CN108884979A - 具有狭缝的透镜 - Google Patents

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Abstract

透镜(1)包括中心延伸轴(A)，中心延伸轴(A)垂直于透镜的透镜轴(L)，透镜适于折射来自光源的光线，光源被相对于中心延伸轴离轴定位，透镜包括多个第一狭缝(21、22、23、24)，多个第一狭缝(21、22、23、24)完全在透镜的内部延伸，并且包括长度(l)、宽度(w)和厚度(t)，长度(l)垂直于中心延伸轴延伸，宽度(w)平行于中心延伸轴延伸，厚度(t)垂直于长度和宽度两者延伸，多个第一狭缝互相平行，并且覆盖中心延伸轴(A)以及多个第一狭缝(21、22、23、24)的长度(l)和宽度(w)都在其内延伸的平面的40％和60％之间。

Description

具有狭缝的透镜
技术领域
本发明涉及透镜，该透镜包括垂直于透镜的透镜轴的中心延伸轴，透镜适于折射来自光源的光线，该光源被相对于中心延伸轴离轴定位。此外，本发明涉及具有这种透镜的准直器，并且涉及包括这种透镜的照明设备。
背景技术
颜色不均一性是许多LED产品中的问题。颜色不均一性是由于单个LED的颜色超过位置(CoP)和颜色超过角度(CoA)、对于使用多个LED的产品的略微不同的色温、在整体色温(从暖白色到冷白色)中可以变化的产品的不同色温、以及包含有色LED(例如，红色LED、绿色LED和蓝色LED)的产品的完全不同的颜色而引起的。
在当今的LED灯和LED模块中，颜色问题是使用扩散器(通常与混合腔室相组合)或者混合杆来解决的。然而，扩散器引起较低的系统效率，并且混合杆要求相对大量的空间。
在JP 50-38755 B2中描述了解决上述颜色问题的另一尝试，JP 50-38755 B2公开了一种LED灯具，LED灯具包括布置在多个LED之上的透镜。在平面图中来看，透镜包括在透镜的外表面中设置的若干径向延伸的V形槽，以使透镜具有不平坦或波纹状的表面结构。不平坦或波纹状的表面结构被设置在平行于多个LED中的每个LED的光学提取表面的横截面中。然而，除了不足的颜色混合之外，该方案需要过于复杂的透镜表面结构，并且因此制造很昂贵。
发明内容
本发明的一个目的是克服与颜色混合问题有关的问题，并且提供透镜，利用该透镜可以获得具有高度颜色均一性的光输出，同时维持少量光损失并且因此维持所产生的发射光的高强度，并且此外，该透镜生产起来简单而且直接。
根据本发明的第一方面，该目标和其它目标可以借助于包括垂直于透镜的透镜轴的中心延伸轴的透镜来实现，透镜适于折射来自光源的光线，该光源被相对于中心延伸轴离轴定位，透镜包括多个第一狭缝，多个第一狭缝完全在透镜内部延伸，并且多个第一狭缝包括长度l、宽度w和厚度t，长度l垂直于中心延伸轴延伸，宽度w平行于中心延伸轴延伸，厚度t垂直于长度l和宽度w两者延伸，多个第一狭缝互相平行，并且覆盖平面的40％和60％之间，中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度l和宽度w都在该平面内延伸。
从而提供了透镜，利用该透镜，由此提供的狭缝适于并且被布置为使光线中的大约一半穿过平面并且击中狭缝而被反射，而没有遇到狭缝的其它光线则沿着初始方向传播，其中中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸。换言之，由此提供的狭缝适于并且被布置为使得如果入射角度大于asin(ns/n)(其中n是透镜的折射率，ns是狭缝的折射率)，那么击中狭缝的光线被无损失地反射，并且使得以较小角度击中狭缝的光线以及没有击中狭缝的光线继续沿着初始方向传播。
当第一光源和第二光源被布置在平面的互相对立侧时，其中中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸，这样结果是来自第一光源的大约一半的光线和来自第二光源的大约一半的光线将沿着所述平面在狭缝处被反射。因此，来自第一光源的大约一半的光线似乎来自第二光源的位置，反之亦然。这产生了以下效果，即这样反射的光线在外部观察者看来来自其它光源的位置，因此光被混合。
提供完全在透镜的内部延伸的多个第一狭缝，为透镜提供有不间断的表面，该不间断的表面反过来避免了否则由于间断而出现的伪影的存在。
提供多个第一狭缝，以覆盖平面的40％和60％之间，其中中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度l和宽度w都在该平面内延伸，该狭缝为透镜提供有以下效果，利用该透镜，在所述平面的各侧上的透镜的两个部分之间的光分布变得均匀，这反过来提供了具有特别好的光混合性能的透镜。
因此，提供了透镜，利用该透镜，不同颜色的入射光高度混合，从而获得具有高颜色均一性的光输出，同时维持少量光损失并且因此维持所产生的发射光的高强度，并且此外，该透镜生产起来简单而且直接。
在一个实施例中，多个第一狭缝覆盖平面的50％，中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度l和宽度w都在该平面内延伸。
