CN103228975A - 具有窄光束尺寸和高流明输出的分块式聚光灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光学模块，该光学模块包括围绕模块的对称轴定位的两个或者更多分块。每个分块包括：光准直结构，用于提供射出模块的光的预定义光分布；以及在光准直结构内的腔中组装的光源。腔的中心与光准直结构的光轴重合并且在距模块的对称轴距离(d)处。包括两个或者更多分块——其中每个分块包括它自己的光源——允许获得与仅有一个光源的现有技术发光体比较的更高流明输出，而同时布置分块使得每个腔的中心与分块的准直结构的光轴重合允许保留射出该模块的光的窄光束宽度准直。

Description

具有窄光束尺寸和高流明输出的分块式聚光灯
技术领域
本发明的实施例大体上涉及照明系统领域并且更具体地涉及用于提供具有窄光束尺寸和高流明输出的光输出的光学模块。
背景技术
随着发光二极管(LED)的(以流明每瓦为单位测量的)效能增加并且价格下降，预计LED照明和基于LED的发光体不久将是迄今为止占主导的基于管发光(TL)的发光体的重要备选并且将处于与这些发光体竞争的水平。
WO 2008/126023描述一种包括定位于准直结构中的源腔内用于从发光体提供预定义光分布的光源。光源包括多个LED。可以在源腔内包括的LED数目依赖于腔的尺寸。发光体产生的光的强度又依赖于包括的LED数目。因此，为了增加这样的发光体的流明输出，应当使用能够容纳更大数目的LED的更大源腔。
提出的结构的一个缺点在于增加源腔的尺寸也增加输出光的光束宽度。图1图示在源腔的直径与输出光的光束宽度之间的关系。如从图1可以推断的那样，为了获得具有窄光束宽度的光输出，仅能在这样的结构的源腔内放置少数LED管芯。例如可以实现的最窄光束宽度具有2x5°的角度范围。对应源腔然后具有2x3.5mm的直径。由于LED管芯通常测量1mm x1mm，所以这样的腔恰好具有用于容纳四个管芯的足够空间。通常，当前LED管芯可以传递用于暖白色温的每管芯的100流明和用于中性白色到冷白色温的每管芯的高达160流明。在描述的发光体结构的近似效能约为85％时，这意味着绝对数最大约为340到540的输出流明。
这些绝对光水平可能对于其中需要具有高光输出的窄光束聚光灯、比如手术照明、室外照明、娱乐等范围的应用而言太低。因此希望提供一种能够提供具有窄光束宽度和高流明输出二者的发光体。
发明内容
根据本发明的一个方面，公开一种光学模块，该模块包括围绕模块的对称轴定位的两个或者更多分块。每个分块包括：光准直结构，用于提供射出光学模块的光的预定义光分布；以及在光准直结构内的腔中组装的光源、优选为LED或者激光二极管。腔的中心与光准直结构的光轴重合并且在距光学模块的对称轴的距离d处。
如这里所用，术语“腔的中心”是指对称点(即圆形或者正多边形的中心或者对称轴)或者落在这样的对称轴上的焦点(即椭圆或者抛物线的焦点之一)。
提供包括两个或者更多分块(其中每个分块包括它自己的光源)的光学模块允许获得与仅有一个光源的现有技术发光体比较的更高流明输出。在每个分块内，光源定位于它自己的源腔内。以每个源腔的中心与分块的准直结构的光轴重合这样的方式布置分块允许保留射出光学模块的光的窄光束宽度准直。
根据本发明的另一方面，提供一种包括这样的光学模块的光输出设备或者发光体。
权利要求2-5的实施例有利地允许朝着对应分块的光准直结构引导每个光源提供的光。在某些关键位置、如例如在腔的背部中放置镜面镜可以辅助向恰当的相应准直光学器件中指引来自每个光源的光从而造成发光体效率的显著增加。
权利要求6的实施例具体说明准直结构可以包括光导(如例如楔形光导)和重定向层(如例如重定向箔)。在一个实施例中，光导可以在平面中基本上旋转对称，而光导的对称中心与腔的中心重合。旋转对称实现提供经常在照明应用中、比如在向下照明应用中希望的对称光束。
权利要求7的实施例具体说明用于光导的有利结构。
