PL224682B1 - Sposób uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym oraz urządzenie mechaniczno-optyczne do stosowania tego sposobu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym oraz urządzenie mechaniczno-optyczne do stosowania tego sposobu, stanowiące ulepszenie rozwiązań technicznych będących przedmiotem zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-395 649.

Sposób uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym za pomocą soczewkowego układu optycznego według polskiego zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-395 649 polega na tym, że źródło światła sztucznego emitujące światło włącza się do sieci prądu elektrycznego, po czym emitowane przez nie świetlne promienie elektrom agnetyczne w zależności od żądanego kształtu rzutu światła oraz postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego kieruje się na odpowiednią soczewkę wstępną, korzystnie walcową soczewkę skupiającą płasko-wypukłą o stałej lub regulowanej jej ogniskowej, a wychodzące z tej soczewki promienie świetlne kieruje się na końcowy zestaw soczewek lub końcowy panelowy zestaw soczewek o stałym lub regulowanym ich położeniu względem soczewki wstępnej, to jest pod kątem „α” wynoszącym od 0° do 75°, a po przejściu przez tę soczewkę lub panelowy zestaw soczewek pr omienie te kierowane są na wskazaną płaszczyznę tworząc kształt żądanego rzutu światła o ostro zarysowanych krawędziach bocznych. W sposobie tym jako soczewkę stosuje się soczewkę dwuwypukłą, lub soczewkę wklęsło-wypukłą lub odbłyśnik, względnie układ odbłyśników, natomiast jako końcowy zestaw soczewek stosuje się zestaw soczewek płasko-walcowych o jednakowych średnicach na ich długościach lub też zestaw soczewek płasko- walcowych o jednakowych średnicach na ich długościach lecz o zmiennych naprzemiennie średnicach, względnie zestaw soczewek płasko-walcowych o zmiennych średnicach na całej ich długości, lub też stosuje się końcowy zestaw soczewek walcowych, w których sąsiadujące ze sobą soczewki są od siebie odseparowane, korzystnie poprzez minimalny docisk do siebie ich krawędzi ostrych, zmatowienie powierzchni styku tych soczewek, zastos owanie powłoki metalicznej w miejscach ich styku lub poprzez zastosowanie elementu izolującego pomiędzy nimi. Poza tym, jako źródło światła stosuje się źródło promieniowania elektromagnetycznego emitujące światło w zakresie światła widzialnego wynoszącego 400-800 nm, ultrafioletu w zakresie 100-400 nm oraz podczerwieni w zakresie od 800-15000 nm lub stosuje się detektor promieniowania elektromagnetycznego, korzystnie fotodiodę lub fototranzystor, przy czym strumień światła opuszczający soczewkę wstępną o zmiennej ogniskowej układu optycznego jest równoległy, rozbieżny lub zbieżny, korzystnie w zakresie od -30° do + 30°, a ponadto stosuje się panel soczewek walcowych, którego poszczególne soczewki uniemożliwiają przejście bezpośrednie lub pośrednie odbitego promieniowania z jednej soczewki walcowej do drugiej sąsiadującej z nią soczewki walcowej.

Z kolei urządzenie mechaniczno-optyczne do uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym według zgłoszenia patentowego wynalazku nr P-395 649, charakteryzuje się tym, że jego układ optyczny stanowi źródło światła sztucznego, usytuowana naprzeciw niego wstępna soczewka skupiająca, emitowane przez to źródło światła promienie elektromagnetyczne oraz odbierająca te promienie soczewka końcowa lub końcowy panel soczewkowy stanowiący zestaw wielu soczewek końcowych, korzystnie walcowo-płaskich, przy czym źródło światła zamocowane jest w obudowie, zaopatrzonej w boczne prowadnice z zamocowanymi w nich przesuwnie na trzpieniach ramionami, których dolne końce połączone są sztywno z wstępną soczewką skupiającą natomiast obudowa połączona jest rozłącznie z korpusem układu planetarnego, połączonego także rozłącznie z segmentem wymiennym, którego dolny koniec wyposażony jest w soczewkę końcową lub końcowy panel soczewkowy, tak że razem mają one możliwość ruchu obrotowego względem obudowy tego urządzenia. Soczewka końcowa lub końcowy panel soczewkowy zamocowany jest w segmencie wymiennym pod kątem α = 0-70° w stosunku do płaskiej powierzchni wstępnej soczewki skupiającej, jego korpus zaopatrzony jest w układ planetarny umożliwiający zmianę kąta jego położenia, a jego obudowa połączona jest sztywno z korpusem za pomocą zewnętrznego elementu osłonowego. W odmianie wykonania urządzenie to stanowi pojedyncza sekcja LED lub zestaw tych sekcji LED zawierających układy optyczne o niezależnym lub zależnym od siebie skoordynowanym ruchu wahadłowym w wybranym liniowo kierunku wzdłużnym lub poprzecznym w zakresie kątowym 0° do 360° lub też jednocześnie w kierunku wzdłużnym i poprzecznym w zakresie kątowym 0° do 360° oraz zaopatrzone jest korzystnie w przekładnię, korzystnie ślimakową lub/i cięgnową o parametrach dostosowanych do ilości sekcji LED i ich przeznaczenia, służące do regulacji położenia kierunkowego, kątowego i ogniskowej soczewki wstępnej.

