RU2126986C1 - Optical raster condenser and optical article with raster condenser - Google Patents
Optical raster condenser and optical article with raster condenser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2126986C1 RU2126986C1 RU97119579A RU97119579A RU2126986C1 RU 2126986 C1 RU2126986 C1 RU 2126986C1 RU 97119579 A RU97119579 A RU 97119579A RU 97119579 A RU97119579 A RU 97119579A RU 2126986 C1 RU2126986 C1 RU 2126986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- focons
- light
- lens
- raster
- focon
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
- G02B3/0062—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between
- G02B3/0068—Stacked lens arrays, i.e. refractive surfaces arranged in at least two planes, without structurally separate optical elements in-between arranged in a single integral body or plate, e.g. laminates or hybrid structures with other optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Projection Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к областям оптического приборостроения, светотехники, средств рекламы и отображения информации, а также к производству товаров народного потребления. The invention relates to the fields of optical instrumentation, lighting, means of advertising and information display, as well as to the production of consumer goods.
Изобретение может быть использовано для изготовления различных видов изделий, в которых требуется концентрация светового потока от диффузных источников света, например, таких как проекционные аппараты, проекционные экраны, экраны кинескопов, световые приборы, декоративные и художественные и изделия, устройства, дорожные знаки, указатели, рекламные табло, панели и другие изделия. The invention can be used for the manufacture of various types of products that require a concentration of light flux from diffuse light sources, for example, such as projection devices, projection screens, picture tubes screens, lighting devices, decorative and artistic products, devices, traffic signs, signs, billboards, panels and other products.
Широко известны световозвращатели в виде пленок или пластин, называемые катафотами. Катафотные изделия применяются для светосигнализации и содержат световозвращающие рефлекторы в виде зеркальных уголковых отражателей, стеклянных микропризм или стеклянных шариков, зазеркаленных с тыльной стороны (Бабков В. Ф. Дорожные условия и безопасность движения. - М.: Транспорт, 1982, с. 235-236). Катафотные изделия применяют в светосигнальных элементах на аэродромах, автомототранспорте, на одежде, в виде стоп-сигнальных устройств, дорожных знаков и указателей и т.п. изделий. Световозвращатели отражают свет с малым коническим углом (5-10o) рассеяния отраженного света, падающего на них от внешнего осветителя, чем обеспечивают высокую яркость и четкость наблюдаемых элементов визуальной информации, формируемой с помощью катафотов.Widely known retroreflectors in the form of films or plates, called reflectors. Reflective articles are used for light signaling and contain retroreflective reflectors in the form of mirror corner reflectors, glass microprisms or glass balls mirrored from the back side (Babkov V.F. Road conditions and traffic safety. - M .: Transport, 1982, pp. 235-236 ) Reflective articles are used in light-signaling elements at airfields, motor vehicles, on clothes, in the form of stop-signal devices, road signs and signs, etc. products. Retroreflectors reflect light with a small conical angle (5-10 o ) of scattering of reflected light incident on them from an external illuminator, which ensures high brightness and clarity of the observed elements of visual information generated by reflectors.
Недостатками катафотных концентраторов света (оптических конденсоров) и изделий с катафотами является необходимость в ярком источнике света для внешней подсветки катафота для обеспечения видимости и читаемости изображения катафота. Кроме того, необходимо расположение наблюдателя в узком секторе наблюдения с малым коническим углом между падающим на катафот светом и отраженным светом от того же катафота, т.е. близко от подсвечивающего катафот осветителя. The disadvantages of reflective light concentrators (optical capacitors) and reflective products is the need for a bright light source for external illumination of the reflector to ensure the visibility and readability of the reflective image. In addition, it is necessary that the observer be located in a narrow observation sector with a small conical angle between the light incident on the reflective light and the reflected light from the same reflective light, i.e. close to the illuminating reflector of the illuminator.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является оптический растровый конденсор света для концентрации световых потоков, который раскрыт в изобретении под названием "Проектор конструкции Арсенича С.И. для проекции на внешний экран изображения с диффузно-отражающих или излучающих оригиналов" (см. патент РФ 2027316, кл. Н 04 N 5/74, 1995). В этом патенте проекционный аппарат выполнен с растровым конденсором для концентрации светового потока от диффузно-излучающих оригиналов в проекционный объектив проектора. Растровый конденсор выполнен в виде оптического фокон-линзового растра из совокупности единичных (одиночных) фокон-линзовых концентраторов света - конденсоров, расположенных мозаично в плоскости экрана проектора. Каждый единичный конденсор выполнен в виде единичной детали в виде стеклянного фокона в форме усеченного параллельно основанию, конуса или пирамиды и собирающей линзы, сопряженной с выходным торцом фокона. Фокон имеет отражающие свет внутрь фокона входной торец (рефлектор, светоизолирующий входное окно в основании конуса или пирамиды), зеркальную светоотражающую оболочку (боковую поверхность конуса или пирамиды), а также прозрачный выходной торец (выходное окно в плоскости сечения конуса или пирамиды). В фоконе диаметр входного торца равен максимальному диаметру собирающей линзы и в несколько раз больше диаметра его выходного торца. Длина, диаметры входных и выходных торцов фоконов, а также толщина и радиус кривизны линзы, и количество линз в каждом единичном конденсоре выполнены с учетом заданного угла концентрации света фокон-линзовым конденсором. Для повышения яркости изображения источников света или отраженных световых потоков фокон концентрирует диффузно-рассеянный световой поток в своем узком выходном окне. Выходящий из фокона световой поток линза концентрирует в узкий световой пучок с повышенной плотностью светового потока в узком коническом угле рассеяния этого пучка в направлении входного отверстия (первой линзы) проекционного объектива проектора. Это многократно повышает световой поток, захватываемый объективом с экрана дисплея, в сравнении с потоком от диффузно-излучающего экрана известных проекторов (аналогов с кинескопом без растрового конденсора). Такой проекционный аппарат с фокон-линзовым конденсором существенно повышает (в десятки раз) яркость и равномерность яркости (до 80% по полю изображения) изображений, проецируемых объективом на внешнем зрительном экране. The closest to the invention in technical essence and the achieved result, selected as a prototype, is an optical raster light condenser for concentration of light fluxes, which is disclosed in the invention under the name "Arsenich SI projector projector for projection onto an external screen of an image with diffusely reflecting or radiating originals "(see RF patent 2027316, CL H 04
Недостатком такой конструкции фокон-линзового конденсора для использования в проекционных аппаратах, в кинескопах прямого наблюдения, в информационных панелях и в других изделиях является сложность конструкции, трудоемкость технологии изготовления и юстировки (оптического сопряжения) стеклянных одиночных фоконов с линзами в конденсорах с фокон-линзовым растром. С другой стороны, проблемой может стать сложная и дорогая технология изготовления фокон-линзового растра (конденсора) по технологии волоконно-оптических пластин. Такая технология не обеспечивает хороший вакуум кинескопа и высокое качество конденсора, поэтому непригодна для массового производства. При этом внешние поверхности фоконных оболочек или поверхностей линз не использовались для нанесения противобликовых, рефлектирующих или люминесцентных покрытий. The disadvantage of this design focon-lens condenser for use in projection devices, in direct observation tubes, in information panels and other products is the complexity of the design, the complexity of the manufacturing technology and alignment (optical coupling) of glass single focons with lenses in capacitors with focon-lens raster . On the other hand, a complicated and expensive technology for manufacturing a focal-lens raster (condenser) using the technology of fiber-optic plates can become a problem. Such technology does not provide a good kinescope vacuum and a high quality condenser; therefore, it is unsuitable for mass production. At the same time, the outer surfaces of the focal shells or lens surfaces were not used for applying antiglare, reflective, or luminescent coatings.
