DE4240058A1

DE4240058A1 - Light concentrating or deflecting device

Info

Publication number: DE4240058A1
Application number: DE4240058A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Feustle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-11-28
Publication date: 1993-09-16

Abstract

The device uses two flat prisms (3,5) at a constant relative spacing, each having a number of prismatic profiles (4,6). These are aligned so that the incident light is diverged to either side on the exit side of the second prism (5), or so that divergent light is converged into a parallel beam.Each prism (3,5) comprises an optical plate with one flat surface and one profiled surface, their profiled surfaces held at the required spacing via integral spacing pins.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Konzentration oder zur Verteilung von Licht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for concentrating or distributing Light according to the preamble of claim 1.

Seit sehr langer Zeit sind die von Fresnel entwickelten Stufenlinsen bekannt, welche ein großes Öffnungsverhältnis aufweisen und lichtsammelnd wirken. Der in der Mitte gelegene Teil der Fresnel-Linse wird von einer sphärischen oder auch asphärischen dünnen Linse gebildet. Um diesen zentralen Teil sind ringförmige Zonen angebracht. Die ganze Anordnung ist so dimensioniert, daß das Mittelstück und die einzelnen Zonen denselben Brennpunkt und auch fast die gleiche Dicke haben. Ein Hauptan wendungsgebiet der Fresnel-Linsen sind die Beleuchtungsoptik und Scheinwerfer.The Fresnel lens developed by Fresnel has been known for a very long time have a large opening ratio and have a light-collecting effect. The one in the middle part of the Fresnel lens is made of a spherical or aspherical thin lens formed. Ring-shaped zones are attached around this central part. The whole arrangement is dimensioned so that the center piece and the individual Zones have the same focus and almost the same thickness. A principal The area of application for Fresnel lenses is lighting optics and headlights.

Diese bekannten Fresnel-Linsen können zwar zur Konzentration oder zur Verteilung von Licht eingesetzt werden. Bei der Konzentration von Licht weisen sie jedoch den Nachteil auf, daß das senkrecht auf sie auftreffende Licht nur in einem begrenz ten Winkelbereich von der Einfallsrichtung ablenkbar ist und der Brennpunkt oder - bei linear verlaufender Profilierung - die Brennlinie daher einen Mindestabstand von der Linse aufweist. Je näher der Brennpunkt bzw. die Brennlinie an die Linse her anrücken, was durch entsprechende Profilierung der Linse möglich ist, desto größer werden die bei der Brechung entstehenden Verluste. Dies ergibt sich unmittelbar aus den Fresnelschen Gleichungen. Ein streifender oder nahezu streifender Austritt des Lichts nach Durchgang durch die Fresnel-Linse ist demzufolge praktisch nicht realisierbar. Zwischen Linse und Brennpunkt bzw. Brennlinie muß also ein relativ großer Raum freigehalten werden, was in vielen Anwendungsbereichen von Nachteil ist.These known Fresnel lenses can be used for concentration or distribution be used by light. When it comes to the concentration of light, however, they show that Disadvantage that the light incident perpendicular to them is limited only in a th angular range can be deflected from the direction of incidence and the focal point or - with linear profile - the focal line therefore a minimum distance of the lens. The closer the focal point or focal line is to the lens move, what is possible by appropriate profiling of the lens, the greater are the losses incurred in the refraction. This is immediately apparent from the Fresnel equations. A grazing or almost grazing exit of light after passing through the Fresnel lens is therefore practically non-existent realizable. A relative must therefore exist between the lens and the focal point or focal line large space can be kept free, which is disadvantageous in many areas of application is.

Wenn die Fresnel-Linsen als Zerstreuungslinsen eingesetzt werden, weisen sie den hierzu analogen Nachteil auf. Streifend einfallendes Licht kann nicht bzw. nur un ter großen Brechungsverlusten in senkrecht ausfallendes Licht umgewandelt werden. Nutzt man eine bekannte Fresnel-Linse als Lichtkonzentrator, d. h. zur Umwandlung schwachen Lichts auf einer großen Fläche in starkes Licht auf einer kleinen Fläche, wird der Konzentrationsfaktor ebenfalls durch den maximal sinnvollen Brechungs winkel begrenzt.If the Fresnel lenses are used as diverging lenses, they show that analogous disadvantage to this. Grazing incident light can not or only un large refractive losses can be converted into vertically falling light. If a known Fresnel lens is used as a light concentrator, i. H. for conversion weak light on a large area, strong light on a small area, the concentration factor is also determined by the maximum sensible refraction limited angle.