PL 224 682 B1

Podstawową niedogodnością obu dotychczasowych rozwiązań technicznych obejmujących zarówno sposób, jak i urządzenie do jego stosowania jest brak możliwości zastosowania ich układu s oczewkowego, zwłaszcza w detektorach ruchu, z uwagi na możliwość ukierunkowania światła tego układu także na jedną stronę.

Istota sposobu uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o d owolnym kształcie geometrycznym za pomocą soczewkowego układu optycznego, według wynalazku polega na tym, że w sposobie tym jako soczewkę wstępną stosuje się soczewkę walcową dwuwypukłą symetryczną i zrównoleglającą wiązkę promieni świetlnych kierowanych na końcowy panelowy zestaw soczewek, utworzony z soczewek symetrycznych walcowo-płasko-wypukłych, których górne wypukłości usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej, a ich dolne płaskie powierzchnie od strony oświetl anego obszaru lub jako soczewkę wstępną stosuje się soczewkę walcowo dwuwypukłą symetryczną zrównoleglającą wiązkę promieni świetlnych kierowanych na końcowy panelowy zestaw soczewek utworzony z soczewek płasko-walcowych asymetrycznych, których górne wypukłości usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej, a ich dolne, płaskie powierzchnie od strony oświetlanego obszaru, poza tym w sposobie tym korzystnie stosuje się także soczewkowy układ optyczny, którego końcowy panelowy zestaw soczewek stanowi panel sferyczny o profilu pięciobocznego pierścienia, utworzony z przylegających do siebie soczewek płasko-walcowych.

Z kolei istota urządzenia do stosowania sposobu według wynalazku polega na tym, że jego układ optyczny stanowi źródło światła sztucznego, usytuowana pod nim soczewka wstępna, którą stanowi soczewka walcowa, dwuwypukła i symetryczna oraz usytuowany pod tą soczewką końcowy panel soczewkowy utworzony z soczewek symetrycznych walcowo-płasko-wypukłych, których górne wypukłości usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej, a ich dolne płaskie powierzchnie od strony oświetlanego obszaru lub ten układ optyczny wyposażony jest w końcowy panel soczewkowy utworzony z soczewek płasko-walcowych asymetrycznych, których górne wypukłości usytuowane są również naprzeciw soczewki wstępnej, a ich dolne płaskie powierzchnie od strony oświetlanego obszaru. Korzystnym jest także, gdy jego soczewkę końcową stanowi panel sferyczny o profilu wielobocznego pierścienia, utworzony z soczewek płasko-walcowych, stykających się ze sobą swymi krawędziami i końcami elementów tego profilu wielobocznego.

Zastosowanie w rozwiązaniach według wynalazku asymetrycznych soczewek pozwala na bardziej równomierną dystrybucję promieniowania światła. Przykładowo, jeżeli oświetlony obszar ma kształt prostokątny, to zastosowanie asymetrycznych soczewek pozwala na znaczne zmniejszenie natężenia światła bezpośrednio pod jego źródłem, na przykład pod latarnią lub słupem oświetlającym ulice, pod którymi natężenie to jest wyższe, przy jednoczesnym zwiększeniu tego natężenia w obszarach peryferyjnych. Poza tym, odpowiedni dobór końcowych soczewek asymetrycznych pozwala na oświetlenie wymaganego często obszaru prostokątnego, przy nieznacznych różnicach natężenia światła w różnych jego punktach, a ponadto zastosowanie odpowiednich soczewek asymetrycznych pozwala na ukierunkowanie światła na jedną stronę, co ma duże znaczenie, zwłaszcza przy gęstej zabudowie, stwarzając możliwości unikania oświetlenia na przykład muru lub świecenia w okna budynku. Z kolei wyposażenie lampy w źródło światła typu LED stwarza możliwość zastosowania w jednej oprawie oświetleniowej diod o różnej mocy i różnym kolorze. Ponadto, sposób jak i urządzenie do jego stosowania według tego wynalazku stwarzają możliwość mocniejszego oświetlenia całej szerokości drogi jak i obu jej krawędzi, a tym samym lepszą widoczność pobocza tej drogi.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach jego wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia schemat urządzenia mechaniczno-optycznego z regulacją ogniskowej jego soczewki wstępnej i kąta położenia jego soczewki końcowej, pozwalającego na uzyskiwanie jednorodnej wiązki światła promieniowania elektromagnetycznego o prostokątnym kształcie jego rzutu, w przekroju osiowym, fig. 2 - schemat tego samego urządzenia pozwalającego na uzyskiwanie jednorodnej wiązki światła promieniowania elektromagnetycznego, którego rzut ma kształt wycinka pierścienia, fig. 3 - schemat tego samego urządzenia pozwalającego na uzyskiwanie jednorodnej wiązki światła promieniowania elektromagnetycznego o pierścieniowym kształcie jego rzutu, fig. 4 - schemat układu optycznego tego urządzenia w takim stanie usytuowania względem siebie źródła promieniowania elektromagnetycznego, soczewki wstępnej i soczewki końcowej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt znacznie pogrubionej i wydłużonej linii prostej, fig. 5 - schemat tego samego układu optycznego w takim stanie usytuowania względem siebie soczewki końcowej względem soczewki wstępnej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt wycinka pierścienia, fig. 6 - schemat tego samego układu optycznego w takim stanie usytuowania względem siebie źródła promieniowania

