用于机动车照明应用的光学透镜封装的制作方法

本发明涉及光学透镜封装，特别地用于LED光源，所述透镜封装具有包括底座、与底座相对的中心表面区段和在中心表面区段与底座之间延伸的外围表面区段的透镜主体，所述中心表面区段关于透镜封装的光轴定心并且至少在包括光轴的第一截面平面中具有凸形形状。

本发明的主要应用领域是机动车信号照明的领域。在机动车信号照明中，许多测试场景要求发射光的侧面可见性。这意味着至少在方向空间的一个截面中，光必须定向到关于中心照明方向或轴线的高角度以提供从例如-85°到85°的可见性，而高强度值的中心光束仅从例如从中心轴线测量的-20°延伸到20°。LED封装（LED：发光二极管）是公知的，其提供针对机动车信令要求的良好中心光束，其从例如从中心轴的-20°延伸到20°。

在使用具有封装光学器件的机动车信令LED的情况下，没有附加的分离光学器件是必要的以利用合理数目的LED和适度光通量形成良好合法光束。US 7,993,035 B2公开了一种用于狭窄分布图案的非球面LED成角透镜。该非球面透镜具有入口侧的凹形形状和透镜的相对侧的凸形表面形状。通过使用这样的非球面形状，由光源发射的光被准直以实现大于15°且小于30°的狭窄角度圆形分布图案。然而，这样的光学透镜封装不满足侧面可见性要求。需要附加的次级光学器件以使光转向到远离光轴的方向上，例如延伸直到+/-85°。提供侧面可见性光学器件的附加努力可以是明显的，因而增加这样的光学系统的成本。

US 2008/0239722公开了一种用于光照的LED装置，其提供有定位在LED之上的第一透镜和围绕初级透镜的次级透镜。初级透镜具有中心轴线。次级透镜具有主周界表面，其具有平行于中心轴线并且远离中心轴线的参考轴线。主周界表面向下和向内投影到脊线。脊线关于中心轴线与大角度对向。由于主周界表面，用于光照的装置具有偏好侧，对此光定向在横向偏置的方向上并且极少或没有光朝向非偏好侧定向。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种光学透镜封装，特别地用于利用LED或其它小光源的机动车照明应用，其除了狭窄中心光束之外还包括侧面可见性而没有明显的附加成本。

该目的利用根据权利要求1的光学透镜封装实现。透镜封装的有利实施例是从属权利要求的主题或者在优选实施例和描述的随后部分中描述。本发明还涉及光学模块以及包括具有所述光学透镜封装的LED芯片的信令设备。

所提出的光学透镜封装具有光学透明的透镜主体，其包括底座、与底座相对的中心表面区段以及在中心表面区段与底座之间延伸的外围表面区段。中心表面区段关于透镜封装的光轴定心并且至少在包括光轴的第一截面平面中具有凸形形状。光学透镜封装的特征在于，外围表面区段的至少部分在所述第一截面平面中具有凹形形状。术语“底座”在该上下文中不限于任何几何形式，而是仅指代与中心表面区段相对的透镜主体的侧面。该光学透镜封装优选地与作为光源的LED或LED模块一起使用。中心凸形表面区段在对应截面平面中产生至少部分准直的光束。外围表面区段的凹形部分在对应的截面平面中添加具有宽角度扩展之上的明显较低强度的次级光束。

由于进入凹形部分的光的该角度扩展，提供了发射光的所要求的侧面可见性，其可以取决于凹形部分的设计而高达从光轴的例如+/-85°。由于所提出的光学透镜封装不要求任何附加光学器件，因此可以在没有明显附加成本的情况下提供侧面可见性。可以以已知方式通过模制过程或者还利用其它技术来制作透镜封装，例如通过单点金刚石研磨或通过使用激光烧蚀的自由形式制造。

在优选实施例中，所提出的光学透镜封装实现在单个LED中、在一个单元中包含一个或若干LED的模块中、或在包含一个或若干LED的照明器中。透镜封装优选地围封承载LED芯片的芯片载体的部分，即LED芯片完全浸没在透镜封装的透明透镜主体中。对应的光学模块优选地包括若干LED芯片，每一个LED芯片安装在分离的芯片载体上或对所述LED芯片中的若干个或全部公共的芯片载体上。LED芯片中的每一个然后包括所提出的透镜封装。透镜封装可以附连到LED芯片或芯片载体，或者LED芯片与芯片载体一起被透镜封装围封，例如浇铸。这样的光学模块可以是信令设备的部分，例如转向灯。

中心表面区段可以设计成具有总体凸形形状并且还可以设计成仅在一个（第一）截面平面中提供复杂形状。这同样适用于外围区段的凹形部分。透镜封装可以具有旋转对称或椭圆形状。其它形状也是可能的。椭圆形状通过具有两个垂直的不同限定截面来生成，二者包含光轴。透镜的表面然后由这两个限定截面之间的椭圆插值限定。椭圆透镜用于形成非对称光束，其在两个限定截面的截面平面（在本发明中还称为第一和第二截面平面）中具有不同范围。根据本发明的透镜具有至少一个截面（第一截面），其具有中心凸形和外围凹形区段。根据本发明，透镜可以关于该截面旋转对称。透镜还可以具有椭圆形状，根据本发明，其具有限定截面之一，即凸形中心表面区段和凹形外围部分，以及仅具有凸形中心表面区段的另一限定截面。透镜还可以具有椭圆形状，根据本发明，其具有限定截面二者，即凸形和凹形形状，但是两个截面中的凹形形状彼此不同并且两个截面中的凸形形状也彼此不同。透镜封装的形状选择取决于所期望的射束图案和侧面可见性。

