CN102713688A

CN102713688A - 经准直化的光源和用于制造该光源的方法

Info

Publication number: CN102713688A
Application number: CN2011800062271A
Authority: CN
Inventors: 斯特芬·赖切尔; 贝恩德·沃尔芬; 拉尔夫·比尔廷普费尔
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2031-01-14
Also published as: DE102010004825A1; CN102713688B; DE202010018278U1; WO2011085998A1

Abstract

本发明总体上涉及针对光源的透镜。本发明特别地涉及具有进行准直化的或者成形射线的透镜的LED光源。本发明基于如下的任务，即，仅借助单个透镜就准直化了面式地并且在大的角度范围下放射的光源的、尤其如发光二级管的或者发光二级管系统的光的高效率准直。建议了特殊地成形的透镜和这样的透镜的带有与光入射面间隔开的光源的系统。

Description

经准直化的光源和用于制造该光源的方法

技术领域

本发明总体上涉及针对光源的透镜。本发明特别地涉及具有进行准直化的或者成形射线的透镜的LED光源。

背景技术

由DE 601 01 021 T2公知具有高数值孔径的物镜。这些透镜设计用作在光学摄录机中的拾取透镜。与此相应地，涉及光学成像系统。在那里描述的透镜制造为挤压件，并且必须满足可制造性的条件和光学的功率。对于在非球体的极半径r₀与这些透镜的透镜体积V_透镜之间的比例而言如下应该成立：

与此相应地，在这里透镜体积小于具有如下半径的球体的体积，该半径相应于透镜的极半径。这些透镜应该具有高的数值孔径并且对光学的校准提出低的要求。但是该光学系统总体上相对复杂并且其使用两个依次联接的用于对焦的透镜。

为了取得在准直化中的高效率，也在LED照明系统中使用多个透镜。这样的具有多个用于对发光二级管的光进行准直化的透镜的系统此外由CN 101373047 A公知。

发明内容

与此相反地，本发明以如下任务为基础，即，仅借助单个透镜就准直化了面式地并且在大角度范围下放射的光源的、尤其如发光二级管的或者发光二级管系统的光的高效率的准直。此任务由独立权利要求的主题来解决。本发明的有利的设计方案和改进方案在各自的从属权利要求中说明。

依据本发明的进行准直化的透镜，用于光源的光射线的准直，具有：

-光入射面，和

-光出射面，其中

-光出射面凸地非球面地成形，

并且

-曲率半径从透镜中心向该透镜边缘去地增加，并且

-透镜在光出射面处的折射率具有至少1.70、优选至少1.75的值，并且

-透镜的总高度（h_透镜，总）大于光出射面的拱高度（h_出射），其中

-光出射面的拱高度根据在光出射面的顶点与边缘之间的轴向距离确定尺寸，并且其中

-透镜的体积至少由由光出射面围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，该柱体的端面由光入射面给出并且该柱体的高度由从光入射面直至光出射面的边缘的轴向距离给出，其中，针对体积来说如下成立：

其中，r₀标称在非球面的光出射面的顶点处的曲率半径并且V_透镜标称透镜体积。

于是借助这样的进行准直化的透镜能够提供用于产生经准直化的光射线的照明装置，该照明装置包括：

-具有至少一个发光二级管的光源，和

-透镜，

其中，该透镜具有光入射面和光出射面，并且其中

-光入射面以与发光二级管的间距布置，并且其中

-光出射面凸地非球面地成形，并且在此优选地

-曲率半径从透镜的中心向该透镜的边缘去地增加，并且其中

-透镜在光出射面处的折射率具有至少1.70、优选至少1.75的值，并且其中

-该透镜的总高度（h_透镜，总）大于光出射面的拱高度（h_出射），其中

-透镜的体积至少由由光出射面围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，该柱体的端面由光入射面给出并且该柱体的高度由从光入射面直至光出射面的边缘的轴向距离给出，其中，针对该体积来说如下成立：

其中，r₀标称在非球面的光出射面的顶点处的曲率半径并且V_透镜标称透镜体积。透镜的总高度被理解为沿透镜的光学的轴线测量的在凸的光出射面的顶点与光入射面之间的轴向距离。因为与透镜相比局部扩展的光源，所以完全的准直一般是不可能的。但是借助依据本发明的系统典型地针对由光放射面所放射的强度的至少40%、甚至一般针对60%取得光射线的小于30°的全张角

这在本发明的意义中看做经准直化的光射线。

特别适宜的是设置平坦的光入射面。这一方面使得简单地制造如下透镜成为可能，该透镜由具有两个平坦平行面的第一本体和由联接到这两个平坦平行面之一上的、具有凸的折射面的第二本体制成。