Основной задачей, на решение которой направлены заявленные конструкции оптических растровых конденсоров и оптических изделий с этими конденсорами, является обеспечение технологичности конструкции и удешевление производства для массового изготовления надежных, простых в эксплуатации, легких, тонких, дешевых и долговечных конденсоров, с различной геометрической формой и с оптимальными технико-эксплуатационными характеристиками. Это позволит увеличить номенклатуру изготавливаемых конструкций подобных оптических изделий и области их использования. The main task to which the claimed designs of optical raster capacitors and optical products with these capacitors are directed is to ensure the manufacturability of the design and cheaper production for the mass production of reliable, easy to use, light, thin, cheap and durable capacitors, with different geometric shapes and with optimal technical and operational characteristics. This will increase the range of manufactured designs of such optical products and their field of use.
Единым техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленной группы изобретений, является оптимизация, усовершенствование и упрощение конструкции фокон-линзовых растров для исключения трудоемкого изготовления, сопряжения и юстировки одиночных элементов фоконов и линз (при формировании растра из одиночных конденсоров). Это обеспечивается за счет конструкции, исключающей процессы изготовления, юстировки и закрепления единичных фоконов и линз из стеклянных деталей и других оптических материалов. Другим важнейшим техническим результатом, одновременно с главным, является повышение световой эффективности растровых конденсоров или изделий с такими конденсорами за счет оптимальной оптической конструкции фокон-линзовых конденсоров, схемы сопряжения и стыковки фоконов с линзами. A single technical result achieved in the implementation of the claimed group of inventions is the optimization, improvement and simplification of the design of focon-lens rasters to exclude the laborious manufacturing, pairing and alignment of single elements of focons and lenses (when forming a raster from single capacitors). This is ensured by a design that excludes manufacturing processes, alignment and fixing of single focons and lenses from glass parts and other optical materials. Another major technical result, along with the main one, is to increase the luminous efficiency of raster capacitors or products with such capacitors due to the optimal optical design of the focon-lens capacitors, the interface circuit and the coupling of the focons with lenses.
Еще одним новым техническим результатом, согласно пп. 2 и 3 формулы изобретения, является конструктивное усовершенствование растровых конденсоров для возможности применения высокопроизводительной и технологичной планарной или групповой технологий изготовления фокон-линзовых растров без операций оптического сопряжения (для удешевления и массового производства таких оптических изделий). Another new technical result, according to paragraphs. 2 and 3 of the claims, is a constructive improvement of raster capacitors for the possibility of using high-performance and technological planar or group technologies for manufacturing focon-lens rasters without optical conjugation operations (to reduce the cost and mass production of such optical products).
Еще одним новым техническим результатом согласно п. 4 формулы изобретения, является усовершенствование конструкции растровых конденсоров и изделий с такими конденсорами для повышения их ударопрочности и стойкости в сложных технических и климатических условиях эксплуатации таких изделий. Another new technical result according to
Еще одним новым техническим эффектом согласно п. 5 формулы изобретения является усовершенствование конструкции таких конденсоров для обеспечения небликующей и малогабаритной внешней подсветки внутрь фоконов в объеме конденсора. Another new technical effect according to
Еще одним новым техническим эффектом согласно п. 6 формулы изобретения является обеспечение излучения и концентрации света внутри фоконов или при концентрации света внутри фоконов в оптических изделиях с растровым конденсором одновременное обеспечение дополнительного излучения и/или отражения и/или противобликового поглощения световых потоков в различных направлениях рассеяния света, в том числе и за пределами концентрации света линзами из фоконов. Another new technical effect according to
Еще одним новым техническим эффектом согласно п. 7 формулы изобретения является создание самосветящихся оптических изделий с фотолюминесценцией, возбуждаемой внешними источниками света с коротковолновым спектром для возбуждения источников света внутри оптического изделия с последующей концентрацией растровым конденсором излученного светового потока этими внутренними источниками света. Another new technical effect according to
Указанный технический результат достигается тем, что в известном оптическом растровом конденсоре света содержится совокупность элементарных (одиночных) фокон-линзовых концентраторов света (конденсоров). Все одиночные конденсоры расположены мозаично в плоскости фокон-линзового растра, образованного этими концентраторами света. Каждый из фокон-линзовых концентраторов света выполнен в виде прозрачного фокона с рефлектором входного торца фокона и оптически сопряженной с выходным торцом фокона собирающей линзой. Боковые оболочки фоконов выполнены светоотражающими для концентрируемого света внутри фоконов. The specified technical result is achieved by the fact that in the known optical raster light condenser contains a set of elementary (single) focal-lens light concentrators (condensers). All single capacitors are mosaic in the plane of the focal-lens raster formed by these light concentrators. Each of the focon-lens light concentrators is made in the form of a transparent focon with a reflector of the input end of the focon and a collecting lens optically coupled to the output end of the focon. The lateral shells of the focons are made reflective for the concentrated light inside the focons.
