durch Hnch leistungs-Solarzel len eine Minderung der moglichen Leistung bewirkt Bei der Konstruktion Sennenenergie nutzender Gerate stellt sich die Frage nach Fresnellinsen die nicht nur eine homogene Fokusfläche erzeugen sondern auch Fokusflächen, die der Lage, Grosse und Form der zu bestrahlenden Absorber oder Solarzellen angepasst sind.
Die in der Licht- und Projektionstechnik zur Anwendung kommenden Fresnellinsen haben die Aufgabe, Licht entweder zu sammeln, zu zerstreuen oder zu richten Die Ausbildung einer Fresnellinse, die diese drei Effekte zweckvoll zugleich erfüllt oder gleichzeitig jeden Effekt in einer berechneten Weise, ist ebenfalls ein Teil der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe.
Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass die cirkulare Fresnellinse in Ringzonen aufgeteilt wird, die jeweils einen eigenen Ringfokus oder eine eigene Rinkfokusfläche erzeugen.
Die weiter der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe zur Vermehrung lichttechnischer und projectionstechnischer Effekte mit Hilfe einer Fresnellinse bestand beispielsweise dorin,eine Zerstreuungslinse mit einer Sammellinse in einer Linse zu vereinen;und diese Aufgabe wurde erfindungsgemoss in der Weise gelöst, dass die Stufen wechselweise in ihrer Winkelstellung einmal einer Zerstreuungslinse und einmal einer Sammellinse zugeordnet sind. Die einfachste Form einer Doppellinse im erfindungsgemassen Sinne ertsteht ddt;rch, dosis nur jede zweite Stufe Prismenform aufweist.
Auf den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemcsser Fresnellinsen dargestellt: Es bedeuten Fig. 1 Meridianschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse, die einen kreisförmigen, homogenen Fokus erzeugt Fig 2 Meridianschnitt durch ein Ausführungsbeuspiel der erfindungsgemässen Fresnellinse i die einen achsnahen, ringfochigen, homogenen Fokus erzeugt Fig. 3 Meridianschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse, die einen achsfernen, ringflochigen, homogenen Fokus erzeugt Fig. 4 Meridianschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse, die mehrere homogene Fokus-Ringflächen erzeugt Fig. 5 Anwendungesbeispiel einer erfindungsgemässen Fresnellinse nach dem Ausführungsbeispiel entsprechend der Fig. 2 Fig. 6 Meredianscl:nitt durch ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse, ähnlich dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 4 Fig. 7 Draufsicht auf einen Absorber , der von einer Fresnellinse nach Fig 4 zu bestrahlen ist.
Fig. 8 Meridianschnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Fresnel-Doppellinse Fig. 9 Meridianschnitt durch das Ausführungsbeispiel einer Fresnel-Doppellinse zerstreuender und sammelnder Funktion.
Der Erfindungsgedanke richtet sich auf die Beibehaltung feiner Stufenteilungen, wobei jedoch zur Vergrösserung der Fokusfläche Stufengruppen gleicher Prismenwinkel an Stelle der grösseren Stufenteilung treten Die Fig. 1 zeigt irrt vergroberten Masstab einen Meridianschnitt durch ein Ausfthrungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse 1 mit den Stufenzonen 2 bis 6, deren. innerhalb der Stufenzonen gleichen Prismen das Licht auf die zentrale Fokusflache 7 lenken. Jede der Stufenznnen 2 bis 6 füllt den Durchmesser, d.h die Fokusflache 7. Die Stufenzone 2 lasst das licht gradlinig durch4 Fig. 2 zeigt einen Meridianschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemessen Fresnellinse bei der die Strahlen nicht auf eine zentrale Kreisfläche abgelenkt sind,sondern auf eine Ringfläche 8. Auch hierbei entspricht die Breite der Ringfläche der Breite der Stufenzonen 3 bis 6. Diesem erfinderischen Konzept entsprechend konn der Fokusring, dessen Breite der Ringfläche 8 entspricht,einen achsnahen oder auch einen achsfernen Durchmesser aufweisen wie die Fig 3 zeigt, und folglich auch einen grosseren Durchmesser als der Durchmesser der Fresnellinse Weiter noch ist aus dem erfinderischen Konzept zu folgern, dass mit einer erfindungsgemessen Fresnellinse nicht nur ein Fokusring erzeugt werden kann, sondern mehrere Fokusringe in gleichmassigen und ungleichmässigen Abständen ;e auch verschiedener Breiten. Die Fig, 4 zeigt den Merideanschnitt durch eine erfindungsgemässe Fresnellinse mit der mehrere Fokusringe 8 erzeugt werden Die Vielfalt der Fokusbildungen | die sich auch bei linearen Fresnellinsen nach dem gleichen Konzept für lineare Fokusformen erzeugen lassen, erweitert ganz erheblich die Palette der Geräte zur Nutzung der Sonnenenergie; und so zeigt die Fig 5 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemässen Fresnellinse mit einer ringförmigen Fokusfläche, die auf einen speziellen, mit Sonnenenergie zu behei zenden Kochtopf 9 gerichtet ist. Die Fig.7 zeigt zu einem anderen Anwendungsbeispiel ein Absorber-Rohrsystem, welches von einer erfindungsgemæssen Fretnellinse nach Fig 6 bestrahlt wird, um den durch dos Rohrsystem fliessenden Wärmeträger zu erhitzen.
In der Beleuchtungstechnik lassen sich mit der erfindungsgemässen Fresnellinse neue Effekte erzielen, beispielsweise die Ausleuchtung und Projektion von Ringflächen, Hierbei sind die Stufenzonen 2 lichtundurchlässig oder dem gewünschten Effekt entsprechend nur für eine bestimmte Farbe durchlassig Die Figur 8. zeigt im vergröberten Masstab die Stufentellung ai. Meridianschnitt einer erfindungsgemässen Fresnellinse,die eine Doppelabbildung zulasst, nämlich eine normale und eine verkleinerte Abbildung des zu betrachtenden Objektes. Kennzeichen dieser erfindungsgemassen Fresnellinse ist die Massnahmi, wonach nur jede zweite Stufe lo, der in die Ebene geholten spharischen Oberflache einer konkaven Linse entspricht, wahrend die uberschlagene Stufe 11 keine Strahlenbrechung erzeugt.
Folglich kann erfindungsgemäss die uberschlagene Stufe 11 entsprechend einer in die Ebene geholten sphärischen Oberfläche einer konexen Linse entsprechen i und schliesslich konnen alle drei Abbildungsoptiken in einer Fresnellinse vereinigt werden oder auch mehrere Brennweiten.

Claims

A N S P R Ü C H E 1 Cirkulare Fresnellinse zur Erzeugunq eines kreisflächenförmigen Fokus, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe in ringförmige Stufenzonen eingeteilt ist, innerhalb derwdie auf die Linsenachse gerichteten Brechungswinkel der Stufenringe . gleich sind.
2. Cirkulare Fresnellinse zur Erzeugung mindestens von einem ringflächenförmigen Fokusdadurch gekennzeichnet, dass die Prismenwinkel der Stufen auf einen Brennring ausserhalb der Linsenachse gerichtet sind.
3. Cirkulare Fresnellinse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb der Stufenzonen geformtenLinsengeomatrien im Profil jewei ls einer sphärischen oder asphärischen Linse oder der Holfte einer solchen Linse entsprechen
4. Circulare Fres nellinse zur Erzeugung ring- und kreisflächenförmier Fokus formen, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufen in wechselnder Folge den Geometrien sammelnder oder zersteuender Linsen entsprechen.