專利名稱：光學(xué)器件和照明裝置的制作方法
光學(xué)器件和照明裝置本專利申請(qǐng)要求德國(guó)專利申請(qǐng)102007056402. 5的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi)容通過(guò)引用
結(jié)合于此。本發(fā)明提出了一種根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分所述的光學(xué)器件和帶有光學(xué)器件的照明裝置。為了照明目的，通常使用如下的光源這些光源在觀察者處引起不均勻的光 密度分布或者不均勻的顏色分布形式的不均勻的發(fā)光印象。為了將不均勻的光密度分布或 者顏色分布均勻化，使用了設(shè)置在光源之后的部件，這些部件借助表面散射或者體積散射 (Volumenstreuung)來(lái)完全或者部分地將光源的光漫散射。然而，與漫散射關(guān)聯(lián)的是在所發(fā) 射的功率中的損耗以及光學(xué)擴(kuò)展量(Etendue)(即發(fā)射面積和發(fā)射光的立體角的乘積)的 劣化。因此，確定的實(shí)施形式的至少一個(gè)任務(wù)是提出一種可以減少或者避免上述缺點(diǎn)的 光學(xué)器件和一種帶有光學(xué)器件的照明裝置。該任務(wù)通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的主題來(lái)解決。該主題的有利的實(shí)施形式和 改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中表明并且此外從以下的描述和附圖
中得到。根據(jù)一個(gè)實(shí)施形式的光學(xué)器件尤其是包括-帶有第一主表面和背離第一主表面的第二主表面的支承板，以及-在第一主表面上的第一透鏡結(jié)構(gòu)，其中-第一透鏡結(jié)構(gòu)至少具有第一透鏡元件和第二透鏡元件，第一透鏡元件帶有第一 多邊形形狀，而第二透鏡元件帶有第二多邊形形狀，-第一透鏡結(jié)構(gòu)完全覆蓋第一主表面，以及-第一透鏡元件和第二透鏡元件并非彼此一致和/或它們?cè)谥С邪宓牡谝恢鞅砻?上的取向彼此不同。第一透鏡元件和第二透鏡元件具有多邊形形狀在此和在下文中可以意味著第一 透鏡元件和第二透鏡元件可以分別具有彎曲的面，該面通過(guò)具有第一多邊形形狀或者第二 多邊形形狀的邊線(Begrenzungslinie)形成邊界。特別地，“多邊形”在此以及在下文中關(guān)于第一多邊形形狀和第二多邊形形狀意味 著第一形狀和/或第二形狀例如是規(guī)則的或者不規(guī)則的η邊形(n-Eck)，其中η大于或等 于3。在η個(gè)角之間的連接線在此可以是直線或者彎曲的。η邊形在此可以是平坦的并且 由此于是在一個(gè)平面中?？商孢x地，多邊形形狀可以設(shè)置在彎曲的表面上。這可以意味著 多邊形形狀通過(guò)至少部分彎曲的邊線形成，該邊線并不在一個(gè)平面中。這里所描述的光學(xué)器件尤其是可以適于將光源成像到要照明的面例如屏幕上并 且在此將光源的不均勻的發(fā)光印象均勻化，并且在要照明的面上產(chǎn)生圓形的光分布。為了 產(chǎn)生圓形照明的面，目前使用圓形的微透鏡，然而這些微透鏡并不能全面地設(shè)置。因此，在 此情況下出現(xiàn)并未被微透鏡覆蓋的區(qū)域并且由此導(dǎo)致所謂的幻像或者虛影。為了避免這種 虛影，未被圓形的微透鏡覆蓋的區(qū)域必須是吸收光的，即被涂黑，這又導(dǎo)致所發(fā)射的功率的 降低。該缺點(diǎn)可以通過(guò)這里所描述的光學(xué)器件來(lái)避免，因?yàn)橛绕涫峭ㄟ^(guò)透鏡元件的多邊形 形狀，與圓形的微透鏡不同地，例如可能可以通過(guò)第一透鏡結(jié)構(gòu)完全覆蓋支承板的第一主表面，其中于是始終兩個(gè)相鄰的透鏡元件、即例如第一透鏡元件和第二透鏡元件具有部分 共同的邊線。例如，第一多邊形形狀和第二多邊形形狀可以分別是不規(guī)則的六邊形，它們可 以具有部分共同的邊線。在此和在下文中，對(duì)于第一透鏡元件和第二透鏡元件的“不一致”可以意味著第 一多邊形形狀和第二多邊形形狀構(gòu)建為使得例如第一透鏡元件不可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)和平移來(lái) 對(duì)準(zhǔn)以使得第一多邊形形狀和第二多邊形形狀可以一致。旋轉(zhuǎn)在此尤其是可以通過(guò)相對(duì)于 第一主表面的主延伸平面的旋轉(zhuǎn)軸線來(lái)限定。這樣，旋轉(zhuǎn)軸線可以是第一主表面的主延伸 平面的面法線。平移可以平行于第一主表面的主延伸平面來(lái)限定。第一多邊形形狀和第二 多邊形形狀例如可以具有彼此不同數(shù)目的角、在角之間的不同的連接線、不同的大小或者 上述內(nèi)容的組合。