专利名称：光学元件的制作方法
技术领域：
本发明主要地涉及照明领域。具体而言，本发明涉及一种基于发光二极管(LED) 的光学元件，该光学元件例如可以在灯具中利用或者可以自行用作在织物等中包含的发光器件。
背景技术：
用于指示目的的发光二极管已被长期使用，但是高亮度LED (例如具有如下亮度的LED，该亮度高到足以实现各种位置(比如房间)的普通光照)已经在短时间段内引起 LED和照明应用市场中的明显增长。高亮度LED—般与小尺寸、相对高功效(和关联的低温)、相对长的寿命、宽色域和控制简易关联。自然地，这样的LED在开发新照明应用时对照明设计者而言是重要的。这样的LED也可以用来取代常规光生成设备(比如有灯丝的灯泡或者卤素灯)。这样的LED—般也能够发射各种颜色的光。因此，随着LED性能提高并且LED成本减少，LED有望在显著程度上取代诸如白炽灯和荧光管之类的常规光源。另外， LED与这样的常规光源相比一般是紧凑的。例如LED可以有如此之小的尺寸以至于使LED阵列能够布置于衣物、手提包、背包、家具覆盖物、地毯、窗帘、门帘等的表面上。为了使用这样的LED来高效实现不显眼照明解决方案，不仅需要具有相对小尺寸的光源，而且需要用于传送来自光源的光并且在表面之上或者在整个空间内分布光的装置。已知光导用于扩展和传送光。一般而言，来自LED的光注入到光导的一侧中并且借助光析取装置从光导的另一侧显现。为了向薄光导(比如薄光学纤维或者薄塑料片)中注入来自LED的光，来自LED的光束一般必须适当成形，因为LED的典型发光面积约为lxlmm2，而光学纤维的典型直径约为100 μ m并且用作光导的薄塑料片的典型厚度可以约为200 μ m。具体在波束成形领域中，所谓的次级光学器件(比如透镜和/或镜)的新选项已经变得可用，其中光学元件与用于将LED的发射图案(经常为兰伯特(Lambertian))转换成另一所需图案(比如窄锥形图案)的LED接近定位。一般而言，这样的次级光学器件由一个或者多个LED与分离的光束成形元件的组合构成。因此，两个或者更多部件一般必须相对于彼此定位于所需位置以便实现所需波束成形并且准确和安全地维持于所需位置。这样的解决方案因此可能带来关于组装和/或使用的机械困难。一般而言，可用的次级光学器件相对大，尤其是与LED的发光面积相比。与LED的通常约为Ixlmm2的发光面积相比，次级光学器件的典型直径范围可以从约20mm至约50mm， 而次级光学器件的厚度范围可以通常从约IOmm至约20mm。因此，这样的次级光学器件一般相对笨重和/或显眼。
发明内容
正是关于上述考虑和其它考虑而做出本发明。具体而言，发明人已经认识到将希望实现如下光学元件，其中可以在可以相对容易组装并且相对于彼此维持于所需位置的集成解决方案中提供一个或者多个LED和附加光学器件。另外，发明人已经认识到将希望实现如下光学元件，其中可以在与已知设备相比相对薄和紧凑的集成解决方案中提供一个或者多个LED和附加光学器件，从而可以向诸如光学纤维、光学纤维阵列、带形光导结构等的薄光导中注入来自一个或者多个LED的光。为了更好地解决这些关注事项中的一项或者多项，提供具有在独立权利要求中限定的特征的光学元件。在从属权利要求中限定本发明的进一步有利实施例。根据本发明第一方面，提供一种包括至少一个光导的光学元件。光学元件包括至少一个LED和光学耦合器，光学耦合器适于将至少一个LED光学地耦合到至少一个光导的至少一个输入表面部分。光学耦合器包括至少一个光角度选择透射反射器(light-angle selecting transflector)，该至少一个光角度选择透射反射器适于至少部分反射在相对于至少一个LED的表面法线的预定角度区间内在至少一个光角度选择透射反射器上入射的光，并且至少部分透射在预定角度区间以外在至少一个光角度选择透射反射器上入射的光。换言之，本发明基于如下的至少一个LED，该至少一个LED借助如下光学耦合器光学地耦合到至少一个光导，该光学耦合器充当用于从至少一个LED发射并且在光学耦合器上入射的光的角度滤光器。发明人已经认识到如下文进一步描述的那样，通过这样的配置，至少一个光导可以相对薄，该至少一个光导通常降至LED发光表面的边的约30% (例如对于具有约Ixlmm2发光面积的LED而言约为0. 3mm)而无明显光损耗。