Es stellt sich daher die Aufgabe, die eingangs genannte Vorrichtung so weiterzubil den, daß eine starke Ablenkung der Lichtstrahlen bei wenig Verlusten und damit ein hoher Konzentrationsfaktor ermöglicht wird.It is therefore the task of continuing to train the device mentioned at the outset that a strong deflection of the light rays with little loss and thus a high concentration factor is made possible.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sowie Verwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous configurations and possible uses of the device are the dependent claims.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, daß durch die mindestens zweimalige Brechung die Brechungsverluste auch bei hohem Gesamtbrechungswinkel reduziert werden und somit Konzentrationsfaktoren zwischen 10 und 100 erzielbar sind. Zusätzlich besteht der Vorteil, daß dies durch eine sehr flache Bauweise und bei geringem Gewicht erzielt wird.The invention has the advantage that the at least two refractions the refractive losses are reduced even at a high total refractive angle and thus concentration factors between 10 and 100 can be achieved. In addition there is the advantage that this is due to a very flat design and low weight is achieved.

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin bezeichnen gleiche Bezugs zahlen einander entsprechende Bauteile bzw. Orte. Es zeigen:Some embodiments of the present invention are described below Reference to the drawings explained in more detail. In it denote the same reference pay corresponding components or locations. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einem Solarelement; Fig. 1 shows a cross section through an inventive apparatus in combination with a solar element;

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figure 2 shows a detail from a cross section through another embodiment of an inventive device.

Fig. 3a einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform der erfindungs gemäßen Vorrichtung; FIG. 3a shows a cross section through a different embodiment of the device according to the Invention;

Fig. 3b einen Spiegel zur Verwendung in der Ausführungsform nach Fig. 3a; Figure 3b is a mirror for use in the embodiment of FIG. 3a.

Fig. 4a eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung; FIG. 4a is a top view of an inventive device;

Fig. 4b einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 4a; FIG. 4b shows a longitudinal section through the apparatus of Fig. 4a;

Fig. 4c einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 4a; Fig. 4c shows a cross section through the apparatus of Fig. 4a;

Fig. 5a, b, c, d, e Ausschnitte aus Querschnitten von alternativen Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung. Fig. 5a, b, c, d, e sections of cross sections of alternative embodiments of the present invention.