此外，第一多邊形形狀可以相對(duì)于第二多邊形形狀軸對(duì)稱或者點(diǎn)對(duì)稱，其 中于是第一多邊形形狀和第二多邊形形狀本身分別不具有軸對(duì)稱或者點(diǎn)對(duì)稱。附加地或者替選地，對(duì)于第一透 鏡元件和第二透鏡元件的“不一致”可以意味著 第一透鏡元件和第二透鏡元件分別具有彎曲的面，這些面在上述意義上不是一致的。第一 透鏡元件的彎曲的面于是不可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)和平移來(lái)與第二透鏡元件的彎曲的面一致。第一透鏡元件和第二透鏡元件在支承板上的第一主表面上的取向不同尤其是可 以意味著第一透鏡元件相對(duì)于第二透鏡元件圍繞旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且平移地設(shè)置在第一主 表面上。例如，第一透鏡元件和第二透鏡元件在此也可以是一致的。旋轉(zhuǎn)軸線在此尤其可 以是對(duì)于第一主表面的主延伸平面的面法線。如果用光源的光照射光學(xué)器件，則第一透鏡元件和第二透鏡元件可以分別將光源 的成像投影到屏幕上。由于第一透鏡元件和第二透鏡元件并不一致和/或在其在支承板的 第一主表面上的取向并不一致，所以第一透鏡元件和第二透鏡元件的像可以彼此不同。正 是通過(guò)這種方式可能的是，通過(guò)光學(xué)器件產(chǎn)生的、非均勻發(fā)射的光源的像引起比光源在沒(méi) 有該光學(xué)元件的情況下所產(chǎn)生的發(fā)光印象更均勻的發(fā)光印象。光學(xué)器件尤其是可以適于設(shè)置在例如發(fā)射單色或者彩色光的光源的光路中。然而 光源的選擇在此對(duì)于光學(xué)器件并非是限制性的?！肮狻痹诖艘约霸谙挛闹杏绕涫强梢员硎揪?有來(lái)自紫外至紅外光譜范圍中的、尤其是來(lái)自可見(jiàn)光譜范圍中的一種或者多種波長(zhǎng)的電磁輻射。此外，第一主表面或者第二主表面可以朝向光源并且由此相應(yīng)地第一透鏡結(jié)構(gòu)或 者第二透鏡結(jié)構(gòu)可以是光學(xué)器件的輻射入射面。第一主表面和第二主表面中的另一個(gè)可以 背離光源并且由此第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)中的另一個(gè)可以是光學(xué)器件的輻射出射 面。光源例如可以具有多個(gè)發(fā)光元件的布置，這些發(fā)光元件例如可以在觀察者處分別 引起不同的發(fā)光印象，使得光源本身在沒(méi)有光學(xué)元件的情況下可以具有非均勻的光密度分 布和/或非均勻的顏色分布。光學(xué)器件可以適合于將多個(gè)發(fā)光元件的不同的發(fā)光印象彼此 疊加，使得在觀察者處可以引起均勻的發(fā)光印象。這可以通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)由光源所發(fā) 射的光、即尤其是由多個(gè)發(fā)光元件中的每個(gè)所發(fā)射的光借助第一透鏡結(jié)構(gòu)來(lái)成像。特別地， 光源的光可以借助第一透鏡元件和借助在第一透鏡結(jié)構(gòu)之后的第二透鏡元件來(lái)成像，其中 光源的光通過(guò)第一透鏡元件的像和光源的光通過(guò)在第一透鏡結(jié)構(gòu)之后的第二透鏡元件的 像可以疊加地成像。由于第一形狀和第二形狀不一致和/或它們?cè)谥С邪宓牡谝恢鞅砻嫔系娜∠虿煌钥梢匀缟厦婷枋龅哪菢涌赡艿氖?，第一透鏡元件和第二透鏡元件的相應(yīng) 的像并不相同，并且由此通過(guò)將像疊加可以形成這些像的混合。通過(guò)將像混合，可以減少或 者避免光源的非均勻的發(fā)光印象。由此，例如可以在光學(xué)器件之后的屏幕上實(shí)現(xiàn)圓形的光 分布，雖然各透鏡元件分別具有多邊形的形狀。在目前已知的具有圓形透鏡的透鏡陣列中， 雖然可以實(shí)現(xiàn)圓形的光密度分布，然而該光密度分布如上面所闡述的那樣也具有幻像或者 虛影，它們必須通過(guò)將未被圓形透鏡覆蓋的區(qū)域涂黑來(lái)防止。與此不同，目前已知的帶有多 邊形的、類似的和相同取向的透鏡的透鏡陣列不能實(shí)現(xiàn)圓形的光密度分布，而是僅僅實(shí)現(xiàn) 具有清晰邊界的光密度分布，該光密度分布具有透鏡形狀。 特別地，可以通過(guò)如下方式來(lái)提高第一透鏡結(jié)構(gòu)的混合效果第一透鏡結(jié)構(gòu)具有 多個(gè)透鏡元件，其中多個(gè)透鏡元件中的每個(gè)都具有多邊形形狀。第一透鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)透鏡 元件的透鏡元件在此可以至少部分地分別成對(duì)地不一致和/或它們?cè)谥С邪宓牡谝恢鞅?面上的取向彼此不同。特別地，第一透鏡結(jié)構(gòu)可以構(gòu)建為使得第一透鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)透鏡元 件的所有透鏡元件成對(duì)地不一致和/或它們?cè)谥С邪宓牡谝恢鞅砻嫔系娜∠虮舜瞬煌?。