CN104428695B - 用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置和用于制造透镜布置的方法 - Google Patents

用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置和用于制造透镜布置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以不同的实施例提供的、用于提供具有预定的目标射线分布(12，ZS)的电磁射线的装置。装置具有透镜布置(15)和用于产生具有预定的源射线分布(10，QS)的待转向电磁射线(31)的射线布置(16)。透镜布置(15)具有第一透镜(18)和第二透镜(24)。第一透镜(18)具有第一边界面(20)和第二边界面(22)。第一边界面(20)设计成凹形的，且第二边界面(20)设计成凸形的。凹形的第一边界面(20)形成第一空隙(21)。第二透镜(24)具有第三边界面(26)和第四边界面(28)。第三边界面(26)设计成凹形的，且第四边界面(28)设计成凸形的。凹形的第三边界面(26)形成第二空隙(27)，其中布置着第一透镜(18)的至少一个部分。射线布置(16)布置成，使得待转向电磁射线(31)的至少一部分经由第一边界面(20)入射到透镜布置(15)中。

Description

用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置和 用于制造透镜布置的方法
技术领域
本发明涉及一种用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置。该装置具有用于产生具有预定的源射线分布的射线的射线布置和至少一个透镜。此外，本发明还涉及一种用于制造透镜布置的方法。
背景技术
用于提供电磁射线的装置是公知的，其中，发射电磁射线的射线源与一个或多个使电磁射线成型的透镜相对应。所发射的电磁射线能够具有一种射线分布，其是所使用的射线源的典型的射线分布，并且其例如还能够称为源射线分布。透镜能够有助于改变源射线分布，并且从而产生目标射线分布。例如在传统的手电筒中，通常具有全向的放射特性的小白炽灯的光线的源射线分布，借助镜面和透镜转换成定向的目标射线分布。射线分布例如能够通过射线强度分布或者通过累积的光通量分布来表征，其中，累积的光通量分布相当于在射线强度分布上的积分。
目前更频繁地使用发光二极管，例如LED或OLED代替传统的白炽灯作为放射源。发光二极管基本上是面光源和/或平面发射器，并且通常具有朗伯放射特性，其中，所发射的射线发射到通过发光二极管的发射表面所定义的半区内。
图1示出了以空间角度图表绘出的朗伯射线强度分布10。射线强度分布10形成了90°到-90°之间的圆，其中圆与空间角度图表的原点相切。
然而在有些应用中期望的是，使用一个或多个发光二极管作为射线源，并且利用具有该射线源的、用于提供射线的装置能够产生均匀的目标射线分布，例如全向的目标射线分布，并且/或者该装置具有全向的放射特征。属于这些应用的例如有白炽改型灯(Gluehlapmen-Retrofits)，其在运行时具有白炽灯的外观效果，然而却具有发光二极管作为射线源。在此要指出的是，在上下文中，“全向的”意味着，在很大的空间角度范围中，例如在150°到-150°的、例如从130°到-130°的空间角度范围内，射线强度分布是均匀的或者至少基本是均匀的。射线强度分布是均匀的例如能够意味着，对于电磁射线的所有源角度，在源角度中的一个角度中的射线强度与平均射线强度的比值例如在0.3到3.0之间，例如在0.5到2.0之间，例如在0.8到1.2之间。
图2示出了一种均匀的射线强度分布12，例如一种能够称为全向的和/或一种满足公知的质量标志(Benchmark基准)“能量之星(Energystar)”的射线强度分布。
公知的是，例如借助分区的光学件、借助发光二极管的3D布置，借助使用远程荧光理念(Remote-Phosphor-Konzepts)和/或借助光导体解决方案，图1中示出的朗伯射线强度分布10转换成图2中所示的全向的射线强度分布12。在分区的光学件中，在载体上例如布置了多个发光二极管，并且单个的发光二极管与镜相对应，镜使得发光二极管的光线转向到不同的空间方向上。在3D布置中，多个发光二极管如下地固定在三维结构化的表面上，使得发光二极管使其光线所发射到其中的半区是不同的。在远程荧光理念中，转换元件中的荧光材料借助激发射线激发光，其中，通过恰当地给定转换元件的形状能够实现在不同的空间方向上的放射。在光导体解决方案中，发光二极管布置在载体上，并且其光线耦合到光导体中，在光导体的端部处布置了散射体，其使得光线散射到不同的空间方向上。这种用于使源射线分布转换成目标源射线分布的装置例如能够是公差极其敏感的和/或是复杂的，例如能够在生产时需要较多的构造空间或者较多的耗费，并且/或者效率较低。
发明内容
以不同的实施例提供一种用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置，其设计成简单的、公差不敏感的并且/或者成本低廉的，并且/或者使得预定的源射线分布能够有效地转换成预定的目标射线分布。
以不同的实施例提供了一种用于制造透镜布置的方法，其以简单的并且/或者低成本的方式实现了透镜布置的如下制造，使得借助透镜布置能够使预定的源射线分布有效地转换成预定的目标射线分布。
以不同的实施例提供了一种用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线的装置。该装置具有用于产生待转向的、具有预定的源射线分布的电磁射线和用于使待转向的电磁射线转向的透镜布置。透镜布置具有第一透镜和第二透镜。第一透镜具有第一边界面和第二边界面。第一边界面设计成凹形的，并且第二边界面设计成凸形的。凹形的第一边界面形成第一空隙。第二透镜具有第三边界面和第四边界面。第三边界面设计成凹形的，并且第四边界面设计成凸形的。凹形的第三边界面形成了第二空隙，其中布置了第一透镜的至少一个部分。如下地布置射线布置，使得待转向的电磁射线的至少一部分经过第一边界面入射到透镜布置中。
