光学元件和具有光学元件的照明装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光学装置(1)，其具有第一光学元件(2)，第一光学元件以斜切有斜面(21)的光导(19)的形式或包括斜切有斜面(21)的光导(19)，以及第二光学元件(3)，其中第一光学元件(2)通过全内反射在其壁(22)处传导光并具有由光导(19)的非斜切端面形成的光射入区域(24)，并且具有光射出区域(25)，其中，光射出区域(25)由壁(22)在光导(19)的布置斜面(21)的端部的表面区域形成。第二光学元件(3)具有光射入孔(30)，其布置在第一光学元件(2)的光射出区域(25)上，或者面向第一光学元件(2)的光射出区域(25)。第一光学元件(2)的光射入区域(24)具有宽度x和第二光学元件(3)的光射入区域(30)具有高度z，其满足下述关系：x/z≤1.5·[tan(90°‑α/2)‑tan(90°‑(2·[α/2+90°]‑[180°‑arcsin(1/n)]))]‑1。其中，α表示光在斜面(21)处的偏转角，以及n表示第一光学元件(2)的材料的折射率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能够使用多个彩色发光元件混合光颜色的光源。
技术介绍
LED越来越多地用于例如车辆和建筑物内部、例如飞机客舱的照明用途。LED由于其低能量消耗和低工作电压特别适合于这些领域。例如，WO 2010/013181 A1公开了一种具有在其整个长度上具有恒定横截面的透光区域的光学元件。在光束的方向上邻近于该透光区域的是具有沿光传播方向增大的横截面的光校准区域。所述光校准区域的端部由倾斜的反射器限定。在该反射器处反射的光基本上垂直于光在透光区域中的传播方向离开光学元件。所述光校准区域可具有各种几何形状。DE 10 2012 022 716 A1公开了一种用于将光注入到光导并在光导中混合的方法。光基本上垂直于光导地注入到光导中，撞击到倾斜的反射器上并由后者反射到光导中。光的混合通过在光导的内壁处的光束的全内反射来实现。所述的现有技术的光混合器表现出高度的对称性，其对于纯光混合器是相当有利的。然而，如果光学元件具有偏转功能，证明了对称结构对于光在额外的下游光学系统中最有效的利用是不利的。
技术实现思路
因此，本专利技术基于如下目的：提供一种在利用下游光学系统中的光方面比现有技术显示出更高的效率的光学装置。此目的通过权利要求1的主题所实现。从属权利要求中限定了本专利技术的有利的设计方案和改进方案。因此，本专利技术提供了一种光学装置，其包括：第一光学元件，所述第一光学元件以斜切有斜面的光导的形式或包括斜切有斜面的光导，以及第二光学元件，其中所述第一光学元件通过全内反射在其壁处传导光并具有由光导的非斜切端面形成的光射入区域，并且具有光射出区域，其中，所述光射出区域由壁的在光导的布置斜面的端部处的表面区域形成。所述第二光学元件具有光射入孔，其布置在所述第一光学元件的光射出区域上或面向所述第一光学元件的光射出区域，以及所述第一光学元件的光射入区域具有在沿着光射入区域与光在斜面处的偏转的平面的交叉点的方向上测量的宽度x，以及所述第二光学元件的光射入孔具有在沿着第一光学元件的光射入区域与光在斜面处的偏转平面的交点的方向上测量的高度z。宽度x和高度z满足下列关系：(1)x/z≤1.5·[tan(90°-α/2)-tan(90°-(2·[α/2+90°]-[180°-arcsin(1/n)]))]-1。这里，α表示光在斜面处的偏转角，以及n表示第一光学元件的材料的折射率。在不限定通用性的情况下，坐标系已被选择成使得光的偏转仅发生在x-z平面。本文中的偏转角是沿着光导的纵向通过光导的光线的偏转角，这意味着其不在光导的侧壁反射。在光混合器中偏转的情况下，光混合器的射入面显然成像到其射出区域。然而，该显而易见的关系对于具有α>0的典型FWHM(半高全宽)的角度分布的照射光束是不正确的，这是光在如上所述的下游光学系统中的进一步开发中的效率损失的原因。在以上给出的关系式的情况下，位于光的偏转平面的射入孔的尺寸z变得比所述第一光学元件的光射入区域的宽度×更大，所述宽度x同样在光的偏转平面的方向上测得。在效率方面，尺寸z的较大的值是有利的，但是，可以注入到第二光学元件中的强度的增加对于z的较大的值减小，而第二光学元件变得越来越庞大。因此，根据本专利技术的另一实施例，如果第二光学元件的高度z相对于第一光学元件的光射入区域的宽度限定，是有利的。具体而言，因此根据本专利技术的另一实施例预期，尺寸x和z另外满足以下关系：(2)x/z≥0.85·[tan(90°-α/2)-tan(90°-(2·[α/2+90°]-[180°-arcsin(1/n)]))]-1。在一个优选的实施方案中，在第一光学元件的斜面处的偏转角的范围为75个至105优。第一光学元件的光导优选地具有棱柱的形状，并且其光射入区域由棱柱的非斜切的底面形成。