在此，分別相鄰的透鏡元件可以具有相應(yīng)多邊形形狀的部分共同的邊線，使得第 一透鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)透鏡元件、并且由此第一透鏡結(jié)構(gòu)本身可以完全覆蓋第一主表面。如上 面所描述的那樣，多個(gè)透鏡元件中的每個(gè)都可以例如在屏幕上產(chǎn)生光源的像。由于多個(gè)透 鏡元件彼此不同并且正是不規(guī)則地和類似地設(shè)置在第一主表面上，所以可以在屏幕上產(chǎn)生 光源的多個(gè)彼此疊加的不同的像，它們可以導(dǎo)致在屏幕上的圓形的和均勻的光密度分布。此外，光學(xué)元件在第二主表面上可以具有第二透鏡結(jié)構(gòu)。到此的和在下文中所描 述的關(guān)于第一透鏡結(jié)構(gòu)的特征也可以單獨(dú)地或者一同地適用于第二透鏡結(jié)構(gòu)。特別地，第二透鏡結(jié)構(gòu)可以相對(duì)于第一主表面上的第一透鏡結(jié)構(gòu)是鏡面反轉(zhuǎn)的。 這可以意味著，第二透鏡結(jié)構(gòu)與第一透鏡結(jié)構(gòu)的鏡像一致。換言之，這意味著，第一透鏡結(jié) 構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)彼此對(duì)稱，帶有與第一主表面和/或第二主表面的主延伸平面平行的對(duì) 稱平面。因此，第二透鏡結(jié)構(gòu)可以至少具有第一透鏡元件和第二透鏡元件，與在第一主表面 上的至少第一透鏡元件和第二透鏡元件相比，它們?cè)诘诙鞅砻嫔暇哂邢鄬?duì)于彼此的鏡面 反轉(zhuǎn)的布置。特別地，支承板可以與第一透鏡結(jié)構(gòu)一件式地構(gòu)建。這可以意味著第一主表面通 過(guò)第一透鏡結(jié)構(gòu)的表面并且由此通過(guò)第一透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡元件的面的全部來(lái)形成。透鏡元 件在此尤其是可以作為球形或者非球形的凸透鏡的一部分來(lái)成形。換言之，這可以意味著， 帶有在第一主表面上的第一透鏡結(jié)構(gòu)的支承板通過(guò)多個(gè)凸透鏡來(lái)形成，這些凸透鏡相互穿 透。作為球形透鏡的部分成形的透鏡元件在此可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的可制造性。作為非球形 透鏡的部分成形的透鏡元件可以實(shí)現(xiàn)校正在高的數(shù)值孔徑情況下出現(xiàn)的球形畸變。第一透鏡元件和第二透鏡元件可以分別具有焦距。特別地可以是有利的是，第一 透鏡元件和第二透鏡元件具有相同的焦距。如果第一透鏡結(jié)構(gòu)具有多個(gè)透鏡元件，則可以 是有利的是，所有透鏡元件具有相同的焦距。此外，具有第一透鏡結(jié)構(gòu)的支承板或者具有第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)的支承 板可以具有小于或等于透鏡元件的焦距的厚度，尤其是小于或等于第一透鏡元件和第二透 鏡元件的焦距的厚度。當(dāng)支承板的厚度小于透鏡元件的焦距時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)透鏡元件的例如在屏幕上的相應(yīng)的成像的散焦。通過(guò)這種散焦，可以實(shí)現(xiàn)提高在屏幕上的光密度分布的均 勻性。支承板和/或第一透鏡結(jié)構(gòu)和/或第二透鏡結(jié)構(gòu)可以具有光學(xué)塑料或者聚合物， 例如聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、硅樹(shù)脂或者環(huán)氧樹(shù)脂、玻璃或者半導(dǎo)體材 料譬如GaP或者SiC或者其混合物或者組合。支承板和/或第一透鏡結(jié)構(gòu)和/或第二透鏡 結(jié)構(gòu)的制造可以通過(guò)所述塑料的成型工藝譬如注塑、壓注或者模壓來(lái)進(jìn)行。為此，例如可以 提供合適的成型工具，該成型工具具有帶有第一透鏡結(jié)構(gòu)和/或第二透鏡結(jié)構(gòu)的支承體的 陰模。在此，譬如可以通過(guò)銑削來(lái)將透鏡元件的陰模加工成成型工具的表面。此外，支承板 和/或第一透鏡結(jié)構(gòu)和/或第二透鏡結(jié)構(gòu)可以從上述提供的材料中通過(guò)銑削、磨削、刻蝕 (譬如通過(guò)所謂的回流刻蝕)或者一種組合來(lái)成型。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施形式，照明裝置包括-光源，其在工作中將光發(fā)射到受限的立體角范圍中，以及-根據(jù)上述實(shí)施形式之一的光學(xué)器件。 