从而，来自第一光源的一半光线和来自第二光源的一半光线将沿着所述平面在狭缝处被反射。因此，来自第一光源的一半光线似乎来自第二光源的位置，反之亦然。因此，获得了提供有特别高度的颜色混合的透镜，从而获得具有高度颜色均一性的光输出。
在一个实施例中，透镜还包括多个第二狭缝，该多个第二狭缝完全在透镜的内部延伸，并且多个第二狭缝包括长度、宽度和厚度，长度垂直于中心延伸轴延伸，宽度平行于中心延伸轴延伸，厚度垂直于长度和宽度两者延伸，多个第二狭缝互相平行，并且覆盖平面的40％和60％之间，中心延伸轴以及多个第二狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸，多个第二狭缝相对于多个第一狭缝以不同于零的角度延伸。
在一个实施例中，多个第二狭缝覆盖平面的50％，中心延伸轴以及多个第二狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸。
除了提供与上述效果类似的效果之外，由此还提供了透镜，利用该透镜，来自较高数目的(特别地，四个)光源的光可以以高度颜色混合来混合，从而获得不仅具有高颜色均一性而且强度增加的光输出。
在一个实施例中，透镜还包括多个第三狭缝，该多个第三狭缝完全在透镜的内部延伸，并且多个第三狭缝包括长度、宽度和厚度，长度垂直于中心延伸轴延伸，宽度平行于中心延伸轴延伸，厚度垂直于长度和宽度两者延伸，多个第三狭缝互相平行，并且覆盖平面的40％和60％之间，中心延伸轴以及多个第三狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸，多个第三狭缝相对于多个第一狭缝和多个第二狭缝两者以不同于零的角度延伸。
在一个实施例中，多个第三狭缝覆盖平面的50％，中心延伸轴以及多个第三狭缝的长度和宽度都在该平面内延伸。
除了提供与上述效果类似的效果之外，由此还提供了透镜，利用该透镜，来自较高数目的(特别地，三个)、具有互相不同颜色的光源的光可以以高度颜色混合来混合，从而获得具有特别高颜色均一性的光输出。
在其它实施例中，可以以与上面针对多个第三狭缝所描述的方式类似的方式来提供一个或多个狭缝。
在一个实施例中，狭缝的折射率ns是1，由于狭缝可以简单地被提供为空气填充的狭缝，从而因此可以提供特别简单的透镜。
在一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个终止于距透镜的外表面一定距离处。
从而，提供了具有连续表面的透镜，该透镜反过来提供较低的光损失以及因此提供发射光的较高强度。
在一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的宽度在0.1mm和沿着所述中心延伸轴A所测量的、透镜的高度的1/4之间。
在一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的相邻狭缝之间的距离在0.1mm和沿着中心延伸轴A所测量的、透镜的高度的1/4之间。
以上两个实施例中的每个实施例的下限被选择为确保狭缝的宽度以及相邻狭缝之间的距离分别远高于由透镜混合的光的波长。从而，减少了由与狭缝互相作用的光所产生的伪影的数目。
以上两个实施例中的每个实施例的上限被选择为确保狭缝的宽度以及相邻狭缝之间的距离分别具有这样的大小，确保狭缝以及相邻狭缝之间的空间的均匀分布。从而，获得了改进的颜色混合。此外，根据本发明的透镜也将以该方式适用于大的光学系统。
在一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的厚度大于1000nm。
由此确保狭缝在透镜内占据尽可能小的空间，同时仍然确保充足和有效的颜色混合。此外，确保狭缝的最小厚度在所产生的光的最大波长的量级。即，如果厚度太低，那么一些光线将会取决于波长而泄露，这就是已知的受挫TIR或倏逝波。由此可以避免受挫TIR或倏逝波。
在一个实施例中，狭缝被布置为相对于中心延伸轴如以下这样，狭缝的厚度的一半在中心延伸轴的各侧上延伸。由此，确保了狭缝在透镜的每一半中占据均匀量的空间，同时仍然确保充足和有效的颜色混合。
在一个实施例中，面向相邻狭缝的多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的狭缝的端表面是朗伯(lambertian)散射的。
由此由与狭缝互相作用的光所产生的伪影的数目可以至少部分地并且可能完全地被隐藏。
在一个实施例中，透镜的外表面的一部分至少部分地漫射。
由此提供了具有进一步更加改进的光混合特性的透镜。
此外，本发明涉及准直器，该准直器包括根据本发明的透镜，并且因此提供了不仅高度准直而且还特别地高度颜色混合的光输出。
本发明还涉及照明设备，该照明设备包括根据上述权利要求中任一项的透镜以及至少两个光源，该至少两个光源适于在操作中发射光，至少两个光源被间隔开并且相对于中心延伸轴离轴定位。由此提供了具有特别好地混合和高质量的光输出的发光设备。
