СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ

1. Устройство, содержащее:
1
2
первый тороидальный лучепровод (40), имеющий ось вращения (z, 20) и тороидальный входной зрачок (T), предназначенный для отображения излучения от неточечного источника, которое падает на входной зрачок под углом к оси вращения от 40 до 140°, при этом указанный первый тороидальный лучепровод имеет первую оптическую поверхность (Т), лежащую напротив входного зрачка; и
3
4
второй лучепровод (42), также имеющий ось вращения и вторую оптическую поверхность (Т), расположенную рядом с первой оптической поверхностью, и выходной зрачок (Т), расположенный напротив второй оптической поверхности,
при этом первый и второй лучепроводы выполнены так, чтобы, по существу, отображать входной зрачок на выходной зрачок.
2. Устройство по п.1, в котором указанный угол составляет от 45 до 135°.
3. Устройство по п.1, в котором поверхность (М) первого тороидального лучепровода, внешняя по отношению к оси вращения, включает отражающую поверхность.
4. Устройство по п.1, в котором указанный тороидальный входной зрачок содержит первый входной зрачок, а первая оптическая поверхность расположена рядом с первой частью второй оптической поверхности, при этом устройство дополнительно содержит:
третий тороидальный лучепровод (48), также имеющий ось вращения, и второй тороидальный входной зрачок, предназначенный для отображения излучения от неточечного источника, которое падает на второй входной зрачок под углом к оси вращения от 40 до 140°, при этом указанный третий тороидальный лучепровод имеет третью оптическую поверхность, лежащую напротив второго входного зрачка, причем третий тороидальный лучепровод расположен внутри первого тороидального лучепровода.
5. Устройство по п.4, также содержащее неточечный источник, который включает источник (22) света, расположенный вдоль оси вращения так, что свет, испускаемый непосредственно источником, падает на входной зрачок под углом к оси вращения от 40 до 140°, а ось вращения включает оптическую ось системы устройства.
6. Устройство по п.5, в котором:
первый входной зрачок выполнен с возможностью направления, по существу, всего света, падающего на него от источника света, в первый тороидальный лучепровод и на первую оптическую поверхность; и
второй входной зрачок выполнен с возможностью направления, по существу, всего света, падающего на него от источника света, в третий тороидальный лучепровод и на третью оптическую поверхность,
при этом первый и второй лучепроводы выполнены так, что в любой радиальной плоскости входной зрачок отображает падающее излучение в промежуточное изображение, по существу, между первой и второй оптическими поверхностями, а первая и вторая оптические поверхности совместно отображают входной зрачок на выходной зрачок.
7. Устройство по п.1, в котором первый тороидальный лучепровод и второй тороидальный лучепровод выполнены из одинакового оптического материала с показателем преломления приблизительно от 1,3 до 1,7.
8. Устройство по п.7, в котором указанный одинаковый оптический материал выбран из группы, включающей сополимер циклического олефина, полиметилметакрилат, поликарбонат и полистирол.
9. Устройство по п.1, также содержащее неточечный источник, который включает источник света, расположенный вдоль оси вращения так, что свет, испускаемый непосредственно источником, падает на входной зрачок под углом к оси вращения от 40 до 140°, при этом ось вращения включает оптическую ось системы устройства.
10. Устройство по п.7, в котором источник света расположен между отражающей поверхностью (52) и, по существу, полусферическим куполом (50, 50'), который обращен к входному зрачку.
11. Устройство по п.10, в котором по меньшей мере или купол, или входной зрачок содержит четвертую оптическую поверхность (51').
12. Устройство по п.11, в котором четвертая оптическая поверхность и первая оптическая поверхность выполнены с возможностью формирования промежуточного изображения источника света в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы и расположенной рядом с первой оптической поверхностью.
13. Устройство по п.1. в котором первый и второй лучепроводы выполнены так, что, по существу, отображают в каждой радиальной плоскости падающее излучение в промежуточное изображение (604), промежуточное изображение - в изображение (22'), а входной зрачок - на выходной зрачок.
14. Устройство по п.7, в котором первый тороидальный лучепровод выполнен с возможностью перенаправления, по существу, всего света, падающего на входной зрачок от источника света, на первую оптическую поверхность.
15. Устройство по п.7, в котором первый и второй тороидальные лучепроводы выполнены с возможностью преобразования, по существу, однородного кругового освещения от источника света, по существу, в однородное прямолинейное освещение в выходном зрачке.
16. Устройство по п.1, также содержащее линзу (46) Френеля, центрированную относительно оси вращения.
17. Устройство по п.16, в котором наружные части линзы Френеля расположены рядом со второй оптической поверхностью.
18. Устройство по п.1, в котором второй лучепровод является тороидальным лучепроводом, а первая оптическая поверхность, вторая оптическая поверхность, входной зрачок и выходной зрачок являются асферическими в радиальном поперечном сечении.