该装置例如能够用于以简单的、低成本的和/或有效的方式从预定的源射线分布出发产生预定的目标射线分布。射线布置例如能够具有一个或者多个射线源。在射线源大于一个时，射线源能够布置在一个、两个或者多个表面上。可以放弃分区的光学件。射线源例如能够分别具有第一侧，该第一侧分别具有至少一个第一主动区域，以用于发射待转向的射线。射线源例如能够具有一个或者多个平面发射器，朗伯发射器，LED和/或OLED。如果透镜布置具有磨砂的外观和/或具有一个或多个粗糙化的边界面，那么射线布置的外部结构借助透镜布置来模糊。装置例如能够设计成白炽改型灯。
透镜布置例如能够用于，以简单的、低成本的和/或有效的方式从射线布置的电磁射线的预定的源射线分布出发产生具有预定的目标射线分布的电磁射线。此外，还能够简单地和/或低成本地制造透镜布置。
源射线分布例如能够是朗伯发射器的源射线分布。目标射线分布例如能够是均匀的、均质的和/或全向的。目标射线分布是均匀的例如能够意味着，对于电磁射线的所有在预定的空间角度范围内的源角度，源角度中的一个的射线强度与平均的射线强度的比值例如在0.3到3.0之间，例如在0.5到2.0之间，例如在0.8到1.2之间。目标射线分布是全向的例如意味着，在很大的空间角度范围内，例如在150°到-150°的、例如在130°到-130°的空间角度范围内，射线强度分布是均匀的或者至少基本是均匀的。
第一和/或第二透镜例如能够是弯月形透镜。第一透镜例如具有第一透镜的第一侧和背向第一透镜的第一侧的第一透镜的第二侧。第一边界面能够构造在第一透镜的第一侧处，并且第二边界面能够构造在第一透镜的第二侧处。第二透镜例如具有第二透镜的第一侧和背向第二透镜的第一侧的第二透镜的第二侧。第二透镜的第一侧例如朝向第一透镜，并且第二透镜的第二侧例如背向第一透镜。第一透镜的第二侧能够朝向第二透镜，并且第一透镜的第一侧能够背向第二透镜。第三边界面构造在第二透镜的第一侧处，并且第四边界面构造在第二透镜的第二侧处。第四边界面能够形成透镜布置的外表面。在可能情况下，第四边界面的形状属于透镜布置的外观。替代于此地，能够再布置一个、两个或者多个具有相应的其他边界面的其他透镜。例如，第四边界面能够与传统的白炽灯的玻璃灯泡相类似的成型。这使得透镜布置能够用于白炽改型灯。透镜能够具有玻璃和/或塑料，或者由这些制成。
此外，为了冷却射线布置，一个或者两个透镜能够与用于支承射线布置的载体热耦合。例如，相应的透镜能够与冷却体和/或射线布置的插座利用实体接触耦合。换句话说，相应的透镜能够用作射线布置的冷却元件。在上下文中，特别有利的能够是，透镜的材料具有高的导热能力和/或由玻璃制成。
此外，替代地或者补充地，能够使边界面中的至少一个粗糙化，由此能够散射贯穿该边界面的射线。边界面的粗糙化能够有助于使射线的射线分布模糊和/或均质化。例如，能够使第四边界面粗糙化。通过粗糙的边界面能够为透镜布置提供磨砂的外观。
第一透镜例如能够部分地或者完全地布置在第二透镜的第二空隙中。第一透镜的第一空隙例如能够用于部分地或完全地容纳射线布置和/或一个、两个或者多个射线源。射线源例如能够具有或是一个、两个或者多个发射光的半导体构件，例如LED和/或OLED。第一边界面例如用于耦合待耦合到透镜布置中的电磁射线，并且第四边界面例如用于使待从透镜布置中脱耦的电磁射线脱耦。待耦合的电磁射线还能够称为待转向的电磁射线。待脱耦的电磁射线还能够称为出射的电磁射线。待耦合的或待转向的电磁射线具有预定的源射线分布，并且脱耦的或出射的电磁射线具有预定的目标射线分布。
在不同的实施方式中，第一透镜具有第一折光力，并且第二透镜具有第二折光力。边界面例如如下地构造，使得这两个折光力大小相同。例如这些折光力能够均匀地分布在所有四个边界面上。
在不同的实施方式中，边界面中的至少一个具有至少一个台阶部(Stufe)。例如，边界面中的至少一个的表面轮廓具有台阶部。例如，第二边界面和第三边界面分别具有台阶部，其中，这两个台阶部能够彼此协调。台阶部能够有助于将透镜构造得较薄，这例如能够有助于轻型的透镜布置和/或使透镜布置需要很小的构造空间，并且/或者这能够有助于很低的生产成本。替代于此地，边界面中的至少一个能够设计成连续的，和/或否则具有台阶部的边界面中的至少一个能够设计成连续的。
在不同的实施方式中，两个透镜中的至少一个设计成菲涅尔透镜。菲涅尔透镜例如能够在其边界面中的一个或两个处具有一个或者多个台阶部。
在不同的实施方式中，射线布置至少部分地布置在第一空隙中。例如，射线源和/或其主动区域布置在第一空隙中。这例如能够以简单的方式有助于，使例如所有由射线布置发出的和/或待转向的电磁射线都耦合到第一边界面中和/或透镜布置中。例如，射线布置完全地布置在第一空隙中。
在不同的实施方式中，如下地构造透镜布置，使得待转向的和/或入射到透镜布置中的电磁射线的至少一部分在边界面的每一个处折射。例如，所有由射线布置发射的电磁射线能够在四个边界面的每一个处折射。这能够有助于特别有效地产生预定的目标射线分布。
在不同的实施方式中，根据透镜的折射率如下地构造边界面，使得电磁射线在第一边界面处的第一折射角，电磁射线在第二边界面处的第二折射角，电磁射线在第三边界面处的第三折射角和/或电磁射线在第四边界面处的第四折射角大小相同。
在不同的实施方式中，射线布置具有第一射线源和至少一个用于发射待转向的电磁射线的第二射线源。第一和/或第二射线源例如能够相当于上述射线源的一种。射线布置在上下文中还能够称为射线源阵列，例如LED阵列，或者光引擎。
以不同的实施方式提供了一种用于制造透镜布置、例如用于制造上述透镜布置的方法。在这种方法中，预定了要借助透镜布置来转向的电磁射线的源射线分布。此外，预定了从透镜布置中出射的电磁射线的所期望的目标射线分布。根据预定的源射线分布和预定的目标射线分布，待转向的电磁射线的源角度与出射的电磁射线的目标角度相对应。根据源角度和目标角度的成对的对应，测定待转向的射线必须转过的转向角，从而从透镜布置中出射的射线具有预定的目标射线分布。根据源角度和相应的转向角测定透镜布置的边界面的表面轮廓。