依据本发明的用于制造透镜的方法和用于制造具有这样的透镜的照明装置的方法相应地基于如下，即，制造具有光入射面和光出射面的透镜，其中

-将光入射面优选平坦地成形，并且

-将光出射面凸地非球面地成形，并且将透镜此外优选如此地成形，即，

-使得曲率半径从透镜的中心向该透镜的边缘去地增加，并且其中

-针对透镜使用如下材料，该材料至少在光出射面处具有至少1.70、优选至少1.75的值，并且其中

-将透镜以如下总高度来制造，该总高度大于光出射面的拱高度，其中，光出射面的拱高度根据在光出射面的顶点与边缘之间的轴向距离确定尺寸，并且其中

-透镜的体积至少由由光出射面围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，该柱体的端面由光入射面给出并且该柱体的高度由从光入射面直至光出射面的边缘的轴向距离给出，其中，针对体积来说上面说明的关系式（2）又成立。为了制造照明装置此外提供

-具有至少一个发光二级管的光源，并且

-透镜和光源如此地相对彼此布置，即，使得透镜的光入射面与发光二级管间隔开。

在由发光二级管与光入射面之间的间距获得的中间空间中，优选存在低折射的介质，在最简单的情况下存在气体、尤其是空气。因此引起在光入射面处的高的折射率突变，该折射率突变引起入射光射线向光学的轴线去的折射。但是必要情况下，该中间空间也能以比空气具有更高折射率的介质填满，例如以保护漆、硅脂或者类似物填充。

另一方面为了避免在透镜表面处的高的反射损耗，透镜此外特别优选地进行调质，或者说设有抗反射覆层。调质基于高的折射率也在光出射侧上是有利的。

本发明以如下认识为基础，即，当透镜比依据上面所说明的关系式（1）设计得还更厚时，能够取得高得多的光收集效率。伴随着厚度出现相应更大的体积和大的光入射面。尤其是事实证明，依据关系式（1）的限制针对照明用途是不必要的或者甚至是不利的。借助至今为止的透镜，LED照明设备变得非常结构空间密集。此外，由现有技术的透镜的收集作用是不令人满意的。

但是如果依据本发明选择与透镜的体积相比小的极半径，特别是小于依据关系式（1），则总体上能够取得非常紧凑的结构方式。依据本发明所使用的单个透镜能够因此基于与透镜体积相比小的极半径、或者说与透镜体积相比小的对应于极半径的球体体积表征为相对较尖的或者较长的。在此特别是，透镜体积大于如下球体的球体体积，该球体的半径等于极半径。

借助大的透镜体积和基于相对小的极半径，典型地也获得大的侧腹斜角（Flankenwinkel）。该侧腹斜角针对高的收集效率来说非常有利。在本发明的改进方案中为此建议，将非球面的凸的光出射面如此地设计，即，使得该光出射面的侧腹斜角为至少30°。该侧腹斜角优选处在从30°至70°的范围内。

在非球面的折射面的边缘与光入射面之间的轴向区段在本发明的改进方案中是透镜的体积的重要部分。一般地在如下情况下甚至令人惊讶地已证明为有利，即，在非球面的折射面的边缘与光入射面之间的轴向的呈柱体形的区段比由非球面的折射面合围的体积具有体积上的更大的份额。在此方面这是令人惊讶的，因为人们本来会设想，基于前置的平坦的光入射面，该区段本身无助于准直。相反地，在该区段内部甚至出现发散的光射线。依据本发明的此改进方案在如下情况下总体上已证明为有利，即，由折射面合围的体积与在非球面的光出射面的边缘与光入射面之间的轴向的呈柱体形的区段的体积的比例小于1/2。如果在光出射面处所用的材料具有非常高的、至少nd=1.9的折射率，那么甚至能够选择小于1/3的相应的体积比例。

上面所说明的至少n=1.70、优选至少1.75的折射率优选被选择得更高。特别是优选地针对非球面的折射面来选择大于1.8的折射率，以便提高收集效率。也为了光入射面优选高的折射率。在光入射面处的折射率在本发明的改进方案中为至少1.5、优选至少1.6、特别优选同样如光出射面那样至少1.70、尤其优选至少1.75。

为了达到高的收集效率，也建议大的光入射面。在本发明的改进方案中、与DE 601 01 021 T2中描述的透镜不同地，光入射面具有如下直径，该直径为光源的有效发射面积的方根的至少两倍大。在呈方形的发射面积的情况下，该面积的方根是发射面的侧向尺寸。