权利要求8的实施例提供光学模块还可以包括：光透射层，适于扩散地透射光并且布置用于覆盖光导的光进入表面的至少一部分。光透射层允许从比较大的区域透射的扩散光向光导中的受控和高效的输入耦合。光导的尺度设定允许将输入耦合的光形成为在离开光导时具有预定性质的光束，这些性质允许满足例如关于角度分布和炫目的发光体要求。光透射层可以是透光层，该透光层适于扩散入射光并且从层的面向光进入表面的一侧输出扩散光。因此可以弥补或者缓解与光源亮度有关的问题而未发光体输出处使用扩散体。
权利要求9的实施例提供光透射层也可以是适于响应于激发来发光的发光层。发光层因此可以是能够生成光的层而不是仅通过该层转发光的半透明层。发光层可以是适于响应于光激发来发光的层、优选为磷光体层。已经发现，在希望从其提供均匀和“非炫目”光的纤薄发光体(与厚度相比较而言大的光输出区域)中特别希望/需要增加的效率。在这样的发光体中，用于再生光的有源磷光体区域与发光体的总光输出区域相比较而言相对地小(以便能够在炫目要求内提供准直光并且仍然保持发光体纤薄)。
权利要求10的实施例具体说明光源可以被布置用于直接或者间接照射光透射层并且光学模块还可以包括布置用于响应于光源的照射而照射光透射层的重透射光源。优选地通过包括磷光体材料，重透射光源可以适于响应于光激发而发光。这例如允许磷光体层用来例如通过来自LED的照射来生成光而未布置用于覆盖光进入表面的磷光体，因此可以遮蔽该磷光体免于经由光射出表面可见。来自这一点的一个优点在于可以例如在包括光学布置的发光体在关断状态中时避免有色外观、比如黄色。
权利要求11的实施例提供了：光透射层可以被布置成少于1mm，优选地基本上与光进入表面等距、并且更优选地与光进入表面尽可能接近布置而无光学接触。来自非光学接触的优点在于发光层发射的并且被耦合到光导中的光线将被折射而具有准直效果。
备选地，光透射层可以与光进入表面光学接触。这具有另一优点、也就是可以向光导中更高效地耦合光，因为可以避免光进入表面中的反射。
下文将进一步具体描述本发明的实施例。然而应当理解，不可以理解这一实施例为限制用于本发明的保护范围。
附图说明
在所有图中，如勾勒的尺度仅用于示例并且未反映真实尺度或者比值。所有图为示意并且未按比例。具体而言，厚度相对于其它尺度有所夸大。此外，为了清楚，已经从附图省略细节、比如LED芯片、布线、衬底、外壳等。
图1图示在一个类型的现有技术发光体的光输出的光束宽度与源腔的尺寸之间的关系；
图2A示出一个发光体布置的横截面侧视图，可以在根据本发明的一个实施例的光学模块中使用该发光体布置的分块；
图2B示出图2A中的发光体布置的俯视图；
图3A示出另一发光体布置的横截面侧视图，可以在根据本发明的一个实施例的光学模块中使用该发光体布置的分块；
图3B示出图3A中的发光体布置的俯视图；
图4阐述根据本发明的一个实施例的用于使用图2A-2B中所示发光体布置或者图3A-3B中所示发光体布置的分块来设计光学模块的方法步骤的流程图；
图5A-5D提供了图4中阐述的设计步骤的示意图示；以及
图6A-6D示出用于朝着对应分块的准直结构指引每个光源发射的光的各种实施例。
具体实施方式
在下文描述中，阐述许多具体细节以提供对本发明的更透彻连接。然而本领域技术人员将清楚，无这些具体细节中的一个或者多个具体细节仍然可以实现本发明。在其它实例中，并未描述公知特征以免模糊本发明。
图2A-2B示出发光体布置200的横截面侧视图和俯视图，可以在根据本发明的一个实施例的光学模块中使用该发光体布置的饼形分节。所示发光体布置包括这里在平面y-x中圆形对称的光导101。光导101具有圆柱形通孔102，该通孔的内侧是发光层113覆盖的光进入表面105，该发光层这里是在照射时发光的层、优选为磷光体层。发光层113未与光进入表面105直接接触，代之以在光进入表面105与发光层113之间有小的、等距空气间隙。间隙优选地尽可能小而无在表面105与层113之间的任何光学接触，优选地，间隙少于1mm。只要无光学接触，层113可以甚至与表面105机械接触。注意在图2A中夸大在层113与表面105之间示出的间隙。在多数实现方式中，可以认为发光层位于距通孔102的中心轴CA的、与光进入表面相同的距离。