特別地，光源可以具有帶有發(fā)光二極管(LED)的裝置，這些發(fā)光二極管例如可以 分別發(fā)射紅色、藍(lán)色或者藍(lán)色光。從分別由LED發(fā)射的光的疊加可以產(chǎn)生白色的發(fā)光印象。 例如，光源包括四個(gè)LED，它們?cè)诎l(fā)射方向中并排設(shè)置，其中一個(gè)LED發(fā)射在紅色光譜范圍 中的輻射、兩個(gè)LED發(fā)射在綠色光譜范圍中的輻射并且一個(gè)LED發(fā)射在藍(lán)色光譜范圍中的 輻射(“RGGB-LED”)?？商孢x地，也可以使用彩色LED的其他組合，譬如一個(gè)發(fā)射紅光的 LED、一個(gè)發(fā)射藍(lán)光的LED和一個(gè)發(fā)射綠光的LED，或者譬如一個(gè)發(fā)射藍(lán)光的LED和一個(gè)發(fā)射 黃光的LED。此外，光源可以具有可以發(fā)射混色光的LED，譬如發(fā)射白色光的LED。因?yàn)長(zhǎng)ED 例如可以并排地設(shè)置成光源，所以單獨(dú)通過(guò)光源在觀察者處產(chǎn)生非均勻的光密度分布和/ 或非均勻的顏色分布形式的非均勻的發(fā)光印象，這正是在照明應(yīng)用中會(huì)是不希望的。光源的LED例如可以具有外延生長(zhǎng)的半導(dǎo)體層序列。在此，半導(dǎo)體層序列例如可 以基于無(wú)機(jī)材料譬如InGaAlN來(lái)實(shí)施，譬如GaN薄膜半導(dǎo)體芯片?；贗nGaAlN的半導(dǎo) 體芯片尤其是包括如下半導(dǎo)體芯片其中外延地制造的半導(dǎo)體層序列(其通常具有不同 的單層構(gòu)成的層序列)包含至少一個(gè)單層，該單層具有來(lái)自III-V化合物半導(dǎo)體材料系 InxAlyGai_x_yN的材料，其中1，0彡y彡1并且x+y彡1?？商孢x地或者附加地，半 導(dǎo)體層序列也可以基于InGaAlP,也即半導(dǎo)體層序列具有不同的單層，其中至少一個(gè)單層具 有來(lái)自III-V化合物半導(dǎo)體材料系InxAlyGai_x_yP的材料，其中0彡χ彡1，0彡y彡1并且 x+y^lo可替選地或者附加地，半導(dǎo)體層序列也可以具有其他III-V化合物半導(dǎo)體材料系， 例如基于AlGaAs的材料，或者II-VI化合物半導(dǎo)體材料系。半導(dǎo)體層序列可以為了產(chǎn)生光而例如具有傳統(tǒng)的pn結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié) 構(gòu)(SQW結(jié)構(gòu))或者多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW結(jié)構(gòu))。半導(dǎo)體層序列除了有源區(qū)之外還可以包括 其他功能層和功能區(qū)，譬如P摻雜或者η摻雜的載流子傳輸層，即電子或者空穴傳輸層，P 摻雜或者η摻雜的限制層或者覆蓋層、勢(shì)壘層、平面化層、緩沖層、保護(hù)層和/或電極及其組 合。涉及有源區(qū)的這種結(jié)構(gòu)或者其他功能層和區(qū)域尤其是在構(gòu)造、功能和結(jié)構(gòu)方面對(duì)于本 領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的并且因此這里不再詳細(xì)闡述。此外，光源可以具有準(zhǔn)直儀，其可以設(shè)置在帶有LED的裝置之后。準(zhǔn)直儀可以適于 將LED發(fā)射的光轉(zhuǎn)向到受限的立體角范圍中并且例如可以包括(或者是)透鏡和/或凹面鏡，譬如拋物面鏡。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和有利的實(shí)施形式和改進(jìn)方案從下面結(jié)合圖IA至6E所描述的實(shí)施形式中得到。其中圖IA至IC是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)器件的示意圖；圖2A和2B是根據(jù)另一實(shí)施例的光學(xué)器件的示意圖；以及圖3是根據(jù)另一實(shí)施例的照明裝置的示意圖。在實(shí)施例和附圖中，相同或者作用相同的組成部分可以分別設(shè)置有相同的附圖標(biāo) 記。所示的元件和它們之間的大小關(guān)系基本上不能視為合乎比例，更確切地說(shuō)，各元件譬如 層、部件、器件和區(qū)域?yàn)榱烁宄?或?yàn)榱烁玫睦斫饪梢员豢浜窕蛘呖浯蟮厥境?。在圖IA至IC中示出了光學(xué)器件100的一個(gè)實(shí)施例。在此，圖IC的視圖示出了沿 著圖IA中示出的切割平面CC的、穿過(guò)光學(xué)器件100的截面。圖IA示出了從圖IC中標(biāo)識(shí) 的方向AA的光學(xué)器件的正視圖，而圖IB示出了從圖IC中標(biāo)識(shí)的方向BB的后視圖。下面 的描述同樣地涉及圖IA至1C。