这与如下常规次级光学器件对照，该次级光学器件通常具有从约IOmm至约20mm的厚度范围。至少一个光导可以例如包括适于引导光的伸长元件。预定角度区间可以使得耦合到至少一个光导中的光在至少一个光导的表面部分满足全内反射(TIR)条件。换言之，光角度选择透射反射器可以充当如下角度滤光器，该角度滤光器比如用于反射未满足光导中的IlR条件的光而透射满足光导中的IlR条件的光， 由此实现用于光学元件的相对高的光学效率。后一种光然后可以经由HR通过光导传播。适于引导光的伸长元件可以例如包括一个或者多个元件，诸如接线、管、一个或者多个单独纤维、带、线缆等。特定的元件选择可以基于用户、容量、应用和/或设计要求。借助这样的光学耦合器，可以制成与一个或者多个LED组合的LED光重定向结构的相对薄和紧凑的组件，该组件可以用于提供不显眼和/或普遍的光照。这样的组件或者这样的组件的阵列可以例如用在纤维阵列(例如织物)中(例如编织到这样的纤维阵列中)以用于在衣物、地毯、门帘、百叶窗、家具覆盖物等中提供不显眼和/或普遍的光照源。光学元件的一些或者所有部件可以借助比如折射率匹配硅树脂粘合剂之类的折射率匹配粘合剂耦合在一起，该折射率匹配粘合剂可以提供光学接触(例如提高从至少一个LED的出光率、消除光学菲尼尔损耗等并且同时提供光学元件的部件组件的机械稳定性)。至少一个LED可以被配置成发射红、绿或蓝光。可以用诸多方式(包括键合和非键合配置)实现参照本发明的一些实施例的在前文中和在下文中提及的光学耦合。可以例如借助适当粘合剂、在将要相互光学耦合的元件或者部件之间布置的(薄)光学传导层等来实现在元件或者部件之间的光学耦合。每个这样的布置可以具有适当的折射率以用于对将要光学地耦合在一起的元件或者部件进行折射率匹配。根据本发明第二方面，提供一种包括至少两个光导的光学元件。光学元件包括配置成发射白光的至少一个LED。至少一个LED光学地耦合到至少一个光导之一的至少一个输入表面部分。光学元件包括至少一个反射器。至少两个光导中的每个光导包括适于将相应光导光学地耦合到另一光导的重叠表面部分。因此，光学元件包括至少两个重叠表面部分，至少两个重叠表面部分被布置于堆叠配置中。至少一个反射器耦合到包括重叠表面部分的光导，重叠表面部分参照至少一个重叠表面部分的堆叠方向位于与包括至少一个输入表面部分的光导的重叠表面部分相距最远处。至少两个光导中的每个光导可以例如包括适于引导光的伸长元件。至少一个反射器可以是镜面的。可能难以针对白光全谱范围实现比如参照本发明第一方面描述的包括角度滤光器的光学耦合器。在根据本发明第二方面的光学元件中缺乏这样的角度滤光器，该角度滤光器被设计成抑制未满足光导中的全IlR条件的光。然而通过反射器及其相对于至少一个光导和至少一个LED的布置来防止未满足光导中的IlR条件的光直接离开光导而未经由 IlR通过光导传播。以这一方式，用于根据本发明第二方面的光学元件的光学效率可以处于可与用于根据本发明第一方面的光学元件的光学效率相当的水平。换言之，反射器这一特征提供对抑制未满足光导中的IlR条件的光线这一问题的解决方案。这一特征基本上对应于根据本发明第一方面的光学元件中的包括至少一个光角度选择透射反射器的光学耦合器这一特征。因此，反射器这一特征和包括至少一个光角度选择透射反射器的光学耦合器这一特征提供用于抑制未满足光导中的IlR条件的光线的手段。借助这两个特征，根据本发明第一方面和第二方面的光学元件分别可以用替代方式提供相对薄的集成光学元件。因此，根据本发明第二方面的光学元件提供对根据本发明第一方面的光学元件解决的问题(即实现用于光学元件的相对高的光学效率)的替代有利解决方案。借助根据本发明第二方面的光学元件，可以实现与根据本发明第一方面的光学元件的优点相同或者相似的优点。根据本发明第二方面的光学元件的一些或者所有部件可以借助比如折射率匹配硅树脂粘合剂之类的(光学)折射率匹配粘合剂耦合在一起，该折射率匹配粘合剂可以提供光学接触(例如提高从至少一个LED的出光率、消除光学菲尼尔损耗等并且同时提供光学元件的部件组件的机械稳定性)。在本发明一些实施例的情形中，配置成发射白光的LED是指能够发射基本上在白光全谱范围内的白光的LED，比如磷光体转换的蓝LED。在本发明一些实施例的情形中并且关于相互耦合的部件，术语“耦合”并不限于理解为直接耦合而且涵盖具有中间部件的功能性耦合。例如一方面，如果第一部件的光学输出耦合到第二部件的输入，则这包括直接耦合。另一方面，如果部件代之以经由一个或者多个附加部件向第二部件的输入直接供应从第一部件输出的光学输出，则也耦合第一部件和