在所示实施例中，有成形为具有在中心的圆柱形通孔132的管或者圆柱体的第二光导157，该第二光导共心地位于圆柱形通孔102中。第二光导157具有面向通孔132的中心的光输入表面158和面向发光层的光输出表面168。第二光导还具有横向表面159、即圆柱体的与光输入和输出表面158、168垂直的端表面。这些表面优选地未与邻近物体光学接触、但是代之以与光学上较不致密的介质、优选为空气交界、即与比第二光导157更低的折射率的介质光学接触。示出发光层113距光输出表面168的一距离、即与第二光导非光学接触、但是可以在备选实施例中光学接触。
第二光导157提供增加效率的准直效果。然而可以注意，第二光导并非图2A-2B中的发光体布置的这样的功能所必需的。因此，在备选实施例中，可以省略第二光导。
在圆柱形通孔132的下或者底部有可以全向的光源117、优选为发光二极管(LED)。光源可以附着到衬底(未示出)、比如PCB。在其它实施例中，也可以在其它位置、比如混合腔132中的各种位置有一个或者多个光源。例如为了产生白光，一个或者多个蓝色LED117可以与黄色或者橙色磷光体层113组合使用。
与光源117相对，在圆柱形孔102的顶端有覆盖圆柱体的开口的镜115。镜115呈现用于朝着发光层113反射来自光源117的光的倾斜表面，该光原本将经由圆柱体开口逃逸。由于布置光源使得它也直接照射发光层，所以镜115不是必需的，但是它增加效率。备选地，镜可以平坦(未倾斜)和/或可以具有用光扩展的扩散反射性质。在图2A中，在光源117向第二光导157的光输入表面158直接或者间接提供光时，光由于通孔132而穿过空气界面并且将因此被折射到作为第二光导的在光学上更致密的介质中。作为结果，将有光进入第二光导157的准直效果，并且可以通过在横向表面159中的全内反射(TIR)向光输出表面引导的光量增加。优选地，第二光导的折射率至少约为1.4，因为这允许横向表面158中的用于在光输入表面158上入射的光的TIR实质上独立于入射角，假如横向表面也与空气或者具有相似或者更低折射率的其他介质交界。应当理解，第二光导157也有助于并且高效用于引导经由光输出表面168进入的来自发光层的反向散射的光，从而光可以以更低损耗在另一位置、例如在通孔132的相反侧在发光层113上入射。在例子实现方式中发现，在第二光导157存在于发光体的中心时穿过发光层的光从70％增加至87％。由于效率在这一种类的发光体的厚度减少时下降(因为在薄结构中需要引起损耗的更多反射)，所以添加第二光导157可以用来在维持的效率减少厚度。在发光层113作为被光源117照射的响应而发光时，它朝着光导101的光进入表面105的外侧发射光。由于发光层113覆盖光进入表面105并且与它很接近布置，所以光将经由小的空气间隙以实质上所有可能的入射角、即相对于光进入表面105的法线而言约+90度到-90度入射到光进入表面105上。空气间隙意味着将有更低折射率到更高折射率的界面，并且斯奈尔定律将确定进入光导101的光的最大进入角(＜90度)、即情形与进入第二光导的光相似。这提供对进入光导101的光的一些控制并且将例如使得更易于满足与光的角度分布有关的要求，下文将用一些细节描述这些要求。
首先在这里与光导101的厚度t1g相等的恒定厚度的光进入部分103中引导经由光进入表面105进入光导101的光。将朝着光导101的锥形部分107引导满足光导101的内表面109、110中的TIR条件的光，该部分107呈现倾斜的并且面向光进入表面105的方向的反射表面111。反射表面111被布置成与相对于光进入表面105的法线方向和光导的平面x-y而言成角度[β]。
