WO2011085998A1 - Kollimierte lichtquelle und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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WO2011085998A1
WO2011085998A1 PCT/EP2011/000143 EP2011000143W WO2011085998A1 WO 2011085998 A1 WO2011085998 A1 WO 2011085998A1 EP 2011000143 W EP2011000143 W EP 2011000143W WO 2011085998 A1 WO2011085998 A1 WO 2011085998A1
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lens
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light exit
volume
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PCT/EP2011/000143
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Steffen Reichel
Bernd WÖLFING
Ralf BIERTÜMPFEL
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Schott Ag
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    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the invention relates generally to lenses for light sources.
  • the invention relates to LED light sources with collimating or beam-shaping lenses.
  • 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.
  • the optical system is relatively complex and there are two
  • Angle range emitting light source such as in particular a light emitting diode or a light emitting diode array to collimate.
  • 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 arrow height of the light exit surface is measured using the axial distance between vertex and edge of the light exit surface, and wherein
  • Cylinder volume of a cylinder results, whose end face is given by the light entry 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 Vol men applies:
  • r 0 is the radius of curvature at the vertex of the
  • Lighting device are provided for generating a collimated light beam, which
  • the lens has a light entrance surface and a
  • 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 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 L inse, total) is greater than the arrow height (h Aust ride) 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 results, 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 is:
  • r 0 is the radius of curvature at the vertex of the
  • lens volume Denote 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. A complete collimation is because of compared to the
  • Arrangement typically a full angle of incidence of the light beam of less than 30 ° for at least 40%, even generally for at least 60% of that of the
  • Lighting device with such a lens is based on the fact that a lens is produced, which has a light entrance surface and a light exit surface, wherein
  • the light entrance surface preferably flat and
  • the volume of the lens at least from the area enclosed by the light exit surface volume and the
  • Cylinder volume of a cylinder results, the end face of which is given by the light entry 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 again the above relationship (2) applies.
  • the lens and the light source arranged to each other so that the light entrance surface of the lens is spaced from the light emitting diode. In the resulting from the distance between the light emitting diode and the light entry surface gap
  • a low-refractive medium in the simplest case, a gas, in particular air present. This causes a high refractive index jump at the light entry surface, which is a refraction of the incoming
  • Refractive index as air for example
  • Protective lacquer, silicone or the like may be filled.
  • the lens is further particularly preferably tempered, or provided with an anti-reflection coating.
  • a remuneration is due to the high refractive index on the
  • the invention is based on the finding that a much higher Lichtsammeieffizienz can be achieved if the lenses are designed thicker than according to the above-mentioned relationship (1). With the thickness is a correspondingly larger volume and a large
  • Single-lens can therefore due to the small relative to the lens volume Polradius, or in the
  • corresponding spherical volume can be characterized as being comparatively sharper or longer.
  • the lens volume is greater than the spherical volume of a sphere whose radius is equal to the pole radius.
  • Flank angle is at least 30 °.
  • the flank angle is in the range of 30 ° to 70 °.
  • cylindrical portion between the edge of the aspherical refractive surface and the light entrance surface has a greater proportion of the volume than that of the aspherical
  • a refractive index greater than 1.8 is preferably selected for the aspherical refractive surface in order to increase the collection efficiency. Also for them
  • Light entrance surface becomes a high refractive index
  • 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. In order to achieve a high collection efficiency, a large light entry surface is also proposed.
  • Light entrance surface has in development of the invention unlike the lens described in DE 601 01 021 T2 a diameter which is at least twice as large as the root of the active emitter surface of the
  • the root of the surface represents the lateral dimension of the emitter surface.
  • the high-index lenses of the invention can in
  • inorganic materials in particular glasses or
  • Blank presses are produced.
  • a first possibility for producing such a lens by blank pressing is to use a cylinder section as Vorvormling.