Особенность заключается в том, что фоконы выполнены полыми. Входная поверхность каждой собирающей линзы (со стороны фокона) оптически плотно состыкована с выходным торцом сопряженного с ней фокона для максимального захвата и концентрации всего светового потока из выходного торца фокона. The peculiarity lies in the fact that the focons are made hollow. The input surface of each collecting lens (from the focon side) is optically tightly connected to the output end of the focon conjugated with it for maximum capture and concentration of the total light flux from the output end of the focon.
Согласно п. 2 формулы изобретения отличие заключается в том, что в конденсоре по п. 1, фокон-линзовый растр выполнен из двух монолитных деталей. Одна из этих деталей выполнена в виде матрицы с фоконами, а другая - в виде линзового растра, сформированного собирающими линзами. Рефлекторы входных торцов фоконов выполнены в виде монолитной подложки для отражения света (концентрируемого фоконами) внутрь фоконов. Плотная стыковка и оптическое сопряжение фоконов и линз, формирующих фокон-линзовый растр, автоматически обеспечены конструкцией монолитных деталей этого растра. According to
Согласно п. 3 формулы изобретения отличие заключается в том, что в конденсоре по п. 1 фокон-линзовый растр сформирован в виде одной монолитной детали с фоконами с одной стороны и линзовым растром, сформированным собирающими линзами, с другой стороны той же детали. Рефлекторы входных торцов фоконов выполнены в виде монолитной подложки для отражения концентрируемого света внутрь фоконов. Плотная стыковка и оптическое сопряжение фоконов и линз, формирующих фокон-линзовый растр, автоматически обеспечены конструкцией монолитных деталей этого растра. According to
Согласно п. 4 формулы изобретения, в конденсоре по любому из пп. 1-3, отличие заключается в том, что линзы фокон-линзового растра выполнены в виде прозрачных стеклянных шариковых линз. Множество таких линз с помощью планарной или групповой технологии могут быть закреплены непосредственно (в процессе изготовления) в монолитном линзовом растре или фокон-линзовом растре с плотной стыковкой и оптическим сопряжением каждой отдельной шаровой линзы с выходным торцом отдельного фокона (фоконной матрицы). Это обеспечивает технологичность, точность и дешевизну изготовления фокон-линзового растра с ударопрочными стеклянными линзами, стойкими в сложных технических и климатических условиях эксплуатации таких изделий. According to
Согласно п. 5 формулы изобретения конденсор по любому из пп. 1-4, отличается тем, что, в объеме фокон-линзового растра размещены световоды с оптически прозрачными выходными окнами в стыках фоконов со световодами. Эти световоды выполнены с входными окнами, расположенными в торцах конденсора для ввода света в фоконы через световоды от внешнего источника света, расположенного за торцами конденсора. Световоды могут быть расположены под рефлекторами фоконов, или между полостями внутри фоконов, или в фоконной матрице между оболочками фоконов, или между линзами в линзовом растре. Это обеспечивает скрытие световодов в толще фокон-линзового растра и безбликовое освещение в толще фокон-линзового растра. According to
Согласно п. 6 формулы изобретения оптическое изделие с оптическим растровым конденсором содержит совокупность одиночных фокон-линзовых концентраторов света (конденсоров), мозаично расположенных в плоскости фокон-линзового растра. Каждый из фокон-линзовых концентраторов выполнен в виде прозрачного фокона с прозрачным выходным торцом, отражающим свет внутри фокона боковой конической оболочкой и рефлектором входного торца фокона, а также оптически сопряженной с выходным торцом фокона собирающей линзой. Отличием является то, что фоконы выполнены полыми. Входная поверхность каждой собирающей линзы со стороны фокона плотно состыкована с выходным торцом сопряженного с ней фокона. Внутри фоконов введен источник света. На поверхности линз линзового растра со стороны фоконов за пределами выходных торцов фоконов или на наружных сторонах оболочек фоконов размещены дополнительные источники света, и/или рефлекторы, и/или противобликовые покрытия. According to
Согласно п. 7 формулы изобретения оптическое изделие по п. 6, отличается тем, что в него введены световоды для внешней подсветки. При этом источники света выполнены из фотолюминофоров. Кроме того, рефлекторы входных торцов и/или боковые конические оболочки фоконов выполнены прозрачными для возбуждающего фотолюминофор света, но отражающими видимые лучи, излучаемые фотолюминофором и концентрируемые фоконом. Выходные окна световодов прозрачны для видимых лучей, излученных люминофором. Это обеспечивает внешнюю засветку возбуждающим эти фотолюминофоры светом в объеме фокон-линзового растра с одновременной концентрацией видимого света фокон-линзовыми конденсорами. According to
Поскольку общий технический результат независимых пунктов 1 и 6 пунктов формулы изобретения с зависимыми пунктами 2-5 и 7 связан с упрощением конструкций и повышением их технологичности с одновременным увеличением световой эффективности конденсоров и изделий с фокон-линзовыми конденсорами, то единство изобретений не нарушено при объединении группы изобретений, связанных единым изобретательским замыслом. Изобретение обладает изобретательским уровнем, так как не имеет эквивалентных по эффективности мировых аналогов конструкции фокон-линзовых растровых конденсоров и изделий с применением таких растров. Since the overall technical result of the
На фиг. 1 представлен поперечный разрез оптического растрового конденсора с монолитной фокон-линзовой матрицей с полыми фоконами, с монолитным линзовым растром и монолитным рефлектором входных торцов фоконов. In FIG. 1 shows a cross section of an optical raster condenser with a monolithic focon-lens matrix with hollow focons, with a monolithic lens raster and a monolithic reflector of the input ends of the focons.