反射表面111朝着与光进入表面105成垂直关系的光射出表面反射从光进入部分103、即从图2A中的x方向入射的光。换而言之，由于包围的光进入表面105，所以经由光进入表面105进入并且在光导101的平面x-y中行进的光被反射表面111重定向、因此经由光出射表面109(在图2A中的z方向上)逃逸出光导101(“平面外”)。由于在光经由光进入表面105进入光导101时的“折射”准直效果和/或在恒定厚度的第一部分103中引导光时的“反射”准直效果，所以可以设计反射表面111以仅在有限角度范围中、即用预定准直程度操纵入射光。选择角度[β]，从而可以实现具有所需光束宽度(在半高全宽，FWHM)的均匀光束。在多数实际应用，角度[β]将相对小、比如在1度到15度的范围中。
为了保证光未经由折射离开反射表面111，可以提供镜层110以覆盖反射表面111的外侧。优选地，以距光导表面的小距离布置镜层119，从而无光学接触。
在光导101的平面(x-y)中有光的角度分布。由于发光层113将在距中心轴CA的约为R1的距离经由光进入表面105向光导中发射光，所以并非所有光将如在无圆柱形孔时并且代之以在光导的中心轴CA上的“点状”光源原本会有的情况那样在x-y平面中以90度入射在反射表面111上。注意这在所示x-y平面中而不在光从不在这一平面中的方向在反射表面上入射时适用。在来自发光层的光在距中心的距离R1进入光导时，在光导的平面中在反射表面上入射的光的最大角度
Figure BPA00001719024600081
在锥形部分107和反射表面111的开始处、即在距中心轴CA的距离R2处出现。可以注意，在发光层113与光进入表面105之间的非光学接触通常将在光经由光进入表面105折射到光导101中时使最大角度小于图中所示角度
Figure BPA00001719024600082
仍然参照图2A-2B，布置透射重定向层121以覆盖光导101的光射出表面109。重定向层121可以处理最终调整和调谐光分布。重定向层121包括在面向光导101的光射出表面109的层表面中形成的三角形元件123。三角形元件123是以在x-y平面中环绕光导的中心轴CA的突出物或者脊状物的形式。每个三角形元件123呈现面向光导101的中心方向、即光经由光进入表面105进入光导的方向的第一表面125和背离光进入表面105的第二表面127。在相对于层平面的法线而言的第一角度[α1]布置第一表面125并且在第二角度[α2]布置第二表面127。表面125、127会合并且形成三角形元件123的尖端，该尖端可以与光射出表面109接触、但是优选地未光学接触。应当注意，如本领域技术人员将认识的那样，机械接触未必造成光学接触。主要是在三角形元件127之间以谷形式的“气袋”直接面向光导。
离开光导101的光射出表面109的光线因此将首先在光导与空气的界面被折射、穿过在相邻三角形元件之间的空气填充的“谷”、在空气与重定向层的界面在三角形元件123的第一表面125被折射、然后在重定向层到空气的界面被三角形元件123的第二表面127中的TIR反射。后一种反射朝着重定向层121的相反表面引导光线、它在重定向层与空气的界面通过折射穿过该表面。重定向层因此可以对来自光导的光具有准直和/或聚焦效果。
可以注意，图2A中所示重定向层121具有在镜115上方形成的腔。然而在该区域中的重定向层的确切设计通常较不重要，因为它未参与光的重定向。
另外，在图2A中，迹线143示出发光层113响应于被光源117照射而发射的示例光线的路径。在基于第一实施例的第一个具体描述的例子中，光导101为PMMA并且具有约为1.5的折射率，并且重定向层为PC并且具有约为1.6的折射率。