Fig. 1 gibt einen Überblick über den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie einen Hinweis auf ihre Verwendung als Lichtkonzentrator vor einem Solarelement. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer ersten, flächigen Pris menanordnung 3, welche aus einer Vielzahl, im wesentlichen prismatischer Profile 4 aufgebaut ist. Diese prismatischen Profile 4 sind so angeordnet, daß sie eine gemeinsame glatte Oberfläche 9 bilden, von welcher, im Querschnitt gesehen, im wesentlichen dreieckige Profile 4 hervorstehen. Der Querschnitt der Prismenan ordnung 3 ist in allen zu der gezeigten Schnittebene parallelen Schnittebenen im wesentlichen gleich, d. h. daß sich jedes der prismatischen Profile 4 über die gesamte Länge der Vorrichtung 1 erstreckt. Gegenüber dieser ersten Prismenanordnung 3 befindet sich eine zweite, gleichartige Prismenanordnung 5, welche aus gleichartigen prismatischen Profilen 6 aufgebaut ist, die ebenfalls eine glatte Außenseite 10 und eine im Querschnitt aus Dreiecken bestehende Innenseite 13 aufweist. Beide Pris menanordnungen 3 und 5 sind so zusammengesetzt, daß ihre glatten Oberflächen 9 und 10 nach außen weisen und die profilierten Innenseiten 12 und 13 einander zugewandt sind. Zwischen den beiden Prismenanordnungen 3 und 5 befindet sich ein Spalt 11. In dem in Fig. 1 dargestellten Fall, bei dem sich die Prismenan ordnungen 3 und 5 nicht unmittelbar berühren, sind Abstandshalter 14 vorgesehen, durch die ein konstanter Abstand der beiden Prismenanordnungen 3 und 5 über deren gesamte Fläche gewährleistet ist. Diese Abstandshalter 14 können als Stifte oder Lamellen ausgebildet sein. Zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist in Fig. 1 deren Anwendung als Lichtkonzentrator vor zwei Solarelementen 23 dargestellt. Das von oben, im wesentlichen senkrecht (Pfeil 17), auf die Vorrichtung 1 treffende Licht 2 wird durch diese Vorrichtung 1 in zwei Teilbündel 18 und 19 zerlegt, welche die untere Außenseite 10 der Vorrichtung 1 unter einem flachen Win kel verlassen. Hierbei tritt ein Konzentrationseffekt ein, dessen Größe vom Winkel zwischen der Einfallsrichtung 17 des Lichts 2 und den Ausfallsrichtungen 18 und 19 des die Vorrichtung verlassenden Lichts 2′ abhängt. Das so konzentrierte Licht 2′ kann in den nachgeschalteten Solarelementen 23 beispielsweise elektrischen Strom erzeugen. Diese Solarelemente 23 werden vorzugsweise durch Kühlelemente 25, wel che auf der Rückseite der Solarelemente 23 angeordnet sind, gekühlt. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Solarelemente 23 im optimalen Bereich gehalten. Fig. 1 gives an overview of the basic structure of the device according to the invention and an indication of its use as a light concentrator in front of a solar element. The device 1 consists of a first, flat Pris menanordnung 3 , which is constructed from a variety of substantially prismatic profiles 4 . These prismatic profiles 4 are arranged in such a way that they form a common smooth surface 9 , from which, seen in cross section, project essentially triangular profiles 4 . The cross section of the prism arrangement 3 is essentially the same in all the cutting planes parallel to the cutting plane shown, ie that each of the prismatic profiles 4 extends over the entire length of the device 1 . Opposite this first prism arrangement 3 there is a second, similar prism arrangement 5 , which is constructed from similar prismatic profiles 6 , which likewise has a smooth outside 10 and an inside 13 consisting of triangles in cross section. Both prism arrangements 3 and 5 are composed so that their smooth surfaces 9 and 10 face outwards and the profiled insides 12 and 13 face each other. There is a gap 11 between the two prism arrangements 3 and 5 . In the case shown in FIG. 1, in which the prism arrangements 3 and 5 do not touch directly, spacers 14 are provided, by means of which a constant distance between the two prism arrangements 3 and 5 is ensured over their entire surface. These spacers 14 can be designed as pins or lamellae. In addition to the device 1 according to the invention, its use as a light concentrator in front of two solar elements 23 is shown in FIG. 1. The from above, substantially perpendicular (arrow 17 ), the device 1 light 2 is broken down by this device 1 into two sub-bundles 18 and 19 , which leave the lower outside 10 of the device 1 under a flat angle. Here, a concentration effect occurs, the size of which depends on the angle between the direction of incidence 17 of the light 2 and the directions of failure 18 and 19 of the light 2 'leaving the device. The light 2 'concentrated in this way can generate, for example, electrical current in the downstream solar elements 23 . These solar elements 23 are preferably cooled by cooling elements 25 , which are arranged on the back of the solar elements 23 . As a result, the efficiency of the solar elements 23 is kept in the optimal range.

Das Funktionsprinzip der vorliegenden Erfindung wird anhand von Fig. 2, welche einen Ausschnitt aus einem Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Vor richtung 1 darstellt, näher beschrieben. Einer ersten Prismenanordnung 3, welche im wesentlichen den gleichen Aufbau hat wie die Prismenanordnung 3 aus Fig. 1, steht eine zweite gleichartige Prismenanordnung 5 gegenüber. Die relative Stel lung der zweiten Prismenanordnung 5 zur ersten Prismenanordnung 3 ist jedoch gegenüber der in Fig. 1 dargestellten Stellung nach oben und links verschoben, so daß die prismatischen Profile 4 und 6 an ihren Dreiecksspitzen aufeinander aufliegen und keine Abstandshalter 14 erforderlich sind.The principle of operation of the present invention is described in more detail with reference to FIG. 2, which shows a section of a cross section of another embodiment of the device 1 . A first prism arrangement 3 , which has essentially the same structure as the prism arrangement 3 from FIG. 1, is opposed by a second identical prism arrangement 5 . The relative Stel development of the second prism arrangement 5 to the first prism arrangement 3 is, however, shifted upwards and to the left relative to the position shown in FIG. 1, so that the prismatic profiles 4 and 6 rest on one another at their triangular tips and no spacers 14 are required.