PL 224 682 B1 elektromagnetycznego, soczewki wstępnej i końcowej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt pierścienia owalnego, fig. 7 - schemat tego samego układu optycznego i w takim stanie usytuowania względem siebie źródła promieniowania elektromagnetycznego, soczewki wstępnej i końcowej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt kwadratu, fig. 8 - schemat tego samego układu optycznego i w takim stanie usytuowania względem siebie źródła promieniowania elektromagnetycznego soczewki wstępnej i końcowej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt prostokąta o długości równej pięciokrotnej jego szerokości, fig. 9 - schemat tego samego układu optycznego i w takim stanie usytuowania względem siebie soczewki końcowej względem soczewki wstępnej, że rzut światła tego promieniowania ma kształt prostokąta o długości równej dziesięciokrotnej jego szerokości, fig. 10 - schemat układu optycznego zawierającego zestaw piętnastu układów optycznych analogicznych jaki pokazano na rysunku fig. 4 połączonych ze sobą po pięć układów oraz układ optyczny nimi sterujący, umożliwiający uzyskiwanie rzutu światła promieniowania elektromagnetycznego w kształcie trzech prostokątów o zróżnicowanych ich długościach w zależności od potrzeb użytkownika, fig. 11 - schemat układu do regulacji kształtu wiązki światła elektromagnetycznego za pomocą przekładni ślimak owych i cięgien, fig. 12 - panel tworzący płaską walcową soczewkę końcową utworzony z kilku płaskich soczewek walcowych o identycznych średnicach na całej ich długości w widoku perspektywicznym, fig. 13 - odmianę panelu tworzącego płaską walcową soczewkę końcową utworzoną z pojedynczych elementów mających w przekroju pionowym kształt identycznych prostokątów z zaokrąglonym górnym ich bokiem odseparowanych od siebie w widoku perspektywicznym, fig. 14 - szczegół „T” tego samego panelu, fig. 15 - kolejną odmianę panela tworzącego płaską walcową soczewkę końcową utworzony z kilku soczewek walcowych stykających się liniowo ze sobą i umieszczonych na płytce prostokątnej wykonanej z materiału soczewkowego, w widoku perspektywicznym, fig. 16 - odmianę panelu płaskiego utworzonego z płaskich soczewek walcowych usytuowanych obok siebie o zmniejszających się ich średnicach po obu stronach środkowej soczewki o największej średnicy w widoku perspektywicznym, fig. 17 - odmianę panelu płaskiego, utworzonego z soczewek walcowych o zróżnicowanych ich średnicach wzdłuż ich długości w widoku perspektywicznym, fig. 18 - panel sferyczny o profilu wycinka pierścienia utworzony z soczewek walcowych w widoku perspektywicznym, fig. 19 - panel sferyczny utworzony z soczewek walcowych, których podstawę tworzy zarys walca, fig. 20 - panel asferyczny utworzony z soczewek walcowych o profilu wycinka pierścienia w widoku perspektywic znym, a fig. 21-28 przedstawiają kształty stosowanych soczewek wstępnych, symetrycznych i asym etrycznych względem pionowej i poziomej ich osi, przy czym fig. 21 przedstawia soczewkę płaskowalcową symetryczną w obu jej płaszczyznach w widoku perspektywicznym, fig. 22 - soczewkę Fresnela symetryczną w obu jej płaszczyznach, w widoku z góry i w przekroju osiowym, fig. 23 - soczewkę dwuwypukłą o zróżnicowanych wypukłościach o symetrii tylko w płaszczyźnie pionowej w widoku pe rspektywicznym, fig. 24 - soczewkę wklęsło-wypukłą o symetrii również w płaszczyźnie pionowej, w widoku perspektywicznym, fig. 25 - soczewkę dwuwklęsłą o symetrii w obu jej płaszczyznach, w widoku perspektywicznym, fig. 26 - soczewkę płasko-wklęsłą o symetrii tylko w płaszczyźnie pionowej, w widoku perspektywicznym, fig. 27 - soczewkę płasko-wypukłą o symetrii pionowej, w widoku perspektywicznym, fig. 28 - soczewkę dwuwypukłą o zmiennych obu wypukłościach o asymetrii poziomej i pionowej w widoku perspektywicznym, fig. 29 - schemat układu optycznego tego urządzenia zawierający soczewkę wstępną zrównoleglającą wiązkę światła, fig. 30 - schemat układu optycznego, zawierający końcowy panelowy zestaw soczewek walcowych, asymetrycznych, fig. 31 - schemat układu optycznego, zawierającego wstępną soczewkę zrównoleglającą wiązkę światła, spełniającego funkcję lampy słupa oświetlającego drogę, fig. 32 - panel sferyczny o profilu wycinka pierścienia pięciobocznego, utworzony z soczewek płasko-walcowych.

