利用电可控散射的光束整形器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于电控光束整形的装置（２００）。该装置包括用于对来自光源（２０１）的光束进行整形的第一级光学器件（２０２）。该装置还包括电可控光学元件（２０３），用于当该元件处于光的重定向模式时，改变落在它上面的光的方向。该光学元件可以是一个电可控散射元件，例如利用ＰＤＬＣ材料或液晶凝胶来产生。该光学元件的光的重定向程度是通过向液晶材料施加一电场来控制的。最后，该装置包括第二级光学器件（２０４），用于对来自光学元件的已被散射、衍射或折射的光束进行整形。

【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用于电控光束整形的装置。
技术介绍
在许多光学应用中，期望控制来自一个诸如发光二极管(LED)的光源的光的形状和方向。在许多应用中，期望能够控制光束的形状。典型地，一个使用反射器的聚光灯具有大约10°全带宽半最大值(FWHM)的发散角，而泛光灯的发散角约为40°FWHM。在此，FWHM参数定义为在最大光强的一半处的发散角。在以往技术中，已提出诸如透镜阵列的电可切换光学元件来主动地控制一光束的形状。然而，这些类型的元件是基于复制技术，该技术在光学装置和系统中实现起来很昂贵。而且，大多数这样的元件典型地使用晶室(cells)，其中液晶分子平行于晶室表面单轴定向。在这样的晶室中，外加电场仅改变其中一个偏振方向，从而仅改变非偏振光的50％。为了影响另一偏振方向，必须使用第二晶室。不利的是，这将导致发射光的显著附加损失。光的电控散射可通过多种不同的方式来实现。一种用于实现电控光散射的常见方法是利用聚合物分散液晶(PDLC)或液晶凝胶。PDLC是通过在各向同性聚合物中散布液晶分子来产生的。典型地，液晶材料被布置在具有透明电极的两个玻璃板之间，由此形成一个晶室。当两个玻璃板之间不施加电场时，液晶随机地定向，形成散射模式，其中光沿多方向散射。通过施加一个电场，该散射逐渐减弱，且当液晶平行于该电场而对齐时，液晶分子折射率与聚合物折射率相匹配，此时形成透明模式，且光穿过该晶室。另一方面，液晶凝胶是通过在定向的各向异性的聚合物基体中散布液晶来产生的。对于具有负介电各向异性的液晶凝胶，当不施加电场时，存在透明模式。在无电场时，液晶分子沿垂直于晶室表面的方向而定向，从而在液晶晶室内部没有大规模的折射率波动。当施加一个电场时，液晶倾向于垂直于该电场而定向，并在液晶晶室内部感生折射率的波动，从而启动了散射模式。公开号为0 578 827的欧洲专利申请公开了一种照明装置，该照明装置配备有一个光源、一个用于使由光源发出的所需量的光被散射的液晶调光板、以及一个用于控制液晶板的光散射率的控制电源。由该光源发出的、穿过液晶调光板而不被散射的一部分光被用于照明。通过改变用于控制光散射率的外加控制电源电压，就有可能连续地改变照明光的亮度。公开0 578 827的一个问题在于，当在达到一定散射效果的特定电压状态下工作时，液晶调光板将光散射至很大的角度。当这样的照明装置照射一个物体时，照明装置的一部分光束将不会入射到物体上或其附近，而是会散射至很大角度，远离该物体。从而，该调光板引起光线变暗的效果。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是克服上述问题，并提供一种能够实现光束电控整形的装置。该目标是通过一种根据权利要求1的用于光束电控整形的装置来实现的。在本专利技术的第一方面，提供一种装置，该装置包括用于光束整形的第一级光学器件、用于在光的重定向模式下改变已整形光束的电可控光学元件，以及用于对已被电可控光学元件改变的光束进行整形的第二级光学器件。本专利技术的一个基本思想是提供一种可实现电控光束整形的装置。该装置包括用于整形光束的第一级光学器件。该光束典型地来自诸如LED的光源、激光器或某些其它合适的光源。该装置还包括一个电可控光学元件，用于当该元件处于光的重定向模式时，改变落在它上面的光的方向。该光学元件可为一个电可控散射元件，例如利用PDLC材料或液晶(LC)凝胶来产生。它也可选地为一个衍射或折射元件。该光学元件的衍射或散射程度是通过向液晶材料施加一电场来控制的，从而散射、衍射或折射的程度随着外加电场而改变。因此，在光的重定向模式下，该光学元件能够例如使入射到其上的光散射、衍射或折射。