Das auf der einen Seite 20 der Vorrichtung 1 etwa senkrecht (Pfeil 17) auf die Vor richtung 1 auftreffende Licht 2 tritt durch die obere Außenseite 9 der ersten Prismen anordnung 3 senkrecht hindurch, ohne gebrochen zu werden. Dieses Licht gelangt sodann zur Grenzfläche 7 zwischen einem prismatischen Profil der ersten Prismen anordnung 3 und dem Luftspalt 11. Da die Grenzfläche 7 gegenüber der Außenseite 9 der ersten Prismenanordnung 3 geneigt ist, findet an dieser Grenzfläche 7 eine Brechung statt. Die Richtung dieser Brechung erfolgt wegen der geringeren opti schen Dichte der Luft im Spalt 11, verglichen mit der optischen Dichte der ersten Prismenanordnung 3, vom Einfallslot weg. Das gebrochene Licht durchläuft sodann den Spalt 11 und gelangt dann zur Innenseite 13 der zweiten Prismenanordnung 5 auf eines deren prismatischer Profile 6. An dieser Grenzfläche findet entweder keine Brechung statt, wenn das Licht senkrecht auf diese Grenzfläche auftrifft, oder nur eine geringe Brechung zum Einfallslot hin, wenn das Licht unter einem leichten Winkel auf diese Grenzfläche auftrifft. Nach Durchtritt durch diese Grenzfläche 13 durchläuft das Licht eines der prismatischen Profile 6 der zweiten Prismenanord nung 5 und trifft schließlich unter einem Winkel auf deren Außenseite 10. Aufgrund dieses Winkels und des Unterschieds in der optischen Dichte zwischen der zweiten Prismenanordnung 5 und der umgebenden Luft findet hier nochmalige Brechung statt. Diese nochmalige Brechung erfolgt ebenfalls weg vom Einfallslot und damit in der gleichen Richtung wie die erste Brechung an der Grenzfläche 7. Das Licht 2′ verläßt die Vorrichtung in der durch den Pfeil 18 dargestellten Richtung, also unter einem sehr flachen Winkel zur Außenseite 10 bzw. gegenüber der Einfallsrich tung 17 um nahezu 90° gedreht. Durch die mindestens zweimalige Brechung an den Grenzflächen 7 und 8 erfolgt diese Umlenkung in zwei Schritten, wodurch sich gemäß den Fresnelschen Gleichungen die Verluste in Grenzen halten.The on one side 20 of the device 1 is approximately perpendicular (arrow 17) on the front of apparatus 1 incident light 2 passes through the upper outside 9 of the first prism arrangement 3 perpendicularly through, without being broken. This light then reaches the interface 7 between a prismatic profile of the first prism arrangement 3 and the air gap 11 . Since the interface 7 is inclined with respect to the outside 9 of the first prism arrangement 3 , refraction takes place at this interface 7 . The direction of this refraction takes place because of the lower optical density of the air in the gap 11 , compared to the optical density of the first prism arrangement 3 , away from the incidence. The refracted light then passes through the gap 11 and then reaches the inside 13 of the second prism arrangement 5 on one of its prismatic profiles 6 . At this interface, there is either no refraction when the light strikes this interface perpendicularly, or only a small refraction towards the incident perpendicular if the light strikes this interface at a slight angle. After passing through this interface 13 , the light passes through one of the prismatic profiles 6 of the second prism arrangement 5 and finally hits the outside 10 at an angle. Because of this angle and the difference in the optical density between the second prism arrangement 5 and the surrounding air, refraction takes place here again. This repeated refraction also takes place away from the incoming perpendicular and thus in the same direction as the first refraction at the interface 7 . The light 2 'leaves the device in the direction shown by the arrow 18 , that is at a very shallow angle to the outside 10 or relative to the direction of incidence 17 rotated by almost 90 °. Due to the at least two refractions at the interfaces 7 and 8 , this deflection takes place in two steps, as a result of which the losses are kept within limits in accordance with the Fresnel equations.