Niżej podano celem wyjaśnienia definicje niektórych pojęć zawartych w opisie patentowym, a mianowicie:

- źródło światła oznacza przedmiot emitujący światło promieniowania elektromagnetycznego o długości fali wynoszącej od 200-15000 nm, którym może być: dioda półprzewodnikowa, lampa jarzeniowa, lampa kwarcowa, lampa halogenowa, lampa sodowa, lampa rtęciowa, żarówka, świetlówka, dioda LED, promiennik podczerwieni, dioda ultrafioletowa emitująca promienie UV lub luminofor;

- układ optyczny oznacza zespół dwóch lub więcej elementów optycznych w postaci soczewek odpowiednio usytuowanych względem siebie, biorących udział w tworzeniu obrazu optycznego w urządzeniu optycznym lub na odpowiedniej płaszczyźnie;

- soczewka wstępna oznacza soczewkę skupiającą promienie świetlne, symetryczną lub as ymetryczną względem pionowej lub poziomej jej osi;

PL 224 682 B1

- soczewka końcowa oznacza soczewkę walcową lub zestaw soczewek walcowych usytuowanych obok siebie, stykających się liniowo ze sobą lub odizolowanych, odseparowanych od siebie;

- soczewka walcowa oznacza pojedynczą soczewkę symetryczną płaską lub sferyczną mającą w przekroju poprzecznym kształt podłużnego elementu półwalcowego lub jego wycinka z płaską jedną jego powierzchnią o jednakowej średnicy na całej jego długości lub o zmiennej średnicy na jego dł ugości lub też zestaw takich soczewek tworzących monolit o wspólnej ich podstawie;

- soczewka symetryczna oznacza soczewkę symetryczną w płaszczyźnie pionowej i poziomej na przykład soczewkę walcową płasko-wypukłą, soczewkę dwuwklęsłą i soczewkę dwuwypukłą lub soczewkę symetryczną tylko w płaszczyźnie pionowej na przykład soczewkę dwuwypukłą o zmiennych wypukłościach, soczewkę wklęsło wypukłą lub soczewkę płasko wklęsłą względnie soczewkę symetryczna tylko w płaszczyźnie poziomej na przykład soczewkę płasko wypukłą o zmiennej wypukłości lub soczewkę dwuwypukłą o zmiennych obu wypukłościach;

- odbłyśnik oznacza uproszczony reflektor służący do zmiany kierunku lub nadawania kształtu strumieniowi promieniowania elektromagnetycznego.

P r z y k ł a d 1

Urządzenie mechaniczno-optyczne stosowane do uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym według wynalazku pokazane w przykładzie jego wykonania na rysunku fig. 1 składa się z układu optycznego 1, który stanowi źródło światła 2, będące diodą LED emitujące światło widzialne wynoszące 400-800 nm, wymienna soczewka wstępna 3, którą jest symetryczna soczewka skupiająca płasko-wypukła oraz wymienna soczewka końcowa 4, w postaci panelu utworzonego z usytuowanych obok siebie soczewek walcowych 5 płasko-wypukłych stykających się ze sobą liniowo i umieszczonych na przezroczystym elemencie płytkowym 6, przy czym źródło światła 2 połączone jest z obudową 7, zaopatrzoną w radiator chłodzący 8 oraz w dwie prowadnice 9 z zamocowanymi w nich przesuwnie na trzpieniach 10 górnymi końcami ramion 11, których dolne końce z umieszczoną pomiędzy nimi soczewką wstępną 3 z możliwością zmiany jej ogniskowej „x” połączone są za pomocą sworzni 12 z korpusem 13 układu planetarnego 14 służącego do zmiany jego kąta położenia, na którego dolny koniec nakręcony jest wymienny segment 15 zaopatrzony w soczewkę końcową 4 oraz w zewnętrzny radiator chłodzący 16, przy czym korpus 13 połączony jest z obudową 7 za pomocą elementu osłonowego 17, a soczewka końcowa 4 usytuowana jest równolegle do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3.

P r z y k ł a d 2

Na korpus 13 urządzenia mechaniczno-optycznego pokazanego na rysunku fig. 1 nakręcono wymienny segment 15, którego wymienna soczewka końcowa 4 usytuowana jest pod kątem α < 45° w stosunku do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 tego urządzenia jak pokazano na rysunku fig. 2.

P r z y k ł a d 3

Na korpus 13 urządzenia mechaniczno-optycznego pokazanego na rysunku fig. 1 nakręcono wymienny segment 15, którego wymienna soczewka końcowa 4 usytuowana jest pod kątem α > 45° w stosunku do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 tego urządzenia jak pokazano na rysunku fig. 3.

W dalszych przykładach wykonania wynalazku przedstawiono sposoby uzyskiwania różnych kształtów rzutów światła i jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego w zależności od rodzaju i usytuowania względem siebie soczewki wstępnej 3, soczewki końcowej 4 i źródła światła 2 tworzących układ optyczny 1 zastosowany w przykładowym urządzeniu pokazanym na fig. 1 -3, a mianowicie:

P r z y k ł a d 4

W układzie optycznym 1 wykorzystanym w urządzeniu opisanym w przykładzie 1 płaską powierzchnię 19 walcowej soczewki końcowej 4 ustawiono równolegle do płaskiej powierzchni 18 s oczewki wstępnej 3 skupiającej, płasko-wypukłej, po czym wytworzone przez źródło światła 2 promienie elektromagnetyczne 20 emitujące światło ultrafioletowe w zakresie 100-400 nm skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na soczewkę końcową 4, w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie ciągłej pogrubionej linii 23 jak pokazano na rysunku fig. 4.