На фиг. 2 представлен поперечный разрез оптического растрового конденсора с раздельными монолитной фоконной матрицей, монолитным рефлектором входных торцов фоконов и с линзовым растром из отдельных стеклянных шариков. В фоконной матрице показаны световоды для внешней подсветки в фоконы с торцов конденсора. In FIG. Figure 2 shows a cross section of an optical raster condenser with separate monolithic focal matrix, a monolithic reflector of the input ends of the focons, and with a lens raster of individual glass balls. The focal matrix shows the optical fibers for external illumination into the foci from the ends of the condenser.
На фиг. 3 представлен поперечный разрез оптического изделия с фокон-линзовым растром с линзами из стеклянных шариков. Линзы закреплены защитной пленкой в лунках фоконной матрицы. На поверхностях в фоконах и на шариковых линзах показаны различные оптические покрытия. In FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical product with a focal-lens raster with glass bead lenses. The lenses are fixed with a protective film in the holes of the focal matrix. Various optical coatings are shown on surfaces in foci and on ball lenses.
На фиг. 4 представлен поперечный разрез оптического изделия с растровым конденсором в виде монолитного фокон-линзового растра с прозрачными для возбуждающего люминофор света рефлекторами входных торцов и оболочек фоконов, линзового растра с люминофорными источниками света в фоконах, а также с оптическими покрытиями внутри и снаружи фоконов и с тыльных сторон линз. In FIG. Figure 4 shows a cross section of an optical product with a raster condenser in the form of a monolithic focon-lens raster with reflectors of the input ends and shells of the focons transparent to the excitation phosphor of the light, a lens raster with phosphor light sources in the focons, and also with optical coatings inside and outside the focons and rear sides of the lenses.
Согласно фиг. 1 в первом варианте оптический растровый конденсор для концентрации диффузно-рассеяного в фоконах света в узкие световые пучки повышенной яркости выполнен с монолитной фокон-линзовой матрицей 1 из прозрачного материала (стекла, оргстекла, пластмассы). С одной стороны в матрице выполнены полые фоконы 2, с другой стороны матрицы линзовый растр сформирован собирающими (плосковыпуклыми или двояковыпуклыми) линзами 3 с радиусом R1 внешней выходной поверхности линзы, концентрирующей свет в коническом угле α2 для внешнего рассеивания. В матрице фоконы выполнены в виде конических или призменых углублений, формирующих боковые оболочки фоконов с рефлектирующим покрытием 4, отражающим свет внутрь фокона. Рефлектор 5 входных торцов фоконов выполнен в виде монолитной пластины с оптическим рефлектирующим покрытием 4, отражающим свет внутрь фокона. Входные торцы фоконов диаметром Dф и диаметры Dл линз примерно равны, а выходные прозрачные торцы фоконов имеют диаметры, в 3-6 крат меньшие диаметра Dф входных торцов фокона. За выходными торцами фоконов двояковыпуклые линзы с радиусами R1, R2 уменьшают угол рассеяния пучка света линзами для повышения визуальной яркости при наблюдении этого же пучка света, вышедшего из линзы за счет сужения конического угла внешнего рассеивания этого пучка света. Фоконы выполнены с высотой усеченных конусов hф (длиной фокона), приближенно равной диаметру Dф входного торца фокона, с учетом выхода максимального светового потока из фокона за счет минимальных световых потерь при многократных переотражениях света внутри фоконов. Толщина hл и радиусы кривизны R1 и R2 линзы и ее плотная стыковка с выходным торцом фокона обеспечивают полный захват концентрируемого света из фоконов. Фоконы и линзы оптически сопряжены с совмещением их оптических осей фокона О1-О1 с оптическими осями линз О2-О2. Для повышения светового потока из фоконов за счет увеличения площади световых источников во входных торцах фоконов рефлекторы входного торца каждого фокона выполнены в форме полусферы выпуклыми из фокона с радиусом R3. Диффузно-рассеянные видимые световые лучи "а" после многократных отражений в фоконах концентрируются и выходят из выходного торца фокона, затем концентрируются в толще линз в конусе рассеяния с углом α1, между крайними лучами "б", затем рассеиваются линзой в пространство наблюдения этих лучей в узком конусе рассеяния с углом α2 между крайними лучами "в" (пропорциональными диаметру dф выходного торца фокона).According to FIG. 1, in the first embodiment, an optical raster condenser for the concentration of diffusely scattered light in the focons into narrow light beams of increased brightness is made with a monolithic focon-
В другом варианте на фиг. 2 оптический растровый конденсор выполнен в виде монолитной матрицы 6 с полыми фоконами 2 с рефлектирующими оболочками 4 и рефлекторами входного торца 5. Линзовый растр образован стеклянными шариковыми линзами 7 с радиусом R4, определяющим углы рассеяния сконцентрированного линзой света с учетом показателя оптического преломления стекла. Угол α3 - конический угол концентрации света из фокона в объеме линзы. Угол α4 - конический угол концентрации света линзой, выходящего из линзы в пространство наблюдения изображения (за пределами линзы). Линзы плотно состыкованы и оптически сопряжены с фоконами в лунках матрицы 6 фоконов. Между рефлектором 5 и входными торцами фоконов встроен световод 9. Между боковыми оболочками фоконов встроены световоды 8. Оба световода имеют выходные окна, направленные в фоконы для ввода света в фоконы от внешних источников света, расположенных в торцах плоскости и направляющих свет во входные окна световодов конденсора. Фоконы и линзы оптически сопряжены совмещением оптических осей этих фоконов О3-О3 и шариковых линз О4-О4, направленных под углом α5 к нормали плоскости растра для угловой ориентации направления рассеивания узкого сконцентрированного линзой пучка света (с коническим углом α4 в конусе рассеяния света, пропорциональному диаметру выходного торца фокона). Ломаными стрелками "а" показаны отражения лучей от рефлекторов внутри фоконов. Лучи "б" - крайние лучи конуса рассеяния лучей "а" в шариковой линзе, выходящих из выходного торца фокона. Лучи "в" - крайние лучи конуса рассеяния света шариковой линзой из фоконов во внешнее пространство.In another embodiment of FIG. 2, the optical raster capacitor is made in the form of a