光學(xué)器件100包括光學(xué)塑料構(gòu)成的支承板1，該支承板具有圓形的形狀。對(duì)此可替 選地，支承板1也可以具有多邊形或者橢圓的形狀或者其組合。支承板1與以下描述的第 一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5 —件式地借助成型工藝來(lái)制造。支承板1具有帶有第一透鏡結(jié)構(gòu)4的第一主表面2和帶有第二透鏡結(jié)構(gòu)5的、背 離第一主表面2的第二主表面3。第一主表面2通過(guò)完全覆蓋第一主表面2的第一透鏡結(jié) 構(gòu)4形成，而第二主表面通過(guò)第二透鏡結(jié)構(gòu)5形成，使得第二透鏡結(jié)構(gòu)5完全覆蓋第二主表 面3。此外，第一主表面2具有主延伸方向20，而第二主表面3具有與其平行的主延伸方向 30。通過(guò)主延伸方向20和30限定了如在圖IC中所示的面法線21。第一透鏡結(jié)構(gòu)4具有多個(gè)透鏡元件，其中示例性地表示了第一透鏡元件41、第二 透鏡元件42和另外的透鏡元件43。所示的透鏡元件的數(shù)目在此純粹是示例性的而并非是 限制性的。替代所示的實(shí)施例，支承板例如也可以僅僅具有第一透鏡元件和第二透鏡元件 41、42作為透鏡結(jié)構(gòu)4。第一透鏡元件和第二透鏡元件41、42如第一透鏡結(jié)構(gòu)4的所有其他透鏡元件那樣 具有多邊形形狀。特別地，第一透鏡元件41具有第一多邊形形狀，而第二透鏡元件42具有 第二多邊形形狀。第一多邊形形狀和第二多邊形形狀在此并不一致，因?yàn)槔绲谝煌哥R元 件41的第一多邊形形狀不能通過(guò)圍繞平行于面法線21的旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)以及通過(guò)平移來(lái) 轉(zhuǎn)變到第二多邊形形狀中。并未直接與第一主表面2的邊緣區(qū)域鄰接的所有透鏡元件的多 邊形形狀在此是六邊形的。通過(guò)這種方式，可能借助第一透鏡結(jié)構(gòu)4來(lái)完全并且無(wú)空隙地 覆蓋第一主表面2。與此相對(duì)，例如第一透鏡元件41和另外的透鏡元件43區(qū)別在于它們?cè)谥С邪? 的第一主表面2上的取向。第一透鏡元件41和另外的透鏡元件43雖然一致，然而相對(duì)于 彼此圍繞平行于面法線21的旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)并且平移地設(shè)置在支承板1上。此外，第一透鏡結(jié)構(gòu)4的透鏡元件具有回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)(Wirbelstruktur)。這意味著， 透鏡元件隨著距第一主表面的中點(diǎn)70距離越大則圍繞平行于面法線21的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)越 多。由此，透鏡結(jié)構(gòu)4的每個(gè)透鏡元件都相對(duì)于其直接在徑向方向上相鄰的透鏡元件而轉(zhuǎn)動(dòng)。除了透鏡元件的非一致的成型之外，該轉(zhuǎn)動(dòng)還進(jìn)一步有助于破壞透鏡元件的可能的對(duì) 稱性。此外，透鏡元件中的每個(gè)都具有如下的面積透鏡元件在主表面2上占據(jù)該面積 并且該面積隨著距離中點(diǎn)70的距離增大而變小。由此得到對(duì)于光學(xué)器件的發(fā)射特征的影 響，這些影響結(jié)合圖3進(jìn)一步闡述。 此外，光學(xué)器件100具有在第二主表面3上的第二透鏡結(jié)構(gòu)5，該第二透鏡結(jié)構(gòu)相 對(duì)于第一透鏡結(jié)構(gòu)4鏡面反轉(zhuǎn)(spiegelverkehrt)。這意味著，第二透鏡結(jié)構(gòu)與第一透鏡結(jié) 構(gòu)相比分別具有鏡面反轉(zhuǎn)地成型的并且鏡面反轉(zhuǎn)地設(shè)置的透鏡元件，如純粹示例性地借助 第二透鏡結(jié)構(gòu)5的第一透鏡元件51和第二透鏡元件52所示出的那樣，它們對(duì)應(yīng)于第一透 鏡結(jié)構(gòu)4的第一透鏡元件或第二透鏡元件41、42。光學(xué)器件100適于結(jié)合光源來(lái)產(chǎn)生在遠(yuǎn)場(chǎng)中具有圓形形狀的均勻的光密度分布。 如果透鏡元件例如替代所示的實(shí)施例具有全部彼此平行地取向的、長(zhǎng)形的、多邊形的、非一 致的形狀，則也可以在遠(yuǎn)場(chǎng)中產(chǎn)生具有橢圓形狀的均勻的光密度分布。替代在圖IA至IC中示出的透鏡元件的布置，其也可以全部彼此成對(duì)地不同，即不一致。如從圖IC中可以看到的那樣，每個(gè)透鏡元件在支承體1的兩個(gè)主表面2和3的每 個(gè)上都具有彎曲的表面。此外在所示的實(shí)施例中，所有透鏡元件都具有帶有相同的曲率的 表面并且由此具有相同的焦距的表面。在所示的實(shí)施例中，透鏡元件在此對(duì)應(yīng)于雙凸透鏡 的部分，其中在圖IC中作為基礎(chǔ)的、假想的雙凸透鏡11、12、13示例性地通過(guò)支承體1中的 虛線來(lái)表明。支承體1和第一透鏡結(jié)構(gòu)及第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5因此可以理解為彼此相交的透