在根据本发明的照明设备的一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的宽度被选择为大于由至少两个光源所发射的光的波长，并且小于至少两个光源之间的距离。
宽度的下限被选择为确保狭缝的宽度以及相邻狭缝之间的距离分别远高于由透镜混合的光的波长。由此，减少了由与狭缝互相作用的光所产生的伪影的数目。
宽度的上限被选择为确保狭缝的宽度以及相邻狭缝之间的距离分别具有这样的大小，使得确保狭缝以及相邻狭缝之间的空间的均匀分布。从而，获得了改进的颜色混合。
在根据本发明的照明设备的一个实施例中，多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的厚度被选择为大于由至少两个光源所发射的光的波长。
由此确保狭缝在透镜内占据尽可能小的空间，同时仍然确保充足和有效的颜色混合。
应注意，本发明涉及权利要求中所列举的特征的所有可能的组合。
附图说明
现在将参照示出本发明的实施例的附图，更加详细地描述本发明的该方面和其它方面。
图1在垂直于一个平面的平面的截面图中示出了根据本发明的第一实施例的透镜，该透镜包括多个第一狭缝，其中垂直于透镜的透镜轴的中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度和宽度都在该一个平面内延伸。
图2在一个平面的截面图中示出了根据图1的透镜，其中垂直于透镜的透镜轴的中心延伸轴以及多个第一狭缝的长度和宽度都在该一个平面内延伸。
图3示出了根据本发明的照明设备的透视图，该照明设备包括多个光源和透镜，该透镜根据本发明的第二实施例并且包括多个第一狭缝和多个第二狭缝。
图4示出了包括根据本发明的透镜的准直器的示意图。
图5A和图5B示出了根据图3的照明设备的强度分布图，其中透镜不包括狭缝，并且其中适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射和10°高斯散射。
图5C和图5D示出了根据图3的照明设备的强度分布图，其中透镜包括多个第一狭缝和多个第二狭缝，并且其中适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射和10°高斯散射。
图6示出了根据本发明的照明设备的透视图，该照明设备包括多个光源和透镜，该透镜根据本发明的第三实施例并且包括多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝。
图7A和图7B示出了根据图6的照明设备的强度分布图，其中透镜不包括狭缝，并且其中适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射和10°高斯散射。
图7C和图7D示出了根据图6的照明设备的强度分布图，其中透镜包括多个第一狭缝、多个第二狭缝和多个第三狭缝，并且其中适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射和10°高斯散射。
如图中所示，出于说明的目的，层和区域的尺寸被夸大，并且因此被提供为说明本发明的实施例的一般结构。贯穿本文，相似的附图标记指代相似的元件。
具体实施方式
以下将参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式来实施，并且不应被解释为限于本文中所阐述的实施例；相反，提供这些实施例是为了全面和完整，并且将本发明的范围更加充分地传达给技术人员。
图1和图2在互相垂直的截面图中示出了根据本发明的第一实施例的透镜1。透镜1包括透镜轴L、外表面13、垂直于透镜轴L的中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24。
多个第一狭缝21、22、23、24完全在透镜的内部延伸。多个第一狭缝21、22、23、24包括长度l、宽度w和厚度t，长度l垂直于中心延伸轴A延伸，宽度w平行于中心延伸轴A延伸，厚度t垂直于长度l和宽度w两者延伸。多个第一狭缝21、22、23、24的狭缝互相平行。在所示实施例中，多个第一狭缝21、22、23、24覆盖总共大约平面的50％，中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸——参见图2。
因此，如在附图中所示，并且无论实施例如何，透镜轴L可以视作水平延伸轴，而中心延伸轴A可以视作竖直轴。同样地，并且也无论实施例如何，中心延伸轴A以及给定的多个狭缝的长度和宽度在其中延伸的平面可以视作竖直延伸平面或者仅仅是竖直面。
多个第一狭缝21、22、23、24的相邻狭缝被以距离d间隔布置。此外，多个第一狭缝21、22、23、24的狭缝被布置为终止于距透镜1的外表面13一定距离处。备选地，多个第一狭缝21、22、23、24的狭缝可以被布置为终止于透镜1的外表面13处。
应注意，无论实施例如何，多个狭缝各自的长度、宽度和厚度以及多个狭缝的相邻狭缝之间的距离可以变化。因此，所有狭缝不需要具有相同的长度、宽度和/或厚度，但是可以具有不同的长度、宽度和/或厚度。同样地，在多个狭缝内和/或在不同的多个狭缝之间，多个狭缝的相邻狭缝之间的距离可以变化。