Оптическое изделие с растровым конденсором в первом варианте исполнения на фиг. 3 выполнено с монолитной матрицей 6 из полых фоконов 2 с рефлектирующими оболочками 4. Шариковые линзы 7 оптически сопряжены с выходными торцами фоконов и закреплены в лунках матрицы фоконов клеем или прижимом к матрице защитной пластиной или пленкой 10, выполняющей одновременно роль цветного светофильтра, или противобликового фильтра, или пыле-влагозащиты. Входные торцы фоконов закрыты дихроичным рефлектором 11, прозрачным для возбуждающих фотолюминофор 12 коротковолновых лучей и отражающим видимые лучи "а" (неактиничные лучи), излученные фотолюминофором, который покрывает выпуклые (из фоконов) поверхности входных торцов 11 фоконов. Шариковые линзы 7 концентрируют свет (лучи "а") из выходных торцов фоконов в конусе рассеивания внутри линз с крайними лучами "б" и коническим углом α8. Последующая концентрация этих лучей той же линзой во внешнее пространство обеспечивается в конусе рассеивания с крайними лучами "в" и коническим углом рассеяния α6. Это повышает яркость изображения за счет сужения конического угла рассеивания α6 пучка света фокон - линзовым концентратором. С тыльной стороны линз (со стороны фоконов) за пределом площади выходных торцов фоконов шариковые линзы 7 покрыты дополнительно фотолюминофором 13 для концентрации светового потока в конусе с углом рассеяния α7. В других вариантах эти зоны линз покрыты рефлектирующим покрытием 14, образующим катафотное отражение светового потока от внешних источников света. В другом варианте линзы 7 покрыты противобликовым чернением 15 для подавления внешней паразитной засветки видимой поверхности линзового растра.An optical product with a raster capacitor in the first embodiment of FIG. 3 is made with a
При внешней засветке со стороны входных торцов фокона возбуждающие люминофор лучи "г" света проникают через прозрачный дихроичный рефлектор 11 и возбуждают излучение в фокон фотолюминофором 12 видимых лучей "а", которые концентрируются фоконом, выходят из фокона и концентрируются линзами в коническом угле α8 рассеяния света в толщине линз. Фотолюминофор 13 на шариковых линзах также может излучать видимый свет - лучи "е" под действием возбуждающих лучей "г", (проникающих с любой стороны растра). Видимые лучи "е" концентрируются линзой в конусе рассеивания с коническим углом α7 с крайними лучами "д". Для увеличения светового потока от фотолюминофора на поверхности линз под слоем фотолюминофора 13 на лунки матрицы нанесено рефлектирующее покрытие 14.When ambient light from the input ends of focon excite phosphor rays "g" of light penetrating through transparent
На фиг. 4 показан оптический конденсор, содержащий монолитный фокон-линзовый растр 1 с полыми фоконами 2 и двояковыпуклыми линзами 3, выполненными в виде одной монолитной детали. Оболочки фоконов изнутри выполнены с двухсторонним рефлектирующим покрытием 4. Входные торцы светоизолированы рефлектирующим покрытием 4, нанесенным на плоский световод 15. Световод 15 имеет входные окна для ввода лучей света "с" в световод от внешних источников света с торцов плоскости растра и имеет выходные окна для выхода света в фокон, направленные внутрь фокона со стороны входных торцов этих фоконов. По световоду 15 лучи света "с" (внешних источников света) проникают с заданным светораспределением по плоскости растра во все фоконы. Между световодом и входными торцами фоконов может быть расположен источник света с фотолюминофором 12 для генерации лучей "а". Между световодом и входными торцами фоконов может быть встроена пластина из органолюминофоров 16 также для генерации видимого света - лучей "а" (возбуждающими люминофор лучами "г"), которые проникают через дихроичный рефлектор 11 и засвечивают (возбуждают) органолюминофор 16. В этих вариантах генерируемый люминофорами свет концентрируется фокон-линзовым растром. На внешних поверхностях оболочек фоконов нанесены дополнительные слои люминофоров 13 или рефлекторов-катафотов 14, или противобликовых покрытий 15. Лучи видимого света "а" также концентрируются фоконом и линзой в пространство за пределами линзы в коническом угле рассеивания α10, между крайними лучами "в"). От фотолюминофоров 13 или рефлекторов 14 внешней поверхности оболочки фоконов видимые световые лучи концентрируются линзами 3 во внешнее пространство наблюдения изображений с рассеиванием света в коническом угле α9 (ограниченном крайними лучами "д").In FIG. 4 shows an optical condenser containing a monolithic focon-
Свет, концентрируемый фоконом и линзой в пределах малых конических углов рассеяния α6 или α10 в пределах 20-30o, предназначен для "дальнего наблюдения" за счет повышения яркости изображений (в сравнении с изображениями источников света с диффузным излучением без концентрации света фокон-линзовым конденсором). В секторе наблюдения с малым коническим углом рассеяния 20-30o яркость изображения можно повысить фокон-линзовым растром в 5-20 раз. Фоконами со сферически выпуклой площадью входных торцов для расширения эффективной площади свечения люминофорного покрытия в фоконе яркость может быть повышена еще в 1,5 раза. Световые лучи "е", излучаемые или отражаемые с боковых наружных поверхностей фоконов, концентрируемые линзами 3 или 7 в конусе угла рассеивания (с крайними лучами "д" и коническим углом α9), в пространство предназначены для "ближнего наблюдения" изображений, формируемых этими лучами. При освещении этих изделий на близкой дистанции лучами "г" от внешних источников света или при излучении света люминофорами 13 эти изображения можно наблюдать за пределами конических углов рассеивания α6 или α10 (концентрации лучей из выходных торцов фоконов).The light concentrated by the focon and the lens within small conical scattering angles α 6 or α 10 within 20-30 o is intended for "long-range observation" by increasing the brightness of images (in comparison with images of light sources with diffuse radiation without light concentration lens condenser). In the observation sector with a small conical scattering angle of 20-30 o the brightness of the image can be increased by a focal-lens raster by 5-20 times. By focons with a spherically convex area of the input ends to expand the effective glow area of the phosphor coating in the focon, the brightness can be increased by another 1.5 times. Light rays "e" emitted or reflected from the lateral outer surfaces of the focons, concentrated by