源角度中的每一个代表了，要借助透镜布置转向的电磁射线的一个或多个光路在入射到透镜布置中之前与在所使用的射线布置上和/或射线源上的平面法线和/或与透镜布置的对称轴所围成的角度。目标角度中的每一个代表了，从透镜布置中出射的电磁射线的一个或者多个光路与在待使用的射线布置上的平面法线围成的和/或与透镜布置的对称轴所围成的角度。射线分布例如提供了与空间角度相关的射线强度分布或者提供了与源角度或目标角度相关的累积的光通量。累积的光通量例如能够借助射线强度分布来测定，例如通过射线强度分布的积分。
目标角度与源角度的对应例如如下地实现，使得在预定的源角度时存在的累积光通量等于在相应的目标角度时的累积光通量。换句话说，例如源角度能够分别与以下目标角度相对应，其中，累积的光通量与在相应的源角度时的大小相同。转向角例如能够通过从相应的目标角度中减去源角度来测定。
为了测定表面轮廓，能够预定一个、两个或者多个起始点。起始点例如代表了在射线的光路和边界面之间的交点。起始点用作计算相应的边界面的表面轮廓的起始点。换句话说，起始点能够是在测定边界面的表面轮廓时要满足的边际条件。从起始点出发，例如能够借助斯涅尔折射定律(Snellius‵schen Brechnungsgesetzes)测定表面轮廓。
在不同的实施方式中，根据源角度和相应的转向角测定第一折射角、第二折射角、第三折射角和第四折射角。根据第一折射角测定第一边界面的表面轮廓，根据第二折射角测定第二边界面的表面轮廓，根据第三折射角测定第三边界面的表面轮廓，并且根据第四折射角测定第四边界面的表面轮廓。第一折射角是待转向的电磁射线在入射到第一透镜中时在第一边界面处折射的角度，第二折射角是入射到第一透镜中的电磁射线在从第一透镜中出射时在第二边界面处折射的角度，第三折射角是入射到第二透镜中的电磁射线在第三边界面处折射的角度并且第四折射角是从第二透镜中出射的电磁射线在第四边界面处折射的角度。折射角能够沿着相应的边界面来改变。
在不同的实施方式中，如下地预定折射角，使得对于沿着穿过射线布置的光路中的一条的电磁射线，在所有边界面处的折射角是大小相同的。这以简单的方式实现了使折光力均匀地分布到所有边界面上。
在不同的实施方式中，作为源射线分布预定了朗伯射线分布。朗伯射线分布例如对于如LED或OLED的平面发射器而言是典型的。
在不同的实施方式中，预定一种均匀的射线分布作为目标射线分布。例如，目标射线分布能够在预定的角度范围内是均质的或几乎均质的，和/或目标射线分布能够是全向的或者基本是全向的。
在不同的实施方式中，在测定表面轮廓时在边界面的至少一个处实施菲涅尔化。菲涅尔化导致了具有一个、两个或多个台阶部的表面轮廓。菲涅尔化能够有助于，能够制造特别薄的、轻的并且/或者成本低廉的相应的透镜。在相应的边界面处构造的台阶部越多，单个台阶部投下的阴影就越少。台阶部或者菲涅尔侧面(Fresnel-Flanken)的数量、高度、位置和/或陡度能够根据要实现的目标射线分布来最优化。相应的菲涅尔透镜的表面轮廓能够如下地测定，使得透镜在台阶部处不具有侧凹(Hinterschneidung)，这能够有助于简单的生产流程。菲涅尔化的透镜例如能够以压铸法制成。菲涅尔化能够有助于特别均匀的射线分布。例如，菲涅尔化能够通过为边界面预定两个、三个或者多个起始点的方式来实施。此时，相应的表面轮廓的计算能够例如从第一到第二起始点并且然后从第二到第三起始点地进行，其中此时能够在第二起始点处构造台阶部。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且在下面进行了详尽的阐述。
其示出：
图1是朗伯发射器的射线强度分布，
图2是均匀的射线强度分布，
图3是用于提供预定的目标射线分布的装置的实施例，
图4是根据图3的装置的射线强度分布，
图5是用于提供预定的目标射线分布的实施例，
图6是根据图5的装置的射线强度分布，
图7是用于提供预定的目标射线分布的装置的实施例，
图8是根据图5所示的装置的射线强度分布，
图9是用于制造透镜布置的方法的实施例的流程图，
图10是具有与边界角相关的累积的光通量的图表，
图11是具有目标角度走向和源角度走向的图表，
图12是斯涅尔折射定律的示例性的简图和公式，
图13是具有示例性的表面轮廓的图表，
图14是具有示例性的表面轮廓的图表，
图15是用于提供预定的目标射线分布的装置的实施例，
图16是透镜元件的实施例，
图17是用于提供预定的目标射线分布的装置的实施例。
具体实施方式
在下面的详细说明中参考附图，附图构成了本说明书的一部分，并且其中为了清楚表达而示出具体的、其中能够实施本发明的实施例。在这种意义上，方向术语如“上”、“下”、“前”、“后”、“前方”、“后方”等等都参照所描述的(多个)附图的取向来使用。因为实施例的组件能够以不同的取向来定位，所以方向术语用于清楚表示并且不以任何方式来限定。当然，能够使用其他的实施例并且能够采取结构上的或者逻辑上的改变，而不偏离本发明的保护范围。当然，只要没有具体地另外指出，其中描述的不同实施例的特征能够相互组合。因此，下面的详尽说明不以限定的意义来撰写，并且本发明的保护范围由随附的权利要求来定义。
在本说明书的范畴中，概念“相连”、“连接”以及“耦合”既用于说明直接的相连也用于说明间接的相连、直接的或间接的连接以及直接的或间接的耦合。在附图中，只要适宜，相同的或类似的元件配有相同的参考标号。
在不同的实施例中，发光的构件能够是发射光的半导体构件和/或设计成发射光的二极管(Light emitting diode发光二极管，LED)，发射有机光的二极管(organic light emitting diode有机发光二极管，OLED)或者发射有机光的晶体管。在不同的实施例中，发光的构件能够是集成电路的一部分。此外还能够预定多个发射光的构件，例如安置在共同的壳体内。