依据本发明的高折射的透镜一般能够在任何情况下、在受局限的条件下由合成材料来制造。与此相应地，特别优选无机原料、尤其如玻璃或者光陶瓷。

作为制造方法，模压（Blankpressen）特别适用于玻璃。当然该体积的或者说依据本发明的几何形状的透镜不再能够以通常方式由球体通过模压来制造。用于通过模压制造这样的透镜的第一种可能性是使用柱体区段作为预成型件。这样的柱体区段在其大小方面基本上仅受模具的规模限制。这样的柱体区段具有比球体大得多的体积。备选地，也能使用呈非柱体形的玻璃区段，如四边形区段或者椭圆形区段。

特别优选的是制造玻璃-玻璃混合透镜。这些玻璃-玻璃混合透镜由两个玻璃元件组合成，这两个玻璃元件彼此直接通过在软化状态中的玻璃的彼此叠压和粘合被连接。也能够设想另外的连接类型，如胶合（Kitten）。与此相应地，在本发明的改进方案中设置有如下照明装置，该照明装置的透镜由两个玻璃元件组合成，其中，由这两个玻璃元件中的一个形成光入射面，并且由另一玻璃元件形成光出射面。

特别地，在本发明的实施方式的情况下，透镜的制造包括挤压，尤其是第一玻璃元件或者预成型件在具有两个对置的平坦平行面的第二玻璃元件或预成型件的平坦侧上的模压。第一预成型件在彼此叠压时被改型为非球体，该非球体的表面形成透镜的光出射面；并且与第二预成型件的将第一预成型件叠压在其上的面对置的面形成透镜的光入射面；并且其中，在挤压的情况下在两个预成型件之间的交界面处向下超越粘合粘度。对于第一预成型件而言现在可以使用例如球体预制件（Kugelvorform）。

此外事实证明在如下情况下针对透镜的光学的并且还有机械上的特性特别有利，即，在材料选择中注意一定的限制。在此，在本发明的改进方案中，优选在玻璃中的至少一种玻璃软化的条件下的玻璃元件或预成型件的彼此叠压及其直接粘合中使用如下这样的玻璃，在这些玻璃中针对温度膨胀系数α_玻璃1、α_玻璃2来说如下成立：

（3）|α_玻璃1-α_玻璃2|≤0.2×α_玻璃1。

此条件导致在冷却到室温的情况下机械应力不变得过高。机械应力可以尤其是由于在使用平坦平行的预成型件时基本上平坦的连接面而变得关键，这是因为在此情况下，在连接面处几乎仅构建剪切力。为了减少尤其是在室温与挤压两个玻璃元件时的温度之间的温度范围内的机械应力应当满足在关系式（3）中描述的条件。此外，当使用两种相同玻璃时，条件（3）于是也正好满足。

典型地用于光源的发光二级管是散射地放射的面放射源。依据本发明的透镜直接针对这类光源的准直化是特别适合的。尤其是能够使用与面式的光源相比相对紧凑的、但具有非常高的光收集效率的透镜。因此在本发明的改进方案中设置，光源的光放射面为光入射面的面积的或者投影到光入射面的平面上的光出射面的面积的至少1/80、优选至少1/40、特别优选至少1/30。一个或多个发光二极管的面积能够不伴有收集效率的显著损耗地甚至直至透镜的光学上重要的面的、也就是投影到光入射面的平面上的光出射面的1/5。在多个发光二级管的情况下在本发明的意义中，配属于透镜的多个发光二级管的发光的总面积被看做光放射面。如果多个发光二级管是间隔开的，则在本发明的意义中光放射面由如下的最小的凸的面给出，在该最小的凸的面中完全地包含有多个单个的发光二极管的光放射面。

此外令人惊讶地证明，当透镜的焦距如此地大，即，使得射中到光出射面上的平行射线的焦点以与光入射面的间距处在透镜之外并且光源的至少一个发光二级管、或者说更准确地其光放射面在轴向方向上布置在该焦点的定位与光入射面之间时，收集效率以及进而沿放射方向取得的亮度特别高。换句话说，因此获得正的后焦距（英语：back-focal-length）、也就是焦点相对透镜背侧的正的间距。

借助本发明也能建立非常紧凑的、带有多个彼此并排布置的透镜和所配属的发光二级管的照明装置。为了制造带有这样的透镜的阵列的照明系统尤其适用的是，将多个非球面的透镜结合在共同的基体上，这是因为反正单个透镜的体积的大的部分由在光入射面与非球面的折射面的边缘之间的区段给出。

因此在本发明的改进方案中设置具有带多个彼此并排地布置的非球面的透镜面的透镜系统的照明装置，其中，这些透镜面布置在共同的基体上或者说经由该基体彼此连接，其中，基体具有与透镜面对置的平坦侧，并且与该对置的平坦面间隔开地布置有多个发光二级管，并且其中，发光二级管配属于不同的透镜面，从而使得发光二级管的光各由不同的非球面的透镜面来准直化。