最后，该装置包括第二级光学器件，用于对来自光学元件的被散射、衍射或折射的光束进行整形。由于本专利技术提供一种与偏振无关的散射效果，该效果可利用单晶室构造来实现，因而本专利技术是有优势的。光学元件部分地将光源的虚拟位置移动到光学元件上的一个位置。因而，第一级光学器件具有LED作为有效光源，而第二级光学器件具有散射元件作为有效光源。依据施加到光学元件上的电压，可改变被散射、衍射或折射光束的角度强度分布(即光束强度～光束发散角)。根据本专利技术的一个实施例，第一级光学器件既用于对来自光源的光束部分进行校准，又用于提供最大光提取，电可控光学元件用于在散射模式下散射光束，而第二级光学器件用于对落在它上面的光进行整形，以便得到更宽的角度分布。第二级光学器件还用于对来自光源的、当电可控光学元件被置于透明模式时未被第一级光学器件整形的非散射光束进行整形。该实施例是有优势的，这是因为当第一级光学器件和第二级光学器件都用于对来自光源的光束进行整形时，第一级和第二级光学器件的总尺寸变得相当小。在研读所附权利要求和以下描述时，本专利技术的更多特征和优点将变得显而易见。本领域的技术人员将认识到，本专利技术的不同特征可被组合，以创造出不同于以下所述的实施例。附图说明现将参照附图更详细地描述本专利技术的优选实施例，其中图1示出了现有技术的电可控散射元件的横截面图，该元件是利用PDLC材料来形成的；图2示出了本专利技术一个实施例的横截面图，其中提供了一个用于光束电控整形的装置；图3示出了本专利技术另一个实施例的横截面图，其中提供了一个用于光束电控整形的装置；图4示出了本专利技术再另一个实施例的横截面图，其中提供了一个用于光束电控整形的装置；且图5示出了本专利技术再另外一个实施例的横截面图，其中提供了一个用于光束电控整形的装置。具体实施例方式图1示出了现有技术的电可控散射元件101的横截面图，该元件是利用PDLC材料形成的。图1a示出了处于光散射模式的散射元件，图1b示出了处于透明模式的散射元件。液晶材料102被嵌入布置在两透明玻璃板103之间的聚合物基体(104)中，该玻璃板103具有诸如氧化锡铟(ITO)的透明电极的导电层105。如图1a所示，当没有电场施加在玻璃板103之间时，液晶相对于彼此随机地定位，因而光沿多方向散射。当例如利用一个电压产生器106施加一个电场时，如图1b所示，液晶平行于该电场而对齐，且光穿过晶室，产生透明模式。由液晶凝胶形成的晶室相对于外加电场以相反的方式工作当没有外加电场时，液晶对齐，启动透明模式。当施加一个电场时，液晶使光散射。液晶凝胶材料具有在电源切断时晶室将处于透明模式的优点，这在某些应用中可能是优选的。至于PDLC材料相比液晶凝胶材料的选择，我们必须考虑实际用途。图2示出了本专利技术的一个优选实施例，在该实施例中提供了一个用于光束电控整形的装置200。图中示出了装置200的一个示意性横截面图。装置200包括第一级光学器件202、电可控光学元件203和第二级光学器件204。该装置还可包括一个比如LED的光源201，该光源可与光学器件集成，或作为独立元件来添加，这依特定用途而决定。在下文中，假定该装置确实包括一个LED或一组LED 201。在采用多个LED的情况下，可布置这些LED，以使第一个LED发出第一原色，而第二个LED发出第二原色，该第二原色不同于第一原色。此外，可布置该装置，以使该组中的LED被布置成可独立地被控制。图2a示出了当没有电场施加到透明液晶凝胶元件203上时的装置200，图2b示出了当一个电场施加到光学元件203上时的装置200，从而它可通过提供散射、折射或衍射效果将入射到其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电控光束整形的装置（２００，３００），该装置包括：用于对光束整形的第一级光学器件（２０２，３０２）；用于当在光的重定向模式下时改变已整形光束的电可控光学元件（２０３，３０３）；和用于对已被所述电可控光学元件（ ２０３，３０３）改变的光束进行整形的第二级光学器件（２０４，３０４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RAM希克梅特，JPM安森斯，CGA霍伦，T范博默尔，L王，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]