  • Such a cylinder section is in size in
  • glass-glass hybrid lenses are made of two glass elements
  • the first preform is formed into an asphere when pressed against one another, whose surface is the light exit surface of the lens and that of the surface of the second preform, on which the first preform is pressed,
  • a ball preform can now be used for the first preform.
  • Connecting surface are constructed.
  • 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.
  • 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.
  • Light emitting surface of the light source at least 1/80, preferably at least 1/40, particularly preferably
  • the area of the one or more light emitting diodes can be up to a 1/5 of the optical without significant losses of collection efficiency
  • the luminous total area of the light-emitting diodes associated with the lens is considered as a light-emitting surface for the purposes of the invention. If the light-emitting diodes are spaced apart, then the light-emitting surface in the sense of the invention is given by the smallest convex surface, in which the Light emitting surfaces of the individual LEDs are completely included.
  • Collection efficiency and thus the brightness achieved in the radiation direction is particularly high when the focal length of the lens is so large that the focus of a on the
  • Light exit surface coincident 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 their Lichtabstrahl phenomenon is arranged in the axial direction between the position of this focal point and the light entrance surface.
  • Lighting devices with several juxtaposed lenses and associated light emitting diodes
  • Lighting arrangement with an array of such lenses it is particularly appropriate to unite the aspherical lenses on a common body, since in any case a large part of the volume of the individual lenses is given by the portion between the light entrance surface and edge of the aspherical refractive surface.
  • Lighting device with a lens arrangement with a plurality of juxtaposed aspherical
  • Lens surfaces provided, wherein the lens surfaces arranged on a common base body, or via these are connected to each other, wherein the base body has a planar side opposite the lens surfaces, and spaced from the opposite planar surface a plurality of light emitting diodes are arranged, and wherein the light emitting diodes are associated with the different lens surfaces, so that the light of the light emitting diodes each of different aspherical lens surfaces collimated becomes.
  • a lighting arrangement according to the invention can be used for general lighting purposes. Special application areas lie in the field of medical
  • Lighting equipment as well as for projectors.
  • Fig. 1 a lens for a lighting device
  • Fig. 2 a lighting arrangement with simulated
  • Fig. 4 a lighting device with a
  • Lens arrangement according to FIG. 3, 5 shows a mold with inserted glass elements for producing a lens arrangement
  • Fig. 6 is a obtained by means of the mold
  • Fig. 1 shows a cross-sectional view of 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 entrance surface 9.
  • the lens 3 can therefore also be referred to as a plano-convex lens.
  • the volume of the lens can be divided into two parts, which are highlighted in Fig. 1 by different Schraffüren.
  • the areas may or may not be made up of two different materials.
  • the region 9 is the volume enclosed by the aspherical light exit surface 5 up to its edge 13.
  • the region 11 is the axial portion of the lens between the edge 13 and the light entry surface 9. In the case of a single lens, as shown in FIG. 1, this portion is also delimited simultaneously by the lateral lens surface, so that the lens 3 is made of an aspherical Part with the volume 7 and a cylindrical part with the volume of the section 11 composed.
  • the cylindrical portion may optionally also be wider than the portion 11. In this case, the
  • the light entry surface is preferably - according to the example shown in FIG. 1 - as large as the projection of the light exit surface onto the plane of the light exit surface, or the area enclosed by the edge 13 projected onto the light exit surface, or possibly even greater.
  • the volume of the lens 3 is given at least by the volume 7 enclosed by the light exit surface 5 and the cylinder volume of a cylinder whose end face passes through the light entry surface 9
  • Light exit surface 5 is measured on the basis of the axial distance between vertex 14 and edge 13 of
  • FIG. 1 As can be seen directly from FIG. 1, FIG. 1
  • the volume of the section 11 is particularly preferably greater than the volume 7. According to one embodiment, the ratio between the
  • aspheric part or the volume 7 and the cylindrical part of the lens, or the cylindrical axial portion 11 is a value of 0.456, wherein two different glasses for the volume 7 and the section 11 are used.
  • the shape of the aspherical light exit surface is the shape of the aspherical light exit surface
  • the size r 0 again denotes the pole radius.
  • the coefficient k is a quantity that characterizes the taper and is also called
  • the lens 3 has a lens volume of 30.288 mm 3 , wherein for the parameters of the relationship (4), taking into account members up to a maximum of eighth order:
  • Such a lens has been found to collect more than 92% of the light from an LED and emit it forward. Without being limited to the above example, with an arrangement according to the invention, more than 70% of that of the LED can generally be used emitted light to be captured by the lens 3 and emitted to the front.
  • FIG. 2 shows a lighting arrangement 1 according to the invention with a simulated beam path and the radiated light
  • the light source 21 of the illumination arrangement 1 comprises a light-emitting diode 22 whose light emission surface 24 is arranged at a distance 28 from the light entry surface 9 of the lens 3.
  • Light source radiated light leaves the lens at an opening angle less than or equal to 30 °.
  • an imaginary light beam 200 which has an opening angle of 30 °, or an angle of 15 ° to the optical axis, is shown in FIG.
  • the light-emitting diode 22 is arranged so that the axial position of the
  • Light entrance surface 9 of the lens 3 beginning distance to the light entrance side focal point 26 is arranged.
  • the maintenance of a distance is generally favorable in order to lower the demands on the manufacturing tolerances and / or installation space for connection structures, such as for example
  • Light emitting surface to the light entry surface of the lens of at least 200 microns is preferred.
  • the light emitting surface 24 of the light emitting diode 22 also has an extension transverse to the direction of the light beam 2, or to the optical axis. Taking into consideration the light rays radiated from further points of the light emitting surface 24, the result is a better collimation of the light beam for the light beam
  • Focal point 26 closer position of the light emitting surface 24 at the light entry surface 9 of the lens.
  • the lens 3 as shown in Fig. 2 is composed of two glass elements 30, 33, wherein of one of the glass elements, namely the glass element 30, the
  • the light exit surface 5 is formed.
  • the lens is preferably by pressing,
  • the first preform becomes the
  • the surface forms the light entry surface 9 of the lens 3.
  • the glass of glass element 33 designated P-LASF47 has a refractive index of 1.8061.
  • Glass element 30 has a lower refractive index of 1.5231.
  • Glass element 30 behaves as 2.05 to 0.55, wherein the thickness of the glass element 33 in the axial direction is measured from the interface of the two glass elements 33 to
  • Vertex of the glass element 33 As can be further seen with reference to FIG. 2, a portion of the portion 11 is formed by the glass element 33. So it is not mandatory that when using a lens of two
  • Glass elements of the section 11 is completely formed by one of the glass elements.
  • the distance to the light entrance surface of the lens was 0.5 millimeters.
  • 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 .
  • the light emitting surface 24 of the light emitting diode has an area of 1 / 19.6 of the surface of the light entry surface 9.
  • the parameter cc 4 is -4.71584E-2, the parameter oc s is 4, 13144E-3 and the parameter a 8 is -l, 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.
  • Light intensity can be achieved.
  • 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 multicolored
  • Light-emitting diodes or white-light LEDs As is the case, among other things, in the case of multicolor light-emitting diodes, the light-emitting diode 22 can also be replaced by a plurality of light-emitting diodes arranged next to one another.
  • a lens arrangement with a plurality of juxtaposed aspherical lens surfaces are provided, which are arranged on a common base body, one of the lens surfaces
  • Light emitting diodes are arranged so that the light of the
  • FIGS. 3 and 4. 3 shows a lens arrangement 100 with a plurality of lenses 103 united in a common main body 101
  • FIG. 4 shows a side view of a
  • Illumination device with such a lens arrangement 100 and a corresponding light source 21 with a plurality of light emitting diodes 22.
  • the light emitting diodes 21 are mounted on a carrier 35.
  • a circuit board as
  • Light emitting diodes 22 can be aligned in one step to the positions of the optical axes of the lenses. This reduces the adjustment effort compared to an arrangement of individual lenses, each of which is assigned to itself
  • Light emitting diode are to be aligned, considerably.
  • the lens arrangement 100 and the carrier 35 are connected to one another by a holder 37 while maintaining a distance 28 between the light-emitting surfaces 24 and
  • Lens 3 or the lenses 103 of the lens assembly 100.
  • the compound is used in the pressing at the
  • Softening at least one of the glasses of the glass elements is given to using either identical glasses or those having very similar coefficients of thermal expansion, for which in particular those mentioned above are used
  • 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. At the temperature reached the pressing takes place, then the mold is cooled and opened and the lens 3 or the lens assembly 100 can be removed. If necessary, a post-processing of
  • a critical parameter when pressing is the temperature, because the glasses should not be with the mold
  • Fig. 5 shows a mold 40 with inserted
  • the mold 40 has two mold halves 41, 42 with pressing surfaces 43, 44, respectively. On the plane pressing surface 43 of the mold half 41 is placed as a second glass element, a glass element 30 with two flat surfaces.
  • the pressing surface 44 of the mold half 42 has the depressions 46 complementary to the production of the aspherical refractive surface.
  • the first glass elements 33 are arranged, which are converted into ashärischen glass elements upon reaching the adhesive viscosity and the compression, so that a lens assembly 100 as shown in FIG. 6 is obtained.
  • the lens assembly 100 as shown in FIG. 6 is obtained.
  • Base body formed by the second glass element 30 and the enclosed by the aspheric lens surfaces volume 5 through the first glass elements 33.
  • the pressing surfaces 41, 43 are coated with a non-stick coating 45.
  • a layer of a release agent may also be used.
  • a bonding 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 skilful choice of
  • Press tool coating reduces the adhesive viscosity to the mold. This makes it possible to heat the mold 40 so far that the contact point between the
  • a release agent can be used, which is easily polished off. If a release agent is used, then the mold, which with
  • Release agent is coated, much hotter to be driven.
  • Light entrance surface as at the light exit surface of the lens 3, or to provide the lenses 103.
  • Focusing the lens assembly 50 laterally displaced to the optical axis 51 or center axis of a downstream optics such as a fiber optic device is arranged.
  • the optical center of gravity 50 of the lens arrangement 100 and a corresponding laterally displaced optical axis 51 of a downstream optical system are shown in FIG.
  • none of the lenses 103 coincides with the optical axis 51 of the fiber / fiber bundle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein Linsen für Lichtquellen. Im Speziellen betrifft die Erfindung LED-Lichtquellen mit kollimierenden oder strahl formenden Linsen. Der Erfindung liegt 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. Es wird eine speziell geformte Linse und eine Anordnung einer solchen Linse mit einer von der Lichteintrittsfläche beabstandeten Lichtquelle vorgeschlagen.

Description

Kollimierte Lichtquelle und Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft allgemein Linsen für Lichtquellen. Im Speziellen betrifft die Erfindung LED-Lichtquellen mit kollimierenden oder strahl formenden Linsen.
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 imgf000003_0001
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 .
BESTÄTIGUNGSKOPIE 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.
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 Wei erbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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 (hLina6i( gesamt ) größer ist, als die Pfeilhöhe (hAugtritt ) 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 Vol men gilt:
Figure imgf000005_0001
wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der
asphärischen Lichtaustrittsfläche und Vlens das
Linsenvolumen bezeichnen.
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 imgf000006_0001
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. 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. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Linse und das Verfahren zur Herstellung einer
Beleuchtungseinrichtung mit einer solchen Linse basiert entsprechend darauf, dass eine Linse hergestellt wird, die eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche aufweist, wobei
- die Lichteintrittsfläche vorzugsweise plan und
- die Lichtaustrittsfläche konvex asphärisch geformt wird, und die Linse weiterhin vorzugsweise so geformt wird, dass - der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse zu deren Rand hin zunimmt, und wobei
- ein Material für die Linse verwendet wird, welches wenigstens an der Lichtaustrittfläche einen Wert von zumindest 1,70, vorzugsweise mindestens 1,75 aufweist, und wobei
- die Linse mit einer Gesamthöhe hergestellt wird, welche größer ist, als die Pfeilhöhe 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 wieder die oben angegebene Beziehung (2) gilt. Zur Herstellung der Beleuchtungseinrichtung wird weiterhin
- eine Lichtquelle mit zumindest einer Leuchtdiode
bereitgestellt und
- die Linse und die Lichtquelle so zueinander angeordnet, dass die Lichteintrittsfläche der Linse zur Leuchtdiode beabstandet ist . 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
Medium ausgefüllt sein, welches einen höheren
Brechungsindex als Luft aufweist, beispielsweise
Schutzlack, Silikon oder ähnlichem gefüllt sein.
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.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine weitaus höhere Lichtsammeieffizienz 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 . 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.
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°.
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=l,9 auf, kann sogar ein entsprechendes Verhältnis der Volumina von kleiner als 1/3 gewählt werden.
Der oben angegebene Brechungsindex von mindestens n=l,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. 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. 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 .
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 Vorvormling 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.
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. 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.
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
Temperaturausdehungskoeffizienten aGiasi / otGias2 gilt:
(3) lOciasi - α(3ΐ332 I ^ 0,2 X Oclasl ·
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. 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 Lichtsammeieffizienz 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. Im Falle mehrerer Leuchtdioden wird im Sinne der Erfindung die leuchtende Gesamtfläche der Leuchdioden, welche der Linse zugeordnet sind, als Lichtabstrahlfläche erachtet. Sind die Leuchtdioden beabstandet, so ist die Lichtabstrahlfläche im Sinne der Erfindung durch die kleinste konvexe Fläche gegeben, in welcher die Lichtabstrahlflächen der einzelnen Leuchtdioden vollständig enthalten sind.
Weiterhin hat sich überraschend gezeigt, dass die
Sammeleffizienz und damit die in Abstrahlrichtung erzielte Helligkeit besonders hoch ist, wenn die Brennweite der Linse so groß ist, 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. Mit anderen Worten ergibt sich damit eine positive hintere Schnittweite (engl, back-focal-length) , also ein positiver Abstand des Brennpunkts zur Linsenrückseite.
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.
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.
Eine erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung kann für allgemeine Beleuchtungszwecke verwendet werden. Besondere Anwendungsfeider liegen im Bereich medizinischer
Beleuchtungseinrichtungen, sowie für Projektoren.
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. Es zeigen:
Fig . 1 eine Linse für eine Beleuchtungseinrichtung,
Fig . 2 eine Beleuchtungsanordnung mit simuliertem
Strahlengang
Fig . 3 eine Linsenanordnung mit mehreren über einen
Grundkörper zusammenhängenden Linsen,
Fig . 4 eine Beleuchtungseinrichtung mit einer
Linsenanordnung gemäß Fig . 3 , Fig. 5 eine Pressform mit eingelegten Glaselementen zur Herstellung einer Linsenanordnung, und
Fig. 6 eine mittels der Pressform erhaltene
Linsenanordnung .
Fig. 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.
Das Volumen der Linse kann in zwei Teile untergliedert werden, die in Fig. 1 durch unterschiedliche Schraffüren 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 Fig. 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.
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 Fig. 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.
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.
Der Krümmungsradius der asphärischen Lichtaustrittsfläche 5 am Scheitelpunkt 14, der am Durchstosspunkt der optischen Achse 15 liegt, wird als Polradius bezeichnet. In Fig. 1 ist der Polradius 17 der Lichtaustrittsfläche 5 als Pfeil eingezeichnet. Dem Polradius 17 kann nun die in Fig. 1 eingezeichnete, gedachte Kugel 19 zugeordnet werden, deren Radius dem Polradius 17 entspricht.
Wie anhand von Fig. 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. 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=l,8 für den asphärischen Teil verwendet.
Wird ein noch höherbrechendes Material, zB. 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.
Die Form der asphärischen Lichtaustrittsfläche wird
vorzugsweise allgemein gemäß folgender Beziehung für eine rotationssymmetrische Fläche gewählt: (nach DIN ISO 10110)
Figure imgf000019_0001
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 α2η , 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.
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:
Figure imgf000019_0002
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.
Fig. 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.
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 Fig. 2 ein gedachter Lichtstrahl 200, welcher einen Öffnungswinkel von 30°, beziehungsweise einen Winkel von 15° zur optischen Achse hat, eingezeichnet.
Bei der in Fig. 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 Fig. 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.
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 Fig. 2 gezeigt, die Brennweite der Linse 3 so groß, 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 Fig. 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.
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.
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.
Die Linse 3, wie sie in Fig. 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.
Bei dem in Fig. 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 Fig. 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.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wurde eine
Leuchtdiode mit einer Abstrahlfläche von 1mm x 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 cc4 beträgt - 4,71584E-2, der Parameter ocs beträgt 4,13144E-3 und der Parameter a8 beträgt -l,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.
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.
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.
Eine solche Linsenanordnung 100 mit mehreren in einem gemeinsamen Grundkörper 101 vereinigten Linsen 103 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 3 eine
Aufsicht. Fig. 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. Diese Anordnung bietet neben dem kompakten Aufbau auch den Vorteil, dass die Positionen der
Leuchtdioden 22 in einem Schritt zu den Positionen der optischen Achsen der Linsen ausgerichtet werden können. Dies senkt den Justageaufwand gegenüber einer Anordnung von Einzellinsen, die jede für sich zur zugeordneten
Leuchtdiode auszurichten sind, erheblich.
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. Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren für eine solche Linsenanordnung 100 beschrieben, welches analog auch für die Herstellung von Einzellinsen entsprechend der
Ausführungsbeispiele der Fig. 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.
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 Temperaturausdehungskoeffizienten verwendet, für die insbesondere die oben angegebene
Beziehung (3) gilt.
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. 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 .
Fig. 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.
In den Vertiefungen 46 werden die ersten Glaselemente 33 angeordnet, die beim Erreichen der Klebeviskosität und dem Verpressen zu ashärischen Glaselementen umgeformt werden, so dass eine wie in Fig. 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. 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.
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.
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.
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.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungseinrichtung, insbesondere mit einer Linsenanordnung, wie sie etwa in Fig. 4 gezeigt ist, kann weiterhin als hocheffiziente Lichtquelle für faseroptische Beleuchtungsanwendungen eingesetzt werden.
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 Fig. 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.
Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern vielmehr im Rahmen der Ansprüche variiert werden kann. Bezugszeichenliste
1 Beleuchtungseinrichtung
2 Lichtstrahl
3 Linse
5 asphärische Lichtaustrittsfläche
7 von 5 umschlossenes Volumen
9 plane Lichteintrittsfläche
11 axialer Abschnitt von 3 zwischen 13 und 9
12 Pfeilhöhe von 3
13 Rand von 5
14 Scheitelpunkt
15 optische Achse von 3
16 Gesamthöhe von 3
17 Polradius
19 gedachte Kugel mit Radius 17
21 Lichtquelle
22 Leuchtdiode
24 Lichtabstrahlfläche von 22
26 lichtaustrittsseitiger Brennpunkt von 3 28 Abstand von 24 zu 9
30, 33 Glaselemente
35 Träger
37 Halterung
40 Pressform
41, 42 Pressformhälften
50 optischer Schwerpunkt von 100
51 optische Achse einer nachgeschalteten Optik 90 plane Seite von 101
100 Linsenanordnung
101 Grundkörper von 100
103 Linsen von 100
200 gedachter Lichtstrahl mit 30° Öffnungswinkel

Claims

Patentansprüche
1. Kollimierende Linse zur Kollimation des
Lichtstrahls einer Lichtquelle, welche
- eine Lichteintrittsfläche und
- eine Lichtaustrittsfläche aufweist, 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 aufweist, und
- die Gesamthöhe der Linse (3) größer ist, als die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche (5) , wobei
- die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche (5) 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 (9) bis zum Rand der Lichtaustrittsfl gegeben ist, wobei für das
Volumen gilt: i
Figure imgf000031_0001
wobei ro den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und Vi, ens das
Linsenvolumen der Linse (3) bezeichnen. 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: r0 < l— Vlem ,
V 4
wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und Viens das Linsenvolumen der Linse (3) bezeichnen.
Beleuchtungseinrichtung (1) nach einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel der Linse (3) größer als 30 beträgt .
Beleuchtungseinrichtung gemäß vorstehendem
Anspruch, wobei die Lichteintrittsfläche (9) 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.
Beleuchtungseinrichtung (1) gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Brennweite der Linse (3) so groß ist, 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.
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.
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.
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.
Verfahren zur Herstellung einer
Beleuchtungseinrichtung (1) zur Erzeugung eines kollimierten Lichtstrahls (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 9, bei welchem
- eine Lichtquelle (21) mit zumindest einer
Leuchtdiode (22) bereitgestellt und
- eine Linse (3) hergestellt wird,
wobei die Linse (3) eine Lichteintr.ittsflache (9) und eine Lichtaustrittsfläche (5) aufweist, wobei
- die Lichteintrittsfläche (9) plan und
- die Lichtaustrittsfläche (5) konvex asphärisch geformt wird, und die Linse (3) weiterhin so geformt wird, dass
- der Krümmungsradius vom Zentrum der Linse (3) zu deren Rand hin zunimmt, und wobei
- ein Material für die Linse (3) verwendet wird, welches wenigstens an der Lichtaustrittsfläche (5) einen Wert von zumindest 1,7 aufweist, und wobei
- die Linse mit einer Gesamthöhe hergestellt wird, welche größer ist, als die Pfeilhöhe der
Lichtaustrittsfläche (5) , wobei die Pfeilhöhe der Lichtaustrittsfläche (5) sich bemisst anhand der axialen Distanz zwischen Scheitelpunkt und Rand de: 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
Volumen gilt: r0 < i
Figure imgf000036_0001
wobei r0 den Krümmungsradius am Scheitelpunkt der asphärischen Lichtaustrittsfläche (5) und Vieng das Linsenvolumen bezeichnen, und wobei
- die Linse (3) und die Lichtquelle (21) so
zueinander angeordnet werden, dass die
Lichteintrittsfläche (9) der Linse (3) zur
Leuchtdiode (22) beabstandet ist.
11. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Linse (3) das Verpressen, insbesondere das Blankpressen eines ersten Glaselements auf einer planen Seite eines zweiten Glaselements, welches zwei
gegenüberliegende planparallele Flächen aufweist, umfasst, wobei
- das erste Glaselement (33) zu einer Asphäre umgeformt wird, dessen Oberfläche die
Lichtaustrittsfläche (5) der Linse (3) und die der Fläche des zweiten Glaselements, auf welcher das erste Glaselement aufgepresst wird,
gegenüberliegende Fläche die Lichteintrittsfläche (9) der Linse (3) bildet, und wobei
- beim Verpressen an der Grenzfläche zwischen den beiden Glaselementen (30, 33) die Klebeviskosität unterschritten wird.
12. Verfahren gemäß einem der zwei vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen der Linse (3) das Aufeinanderpressen zweier Glaselemente (30, 33) und deren direkte Verklebung unter Erweichung zumindest eines der Gläser umfasst, wobei gleiche Gläser verwendet werden oder für die
Temperaturausdehungskoeffizienten aGiasi otGias2 der Gläser der Glaselemente gilt:
" aGlas2 | - 0 , 2 X Ociasl ·
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