依据本发明的照明系统能够用于一般的照明目的。特别的应用领域在于医用照明装置的领域中，以及针对投影仪。

附图说明

本发明随后根据实施例并且在参照附图的条件下详细阐释。在此相同的附图标记指向相同的或相应的元件。

其中示出：

图1针对照明装置的透镜；

图2具有模拟的光路的照明系统；

图3具有多个在基体上相关联的透镜的透镜系统；

图4具有依据图3的透镜系统的照明装置；

图5带有经置入的玻璃元件的、用于制造透镜系统的挤压模具；和

图6借助挤压模具获得的透镜系统

具体实施方式

图1在横截面视图中示出针对依据本发明的照明装置的透镜3。透镜3包括凸的非球面的光出射面5和平坦的光入射面9。一般地，透镜3因此也被标称为平凸透镜。

透镜的体积可以被分成两部分，这两部分在图1中由不同的阴影线强调。这些区域能够但不是必须由两种不同材料制成。区域9是从非球面光出射面5至其边缘13所包围的体积。区域11是透镜的在边缘13与光入射面9之间的轴向区段。在单个透镜的情况下，如其在图1中示出地，该区段也同时由侧向的透镜表面来界限，从而使得透镜3由具有体积7的非球面部分和由具有区段11的体积的呈柱体形的部分组合成。

呈柱体形的区段需要时也可以比区段11更宽。在此情况下，光入射面9大于光出射面到光出射面的平面上的投影。但是，为了达到高的收集效率，光入射面优选（与图1中所示的示例相应地）如光出射面到光出射面的平面上的投影或者说如由投影到光出射面上的边缘13所包围的面那样大，或者也必要时还更大。

换句话说，透镜3的体积至少通过由光出射面5包围的体积7和如下柱体的柱体体积给出，该柱体的端面由光入射面9来限定并且该柱体的高度由光入射面9至光出射面5的边缘13的轴向距离给出。此外，基于区段11，透镜3的厚度或者说其总高度16比光出射面5的拱高度12大出该区段11的厚度，其中，光出射面5的拱高度根据光出射面5的顶点14与边缘13之间的轴向距离确定尺寸。

非球面的光出射面5的在处在光学的轴线15的透过点处的顶点14处的曲率半径被标称为极半径。在图1中光出射面5的极半径17作为箭头绘制出。现在，能够为极半径17配属在图1中所绘制的假想的球体19，该球体的半径相应于极半径17。

如根据图1直接可见地，与上面所说明的关系式（2）一致地，由体积7和呈柱体形的区段11的体积组合成的透镜体积明显大于球体19的体积。该大的体积特别是由透镜3的大的光入射面9和区段11的与该光入射面连接的大的体积来引起。

特别优选地，在此特别是区段11的体积也大于体积7。依据实施例，在非球面部分或者说体积7与透镜的柱体部分或者说呈柱体形的轴向区段之间的比例具有0.456的值，其中，针对体积7和区段11使用两种不同的玻璃。在该实施例中，具有名称D263的玻璃用于区段11，并且具有名称P-LASF47的、具有nd=1.8的折射率的玻璃用于非球面部分。

如果选择更高折射的材料，例如具有nd=2.0的玻璃P-SF68，该比例甚至下降到1/3之下的值。在此，模拟得出针对较小的体积比例的更好的发光效率。在此令人惊讶的是，随着体积7与体积11的比例的下降呈柱体形的区段11被一直变大，并且准直化地起作用的光出射面因此进一步远离光入射面。基于此，本身可以设想较小的数值孔径。

非球面光出射面的形状一般优选依据随后的、针对旋转对称面的关系式进行选择：（根据DIN ISO 10110）

(4) x = \frac{y^{2} / r_{0}^{2}}{1 + \sqrt{1 - (k + 1) y^{2} / r_{0}^{2}}} + Σ_{n = 2}^{N} α_{2 n} y^{2 n}

在该等式中，参数x标称沿光学的轴线的坐标（所谓的拱高度），并且参数y标称与光学的轴线的径向间距（半径）。量r₀又标称极半径。系数k是标识锥度的并且也标称为圆锥常数的量。此外，该面的形状、特别是与抛物面形状的偏差还由系数α_2n，n=2、3、4、……来表征。典型地如下是足够的，即，在根据等式（4）的求和中，考虑最高至第十阶（也就是N=5）的项。

依据本发明的实施例，透镜3具有30.288mm³的透镜体积，其中，对关系式（4）的参数来说在考虑最大至八阶的项的情况下，如下成立：

半径r₀[mm]	-1.906
		K	-0.585
α₄	-0.0186
		α₆	0.001922
α₈	0.00009136

对这样的透镜来说确定：该透镜收集多于92%的LED光，并且可以向前指向地放射。不局限于前面的示例，借助依据本发明的系统通常多于70%的由LED发射的光能够由透镜3来捕获并且向前指向地被放射。