19. Способ, включающий:
испускание излучения протяженным источником (22), расположенным вдоль оптической оси (z, 20), под углом от 40 до 140° относительно оптической оси;
1
прием испускаемого излучения во входном зрачке (T, 602) лучепроводного устройства (40, 42, 46, 48, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 50, 52, 1206, 1208, 1210), обладающего круговой симметрией относительно оптической оси;
4
перенаправление принятого излучения через лучепроводное устройство в выходной зрачок (Т, 608) в среднем направлении, по существу, параллельном оптической оси;
при этом первый и второй лучепроводы выполнены так, что входной зрачок, по существу, отображается на выходной зрачок.
20. Способ по п.19, в котором принятое излучение включает свет, имеющий, по существу, однородное круговое распределение, а перенаправленное излучение включает перенаправленный свет в выходном зрачке, являющийся, по существу, однородным и прямолинейным.
21. Способ по п.19, в котором указанный угол составляет от 45 до 135°.
2
3
22. Способ по п.19, в котором указанное лучепроводное устройство с круговой симметрией содержит первую (Т) и вторую (Т) оптические поверхности, расположенные между входным зрачком и выходным зрачком и формирующие промежуточное изображение (604) из принятого света.
23. Способ по п.22, в котором указанное лучепроводное устройство с круговой симметрией содержит первый тороидальный лучепровод (40) и второй лучепровод (42, 1210), расположенные оптически последовательно друг за другом, при этом первый тороидальный лучепровод имеет входной зрачок и первую оптическую поверхность, а второй лучепровод имеет выходной зрачок и вторую оптическую поверхность.
24. Способ по п.23, в котором указанное лучепроводное устройство с круговой симметрией также содержит третий тороидальный лучепровод (48), расположенный оптически последовательно со вторым лучепроводом (42) и параллельно первому тороидальному лучепроводу (40), при этом указанный третий тороидальный лучепровод имеет другой входной зрачок.
25. Способ по п.23, в котором поверхность (М) первого тороидального лучепровода, внешняя по отношению к оптической оси, включает отражающую поверхность.
26. Способ по п.24, в котором излучение включает свет и в котором перенаправление принятого света через указанное лучепроводное устройство с круговой симметрией включает:
направление, по существу, всего света, падающего из источника на входной зрачок первого тороидального лучепровода, через первый тороидальный лучепровод и на первую оптическую поверхность; и
направление, по существу, всего света, падающего из источника на другой входной зрачок третьего тороидального лучепровода, через третий тороидальный лучепровод и на третью оптическую поверхность.
27. Способ по п.23, в котором испускание излучения источником включает распространение излучения через, по существу, полусферический купол (50, 52), который обращен к входному зрачку.
28. Способ по п.27, в котором по меньшей мере или купол, или входной зрачок включает четвертую оптическую поверхность (51').
29. Способ по п.28, в котором четвертая оптическая поверхность и первая оптическая поверхность выполнены с возможностью формирования промежуточного изображения источника в плоскости, перпендикулярной оптической оси и расположенной рядом с первой оптической поверхностью.
30. Способ по п.29, в котором второй лучепровод содержит пятую оптическую поверхность, расположенную напротив второй оптической поверхности.
31. Способ по п.23, в котором второй лучепровод представляет собой тороидальный лучепровод.
32. Устройство, содержащее:
по меньшей мере один лучепровод (40, 42, 46, 48, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 50, 52, 1206, 1208, 1210), по существу, осесимметричный относительно оси (z, 20);
при этом указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен с возможностью, по существу, отображения по меньшей мере части лучей, которые испускаются неточечным объектом (22) по направлению к входному зрачку (602) указанного по меньшей мере одного лучепровода, в изображение (22');
и в каждой отдельной плоскости поперечного сечения, которая включает указанную ось и часть входного зрачка, указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен с возможностью отображения отдельного подмножества лучей, которые испускаются неточечным объектом вдоль отдельной плоскости поперечного сечения по направлению к части входного зрачка, которая находится в этой отдельной плоскости поперечного сечения и с одной стороны от оси, в промежуточное изображение (604) в этой отдельной плоскости поперечного сечения,
и также с возможностью, по существу, отображения по меньшей мере части лучей от промежуточного изображения в изображение поперечного сечения в плоскости поперечного сечения, при этом изображение поперечного сечения, по существу, совпадает с поперечным сечением изображения в указанной отдельной плоскости поперечного сечения, так что два указанных промежуточных изображения двух различных отдельных плоскостей поперечного сечения не пересекаются.
33. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что ни один луч из отдельного подмножества лучей не пересекает ось между указанным поперечным сечением входного зрачка и поперечным сечением выходного зрачка (608) указанного по меньшей мере одного лучепровода, который находится в той же самой половине отдельной плоскости поперечного сечения относительно оси, что и указанное сечение входного зрачка.
34. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен с возможностью, по существу, отображения входного зрачка на выходной зрачок на каждой из полуплоскостей поперечного сечения, разделенных указанной осью.
35. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен с возможностью, по существу, отображения всех лучей, которые испускаются неточечным объектом по направлению к входному зрачку указанного по меньшей мере одного лучепровода, в указанное изображение.
36. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что сопряженные точки во входном зрачке и в выходном зрачке пространственно отстоят от указанной оси, по существу, на равное расстояние.
37. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что любая точка, которая, по существу, отображается неточечным объектом в указанное изображение, формирует на изображении такое пятно, что его среднеквадратичный размер, по существу, меньше, чем средний диаметр изображения.
38. Устройство по п.37, в котором среднеквадратичный размер пятна меньше одной четверти от среднего диаметра изображения.
39. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что среднее расстояние от неточечного объекта до входного зрачка, по существу, превышает среднее расстояние от неточечного объекта до оси.
40. Устройство по п.39, в котором указанное среднее расстояние от неточечного объекта до входного зрачка превышает среднее расстояние от неточечного объекта до оси по меньшей мере в три раза.
41. Устройство по п.32, в котором лучи представляют собой лучи электромагнитного излучения с длинами волн от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра.
42. Устройство по п.41, в котором лучи электромагнитного излучения представляют собой лучи, испускаемые светодиодом.
43. Устройство по п.32, которое является осветительным компонентом системы (58) формирования изображения.
44. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что по меньшей мере одна линия между входным зрачком и точкой на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта, образует с указанной осью угол больше 35°.
45. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что каждая линия между входным зрачком и точкой на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта, образует с указанной осью угол больше 30°.
46. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что изменяет направление распространения по меньшей мере части лучей последовательно по меньшей мере в трех отдельных местах для каждого луча.
47. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что последовательно изменяет направление распространения по меньшей мере части лучей не более, чем в пяти отдельных местах для каждого луча.
48. Устройство по п.32, в котором указанный по меньшей мере один лучепровод выполнен так, что входной зрачок охватывает телесный угол по меньшей мере 0,1 стерадиан относительно точки на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта.
49. Устройство, содержащее:
по меньшей мере один лучепроводный компонент (40, 42, 46, 48, 408, 410, 412, 414, 416, 418, 420, 422, 50, 52, 1206, 1208, 1210), по существу, осесимметричный относительно оси (z, 20) вращения;
указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен с возможностью, по существу, отображения по меньшей мере части лучей, которые испускаются неточечным объектом (22) по направлению к входному зрачку (602) указанного по меньшей мере одного лучепроводного компонента, в изображение (22');
указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен с возможностью, по существу, отображения входного зрачка на выходной зрачок (608) указанного по меньшей мере одного лучепроводного компонента, так чтобы каждая точка на входном зрачке, по существу, отображалась в проекцию точки на выходном зрачке по существу в направлении указанной оси вращения;
указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, чтобы, по существу, все точки входного зрачка находились приблизительно на одном расстоянии от объекта; и
указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, чтобы ни одна траектория для любого меридионального луча, отображаемого из входного зрачка в выходной зрачок, не пересекала указанную ось вращения между входным зрачком и выходным зрачком.
50. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что, по существу, отображает все лучи, которые испускаются неточечным объектом по направлению к входному зрачку указанного по меньшей мере одного лучепроводного компонента, в изображение.
51. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что любая точка, которая, по существу, отображается из неточечного объекта в указанное изображение, формирует на изображении такое пятно, что его среднеквадратичный размер, по существу, меньше, чем средний диаметр изображения.
52. Устройство по п.49, в котором среднеквадратичный размер пятна меньше одной четверти от среднего диаметра изображения.
53. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что среднее расстояние от неточечного объекта до входного зрачка, по существу, превышает среднее расстояние от указанного объекта до оси.
54. Устройство по п.53, в котором указанное среднее расстояние от неточечного объекта до входного зрачка превышает среднее расстояние от неточечного объекта до оси по меньшей мере в три раза.
55. Устройство по п.49, в котором лучи представляют собой лучи электромагнитного излучения с длинами волн от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона.
56. Устройство по п.55, в котором лучи электромагнитного излучения представляют собой лучи, испускаемые светодиодом (22).
57. Устройство по п.49, которое является осветительным компонентом системы (58) формирования изображения.
58. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что по меньшей мере одна линия между входным зрачком и такой точкой на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта, образует с указанной осью угол больше 35°.
59. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что каждая линия между входным зрачком и такой точкой на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта, образует с указанной осью угол больше 30°.
60. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный элемент выполнен так, что последовательно изменяет направление распространения по меньшей мере части лучей не больше, чем в пяти отдельных местах для каждого луча.
61. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент имеет вдоль оси длину, которая меньше диаметра выходного зрачка.
62. Устройство по п.49, в котором указанный по меньшей мере один лучепроводный компонент выполнен так, что входной зрачок охватывает телесный угол, равный по меньшей мере 3 стерадианам, относительно точки на оси, которая является ближайшей к средней точке неточечного объекта.
63. Устройство по п.1, в котором первый и второй лучепроводы выполнены так, что соответствующие точки во входном зрачке и в выходном зрачке, через которые проходит любой луч падающего излучения, отстоят от оси вращения, по существу, на одинаковое расстояние.