PL 224 682 B1

P r z y k ł a d 5

W układzie optycznym 1 opisanym w przykładach wykonania 1 i 4 dolną powierzchnię 19 walcowej soczewki końcowej 4 ustawiono pod kątem α = 35° w stosunku do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 skupiającej, płasko-wypukłej, po czym wytworzone przez źródło światła 2 promienie elektromagnetyczne 20 emitujące światło podczerwieni w zakresie 800-15000 nm skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na soczewkę końcową 4, w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie wycinka pierścienia 24, jak pokazano na rysunku fig. 5.

P r z y k ł a d 6

W układzie optycznym 1 opisanym w przykładach wykonania 1-5 dolną powierzchnię 19 walcowej soczewki końcowej 4 ustawiono pod kątem α = 65° w stosunku do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 skupiającej, płasko-wypukłej, po czym wytworzone przez źródło światła 2 promienie elektromagnetyczne 20 skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na soczewkę końcową 4, w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie pierścienia owalnego 24, jak pokazano na rysunku fig. 6.

P r z y k ł a d 7

W układzie optycznym 1 opisanym w przykładach wykonania 1-6 dolną powierzchnię 19 soczewki końcowej 4 ustawiono równolegle do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 skupiającej, płasko-wypukłej usytuowanej w stałej odległości „X” od źródła światła 2, po czym wytworzone przez to źródło promienie elektromagnetyczne 20 skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na soczewkę końcową 4 w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie kwadratu 25 posiadającego boki o długości i szerokości wynoszącej „a”, jak pokazano na rysunku fig. 7.

P r z y k ł a d 8

W układzie optycznym 1 opisanym w przykładach wykonania 1-7 dolną powierzchnię 19 soczewki 4 ustawiono równolegle do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 skupiającej, płaskowypukłej usytuowanej w zwiększonej odległości w stosunku do pokazanej na rysunku fig. 4 od źródła światła 2, to jest w odległości „x + y”, po czym wytworzone przez to źródło promienie elektromagnetyczne 20 skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na s oczewkę końcową 4, w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta 26 o szerokości wynoszącej „a” i długości wynoszącej 5 x a, jak pokazano na rysunku fig. 8.

P r z y k ł a d 9

W układzie optycznym 1 opisanym w przykładach wykonania 1-8 dolną powierzchnię 19 soczewki 4 ustawiono równolegle do płaskiej powierzchni 18 soczewki wstępnej 3 skupiającej, płaskowypukłej usytuowanej w zwiększonej odległości w stosunku do pokazanej na rysunku fig. 8 od źródła światła 2, to jest w odległości „x + 2y”, po czym wytworzone przez to źródło promienie elektromagnetyczne 16 skierowano na soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej promienie 21 skierowano na s oczewkę końcową 4, w wyniku czego wychodzące z niej promienie 22 spowodowały uzyskanie rzutu światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta 27 o szerokości wynoszącej „a” i długości wynoszącej 10 x a, jak pokazano na rysunku fig. 9.

P r z y k ł a d 10

Piętnaście układów optycznych 1 opisanych w przykładzie 4 tworzących zestaw LED 28 podzielonych na trzy równe sekcje LED 29, 30 i 31, po pięć układów, połączono ze sobą szeregowo za pomocą cięgien 32 oraz sterowanych za pomocą wspólnego jednego układu optycznego 33, przy czym w grupie 29 pięciu układów optycznych 1 usytuowanych względem siebie identycznie i w jednej płaszczyźnie uzyskano rzut światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta 34. Z kolei w grupie 30 pięciu układów optycznych 1 usytuowanych względem siebie pod różnymi kątami uzyskano rzut światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta 35 wydłużonego o około 50% w stosunku do prostokąta 34, a w grupie 31 pięciu układów optycznych 1 usytuowanych łukowo w płaszczyźnie wycinka pierścienia uzyskano rzut światła w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego w kształcie prostokąta 36 wydłużonego o około 100% w stosunku do prostokąta 34, jak pokazano na rysunku

PL 224 682 B1 fig. 12, przy czym grupy 29, 30, 31 układów optycznych 1 sprzęgnięto ze sobą za pomocą systemu cięgien 32 z przełożeniem ślimakowym 37 umożliwiających zmianę położenia tych układów poprzez ich obrót jak pokazano na rysunkach fig. 10 i 11.

W kolejnych przykładach wykonania wynalazku przedstawiono różne możliwe kształty soczewek końcowych umożliwiających uzyskiwanie celu według wynalazku, a mianowicie:

P r z y k ł a d 11

Soczewkę końcową 4 stanowią trzy walcowe soczewki symetryczne płaskie 38 mające w widoku z przodu kształty podłużnych półwalcowych elementów stykające się ze sobą liniowo wzdłuż ich podłużnych krawędzi 39 jak pokazano na rysunku fig. 12.