在图1和图2中，发射光线51、52、61、62的两个光源5、6被示出，以便图示光线51、52、61、62穿过透镜1的路径。在图2中，只有光源5是可见的，另一光源6隐藏在光源5的后面。光源5和光源6发射两种不同颜色的光，例如红色和蓝色。光源5和光源6可以是两种不同的有色LED。
两个光源5、6被布置为相对于中心延伸轴A离轴，即在平面的互相对立侧上，其中中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸，并且在距所述平面相同的距离处。
透镜1设置有第一表面部分或段12以及第二表面部分或段11，第一表面部分或段12适于接收光并且将光耦合到透镜1中，第二表面部分或段11适于将混合光从透镜1耦合出来。透镜1的第二表面部分或段11可以是漫射或散射的。
因此，由两个光源5、6所发射的光在第一表面段12被耦合到透镜1中。当通过透镜1传播时，来自光源5的大约一半的光线51、52以及来自光源6的大约一半的光线61、62将击中多个第一狭缝21、22、23、24中的狭缝，并且沿着平面在狭缝21、22、23、24处被反射，其中中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸——参见图1。类似地，来自光源5的大约一半的光线51、52以及来自光源6的大约一半的光线61、62将不会击中多个第一狭缝21、22、23、24中的狭缝，并且因此将穿过平面，其中中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸——同样参见图1。因此，光被混合。最终，由此混合的光被发射穿过透镜1的第二表面部分或段11。在透镜1的第二表面部分或段11是漫射或散射的情况下，将获得光的进一步混合。
图4示意性地示出了准直器9，准直器9包括根据本发明的透镜1。在准直器中可以采用根据本发明的任何透镜。透镜1被中心布置在准直器9中。准直器还包括TIR表面91。由此，由光源5所发射并且传播穿过包括透镜1的准直器9的光最终被发射为准直且混合的光51、52。
现在转到图3，示出了根据本发明的照明设备200的透视图。照明设备200包括四个光源5、6、7、8，四个光源5、6、7、8被布置在基底210(例如，印刷电路板)上。光源中的两个光源(即，光源5和光源7)发射一种特定颜色(例如，绿色)的光，而光源中的两个光源(即，光源6和光源8)发射另一特定颜色(例如，红色)的光。照明设备200还包括根据本发明的第二实施例的透镜100。
照明设备200的透镜100与图1和图2中所示以及上述的不同在于照明设备200的透镜100还包括多个第二狭缝31、32、33、34。
多个第二狭缝31、32、33、34完全在透镜的内部延伸。类似于多个第一狭缝21、22、23、24，多个第二狭缝31、32、33、34包括长度、宽度和厚度，长度垂直于中心延伸轴A延伸，宽度平行于中心延伸轴A延伸，厚度垂直于长度和宽度两者延伸。多个第二狭缝31、32、33、34的狭缝互相平行。在图3a所示的实施例中，多个第二狭缝31、32、33、34覆盖总共大约平面的50％，中心延伸轴A以及多个第二狭缝31、32、33、34的长度和宽度都在该平面内延伸。
此外，多个第二狭缝31、32、33、34通常相对于多个第一狭缝21、22、23、24以不同于零的角度延伸。在一个实施例中，多个第二狭缝31、32、33、34和多个第一狭缝21、22、23、24相对于彼此以这样的角度延伸，使得当在垂直于中心延伸轴A的平面中看时，多个第二狭缝31、32、33、34和多个第一狭缝21、22、23、24径向均匀分布。在图3中所示的实施例中，多个第二狭缝31、32、33、34相对于多个第一狭缝21、22、23、24以90°的角度延伸。
多个第二狭缝31、32、33、34的相邻狭缝以与多个第一狭缝21、22、23、24的相邻狭缝之间的距离d相对应的距离间隔布置。备选地，多个第二狭缝31、32、33、34的相邻狭缝可以以不同于多个第一狭缝21、22、23、24的相邻狭缝之间的距离d的距离间隔布置。
此外，多个第二狭缝31、32、33、34的狭缝被布置为终止于距透镜100的外表面13一定距离处。备选地，多个第二狭缝31、32、33、34的狭缝可以被布置为终止于透镜100的外表面13处。
四个光源5、6、7、8被布置为相对于中心延伸轴A离轴。更特别地，四个光源5、6、7、8分别被成对地布置在平面的互相对立侧上，其中中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸，并且在距所述平面相同的距离处，以及布置在平面的互相对立侧上，其中中心延伸轴A以及多个第二狭缝31、32、33、34的长度和宽度都在该平面内延伸，并且在距所述平面相同的距离处。