图1示出了一种朗伯发射器的射线强度分布10。朗伯射线强度分布10能够代表朗伯发射器的放射特征。朗伯发射器由射线源构成或者具有射线源，其中，射线源具有至少一个发射电磁射线的构件。朗伯发射器例如是平面发射器，例如至少在一侧处具有平坦表面的发光构件，在该表面处发射射线。朗伯射线强度分布10在空间角度图表中绘出，该图表在180°到-180°，即围绕着360°的空间角度范围内延伸。在平面发射器的表面上的平面法线平行于从空间角度0°起垂直于空间角度180°延伸的轴线。下面，“平面法线”的概念仅仅表现了一条垂直于平面发射器的、射线布置16的和/或射线源的直线。
朗伯射线强度分布10是标准化的，并且空间角度图表的半径代表了相对于最大光强度成百分比的光强度。在顺时针方向上从90°至-90°延伸的半区内，朗伯射线强度分布10形成了圆。该半区通过平面发射器的发射电磁射线的表面来定义和/或界定。射线强度在空间角度为0°时达到其最大值，并且下降至平面发射器的边缘。这意味着，所有由朗伯发射器发射的电磁射线都发射到平面发射器上方的半区内，其中，射线强度沿着在平面发射器上的平面法线是最大的，并且下降至平面发射器的边缘。
图2示出了一种全向的射线分布12。全向的射线强度分布12在很大的角度范围内是均匀的，例如在145°到-145°的顺时针方向上，并且因此还能够称为均匀的射线强度分布。例如利用传统的白炽灯能够产生具有这种或者类似的全向射线强度分布10的射线，其中，空间角度范围在从-145°到145°的顺时针方向上例如通过白炽灯的插座所遮蔽。
作为全向的射线分布，在本申请中能够例如理解为一种射线分布，其中，在很大的空间角度范围内的所有空间角度下，射线强度与平均射线强度的比值位于预定的范围内。空间角度范围例如能够在155°到-155°之间，例如在145°到-145°之间，例如在135°到-135°之间。在很大的空间角度范围内的所有空间角度下，光强度例如能够满足以下要求，即，相应的光强度除以在整体的大空间角度范围内的平均光强度所得到的商位于以下范围内，例如在0.3和3.0之间，例如在0.5和2.0之间，例如在0.8到1.2之间。
图3示出了一种用于提供具有预定的目标射线分布的、例如均匀的和/或全向的目标射线分布12的射线的装置14。借助装置14例如能够使朗伯射线强度分布10转换成均匀的射线强度分布，该射线强度分布至少类似于全向的射线强度分布12。待转换的射线强度分布，例如朗伯射线强度分布10，能够称为源射线分布，并且全向的射线分布12能够称为目标射线分布。
为了提供预定的目标射线分布，装置14具有透镜布置15和射线布置16。射线布置16产生了具有源射线分布的电磁射线。射线布置16为了产生电磁射线而具有至少一个射线源，例如平面发射器和/或发光的构件。射线源能够发射具有一种波长或多种波长的电磁射线。例如，射线源能够是RGB-LED模块。替代地或者补充地，多个射线源能够分别发射不同波长的电磁射线，并且/或者多个射线源能够形成RGB模块和/或LED模块。此外，射线源能够具有例如带有用于散射所产生的电磁射线的散射颗粒的散射元件，和/或用于转换所产生的电磁射线的波长的转换元件。射线布置16还能够具有两个、三个或多个射线源。此外，装置14还能够具有用于支承射线布置16的未示出的载体、用于从射线布置16导出热量的未示出的冷却体和/或用于接触和/或固定装置14的插座。
透镜布置15具有第一透镜18和第二透镜24。透镜布置15例如能够设计成相对于对称轴29是旋转对称的。替代于此地，透镜布置15还能够是挤压成型的，并且/或者对称轴29能够代表以下对称平面，透镜布置15相对于该对称平面例如是镜面对称的，其中，透镜布置15的所示轮廓此时在垂直于对称轴29和/或绘图平面的方向上能够与所示轮廓相同(见图17)。第一透镜18具有朝向射线布置16的第一侧和与射线布置16背离且朝向第二透镜24的第二侧。这两个透镜18，24例如能够设计成弯月形透镜。
在第一透镜18的第一侧处构造了第一边界面20。在第一透镜18的第二侧处设计成第二边界面22。第一透镜18的第一侧和第一边界面20设计成凹形的，并且第一透镜18的第二侧和第二边界面22设计成凸形的。通过第一透镜18的凹形的第一侧或者通过第一边界面20形成第一空隙21，其中布置了射线布置16的至少一个部分。例如，在第一空隙中布置了射线布置16的发射电磁射线的侧面和/或表面。例如，射线布置16完全布置在第一空隙21中。
第二透镜24具有朝向第一透镜18的第一侧，和背向第一透镜18的第二侧。在第二透镜24的第一侧处构造了第三边界面26，并且在第二透镜24的第二侧处构造了第四边界面28。第二透镜24的第一侧和第三边界面26设计成凹形，并且形成了第二空隙27。第二透镜24的第二侧设计成凸形。第一透镜18至少部分地布置在第二透镜24的第二空隙27中。例如，第一透镜18完全地布置在第二透镜24的第二空隙27中。
射线布置16借助透镜布置15产生待转向的电磁射线31，并且将待转向的电磁射线31射到图3中位于射线布置16之上的半区中。在此，在本实施例中由以下出发，即射线布置16的射线源几乎是点状的射线源。待转向的电磁射线31在第一边界面20处入射到第一透镜18中，并且从而入射到透镜布置15中。入射到透镜布置15中的电磁射线还能够称为耦合的射线。入射到透镜布置15中的射线依次地在第一边界面20处、第二边界面22处、第三边界面26处和第四边界面28处折射。入射到透镜布置15中的射线在第四边界面28处从透镜布置15中射出，并且然后能够称为出射的电磁射线30。待转向的电磁射线31因此借助该透镜布置进行了四次折射，并且然后作为已转向的、出射的电磁射线30从透镜布置15中射出。所发射的和/或待转向的电磁射线31例如能够是在可见范围内的光和/或UV光或红外线光。
装置14例如能够设计成白炽改型灯。例如，第二透镜24的第二侧和/或传统白炽灯的第四边界面28能够相应地来成型和/或构造，使得该装置14的透镜布置15显出白炽灯的外观效果。替代于此地，装置14能够具有在图3中用虚线示出的外实体，例如按照传统白炽灯构造的玻璃灯泡。