^Ml O根據(jù)作為光學(xué)器件的基礎(chǔ)的假想的透鏡，尤其是透鏡元件的中點(diǎn)也可以偏離在第 一主表面或第二主表面2、3上的規(guī)則布置。特別地，透鏡元件的中點(diǎn)的隨機(jī)分布的、統(tǒng)計(jì)的 分布此外可以有助于上面描述的均勻的發(fā)射特征和在光學(xué)器件的遠(yuǎn)場(chǎng)中的光密度分布。替代所示的實(shí)施例，支承板1也可以通過(guò)相交的平面_凸透鏡11、12、13來(lái)形成。 這意味著，支承板1在該情況中具有第二主表面3，其平面地實(shí)施，使得在第二主表面3上不 能直接識(shí)別出第二透鏡結(jié)構(gòu)5。對(duì)此可替選地，第一透鏡結(jié)構(gòu)和/或第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5的透 鏡元件也可以球形地或者非球形地凹入地構(gòu)建。在圖2A和2B中示出了光學(xué)器件200的另一實(shí)施例。圖2A和2B在此分別僅僅示 出了光學(xué)器件200的一部分，其中圖2A示出了支承體1的三維部分，而圖2B示出了帶有第 一透鏡結(jié)構(gòu)4的第一主表面2的部分的俯視圖。如在前面的實(shí)施例中那樣，光學(xué)器件200具有支承體1，該支承體在第一主表面2 上帶有第一透鏡結(jié)構(gòu)4并且在第二主表面3上帶有與第一透鏡結(jié)構(gòu)鏡面反轉(zhuǎn)地實(shí)施的第二 透鏡結(jié)構(gòu)5。第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5分別具有多個(gè)透鏡元件，其中示例性地表示 了第一透鏡結(jié)構(gòu)的透鏡元件41、42和43。透鏡元件都具有非一致的六邊形形狀的多邊形形 狀，這些六邊形彼此直接相鄰并且彼此相連。由此，可以用透鏡元件覆蓋光學(xué)器件200的第 一主表面和第二主表面2、3，它們都有助于光學(xué)成像。如前面的實(shí)施例中那樣，透鏡元件具有在透鏡元件的相對(duì)布置中的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)以及 透鏡元件的相應(yīng)面積與距離支承板1的第一主表面2的(未示出的)中點(diǎn)的距離成比例的縮小。光學(xué)器件200例如可以具有圓形形狀，其直徑大于或等于Icm并且小于或等于數(shù) 十厘米。支承板1的厚度10可以根據(jù)所希望的聚焦或散焦特性為大于或等于100 μ m并且 小于或等于數(shù)毫米。對(duì)于照明裝置有利的是例如具有直徑為大約IOcm和厚度為大約2mm 的支承體。在透鏡元件的焦距為大約2mm的情況下，透鏡元件的平均直徑在此大約為1mm， 使得第一透鏡結(jié)構(gòu)或第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5分別具有大約10000個(gè)透鏡元件。對(duì)此可替選地，支承板1的厚度10例如也可以為大約500 μ m,并且透鏡元件可以 具有大約500 μ m的焦距。在圖3中示出了照明裝置300的一個(gè)實(shí)施例。照明裝置300包括光源6，該光源在 所示的實(shí)施例中在支承體60上具有四個(gè)LED 61、62、63和64。LED 61在此在工作中發(fā)射 紅色光，LED 62和63發(fā)射綠色光并且LED64發(fā)射藍(lán)色光。因?yàn)長(zhǎng)ED 61至64在支承體60 上在發(fā)射方向中并排設(shè)置，所以從帶有LED 61至64的支承體6所發(fā)射的光 具有非均勻的 光密度分布和顏色分布。此外，光源6包括準(zhǔn)直儀7，其在發(fā)射方向上設(shè)置在LED 61至64之后，并且將LED 61至64所發(fā)射的光準(zhǔn)直到受限的立體角范圍中。如在前面所示的實(shí)施例中那樣，在準(zhǔn)直儀 7之后設(shè)置有光學(xué)器件200，在圖3中僅僅示出了其一部分。特別地，帶有LED 61至64和 準(zhǔn)直儀7的光源6和光學(xué)器件200沿著共同的光軸(未示出)而設(shè)置。在所示的實(shí)施例中，準(zhǔn)直儀7實(shí)施為透鏡。該透鏡例如可以是菲涅耳透鏡。然而， 由準(zhǔn)直儀7發(fā)射的光如帶有LED 61至64的支承體60直接發(fā)射的光那樣具有非均勻的光 密度分布和顏色分布。