因此，由四个光源5、6、7、8所发射的光在第一表面段12被耦合到透镜100中。当由四个光源5、6、7、8所发射的光通过透镜100传播时，来自四个光源5、6、7、8中的每个光源的大约一半的光线将击中多个第一狭缝21、22、23、24或者多个第二狭缝31、32、33、34中的狭缝，并且沿着相关平面在所述狭缝处被反射——参见图3。此外，来自四个光源5、6、7、8中的每个光源的大约四分之一的光线将不会击中多个第一狭缝21、22、23、24中的狭缝，并且因此将穿过平面，其中中心延伸轴A以及多个第一狭缝21、22、23、24的长度l和宽度w都在该平面内延伸——同样参见图3。类似地，来自四个光源5、6、7、8中的每个光源的大约四分之一的光线将不会击中多个第二狭缝31、32、33、34中的狭缝，并且因此将穿过平面，其中中心延伸轴A以及多个第二狭缝31、32、33、34的长度和宽度都在该平面内延伸——同样参见图3。因此，光被混合。最终，由此混合的光被发射穿过透镜100的第二表面部分或段11。在透镜100的第二表面部分或段11是漫射或散射的情况下，将获得光的进一步混合。
借助于图5A到图5D示出了在如上所述的照明设备200中的透镜100的光混合效果。照明设备200包括发射红色光的两个光源以及发射绿色光的两个光源。在图5A到图5D中，由照明设备200所发射的光由灰度色调来表示，以使灰色对应于红色光，并且白色对应于绿色光，而黑色对应于混合光。
图5A和图5B示出了图3中所示的类型的照明设备的强度分布图，但是照明设备包括不具有狭缝的透镜，并且其中适于发射从光源1所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射(图5A)和10°高斯散射(图5B)。从图5A中可以看出，使用不具有狭缝的透镜所产生的颜色强度分布图清晰地示出几乎未混合颜色的四个区域(即，两个灰色区域和两个白色区域)。图5B示出了即使当适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分是散射的时，具有未混合颜色的区域也不会消失。
图5C和图5D示出了根据图3的照明设备的强度分布图，其中透镜100包括多个第一狭缝21、22、23、24和多个第二狭缝31、32、33、34，并且其中适于发射从光源5、6、7、8所接收到的光的透镜100的表面13的一部分11分别是1°高斯散射(图5C)和10°高斯散射(图5D)。图5C示出了当使用具有狭缝的透镜100时，即使沿着分布图的边缘出现如图5C中灰色虚线阴影所示的一些伪影，颜色也会很好地混合。图5D示出了当适于发射从光源5、6、7、8所接收到的光的透镜100的表面13的一部分11是散射的时，所述伪影可以容易地被平滑，并且颜色混合可以进一步改善。
现在转到图6，示出了根据本发明的另一照明设备201的透视图。照明设备201包括三个光源5、6、7，三个光源5、6、7被布置在基底210(例如，印刷电路板)上。三个光源发射互相不同颜色的光。例如，光源中的第一光源发射绿色光，第二光源发射红色光，并且第三光源发射蓝色光。照明设备200还包括根据本发明的第三实施例的透镜101。
照明设备201的透镜101与图3中所示以及上述的不同在于照明设备201的透镜101包括多个第三狭缝41、42、43、44。
多个第三狭缝41、42、43、44完全在透镜的内部延伸。类似于多个第一狭缝21、22、23、24，多个第三狭缝41、42、43、44包括长度、宽度和厚度，长度垂直于中心延伸轴A延伸，宽度平行于中心延伸轴A延伸，厚度垂直于长度和宽度两者延伸。多个第三狭缝41、42、43、44的狭缝互相平行。在图6中所示实施例中，多个第三狭缝41、42、43、44覆盖总共大约平面的50％，中心延伸轴A以及多个第三狭缝41、42、43、44的长度和宽度都在该平面内延伸。
此外，多个第三狭缝41、42、43、44通常相对于多个第一狭缝21、22、23、24和多个第二狭缝31、32、33、34以不同于零的角度延伸。在一个实施例中，多个第三狭缝41、42、43、44和多个第二狭缝31、32、33、34以及多个第一狭缝21、22、23、24相对于彼此以这样的角度延伸，使得当在垂直于中心延伸轴A的平面中看时，多个第三狭缝41、42、43、44和多个第二狭缝31、32、33、34以及多个第一狭缝21、22、23、24径向均匀分布。在图6中所示的实施例中，多个第三狭缝41、42、43、44相对于多个第二狭缝31、32、33、34和多个第一狭缝21、22、23、24两者以60°的角度延伸。
多个第三狭缝41、42、43、44的相邻狭缝以与多个第一狭缝21、22、23、24的相邻狭缝之间的距离d相对应的距离间隔布置。备选地，多个第三狭缝41、42、43、44的相邻狭缝可以以不同于多个第一狭缝21、22、23、24的相邻狭缝之间的距离d和/或不同于多个第二狭缝31、32、33、34的相邻狭缝之间的距离间隔布置。
此外，多个第三狭缝41、42、43、44的狭缝被布置为终止于距透镜101的外表面13一定距离处。备选地，多个第三狭缝41、42、43、44的狭缝可以被布置为终止于透镜101的外表面13处。
三个光源5、6、7被布置为相对于中心延伸轴A离轴。更特别地，三个光源5、6、7被布置为在竖直延伸的中心透镜轴A的周围均匀地分布。更特别地，并且在所示实施例中，光源5被直接布置在多个第一狭缝21、22、23、24之下，光源6被直接布置在多个第二狭缝31、32、33、34之下，并且光源7被直接布置在多个第三狭缝41、42、43、44之下。
因此，由三个光源5、6、7所发射的光在第一表面段12被耦合到透镜101中。当光通过透镜101传播时，来自三个光源5、6、7中的每个光源的大约一半的光线将以这样的方式击中多个第一狭缝21、22、23、24、多个第二狭缝31、32、33、34和多个第三狭缝41、42、43、44中的狭缝，使得每个多个狭缝引起由两个邻近光源所发射的光的虚拟重叠——参见图6。因此，光被混合。最终，由此混合的光被发射穿过透镜101的第二表面部分或段11。在透镜101的第二表面部分或段11是漫射或散射的情况下，将获得光的进一步混合。
借助于图7A到图7D示出了在如上所述的照明设备201中的透镜101的光混合效果。照明设备201包括三个光源，其中一个光源发射红色光，一个光源发射绿色光以及一个光源发射蓝色光源。在图7A到图7D中，由照明设备201所发射的光由灰度色调来表示，以使白色对应于红色光，浅灰色对应于蓝色光，并且深灰色对应于绿色光，而黑色对应于混合光。
图7A和图7B示出了根据图6的照明设备的强度分布图，但是照明设备包括不具有狭缝的透镜，并且其中适于发射从光源1所接收到的光的透镜的表面的一部分分别是1°高斯散射(图7A)和10°高斯散射(图7B)。从图7A中可以看出，使用不具有狭缝的透镜所产生的颜色强度分布图清晰地示出几乎未混合颜色的区域(即，浅灰色区域、深灰色区域和白色区域)。图7B示出了即使当适于发射从光源所接收到的光的透镜的表面的一部分是散射的时，具有未混合颜色的区域也不会消失。
图7C和图7D示出了根据图6的照明设备201的强度分布图，其中透镜101包括多个第一狭缝21、22、23、24、多个第二狭缝31、32、33、34以及多个第三狭缝41、42、43、44，并且其中适于发射从光源所接收到的光的透镜101的表面13的一部分11分别是1°高斯散射(图7C)和10°高斯散射(图7D)。图7C示出了当使用具有狭缝的透镜101时，即使一些明显的未混合区域依然存在，颜色也会很好地混合。图7D示出了当适于发射从光源5、6、7、8所接收到的光的透镜100的表面13的一部分11是散射的时，依然存在的明显的未混合区域可以被平滑，并且颜色混合可以进一步改善。
最后，应注意，根据本发明的透镜易于制造。例如，根据第一实施例以及如图1和图2中所示的透镜1可以通过将两个半个的透镜相结合来制作。这种两个半个的透镜的第一示例是一个半个的透镜具有突起并且一个部分具有平坦的表面，其中突起和平坦的表面结合(例如，胶合)在一起。这种两个半个的透镜的第二示例是两个部分都具有平坦的表面，其中平坦的表面结合(例如，胶合)在一起，中间还有多层或穿孔的箔。这种两个半个的透镜的第三示例是两个部分都具有平坦的表面，其中两个平坦的表面通过厚胶点胶合在一起。分别根据第二实施例和第三实施例的透镜100和透镜101可以分别通过将四个透镜部分或六个透镜部分以类似的方式制造。
此外，向根据本发明的透镜提供多于三个的多个狭缝是可行的，以便使能来自更大数目的光源的光的混合，其中更大数目的光源可能发射更多不同颜色的光。
本领域技术人员将意识到，本发明决不限于上文所描述的优选的实施例。相反地，在随附的权利要求的范围内，可以有许多修改和变化。
此外，根据研究附图、本公开内容和随附的权利要求，在实施所要求保护的发明时，技术人员可以理解和实现对所公开的实施例的变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”和“一个”不排除多个。在互相不同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹的事实不指示这些措施的组合不能用于有利。

Claims (15)

1.一种透镜(1)，包括中心延伸轴(A)，所述中心延伸轴(A)垂直于所述透镜的透镜轴(L)，所述透镜适于折射来自光源的光线，所述光源被相对于所述中心延伸轴离轴定位，
所述透镜包括多个第一狭缝(21、22、23、24)，所述多个第一狭缝(21、22、23、24)完全在所述透镜的内部延伸，并且包括长度(l)、宽度(w)和厚度(t)，所述长度(l)垂直于所述中心延伸轴延伸，所述宽度(w)平行于所述中心延伸轴延伸，所述厚度(t)垂直于所述长度和所述宽度两者延伸，所述多个第一狭缝互相平行，并且覆盖所述中心延伸轴(A)以及所述多个第一狭缝(21、22、23、24)的所述长度(l)和所述宽度(w)都在其内延伸的平面的40％和60％之间。
2.根据权利要求1所述的透镜，其中所述多个第一狭缝(21、22、23、24)覆盖所述中心延伸轴以及所述多个第一狭缝的所述长度(l)和所述宽度(w)都在其内延伸的平面的50％。