In analoger Weise, jedoch im umgekehrten Drehsinn, werden die Lichtstrahlen des einfallenden Lichts 2 gebrochen, welche an der Innenseite 12 der ersten Prismenan ordnung 3 auf die andere Seite des Profils 4 treffen, welche im Winkel zu der eben beschriebenen Seite des Profils 4 steht. Diese Lichtstrahlen verlassen die Vorrich tung an ihrer Unterseite 21 unter dem gleichen Winkelbetrag zur Einfallsrichtung 17, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, also in Ausfallsrichtung 19.In an analogous manner, but in the opposite direction of rotation, the light rays of the incident light 2 are refracted, which meet on the inside 12 of the first prism arrangement 3 on the other side of the profile 4 , which is at an angle to the side of the profile 4 just described. These light rays leave the Vorrich device on its underside 21 at the same angle to the direction of incidence 17 , but with the opposite sign, ie in the direction of failure 19th

Bei breiter Bauart der Vorrichtung 1, wenn also die Prismenanordnungen 3 und 5 viele nebeneinander stehende Profile 4 und 6 enthalten, ist trotz eines flachen Ausfallswinkels der in den Richtungen 18 und 19 verlaufenden Teilstrahlen die sich ergebende Fläche zur Sammlung des gesamten konzentrierten Lichts noch zu groß. Diesem Nachteil kann mit Hilfe eines Spiegels 22, wie er in Fig. 3a in Verbindung mit der Vorrichtung 1 dargestellt ist, abgeholfen werden. Der Spiegel 22 ist im Abstand von der Außenseite 10 der zweiten Prismenanordnung 5 angeordnet und reflektiert den nicht unmittelbar auf die Solarzellen 23 fallenden Teil des konzen trierten Lichts 2′, so daß auch dieser Anteil des konzentrierten Lichts schließlich den Solarzellen 23 zugeführt wird. In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in Fig. 3b dargestellt ist, ist der Spiegel 22 mit vertikal nach oben stehenden Stegen 24 versehen.With a wide construction of the device 1 , that is to say if the prism arrangements 3 and 5 contain a large number of profiles 4 and 6 standing next to one another, the resulting area is still too large to collect all the concentrated light, despite a flat angle of reflection of the partial beams extending in the directions 18 and 19 . This disadvantage can be remedied with the aid of a mirror 22 , as shown in FIG. 3a in connection with the device 1 . The mirror 22 is arranged at a distance from the outside 10 of the second prism arrangement 5 and reflects the part of the concentrated light 2 'not directly falling on the solar cells 23 ', so that this portion of the concentrated light is finally supplied to the solar cells 23 . In an alternative embodiment, as shown in FIG. 3b, the mirror 22 is provided with webs 24 standing vertically upwards.

In Fig. 4a ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dargestellt, also eine Ansicht aus der Richtung 17 des auftreffenden Lichts 2. Die Einzelteile der Vorrichtung 1 sind in einem Rahmen 25 gehaltert. Die ebene Oberfläche 9 der ersten Prismenanordnung 3 zeigt nach oben und wird von dem einfallenden Licht beleuch tet. Die Fig. 4b und 4c zeigen einen Längs- bzw. einen Querschnitt durch die in Fig. 4a dargestellte Vorrichtung. Unterhalb der aus den beiden Prismenanord nungen 3 und 5 bestehenden Vorrichtung ist ein Spiegel 22 mit Zwischenstegen 24 angeordnet. Das von der Vorrichtung 1 konzentrierte Licht wird entweder unmittel bar aus der zweiten Prismenanordnung 5 oder über diesen Spiegel 22 dem Lichtkanal 26 oder dem Lichtleiter 27 zugeführt und von dort beispielsweise einem Solarelement 23 zugeleitet.In Fig. 4a is a top view is shown of an inventive device 1, which is a view from the direction 17 of the incident light 2. The individual parts of the device 1 are held in a frame 25 . The flat surface 9 of the first prism arrangement 3 points upwards and is illuminated by the incident light. Figs. 4b and 4c show a longitudinal and a cross section through the in Fig. 4a illustrated apparatus. Below the device consisting of the two prism arrangements 3 and 5 , a mirror 22 with intermediate webs 24 is arranged. The light concentrated by the device 1 is fed either directly from the second prism arrangement 5 or via this mirror 22 to the light channel 26 or the light guide 27 and from there, for example, to a solar element 23 .