光导101和第二光导157的材料可以一般并且有利地具有少于0.3/m的光学吸收、提供低的朦胧和散射、包含小于200nm的颗粒并且能够维持高于75摄氏度的操作温度。由于光导中的光路通常相对大(例如约50mm)，所以材料应当优选地具有高光学透明度并且有良好光学质量，从而吸收仍然可以低。重定向层121的材料可以一般并且有利地具有少于4/m的光学吸收、提供低的朦胧和散射、包含小于200nm的颗粒并且能够维持高于75摄氏度的操作温度。重定向层可以与所谓的重定向箔、比如如当前可从3M获得的名为Vikuti(TM)的透射直角膜(TRAF)相似。
另外，在第一个具体描述的例子中，光导101具有厚度t1g＝5mm并且重定向层121具有厚度t11＝3nm。光进入表面105位于距光导的中心轴CA的距离R1＝20mm处，锥形部分107和反射表面111从距中心轴CA的距离R2＝30mm处开始，并且光导101和反射表面111在距离R3＝55.5mm结束。反射表面111的角度[β]因此约为11度，并且光进入表面105和覆盖它的发光层的面积约为600mm2。光源117是少于10W、具有3mm2面积的LED。发光层是与光进入表面105尽可能接近布置而无光学接触的磷光体层、比如YAG:Ce(铈掺杂的钇铝石榴石)。围绕光导101的中心轴CA同心布置约100个相邻三角形元件。每个三角形元件123的第一角度[α1]为9度并且第二角度[α2]为31度。第一具体描述的例子产生具有约2*30度的光束宽度的光束。
第二个具体描述的例子与第一个具体描述的例子不同在于R2＝80mm并且R3＝151mm，其中[β]约为4.0度。第二个具体描述的例子产生具有约2*10度的光束宽度的光束。第三个具体描述的例子与第一个具体描述的例子不同在于每个三角形元件123的第一角度[α1]为2度并且第二角度[α2]为36度。与第一个具体描述的例子的光束比较，第三个具体描述的例子产生具有缩减的“尾部”、即在半光束宽度(在FWHM处)与截止角度之间的角度有更少光通量的光束。另外，在线性系统中已经发现，至少在具有在区间2度-15度中的角度[β]的反射表面的范围中，作为经验设计规则，提供的光束角度约为角度[β]的5倍。
在光导101的中心与周界之间、即沿着x-y平面中的任何径向方向设置的三角形元件123的数目通常并不关键，然而更多元件123(在恒定层厚度t1g)意味着元件123的更小尺度，这具有元件将更分立并且实质上不可见这样的优点。另一方面，尺度变成太小时，存在三角形表面125、127中的例如因制造引起的缺陷将对将提供的光束具有越来越大并且最终破坏性的影响这样的风险。因此在增加三角形元件数目和缩小三角形元件尺寸时应当小心。
在另一实施例中，存在透射扩散体层113而不是发光层113。穿过扩散体的光被扩散、即这里在内侧上入射的光变成从面向光进入表面的一侧离开的扩散光。扩散体可以在与发光层提供的方向对应的方向上扩散光，并且可以与发光层相似地相对于光进入表面布置扩散体层。在又一实施例中，存在发光层、比如磷光体层来代替镜115，并且代替覆盖光进入表面的发光层113，而存在布置用于覆盖光进入表面105的扩散体层。在这一实施例中，光源117发射光，该光被在圆柱形孔102的顶端的发光层转换而具有重发光效果、因此形成重透射光源。重透射光然后在扩散体层上入射。可以遮蔽扩散体层免于来自光源117的直射光。
图3A-3B示出另一发光体布置169的横截面侧视图和俯视图，可以在根据本发明的一个实施例的光学模块中使用该发光体布置的饼形分节。
在发光体布置100和169中大部分相同。然而不同在于无第二光导157存在并且镜层119也已经替换为反射层118，该反射层不仅覆盖光导的反射表面的外侧而且覆盖光进入部分103中的表面110、112的外表面侧和圆柱形孔102的底部开口。然而理解，第二光导也可以与发光体布置169一起使用。另外，光源117这里布置于反射层118的面向通孔102的一侧上。反射层118具有镜或者面向光导101的镜面反射表面并且优选地未与光导101光学接触。
