透射型光学元件、照明装置及制造方法制造方法及图纸

透射型光学元件（10）包括用于引导穿过光学元件传播的光（13）的表面起伏微光栅（5,9）。根据本发明专利技术，光学元件（10）的厚度的至少一部分（5）由有色材料（4）形成以便使光学元件被着色。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微光学，特别涉及包含微型光栅的光学元件、利用这样的元件的照明装置及其制造。
技术介绍
所谓微光学在本文指的是这样的光学领域:用于引导光的光学元件的操作不仅基于元件表面的微观几何结构及因此基于其整体的三维形状，而且首先基于在元件表面上延伸的微型光栅。当光学性能主要由光栅结构确定时，元件的整体形状可以是简单的。例如，元件表面不需要像传统的透镜一样弯曲，而是光栅可以位于平坦表面上。这允许将元件主体实现为例如具有低厚度的平板。实际上，微型光学元件通常被制造为薄膜结构。在本文所指的微光学涵盖折射地操作的光栅结构和借助于衍射光栅的光操纵。衍射光学形成微光学的特定领域。在衍射光学中，光学元件的操作不再像折射光学中的情况一样基于在具有不同的光学密度的两种材料之间的界面处的光线的折射，而是基于光的衍射。在衍射光学元件中，光栅的结构细节的大小在光的波长的量值处或以下。微光学日益扩展到不同的应用领域。其优势之一是光学元件的性能特性是可变和灵活地可调整的。另一方面，制造技术的发展使得当今能够通过不同的复制技术进行微光学元件的成本有效的大批量生产。这些复制方法中的一般原理在于包含微米级或较小的三维结构的期望光栅的反副本在特定的模制/压制工具中被提供，所述模制/压制工具用于将光栅结构压制在适合的光栅材料的表面上。如上所述，微光学元件通常被制造为薄膜结构。在典型的方法中，一层液晶材料例如可通过紫外(UV)光或热来固化的适合的热固性树脂被散布在薄的支撑/基膜上。压制工具被压在包含固化材料层的薄膜上，且UV辐射或热被同时引导到压制点以固化光栅材料。因为单独的微光学元件的尺寸通常为大约几毫米，因此通过这种方法将大量的元件压制在一块膜上是可能的，单独的元件随后从该膜被切除。以上提供的制造原理的最有用的实际应用之一是UV辊对辊工艺。在该方法中，压制工具被布置在圆柱形辊/棒的表面上，所述圆柱形辊/棒绕着其纵轴旋转，且压制在膜上作为连续的过程发生，所述膜被引导而经过所述辊。基膜涂有UV固化树脂，且UV辐射被引导到压辊和膜的接触点。上述的批量生产方法尤其适合于要求低成本微光学元件的应用，这是例如在不同的消费品中的情况。典型的例子是数码相机或例如手机的集成相机元件的塑料闪光灯透镜。对微光学元件的材料特性的要求主要由元件的期望光学性能设定。例如，对可见光设计的透镜应该在可见光波长处具有高透射率。透射率也应该在所述波长范围内是一致的。换句话说，透镜应该为透明和光学透明的，而没有任何着色效果。这通常也是分光镜应用中的情况，在分光镜应用中，试图以不同的方式特别控制不同的波长。波长之间的区分通过实际的光栅结构来实现，光栅结构的性能特别依赖于波长，材料本身是无色的。然而，尤其是在消费品中，设备的所有可见部分的外观也变得日益重要。换句话说，除了其光学性能以外，如果所述类型的便携式设备中的相机的闪光灯透镜在外观上匹配设备盖的一般外观，这将是有利的。例如，如果透镜能够被染色以匹配设备的一般着色，这将是合乎需要的。光学元件的着色不仅与闪光灯装置有关，而且适用于许多其他的照明装置。另一方面，例如，在外观特别关键的手机中，如果产生闪光的LED元件通过透镜显示，这可能在某种程度上被视为缺陷或干扰因素。透镜的适合的着色可能遮蔽LED以便是不太显著的。因此，明确地需要有色的微光学元件及利用这样的元件的照明装置。然而，元件的有色性应实质上不应影响元件的主要预期的光学功能。此外，应该可能成本有效地实现微光学元件的有色性作为元件的正常批量生产工艺的部分。专利技术目的本专利技术的目的是对以上提出的需要作出响应。专利技术概述本专利技术的特征在于在权利要求1、4和8中提供的内容。本专利技术的每个方面和实施方式所共有的一个本质问题与物体尤其是光学元件的颜色和有色性有关。在本专利技术的背景下，所谓有色性主要是指如人眼所察觉到的光学元件的外观。不像作为元件表面的形状可能导致的光的折射的结果，在眼睛和看到的物体之间的良好透射和光学透明的元件不大影响物体的视觉感知。元件越平坦且它具有的表面越平坦，元件就越容易被察觉。如果这种元件的材料是有颜色的，来自这种元件的在对应于该颜色的波长处的光的反射与其他波长相比增大了。人眼察觉到该元件被着色。