透镜封装优选地设计用于其中光源以指定定位布置在光轴上的应用。当光源浸没在透镜主体中时，该指定定位可以是透镜主体内部，或者还可以是靠近底座的透镜主体的外部。在后一种情况中，优选地浸没介质，例如硅树脂，布置在光源与底座之间以便避免透镜主体中的入口处的光的反射。中心表面区段然后优选地设计成收集在关于光轴的0°角度与45°和60°之间的角度之间的光源所发射的光并且使该所收集的光准直到关于光轴的10°与35°之间的角度。凸形形状表面区段因而使该所收集的光部分地准直到高光通量的中心光束。凹形部分设计成收集在关于光轴的45°和60°之间的角度（取决于凸形形状区段的收集角度）与60°和75°之间的角度之间的光源所发射的光，并且扩展该所收集的光以在关于光轴的60°与85°之间的最大角度处离开透镜封装。这可以通过对凹形部分进行适当布置和尺寸设计以在以上角度范围之下收集从光源发射的光，并且通过针对所期望的光扩展适当地选择凹形部分的曲率以实现具有以上最大发射角度的所期望的次级光束来实现。

受凸形形状表面区段影响的中心（准直）光束中的光量典型地在全光束（即中心和次级光束的组合）中的光的70%至95%之间。轴上的发光强度与外围次级束内部的强度方面的差异在10:1直至1000:1的范围中。

所提出的光学透镜封装优选地使用在机动车信号照明中。无论如何，透镜封装还可以使用在其它照明应用中，特别地在其中中心光束被限域到小于+/-30°的锥体并且要求次级光束延伸明显超出所述角度的所有领域中。中心光束使用总体光通量的主要部分并且次级光束仅取总体光通量的一小部分。

附图说明

在下文中通过示例的方式结合附图来描述所提出的光学透镜封装。各图示出：

图1是所提出的光学透镜封装的示例的截面视图；

图2是示出光源的不同光线的通路的所提出的光学透镜封装的示例的截面视图；

图3是具有两个不同截面的所提出的光学透镜封装的实施例的示意性视图。

具体实施方式

图1示出所提出的光学透镜封装1的示例的截面视图，其在该示例中部分地围封承载作为光源的LED芯片3的芯片载体2。LED芯片3完全浸没在光学透镜封装1的透镜主体中。该光学透明的透镜主体具有凸形形状的中心表面区段4，其与透镜主体的底座7相对布置并且关于透镜封装的光轴5定心。在凸形形状表面区段4的延伸部中，透镜主体还包括具有凹形形状部分6的外围表面区段，其在该情况下直接毗邻凹形形状表面区段4。透镜主体的该凹形形状部分6专用于提供用于具有白色角度范围的次级外围光束的光。中心凸形形状表面区段4产生中心准直光束。凹形形状部分6添加在宽角度扩展之上具有明显较低强度的次级光束。

图2示出由光源（LED芯片3）发射的示例性光线的通路的视图。由光源发射的光线在它们穿过透镜主体的表面时被折射。透镜主体的凸形形状中心表面区段4在光轴5（线o-a）上开始并且延伸到线o-b。尽管这仅是指透镜封装的截面视图的右侧，但是这同样对称地适用于左侧。光轴5与线o-b之间的角度典型地在45°与60°之间的范围中。透镜主体在该截面平面中的凹形部分6在点b处开始并且延伸到线o-c。线o-c与光轴5之间的角度典型地在60°与75°之间。如可以从图中看到的，凸形形状中心表面区段4形成准直光束，其具有通过表面处的折射从线o-b上的射线产生的线b-d上的外射线。线b-d到光轴的角度典型地在10°与35°之间。凹形部分6形成扩展光束，其具有通过表面处的折射从线o-c上的射线产生的线c-e上的外射线。线c-e到光轴5的角度典型地在60°与85°之间。如可以从该图看到的，凹形部分6在点o处扩展由光源发射的光的小部分，使得关于光轴5的最大角度增加，因而将发射光的侧面可见性增加到这样的大角度。

图3示出所提出的光学透镜封装的两个垂直截面平面A，B的视图。两个截面平面A，B包括光轴5。所提出的光学透镜封装可以关于这两个截面平面以不同方式设计。由于所提出的透镜封装的透镜主体必须具有带中心凸形形状和外围凹形形状部分的一个截面，因此三个不同配置是可能的：

a）透镜关于具有根据本发明的凸形形状和凹形形状部分的截面旋转对称。

b）透镜具有椭圆形状，其具有根据本发明的限定截面之一（第一截面），即具有凸形形状和凹形形状部分，以及仅包括凸形形状部分而没有凹形形状部分的另一限定截面（第二截面）。这样的实施例的示例在图3中示出，其中第一截面在截面平面B中并且第二截面在截面平面A中。

c）透镜具有椭圆形状，其具有根据本发明的两个限定截面，即具有凸形形状和凹形形状部分，但是不同于彼此。这意味着，两个截面平面A和B中的凸形形状部分彼此不同。两个截面平面A和B中的凹形形状部分在该情况下也可以不同于彼此。

虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为是说明性或示例性而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。特别地，权利要求8至10的特征可以与彼此以及与所有其它权利要求的特征自由组合。权利要求中的任何参考标记不应当解释为限制本发明的范围。

参考标记列表：

1 光学透镜封装

2 芯片载体

3 LED芯片

4 凸形形状表面区段

5 光轴

6 凹形形状部分

7 底座

A 第一截面平面

B 第二截面平面。