第二部件。根据本发明第三方面，提供一种包括根据本发明第一方面或者第二方面或者其任何实施例的光学元件的发光设备。
根据本发明第四方面，提供如下纤维阵列，该纤维阵列包括并入到阵列中的根据本发明第一方面或者第二方面或者其任何实施例的至少一个光学元件。这样的纤维可以例如包括或者是光学纤维。这样的纤维阵列可以并入到(例如编织到)衣物、织物等(例如所谓的“光子织物 “中)以用于在衣物、门帘、家具覆盖物、窗帘等中传送和分布光。根据本发明的一个示例实施例，光学元件包括至少两个光导。两个光导中的每个光导可以在重叠表面部分处光学地耦合到至少一个其它光导，重叠表面部分被布置于堆叠配置中，并且至少两个光导在未重合方向上纵向延伸。通过这样的配置，可以在相对薄和紧凑的集成解决方案中提供一个或者多个LED 和附加光学器件，因此它们可以独自或者组合用于在嵌入于各种环境中(比如衣物、手提包、背包、窗帘、门帘等的表面上)之时提供不显眼和/或普遍的光照。鉴于前文并且依赖于特定的用户需要和/或应用要求，至少一个光导可以例如包括带形光导结构。取而代之或者可选地，至少一个光导可以包括与至少一个光导的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维。取而代之或者可选地，至少一个光导可以包括与至少一个光导的纵向方向基本上平行布置的至少一个光引导纤维。至少一个光引导纤维的至少一部分可以在纵向方向上包括基本上矩形横截面。至少一个光导可以包括如下光导，该光导包括紧接前文描述的配置的任何组合。如在前文中所示，可以运用具有大体上圆形横截面的一个或者多个相对厚的光引导纤维，其中光引导纤维的至少一部分已经局部地平滑变形成基本上矩形横截面。例如具有宽度W和高度H的矩形可以变形成具有半径R= [HW/π] 5的圆并且反之亦然。发明人已经认识到这样的配置可以对随后从光导耦合输出的光束形状具有有益的校准效果。至少一个输入表面部分可以与相应光导的重叠表面部分对准。至少一个光导可以包括与至少一个光导的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维，其中光导纤维中的至少一个在纵向方向上的横截面与其它光导纤维在纵向方向上的横截面相比具有不同尺寸和/或形状。这样的配置可以实现降低几何光学损耗。例如考虑多个光引导纤维中的每个光引导纤维在纵向方向上具有基本上圆形横截面这样的情况。当这些光引导纤维并排布置于阵列中时，在相邻光引导纤维之间将不可避免地有某一空白或者空余空间，该空间一般不能用于引导光。通过在阵列中提供在纵向方向上具有不同横截面的光引导纤维，可以减少在相邻光引导纤维之间的空白空间的量，因此可以减少几何光学损耗。根据本发明的一个示例实施例，在光学元件中包括的至少两个光导可以在参照彼此正交的方向上纵向延伸。以这一方式，包括一个或者多个LED和附加光学器件的集成解决方案可以相对容易与其它光学元件组合以便例如创建互连的光学元件的网络。因此通过这样的配置可以有助于构建或者构造这样的互连光学元件的网络。光学元件可以包括第一镜面反射器，该第一镜面反射器耦合到包括重叠表面部分的光导，重叠表面部分参照重叠表面部分的堆叠方向位于与包括至少一个输入表面部分的光导的重叠表面部分相距最远处。这样的配置可以实现增加对如下光线的抑制，这些光线未满足第一镜面反射器耦合到的光导中的IlR条件。在比如前文已经描述的角度滤光器存在于光学元件中的情况下，可以无需第一镜面反射器用于抑制如下光线，该光线未满足第一镜面反射器耦合到的光导中的IlR条件，因为镜面滤波器一般仅透射满足光导中的IlR条件的光。然而这样的第一镜面反射器还可以附加地提高光学元件的稳健性和/或机械稳定性。第一镜面反射器可以耦合到与第一反射器耦合到的光导的重叠表面部分相向的表面部分。以这一方式，第一镜面反射器可以与至少一个输入表面部分对准，这继而可以增加抑制如下光线的效率，这些光线未满足第一镜面反射器耦合到的光导中的TIR条件。