3.根据权利要求1或2所述的透镜，并且还包括多个第二狭缝(31、32、33、34)，所述多个第二狭缝(31、32、33、34)完全在所述透镜的所述内部延伸，并且包括长度、宽度和厚度，所述长度垂直于所述中心延伸轴延伸，所述宽度平行于所述中心延伸轴延伸，所述厚度垂直于所述长度和所述宽度两者延伸，所述多个第二狭缝互相平行，并且覆盖所述中心延伸轴以及所述多个第二狭缝的所述长度和所述宽度都在其内延伸的平面的40％和60％之间，所述多个第二狭缝(31、32、33、34)相对于所述多个第一狭缝(21、22、23、24)以不同于零的角度延伸。
4.根据权利要求3所述的透镜，其中所述多个第二狭缝(31、32、33、34)覆盖所述中心延伸轴以及所述多个第二狭缝的所述长度和所述宽度都在其内延伸的平面的50％，。
5.根据权利要求3或4所述的透镜，并且还包括多个第三狭缝(41、42、43、44)，所述多个第三狭缝(41、42、43、44)完全在所述透镜的所述内部延伸，并且包括长度、宽度和厚度，所述长度垂直于所述中心延伸轴延伸，所述宽度平行于所述中心延伸轴延伸，所述厚度垂直于所述长度和所述宽度两者延伸，所述多个第三狭缝互相平行，并且覆盖所述中心延伸轴以及所述多个第三狭缝的所述长度和所述宽度都在其内延伸的平面的40％和60％之间，所述多个第三狭缝(41、42、43、44)相对于所述多个第一狭缝(21、22、23、24)和所述多个第二狭缝(31、32、33、34)两者以不同于零的角度延伸。
6.根据权利要求5所述的透镜，其中所述多个第三狭缝(31、32、33、34)覆盖所述中心延伸轴以及所述多个第三狭缝的所述长度和所述宽度都在其内延伸的所述平面的50％。
7.根据前述权利要求中任一项所述的透镜，其中所述多个第一狭缝、所述多个第二狭缝和所述多个第三狭缝中的任何一个或多个终止于距所述透镜的外表面(13)一定距离处。
8.根据前述权利要求中任一项所述的透镜，其中所述多个第一狭缝、所述多个第二狭缝和所述多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的所述宽度在0.1mm和所述透镜沿着所述中心延伸轴(A)所测量的高度的1/4之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的透镜，其中所述多个第一狭缝、所述多个第二狭缝和所述多个第三狭缝中的任何一个或多个中的相邻狭缝之间的距离在0.1mm和所述透镜沿着所述中心延伸轴(A)所测量的高度的1/4之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的透镜，其中所述多个第一狭缝、所述多个第二狭缝和所述多个第三狭缝中的任何一个或多个中的每个狭缝的所述厚度大于1000nm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的透镜，其中所述多个第一狭缝、所述多个第二狭缝和所述多个第三狭缝中的任何一个或多个中的所述狭缝的面向相邻狭缝的端表面(211、212)是朗伯散射的。
12.一种准直器(9)，包括根据前述权利要求中任一项所述的透镜(1)。
13.一种照明设备，包括根据前述权利要求中任一项所述的透镜(1)以及至少两个光源(5、6)，所述至少两个光源(5、6)适于在操作中发射光(51、61)，所述至少两个光源被间隔开并且相对于所述中心延伸轴(A)离轴定位。
14.根据权利要求13所述的照明设备，其中所述透镜的所述多个第一狭缝(21、22、23、24)、所述多个第二狭缝(31、32、33、34)和所述多个第三狭缝(41、42、43、44)中的任何一个或多个中的每个狭缝的所述宽度被选择为大于由所述至少两个光源所发射的所述光(51、61)的波长，并且小于所述至少两个光源(5、6)之间的距离。
15.根据权利要求13或14所述的照明设备，其中所述多个第一狭缝(21、22、23、24)、所述多个第二狭缝(31、32、33、34)和多个第三狭缝(41、42、43、44)中的任何一个或多个中的每个狭缝的所述厚度被选择为大于由所述至少两个光源(5、6)所发射的所述光(51、61)的波长。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10443813B2 (en) * 2016-04-07 2019-10-15 Signify Holding B.V.. Lens with slits
US11125407B1 (en) * 2020-03-10 2021-09-21 Ford Global Technologies, Llc Vehicle lamp assembly

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0453092A1 (en) * 1990-03-20 1991-10-23 General Electric Company Uniform illumination of large, thin surfaces particularly suited for automotive applications
CN1603877A (zh) * 2003-09-30 2005-04-06 晶彩科技股份有限公司 刻槽式线型透镜聚光装置