在图2和3的实施例之间的另一不同在于发光体布置169中的光进入部分103具有第一子部分106，该第一子部分具有斜度并且从光进入表面105朝着锥形部分107增加厚度。子部分106的斜度优选地在相对于光进入表面105的法线而言的35度-45度范围中。如果斜度角度太小，这这可能导致光泄漏，然而可以允许一些泄漏。明显大于45度的斜度角度通常是不希望的。依赖于折射率，一种方式可以从约45度的斜度角度开始并且远离光入射表面使用更低角度。
在子部分106在距中心轴CA的距离R2’处达到光导101的厚度t1g时，在锥形部分107开始之前在距中心轴CA的距离R2’与R2之间存在恒定厚度的第二子部分108。第一子部分106增加厚度的原因是减少不希望的从光导折射出的风险。子部分106的倾斜表面112减少从光进入表面105直接入射的光的角度并且因此有助于TIR。倾斜的第一子部分106可以在发光层与光进入表面光学接触时特别有利。(在有光学接触而无倾斜的第一子部分106的情形中，一些光将在表面109、110中按照近似90度入射。)
现在将参照在前文中公开的两个实施例给出关于光导的平面中的角度分布的一些关系。在光进入表面与发光层之间有光学接触时，可以在光导的设计中使用以下等式：
Figure BPA00001719024600111
(等式2A)
角度可以视为用于经验规则估计的截止角的良好近似。R1、R2和
Figure BPA00001719024600113
根据图2A和图3A。
在光进入表面与发光层之间无光学接触时，以下等式代替等式2A：
(等式2B)
其中n1g是光导的折射率。
然而由于重定向层121可以对截止角产生小的、但是不利贡献，所以可以建议在使用上述等式来设计光导时具有一些裕度。
例如在空气中的截止为10度、光导的折射率为1.5并且在距中心的R1＝20mm处布置光进入表面的设计中，等式2B产生R2应当约为77mm。在实践中，可以需要R2大于这一个值以实现不超过10度的截止。应当注意，可以认为角度[β]确定在与
Figure BPA00001719024600121
的方向正交的方向上的光束宽度并且因此必需考虑
Figure BPA00001719024600122
和[β]二者以便具有窄光束、即对于窄光束，
Figure BPA00001719024600123
和[β]二者应当小。在前文中，光导和重定向层的折射率已经约为1.5。可以使用优选地在范围1.4-1.8中的其它折射率。然而如本领域技术人员将认识的那样，可能需要相应地适配至此讨论的尺度、角度等，本领域技术人员将能够基于这里公开的信息这样做。
可以在组装根据本发明的实施例的光学模块时有利地使用已经在前文中讨论的旋转对称发光体布置的饼形分节或者分块。在下文中，术语“腔”是指上文描述的通孔102，术语“光源”是指上文描述的光源117，并且术语“准直结构”是指在腔以外的、在图2A-2B和3A-3B中所示发光体布置的所有单元(即光导101、重定向层121等)。
图4阐述根据本发明的各种实施例的、使用图2A-2B中所示发光体布置或者图3A-3B中所示发光体布置的分块来设计光学模块的方法步骤的流程图。尽管结合图2A-2B和5A-5D描述方法步骤，但是本领域技术人员将认识，配置用于以任何顺序执行方法步骤的任何系统在本发明的范围内。因此尽管在下文中讨论发光体布置100的分块，但是相似教导可以应用于具有在准直结构中的腔内定位的光源的其它发光体布置、如例如发光体布置169。
图5A-5D提供图4中阐述的设计步骤的示意图示，这些图示示出了发光体布置、分块和光学模块(与图2B和3B相似)的俯视图。在图5A-5D中，具有图2A-2B中所示相同编号和名称的单元图示与图2A-2B中的单元相同的单元(比如腔的表面105、腔R1的半径等)。另外，虚线191-195图示与x-y平面垂直的平面，其中平面191和193的交线形成光学模块的对称轴，并且平面192和193的交线在分块内的腔中心形成对称轴(即等效于控制轴CA)。
如图4中所示，该方法始于步骤180，在该步骤中定义发光体布置100的将在将来光学模块中使用的“分块”。图5A中示出了分块是如何定义的。如图5A中所示，分块197是发光体布置100的在所选择的平面194与195之间的部分，从而分块197关于平面193镜对称。尽管示出在分块197内的腔为圆形，但是在其它实施例中，腔可以具有其他形状，只要分块197维持关于平面193的镜对称性。例如腔可以是椭圆形腔而椭圆的两个主轴之一与线193(平行于2D中的x轴)重合。
分块197的在平面194和195相交处的拐角轴(在图5A中表示为拐角198)位于距腔中心的距离“d”处。平面194和195形成角度●[γ]。如下选择角度[γ]和距离d。
首先应当选择将在将来光学模块中存在的分块数目。如这里先前描述的那样，分块数目定义将在光学模块中存在的光源数目。由于光学模块的总光输出是每个光源的光输出的组合，所以光源数目越多，光学模块的流明输出就越大。如下文将更具体描述的那样，由于将布置分块为围绕光学模块的对称轴的“菊花”图案，所以在选择将在光学模块中包括N个分块时，每个分块跨越360/N度的角度：
●＝360°/N
在图5A-5D中，示出了用于示例实施例的分块，其中光学模块包括共计6个分块。当然，在其它实施例中，可以使用任何其它分块数目，只要N大于或者等于2。
选择距离d，从而分块197包括整个腔。因此，对于N个分块可以确定最小距离d为：
dmin＝R1/sin(180°/N)
可以选择大于dmin的任何距离d。距离d越大，光学模块的直径就越大。在一个实施例中，可以优选选择距离d尽可能小以便例如保持总发光体覆盖区尽可能小。在其它实施例中，可以优选选择更大距离d，因为附加的贯穿发光体中心孔将允许放置额外光学部件、比如在医疗照明设备中的中心相机。
在步骤182中，产生与在先前步骤中定义的分块197相同的N个分块(在图5B中示出一个这样的分块)。可以通过从一个发光体布置100切割出每个分块来制作这种分块。备选地，可以通过保持单个光学分块的光学设计与上文针对发光体布置100的该部分描述的光学设计相同来自行制作分块。
在步骤184中，布置第一分块，从而该分块的腔的对称轴(即平面192和193的交线，等效于图2A和3A的中心轴CA)在距离将来模块的对称轴(即平面191和193的交线)的距离d处。在图5C中示出这一点。
该方法在步骤186中结束，在该步骤中在光学模块的对称轴周围布置其它(N-1)个分块，从而对于每个分块，该分块的腔的对称轴在距光学模块的对称轴的距离d处。在图5D中示出以这一方式布置的完整光学模块200。光学模块200关于围绕模块的对称轴为360/N度的整数倍的旋转为旋转对称。
如上文描述的那样布置光学模块允许针对每个分块根据重定向层121上的旋转对称棱镜结构维持腔居中。以该方式，从光学楔形波导101逃逸的光线仅具有关于以下重定向层121的倾角。它们的方位角(在平坦重定向层121的平面中的角度)基本上为零。因此，输出光束的宽度主要取决于对光线倾角的[棱镜]准直行为，该准直行为造成输出光束的光束宽度减少。
在光线角度的方位角部分不同于零的情况下，它将被直接变化成相似的输出光束角度，因为重定向层121未提供用于光线的方位角部分的准直行为。因此在一个实施例中，方位角部分应当低于并且优选地明显低于预定的最终输出光束角度。
可选地，光学模块还可以包括至少部分反射结构(镜)，该结构被配置用于针对每个分块朝着该分块的准直结构指引光源产生的光[的至少一些]。(即从而仅在每个光源自己的分块的光学器件中引导它的光)。图6A-6D图示用于分别在光学模块200A-200D中布置用于朝着准直结构指引光的镜的各种方式。光学模块200A-200D中的每个光学模块可以是上文描述的光学模块200。