P r z y k ł a d 12

Soczewkę końcową 4 stanowią podłużne elementy 40 mające w widoku z przodu kształty st anowiące prostokąt 41 z zaokrąglonym górnym bokiem 42, stykające się ze sobą swymi bocznymi ścianami 43 poprzez element 44 odizolowujący je (separujący) od siebie jak pokazano na rysunkach fig. 13 i fig. 14.

P r z y k ł a d 13

Soczewkę końcową 4 stanowi panel utworzony z kilku soczewek symetrycznych walcowo płaskich 45, przyklejonych do płytki przezroczystej 46 i stykających się ze sobą liniowo wzdłuż ich podłużnych krawędzi 47, jak pokazano na rysunku fig. 15.

P r z y k ł a d 14

Soczewkę końcową 4 stanowi panel utworzony z siedmiu soczewek symetrycznych walcowo płaskich 48 o zmniejszających się ich średnicach w obu kierunkach soczewki środkowej 49 o najwię kszej średnicy, jak pokazano na rysunku fig. 16.

P r z y k ł a d 15

Soczewkę końcową 4 stanowi panel utworzony z kilku soczewek walcowo płaskich 50 stykających się liniowo ze sobą wzdłuż ich krawędzi bocznych 51, o zmniejszających się naprzemiennie ich średnicach 52, jak pokazano na rysunku fig. 17.

P r z y k ł a d 16

Soczewkę końcową 4 stanowi panel sferyczny o profilu wycinka pierścienia, utworzony z kilku soczewek walcowo-wypukło-wklęsłych 53 stykających się ze sobą swymi krawędziami 54, jak pokazano rysunku fig. 18.

P r z y k ł a d 17

Soczewkę końcową 4 stanowi panel sferyczny o profilu pierścienia kołowego, na powierzchni którego umieszczone są soczewki wklęsło-wypukłe 55 o jednakowych wymiarach gabarytowych, stykające się ze sobą liniowo wzdłuż ich podłużnych krawędzi 56, jak pokazano na rysunku fig. 19.

P r z y k ł a d 18

Soczewkę końcową 4 stanowi panel asferyczny o profilu wycinka pierścienia utworzony z soczewek walcowo-wypukło-wklęsłych 57, stykających się ze sobą swoimi krawędziami 58, jak pokazano na rysunku fig. 20.

P r z y k ł a d 19

W urządzeniu z zestawem optycznym pokazanym na fig. 1 jego źródło światła 2 stanowiące diodę LED o mocy 4W umieszczono w odległości 3 cm od soczewki wstępnej 3, za którą w odległości 2 cm ustawiono równolegle do niej panel soczewek końcowych 4, zawierający zestaw płasko-walcowych soczewek o średnicach 4 mm. W wyniku takiego usytuowania względem siebie źródła światła 2, soczewki wstępnej 3 i zestawu soczewek końcowych 4 w odległości 3 m od tego źródła światła otrz ymano wiązkę światła, która w rzucie miała kształt wydłużonego prostokąta o wymiarach 5 m x 0,35 m.

W dalszych przykładach wykonania układu optycznego 1 wynalazku pokazanych na rysunkach fig. 21-28 przedstawiono kształty pojedynczych soczewek symetrycznych i asymetrycznych o zróżnicowanych ich płaszczyznach symetrii znajdujących zastosowanie w zależności od potrzeb użytkownika w wykonawstwie odpowiedniego układu optycznego 1, przy czym w układzie tym stosowano soczewkę walcową-płasko wypukłą 59, soczewkę Fresnela 60, soczewkę dwuwypukłą symetryczną 61, soczewkę wklęsło-wypukłą 62, soczewkę dwuwklęsłą 63, soczewkę płasko wklęsłą 64, soczewkę płasko wypukłą - asymetryczną 65 i soczewkę dwuwypukłą - asymetryczną 66.

P r z y k ł a d 20

W układzie optycznym 1 urządzenia opisanym w przykładach wykonania 1-8 zastosowano dwuwypukłą soczewkę wstępną 3 zrównoleglającą wiązkę światła, a jako końcowy panel soczewkowy 4 zastosowano panel utworzony z soczewek symetrycznych walcowo-płasko-wypukłych 59, których

PL 224 682 B1 górne wypukłości 67 usytuowano naprzeciw soczewki wstępnej 3, a ich dolne płaskie powierzchnie 19 od strony oświetlanego obszaru 68, w wyniku czego wytworzone przez źródło światła 2 promienie elektromagnetyczne 20 zostały skierowane na dwuwypukłą soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej równolegle usytuowane względem siebie promienie 21 zostały skierowane na wypukłości 67 soczewki końcowej 4, w wyniku czego wychodzące z jej płaskiej powierzchni 19 promienie elektromagnetyczne 22 spowodowały uzyskanie na oświetlonym obszarze rzutu światła 68 w postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta 69 jak pokazano na rysunku fig. 29, przy czym uzyskano większe natężenie światła na obu końcach tego prostokątnego obszaru i mniej sze w jego centralnej części.