图2示出依据本发明的、具有模拟的光路和放射的光射线2的照明系统1。该照明系统1的光源21包括发光二级管22，该发光二级管的光放射面24以与透镜3的光入射面9的间距28布置。

不同于拾取系统的透镜，依据本发明存在如下任务，即，尽可能良好地使横向于光学的轴线扩展的光放射面的光准直化；也就是说，光以尽可能小的张角离开透镜3。典型地，由于与透镜相比局部地扩展的、散射地发射的光源，完全的准直是不可能的。因此如下确定为准直，即，至少40%的、优选至少60%的由光源的光放射面所放射的光以小于等于30°的张角离开透镜。为了与实际的射线束（Strahlenbündel）相比较，在图2中绘制有假想的光射线200，该光射线具有30°的张角，或者说相对于光学的轴线的15°的角度。

在发光二级管22相对于透镜3的在图2中所示的定位的情况下，产生理想化的经准直化的射线。在此但是为了概览性的目的仅绘制有从光放射面的一个单个点出发的光射线。如根据图2还可见地，光射线2在由透镜3的准直化之后发散。即使在光学的轴线附近的近轴的部分射线也随着与透镜距离的增长而彼此分离。

根据其可见，发光二级管22如此地布置，即，使得光放射面24的轴向定位不与射中到光出射侧上的平行射线的在光入射侧的焦点26重合。尤其是如图2中所示地，透镜3的焦距如此地大，即，使得射中到光出射面5上的平行射线的焦点26以与光入射面9的间距处在透镜3之外，其中，发光二级管22的光放射面9在轴向方向上布置在该焦点26的定位与透镜3的光入射面9之间。此偏差甚至是显著的。在透镜3的情况下，如该透镜基于图2的模拟的那样，光放射面的定位明显处在从光放射面9至焦点26的路径的一半之内。在此，光放射面甚至还处在这个在该光入射侧9处开始的路径的三分之一之内。

这两个前述的参数可以作为一般性地来设想，特别是对于作为基础的透镜3来说，设想在光入射侧上的还相对低的折射率，而在光入射侧上的高的折射率一般地还允许间距28的降低。少的间距引起高的收集效率，但是对成像的或者聚焦到一点上的系统会不太适合。在本发明的改进方案中，光放射面因此布置在在透镜3的光入射面9处开始直至在光入射侧的焦点26的路径的第一半部之内、优选三分之一之内。间距的保持通常有利于降低对制造公差的要求和/或有利于提供针对接口结构、例如针对键合线的结构空间。通常，不局限于所示出的实施例，光放射面与透镜的光入射面的间距优选至少200微米。

此外，发光二级管22的光放射面24也具有横向于光射线2的方向或者说横向于光学的轴线的扩展。如果考虑到由光放射面24的其他点所放射的光射线，则针对光放射面24相对焦点26更接近透镜3的光入射面9的定位，正好得到光射线的更好的准直化。

透镜3，如其在图2中所示地，由两个玻璃元件30、33组合成，其中，由这两个玻璃元件中的一个、也就是由玻璃元件30形成光入射面9，并且由另一玻璃元件（玻璃元件33）形成光出射面5。在此，将透镜优选通过第一预成型件在具有两个对置的平坦平行面的第二预成型件的平坦侧上的挤压、特别是模压来制造。在此，该第一预成型件改型为玻璃元件33并因此改型为非球体，该非球体的表面形成透镜3的光出射面5。与第二预成型件的将第一预成型件叠压到其上的面对置的面形成透镜3的光入射面9。为了彼此连接两个预成型件、或者说待产生的玻璃元件30、33，当在两个预成型件的交界面处挤压时向下超越该材料对的粘合粘度。这意味着，向上超越该材料对的粘合温度。

在图2中所示的实施例中，透镜基于以下参数：玻璃元件33的、具有名称P-LASF47的玻璃具有1.8061的折射率。玻璃元件30的玻璃具有较低的1.5231的折射率。玻璃元件33的厚度与玻璃元件30的厚度之比为如2.05至0.55，其中，玻璃元件33的厚度是沿轴向方向从两个玻璃元件33的交界面到玻璃元件33的顶点测量的。此外，如借助图2可见地，区段11的一部分通过玻璃元件33形成。因此，如下并不是强制性的，即，在使用由两个玻璃元件制成的透镜的情况下，区段11完全由这两个玻璃元件中的一个形成。