在一个实施例中，镜用来闭合所有腔的顶部，这可以例如用图6A-6D中所示平坦圆形(扩散反射)镜202来完成。在(图6A-6D中未示出的)其它实施例中，每个腔可以在顶部上用它自己的镜(与图2A和3A中所示镜115相似)闭合。除了用来闭合所有腔的顶部的镜之外或者作为备选，光学模块还可以包括配置用于朝着分块的外部反射光的侧壁镜。在各种实施例中，这可以例如用图6A中所示中心齿轮形侧壁镜204A、图6B中所示中心圆柱形侧壁镜204B或者图6C中所示中心正多边形侧壁镜204C来实施。在又一实施例中，每个分块可以具有它自己的如例如图6D中所示的侧壁镜，该侧壁镜具有如下镜204D，这些镜可以例如是在腔的背部中弯曲的箔。本领域技术人员将认识到存在有许多用于提供朝着每个分块的相应准直结构引导光源产生的光的镜的其它方式。
尽管上文描述的实施例举例说明在x-y平面中具有圆形横截面的腔，但是在其它实施例中，这样的腔横截面可以具有其它形状、如比如正多边形、椭圆形或者抛物线形。
本发明的一个优点在于可以提供具有高流明输出以及窄带宽的光输出光束。因此可以在向下照明应用中、特别为在手术照明中有利地使用已经在前文中讨论的光学模块。
尽管前文涉及本发明的实施例，但是可以设计本发明的其它和更多实施例而未脱离其基本范围。因此，本发明的范围由所附权利要求确定。

Claims (12)

1.一种光学模块(200)，包括围绕所述光学模块的对称轴定位的两个或者更多分块(197)，每个分块包括：
光准直结构，用于提供射出所述光学模块的光的预定义光分布；以及
在所述光准直结构内的腔(102)中组装的光源(117)，优选为发光二极管，其中所述腔的中心轴CA与所述光准直结构的光轴重合，并且其中所述腔的所述中心轴在距所述光学模块的所述对称轴的距离(d)处。
2.根据权利要求1所述的光学模块，还包括：镜布置(115，202，204A-D)，配置用于针对所述两个或者更多分块中的每个分块朝着所述光准直结构引导所述光源提供的光。
3.根据权利要求2所述的光学模块，其中所述镜布置包括至少部分覆盖所述腔中的至少一些腔的顶部的一个或者多个镜(115，202)。
4.根据权利要求2或者3所述的光学模块，其中所述镜布置包括至少部分覆盖所述腔中的至少一些腔的侧壁的一个或者多个侧壁镜(204A-D)。
5.根据权利要求4所述的光学模块，其中所述一个或者多个侧壁镜中的至少一些侧壁镜包括镜箔。
6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的光学模块，其中所述光准直结构包括光导(101)和重定向层(121)。
7.根据权利要求6所述的光学模块，其中所述光导包括具有光进入表面(105)的光进入部分(103)、具有光反射表面(111)和光射出表面(109)的锥形部分(107)，所述光进入部分(103)被布置用于朝着所述光反射表面(111)在第一方向(x)上引导来自所述光进入表面(105)的光，关于所述第一方向(x)布置所述光反射表面，从而朝着所述光射出表面(109)反射来自所述光进入部分(103)的入射光。
8.根据权利要求7所述的光学模块，还包括：光透射层(113)，适于扩散地透射光并且布置用于覆盖所述光导(101)的所述光进入表面(105)的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的光学模块，其中所述光透射层(113)是适于响应于来自所述光源(117)的光激发而发光的发光层、优选为磷光体层。
10.根据权利要求8或者9所述的光学模块，其中所述光源(117)适于直接或者间接照射所述光透射层(113)并且还包括被布置用于响应于所述光源(117)的照射而照射所述光透射层(113)的重透射光源。
11.根据权利要求8-10中的任一权利要求所述的光学模块，其中所述光透射层(113)与所述光进入表面(105)光学接触。
12.一种光输出设备或者发光体，包括根据前述权利要求中的任一权利要求所述的光学模块。
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