本专利技术的意义上的棱柱是由底面的平行位移、在本专利技术的情况下是指由光射入区域的平行位移而形成的主体。底面不需要必定是有角的。相反，底面或棱柱的横截面区域也可以具有圆形圆周部。光导的横截面区域具有如下形状：其尺寸是在从背向第二光学元件的表面朝向第二光学元件的方向上单调变大的并在沿着该方向的至少一个部分中连续单调变大的。在这种情况下，光导可具有两个相对的侧面，其中，所述侧面中的一个包括光射出区域，并且包括光射出区域的侧面宽于相对的侧面。具体而言，横截面尺寸在光射出区域处最大。已证明这样的横截面形状对于光学系统的效率特别有利。通过这样的横截面形状可以实现，光在光射出区域处射出，使得不进入下游光学元件的射入孔的光保持最小化。因此，根据本专利技术的另一方面，无论是否提供了与第一光学元件光学耦合的第二光学元件，光学元件2设置成斜切有斜面21的棱柱形光导19的形式或包括斜切有斜面21的棱柱形光导19，其中，所述第一光学元件2-通过全内反射在其壁22处传导光；以及-具有由光导19的非斜切端面形成的光射入区域24；以及-具有光射出区域25，以及所述光射出区域25由壁22的在光导19的布置斜面21的端部处的表面区域形成；其中，所述光导19的横截面区域具有如下形状：其具有在从背向所述第二光学元件3的表面朝向所述第二光学元件3的方向上单调变大并在沿着该方向的至少一个部分中连续单调变大的尺寸。在一个优选的实施例中，光学装置构造成使得斜面以相对于所述光导的纵向的45成角延伸，使得在光导中传导的光在斜面处偏转90伸。在这种情况下，第二光学元件的光射入孔的高度和第一光学元件的光射入区域的宽度x满足下述关系：(3)x/z≤1.5·[1+tan(arcsin(1/n))]-1，其中，n是第一光学元件的材料的折射率。优选地，比值x/z额外地满足以下关系：(4)x/z≥0.85·[1+tan(arcsin(1/n))]-1。对于两个相互垂直的方向，光学装置的第二光学元件的光射入孔的形状具有0.8：1至1.2:1、优选0.9：1至1.1：1、最优选1：1的纵横比。特别是通过这样的约1：1的纵横比和光偏转，本专利技术提供了高耦合效率。第一光学元件的材料优选对于可见光具有至少1.4的折射率。因此，用于注入的光的开度角保持很小，并且可以注入来自较大立体角的光。优选地，第一光学元件的折射率在1.4至2.1的范围内，最优选不大于2.0。常见的合适的光学玻璃具有在此范围内的折射率，和典型的折射率范围高达n＝1.9。因此，1.4至1.9的用于可见光的折射率是特别优选的。此外，根据本专利技术的一个实施例可以预期的是，本专利技术的光学装置是照明装置的一部分，所述照明装置包括多个在发射的光的颜色上彼此不同的发光元件，其中，所述发光元件布置成使得它们的光注入到第一光学元件的光射入区域。根据本专利技术的一个优选实施例，第二光学元件包括从第一光学元件发出的光注入到其中的光导。光导具有沿其纵向的光散射结构，其将注入的光散射离开光导。将光直接通过其端面注入到光导中是特别有用的。相应地，第二光学元件由光导形成以及第二光学元件的光射入孔由光导面向第一光学元件的光射出区域的端面形成。因此，光通过其端面注入光导中，并通过其侧表面从光导发射。在这样的布置的情况下，发光元件的光强度因此分布在较大的发光面上。这里，在其非常高的耦合效率的情况下，本专利技术有助于降低耦合损失，使得亮度不能进一步降低。附图说明以下借助本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置(1)，其包括：‑第一光学元件(2)，所述第一光学元件为斜切有斜面(21)的光导(19)的形式或包括斜切有斜面(21)的光导(19)；以及‑第二光学元件(3)；其中所述第一光学元件(2)：‑通过全内反射在其壁(22)处传导光；以及‑具有由所述光导(19)的非斜切端面形成的光射入区域(24)；以及‑具有光射出区域(25)，其中所述光射出区域(25)由所述壁(22)的在所述光导(19)的布置所述斜面(21)的端部处的表面区域形成；以及其中‑所述第二光学元件(3)具有光射入孔(30)，其布置在所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)上或者布置成面向所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)；其中‑所述第一光学元件(2)的所述光射入区域(24)具有在沿着所述光射入区域(24)与在所述斜面(21)处的光偏转平面的相交的方向上测量的宽度x；以及‑所述第二光学元件(3)的所述光射入孔(30)具有在沿着所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)与在所述斜面(21)处的所述光偏转平面的相交的方向上测量的高度z，其中所述宽度x和所述高度z满足如下关系：x/z≤1.5·[tan(90°‑α/2)‑tan(90°‑(2·[α/2+90°]‑[180°‑arcsin(1/n)]))]‑1。