在其它的实施例中使用具有1mm×1mm的放射面的发光二级管，该放射面的与透镜的光入射面的间距为0.5毫米。透镜的光入射面在该实施例中具有5mm的直径，相应于19.6mm²的面积。与此相应地，发光二级管的光放射面24具有光入射面9的面积的1/19.6的面积。该透镜具有3.55毫米的总高度、-2.14101毫米的凸的极半径、k=-6.913545的圆锥常数。参数α₄为-4.71584E-2、参数α₆为4.13144E-3并且参数α₈为-1.86246E-4。玻璃元件33具有3.0毫米的厚度，并且由具有1.80的折射率的玻璃制造，并且玻璃元件30由具有1.52的折射率的和0.55毫米的厚度的玻璃制造。借助此系统，可以在两侧抗反射的透镜的情况下针对由发光二级管所放射的光强度的82%取得25°的张角。

依据本发明的系统不仅使得面式发光二级管的非常良好的准直化成为可能。此外事实也证明了，该准直化此外几乎是不依赖颜色的。因此，依据本发明的照明装置也特别适合于多色的发光二级管或者白光发光二级管。如此外在多色发光二级管的情况下那样因此也能够通过多个彼此并排布置的发光二级管来取代发光二级管22。

在至今为止描述的实施例中，单个的透镜用于照明系统。但是也可能的是，为了取得更高的光强度彼此并排地布置多个透镜和所配属的发光二极管。为此，特别是也能设置具有多个彼此并排地布置的非球面透镜面的透镜系统，这些非球面透镜面布置在共同的基体上，该共同的基体具有与透镜面对置的平坦侧，其中，与对置的平坦面间隔开地布置有多个发光二级管，从而使得发光二级管的光各由不同的非球面的透镜面来准直化。

这样的具有多个在共同基体101中结合的透镜103的透镜系统100在图3和图4中示出。在此，图3示出俯视图。图4在侧视图中示出具有这样的透镜系统100和带多个发光二级管22的相应光源21的照明装置。发光二极管21附着在承载件35上。优选将电路板用作承载件35，在该电路板上钎焊有发光二级管22。此系统除了紧凑的结构也提供如下优点，即，发光二级管22的定位能够在一个步骤中与透镜的光学的轴线的定位对准。相对于每个都为本身与所配属的发光二级管对准的单个透镜的系统，这显著降低了校准消耗。

在保持在光放射面24与透镜的由基体101的共同的平坦侧90限定的光入射面9之间的间距28的情况下，透镜系统100和承载件35借助保持装置37相对彼此固定。

随后描述针对这样的透镜系统100的制造方法，该制造方法也能类似地用于与图1和图2的实施例相应的单个透镜的制造。该方法基于，为了制造透镜3或者透镜系统100而挤压第一预成型件与第二预成型件、尤其是在模压的情况下挤压，其中，第一预成型件叠压在第二预成型件的平坦侧上，并且在此第一预成型件改型为非球体。

第二预成型件的与受挤压的、第一预成型件叠压其上的侧对置的平坦面形成透镜3的光入射面9、或者说透镜系统100的透镜103的光入射面9。为了连接，在挤压的情况下在两个预成型件之间的交界面处向下超越粘合粘度。在此，在玻璃元件的玻璃中的至少一种玻璃软化的情况下在彼此叠压的情况下进行这两个预成型件的直接粘合。特别优选地，要么使用相同的玻璃，要么使用这样的具有非常相似的温度膨胀系数的玻璃，对于这些温度膨胀系数适用尤其上面说明的关系式（3）。

在此，模压方法如下地工作：将两个玻璃元件或者预成型件置入模具中。然后关闭模具，并且加热到如下温度，在该温度中两种玻璃彼此粘合。在已达到的温度中进行挤压，接下来冷却和打开模具，并且可以取出透镜3或透镜系统100。

必要的话还能例如通过后剖光进行表面的后处理。在挤压中的关键参数是温度，因为玻璃不应与挤压模具熔合/粘合。为了避免此情况，可以使用适合的模具材料和/或在模具上的覆层。适合的用于避免粘连的材料例如为铂铱合金。备选地或者额外地也可能的是，在模具上使用分离介质如氮化硼（BN）、石墨、煤烟。

图5示出具有已置入的玻璃元件的挤压模具40。该挤压模具40具有两个带挤压面43或者说44的模具半部41、42。在模具半部41的平坦的挤压面43上安放有作为第二玻璃元件的、具有两个平坦面的玻璃元件30。模具半部42的挤压平面44具有用于制造非球面的折射面的互补的凹陷部46。

在凹陷部46中布置第一玻璃元件33，该第一玻璃元件在达到粘合粘度并且挤压的情况下改型为非球面的玻璃元件，从而得到如图6中所示的透镜系统100。在此透镜系统中，基体由第二玻璃元件30形成，并且由非球面的透镜面围住的体积5由第一玻璃元件33形成。挤压面41、43以防粘覆层45进行覆层。取代该防粘覆层45地或者附加于该防粘覆层45地也可以应用分离介质的层。玻璃的粘合一般在小于1·10^-10dPa·s的玻璃粘度的情况下进行。准确的粘合粘度依赖于材料对。因此能够通过挤压工具覆层的巧妙选择来降低相对模具的粘合粘度。因此如下变得可能，即，将模具40如此程度地加热，即使得，虽然玻璃元件30、33的玻璃之间的接触部位达到对其来说适合的粘合粘度，但是在相对模具的接触部位处达不到不同的、特别是较低的粘合粘度。

当光学的面具有简单的几何形状（平面、球面）时，也可以取代或者附加于防粘覆层45应用分离介质，该分离介质被简单地打磨掉。如果应用分离介质，则以分离介质覆层的模具能够更加热得多地被操纵。

借助所述方法、尤其也借助防粘覆层或者分离介质覆层如下是可能的，即，鉴于其温度膨胀系数和软化点而为了玻璃元件30、33使用非常相似的、甚至相同的玻璃。此外，这也使得如下成为可能，即，在一个透镜3的或者说多个透镜103的光入射面处同样地提供如在光出射面处那样的高的折射率。

尽管使用了具有非常陡峭的侧腹的透镜，还是能够使用具有小直径的透镜，并且能够总体上取得具有仅小的结构空间和相应的高发光强度的系统。

依据本发明的、尤其是具有例如其在图4中示出的那样的透镜系统的照明装置，此外能够用作针对纤维光学的照明用途的高效率的光源。

为了在使用多个透镜103的情况下达到理想的光混合，并且避免产生彩色边纹，此外令人惊讶地证明有利的是，将透镜系统50的光学的重心（optische Schwerpunkt）相对光学的轴线51或者相对后置的光学器件（例如纤维光学装置）的中轴线侧向移动地布置。为了说明该系统，在图3中绘制有透镜系统100的光学的重心50和后置的光学器件的相应地侧向移动的光学的轴线51。换句话说，因此多个透镜103中没有一个与一根光纤/光纤束的光学的轴线51重合。

本领域技术人员可知，本发明不局限于前述实施例，而是确切地说能够在权利要求的框架内进行变化。

附图标记列表

1 照明装置

2 光射线

3 透镜

5 非球面的光出射面

7 由5围住的体积

9 平坦的光入射面

11 3在13与9之间的轴向区段

12 3的拱高度

13 5的边缘

14 顶点

15 3的光学的轴线

16 3的总高度

17 极半径

19 假想的具有半径17的球体

21 光源

22 发光二级管

24 22的光放射面

26 3在光出射侧的焦点

28 从24至9的间距

30、33 玻璃元件

35 承载件

37 保持装置

40 挤压模具

41、42 挤压模具半部

50 100的光学的重心

51 后置的光学器件的光学的轴线

90 101的平坦侧

100 透镜系统

101 100的基体

103 100的透镜

200 假想的具有30°张角的光射线

Claims

1.进行准直化的透镜，用于光源的光射线的准直，所述透镜具有

-光入射面，和

-光出射面，其中

-所述光出射面凸地非球面地成形，并且

-曲率半径从所述透镜的中心向所述透镜的边缘去地增加，并且

-所述透镜在所述光出射面处的折射率具有至少1.70的值，并且

-所述透镜（3）的总高度大于所述光出射面（5）的拱高度，其中

-所述光出射面（5）的拱高度根据在所述光出射面的顶点与边缘之间的轴向距离确定尺寸，并且其中

-所述透镜的体积至少由由所述光出射面围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，所述柱体的端面由所述光入射面给出并且所述柱体的高度由从所述光入射面（9）直至所述光出射面（5）的边缘的轴向距离给出，其中，针对体积来说如下成立：

其中，r₀标称非球面的光出射面（5）的顶点处的曲率半径并且V_透镜标称所述透镜（3）的透镜体积。

2.用于产生经准直化的光射线（2）的照明装置（1），所述照明装置包括

-具有至少一个发光二级管（22）的光源（21），和

-透镜（3），

其中，所述透镜（3）具有光入射面（9）和光出射面（5），并且其中，

-所述光入射面（9）以与所述发光二级管（22）的间距布置，并且其中，

-所述光出射面（5）凸地非球面地成形，并且

-曲率半径从所述透镜（3）的中心向所述透镜的边缘去地增加，并且其中，

-所述透镜（3）在所述光出射面（5）处的折射率具有至少1.70的值，并且其中，

-所述透镜（3）的总高度大于所述光出射面（5）的拱高度（h_出射），其中，

-所述光出射面（5）的拱高度根据在所述光出射面（5）的顶点与边缘之间的轴向距离确定尺寸，并且其中

-所述透镜（3）的体积至少由由所述光出射面（5）围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，所述柱体的端面由所述光入射面（9）给出并且所述柱体的高度由从所述光入射面（9）直至所述光出射面（5）的边缘的轴向距离给出，其中，针对所述透镜体积来说如下成立：