光学元件可以包括至少一个横向镜面反射器，该至少一个横向镜面反射器耦合到至少一个光导的至少一个横侧表面。以这一方式，可以减少光经过至少一个光导的横侧表面逃逸所致的横向光学光损耗。这又可以实现提高光学元件的光学效率。根据本发明的一个示例实施例，至少两个光导在未重合的方向上纵向延伸。至少一个反射器可以耦合到与至少一个反射器耦合到的光导的重叠表面部分相向的表面部分。以这一方式，至少一个反射器可以与至少一个光导之一的至少一个输入表面部分对准，这继而可以增加抑制如下光线的效率，这些光线未满足第一镜面反射器耦合到的光导中的TIR条件。光学元件可以包括至少一个回反射器(有时称为回反射器)。在本发明一些实施例的情形中，回反射器意味着如下器件，该器件将光反射回到光的入射方向上而光的散射最少。这样的回反射器可以用来有助于抑制如下光线，这些光线未满足光导中的IlR条件。在与光导相向的回反射器表面上入射的光线可以发送回到光导中，并且光随后在LED 的微观粗糙表面处重新散射。这样的回反射器可以例如包括具有相对高折射率的一个或者多个微锥体阵列或者一个或者多个微半球阵列。光学元件中的至少一个光导可以包括光学地耦合到至少一个光析取器或者与至少一个光析取器相邻布置的输出表面部分。如前文和下文参照本发明一些实施例提及的第一部件或者元件与第二部件或者元件相邻的布置意味着第一部件和第二部件或者第一部件和第二部件的表面部分分别未相互直接接触而是由适当材料或者介质(例如气隙)相互间隔。这样的间隔与第一部件和 /或第二部件的尺度相比可以是小的。借助一些示例实施例在下文中描述本发明的更多目的和优点。注意本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。
下文将参照以下附图描述本发明的一些示例实施例，在附图中图IA是根据本发明一个示例实施例的光学元件的一部分的示意图；图IB是根据本发明一个示例实施例的光角度选择透射反射器的透射率随着在光角度选择透射反射器上入射的光的入射角而变化的图形；图IC是图示了根据本发明一个示例实施例的工作原理的图形；图2A是根据本发明一个示例实施例的光学元件的部件的示意透视图；图2B是根据本发明一个示例实施例的光学元件的部件的示意分解透视图2C是根据本发明一个示例实施例的光学元件的示意分解透视图；图2D是根据本发明一个示例实施例的光学元件的示意分解透视图；图2E是图2C中所示光学元件沿着两个光导之一的纵向方向的示意横截面图；图2F是图2C中所示光学元件沿着另一光导的纵向方向的示意横截面图；图3A是根据本发明一个示例实施例的光学元件的示意横截面图；图IBB是根据本发明一个示例实施例的光导沿着光导的纵向方向的示意横截面图；图3C是根据本发明一个示例实施例的光导沿着光导的纵向方向的示意横截面图；以及图4A和4B是根据本发明一些示例实施例的光学元件的示意横截面图；图5A是根据本发明一个示例实施例的发光器件的示意框图；图5B是根据本发明一个示例实施例的发光器件的示意图；以及图6A和6B是根据本发明一些示例实施例的纤维阵列的示意图。在附图中，相同参考数字在所有视图中表示相同或者相似单元。
具体实施例方式现在下文将参照其中示出了本发明一些示例实施例的附图更完全地描述本发明。 然而本发明可以用诸多不同形式来实施而不应理解为限于这里阐述的实施例；实际上，通过示例提供这些实施例，从而本公开内容将是透彻的并且向本领域技术人员完全传达本发明的范围。另外，相似参考数字通篇指代相同或者相似单元或者部件。现在参照图1A，示出了光学元件100的一部分的示意图。光学元件100包括LED 101，该LED 101借助由参考数字103表明的虚线矩形大体上表示的光学耦合器耦合到光导 102的输入表面部分102a，该光学耦合器103包括例如由比如图IA中所示多个电介质层构成的至少一个光角度选择透射反射器104。如图IA中进一步所示，图IA示出了光导102的一部分和光角度选择透射反射器104的一部分。光角度选择透射反射器104和LED 101可以借助光学耦合器103中包括的折射率匹配粘合剂(比如折射率匹配硅树脂粘合剂)的层105耦合在一起。光角度选择透射反射器104适于至少部分反射在光角度选择透射反射器104上入射的、在参照LED 101的表面法线的预定角度区间内的光(在图1中示出了光的一些光线路径)，并且至少部分透射在光角度选择透射反射器104上入射的、在预定角度区间以外的光。