In Fig. 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Gestaltung und relativen Anordnung der beiden Prismenanordnungen 3 und 5 dargestellt.In Fig. 5 different embodiments of the design and relative arrangement are shown of the two prism arrangements 3 and 5.

Fig. 5a zeigt einen Ausschnitt aus der in den Fig. 1 und 3a dargestellten An ordnung. Die zweite Prismenanordnung 5 ist hierbei gegenüber der ersten Pris menanordnung 3 seitlich und nach unten verschoben, wodurch sich die beiden Pris menanordnungen 3 und 5 nicht mehr unmittelbar berühren. Der Abstand zwischen den beiden Prismenanordnungen wird durch stiftförmige Abstandshalter 14, welche einstückig mit der zweiten Prismenanordnung 5 verbunden sind, gehalten. Die In nenseiten 12 und 13 der Profile 4 und 6 der beiden Prismenanordnungen 3 und 5 sind nicht mehr rein prismatisch ausgebildet, sondern jede Profilfläche ist im Quer schnitt konvex. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auch nicht exakt senkrecht einfallendes Licht 2 die Vorrichtung 1 in nahezu gleicher Weise verläßt, wie das genau senkrecht einfallende Licht 2. Die konvexen Grenzflächen haben also eine korrigierende Wirkung. Fig. 5a shows a section of the arrangement shown in Figs. 1 and 3a. The second prism arrangement 5 is shifted laterally and downwards relative to the first prism arrangement 3 , as a result of which the two prism arrangements 3 and 5 no longer touch directly. The distance between the two prism arrangements is held by pin-shaped spacers 14 , which are integrally connected to the second prism arrangement 5 . In the inside 12 and 13 of the profiles 4 and 6 of the two prism assemblies 3 and 5 are no longer purely prismatic, but each profile surface is convex in cross section. This results in the advantage that not exactly perpendicular incident light 2 leaves the device 1 in virtually the same manner as the exactly perpendicular incident light. 2 The convex interfaces therefore have a corrective effect.

Eine weitere Verbesserung wird durch die in Fig. 5b dargestellte Anordnung erzielt, bei der die zweite Prismenanordnung 5 eine weitere Schicht 15 aus einem Material unterschiedlicher optischer Dichte enthält und die Grenzfläche 16 zwischen der zwei ten Prismenanordnung 5 und dieser weiteren Schicht 15 im Bereich jedes Profilpaars 4/6 linsenförmig ausgebildet ist. Dabei ist diese linsenförmige Ausbildung, bezogen auf die weitere Schicht 15 in Fig. 5b konkav und in Fig. 5c konvex dargestellt.A further improvement is achieved by the arrangement shown in Fig. 5b, in which the second prism arrangement 5 contains a further layer 15 made of a material of different optical density and the interface 16 between the two th prism arrangement 5 and this further layer 15 in the area of each profile pair 4/6 is lenticular. This lenticular design is concave in relation to the further layer 15 in FIG. 5b and convex in FIG. 5c.

Die in den Fig. 5a und 5b gezeigten Ausführungsbeispiele sind insbesondere bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung als Lichtkonzentrator vor einem Solarelement von Vorteil, wenn diese Konzentratoranordnung dem Sonnenstand nachgeführt werden muß. Durch die korrigierende Wirkung der linsenartigen Grenzflächen wird eine relativ unkritische Nachführung der Gesamtanlage zum Son nenstand ermöglicht, z. B. mittels einer billigen, ruckweise arbeitenden Nachstellvor richtung. Gleichzeitig werden auch durch Winddruck oder thermische Ausdehnung verursachte Verschiebungen korrigiert.The exemplary embodiments shown in FIGS. 5a and 5b are particularly advantageous when the present invention is used as a light concentrator in front of a solar element if this concentrator arrangement must track the position of the sun. Due to the corrective effect of the lens-like interfaces, a relatively uncritical tracking of the entire system to the sun is possible, z. B. by means of a cheap, jerky Nachstellvor direction. At the same time, shifts caused by wind pressure or thermal expansion are also corrected.