第一透镜18和/或第二透镜24能够具有玻璃和/或塑料，或者由这些材料制成。此外，第一和/或第二透镜18，24能够与装置14的载体、插座和/或冷却体热耦合。热耦合例如能够经由直接的实体接触来进行，使得在射线布置16运行期间产生的热量能够通过相应的透镜18，24排出。换句话说，第一和/或第二透镜18，24能够用作射线布置16的冷却元件和/或冷却体。关于此点特别有利的是，相应的透镜18，24具有带特别高的导热系数的材料，例如玻璃。替代地或者补充地，边界面20，22，26，28中的一个、两个或者多个例如能够设计成散射的和/或磨砂的。由此能够散射待转向的射线31。这能够有助于，使得出射的电磁射线30具有模糊的、均质化的和/或均匀的目标射线分布，并且/或者使得射线布置16的、例如射线源的结构模糊化。
图4示出了脱耦的射线32的第一射线强度分布32，第一射线强度分布相当于从根据图3的装置14中脱耦的射线30的目标射线分布。由图4中得知，在很大的角度范围内，例如在130°到-130°之间，第一射线强度分布32基本上是均匀的。
因此，第一射线强度分布32能够称为均匀的和/或全向的射线强度分布。此外，第一射线强度分布32等同于预定的目标射线分布，因此，根据图3的装置14适合用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线。
图5示出具有透镜布置15和射线布置16的装置14的实施例，该实施例与图3中所示的实施例大部分相符，其中区别在于，在图5中示出的实施例中，射线布置16所具有的不是点状射线源，而是平面地延展的射线源。例如，根据图5的射线布置16能够具有延展的平面发射器和/或例如一个、两个或多个射线源，例如发光构件。在本实施例中，待转向的射线31的源射线分布也借助射线布置15转换成具有预定的目标射线分布的电磁射线，也就是转换成出射的电磁射线30。
图6示出了出射的电磁射线30的第二射线强度分布34，第二射线强度分布相当于根据图5的装置14的目标射线分布。在很大的角度范围内，例如在130°到-130°之间，第二射线强度分布34是均匀的或者至少基本均匀的，并且因此也能够称为均匀的和/或全向的射线强度分布。因此，图5中所示的装置14也适用于提供具有预定的目标射线分布的电磁射线。
图7示出了装置14的实施例，该实施例与图3中所示的装置14的实施例大部分相符，其中区别在于，在图7中所示的实施例中，透镜布置15在第二边界面22处具有第一台阶部33，并且在第三边界面26处具有第二台阶部35。替代地或补充地，第一边界面20和/或第四边界面28也能够具有台阶部，或者边界面20，22，26，28中的一个、两个或者多个能够分别具有两个或多个台阶部。第一或第二透镜18，24在上下文中还能够称为菲涅尔透镜。构造第一和/或第二台阶部33，35还能够称为相应透镜18，24的菲涅尔化。然而，菲涅尔化的透镜18，24与未菲涅尔化的透镜相比，在给定了源射线分布时产生相同的或者大部分相同的目标射线分布，构造得更薄并且因此构造得更轻。台阶部33，35例如如下地构造，使得其在相应透镜18，25的材料内不具有侧凹。
图8示出了第三射线强度分布36，第三射线强度分布相当于根据图7的装置14的目标射线分布。第三射线强度分布36在很大的角度范围内是均匀的或者至少基本均匀的，并且因此能够称为均匀的和/或全向的射线强度分布。
图9示出了用于制造透镜布置、例如前述的透镜布置15的方法的实施例的流程图。该方法用于，根据预定的源射线分布、例如朗伯射线强度分布10，如下地构造透镜布置15，使得借助该透镜布置能够产生预定的目标射线分布，例如全向的目标射线分布12和/或第一、第二或第三目标射线分布32，34，36。在方法的该实施例中由以下出发，即射线布置16的发射面与透镜布置14相比小十倍，或者更小，例如小到在计算射线布置16的发射电磁射线的表面的直径时能够忽略。例如，能够以射线布置16的射线源作为点状射线源(见图3)为前提。替代于此地，还能够从平面延展的射线源出发(见图5)。
在步骤S2中，预定源射线分布。例如，源射线分布根据所使用的射线布置16来预定。例如，源射线分布能够通过测量由射线布置16发射的电磁射线的射线强度分布经验式地测定并且然后预定，以制造透镜布置15。替代与此地，能够预定朗伯射线分布10作为源射线分布。
在步骤S4中，预定目标射线分布，例如全向的射线分布12和/或第一、二或第三目标射线分布32，34，36。目标射线分布例如能够根据要遵循的尺度、根据法律规定和/或根据照明设计师的设计构想来预定。
源射线分布和/或目标射线分布能够预定为射线强度分布，例如图1，2，4，6和8中所示的。替代于此地，源射线分布和/或目标射线分布能够预定为累积的能量分布和/或累积的光通量。累积的能量分布和/或累积的光通量例如能够根据相应的射线强度分布来测定。特别地，累积的光通量能够通过从第一边界角到第二边界角的对射线强度分布的积分来测定。
图10示例地示出了一个图表，其中给出了射线源的与所发射的射线的边界角W有关的成百分比的累积光通量LS。边界角W在图10中例如从空间角度0°延伸至空间角度145°。例如在图表中绘出了源光通量变化曲线QS，其例如相当于朗伯发射器的光通量变化曲线，朗伯发射器例如相当于射线源16。源光通量变化曲线QS例如能够通过从0°到90°的空间角度的对朗伯射线分布10的积分来测定。源光通量变化曲线QS在图10中示为实线。所发射的射线例如是待转向的射线31。
累积的光通量LS并且因此源光通量变化曲线QS与所发射的射线的边界角W相关，其中，边界角W相当于在射线的所选择的光路和整体坐标系的垂直轴线之间的源角度，其中，垂直轴线例如能够平行于在射线源的表面上的平面法线。累积的光通量LS在示例性预定的第一源角度QW1处具有第一光通量值LS1。在预定的目标光通量变化曲线ZS中，在第一目标角度ZW1时达到相同的第一光通量值LS1，该目标角度与第一源角度QW相差转向角UW。转向角UW根据源角度和目标角度来变化。例如，待转向电磁射线的其光路与平面法线围成第一源角度QW1的部分，必须以转向角UW转离平面法线，使得相应的已转向的电磁射线的光路与平面法线围成第一目标角度ZW1。对于其光路与平面法线围成其他的源角度的电磁射线而言，此时能够测定其他的转向角。如果对于待转向的电磁射线31的所有光路都实现电磁射线的这种转向，那么借助射线布置15能够产生具有目标光通量变化曲线ZS的电磁射线。此时，目标光通量变化曲线ZS代表了预定的目标射线分布。