其中，α表示光在所述斜面(21)处的偏转角，以及n表示所述第一光学元件(2)的材料的折射率。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 DE 102013112905.61.一种光学装置(1)，其包括：-第一光学元件(2)，所述第一光学元件为斜切有斜面(21)的光导(19)的形式或包括斜切有斜面(21)的光导(19)；以及-第二光学元件(3)；其中所述第一光学元件(2)：-通过全内反射在其壁(22)处传导光；以及-具有由所述光导(19)的非斜切端面形成的光射入区域(24)；以及-具有光射出区域(25)，其中所述光射出区域(25)由所述壁(22)的在所述光导(19)的布置所述斜面(21)的端部处的表面区域形成；以及其中-所述第二光学元件(3)具有光射入孔(30)，其布置在所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)上或者布置成面向所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)；其中-所述第一光学元件(2)的所述光射入区域(24)具有在沿着所述光射入区域(24)与在所述斜面(21)处的光偏转平面的相交的方向上测量的宽度x；以及-所述第二光学元件(3)的所述光射入孔(30)具有在沿着所述第一光学元件(2)的所述光射出区域(25)与在所述斜面(21)处的所述光偏转平面的相交的方向上测量的高度z，其中所述宽度x和所述高度z满足如下关系：x/z≤1.5·[tan(90°-α/2)-tan(90°-(2·[α/2+90°]-[180°-arcsin(1/n)]))]-1。其中，α表示光在所述斜面(21)处的偏转角，以及n表示所述第一光学元件(2)的材料的折射率。2.根据上述权利要求所述的光学装置(1)，其特征在于，所述宽度x和所述高度z还满足下列关系：x/z≥0.85·[tan(90°-α/2)-tan(90°-(2·[α/2+90°]-[180°-arcsin(1/n)]))]-1。3.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，在所述第一光学元件(2)的所述斜面(21)处的所述偏转角的范围为75的至105所。4.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述第一光学元件的所述光导(19)具有棱柱(20)的形状，并且其光射入区域(24)由所述棱柱(20)的非斜切的底面形成。5.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述光导(19)的横截面区域具有如下形状：其具有在从背向所述第二光学元件(3)的表面朝向所述第二光学元件(3)的方向上单调变大并在至少一个部分中沿着该方向的连续地单调变大的尺寸。6.根据上述权利要求所述的光学装置，其特征在于，所述光导(19)具有两个相对的扁平的侧面(190、191)，其中，一个所述侧面(191)包括所述光射出区域(25)，并且其中包括所述光射出区域(25)的所述侧面(191)宽于相对的侧面(190)。7.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置(1)，其特征在于，所述斜面(21)以相对于所述光导的纵向的45相角延伸，使得在所述光导(19)中传导的光在所述斜面(21)处偏转90偏。8.根据上述权利要求所述的光学装置，其特征在于，所述第二光学元件(3)的所述光射入孔(30)的所述高度z和所述第一光学元件的所述光射入区域(24)的所述宽度x满足下述关系：x/z≤1.5·[1+tan(arcsin(1/n))]-1，其中，n表示所述第一光学元件(2)的材料的折射率。9.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述斜面(21)是镜面。10.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述第二光学元件的所述光射入孔(30)的形状对于两个相互垂直的方向具有0.8：1至1.2:1、优选0.9：1至1.1：1、最优选1：1的纵横比。11.根据上述权利要求中任一项所述的光学装置，其特征在于，所述第一光学元件的所述光射入区域(24)的深度y_G和所述第二光学元件的所述光射入孔(30)的深度y2限定了在0.85至1.15的范围内、优选在0.9至1.11的范围内的y_G/y...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·韦尔芬，A·哈曾比勒，
申请(专利权)人：肖特股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE