DE202010018278U1 - Collimated light source - Google Patents

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Abstract

Beleuchtungseinrichtung (1) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls (2), welche – eine Lichtquelle (21) mit zumindest einer Leuchtdiode (22) und – eine Linse (3) umfasst, wobei die Linse (3) eine Lichteintrittsfläche (9) und eine Lichtaustrittsfläche (5) aufweist, und wobei – die Lichteintrittsfläche (9) in einem Abstand zur Leuchtdiode (22) angeordnet ist, und wobei – die Lichtaustrittsfläche (5) konvex asphärisch geformt ist, und – der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse (3) zu deren Rand hin zunimmt, und wobei – der Brechungsindex der Linse (3) an der Lichtaustrittsfläche (5) einen Wert von zumindest 1,70 aufweist, und wobei – die Gesamthöhe der Linse (3) größer ist, als die Pfeilhöhe (hAustritt) der Lichtaustrittsfläche (5), wobei – die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche (5) sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt und Rand der Lichtaustrittsfläche (5), und wobei – sich das Volumen der Linse (3) zumindest aus dem von der Lichtaustrittsfläche (5) umschlossenen Volumen und dem Zylindervolumen eines Zylinders ergibt, dessen Stirnfläche durch die Lichteintrittsfläche (9) gegeben ist und dessen Höhe durch die axiale Distanz von der Lichteintrittsfläche (9) bis zum Rand der Lichtaustrittsfläche (5) gegeben ist, wobei für das Linsenvolumen gilt:wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und Vlens das Linsenvolumen der Linse (3) bezeichnen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennweite der Linse (3) größer ist als deren Dicke, so dass der Brennpunkt eines auf die Lichtaustrittsfläche (5) treffenden Parallelstrahls außerhalb der Linse (3) in einem Abstand (28) zur Lichteintrittsfläche (9) liegt, und wobei – die Lichtabstrahlfläche (24) der zumindest einen Leuchtdiode (22) der Lichtquelle (21) in axialer Richtung zwischen der Position dieses Brennpunkts und der Lichteintrittsfläche (9) angeordnet ist.Lighting device (1) for generating a collimated light beam (2), which - a light source (21) with at least one light emitting diode (22) and - a lens (3), wherein the lens (3) has a light entrance surface (9) and a light exit surface (5), and wherein - the light entry surface (9) is arranged at a distance from the light emitting diode (22), and wherein - the light exit surface (5) is convexly aspherical, and - the radius of curvature from the center of the lens (3) to the latter Edge and wherein - the refractive index of the lens (3) at the light exit surface (5) has a value of at least 1.70, and wherein - the total height of the lens (3) is greater than the arrow height (h outlet) of the light exit surface (5), wherein - the arrow height of the light exit surface (5) measures based on the axial distance between vertex and edge of the light exit surface (5), and wherein - the volume of the lens (3) at least from that of de r light output surface (5) results in enclosed volume and the cylinder volume of a cylinder whose end face is given by the light entry surface (9) and whose height is given by the axial distance from the light entry surface (9) to the edge of the light exit surface (5), wherein the lens volume is: where r0 denotes the radius of curvature at the vertex of the aspherical light exit surface (5) and Vlens the lens volume of the lens (3), characterized in that - the focal length of the lens (3) is greater than its thickness, so that the focal point of a parallel beam on the light exit surface (5) outside the lens (3) at a distance (28) to the light entry surface (9), and wherein - the light emitting surface (24) of the at least one light emitting diode (22) of the light source (21) in the axial direction between the position of this focal point and the light entry surface (9) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Linsen für Lichtquellen. Im Speziellen betrifft die Erfindung LED-Lichtquellen mit kollimierenden oder strahlformenden Linsen. The invention relates generally to lenses for light sources. In particular, the invention relates to LED light sources with collimating or beam-shaping lenses.

Aus der DE 601 01 021 T2 sind Objektivlinsen mit hoher numerischer Apertur bekannt. Diese Linsen sind für den Einsatz als Pick-up-Linsen in einem optischen Aufnahmegerät gedacht. Dementsprechend handelt es sich um ein optisch abbildendes System. Die dort beschriebenen Linsen werden als Presslinge hergestellt und müssen den Bedingungen der Herstellbarkeit und der optischen Leistung genügen. Für das Verhältnis zwischen dem Polradius r0 der Asphäre und dem Linsenvolumen Vlens der Linsen soll gelten:

Figure DE202010018278U1_0003
From the DE 601 01 021 T2 are known objective lenses with high numerical aperture. These lenses are intended for use as pick-up lenses in an optical recording device. Accordingly, it is an optical imaging system. The lenses described there are produced as pellets and must meet the conditions of manufacturability and optical performance. For the relationship between the polar radius r 0 of the asphere and the lens volume V lens of the lenses should apply:
Figure DE202010018278U1_0003

Dementsprechend ist hier das Linsenvolumen kleiner als das Volumen einer Kugel mit einem Radius, der dem Polradius der Linse entspricht. Die Linsen sollen eine hohe numerische Apertur aufweisen und geringe Anforderungen an die optische Justierung stellen. Das optische System ist aber insgesamt relativ komplex und es werden zwei hintereinandergeschaltete Linsen zur Fokussierung verwendet. Accordingly, here the lens volume is smaller than the volume of a sphere having a radius corresponding to the polar radius of the lens. The lenses should have a high numerical aperture and make low demands on the optical adjustment. Overall, the optical system is relatively complex and two successive lenses are used for focusing.

Zur Erzielung einer hohen Effizienz bei der Kollimierung werden auch in LED-Beleuchtungssystemen mehrere Linsen verwendet. Eine solche Anordnung mit mehreren Linsen zur Kollimierung des Lichts einer Leuchtdiode ist unter anderem aus der CN 101373047 A bekannt. To achieve high collimation efficiency, multiple lenses are also used in LED lighting systems. Such an arrangement with a plurality of lenses for collimating the light of a light emitting diode is inter alia from CN 101373047 A known.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, bereits mit einer Einzellinse eine hocheffektive Kollimation des Lichts einer flächig und unter großem Winkelbereich abstrahlenden Lichtquelle, wie insbesondere einer Leuchtdiode oder einer Leuchtdiodenanordnung zu kollimieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben. The invention is based on the object, even with a single lens to collimate a highly effective collimation of the light of a surface and radiating at a large angular range light source, such as in particular a light emitting diode or a light emitting diode array. This object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the respective dependent claims.

Eine erfindungsgemäße kollimierende Linse zur Kollimation des Lichtstrahls einer Lichtquelle weist

  • – eine Lichteintrittsfläche und
  • – eine Lichtaustrittsfläche auf, wobei
  • – die Lichtaustrittsfläche konvex asphärisch geformt ist, und
  • – der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse zu deren Rand hin zunimmt, und
  • – der Brechungsindex der Linse an der Lichtaustrittfläche einen Wert von zumindest 1,70, vorzugsweise mindestens 1,75 aufweist, und
  • – die Gesamthöhe der Linse (hLinse,gesamt) größer ist, als die Pfeilhöhe (hAustritt) der Lichtaustrittsfläche, wobei
  • – die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt und Rand der Lichtaustrittsfläche, und wobei
  • – sich das Volumen der Linse zumindest aus dem von der Lichtaustrittsfläche umschlossenen Volumen und dem Zylindervolumen eines Zylinders ergibt, dessen Stirnfläche durch die Lichteintrittsfläche gegeben ist und dessen Höhe durch die axiale Distanz von der Lichteintrittsfläche bis zum Rand der Lichtaustrittsfläche gegeben ist, wobei für das Volumen gilt:
    Figure DE202010018278U1_0004
    wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche und Vlens das Linsenvolumen bezeichnen.
A collimating lens according to the invention for collimating the light beam of a light source has
  • A light entry surface and
  • - A light exit surface, wherein
  • - The light exit surface is convexly aspherical, and
  • The radius of curvature increases from the center of the lens to its edge, and
  • The refractive index of the lens at the light exit surface has a value of at least 1.70, preferably at least 1.75, and
  • - The total height of the lens (h lens, total ) is greater than the arrow height (H outlet ) of the light exit surface, wherein
  • - The arrow height of the light exit surface is measured using the axial distance between vertex and edge of the light exit surface, and wherein
  • - The volume of the lens at least from the area enclosed by the light exit surface volume and the cylinder volume of a cylinder, the end face is given by the light entry surface and its height is given by the axial distance from the light entrance surface to the edge of the light exit surface, wherein for the volume applies:
    Figure DE202010018278U1_0004
    where r 0 is the radius of curvature at the vertex of the aspheric light exit surface and V lens is the lens volume.

Mit einer solchen kollimierenden Linse kann dann eine Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls bereitgestellt werden, welche

  • – eine Lichtquelle mit zumindest einer Leuchtdiode und
  • – eine Linse umfasst, wobei die Linse eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, und wobei
  • – die Lichteintrittsfläche in einem Abstand zur Leuchtdiode angeordnet ist, und wobei
  • – die Lichtaustrittsfläche konvex asphärisch geformt ist, und dabei vorzugsweise
  • – der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse zu deren Rand hin zunimmt, und wobei
  • – der Brechungsindex der Linse an der Lichtaustrittfläche einen Wert von zumindest 1,70, vorzugsweise mindestens 1,75 aufweist, und wobei
  • – die Gesamthöhe der Linse (hLinse,gesamt) größer ist, als die Pfeilhöhe (hAustritt) der Lichtaustrittsfläche, wobei
  • – die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt und Rand der Lichtaustrittsfläche, und wobei
  • – sich das Volumen der Linse zumindest aus dem von der Lichtaustrittsfläche umschlossenen Volumen und dem Zylindervolumen eines Zylinders ergibt, dessen Stirnfläche durch die Lichteintrittsfläche gegeben ist und dessen Höhe durch die axiale Distanz von der Lichteintrittsfläche bis zum Rand der Lichtaustrittsfläche gegeben ist, wobei für das Volumen gilt:
    Figure DE202010018278U1_0005
    wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche und Vlens das Linsenvolumen bezeichnen. Unter der Gesamthöhe der Linse wird die axiale Distanz zwischen Scheitelpunkt der konvexen Lichtaustrittsfläche und der Lichteintrittsfläche gemessen entlang der optischen Achse der Linse verstanden. Eine vollständige Kollimation ist wegen der im Vergleich zur Linse örtlich ausgedehnten Lichtquelle im Allgemeinen nicht möglich. Allerdings wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung typischerweise ein voller Öffnungswinkel des Lichtstrahls von kleiner 30° für mindestens 40%, sogar im Allgemeinen für mindestens 60% der von der Lichtabstrahlfläche abgestrahlten Intensität erzielt. Dies wird im Sinne der Erfindung als ein kollimierter Lichtstrahl angesehen.
With such a collimating lens, a lighting device for generating a collimated light beam can then be provided, which
  • - A light source with at least one light emitting diode and
  • A lens, wherein the lens has a light entrance surface and a light exit surface, and wherein
  • - The light entry surface is arranged at a distance from the light emitting diode, and wherein
  • - The light exit surface is convexly aspherical, and preferably
  • - The radius of curvature increases from the center of the lens to the edge, and wherein
  • - The refractive index of the lens at the light exit surface has a value of at least 1.70, preferably at least 1.75, and wherein
  • - The total height of the lens (h lens, total ) is greater than the arrow height (H outlet ) of the light exit surface, wherein
  • - The arrow height of the light exit surface is measured using the axial distance between vertex and edge of the light exit surface, and wherein
  • - The volume of the lens at least from the area enclosed by the light exit surface volume and the cylinder volume of a cylinder is given whose end face is given by the light entrance surface and whose height is given by the axial distance from the light entrance surface to the edge of the light exit surface, wherein for the volume applies:
    Figure DE202010018278U1_0005
    where r 0 is the radius of curvature at the vertex of the aspheric light exit surface and V lens is the lens volume. The total height of the lens is understood to be the axial distance between the vertex of the convex light exit surface and the light entry surface measured along the optical axis of the lens. Complete collimation is generally not possible because of the locally extended light source compared to the lens. However, with the arrangement according to the invention, typically a full aperture angle of the light beam of less than 30 ° is achieved for at least 40%, even generally at least 60% of the intensity radiated by the light emitting surface. This is considered within the meaning of the invention as a collimated light beam.

Besonders zweckmäßig ist es, eine plane Lichteintrittsfläche vorzusehen. Dies ermöglicht zum einen eine einfache Herstellung der Linse aus einem ersten Körper mit zwei planparallelen Flächen und einem zweiten, an eine der planparallelen Flächen anschließenden Körper mit der konvexen Brechfläche. It is particularly expedient to provide a plane light entry surface. This allows for a simple production of the lens from a first body with two plane-parallel surfaces and a second, adjoining one of the plane-parallel surfaces body with the convex refractive surface.

Im sich aus dem Abstand zwischen der Leuchtdiode und der Lichteintrittsfläche ergebenden Zwischenraum ist vorzugsweise ein niedrigbrechendes Medium, im einfachsten Fall ein Gas, insbesondere Luft vorhanden. Damit wird ein hoher Brechungsindex-Sprung an der Lichteintrittsfläche verursacht, welcher eine Brechung der eintretenden Lichtstrahlen zur optischen Achse hin verursacht. Der Zwischenraum kann aber gegebenenfalls auch mit einem M;e Medium ausgefüllt sein, welches einen höheren Brechungsindex als Luft aufweist, beispielsweise Schutzlack, Silikon oder ähnlichem gefüllt sein. In the resulting from the distance between the light emitting diode and the light entry surface gap is preferably a low refractive medium, in the simplest case, a gas, in particular air present. This causes a high refractive index jump at the light entrance surface, which causes refraction of the incoming light rays toward the optical axis. If appropriate, however, the intermediate space can also be filled with a medium which has a higher refractive index than air, for example protective lacquer, silicone or the like.

Um andererseits hohe Reflexionsverluste an der Linsenoberfläche zu vermeiden, wird die Linse weiterhin besonders bevorzugt vergütet, beziehungsweise mit einer Antireflex-Beschichtung versehen. Eine Vergütung ist aufgrund des hohen Brechungsindexes auch auf der Lichtaustrittsseite von Vorteil. On the other hand, in order to avoid high reflection losses on the lens surface, the lens is furthermore particularly preferably tempered or provided with an antireflection coating. A remuneration is due to the high refractive index on the light exit side of advantage.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitaus höhere Lichtsammeleffizienz erzielt werden kann, wenn die Linsen noch dicker als gemäß der oben angegebenen Beziehung (1) ausgelegt werden. Mit der Dicke geht ein entsprechend größeres Volumen und eine große Lichteintrittsfläche einher. Im Besonderen hat es sich gezeigt, dass ist die Einschränkung gemäß Gleichung (1) für Beleuchtungsanwendungen nicht notwendig oder sogar ungünstig ist. Mit bisherigen Linsen werden LED-Beleuchtungen sehr bauraum-intensiv. Weiterhin ist die sammelnde Wirkung der Linsen aus dem Stand der Technik unbefriedigend. The invention is based on the finding that a much higher light-collecting efficiency can be achieved if the lenses are designed to be thicker than in accordance with the above-described relationship (1). The thickness is accompanied by a correspondingly larger volume and a large light entry surface. In particular, it has been found that the limitation according to equation (1) is not necessary or even unfavorable for lighting applications. With existing lenses, LED lighting is very space-intensive. Furthermore, the collecting effect of the prior art lenses is unsatisfactory.

Wird aber erfindungsgemäß ein im Verhältnis zum Volumen der Linse kleiner Polradius gewählt, insbesondere kleiner als gemäß Gleichung (1), so kann insgesamt eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden. Erfindungsgemäß eingesetzte Einzel-Linsen können daher aufgrund des im Verhältnis zum Linsenvolumen kleinen Polradius, beziehungsweise im Verhältnis zum Linsenvolumen kleinem zum Polradius korrespondierenden Kugelvolumen als vergleichsweise spitzer oder länglicher charakterisiert werden. Insbesondere ist dabei das Linsenvolumen größer als das Kugelvolumen einer Kugel, deren Radius gleich dem Polradius ist. However, if according to the invention a small polar radius is selected in relation to the volume of the lens, in particular smaller than in accordance with equation (1), overall a very compact design can be achieved. Individual lenses used according to the invention can therefore be characterized as being comparatively sharper or more elongate due to the small pole radius relative to the lens volume or, in relation to the lens volume, small spherical volume corresponding to the pole radius. In particular, the lens volume is greater than the spherical volume of a sphere whose radius is equal to the pole radius.

Mit dem großen Linsenvolumen und aufgrund des vergleichsweise kleinen Polradius ergeben sich typischerweise auch große Flankenwinkel. Diese sind sehr günstig für eine hohe Sammeleffizienz. In Weiterbildung der Erfindung wird dazu vorgeschlagen, die asphärische konvexe Lichtaustrittsfläche so auszugestalten, dass deren Flankenwinkel mindestens 30° beträgt. Vorzugsweise liegt der Flankenwinkel im Bereich von 30° bis 70°. With the large lens volume and due to the relatively small pole radius typically also large flank angles. These are very cheap for a high collection efficiency. In a further development of the invention, it is proposed to design the aspheric convex light exit surface so that its flank angle is at least 30 °. Preferably, the flank angle is in the range of 30 ° to 70 °.

Der axiale Abschnitt zwischen dem Rand der asphärischen Brechfläche und der Lichteintrittsfläche macht in Weiterbildung der Erfindung einen beträchtlichen Teil des Volumens der Linse aus. Allgemein hat es sich sogar überraschend als günstig erwiesen, wenn der axiale, zylindrische Abschnitt zwischen dem Rand der asphärischen Brechfläche und der Lichteintrittsfläche einen größeren Anteil am Volumen hat, als das von der asphärischen Brechfläche eingeschlossene Volumen. Dies ist insofern überraschend, da man annehmen würde, dass dieser Abschnitt aufgrund der vorgeschalteten planen Lichteintrittsfläche an sich nicht zur Kollimation beiträgt. Im Gegenteil liegt innerhalb dieses Abschnittes sogar ein divergenter Lichtstrahl vor. Gemäß dieser Weiterbildung der Erfindung hat es sich insgesamt als günstig erwiesen, wenn das Verhältnis des von der Brechfläche eingeschlossenen Volumens zum Volumen des axialen zylindrischen Abschnitts zwischen dem Rand der asphärischen Lichtaustrittsfläche und der Lichteintrittsfläche kleiner ist als 1/2. Weist das verwendete Material an der Lichtaustrittsfläche sehr hohe Brechungsindizes von mindestens nd = 1,9 auf, kann sogar ein entsprechendes Verhältnis der Volumina von kleiner als 1/3 gewählt werden. The axial section between the edge of the aspherical refractive surface and the light entry surface makes in development of the invention a considerable part of the volume of the lens. Generally it has Even surprisingly proved to be favorable when the axial, cylindrical portion between the edge of the aspherical refractive surface and the light entrance surface has a greater proportion of the volume, as the volume enclosed by the aspherical refractive surface. This is surprising insofar as it would be assumed that this section does not contribute to the collimation due to the upstream plane light entrance surface per se. On the contrary, there is even a divergent light beam within this section. According to this embodiment of the invention, it has proven to be favorable on the whole if the ratio of the volume enclosed by the refractive surface to the volume of the axial cylindrical section between the edge of the aspherical light exit surface and the light entry surface is smaller than 1/2. If the material used has very high refractive indices of at least n d = 1.9 at the light exit surface, then even a corresponding ratio of the volumes of less than 1/3 can be selected.

Der oben angegebene Brechungsindex von mindestens n = 1,70, vorzugsweise mindestens 1,75 wird bevorzugt noch höher gewählt. Insbesondere wird bevorzugt ein Brechungsindex größer 1,8 für die asphärische Brechfläche gewählt, um die Sammeleffizienz zu erhöhen. Auch für die Lichteintrittsfläche wird ein hoher Brechungsindex bevorzugt. Der Brechungsindex an der Lichteintrittsfläche beträgt in Weiterbildung der Erfindung mindestens 1,5, vorzugsweise mindestens 1,6, besonders bevorzugt ebenfalls wie die Lichtaustrittsfläche mindestens 1,70, insbesondere bevorzugt mindestens 1,75. The abovementioned refractive index of at least n = 1.70, preferably at least 1.75, is preferably chosen to be even higher. In particular, a refractive index greater than 1.8 is preferably selected for the aspherical refractive surface in order to increase the collection efficiency. Also for the light entry surface, a high refractive index is preferred. The refractive index at the light entry surface is in a further development of the invention at least 1.5, preferably at least 1.6, particularly preferably also like the light exit surface at least 1.70, particularly preferably at least 1.75.

Um eine hohe Sammeleffizienz zu erreichen, wird auch eine große Lichteintrittsfläche vorgeschlagen. Die Lichteintrittsfläche hat in Weiterbildung der Erfindung anders als die in der der DE 601 01 021 T2 beschriebene Linse einen Durchmesser, welcher mindestens doppelt so groß ist, wie die Wurzel der aktiven Emitterfläche der Lichtquelle. Im Falle einer quadratischen Emitterfläche stellt die Wurzel der Fläche die seitliche Abmessung der Emitterfläche dar. In order to achieve a high collection efficiency, a large light entry surface is also proposed. The light entrance surface has different from the invention in the development of the DE 601 01 021 T2 described lens has a diameter which is at least twice as large as the root of the active emitter surface of the light source. In the case of a square emitter surface, the root of the surface represents the lateral dimension of the emitter surface.

Die erfindungsgemäßen hochbrechenden Linsen können im Allgemeinen allenfalls unter Einschränkungen aus Kunststoffen hergestellt werden. Demgemäß werden anorganische Werkstoffe, wie insbesondere Gläser oder Optokeramiken besonders bevorzugt. The high-refractive index lenses according to the invention can generally be produced, at best, under restrictions from plastics. Accordingly, inorganic materials, such as in particular glasses or optoceramics are particularly preferred.

Für Gläser bietet sich als Herstellungsverfahren besonders das Blankpressen an. Allerdings kann eine Linse des Volumens, beziehungsweise der erfindungsgemäßen Geometrie nicht mehr in üblicher Weise aus einer Kugel durch Blankpressen hergestellt werden. Eine erste Möglichkeit zur Herstellung einer solchen Linse durch Blankpressen ist, einen Zylinderabschnitt als Vorformling zu verwenden. Ein solcher Zylinderabschnitt wird in seiner Größe im Wesentlichen nur durch die Ausmaße der Form beschränkt. Ein solcher Zylinderabschnitt hat viel mehr Volumen als eine Kugel. Alternativ können auch nicht-zylindrische Glasabschnitte, wie Vierkant-Abschnitte oder ovale Abschnitte verwendet werden. As a manufacturing process, glasses are especially suitable for precision pressing. However, a lens of the volume or the geometry according to the invention can no longer be produced in the usual way from a sphere by means of blank pressing. A first possibility for producing such a lens by blank pressing is to use a cylinder section as a preform. Such a cylinder portion is limited in size substantially only by the dimensions of the mold. Such a cylinder section has much more volume than a ball. Alternatively, non-cylindrical glass sections such as square sections or oval sections may also be used.

Besonders bevorzugt wird die Herstellung von Glas-Glas-Hybridlinsen. Diese sind aus zwei Glaselementen zusammengesetzt, welche direkt miteinander durch Aufeinanderpressen und Verklebung der Gläser in erweichtem Zustand verbunden werden. Auch andere Verbindungsarten, wie etwa Kitten sind denkbar. Demgemäß ist in Weiterbildung der Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen, deren Linse aus zwei Glaselementen zusammengesetzt ist, wobei von einem der Glaselemente die Lichteintrittsfläche und vom anderen Glaselement die Lichtaustrittsfläche gebildet wird. Particularly preferred is the production of glass-glass hybrid lenses. These are composed of two glass elements, which are directly connected to each other by pressing together and gluing the glasses in a softened state. Other types of connections, such as kitten are conceivable. Accordingly, a lighting device is provided in a further development of the invention, the lens is composed of two glass elements, wherein from one of the glass elements, the light entrance surface and the other glass element, the light exit surface is formed.

Im Speziellen umfasst bei einer Ausführungsform der Erfindung das Herstellen der Linse das Verpressen, insbesondere das Blankpressen eines ersten Glaselements oder Vorformlings auf einer planen Seite eines zweiten Glaselements oder Vorformlings, welcher zwei gegenüberliegende planparallele Flächen aufweist. Der erste Vorformling wird beim Aufeinanderpressen zu einer Asphäre umgeformt, dessen Oberfläche die Lichtaustrittsfläche der Linse und die der Fläche des zweiten Vorformlings, auf welcher der erste Vorformling aufgepresst wird, gegenüberliegende Fläche die Lichteintrittsfläche der Linse bildet, und wobei beim Verpressen an der Grenzfläche zwischen den beiden Vorformlingen die Klebeviskosität unterschritten wird. Für den ersten Vorformling kann nun beispielsweise eine Kugelvorform verwendet werden. Specifically, in one embodiment of the invention, manufacturing the lens includes pressing, in particular, molding a first glass element or preform on a flat side of a second glass element or preform having two opposing plane-parallel surfaces. The first preform is formed into an asphere when pressed against each other, the surface of which forms the light exit surface of the lens and the surface opposite the surface of the second preform on which the first preform is pressed forms the light entrance surface of the lens, and when pressed at the interface between the lenses both preforms are below the adhesive viscosity. For example, a ball preform can now be used for the first preform.

Besonders günstig für die optischen und auch mechanischen Eigenschaften der Linse hat es sich weiterhin erwiesen, wenn gewisse Einschränkungen bei der Materialauswahl beachtet werden. In Weiterbildung der Erfindung werden dabei vorzugsweise beim Aufeinanderpressen der Glaselemente oder Vorformlinge und deren direkter Verklebung unter Erweichung zumindest eines der Gläser solche Gläser verwendet, bei welchen für die Temperaturausdehnungskoeffizienten αGlas1, αGlas2 gilt: |αGlas1 – αGlas2| ≤ 0,2 × αGlas1 (3). It has also proved to be particularly favorable for the optical and also mechanical properties of the lens if certain restrictions on the choice of material are taken into account. In a further development of the invention are preferably used in the pressing together of the glass elements or preforms and their direct bonding with softening at least one of the glasses such glasses in which for the coefficients of thermal expansion α glass 1 , α glass 2 is: | α Glass1 - α Glass2 | ≤ 0.2 × α glass1 (3).

Diese Bedingung führt dazu, dass die mechanischen Spannungen beim Abkühlen auf Raumtemperatur nicht zu hoch werden. Mechanische Spannungen können insbesondere aufgrund der im Wesentlichen planen Verbindungsfläche bei Verwendung eines planparallelen Vorformlings kritisch werden, da in diesem Fall fast ausschließlich Scherkräfte an der Verbindungsfläche aufgebaut werden. Die in Gleichung (3) beschriebene Bedingung sollte zur Reduzierung mechanischer Spannungen insbesondere im Temperaturbereich zwischen der Raumtemperatur und der Temperatur beim Verpressen der beiden Glaselemente erfüllt sein. Die Bedingung (3) ist unter anderem auch gerade dann erfüllt, wenn zwei gleiche Gläser verwendet werden. This condition means that the mechanical stresses do not become too high when cooling down to room temperature. Mechanical stresses can become critical, in particular due to the substantially planar connection surface when using a plane-parallel preform, since in this case almost exclusively shear forces are built up on the connection surface. The condition described in equation (3) should be satisfied for reducing mechanical stresses, in particular in the temperature range between the room temperature and the temperature during pressing of the two glass elements. The condition (3) is fulfilled, among other things, even if two identical glasses are used.

Die für die Lichtquellen verwendeten Leuchtdioden sind typischerweise diffus abstrahlende Flächenstrahler. Die erfindungsgemäße Linse ist gerade für die Kollimierung einer derartigen Lichtquelle besonders geeignet. Insbesondere können im Verhältnis zur flächigen Lichtquelle relativ kompakte Linsen verwendet werden, die dennoch eine sehr hohe Lichtsammeleffizienz aufweisen. So ist in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Lichtabstrahlfläche der Lichtquelle zumindest 1/80, vorzugsweise mindestens 1/40, besonders bevorzugt mindestens 1/30 der Fläche der Lichteintrittsfläche oder der auf die Ebene der Lichteintrittsfläche projizierten Lichtaustrittsfläche beträgt. Die Fläche der einen oder mehreren Leuchtdioden kann ohne erhebliche Verluste der Sammeleffizienz sogar bis zu einem 1/5 der optisch relevanten Fläche der Linse, nämlich der auf die Ebene der Lichteintrittsfläche projizierten Lichtaustrittsfläche betragen. The light-emitting diodes used for the light sources are typically diffuse-emitting surface radiators. The lens according to the invention is particularly suitable for the collimation of such a light source. In particular, relative to the planar light source relatively compact lenses can be used, which nevertheless have a very high light collection efficiency. It is thus provided in a development of the invention that the light emission surface of the light source is at least 1/80, preferably at least 1/40, more preferably at least 1/30 of the area of the light entry surface or the light exit surface projected onto the plane of the light entry surface. The area of the one or more light-emitting diodes can amount to as much as 1/5 of the optically relevant area of the lens, namely the light exit area projected onto the plane of the light entry area, without significant losses of the collection efficiency.

Weiterhin hat sich überraschend gezeigt, dass die Sammeleffizienz und damit die in Abstrahlrichtung erzielte Helligkeit besonders hoch ist, wenn die Brennweite der Linse größer ist als deren Dicke, so dass der Brennpunkt eines auf die Lichtaustrittsfläche treffenden Parallelstrahls außerhalb der Linse in einem Abstand zur Lichteintrittsfläche liegt und die zumindest eine Leuchtdiode der Lichtquelle, beziehungsweise genauer deren Lichtabstrahlfläche in axialer Richtung zwischen der Position dieses Brennpunkts und der Lichteintrittsfläche angeordnet ist. Furthermore, it has surprisingly been found that the collection efficiency and thus the brightness achieved in the emission direction is particularly high when the focal length of the lens is greater than its thickness, so that the focal point of a incident on the light exit surface parallel beam outside the lens is at a distance from the light entry surface and the at least one light-emitting diode of the light source, or more precisely the light emission surface thereof, is arranged in the axial direction between the position of this focal point and the light entry surface.

Mit der Erfindung können auch sehr kompakte Beleuchtungseinrichtungen mit mehreren nebeneinander angeordneten Linsen und zugeordneten Leuchtdioden geschaffen werden. Zur Herstellung einer Beleuchtungsanordnung mit einem Array solcher Linsen bietet es sich insbesondere an, die asphärischen Linsen auf einem gemeinsamen Grundkörper zu vereinen, da ohnehin ein großer Teil des Volumens der Einzellinsen durch den Abschnitt zwischen Lichteintrittsfläche und Rand der asphärischen Brechfläche gegeben ist. With the invention, very compact lighting devices with a plurality of juxtaposed lenses and associated light emitting diodes can be created. To produce a lighting arrangement with an array of such lenses, it is particularly appropriate to combine the aspherical lenses on a common base body, since a large part of the volume of the individual lenses is already given by the section between the light entry surface and edge of the aspherical refractive surface.

In Weiterbildung der Erfindung wird daher eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Linsenanordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten asphärischen Linsenflächen vorgesehen, wobei die Linsenflächen auf einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet, beziehungsweise über diesen miteinander verbunden sind, wobei der Grundkörper eine den Linsenflächen gegenüberliegende plane Seite aufweist, und beabstandet zu der gegenüberliegenden planen Fläche mehrere Leuchtdioden angeordnet sind, und wobei die Leuchtdioden den verschiedenen Linsenflächen zugeordnet sind, so dass das Licht der Leuchtdioden jeweils von verschiedenen asphärischen Linsenflächen kollimiert wird. In a further development of the invention, therefore, a lighting device is provided with a lens arrangement having a plurality of juxtaposed aspherical lens surfaces, wherein the lens surfaces are arranged on a common base body, or connected to each other via this, wherein the base body has a plane opposite the lens surfaces, and spaced from the a plurality of light emitting diodes are arranged opposite flat surface, and wherein the light emitting diodes are assigned to the different lens surfaces, so that the light of the light emitting diodes is collimated by different aspherical lens surfaces.

Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann für allgemeine Beleuchtungszwecke verwendet werden. Besondere Anwendungsfelder liegen im Bereich medizinischer Beleuchtungseinrichtungen, sowie für Projektoren. A lighting arrangement according to the invention can be used for general lighting purposes. Special fields of application are in the area of medical lighting equipment, as well as for projectors.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder entsprechende Elemente. The invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers refer to the same or corresponding elements.

Es zeigen: Show it:

1 eine Linse für eine Beleuchtungseinrichtung, 1 a lens for a lighting device,

2 eine Beleuchtungsanordnung mit simuliertem Strahlengang 2 a lighting arrangement with simulated beam path

3 eine Linsenanordnung mit mehreren über einen Grundkörper zusammenhängenden Linsen, 3 a lens arrangement having a plurality of lenses connected via a basic body,

4 eine Beleuchtungseinrichtung mit einer Linsenanordnung gemäß 3, 4 a lighting device with a lens arrangement according to 3 .

5 eine Pressform mit eingelegten Glaselementen zur Herstellung einer Linsenanordnung, und 5 a mold with inserted glass elements for producing a lens arrangement, and

6 eine mittels der Pressform erhaltene Linsenanordnung. 6 a lens assembly obtained by the die.

1 zeigt in Querschnittansicht eine Linse 3 für eine erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung. Die Linse 3 umfasst eine konvex asphärische Lichtaustrittsfläche 5 und eine plane Lichteintrittsfläche 9. Allgemein kann die Linse 3 daher auch als plankonvexe Linse bezeichnet werden. 1 shows in cross-sectional view a lens 3 for a lighting device according to the invention. The Lens 3 comprises a convex aspherical light exit surface 5 and a plane light entry surface 9 , Generally, the lens 3 therefore also be referred to as plano-convex lens.

Das Volumen der Linse kann in zwei Teile untergliedert werden, die in 1 durch unterschiedliche Schraffuren hervorgehoben sind. Die Bereiche können, müssen aber nicht aus zwei verschiedenen Materialien bestehen. Der Bereich 9 ist das von der asphärischen Lichtaustrittsfläche 5 bis zu deren Rand 13 umschlossene Volumen. Der Bereich 11 ist der axiale Abschnitt der Linse zwischen dem Rand 13 und der Lichteintrittsfläche 9. Im Falle einer Einzellinse, wie sie 1 zeigt, wird dieser Abschnitt auch gleichzeitig durch die seitliche Linsenoberfläche begrenzt, so dass die Linse 3 sich aus einem asphärischen Teil mit dem Volumen 7 und einem zylindrischen Teil mit dem Volumen des Abschnitts 11 zusammensetzt. The volume of the lens can be divided into two parts, which in 1 are highlighted by different hatching. The areas may or may not be made up of two different materials. The area 9 this is the aspheric light exit surface 5 to the edge 13 enclosed volumes. The area 11 is the axial section of the lens between the edge 13 and the light entry surface 9 , In the case of a single lens, like her 1 shows, this section is also bounded at the same time by the lateral lens surface, so that the lens 3 itself from an aspherical part with the volume 7 and a cylindrical part with the volume of the section 11 composed.

Der zylindrische Abschnitt kann gegebenenfalls auch breiter sein, als der Abschnitt 11. In diesem Fall ist die Lichteintrittsfläche 9 größer als die Projektion der Lichtaustrittsfläche auf die Ebene der Lichtaustrittsfläche. Um eine hohe Sammeleffizienz zu erreichen, ist die Lichteintrittsfläche aber vorzugsweise – entsprechend dem in 1 gezeigten Beispiel – so groß wie die Projektion der Lichtaustrittsfläche auf die Ebene der Lichtaustrittsfläche, beziehungsweise die von dem auf die Lichtaustrittsfläche projizierten Rand 13 umschlossene Fläche, oder auch gegebenenfalls noch größer. Optionally, the cylindrical portion may be wider than the portion 11 , In this case the light entry surface is 9 greater than the projection of the light exit surface on the plane of the light exit surface. In order to achieve a high collection efficiency, however, the light entry surface is preferably - according to the in 1 shown example - as large as the projection of the light exit surface on the plane of the light exit surface, or from the projected to the light exit surface edge 13 enclosed area, or possibly even larger.

Mit anderen Worten ist das Volumen der Linse 3 zumindest durch das von der Lichtaustrittsfläche 5 umschlossenen Volumen 7 und dem Zylindervolumen eines Zylinders gegeben, dessen Stirnfläche durch die Lichteintrittsfläche 9 definiert wird und dessen Höhe durch die axiale Distanz von der Lichteintrittsfläche 9 bis zum Rand 13 der Lichtaustrittsfläche 5 gegeben ist. Aufgrund des Abschnitts 11 ist weiterhin auch die Dicke der Linse 3, beziehungsweise deren Gesamthöhe 16 um die Dicke dieses Abschnitts 11 größer, als die Pfeilhöhe 12 der Lichtaustrittsfläche 5, wobei die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche 5 sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt 14 und Rand 13 der Lichtaustrittsfläche 5. In other words, the volume of the lens 3 at least by that of the light exit surface 5 enclosed volume 7 and the cylinder volume of a cylinder, whose end face through the light entry surface 9 is defined and its height by the axial distance from the light entry surface 9 to the edge 13 the light exit surface 5 given is. Due to the section 11 is still the thickness of the lens 3 , or their total height 16 around the thickness of this section 11 greater than the arrow height 12 the light exit surface 5 , wherein the arrow height of the light exit surface 5 is measured by the axial distance between vertex 14 and edge 13 the light exit surface 5 ,

Der Krümmungsradius der asphärischen Lichtaustrittsfläche 5 am Scheitelpunkt 14, der am Durchstosspunkt der optischen Achse 15 liegt, wird als Polradius bezeichnet. In 1 ist der Polradius 17 der Lichtaustrittsfläche 5 als Pfeil eingezeichnet. Dem Polradius 17 kann nun die in 1 eingezeichnete, gedachte Kugel 19 zugeordnet werden, deren Radius dem Polradius 17 entspricht. The radius of curvature of the aspherical light exit surface 5 at the apex 14 , the point of penetration of the optical axis 15 is, is called the pole radius. In 1 is the pole radius 17 the light exit surface 5 drawn as an arrow. The pole radius 17 can now the in 1 drawn, imaginary sphere 19 whose radius is the pole radius 17 equivalent.

Wie anhand von 1 unmittelbar ersichtlich, ist in Einklang mit der oben angegebenen Beziehung (2) das zusammengesetzte Linsenvolumen aus dem Volumen 7 und dem Volumen des zylindrischen Abschnittes 11 deutlich größer als das Volumen der Kugel 19. Dieses große Volumen wird insbesondere durch die große Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3 und dem damit verbundenen großen Volumen des Abschnitts 11 verursacht. As based on 1 Immediately, in accordance with the above-mentioned relationship (2), the composite lens volume is from the volume 7 and the volume of the cylindrical portion 11 significantly larger than the volume of the sphere 19 , This large volume is particularly due to the large light entry surface 9 the lens 3 and the associated large volume of the section 11 caused.

Besonders bevorzugt ist dabei insbesondere auch das Volumen des Abschnitts 11 größer als das Volumen 7. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Verhältnis zwischen dem asphärischen Teil, beziehungsweise dem Volumen 7 und dem Zylinderteil der Linse, beziehungsweise dem zylindrischen axialen Abschnitt 11 einen Wert von 0,456, wobei zwei verschiedene Gläser für das Volumen 7 und den Abschnitt 11 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel wurde ein Glas mit der Bezeichnung D263 für den Abschnitt 11 und ein Glas mit der Bezeichnung P-LASF47 mit einem Brechungsindex von nd = 1,8 für den asphärischen Teil verwendet. Particularly preferred is the volume of the section in particular 11 bigger than the volume 7 , According to one embodiment, the ratio between the aspherical part, and the volume 7 and the cylindrical portion of the lens, or the cylindrical axial portion 11 a value of 0.456, with two different glasses for the volume 7 and the section 11 be used. In this embodiment, a glass was designated D263 for the section 11 and a glass named P-LASF47 having a refractive index of nd = 1.8 is used for the aspheric part.

Wird ein noch höherbrechendes Material, z.B. das Glas P-SF68 mit nd = 2,0 gewählt, sinkt das Verhältnis sogar auf Werte unter 1/3. Eine Simulation liefert dabei bessere Lichtausbeuten für kleinere Verhältnisse der Volumina. Dabei ist überraschend, dass mit sinkendem Verhältnis des Volumens 7 zum Volumen 11 der zylindrische Abschnitt 11 immer größer wird und die kollimierend wirkende Lichtaustrittsfläche sich damit weiter von der Lichteintrittsfläche entfernt. Aufgrund dessen wäre an sich eine geringere numerische Apertur anzunehmen. If an even higher refractive index material is selected, eg the glass P-SF68 with nd = 2.0, the ratio even drops to values below 1/3. A simulation provides better light yields for smaller volume ratios. It is surprising that with decreasing ratio of the volume 7 to the volume 11 the cylindrical section 11 becomes ever larger and the collimating acting light exit surface thus further away from the light entry surface. Because of this, a lower numerical aperture would be assumed per se.

Die Form der asphärischen Lichtaustrittsfläche wird vorzugsweise allgemein gemäß folgender Beziehung für eine rotationssymmetrische Fläche gewählt: (nach DIN ISO 10110)

Figure DE202010018278U1_0006
The shape of the aspherical light exit surface is preferably selected generally according to the following relationship for a rotationally symmetric surface: (nach DIN ISO 10110)
Figure DE202010018278U1_0006

In dieser Gleichung bezeichnet der Parameter x die Koordinate entlang der optischen Achse (sogenannte Pfeilhöhe) und der Parameter y den radialen Abstand (Radius) zur optischen Achse. Die Größe r0 bezeichnet wieder den Polradius. Der Koeffizient k ist eine Größe, welche die Konizität kennzeichnet und wird auch als konische Konstante bezeichnet. Weiterhin wird die Form der Fläche, im Speziellen die Abweichung von einer Parabelform noch durch die Koeffizienten α2n, n = 2, 3, 4, ... charakterisiert. Typischerweise ist es ausreichend, in der Summe nach Gleichung (4) Glieder bis höchstens zur zehnten Ordnung (d.h. N = 5) zu berücksichtigen. In this equation, the parameter x denotes the coordinate along the optical axis (so-called arrow height) and the parameter y the radial distance (radius) to the optical axis. The size r 0 again denotes the pole radius. The coefficient k is a quantity that characterizes the conicity and is also referred to as a conic constant. Furthermore, the shape of the surface, in particular the deviation from a parabolic shape, is characterized by the coefficients α 2n , n = 2, 3, 4,. Typically, it is sufficient to consider in the sum of equation (4) terms up to at most the tenth order (ie N = 5).

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Linse 3 ein Linsenvolumen von 30,288 mm3 auf, wobei für die Parameter der Beziehung (4) unter Berücksichtigung von Gliedern bis maximal achter Ordnung gilt: Radius r0 [mm] –1,906 K –0,585 α4 –0,0186 α6 0,001922 α8 0,00009136 According to an embodiment of the invention, the lens 3 a lens volume of 30.288 mm 3 , wherein for the parameters of relationship (4) taking into account terms up to a maximum of eighth order: Radius r 0 [mm] -1.906 K -0.585 α 4 -0.0186 α 6 0.001922 α 8 0.00009136

Für eine solche Linse wurde festgestellt, dass diese mehr als 92 % des Lichtes einer LED einsammeln und nach vorne gerichtet abstrahlen kann. Ohne Beschränkung auf das vorstehende Beispiel können mit einer erfindungsgemäßen Anordnung im Allgemeinen mehr als 70% des von der LED emittierten Lichts durch die Linse 3 eingefangen und nach vorne gerichtet abgestrahlt werden. Such a lens has been found to collect more than 92% of the light from an LED and emit it forward. Without limiting the above example, with an arrangement according to the invention, more than 70% of the light emitted by the LED can generally be transmitted through the lens 3 be caught and directed forward.

2 zeigt eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung 1 mit einem simulierten Strahlengang und dem abgestrahlten Lichtstrahl 2. Die Lichtquelle 21 der Beleuchtungsanordnung 1 umfasst eine Leuchtdiode 22 deren Lichtabstrahlfläche 24 in einem Abstand 28 zur Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3 angeordnet ist. 2 shows a lighting arrangement according to the invention 1 with a simulated beam path and the emitted light beam 2 , The light source 21 the lighting arrangement 1 includes a light emitting diode 22 their light emission surface 24 at a distance 28 to the light entry surface 9 the lens 3 is arranged.

Im Unterschied zu einer Linse eines Pick-Up-Systems besteht erfindungsgemäß die Aufgabe, das Licht der quer zur optischen Achse ausgedehnten Lichtabstrahlfläche möglichst gut zu kollimieren; d.h. das Licht verlässt die Linse 3 mit einem möglichst geringen Öffnungswinkel. Eine vollständige Kollimation ist wegen der im Vergleich zur Linse örtlich ausgedehnten, diffus emittierenden Lichtquelle typischerweise nicht möglich. Als Kollimation wird daher festgelegt, dass mindestens 40%, vorzugsweise mindestens 60% des von der Lichtabstrahlfläche der Lichtquelle abgestrahlten Lichtes die Linse unter einem Öffnungswinkel kleiner gleich 30° verlässt. Zum Vergleich mit dem tatsächlichen Strahlenbündel ist in 2 ein gedachter Lichtstrahl 200, welcher einen Öffnungswinkel von 30°, beziehungsweise einen Winkel von 15° zur optischen Achse hat, eingezeichnet. In contrast to a lens of a pick-up system, the object of the invention is to collimate the light of the light emission surface extending transversely to the optical axis as well as possible; ie the light leaves the lens 3 with the smallest possible opening angle. Complete collimation is typically not possible because of the diffused light source that is locally extended compared to the lens. As a collimation is therefore determined that at least 40%, preferably at least 60% of the light emitted by the light emitting surface of the light source leaves the lens at an opening angle less than or equal to 30 °. For comparison with the actual beam is in 2 an imaginary ray of light 200 , which has an opening angle of 30 °, or an angle of 15 ° to the optical axis, drawn.

Bei der in 2 gezeigten Position der Leuchtdiode 22 gegenüber der Linse 3 wird ein optimierter kollimierter Strahl erzeugt. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit sind dabei allerdings nur von einem einzelnen Punkt der Lichtabstrahlfläche ausgehende Lichtstrahlen eingezeichnet. Wie anhand von 2 weiterhin zu erkennen ist, ist der Lichtstrahl 2 nach der Kollimierung durch die Linse 3 divergent. Selbst die paraxialen Teilstrahlen nahe der optischen Achse laufen mit wachsender Entfernung von der Linse auseinander. At the in 2 shown position of the light emitting diode 22 opposite the lens 3 An optimized collimated beam is generated. However, for the sake of clarity, only light rays emanating from a single point of the light emission surface are shown. As based on 2 is still recognizable, is the light beam 2 after collimation through the lens 3 divergent. Even the paraxial sub-beams near the optical axis diverge with increasing distance from the lens.

Anhand dessen wird ersichtlich, dass die Leuchtdiode 22 so angeordnet ist, dass die axiale Position der Lichtabstrahlfläche 24 nicht mit dem lichteintrittsseitigen Brennpunkt 26 eines auf die Lichtaustrittsseite treffenden Parallelstrahls zusammenfällt. Insbesondere ist, wie in 2 gezeigt, die Brennweite der Linse 3 größer als deren Dicke, so dass der Brennpunkt 26 eines auf die Lichtaustrittsfläche 5 treffenden Parallelstrahls außerhalb der Linse 3 in einem Abstand zur Lichteintrittsfläche 9 liegt, wobei die Lichtabstrahlfläche 9 der Leuchtdiode 22 in axialer Richtung zwischen der Position dieses Brennpunkts 26 und der Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3 angeordnet ist. Diese Abweichung ist sogar erheblich. Bei der Linse 3, wie sie der Simulation der 2 zugrundegelegt wurde, liegt die Position der Lichtabstrahlfläche deutlich innerhalb der Hälfte der Strecke von der Lichtabstrahlfläche 9 zum Brennpunkt 26. Die Lichtabstrahlfläche liegt hier sogar noch innerhalb des ersten Drittels dieser an der Lichteintrittsseite 9 beginnenden Strecke. From this it can be seen that the light emitting diode 22 is arranged so that the axial position of the light emitting surface 24 not with the light entry side focal point 26 coincident with the light exit side parallel beam coincides. In particular, as in 2 shown the focal length of the lens 3 greater than their thickness, so the focal point 26 one on the light exit surface 5 incident parallel beam outside the lens 3 at a distance to the light entry surface 9 lies, with the light emitting surface 9 the LED 22 in the axial direction between the position of this focal point 26 and the light entry surface 9 the lens 3 is arranged. This deviation is even significant. At the lens 3 how they simulate the 2 The position of the light-emitting surface is clearly within half the distance of the light-emitting surface 9 to the focal point 26 , The light emission surface is here even within the first third of this at the light entrance side 9 beginning route.

Diese beiden vorstehenden Parameter können als allgemein angenommen werden, zumal für die zugrundegelegte Linse 3 ein noch relativ niedriger Brechungsindex an der Lichteintrittsseite angenommen wurde und ein hoher Brechungsindex an der Lichteintrittsseite im Allgemeinen noch eine Erniedrigung des Abstands 28 erlaubt. Der geringe Abstand bewirkt eine hohe Sammeleffizienz, wäre aber für abbildende oder auf einen Punkt fokussierende Systeme nur schlecht geeignet. In Weiterbildung der Erfindung ist daher die Lichtabstrahlfläche innerhalb der ersten Hälfte, vorzugsweise innerhalb des ersten Drittels der an der Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3 beginnenden Strecke bis zum lichteintrittsseitigen Brennpunkt 26 angeordnet. Die Einhaltung eines Abstands ist generell günstig, um die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen zu erniedrigen und/oder Bauraum für Anschlussstrukturen, wie etwa für Bonddrähte zu schaffen. Generell, ohne Beschränkung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele wird ein Abstand der Lichtabstrahlfläche zur Lichteintrittsfläche der Linse von mindestens 200 Mikrometern bevorzugt. These two above parameters can be considered general, especially for the underlying lens 3 a relatively low refractive index at the light entrance side has been assumed, and a high refractive index at the light entrance side is generally still a decrease in the distance 28 allowed. The short distance results in a high collection efficiency, but would be poorly suited for imaging or focusing on one point systems. In development of the invention is therefore the Light emitting surface within the first half, preferably within the first third of the at the light entrance surface 9 the lens 3 Beginning route to the light entry side focal point 26 arranged. Maintaining a distance is generally favorable in order to lower the demands on the manufacturing tolerances and / or to create space for connection structures, such as for bonding wires. Generally, without limitation to the illustrated embodiments, a distance of the light emitting surface to the light entrance surface of the lens of at least 200 microns is preferred.

Weiterhin hat die Lichtabstrahlfläche 24 der Leuchtdiode 22 auch eine Ausdehnung quer zur Richtung des Lichtstrahls 2, beziehungsweise zur optischen Achse. Zieht man die von weiteren Punkten der Lichtabstrahlfläche 24 abgestrahlten Lichtstrahlen in Betracht, ergibt sich gerade eine bessere Kollimierung des Lichtstrahls für die gegenüber dem Brennpunkt 26 nähere Position der Lichtabstrahlfläche 24 an der Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3. Furthermore, the light emission surface has 24 the LED 22 also an extension transverse to the direction of the light beam 2 , or to the optical axis. If you draw the from further points of the light emitting surface 24 radiated light rays into consideration, just results in a better collimation of the light beam for the opposite to the focal point 26 closer position of the light emission surface 24 at the light entry surface 9 the lens 3 ,

Die Linse 3, wie sie in 2 gezeigt ist, ist aus zwei Glaselementen 30, 33 zusammengesetzt, wobei von einem der Glaselemente, nämlich dem Glaselement 30 die Lichteintrittsfläche 9 und vom anderen Glaselement (Glaselement 33) die Lichtaustrittsfläche 5 gebildet wird. Die Linse wird dabei vorzugsweise durch Verpressen, insbesondere Blankpressen eines ersten Vorformlings auf einer planen Seite eines zweiten Vorformlings, welcher zwei gegenüberliegende planparallele Flächen aufweist, hergestellt. Der erste Vorformling wird dabei zum Glaselement 33 und damit zu einer Asphäre umgeformt, dessen Oberfläche die Lichtaustrittsfläche 5 der Linse 3 bildet. Die der Fläche des zweiten Vorformlings, auf welcher der erste Vorformling aufgepresst wird, gegenüberliegende Fläche bildet die Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3. Um die beiden Vorformlinge, beziehungsweise die resultierenden Glaselemente 30, 33 miteinander zu verbinden, wird beim Verpressen an der Grenzfläche zwischen den beiden Vorformlingen die Klebeviskosität dieser Materialpaarung unterschritten. Das bedeutet, dass die Klebetemperatur der Materialpaarung überschritten wird. The Lens 3 as they are in 2 is shown is made of two glass elements 30 . 33 composed of one of the glass elements, namely the glass element 30 the light entry surface 9 and the other glass element (glass element 33 ) the light exit surface 5 is formed. The lens is preferably produced by pressing, in particular pressing a first preform on a flat side of a second preform, which has two opposite plane-parallel surfaces. The first preform becomes a glass element 33 and thus transformed into an asphere whose surface is the light exit surface 5 the lens 3 forms. The surface opposite the surface of the second preform, on which the first preform is pressed, forms the light entry surface 9 the lens 3 , To the two preforms, or the resulting glass elements 30 . 33 when bonding together at the interface between the two preforms, the adhesive viscosity of this material pairing is undershot. This means that the sticking temperature of the material pairing is exceeded.

Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wurden folgende Parameter der Linse zugrundegelegt: Das Glas des Glaselements 33 mit der Bezeichnung P-LASF47 hat einen Brechungsindex von 1,8061. Das Glas des Glaselements 30 hat einen niedrigeren Brechungsindex von 1,5231. Die Dicke des Glaselements 33 zur Dicke des Glaselements 30 verhält sich wie 2,05 zu 0,55, wobei die Dicke des Glaselements 33 in axialer Richtung gemessen ist von der Grenzfläche der beiden Glaselemente 33 zum Scheitelpunkt des Glaselements 33. Wie weiterhin anhand von 2 zu erkennen ist, wird ein Teil des Abschnitts 11 durch das Glaselement 33 gebildet. Es ist also nicht zwingend, dass bei Verwendung einer Linse aus zwei Glaselementen der Abschnitt 11 vollständig durch eines der Glaselemente gebildet wird. At the in 2 In the embodiment shown, the following parameters of the lens were used: The glass of the glass element 33 named P-LASF47 has a refractive index of 1.8061. The glass of the glass element 30 has a lower refractive index of 1.5231. The thickness of the glass element 33 to the thickness of the glass element 30 behaves as 2.05 to 0.55, with the thickness of the glass element 33 measured in the axial direction of the interface of the two glass elements 33 to the vertex of the glass element 33 , As further based on 2 recognizable, becomes part of the section 11 through the glass element 33 educated. It is therefore not mandatory that when using a lens of two glass elements of the section 11 is completely formed by one of the glass elements.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde eine Leuchtdiode mit einer Abstrahlfläche von 1mm × 1mm verwendet, deren Abstand zur Lichteintrittsfläche der Linse 0,5 Millimeter betrug. Die Lichteintrittsfläche der Linse hat in diesem Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 5mm, entsprechend einer Fläche von 19,6 mm2. Demgemäß weist die Lichtabstrahlfläche 24 der Leuchtdiode eine Fläche von 1/19,6 der Fläche der Lichteintrittsfläche 9 auf. Die Linse hat eine Gesamthöhe von 3,55 Millimetern, einen konvexen Polradius von –2,14101 Millimetern, eine konische Konstante k = –6,913545. Der Parameter α4 beträgt –4,71584E–2, der Parameter α6 beträgt 4,13144E–3 und der Parameter α8 beträgt –1,86246E–4. Das Glaselement 33 weist eine Dicke von 3,0 Millimetern auf und ist aus Glas mit einer Brechzahl von 1,80 und das Glaselement 30 aus Glas mit einer Brechzahl von 1,52 und einer Dicke von 0,55 Millimetern gefertigt. Mit dieser Anordnung konnte bei beidseitig entspiegelter Linse ein Öffnungswinkel von 25° für 82% der von der Leuchtdiode abgestrahlten Lichtintensität erzielt werden. In a further embodiment, a light-emitting diode with a radiation area of 1 mm × 1 mm was used whose distance to the light entry surface of the lens was 0.5 millimeter. The light entrance surface of the lens in this embodiment has a diameter of 5 mm, corresponding to an area of 19.6 mm 2 . Accordingly, the light emitting surface 24 of the light emitting diode an area of 1 / 19.6 of the surface of the light entry surface 9 on. The lens has a total height of 3.55 millimeters, a convex pole radius of -2.14101 millimeters, a conic constant k = -6.913545. The parameter α 4 is -4.71584E-2, the parameter α 6 is 4.13144E-3 and the parameter α 8 is -1.86246E-4. The glass element 33 has a thickness of 3.0 millimeters and is made of glass with a refractive index of 1.80 and the glass element 30 made of glass with a refractive index of 1.52 and a thickness of 0.55 millimeters. With this arrangement, it was possible to achieve an aperture angle of 25 ° for 82% of the light intensity emitted by the light-emitting diode when the lens was antireflective on both sides.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht nicht nur eine sehr gute Kollimierung flächiger Leuchtdioden. Es hat sich auch gezeigt, dass die Kollimierung weiterhin auch nahezu farbunabhängig ist. Damit eignet sich die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung besonders auch für mehrfarbige Leuchtdioden oder Weisslicht-Leuchtdioden. Wie unter anderem bei Mehrfarben-Leuchtdioden kann also auch die Leuchtdiode 22 durch mehrere nebeneinander angeordnete Leuchtdioden ersetzt werden. The arrangement according to the invention not only enables a very good collimation of planar light-emitting diodes. It has also been shown that the collimation is still almost color independent. Thus, the illumination device according to the invention is particularly suitable for multicolor LEDs or white light LEDs. As with multicolor light-emitting diodes, the LED can therefore also be used 22 be replaced by a plurality of juxtaposed LEDs.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine einzelne Linse für eine Beleuchtungsanordnung verwendet. Es ist aber auch möglich, zur Erzielung höherer Lichtintensitäten mehrere Linsen und zugeordnete Leuchtdioden nebeneinander anzuordnen. Dazu kann insbesondere auch eine Linsenanordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten asphärischen Linsenflächen vorgesehen werden, welche auf einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet sind, der eine den Linsenflächen gegenüberliegende plane Seite aufweist, wobei beabstandet zu der gegenüberliegenden planen Fläche mehrere Leuchtdioden angeordnet sind, so dass das Licht der Leuchtdioden jeweils von verschiedenen asphärischen Linsenflächen kollimiert wird. In the embodiments described so far, a single lens has been used for a lighting arrangement. However, it is also possible to arrange several lenses and associated light emitting diodes next to each other to achieve higher light intensities. For this purpose, in particular, a lens arrangement with a plurality of juxtaposed aspherical lens surfaces may be provided, which are arranged on a common base body, which has a planar side opposite the lens surfaces, wherein a plurality of light-emitting diodes are arranged spaced from the opposite planar surface, so that the light of the LEDs each is collimated by different aspheric lens surfaces.

Eine solche Linsenanordnung 100 mit mehreren in einem gemeinsamen Grundkörper 101 vereinigten Linsen 103 ist in den 3 und 4 dargestellt. Dabei zeigt 3 eine Aufsicht. 4 zeigt in Seitenansicht eine Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Linsenanordnung 100 und einer entsprechenden Lichtquelle 21 mit mehreren Leuchtdioden 22. Die Leuchtdioden 21 sind auf einem Träger 35 befestigt. Vorzugsweise wird eine Leiterplatte als Träger 35 verwendet, auf welcher die Leuchtdioden 22 aufgelötet sind. Such a lens arrangement 100 with several in a common body 101 United lenses 103 is in the 3 and 4 shown. It shows 3 a supervision. 4 shows a side view of a lighting device with such a lens assembly 100 and a corresponding light source 21 with several LEDs 22 , The light-emitting diodes 21 are on a carrier 35 attached. Preferably, a circuit board as a carrier 35 used on which the light emitting diodes 22 are soldered.

Die Linsenanordnung 100 und der Träger 35 sind mit einer Halterung 37 zueinander unter Einhaltung eines Abstands 28 zwischen den Lichtabstrahlflächen 24 und den Lichteintrittsflächen 9 der Linsen, welche durch die gemeinsame plane Seite 90 des Grundkörpers 101 definiert werden, fixiert. The lens arrangement 100 and the carrier 35 are with a bracket 37 to each other while maintaining a distance 28 between the light emitting surfaces 24 and the light entry surfaces 9 the lenses, which through the common plane side 90 of the basic body 101 be defined, fixed.

Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für eine solche Linsenanordnung 100 beschrieben, welches analog auch für die Herstellung von Einzellinsen entsprechend der Ausführungsbeispiele der 1 und 2 angewendet werden kann. Das Verfahren basiert darauf, dass zur Herstellung der Linse 3 oder der Linsenanordnung 100 ein erster Vorformling mit einen zweiten Vorformling verpresst, insbesondere unter Blankpressen verpresst wird, wobei der erste Vorformling auf einer planen Seite des zweiten Vorformlings aufgepresst und dabei der erste Vorformling zu einer Asphäre umgeformt wird. Hereinafter, a manufacturing method of such a lens assembly 100 described, which analogously also for the production of individual lenses according to the embodiments of 1 and 2 can be applied. The process is based on that of making the lens 3 or the lens arrangement 100 a first preform is pressed with a second preform, in particular pressed under blank presses, wherein the first preform is pressed onto a flat side of the second preform and thereby the first preform is formed into an asphere.

Die zur verpressten Seite gegenüberliegende plane Fläche des zweiten Vorformlings, auf welcher der erste Vorformling aufgepresst wird, bildet die Lichteintrittsfläche 9 der Linse 3, beziehungsweise der Linsen 103 der Linsenanordnung 100. Zur Verbindung wird beim Verpressen an der Grenzfläche zwischen den beiden Vorformlingen die Klebeviskosität unterschritten. Dabei erfolgt beim Aufeinanderpressen deren direkte Verklebung unter Erweichung zumindest eines der Gläser der Glaselemente. Besonders bevorzugt werden entweder gleiche Gläser oder solche mit sehr ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten verwendet, für die insbesondere die oben angegebene Beziehung (3) gilt. The opposite to the compressed side flat surface of the second preform, on which the first preform is pressed, forms the light entry surface 9 the lens 3 , or the lenses 103 the lens arrangement 100 , For bonding, the adhesive viscosity is undershot during pressing at the interface between the two preforms. In this case, when pressed together their direct bonding with softening of at least one of the glasses of the glass elements. Particular preference is given to using either identical glasses or those having very similar coefficients of thermal expansion, for which the relationship (3) given above applies in particular.

Das Blankpressverfahren funktioniert dabei wie folgt: Beide Glaselemente oder Vorformlinge werden in eine Form eingelegt. Dann wird die Form geschlossen und auf eine Temperatur aufgeheizt, bei der beide Gläser miteinander verkleben. Bei erreichter Temperatur erfolgt das Pressen, anschließend wird die Form abgekühlt und geöffnet und die Linse 3 oder die Linsenanordnung 100 kann entnommen werden. The blank pressing process works as follows: Both glass elements or preforms are placed in a mold. Then the mold is closed and heated to a temperature at which glue both glasses together. When the temperature is reached, the pressing takes place, then the mold is cooled and opened and the lens 3 or the lens arrangement 100 can be removed.

Gegebenenfalls kann noch eine Nachbearbeitung der Oberfläche, beispielsweise durch Nachpolieren erfolgen. Ein kritischer Parameter beim Verpressen ist die Temperatur, denn die Gläser sollten nicht mit der Pressform verschmelzen/verkleben. Um dies zu vermeiden, können geeignete Materialien der Form und/oder Beschichtungen auf der Form verwendet werden. Ein geeignetes Material zur Vermeidung eines Anklebens ist z.B. eine Platin-Iridium-Legierung. Alternativ oder zusätzlich möglich ist auch, ein Trennmittel, wie BN, Graphit, Ruß, auf der Form zu verwenden. Optionally, a post-processing of the surface, for example by repolishing done. A critical parameter when pressing is the temperature, because the glasses should not fuse with the mold. To avoid this, suitable mold and / or coating materials may be used on the mold. A suitable anti-sticking material is e.g. a platinum-iridium alloy. Alternatively or additionally, it is also possible to use a release agent, such as BN, graphite, carbon black, on the mold.

5 zeigt eine Pressform 40 mit eingelegten Glaselementen. Die Pressform 40 weist zwei Formhälften 41, 42 mit Pressflächen 43, beziehungsweise 44 auf. Auf die plane Pressfläche 43 der Formhälfte 41 ist als zweites Glaselement ein Glaselement 30 mit zwei planen Flächen aufgelegt. Die Pressfläche 44 der Formhälfte 42 weist die zur Herstellung der asphärischen Brechfläche komplementären Vertiefungen 46 auf. 5 shows a mold 40 with inserted glass elements. The mold 40 has two mold halves 41 . 42 with pressing surfaces 43 , respectively 44 on. On the flat pressing surface 43 the mold half 41 is a glass element as the second glass element 30 launched with two flat surfaces. The pressing surface 44 the mold half 42 has the complementary for producing the aspherical refractive surface depressions 46 on.

In den Vertiefungen 46 werden die ersten Glaselemente 33 angeordnet, die beim Erreichen der Klebeviskosität und dem Verpressen zu asphärischen Glaselementen umgeformt werden, so dass eine wie in 6 dargestellte Linsenanordnung 100 erhalten wird. Bei dieser Linsenanordnung wird der Grundkörper durch das zweite Glaselement 30 und das von den asphärischen Linsenflächen umschlossene Volumen 5 durch die ersten Glaselemente 33 gebildet. Die Pressflächen 41, 43 sind mit einer Antihaftbeschichtung 45 beschichtet. Anstelle oder zusätzlich zu dieser Antihaftbeschichtung 45 kann auch eine Schicht eines Trennmittels verwendet werden. In the wells 46 become the first glass elements 33 are arranged, which are converted to aspheric glass elements upon reaching the adhesive viscosity and the compression, so that a as in 6 illustrated lens arrangement 100 is obtained. In this lens arrangement, the base body is replaced by the second glass element 30 and the volume enclosed by the aspheric lens surfaces 5 through the first glass elements 33 educated. The pressing surfaces 41 . 43 are with a non-stick coating 45 coated. Instead of or in addition to this non-stick coating 45 It is also possible to use a layer of a release agent.

Ein Verkleben eines Glases erfolgt im Allgemeinen bei einer Glasviskosität von kleiner 1·10–10 dPa·s. Die genaue Klebeviskosität ist abhängig von der Materialpaarung. So kann durch eine geschickte Wahl der Presswerkzeugbeschichtung die Klebeviskosität zur Form verringert werden. Damit wird es möglich, die Form 40 so weit aufzuheizen, dass die Kontaktstelle zwischen den Gläsern der Glaselemente 30, 33 zwar die ihnen eigene Klebeviskosität erreicht, aber an den Kontaktstellen zu den Formen wird die unterschiedliche, insbesondere geringere Klebeviskosität nicht erreicht. Bonding of a glass is generally carried out at a glass viscosity of less than 1 · 10 -10 dPa · s. The exact adhesive viscosity depends on the material pairing. Thus, by a skillful choice of die coating, the adhesive viscosity to mold can be reduced. This makes it possible the shape 40 so far heat up that the contact point between the glasses of the glass elements 30 . 33 Although their own adhesive viscosity reached, but at the contact points to the molds, the different, especially lower adhesive viscosity is not achieved.

Wenn eine optische Fläche eine einfache Geometrie (Planfläche, Sphäre) aufweist, kann anstelle oder zusätzlich zur Antihaftbeschichtung 45 auch ein Trennmittel verwendet werden, das einfach abpoliert wird. Wird ein Trennmittel verwendet, so kann die Form, welche mit Trennmittel beschichtet ist, sehr viel heißer gefahren werden. If an optical surface has a simple geometry (plane, sphere), then instead of or in addition to the non-stick coating 45 Also, a release agent can be used, which is easily polished off. If a release agent is used, the mold, which is coated with release agent, can be driven much hotter.

Mit dem Verfahren, insbesondere auch mit einer Antihaft- oder Trennmittelbeschichtung ist es möglich, hinsichtlich ihrer Temperaturausdehnungskoeffizienten und Erweichungspunkte sehr ähnliche, sogar gleiche Gläser für die Glaselemente 30, 33 zu verwenden. Dies ermöglicht unter anderem auch, ebenso hohe Brechungsindizes an der Lichteintrittsfläche wie an der Lichtaustrittsfläche der Linse 3, beziehungsweise der Linsen 103 bereitzustellen. With the method, in particular with a non-stick or release agent coating, it is possible with regard to their coefficients of thermal expansion and softening points very similar, even the same glasses for the glass elements 30 . 33 to use. This also allows, among other things, equally high refractive indices at the light entry surface as at the light exit surface of the lens 3 , or the lenses 103 provide.

Obwohl Linsen verwendet werden, die sehr steile Flanken haben, können Linsen mit kleinen Durchmessern verwendet werden und es kann insgesamt eine Anordnung mit nur kleinem Bauraum und entsprechend hoher Leuchtkraft erzielt werden. Although lenses are used which have very steep edges, lenses with small diameters can be used and overall an arrangement with only a small space and correspondingly high luminosity can be achieved.

Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, insbesondere mit einer Linsenanordnung, wie sie etwa in 4 gezeigt ist, kann weiterhin als hocheffiziente Lichtquelle für faseroptische Beleuchtungsanwendungen eingesetzt werden. The illumination device according to the invention, in particular with a lens arrangement, as they are approximately in 4 can be further used as a highly efficient light source for fiber optic lighting applications.

Um bei der Verwendung mehrere Linsen 103 eine optimale Lichtmischung zu erreichen und die Entstehung von Farbsäumen zu vermeiden, hat es sich weiterhin als überraschend günstig erwiesen, wenn der optische Schwerpunkt der Linsenanordnung 50 seitlich verschoben zur optischen Achse 51 oder Mittenachse einer nachgeschalteten Optik wie beispielsweise einer faseroptischen Einrichtung angeordnet wird. Zur Verdeutlichung dieser Anordnung sind in 3 der optische Schwerpunkt 50 der Linsenanordnung 100 und eine entsprechend seitlich verschobene optische Achse 51 einer nachgeschalteten Optik eingezeichnet. Mit anderen Worten ist damit keine der Linsen 103 in Koinzidenz mit der optischen Achse 51 der Faser/des Faserbündels. To use multiple lenses when using 103 To achieve optimum light mixing and to avoid the formation of color fringes, it has also proved to be surprisingly favorable when the optical focus of the lens assembly 50 laterally shifted to the optical axis 51 or center axis of a downstream optics such as a fiber optic device is arranged. To clarify this arrangement are in 3 the optical focus 50 the lens arrangement 100 and a corresponding laterally shifted optical axis 51 a downstream optics drawn. In other words, it is not one of the lenses 103 in coincidence with the optical axis 51 the fiber / fiber bundle.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr im Rahmen der Ansprüche variiert werden kann. It will be apparent to those skilled in the art that the invention is not limited to the above embodiments, but rather may be varied within the scope of the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Beleuchtungseinrichtung lighting device
22
Lichtstrahl beam of light
33
Linse lens
55
asphärische Lichtaustrittsfläche aspherical light emission surface
77
von 5 umschlossenes Volumen from 5 enclosed volume
99
plane Lichteintrittsfläche plane light entry surface
1111
axialer Abschnitt von 3 zwischen 13 und 9 axial section of 3 between 13 and 9
1212
Pfeilhöhe von 3 Arrow height of 3
1313
Rand von 5 Edge of 5
1414
Scheitelpunkt vertex
1515
optische Achse von 3 optical axis of 3
1616
Gesamthöhe von 3 Total height of 3
1717
Polradius pole radius
1919
gedachte Kugel mit Radius 17 imaginary sphere with radius 17
2121
Lichtquelle light source
2222
Leuchtdiode led
2424
Lichtabstrahlfläche von 22 Light emission surface of 22
2626
lichtaustrittsseitiger Brennpunkt von 3 light exit side focal point of 3
2828
Abstand von 24 zu 9 Distance from 24 to 9
30, 3330, 33
Glaselemente glass elements
3535
Träger carrier
3737
Halterung bracket
4040
Pressform mold
41, 4241, 42
Pressformhälften Mold halves
5050
optischer Schwerpunkt von 100 optical focus of 100
5151
optische Achse einer nachgeschalteten Optik optical axis of a downstream optics
9090
plane Seite von 101 plane side of 101
100 100
Linsenanordnung lens assembly
101101
Grundkörper von 100 Basic body of 100
103103
Linsen von 100 Lenses of 100
200200
gedachter Lichtstrahl mit 30° Öffnungswinkel imaginary light beam with 30 ° opening angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 60101021 T2 [0002, 0016] DE 60101021 T2 [0002, 0016]
  • CN 101373047 A [0004] CN 101373047 A [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN ISO 10110) [0044] DIN ISO 10110) [0044]

Claims (7)

Beleuchtungseinrichtung (1) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls (2), welche – eine Lichtquelle (21) mit zumindest einer Leuchtdiode (22) und – eine Linse (3) umfasst, wobei die Linse (3) eine Lichteintrittsfläche (9) und eine Lichtaustrittsfläche (5) aufweist, und wobei – die Lichteintrittsfläche (9) in einem Abstand zur Leuchtdiode (22) angeordnet ist, und wobei – die Lichtaustrittsfläche (5) konvex asphärisch geformt ist, und – der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse (3) zu deren Rand hin zunimmt, und wobei – der Brechungsindex der Linse (3) an der Lichtaustrittsfläche (5) einen Wert von zumindest 1,70 aufweist, und wobei – die Gesamthöhe der Linse (3) größer ist, als die Pfeilhöhe (hAustritt) der Lichtaustrittsfläche (5), wobei – die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche (5) sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt und Rand der Lichtaustrittsfläche (5), und wobei – sich das Volumen der Linse (3) zumindest aus dem von der Lichtaustrittsfläche (5) umschlossenen Volumen und dem Zylindervolumen eines Zylinders ergibt, dessen Stirnfläche durch die Lichteintrittsfläche (9) gegeben ist und dessen Höhe durch die axiale Distanz von der Lichteintrittsfläche (9) bis zum Rand der Lichtaustrittsfläche (5) gegeben ist, wobei für das Linsenvolumen gilt:
Figure DE202010018278U1_0007
wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und Vlens das Linsenvolumen der Linse (3) bezeichnen, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennweite der Linse (3) größer ist als deren Dicke, so dass der Brennpunkt eines auf die Lichtaustrittsfläche (5) treffenden Parallelstrahls außerhalb der Linse (3) in einem Abstand (28) zur Lichteintrittsfläche (9) liegt, und wobei – die Lichtabstrahlfläche (24) der zumindest einen Leuchtdiode (22) der Lichtquelle (21) in axialer Richtung zwischen der Position dieses Brennpunkts und der Lichteintrittsfläche (9) angeordnet ist. Lighting device ( 1 ) for generating a collimated light beam ( 2 ), which - a light source ( 21 ) with at least one light-emitting diode ( 22 ) and - a lens ( 3 ), wherein the lens ( 3 ) a light entry surface ( 9 ) and a light exit surface ( 5 ), and wherein - the light entry surface ( 9 ) at a distance to the light emitting diode ( 22 ), and wherein - the light exit surface ( 5 ) convexly aspherically shaped, and - the radius of curvature from the center of the lens ( 3 ) increases towards its edge, and wherein - the refractive index of the lens ( 3 ) at the light exit surface ( 5 ) has a value of at least 1.70, and wherein - the total height of the lens ( 3 ) is greater than the arrow height (h exit ) of the light exit surface ( 5 ), wherein - the arrow height of the light exit surface ( 5 ) is measured on the basis of the axial distance between vertex and edge of the light exit surface ( 5 ), and wherein - the volume of the lens ( 3 ) at least from that of the light exit surface ( 5 ) enclosed volume and the cylinder volume of a cylinder whose end face through the light entry surface ( 9 ) and whose height is determined by the axial distance from the light entry surface ( 9 ) to the edge of the light exit surface ( 5 ), where the following applies for the lens volume:
Figure DE202010018278U1_0007
where r 0 is the radius of curvature at the vertex of the aspherical light exit surface ( 5 ) and V lens the lens volume of the lens ( 3 ), characterized in that - the focal length of the lens ( 3 ) is greater than its thickness, so that the focal point of one on the light exit surface ( 5 ) parallel beam outside the lens ( 3 ) at a distance ( 28 ) to the light entry surface ( 9 ), and wherein - the light emitting surface ( 24 ) of the at least one light-emitting diode ( 22 ) of the light source ( 21 ) in the axial direction between the position of this focal point and the light entry surface ( 9 ) is arranged. Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel der Linse (3) größer als 30° beträgt. Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the flank angle of the lens ( 3 ) is greater than 30 °. Beleuchtungseinrichtung gemäß vorstehendem Anspruch, wobei die Lichteintrittsfläche (9) plan ist. Lighting device according to the preceding claim, wherein the light entry surface ( 9 ) is plan. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabstrahlfläche (24) der Lichtquelle (21) zumindest 1/80 der Fläche der Lichteintrittsfläche (9) oder der auf die Ebene der Lichteintrittsfläche (9) projizierten Lichtaustrittsfläche (5) beträgt. Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting surface ( 24 ) of the light source ( 21 ) at least 1/80 of the area of the light entry surface ( 9 ) or to the plane of the light entry surface ( 9 ) projected light exit surface ( 5 ) is. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Linsenanordnung mit mehreren nebeneinander angeordneten asphärischen Linsenflächen, welche auf einem gemeinsamen Grundkörper angeordnet sind, der eine den Linsenflächen gegenüberliegende plane Seite aufweist, wobei beabstandet zu der gegenüberliegenden planen Fläche mehrere Leuchtdioden angeordnet sind, so dass das Licht der Leuchtdioden jeweils von verschiedenen asphärischen Linsenflächen kollimiert wird. Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized by a lens arrangement having a plurality of juxtaposed aspherical lens surfaces, which are arranged on a common base body, which has a planar surface opposite the lens surfaces, wherein a plurality of light emitting diodes are arranged spaced from the opposite flat surface, so that the Light of the light emitting diodes is collimated by different aspherical lens surfaces. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (3) aus zwei Glaselementen (30, 33) zusammengesetzt ist, wobei von einem der Glaselemente (30) die Lichteintrittsfläche (9) und vom anderen Glaselement (33) die Lichtaustrittsfläche (5) gebildet wird. Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the lens ( 3 ) of two glass elements ( 30 . 33 ), wherein one of the glass elements ( 30 ) the light entry surface ( 9 ) and the other glass element ( 33 ) the light exit surface ( 5 ) is formed. Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – der axiale, zylindrische Abschnitt zwischen dem Rand der asphärischen Brechfläche und der Lichteintrittsfläche (9) einen größeren Anteil am Volumen hat, als das von der asphärischen Brechfläche eingeschlossene Volumen, wobei – das Verhältnis des von der Brechfläche eingeschlossenen Volumens zum Volumen des axialen zylindrischen Abschnitts zwischen dem Rand der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und der Lichteintrittsfläche (9) kleiner ist als 1/2. Lighting device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the axial, cylindrical portion between the edge of the aspherical refractive surface and the light entry surface ( 9 ) has a larger proportion of the volume than the volume enclosed by the aspherical refractive surface, wherein - the ratio of the volume enclosed by the refractive surface to the volume of the axial cylindrical portion between the edge of the aspherical light exit surface ( 5 ) and the light entry surface ( 9 ) is less than 1/2.
DE202010018278.6U 2010-01-15 2010-01-15 Collimated light source Expired - Lifetime DE202010018278U1 (en)

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