在步骤S8中进行转向角UW的测定。在此，例如能够首先进行目标角度ZW与源角度QW的成对的对应，其中分别存在相同的累积的光通量LS。然后，能够简单地通过从相应的目标角度ZW中减去源角度QW实现转向角UW的测定。关于射线布置15，通过待耦合的射线31在四个边界面20，22，26，28处的折射实现待耦合的射线31的转向。
图11示出了一个图表，其中绘出了与相应的源角度有关的目标角度变化曲线ZW，其中，在图表中还绘出了代表相应的源角度的源角度变化曲线QW。此外，在源角度变化曲线QW和目标角度变化曲线ZW之间绘出了第一目标角度变化曲线ZW1、第二目标角度变化曲线ZW2和第三目标角度变化曲线ZW3。
要借助透镜布置15转向的射线31的每条与射线源上的平面法线围成第一源角度QW1的光路，在入射到第一透镜18中以后基于在第一边界面20处以第一折射角B1进行的折射而围成了目标角度，其通过第一目标角度变化曲线ZW1与第一源角度QW1相对应。在入射到第一透镜18中之前与射线源上的平面法线围成第一源角度QW1的光路，在从第一透镜18中射出以后基于在第二边界面22处以第二折射角B2进行的折射而与射线源上的平面法线围成了目标角度，其通过第二目标角度变化曲线ZW2与第一源角度QW1相对应。在入射到第一透镜18中之前与射线源上的平面法线围成第一源角度QW1的光路，在第三边界面26处以第三折射角B3进行折射以后与射线源上的平面法线围成了目标角度，其通过第三目标角度变化曲线ZW3与第一源角度QW1相对应。在入射到第一透镜18中之前与射线源上的平面法线围成第一源角度QW1的光路，在第四边界面28处以第四折射角B4进行折射以后与平面法线围成了第一目标角度ZW1，其通过目标角度变化曲线ZW与第一源角度QW1相对应。因此，从透镜布置14中射出的电磁射线30的、其光路在入射到第一透镜18中之前与射线源上的平面法线围成第一源角度QW1的部分的光路，在从透镜布置14中射出时与射线源上的平面法线围成第一目标角度ZW1。
分别与源角度中的一个相对应的第一、第二、第三和第四折射角B1，B2，B3，B4进行累加得到对应该源角度的转向角UW。例如，沿着与第一源角度QW1耦合的射线的光路的第一折射角B1、第二折射角B2、第三折射角B3和第四折射角B4之和得出了与第一源角度QW1相对应的转向角UW。转向角UW代表了源角度和目标角度之间的区别或者说差值。
在图11中所示的实施例中，边界面20，22，26，28的折光力均匀地分配到所有四个边界面20，22，26，28上。换句话说，这四个折射角B1，B2，B3，B4大小相同。因此，第一和第二透镜18，24的折光力也是大小相同的。然而，在替代实施例中，折光力还能够不均匀地分配，例如预定的指定外观能够预定了第四边界面28的边际条件，基于该边际条件，折光力的均匀分布是不可能的或没有意义的。
在步骤S10中，例如借助图12中所示的斯涅尔折射定律，测定边界面20，22，26，28的在图13和/或图14中所示的表面轮廓40，42，46，48。
在此，图12例如示出了待转向的电磁射线31的光路中的一个，示出了其在第一边界面20处如何折射的，并且如何能够根据待转向的电磁射线31的光路在预定的第一折射角B1下测定第一边界面20相对于该光路的倾角。
在第一边界面20和射线布置16之间的空间例如充满了空气和/或保护气体，并且/或者具有与装置14周围相比的低压和第一折射率N1。第一透镜18的材料例如具有第二折射率N2。待转向的射线31的示例性光路与第一边界面20上的法线围成入射角α。第一边界面上的法线基本不等于射线源上的平面法线，其中，法线和平面法线在特殊情况下能够是平行的，例如当待耦合的射线31的光路与平面法线围成0°的源角度时。“法线”的概念在本申请中用于一条直线，其在光路与边界面20，22，26，28中的一个边界面的交点处垂直于相应的边界面20，22，26，28。待转向的射线31在第一边界面20处朝向第一边界面上的法线地以折射角进行折射。在折射后，入射到第一透镜18中的电磁射线的光路与第一边界面20上的法线围成了角度β。在本实施例中，折射角等于第一折射角B1。在第二、第三和第四边界面22，26，28处进行折射时，折射角等于第二、第三或第四折射角B2，B3，B4。如果待转向的电磁射线31的光路是已知的，那么也已知的是，该光路与射线布置16上的平面法线围成的源角度QW。因此，在源角度QW已知时，入射角α代表了边界面20，22，26，28相对于射线布置16上的平面法线在相应的光路与相应的边界面20，22，26，28的交点处的倾角。
第一个公式F1示出了能够从图示中获知的、作为斯涅尔折射定律而公知的物理关系。第二个公式F2相当于第一公式F1的按照角β的解。第三个公式F3借助第一个公式F1和第二个公式F2示出了折射角与入射角α的相关性。从第三个公式F3中得知，折射角仅与α有关。换句话说，在与α之间存在单一的关系。公式F4示出了第三个公式F3中的函数的反函数。反函数提供了与相关的角度α。因此，在预定了光路时并且在由此已知了源角度和已知了折射角时，测定边界面20，22，26，28在相应的光路与相应的边界面20，22，26，28的交点处的倾斜度。例如，在预定了光路时和因此已知了源角度QW时依据折射角，例如依据第一折射角B1，能够测定第一边界面20在待耦合的射线31的光路与第一边界面20的交点处的倾斜度。
因此，对于待转向的电磁射线31的每个光路能够测定相应的源角度。然后，根据该源角度能够测定转向角UW和例如第一折射角B1。然后，根据第一折射角B1能够测定第一边界面20在相应的光路与第一边界面20的交点处的倾角。第二、第三和第四边界面22，26，28的倾角能够相应地测定。在此，根据在第一边界面20处折射的电磁射线的光路和第二折射角B2测定第二边界面22的倾角，根据在第二边界面22处折射的电磁射线的光路和第三折射角B3测定第三边界面26的倾角，并且根据在第三边界面28处折射的电磁射线的光路和第四折射角B4测定第四边界面22的倾角。