同时，在该元件后的物体不像在清晰的，即无色元件的情况中的一样清晰地显示。根据一个方面，本专利技术集中于透射型光学元件，其包含用于引导通过元件传播的光的表面起伏微光栅。表面起伏微光栅在本文意指具有小于或等于100 μ m的光栅周期的三维周期性表面起伏结构。该光栅的简单例子是菲涅尔透镜型光栅，其由薄膜表面上的一系列相邻的倾斜小面构成，小面的倾斜度在整个光栅发生改变。该光栅也可以是衍射光栅，其光学性能至少部分地基于光的衍射，且光栅的典型特征对应于将由兀件弓I导的光的波长的量值。表面起伏光栅可位于元件的自由表面上。可选地，它可以嵌入分层元件结构中。本专利技术的光学元件的透射型操作意指该元件必须由一种或多种透明的材料形成。所谓材料、膜和层的透明度在本文意指在选定的膜/层厚度的情况下，在相关的波长范围的入射辐射功率的至少50%穿过所述膜/层被透射。 在原理上，本专利技术的光学元件可由适合于工业上可应用的光栅制造工艺如复制工艺的任何透明材料形成。根据本专利技术，光学元件的厚度的至少一部分由有色的材料形成，以便使光学元件有颜色。在本专利技术的背景下，所谓有色性主要是指通过人眼察觉到的光学元件的外观。因此，所谓有色光学元件是指在可见光波长范围中的元件的反射光谱以一种方式偏离平坦的波长范围，作为普通人眼的敏感度的反射光谱和波长依赖性的结果，当覆盖层被白光照射时，人眼感受到有色的，即非白色的反射光。有色的光学元件提供优于现有技术解决方案的极大的优势。首先，光学元件可被染色以匹配设备的一般着色，其中，它形成的该设备的一部分。另一方面，有色的元件可至少部分地遮蔽在衍射光学元件后面的物体。这些特征例如在消费品应用中可能非常重要。当部件的有色性通过元件本身的有色部分而不是例如另外的有色反射膜来实现时，该元件的构造可保持简单。元件的包含有色材料的厚度部分可改变。可能有被形成为被全部着色的单层材料的整个元件。例如，有市场上可购买到的已着色的膜，其适合于通过例如热凹凸印在其上形成光栅。另一方面，元件可形成为分层的结构，仅有一个或几个层被着色。有色材料的有色性可以是材料本身的固有特性。另一方面，在较灵活的方法中，通过插入到待着色的材料中的着色剂来实现有色性。着色材料的实际有色性随后由其中的着色剂的类型和数量确定。所谓着色剂在本文意指一种物质，其当存在于光学元件的材料中时优选地对除了光学特性之外的材料特性没有任何实质性的影响。换句话说，除了光学元件材料的光学特性之外的特性也将实质上类似于不存在着色剂的情况。在这个意义上，本文讨论的着色剂是添加剂。在优选的实施方式中，光学元件被形成为具有小于或等于Imm的厚度的薄膜结构。作为紧密型板形构造，薄膜光学元件可被灵活地集成到各种设备中。此外，可通过有效的复制工艺制造薄膜结构。在优选的实施方式中，光学兀件包括光学透明的基底层和位于基底层上的覆盖层，微光栅在覆盖层的表面上形成，所述表面与覆盖层的面向基底层的表面相对，覆盖层材料包含着色剂以便使光学元件被着色。这种分层结构提供了许多优势本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种透射型光学元件(10)，包括用于引导穿过所述光学元件传播的光(13)的表面起伏微光栅(5，9)，特征在于:所述光学元件(10)的厚度的至少一部分(5)由有色材料(4)形成以便使所述光学元件被着色。2.按权利要求1所述的光学元件(10)，其中所述光学元件(10)被形成为具有小于或等于Imm的厚度的薄膜结构。3.按权利要求1或2所述的光学元件(10)，其中所述光学元件(10)包括光学透明的基底层(I)和位于所述基底层上的覆盖层(5)，所述微光栅(9)在所述覆盖层的与面向所述基底层的表面相对的表面上形成，所述覆盖层的材料包括着色剂(3)以便使所述光学元件被着色。4.一种照明装置(11)，包括光产生元件(12)和透镜(10)，所述透镜用于重新分布由所述光产生元件发出的光(13)，特征在于，所述透镜(10)包括根据权利要求1到3中的任一项的光学兀件(10)。5.按权利要求4所述的照明装置(11)，其中所述光产生元件包括发光二极管(12)。6.按权利要求4或5所述的照明装置(11)，其中所述光产生元件(12)被配置为产生白光(13)，且所述光学元件的由有色材料形成的部分的厚度及所述部分的颜色强度被选择成保持由所述透镜重新分布的光(14)的颜色为白色。7.按权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃特里·卡利马，
申请(专利权)人：纳诺科普有限公司，
类型：
国别省市：