如通過(guò)在支承體60和準(zhǔn)直儀7之間的虛線所表明的那樣，LED 61至64從準(zhǔn)直儀 7出發(fā)來(lái)看表現(xiàn)出在準(zhǔn)直儀的中心在最大角度83以下，而從準(zhǔn)直儀7的邊緣出發(fā)來(lái)看表現(xiàn) 出在最小角度82以下。由于在傳統(tǒng)成像系統(tǒng)中的光學(xué)擴(kuò)展量守恒(Etendueerhaltimg)， 所以LED 61至64在準(zhǔn)直儀7的邊緣上的光比在準(zhǔn)直儀7的中心更強(qiáng)地聚束。在準(zhǔn)直儀的 邊緣，光以最小的張角84發(fā)射，而光在準(zhǔn)直儀7的中心以最大角83發(fā)射。正是對(duì)于照明應(yīng) 用，在受限的立體角范圍中的這樣取向的發(fā)射會(huì)是希望的。光源6的發(fā)射特征可以通過(guò)帶有例如對(duì)應(yīng)于如下張角的張角的發(fā)射錐來(lái)描述在 該張角情況下，沿著光軸發(fā)射的光強(qiáng)度下降到一半。由此限定受限的立體角范圍(光源將 準(zhǔn)直的光發(fā)射到該立體角范圍中)的張角例如可以通過(guò)在準(zhǔn)直儀7和LED 61至64之間的 距離來(lái)調(diào)節(jié)?；谇懊婷枋龅膸в杏蓽?zhǔn)直儀7發(fā)射的光的向外變小的張角的準(zhǔn)直儀7的發(fā)射特 征，對(duì)于光學(xué)器件200的第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5的透鏡元件如結(jié)合前面的實(shí)施 例所描述的那樣得到的是，遠(yuǎn)離支承板1的中點(diǎn)設(shè)置的透鏡元件的面積比接近支承板1的 中點(diǎn)設(shè)置的透鏡元件的面積更小地實(shí)施。在此，帶有第一透鏡結(jié)構(gòu)4的第一主表面2形成光學(xué)器件200的針對(duì)光源6所發(fā) 射的光的輻射入射面，而帶有第二透鏡結(jié)構(gòu)5的第二主表面3形成輻射出射面。如從圖3 中可以看到的那樣，支承板1的厚度10和第一透鏡結(jié)構(gòu)4的透鏡元件的焦距選擇為使得從 光源6射到光學(xué)器件200上的光束被第一透鏡結(jié)構(gòu)4的每個(gè)透鏡元件成像到位于其后的第 二透鏡結(jié)構(gòu)5的透鏡元件上，即輻射出射面上。
光進(jìn)一步從輻射出射面、即從第二透鏡結(jié)構(gòu)5的透鏡元件發(fā)射的發(fā)射角的特性類 似于準(zhǔn)直儀7的發(fā)射角，如示例性地通過(guò)角度91和92所示的那樣。由于第一透鏡結(jié)構(gòu)和 第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5的透鏡元件的布置和光源6的發(fā)射特征，光被遠(yuǎn)離支承板1的中點(diǎn)的透 鏡元件更強(qiáng)地朝向前向發(fā)射，即具有比接近支承板1的中點(diǎn)設(shè)置的透鏡元件更小的張角。此外，這里所示的光學(xué)器件300的特征在于光源6所發(fā)射的光的非常好的混勻。這 里所示的第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)4、5能夠?qū)崿F(xiàn)透鏡元件的高的空間分辨率，這又使 得在形成輻射入射面的第一透鏡結(jié)構(gòu)4上的非均勻的亮度分布和/或顏色分布通過(guò)在輻射 出射面上的多個(gè)透鏡元件或者第二透鏡結(jié)構(gòu)5來(lái)成像，并且通過(guò)第二透鏡結(jié)構(gòu)5在遠(yuǎn)場(chǎng)中 疊加。在此，疊加由光源6的所有像組成，這些像是通過(guò)在形成輻射出射面的第二透鏡結(jié)構(gòu) 5上的或者在該第二透鏡結(jié)構(gòu)5之后的每個(gè)單個(gè)的透鏡元件來(lái)產(chǎn)生的。本發(fā)明并未通過(guò)借助實(shí)施例的描述而局限于此。 更確切地說(shuō)，本發(fā)明包括任意新 的特征和特征的任意組合，尤其是在權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使該特征或者該組 合本身并且明確地在權(quán)利要求中或者實(shí)施例中說(shuō)明。
權(quán)利要求