Оптические конденсоры с фокон-линзовыми растрами и оптические изделия с этими растрами, с люминесцентными источниками света, с зеркальными или чернеными поверхностями могут быть выполнены в виде пленок, пластин или изделий с любой геометрической формой поверхности. Матрицы фоконов, линзовые растры и подложки световых источников могут быть выполнены из оптически прозрачных пластмасс, органических и неорганических стекол. Технология возможна по различным известным групповым и планарным технологиям с процессами фотополимеризации, химической формовки самополимеризующейся (самозатвердевающей из жидкой фазы) пластмассы или термоформовкой пластмасс, стеклянных порошков, и др. Шариковые линзы изготавливают по известной технологии размягчением и формованием стекла. Нанесение слоев люминофоров, рефлектирующих или противобликовых покрытий на поверхности пластмасс или стекол также известны и применяются в производстве. Поэтому промышленная осуществимость изобретения возможна по известным технологиям с применением известных материалов и стандартного оборудования. Конструктивные формы и материалы подбираются расчетным или экспериментальным путем с учетом обеспечения максимальной световой эффективности концентрации света растром. Световая эффективность (световой КПД) в эксперименте с фокон-линзовым конденсором составила 0,4 ед. Это означает, что из 100% излученного в фоконе светового потока 40% этого потока концентрируется фокон-линзовым в пространство наблюдения с конусом рассеяния с коническим углом 40o. Это примерно в 5 раз превышает световой поток при диффузном рассеянии света, при этом выравнивается яркость до 80% на краях и центре поперечного сечения конуса рассеянного пучка. Теоретически возможно дальнейшее повышение световой эффективности растрового конденсора с использованием в фоконах прозрачных люминофорных кристаллов, сильноотражающих серебряных и других поверхностей оболочек и рефлекторов с коэффициентом отражения выше 95%. Фокон-линзовый конденсор и изделия с такими конденсорами позволит по сравнению с лучшими аналогами (с диффузным излучением света без растровых конденсоров) увеличить в 10-20 раз световые потоки и яркости изображений, формируемых оптическими изделиями с фокон-линзовым растром с углами конуса рассеяния 10-20o, а также позволит повысить визуальную четкость и цветность наблюдаемой информации. Оптическое изделие может быть очень компактным и легким, выполнено в виде тонких, эластичных самоклеящихся пленок, с плоской или криволинейной формой.Optical capacitors with focal-lens rasters and optical products with these rasters, with luminescent light sources, with mirror or blackened surfaces can be made in the form of films, plates or products with any geometric surface shape. Matrices of focons, lens rasters and substrates of light sources can be made of optically transparent plastics, organic and inorganic glasses. The technology is possible according to various well-known group and planar technologies with the processes of photopolymerization, chemical molding of self-polymerizing (self-hardening from the liquid phase) plastic or thermoforming of plastics, glass powders, etc. Ball lenses are made according to the known technology by softening and molding glass. The application of layers of phosphors, reflective or anti-glare coatings on the surface of plastics or glasses is also known and used in production. Therefore, the industrial feasibility of the invention is possible by known technologies using known materials and standard equipment. Structural forms and materials are selected by calculation or experimentally, taking into account the maximum luminous efficiency of light concentration by raster. The luminous efficiency (luminous efficiency) in the experiment with a focal-lens condenser was 0.4 units. This means that from 100% of the light flux emitted in the focon, 40% of this flux is concentrated by the focon-lens into the observation space with a scattering cone with a conical angle of 40 o . This is about 5 times higher than the luminous flux during diffuse light scattering, while the brightness is equalized to 80% at the edges and the center of the cross section of the cone of the scattered beam. Theoretically, it is possible to further increase the luminous efficiency of a raster condenser using transparent phosphors in the focons, highly reflecting silver and other surfaces of shells and reflectors with a reflection coefficient above 95%. Compared to the best analogs (with diffuse light emission without raster condensers), a focal-lens condenser and products with such capacitors will increase the light flux and brightness of images formed by optical products with a focal-lens raster with scattering cone angles 10- 20 o , and also will improve the visual clarity and color of the observed information. The optical product can be very compact and lightweight, made in the form of thin, flexible, self-adhesive films, with a flat or curved shape.
Подсвечиваемые фотолюминесцирующие изделия с повышением яркости свечения фокон-линзовыми конденсорами могут найти широкое применение для изготовления дорожных знаков и указателей, для рекламных изделий, тонких плоских осветителей, фонарей, светосигнализаторов, элементов подсветки шкал, панелей приборов, циферблатов часов, декоративных и художественных изделий. Особенно эффективными могут стать самосветящиеся и подсвечиваемые изделия при дневном освещении света или при подсветке другим внешним источником света. Эти изделия могут аккумулировать внешнюю световую энергию для последующего длительного многочасового самосвечения фотолюминофора ночью с целью улучшения видимости и читаемости информации за счет повышения световой эффективности самосветящихся изделий. Illuminated photoluminescent products with an increase in the brightness of luminescence with focal-lens condensers can be widely used for the manufacture of road signs and signs, for advertising products, thin flat illuminators, flashlights, signaling devices, scale backlighting elements, instrument panels, watch dials, decorative and artistic products. Self-illuminating and illuminated products can become especially effective in daylight or when illuminated by another external light source. These products can accumulate external light energy for subsequent long hours of self-illumination of the photoluminophore at night in order to improve the visibility and readability of information by increasing the luminous efficiency of self-luminous products.