Eine weitere alternative Ausführungsform der beiden Prismenanordnungen 3 und 5 ist in Fig. 5d dargestellt. Bei dieser Ausführungsform liegen beide Prismenan ordnungen 3 und 5 unmittelbar aufeinander, es sind also keine Abstandshalter 14 erforderlich.Another alternative embodiment of the two prism arrangements 3 and 5 is shown in FIG. 5d. In this embodiment, both Prismsan orders 3 and 5 lie directly on top of each other, so no spacers 14 are required.

Fig. 5e zeigt schließlich eine weitere alternative Ausführungsform, bei welcher die beiden Prismenanordnungen 3 und 5 ebenfalls unmittelbar aufeinander liegen, also keine Abstandshalter 14 erforderlich sind. Diese Ausführungsform ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß das gesamte einfallende Licht 2 in eine Richtung 18 gebrochen wird, was durch eine geeignete Ausgestaltung und relative Anordnung der beiden Prismenanordnungen 3 und 5 erzielt wird.Finally, FIG. 5e shows a further alternative embodiment, in which the two prism arrangements 3 and 5 also lie directly on top of one another, that is to say no spacers 14 are required. This embodiment is particularly characterized in that the entire incident light 2 is refracted in one direction 18 , which is achieved by a suitable configuration and relative arrangement of the two prism arrangements 3 and 5 .

Die Erfindung wurde in der voranstehenden Beschreibung in ihrer Verwendung als Lichtkonzentrator beschrieben. Dabei kann das konzentrierte Licht beispielsweise Solarelementen 23 oder Lichtkanälen 26 bzw. Lichtleitern 27 zugeleitet werden oder aber auch anderen Vorrichtungen, bei welchen eine hohe Lichtintensität vorteilhaft ist.The invention has been described in the above description in its use as a light concentrator. The concentrated light can be supplied, for example, to solar elements 23 or light channels 26 or light guides 27 or else to other devices in which a high light intensity is advantageous.

Aufgrund der generellen Umkehrbarkeit des Lichtwegs läßt sich die vorab beschrie bene Vorrichtung 1 jedoch auch als Lichtverteiler verwenden. In diesem Fall befinden sich anstelle der Lichtkanäle 26, Lichtleiter 27 oder Solarelemente 23 Lichtquellen und das Licht tritt aus der Vorrichtung 1 in umgekehrter Richtung des Pfeils 17 aus. Seine Intensität ist, verglichen mit der Ursprungsintensität an der Lichtquelle, um den Konzentrationsfaktor der Vorrichtung geringer. Das austretende Licht 2 kann beispielsweise zu Beleuchtungszwecken, insbesondere als Hintergrundbeleuch tung für eine Flüssigkristallanzeige, verwendet werden. Von besonderem Vorteil, speziell für diese Anwendung, ist die flache Bauweise, welche durch den starken Ablenkungswinkel der eintretenden zu den austretenden Lichtstrahlen ermöglicht wird.Due to the general reversibility of the light path, the device 1 described above can also be used as a light distributor. In this case there are light sources instead of the light channels 26 , light guides 27 or solar elements 23 and the light emerges from the device 1 in the reverse direction of the arrow 17 . Its intensity is lower by the concentration factor of the device compared to the original intensity at the light source. The emerging light 2 can be used, for example, for lighting purposes, in particular as a backlighting device for a liquid crystal display. Of particular advantage, especially for this application, is the flat design, which is made possible by the strong deflection angle of the incoming and outgoing light beams.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Lichtverteiler wird diese als Bildschirm verwendet, welcher von der Seite 20 der steil aus der Vorrichtung 1 austretenden Lichtstrahlen 2 zu betrachten ist. Das Bild wird durch Lichtquellen erzeugt, welche im Bereich der flach zu der Vorrichtung 1 verlaufenden Lichtstrahlen 2′ angeordnet sind. Diese Lichtquellen können beispielsweise einzelne oder als lineares Array angeordnete lichtemittierende Dioden sein. Zur Verteilung des Lichts von den Lichtquellen auf die Vorrichtung 1 können mechanische oder elektronische Lichtablenkvorrichtungen eingesetzt werden.In a further embodiment of the present invention as a light distributor, this is used as a screen, which can be viewed from the side 20 of the light beams 2 emerging steeply from the device 1 . The image is generated by light sources which are arranged in the region of the light beams 2 'running flat to the device 1 '. These light sources can be, for example, individual light-emitting diodes or arranged as a linear array. Mechanical or electronic light deflection devices can be used to distribute the light from the light sources to the device 1 .