一種光學(xué)器件，包括-帶有第一主表面(2)和背離第一主表面(2)的第二主表面(3)的支承板(1)，以及-在第一主表面(2)上的第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)，其中-第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)至少具有第一透鏡元件(41)和第二透鏡元件(42)，第一透鏡元件(41)帶有第一多邊形形狀，第二透鏡元件(42)帶有第二多邊形形狀，-第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)完全覆蓋第一主表面(2)，以及-第一透鏡元件(41)和第二透鏡元件(42)并非彼此一致和/或它們?cè)谥С邪?1)的第一主表面(2)上的取向彼此不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)器件，還包括-在第二主表面(3)上的第二透鏡結(jié)構(gòu)(5)。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中-在第二主表面(3)上的第二透鏡結(jié)構(gòu)(5)相對(duì)于第一主表面(2)上的第一透鏡結(jié)構(gòu) (4)鏡面反轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中_第一透鏡元件(41)和第二透鏡元件(42)相對(duì)彼此旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在支承板(1)上。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中第一多邊形形狀和第二多邊形 形狀不同地成型。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中支承板(1)與第一透鏡結(jié)構(gòu) (4) 一件式地成型。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中_第一透鏡元件(41)具有彎曲的面，該第一透鏡元件由具有第一多邊形形狀的邊線形 成邊界，以及-第二透鏡元件(42)具有彎曲的面，該第二透鏡元件由具有第二多邊形形狀的邊線形 成邊界。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中第一透鏡元件(41)和第二透 鏡元件(42)具有相同的焦距。
9.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的光學(xué)器件，其中支承板(1)具有厚度(10)，該厚度小于第 一透鏡元件和第二透鏡元件(41，42)的焦距。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中支承板(1)具有來(lái)自如下組 的材料該組通過(guò)塑料、半導(dǎo)體材料和玻璃形成。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中第一多邊形形狀和第二多邊 形形狀分別是六邊形。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)具有分別 帶有多邊形形狀的多個(gè)透鏡元件。
13.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的光學(xué)器件，其中-第一主表面(2)具有中點(diǎn)(70)，以及-多個(gè)透鏡元件中的每個(gè)都在第一主表面(2)上占據(jù)隨著距中點(diǎn)(70)增大的距離而變 小的面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的光學(xué)器件，其中多個(gè)透鏡元件中的每個(gè)和與其直接相 鄰的透鏡元件相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。
15.一種照明裝置，包括-光源(6)，其在工作中發(fā)射光到受限的立體角范圍中；以及-在光源(6)的光路中的、根據(jù)權(quán)利要求1至14中的任一項(xiàng)所述的光學(xué)器件，其中-該光源(6)具有帶有發(fā)光二極管(61，62，63，64)的裝置和設(shè)置在該裝置之后的準(zhǔn)直 儀⑵。
全文摘要
一種光學(xué)器件，尤其是包括帶有第一主表面(2)和背離第一主表面(2)的第二主表面(3)的支承板(1)，以及在第一主表面(2)上的第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)，其中第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)至少具有第一透鏡元件(41)和第二透鏡元件(42)，第一透鏡元件(41)帶有第一多邊形形狀，第二透鏡元件(42)帶有第二多邊形形狀，第一透鏡結(jié)構(gòu)(4)完全覆蓋第一主表面(2)，并且第一透鏡元件(41)和第二透鏡元件(42)并非彼此一致和/或它們?cè)谥С邪?1)的第一主表面(2)上的取向彼此不同。
文檔編號(hào)G02B3/00GK101874212SQ200880117388
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月23日
發(fā)明者彼得·布里克, 朱利葉斯·穆沙韋克, 西蒙·施瓦倫貝里 申請(qǐng)人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司;奧斯蘭姆有限公司