В эпископах наиболее эффективен фокон-линзовый растровый конденсор со скрытым в конденсоре световодом для торцевой безбликовой подсветки проецируемых оригиналов. Противобликовые покрытия наносятся на наружные оболочки фоконов или линзового растра этого конденсора света. Через эти световоды внешние источники света с торцов конденсора подсвечивают изнутри фоконов (с зеркальными оболочками внутри) оригиналы для проецирования их изображений с увеличением проекционным объективом на внешнем зрительном экране. Для этого пластину фокон-линзового конденсора накладывают с оптически плотным прижимом непосредственно на проецируемый оригинал так, чтобы входные торцы фоконов полностью зеркально светоизолировали оболочками фоконов поверхность оригинала. При этом поверхность оригиналов, отражающая свет из световодов в выходные торцы фоконов, заменяет рефлекторы входных торцов фоконов. Паразитная внешняя засветка оригинала даже при внешнем открытом освещении линзового растра конденсора исключена или минимальна. Отраженный от оригинала свет концентрируется фоконами и линзовым растром в проекционный объектив эпископа. Это повышает световой КПД от 0,25 до 0,30 единицы (что по сравнению с аналогами в 25-30 раз повышает полезный световой поток для проекции изображений оригиналов). Это снижает электрическую мощность осветителей в десятки раз, что позволяет исключить нагрев оригиналов, что позволит использовать холодные лампы дневного света или пленочные электролюминесцентные осветители без принудительного охлаждения оригиналов и оптики. Это же позволяет создать карманные или носимые (в дипломате, в папке, в сумочке) конструкции эпископов с малыми весом и габаритами. При этом возможно большое (100 крат и более) увеличение изображений оригиналов с высокой яркостью спроецированного изображения и с высокими оптическими характеристиками проекции. In bishops, a focon-lens raster condenser with a light guide hidden in the condenser is most effective for endless glare-free illumination of projected originals. Anti-glare coatings are applied to the outer shells of the focons or lens raster of this light condenser. Through these optical fibers, external sources of light from the ends of the condenser illuminate the originals from the inside of the focons (with mirror shells inside) to project their images with a projection lens magnification on an external visual screen. For this, a focon-lens condenser plate is imposed with an optically tight clamp directly onto the projected original so that the input ends of the focons completely mirror the surface of the original with the focon shells. The surface of the originals, reflecting the light from the optical fibers into the output ends of the focons, replaces the reflectors of the input ends of the focons. Spurious external illumination of the original even with external open illumination of the lens raster of the condenser is excluded or minimal. The light reflected from the original is concentrated by focons and a lens raster into the projection lens of the bishop. This increases the luminous efficiency from 0.25 to 0.30 units (which in comparison with analogs increases by 25-30 times the useful luminous flux for the projection of the originals' images). This reduces the electric power of illuminators by tens of times, which eliminates the heating of originals, which will allow the use of cold fluorescent lamps or film electroluminescent illuminators without forced cooling of the originals and optics. This also allows you to create pocket or wearable (in a diplomat, in a folder, in a purse) design of bishops with low weight and dimensions. At the same time, a large (100 times or more) increase in the images of originals with high brightness of the projected image and with high optical projection characteristics is possible.
В диаскопах осветитель с тонким фокон-линзовым растровым конденсором располагается с тыльной стороны от прозрачного диапозитива для проекции изображения диапозитива на просвет. Световоды для подсветки в фоконы с торцов расположены в плоскости входных торцов или между фоконами в толще конденсора. Свет может излучаться внешним холодным осветителем с торцов растра и через световоды направляться внутрь фоконов. Этот свет концентрируется фокон-линзовым растром на площадь прозрачного оригинала-диапозитива с заданным распределением света по площади прозрачного оригинала (диапозитив). Прошедший через диапозитив свет полностью направлен во входной зрачок проекционного объектива для увеличения изображения диапозитива на внешнем зрительном экране. Близкое (1-5 мм) расположение с диапозитивом тонкого плоского осветителя позволяют сделать диапроекторы компактными (карманными), исключить нагрев диапозитива, снизить на порядок электрическую мощность осветителей, а также снизить стоимость изготовления, уменьшить существенно вес и габариты, повысить комфортность при эксплуатации диапроекторов. In dioscopes, a illuminator with a thin focal-lens raster capacitor is located on the back side of the transparent transparency for projecting the image of the transparency onto the lumen. The optical fibers for illumination into the foci from the ends are located in the plane of the input ends or between the foci in the thickness of the condenser. Light can be emitted by an external cold illuminator from the ends of the raster and sent through optical fibers into the focons. This light is concentrated by a focal-lens raster onto the area of the transparent original-transparency with a given distribution of light over the area of the transparent original (transparency). The light transmitted through the transparencies is completely directed to the entrance pupil of the projection lens to enlarge the transparencies on the external visual screen. The close (1-5 mm) arrangement with a thin flat illuminator with a transparency allows to make slide projectors compact (pocket), to exclude heating of a transparency, reduce the electric power of illuminators by an order of magnitude, and also reduce the manufacturing cost, significantly reduce the weight and dimensions, increase the comfort during operation of slide projectors.
Дисплейные и проекционные экраны с фокон-линзовым растровым конденсором на экранах кинескопов или жидкокристаллических дисплеев с диффузным источниками формирования изображений позволят обеспечить сведение цветоделенных элементов изображения в площади пикселя (элемента изображения), повысить "чистоту картинки" без сетки строчного и цветного растра, повысить визуальную четкость в 2-3 раза при устранении фокон-линзовым конденсором ореолов в стекле дисплеев, обеспечить равномерную яркость по полю спроецированного на экран изображения, повысить в десятки и сотни раз световую эффективность, для повышения пиковой яркости экрана и диапазона полутоновой градации, для снижения вредного излучения в кинескопах и другие параметры дисплеев. Display and projection screens with a focal-lens raster capacitor on the screens of picture tubes or liquid crystal displays with diffuse image-forming sources will allow for the combination of color-separated image elements in the pixel area (image element), to increase the "clarity of the picture" without a grid of a lowercase and color raster, and to increase visual clarity 2-3 times when eliminating halos in the glass of displays with a focal-lens condenser, to ensure uniform brightness across the field of the image projected onto the screen, increase tens and hundreds of times the luminous efficiency, to increase the peak brightness of the screen and the range of grayscale gradation, to reduce harmful radiation in picture tubes and other display parameters.