P r z y k ł a d 21

W układzie optycznym 1 urządzenia opisanym w przykładach wykonania 1-8 zastosowano również dwuwypukłą soczewkę wstępną 3, a jako soczewkę końcową 4 panel utworzony z soczewek płasko-walcowych asymetrycznych 70, których górne wypukłości 71 usytuowano naprzeciw soczewki wstępnej 3, a ich dolne płaskie powierzchnie 19 od strony oświetlanego obszaru 68, w wyniku czego wytworzone przez źródło światła 2 promienie elektromagnetyczne 20 zostały skierowane na dwuwypukłą soczewkę wstępną 3, a po wyjściu z niej równolegle usytuowane względem siebie promienie 21 zostały skierowane na wypukłości 71 soczewki końcowej 4, w wyniku czego wychodzące z jej płaskiej powierzchni 19 promienie 22 spowodowały uzyskanie wiązki promieniowania elektromagnetycznego o kształcie prostokąta jak pokazano na rysunku fig.30. Jednakże w tym przypadku oświetlony prostokątny obszar 69 powodował bardziej równomierny rozkład natężenia światła w porównaniu do uz yskanego w opisanym przykładzie 29.

P r z y k ł a d 22

Układ optyczny 1 urządzenia opisany w przykładach 29 i 30 zamontowano w osłonie lampy 72 słupa 73 oświetlającego drogę 74, a po jego włączeniu do sieci elektrycznej stwierdzono, że większość wytworzonego strumienia światła została skierowana tylko w jedną stronę i asymetrycznie w stosunku do położenia tego słupa, jak pokazano na rysunku fig. 31.

P r z y k ł a d 23

Soczewkę końcową 4 stanowi panel sferyczny o profilu pięciobocznego pierścienia, utworzony z soczewek płasko-walcowych 75 stykających się ze sobą swymi krawędziami 76 i końcami 77 elementów 78 tego pięciobocznego pierścienia jak pokazano na rysunku fig. 32. Takie wykonanie panelowej soczewki końcowej 4 uprościło znacznie jego wykonanie w porównaniu do panelu sferycznego o profilu typowego wycinka pierścienia wymagającego gięcia, jak pokazano na rysunku fig. 32.

W kolejnych przykładach wykonania nie pokazanych na rysunkach, układ optyczny 1 zamontowany na słupie przydrożnym uzupełniono o dwa doświetlacze usytuowane z obu jego stron z możl iwością zmiany ich położenia względem tego układu. W wyniku tego uzupełnienia uzyskano mocniejszą wiązkę światła na krawędziach drogi, jak również tak uzupełniony układ o wspomniane doświetlacze pozwolił również na oświetlanie chodników przydrożnych, przy czym kierunek wiązki światła w tych doświetlaczach ustalony był poprzez ich odpowiedni obrót w stosunku do układu optycznego 1, a szerokość wiązki światła w tych doświetlaczach ustalana była poprzez zmianę położenia soczewek wstępnych 3 układu optycznego 1 względem jego źródła światła 2.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o dowolnym kształcie geometrycznym za pomocą soczewkowego układu optycznego polegający na tym, że źródło światła sztucznego emitujące światło włącza się do sieci prądu elektrycznego, po czym emitowane przez nie świetlne promienie elektromagnetyczne w zależności od żądanego kształtu rzutu światła oraz postaci jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego kieruje się na odpowiednią soczewką wstępną korzystnie walcową soczewkę skupiającą płasko-wypukłą o stałej lub regulowanej jej ogniskowej, a wychodzące z tej soczewki promienie świetlne kieruje się na końcowy zestaw soczewek lub końcowy panelowy zestaw soczewek o stałym lub regulowanym ich położeniu względem soczewki wstępnej, to jest pod kątem „α” wynoszącym od 0° do 75°, a po przejściu przez tę soczewkę lub panelowy zestaw soczewek promienie te kierowane są na wskazaną płaszczyznę tworząc kształt żądanego rzutu światła o ostro zarysowanych krawędziach bocznych, przy czym jako soczewkę wstępną stosuje się soczewkę dwuwypukłą lub soczewkę wklęsło-wypukłą lub odbłyśnik, lub układ