图13示出了一个图表，其中在水平轴上绘出了透镜18，24的半径R，并且其中在垂直轴上绘出了透镜18，24的高度H，并且其中绘出了第一边界面20的第一表面轮廓40的、第二边界面22的第二表面轮廓42的、第三边界面26的第三表面轮廓46的和第四边界面28的第四表面轮廓48的实施例。平面法线与垂直轴平行。
例如能够以第一表面轮廓40的计算开始。因为光路与边界面20，22，26，28的交点对于计算是重要的，所以可以预定计算的起始点，其中，起始点例如代表了所选择的光路与边界面20，22，26，28的交点。作为计算第一边界面20的第一表面轮廓40的起始点，例如在Y轴上选择第一起始点SP1，其中，例如待转向的电磁射线31的光路位于Y轴上，该光路与平面法线围成0°的源角度。从第一起始点SP1出发，根据源角度测定第一折射角B1，并且根据第一折射角B1测定第一边界面20的倾角，由此形成第一表面轮廓40。在测定第一表面轮廓40以后，例如能够预定第二起始点SP2，并且对第二表面轮廓42的测定能够从第二起始点SP2出发根据对第一表面轮廓40的测定通过使用第二折射角B2来进行。在测定第二表面轮廓42以后，例如能够预定第三起始点SP3，并且从第三起始点SP3出发，对第三表面轮廓46的测定能够根据对第一表面轮廓40的测定通过使用第三折射角B3来进行。在测定第三表面轮廓46以后，能够预定第四起始点SP4，并且从第四起始点SP4出发，对第四表面轮廓48的测定能够根据对第一表面轮廓20的测定通过使用第四折射角B4来进行。
例如，具有第一源角度QW1的待转向的电磁射线31根据第一表面轮廓40在第一边界面20处以第一折射角B1来折射。在第一边界面20处折射的电磁射线在第二边界面22处根据第二表面轮廓42以第二折射角B2来折射。在第二边界面22处折射的电磁射线根据第三表面轮廓46在第三边界面26处以第三折射角B3来折射。在第三边界面26处折射的电磁射线根据第四表面轮廓48在第四边界面28处以第四折射角B4来折射，使得出射的电磁射线30相对于待转向的电磁射线朝向第一目标角度ZW1折射了转向角UW。因为这些折射过程是沿着待转向的电磁射线31的所有光路来进行的，所以出射的电磁射线30具有预定的目标射线分布。
在测定表面轮廓40，42，46，48以后，能够制造透镜18，24，例如用浇铸法或者通过其他公知的用于构造光学透镜的方法。
图14示出了在菲涅尔化透镜中所测定的表面轮廓40，42，46，例如与图7中所示的菲涅尔化透镜18和24相对应的。与测定根据图13的表面轮廓40，42，46，48的区别在于，在根据图14的表面轮廓40，42，46，48中，在计算第二表面轮廓42时预定了第五起始点SP5，并且在测定第三表面轮廓46时预定了第六起始点SP6。然后从第二起始点SP2起，进行对第二表面轮廓42的测定，并且在实现了具有第五起始点SP5的光路时，从第五起始点SP5起再次开始。从第三起始点SP3起，进行对第三表面轮廓46的测定，并且在与具有第六起始点SP6的光路相切时，从第六起始点SP6起再次开始。通过预定第五或第六起始点SP5，SP6，形成了第一或第二台阶部33，35。台阶部33，35例如能够如下地预定，使得待转向的电磁射线的光路从相应的边界面22，26起与到相应的透镜18，24的材料中的凹口平行地延伸。此外，台阶部的表面轮廓46，48还能够如下地测定，使得其不具有侧凹。这能够有助于例如用浇铸法、简单地制造相应的透镜18，24。
如果借助根据前述方法制成的透镜布置14不能如期望地实现预定的目标射线分布，那么例如能够迭代地调整透镜18，24的表面轮廓和/或边界面。与所期望的目标射线分布的偏差例如能够是与所期望的全向性的偏差和/或与所期望的均匀性的偏差。偏差例如能够由于在透镜18，24的表面处的菲涅尔反射、由于在菲涅尔棱边处的投影、由于射线布置16或射线源的实际的平面延展、和/或由于其他的初始未考虑到的因素而出现。迭代地调整例如包括迭代地补偿偏差。例如能够测定借助第一透镜布置实际所实现的目标射线分布，并且然后根据实际上所实现的目标射线分布，能够预定新的目标射线分布以制造第二透镜布置，其中考虑到了偏差。此时，第二透镜布置的实际目标射线分布能够接近初始预定的真正所期望的目标射线分布。
图15示出了透镜布置15的实施例，其大部分与图3中所示的实施例相符，其中的区别在于，在图15中所示的实施例中，第一和第二透镜18，24例如总共由三个部分组成，其中，透镜元件50是第一透镜18的一部分和第二透镜24的一部分。替代于此地，透镜18，24能够由其他的透镜元件构成。
图16示出了在用于制造透镜元件50的模具中的透镜元件50，特别是透镜元件50的一部分。模具具有第一模型体52和第二模型体54。由图16中特别地得知，能够简单地制造没有侧凹的透镜元件50。透镜元件50的设置也能够有助于透镜18，24的简单制造。例如也能够制造没有侧凹的透镜18，24。
图17示出了透镜布置15的实施例，其大部分与图3中所示的实施例相符，其中的区别在于，在图17中所示的实施例中，透镜布置15呈长形地延伸和/或例如借助挤压来制造。
本发明不局限于给出的实施例。例如还能够布置两个以上的透镜18，24，例如第三、第四和/或更多的透镜。待转向的射线在其处进行折射的边界面的数量相应地分别增加两个。在测定表面轮廓40，42，46，48时，还能够给出额外的边际参数。例如透镜18，24能够设计成一体的。替代于此地，透镜18，24中的每一个都设计成多件的。例如能够按照预定的外观预定第四边界面28和/或第二透镜24的相应的第二侧。替代地或者补充地，第一和/或第四边界面20，28还能够具有一个、两个或多个台阶部。此外，第二和/或第三边界面22，26还能够具有一个两个或者多个其他台阶部。此外，射线布置16能够与未示出的冷却体和/或插座相连。透镜布置15和/或装置14能够形成灯具或照明灯，和/或布置在灯具和/或照明灯中。

Claims (18)

1.一种用于提供具有预定的目标射线分布(12，ZS)的电磁射线的装置，具有