Тонкие осветители с растровым конденсором позволят создавать эффективные декорации, строительные декоративные изделия, подобную слайдовым проекциям яркую цветную рекламу, самосветящиеся дорожные знаки и указатели, мозаику, витрины, слайдовые картины, ювелирные и другие оптические изделия. Thin illuminators with a raster condenser will allow you to create effective scenery, building decorative products, slide-like projections, bright color advertisements, self-illuminated road signs and signs, mosaics, shop windows, slide paintings, jewelry and other optical products.
Claims (7)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119579A RU2126986C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Optical raster condenser and optical article with raster condenser |
| PCT/RU1998/000340 WO1999027406A1 (en) | 1997-11-24 | 1998-10-26 | Optical raster condenser and optical device comprising said raster condenser |
| AU10572/99A AU1057299A (en) | 1997-11-24 | 1998-10-26 | Optical raster condenser and optical device comprising said raster condenser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97119579A RU2126986C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Optical raster condenser and optical article with raster condenser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2126986C1 true RU2126986C1 (en) | 1999-02-27 |
Family
ID=20199378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97119579A RU2126986C1 (en) | 1997-11-24 | 1997-11-24 | Optical raster condenser and optical article with raster condenser |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU1057299A (en) |
| RU (1) | RU2126986C1 (en) |
| WO (1) | WO1999027406A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA028723B1 (en) * | 2015-07-09 | 2017-12-29 | Белорусский Национальный Технический Университет | Photoelectric device |
| US11730530B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-08-22 | Erbe Elektromedizin Gmbh | Device for tissue coagulation |
| RU2813711C2 (en) * | 2019-01-24 | 2024-02-15 | Эрбе Электромедицин Гмбх | Device for biological tissue coagulation |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2325939B2 (en) * | 2007-09-14 | 2010-02-01 | Universidad De Sevilla | OPTICAL CONCENTRATOR OF HIGH GAIN AND VARIABLE PARAMETERS (COPV). |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1602203A (en) * | 1968-07-19 | 1970-10-26 | ||
| US4345833A (en) * | 1981-02-23 | 1982-08-24 | American Optical Corporation | Lens array |
| DE3127662A1 (en) * | 1981-07-13 | 1983-01-20 | Guido Georg 8011 Höhenkirchen Reinert | Method and device for increasing the light intensity (level) in diaphragm gaps of arbitrary shape |
| US4448504A (en) * | 1981-11-18 | 1984-05-15 | Industrial Electronic Engineers, Inc. | Rear end projection system employing aspherical lenses |
| FR2526962A1 (en) * | 1982-05-13 | 1983-11-18 | Dme | Condenser for micro-photolithographic use - has two layers of transparent spheres held in circular framework |
| GB2136146A (en) * | 1983-01-12 | 1984-09-12 | Olympus Optical Co | Projection Optical System and Optical Scanning Apparatus Comprising a Plurality of Projection Optical Systems |
| RU2027316C1 (en) * | 1990-06-29 | 1995-01-20 | Святослав Иванович АРСЕНИЧ | Projector of images from diffusion-emitting or radiating master patterns to external screen |
-
1997
- 1997-11-24 RU RU97119579A patent/RU2126986C1/en active
-
1998
- 1998-10-26 WO PCT/RU1998/000340 patent/WO1999027406A1/en active Application Filing
- 1998-10-26 AU AU10572/99A patent/AU1057299A/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EA028723B1 (en) * | 2015-07-09 | 2017-12-29 | Белорусский Национальный Технический Университет | Photoelectric device |
| US11730530B2 (en) | 2019-01-24 | 2023-08-22 | Erbe Elektromedizin Gmbh | Device for tissue coagulation |
| RU2813711C2 (en) * | 2019-01-24 | 2024-02-15 | Эрбе Электромедицин Гмбх | Device for biological tissue coagulation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU1057299A (en) | 1999-06-15 |
| WO1999027406A1 (en) | 1999-06-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2778731B2 (en) | Interior lighting sign | |
| US7651243B2 (en) | Phosphor wheel illuminator | |
| US5860722A (en) | Flat and transparent front-lighting system using microprisms | |
| US7246932B2 (en) | Data display device | |
| CN1954618B (en) | Illumination system with separate optical paths for different color channels | |
| CN100428021C (en) | Backlight and liquid crystal display device | |
| US6734838B1 (en) | Enhanced resolution for image generation | |
| CN114730044A (en) | Directional lighting device and privacy display | |
| JPS63163305A (en) | Liquid crystal display lighting system | |
| JPS6346428B2 (en) | ||
| JP2007524975A (en) | Condensing lighting system | |
| JP2007524976A (en) | Lighting system | |
| JPH11119220A (en) | Optical reinforced double liquid crystal display light | |
| CN105446010A (en) | Backlight source, liquid crystal display module and liquid crystal display device | |
| KR20010070964A (en) | Multi-clad black display panel | |
| RU2126986C1 (en) | Optical raster condenser and optical article with raster condenser | |
| KR102002546B1 (en) | Back light unit for picture generate unit | |
| JP7051077B2 (en) | Aerial image forming optical system and aerial image forming apparatus | |
| US2170368A (en) | Illuminated advertising apparatus with a scintillating effect | |
| JP4112197B2 (en) | Flat lighting device | |
| US20090302741A1 (en) | Organic Light Emitting Diode Having a Resonant Optical Cavity and an Extractor Serving as a Spatial Light Filter | |
| CN100582895C (en) | Backlight light source and light emitting device | |
| US5871273A (en) | Optical light piping reflector element for backlighting liquid crystal displays | |
| RU2330317C1 (en) | Liquid crystal display | |
| KR101704680B1 (en) | channel sign |