JP2005353506A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Omron Corp 面光源装置
JP2009266516A (ja) * 2008-04-24 2009-11-12 Panasonic Electric Works Co Ltd レンズ付発光ユニット
US20110073183A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Electronics And Telecommunication Research Institute Reflect-array lens for solar cell and solar cell module having reflect-array lens
CN102395911A (zh) * 2009-02-03 2012-03-28 福雷恩公司 混光镜片及系统
CN104428695A (zh) * 2012-07-03 2015-03-18 欧司朗有限公司 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
CN106918022A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 泰金宝电通股份有限公司 透镜以及光源装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5038755B1 (zh) 1970-12-28 1975-12-11
JPS58196067A (ja) 1982-05-11 1983-11-15 Colpo Co Ltd 発光ダイオ−ドを光源とする発光体
JP2005323506A (ja) * 2004-05-12 2005-11-24 Seikagaku Kogyo Co Ltd ヒアルロン酸合成活性を有するタンパク質及びヒアルロン酸の製造方法
GB2425615B (en) 2005-04-27 2009-02-18 Michael John Hanney Colour mixing optic
TW200701507A (en) 2005-06-24 2007-01-01 Epitech Technology Corp Light-emitting diode
EP3036582A1 (en) * 2013-08-22 2016-06-29 Philips Lighting Holding B.V. An optical system for producing uniform illumination
US10443813B2 (en) * 2016-04-07 2019-10-15 Signify Holding B.V.. Lens with slits

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0453092A1 (en) * 1990-03-20 1991-10-23 General Electric Company Uniform illumination of large, thin surfaces particularly suited for automotive applications
CN1603877A (zh) * 2003-09-30 2005-04-06 晶彩科技股份有限公司 刻槽式线型透镜聚光装置
JP2005353506A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Omron Corp 面光源装置
JP2009266516A (ja) * 2008-04-24 2009-11-12 Panasonic Electric Works Co Ltd レンズ付発光ユニット
CN102395911A (zh) * 2009-02-03 2012-03-28 福雷恩公司 混光镜片及系统
US20110073183A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-31 Electronics And Telecommunication Research Institute Reflect-array lens for solar cell and solar cell module having reflect-array lens
CN104428695A (zh) * 2012-07-03 2015-03-18 欧司朗有限公司 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
CN106918022A (zh) * 2015-12-24 2017-07-04 泰金宝电通股份有限公司 透镜以及光源装置

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