Claims

1. Device ( 1 ) for concentrating or distributing light ( 2 , 2 ') using a first, flat prism arrangement ( 3 ) from many, in essence we prismatic profiles ( 4 ), characterized in that this first prism arrangement ( 3 ) at least one second, similar prism arrangement ( 5 ) faces at a constant distance, each profile ( 4 ) of the first prism arrangement ( 3 ) is assigned a profile ( 6 ) of the second prism arrangement ( 5 ) and by the design and arrangement of the prismatic profiles ( 4 , 6 ) each light beam passing through the device ( 2 , 2 ') at least two interfaces ( 7 , 8 ) at the outlet of the two prism assemblies ( 3 , 5 ) is broken in the same direction and the device ( 1 ) at an acute angle to Leaves level of the second prism arrangement ( 5 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the value of the Angle is between 70 ° and 90 °.

3. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the two prism assemblies ( 3 , 5 ) are integrally and plat ten-shaped.

4. The device according to claim 3, characterized in that the one on the opposite sides ( 9, 10 ) of both prism assemblies ( 3 , 5 ) form smooth surfaces.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the prism assemblies ( 3 , 5 ) consist of a material which is optically more dense than the environment and as the gap formed between them ( 11 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the prismatic profiles ( 4 , 6 ) have a substantially triangular cross section.

7. The device according to claim 6, characterized in that the mutually facing surfaces ( 12 , 13 ) of the prismatic profiles ( 4 , 6 ) are rounded lens-shaped in cross section.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the prismatic profiles ( 4 , 6 ) significantly exceeds their cross-sectional dimensions.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the gap ( 11 ) between the two prism assemblies ( 3 , 5 ) spacers ( 14 ) are present.

10. The device according to claim 9, characterized in that the spacers ( 14 ) pin or lamellar and with one of the prism assemblies ( 5 ) are made in one piece.

11. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the prism arrangements ( 5 ) contains a further layer ( 15 ) made of a material of different optical density and the interface ( 16 ) between this prism arrangement ( 5 ) and the further layer ( 15 ) in the area of each pair of profiles ( 4 , 6 ) is lenticular.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the design and arrangement of the prismatic profiles ( 3 , 5 ) on one side ( 20 ) of the device ( 1 ) substantially perpendicular to this direction of light propagation ( 17 ) is divided into two mirror-symmetrical partial directions ( 18 , 19 ) on the other side ( 21 ) of the device ( 1 ).

13. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that by the design and arrangement of the prismatic profiles ( 4 ', 6 ') on one side ( 20 ) of the device ( 1 ) substantially perpendicular to this direction of light propagation ( 17 ) in one on the other side ( 21 ) of the device ( 1 ) and this flat direction of propagation ( 18 ') is transferred.

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the side ( 21 ) of the flat from the device ( 1 ) emerging light rays ( 2 ') a mirror ( 22 ) is arranged at a constant distance from this side ( 21 ) .

15. Device according to one of the preceding claims in use as a light concentrator in front of a solar cell, which is arranged in the area of the flat from the device ( 1 ) emerging light rays ( 2 ').

16. Device according to one of claims 1 to 14 in use as a backlighting device for a display, which is arranged in the area of the steeply emerging from the device ( 1 ) light rays ( 2 ), in the area of the flat to the device ( 1 ) Light rays ( 2 ') at least one lighting fixture is arranged.

17. Device according to one of claims 1 to 14, in use as a screen, which is to be viewed from the side ( 20 ) of the light rays ( 2 ) emerging steeply from the device ( 1 ), in the area of the flat to the device ( 1 ) extending light beams ( 2 ') light sources and Lichta deflection devices are arranged.