其中，r₀标称在非球面的光出射面（5）的顶点处的曲率半径并且V_透镜标称所述透镜（3）的透镜体积。

3.根据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于，所述透镜（3）的侧腹斜角大于30°。

4.依据前一权利要求所述的照明装置，其中，所述光入射面（9）是平坦的。

5.依据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于，所述光源（21）的光放射面（24）为所述光入射面（9）的面积的或者投影到所述光入射面（9）的平面上的所述光出射面（5）的面积的至少1/80。

6.依据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于，

-所述透镜（3）的焦距如此地大，即，使得射中到所述光出射面（5）上的平行射线的焦点以与所述光入射面（9）的间距（28）处在所述透镜（3）之外，并且其中，

-所述光源（21）的所述至少一个发光二级管（22）的光放射面（24）在轴向方向上布置在所述焦点的定位与所述光入射面（9）之间。

7.依据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于带有多个彼此并排地布置的非球面的透镜面的透镜系统，所述非球面的透镜面布置在共同的基体上，所述基体具有与所述透镜面对置的平坦侧，其中，与所述对置的平坦面间隔开地布置有多个发光二级管，从而使得所述发光二级管的光各由不同的非球面的透镜面准直化。

8.依据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于，所述透镜（3）由两个玻璃元件（30、33）组合成，其中，由所述玻璃元件中的一个（30）形成所述光入射面（9），并且由另一玻璃元件（33）形成所述光出射面（5）。

9.依据前述权利要求之一所述的照明装置（1），其特征在于，

-在所述非球面的折射面的边缘与所述光入射面（9）之间的轴向的呈柱体形的区段比由所述非球面的折射面合围的体积具有体积上的更大的份额，其中

-由所述折射面合围的体积与在所述非球面的光出射面（5）的边缘与所述光入射面（9）之间的所述轴向的呈柱体形的区段的体积的比例小于1/2。

10.用于制造依据前述权利要求2至9之一所述的、用于产生经准直化的光射线（2）的照明装置（1）的方法，在所述方法中

-提供带有至少一个发光二级管（22）的光源（21），并且

-制造透镜（3），

其中，所述透镜（3）具有光入射面（9）和光出射面（5），

其中，

-将所述光入射面（9）平坦地成形，并且

-将所述光出射面（5）凸地非球面地成形，并且此外将所述透镜（3）如此地成形，即，

-使得曲率半径从所述透镜（3）的中心向所述透镜的边缘去地增加，并且其中，

-针对所述透镜（3）使用如下材料，所述材料至少在所述光出射面（5）处具有至少1.7的值，并且其中

-将所述透镜以如下总高度制造，所述总高度大于所述光出射面（5）的拱高度，其中，所述光出射面（5）的拱高度根据在所述光出射面（5）的顶点与边缘之间的轴向距离确定尺寸，并且其中

-所述透镜（3）的体积至少由由所述光出射面（5）围住的体积和如下柱体的柱体体积获得，所述柱体的端面由所述光入射面（9）给出并且所述柱体的高度由从所述光入射面（9）直至所述光出射面（5）的边缘的轴向距离给出，其中，针对体积来说如下成立：

其中，r₀标称在非球面的所述光出射面（5）的顶点处的曲率半径并且V_透镜标称透镜体积，并且其中，

-将所述透镜（3）和所述光源（21）如此地相对彼此布置，即，使得所述透镜（3）的所述光入射面（9）与所述发光二级管（22）间隔开。

11.依据前一权利要求所述的方法，其特征在于，所述透镜（3）的制造包括挤压、尤其是第一玻璃元件在具有两个对置的平坦平行面的第二玻璃元件的平坦侧上的模压，其中，

-将所述第一玻璃元件（33）成形为非球体，所述非球体的表面形成所述透镜（3）的所述光出射面（5）；并且与所述第二玻璃元件的将所述第一玻璃元件叠压在其上的面对置的面形成所述透镜（3）的所述光入射面（9）；并且其中，

-在挤压的情况下在这两个玻璃元件（30、33）之间的交界面处向下超越粘合粘度。

12.依据前两个权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述透镜（3）的制造包括在玻璃中的至少一种玻璃的软化条件下两个玻璃元件（30、33）的彼此叠压和它们的直接粘合，其中，使用相同的玻璃，或者针对所述玻璃元件的玻璃的温度膨胀系数α_玻璃1、α_玻璃2来说如下成立：

|α_玻璃1-α_玻璃2|≤0.2×α_玻璃1。