-透镜布置(15)，其中，所述透镜布置(15)具有第一透镜(18)，所述第一透镜具有第一边界面(20)和第二边界面(22)，其中，所述第一边界面(20)设计成凹形的，并且所述第二边界面(20)设计成凸形的，并且其中，凹形的所述第一边界面(20)形成了第一空隙(21)；并且其中所述透镜布置(15)具有第二透镜(24)，所述第二透镜具有第三边界面(26)和第四边界面(28)，其中，所述第三边界面(26)设计成凹形的，并且所述第四边界面(28)设计成凸形的，并且其中，凹形的所述第三边界面(26)形成了第二空隙(27)，其中，所述第一透镜能够完全地布置在所述第二透镜的所述第二空隙(27)中，并且具有
-用于产生具有预定的源射线分布(10，QS)的待转向电磁射线(31)的射线布置(16)，其中所述射线布置(16)布置成，使得所述待转向电磁射线(31)的至少一部分经由所述第一边界面(20)入射到所述透镜布置(15)中，
其中，所述第一边界面、所述第二边界面、所述第三边界面和所述第四边界面中的至少所述第二边界面和所述第三边界面具有至少一个台阶部(29，31)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，预定的所述目标射线分布(10，QS)是均匀的。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述第一透镜(18)具有第一折光力，并且所述第二透镜(24)具有第二折光力，并且其中，边界面(20，22，26，28)设计成，使得折光力大小相同。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，两个透镜(18，24)中的至少一个设计成菲涅尔透镜。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述射线布置(16)至少部分地布置在所述第一空隙(21)内。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述透镜布置(15)设计成，使得所述待转向电磁射线(31)的至少一部分在所述边界面(20，22，26，28)的每一个处弯折。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述透镜布置(15)设计成，使得所述待转向电磁射线(31)的至少一部分在所述边界面(20，22，26，28)的每一个处弯折。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述边界面(20，22，26，28)根据所述透镜的材料的折射率设计成，使得入射的电磁射线在所述第一边界面(20)处的第一折射角(B1)，所述入射的电磁射线在所述第二边界面(22)处的第二折射角(B2)，所述入射的电磁射线在所述第三边界面(26)处的第三折射角(B3)和出射的电磁射线在所述第四边界面(28)处的第四折射角(B4)大小相同。
9.根据权利要求4所述的装置，其中，所述射线布置(16)具有第一射线源和至少一个第二射线源，用于产生所述待转向电磁射线(31)。
10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述射线布置(16)具有第一射线源和至少一个第二射线源，用于产生所述待转向电磁射线(31)。
11.一种用于制造透镜布置(15)的方法，其中，
-预定借助所述透镜布置(15)待转向的射线(31)的源射线分布(10，QS)，
-预定从所述透镜布置(15)中的出射的电磁射线(30)的目标射线分布(12，ZS)，
-根据预定的所述源射线分布(10，QS)和预定的所述目标射线分布(12，ZS)使待转向电磁射线(32)的源角度(QW)与所述出射的电磁射线(30)的目标角度(ZW)相对应，
-借助源角度(QW)和目标角度(ZW)的成对的对应，测定所述待转向电磁射线(31)必须偏转的转向角(UW)，从而所述出射的电磁射线(30)具有预定的所述目标射线分布(12，ZS)，并且
-根据所述源角度(QW)和相应的所述转向角(UW)测定所述透镜布置(15)的边界面(20，22，26，28)的表面轮廓(40，42，46，48)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，均匀的射线分布预定为目标射线分布(12，ZS)。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的方法，其中，根据所述源角度(QW)和相应的所述转向角(UW)测定第一折射角(B1)、第二折射角(B2)、第三折射角(B3)和第四折射角(B4)，并且其中，根据所述第一折射角(B1)测定第一边界面(20)的所述表面轮廓(40)，根据所述第二折射角(B2)测定第二边界面(22)的所述表面轮廓(42)，根据所述第三折射角(B3)测定第三边界面(B3)的所述表面轮廓(46)，并且根据所述第四折射角(B4)测定第四边界面(28)的所述表面轮廓(48)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，折射角(B1，B2，B3，B4)预定成，使得对于沿着光路的电磁射线来说，所述折射角(B1，B2，B3，B4)大小相同。
15.根据权利要求11或12所述的方法，其中，朗伯射线分布预定为源射线分布(10，QS)。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，朗伯射线分布预定为源射线分布(10，QS)。
17.根据权利要求11或12所述的方法，其中，当测定在所述边界面(20，22，26，28)中的至少一个的所述表面轮廓(40，42，46，48)时执行菲涅尔化。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，当测定在所述边界面(20，22，26，28)中的至少一个的所述表面轮廓(40，42，46，48)时执行菲涅尔化。
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