   PL 224 682 B1 odbłyśników, a jako końcowy zestaw soczewek stosuje się zestaw soczewek płasko-walcowych o jednakowych średnicach na ich długościach lub też zestaw soczewek płasko-walcowych o jednakowych średnicach na ich długościach lecz o zmiennych naprzemiennie średnicach, względnie zestaw soczewek płasko-walcowych o zmiennych średnicach na całej ich długości, lub jako końcowy zestaw soczewek stosuje się zestaw soczewek walcowych, w których sąsiadujące ze sobą soczewki są od siebie odseparowane, korzystnie poprzez minimalny docisk do siebie ich krawędzi ostrych, zmatowienie powierzchni styku tych soczewek, zastosowanie powłoki metalicznej w miejscach ich styku lub poprzez zastosowanie elementu izolującego pomiędzy nimi, natomiast jako źródło światła stosuje się źródło promieniowania elektromagnetycznego emitujące światło w zakresie światła widzialnego wyn oszącego 400-800 nm, ultrafioletu w zakresie 100-400 nm oraz podczerwieni w zakresie od 800-15000 nm, lub jako źródło światła stosuje się detektor promieniowania elektromagnetycznego, korzystnie fotodiodę lub fototranzystor, a strumień światła opuszczający soczewkę wstępną o zmiennej ognisk owej układu optycznego jest równoległy, rozbieżny lub zbieżny, korzystnie w zakresie od -30° do + 30°, a ponadto stosuje się panel soczewek walcowych, którego poszczególne soczewki uniemożliwiają przejście bezpośrednie lub pośrednie odbitego promieniowania z jednej soczewki walcowej do drugiej sąsiadującej z nią soczewki walcowej, znamienny tym, że jako soczewkę wstępną (3) stosuje się soczewkę walcową dwuwypukłą symetryczną i zrównoleglającą wiązkę promieni świetlnych (21) kierowanych na końcowy panelowy zestaw soczewek (4) utworzony z soczewek symetrycznych walcowo-płasko-wypukłych (59), których górne wypukłości (67) usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej (3), a ich dolne płaskie powierzchnie (19) od strony oświetlanego obszaru (68), lub jako soczewkę wstępną (3) stosuje się soczewkę walcowo dwuwypukłą symetryczną, zrównoleglającą wiązkę promieni świetlnych (21) kierowanych na końcowy panelowy zestaw soczewek (4) utworzony z soczewek płasko-walcowych asymetrycznych (70), których górne wypukłości (71) usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej (3), a ich dolne płaskie powierzchnie (19) od strony oświetlanego obszaru (68).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się soczewkowy układ optyczny (1), którego końcowy panelowy zestaw soczewek (4) stanowi panel sferyczny o profilu pięciobocznego pierścienia, utworzony z przylegających do siebie soczewek płasko-walcowych (75).
3. 3. Urządzenie do uzyskiwania jednorodnej wiązki promieniowania elektromagnetycznego o d owolnym kształcie geometrycznym, posiadające układ optyczny, którego źródło światła sztucznego stanowi usytuowana naprzeciw niego wstępna soczewka skupiająca emitowane przez to źródło światła promienie elektromagnetyczne oraz odbierająca te promienie soczewka końcowa lub końcowy panel soczewkowy stanowiący zestaw wielu soczewek końcowych, korzystnie walcowo-płaskich, przy czym źródło światła zamocowane jest w obudowie, zaopatrzonej w boczne prowadnice z zamocowanymi w nich przesuwnie na trzpieniach ramionami, których dolne końce połączone są sztywno z wstępną soczewką skupiającą natomiast jego obudowa połączona jest rozłącznie z korpusem układu planetarnego, połączonego także rozłącznie z segmentem wymiennym, którego dolny koniec w yposażony jest w soczewkę końcową lub końcowy panel soczewkowy, tak że razem mają one możliwość ruchu obrotowego względem obudowy tego urządzenia, przy czym ta soczewka końcowa lub końcowy panel soczewkowy zamocowany jest w segmencie wymiennym pod kątem α = 0°-70° w stosunku do płaskiej powierzchni wstępnej soczewki skupiającej, przy czym korpus ten zaopatrzony jest w układ planetarny umożliwiający zmianę kąta jego położenia, a jego obudowa połączona jest sztywno z nim za pomocą zewnętrznego elementu osłonowego, a ponadto urządzenie według tego wyn alazku stanowi także pojedyncza sekcja LED lub zestaw tych sekcji LED zawierających układy optyczne o niezależnym lub zależnym od siebie skoordynowanym ruchu wahadłowym w wybranym liniowo kierunku wzdłużnym lub poprzecznym w zakresie kątowym 0° do 360° lub też jednocześnie w kierunku wzdłużnym i poprzecznym w zakresie kątowym 0° do 360° oraz zaopatrzone jest korzystnie w przekładnię ślimakową lub/i cięgnową o parametrach dostosowanych do ilości sekcji LED i ich przeznaczenia, służące do regulacji położenia kierunkowego, kątowego i ogniskowej soczewki wstępnej, znamienne tym, że jego układ optyczny (1) stanowi źródło światła sztucznego (2), usytuowana pod nim soczewka wstępna (3), którą stanowi soczewka walcowa, dwuwypukłą i symetryczna oraz usytuowany pod tą soczewką końcowy panel soczewkowy (4) utworzony z soczewek symetrycznych walcowo-płasko-wypukłych (59), których górne wypukłości (67) usytuowane są naprzeciw soczewki wstępnej (3), a ich dolne płaskie powierzchnie (19) od strony oświetlanego obszaru (68), lub ten układ optyczny wyposażony jest w końcowy panel soczewkowy (4) utworzony z soczewek płasko-walcowych asymetrycznych (70), których górne wypukłości (71) usytuowane są również naprzeciw soczewki wstępnej (3), a ich dolne płaskie powierzchnie (19) od strony oświetlanego obszaru (68).

   PL 224 682 B1
4. 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że jego soczewkę końcową (4) stanowi panel sferyczny o profilu wielobocznego pierścienia, utworzony z soczewek płasko-walcowych (75), stykających się ze sobą swymi krawędziami (76) i końcami (77) elementów (78) tego profilu wielobocznego.