LED 101的表面法线意味着LED 101的发光表面的法线，其中该发光表面面向光学耦合器103。换言之，光学耦合器103的光角度选择透射反射器104可以充当角度滤光器，从而将具有在某一预定入射角以下的小入射角的光线反射回到LED 101中，而可以将在预定入射角以上的大入射角的光线透射到光导102中。LED 101可以装配于例如包括印刷电路板(PCB)等的支撑件106上。预定角度区间可以使得耦合到至少一个光导102中的光在光导的输出表面部分 102b处满足全内反射(TIR)条件。换言之，多层角度滤光器104可以反射未满足光导102 中的IlR条件的光而透射满足光导102中的TIR条件的光。后一种光然后可以经由IlR经过光导102传播并且例如借助一个或者多个出耦合元件和/或光析取器(图IA中未示出)耦合输出。现在参照图1B，示出了根据本发明一个示例实施例的光角度选择透射反射器或者多层角度滤光器104的透射率随着在多层角度滤光器104上入射的光的入射角θ而变化的图形。如前文中描述的那样，反射具有在某一预定角度θ。以下的入射角θ的光，而经过多层角度滤光器104透射具有在θ。以上的入射角θ的光。图IB中所示θ。的特定值仅为示例。进一步参照图1Α，大体上有如下最小厚度要求，光导102需要满足该最小厚度要求以便防止进入光导102的光从光导102的顶表面(与光导102的输入表面部分10 大体上相向的顶表面)反射回到LED 101中。例如根据第一几何估计，用于具有约Ixlmm2发光面积的LED的最小厚度将约为0. 79mm。现在参照图1C，示出了用于图示由LED生成的光经由光角度选择透射反射器(比如如前文中讨论的电介质多层角度滤光器)对光导的入耦合效率随着光导的厚度d而变化的图形。更具体而言，图IC中的图形示出了离开光学元件的相对光通量φ (也就是说，离开光学元件的光通量与来自LED的发光区域的总光通量之比)比对光导的厚度d。通过假设LED的发光面积为Ixlmm2而LED的反射率为65%，借助光学建模获得图IC中所示图形。 如图IC中可见，光导的厚度d可以减少至基本上在第一估计0. 79mm以下而无明显效率减少。现在参照图2A，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件的部件的示意透视图，该光学元件包括光学地耦合到LED 202的光角度选择透射反射器201或者多层角度滤光器(在图2A中仅示出了 LED 202的发光表面)。现在参照图2B，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件的部件的示意分解透视图。同样如图2A中所示，光学元件可以包括光学地耦合到LED(在图2B中未示出，参见图2A)的光角度选择透射反射器201或者多层角度滤光器。光学元件可以包括底部反射器203和/或顶部反射器204。如图2B中所示，底部反射器203和顶部反射器204可以各自分别包括用于反射从光学元件的由适于引导光的伸长元件(图2B中未示出，见图2C和/ 或2D)构成的光导的横侧表面逃逸的光的横表面部分203a、20;3b和2(Ma、204b，见图2C和 /或2D和以下描述。现在参照图2C，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件200的示意分解透视图。如图2C中所示，光学元件200可以包括光学地耦合到LED (图2C中未示出，见图2A) 的光角度选择透射反射器或者多层角度滤光器201。光学元件200可以包括底部反射器203 和/或顶部反射器204。如图2B中所示，底部反射器203和顶部反射器204可以各自分别包括分别用于反射从光导205、206的横侧表面逃逸的光的横表面部分203a、20;3b和20如、 204b。光导205、206中的每一个可以例如包括带形光导结构。如例如图2C中所示，光导205、206可以在未重合(例如参照彼此而正交)的方向上纵向延伸。现在参照图2D，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件200的示意分解透视图。与图2C中所示相同的参考数字表明的、参照图2D描述的光学元件200的部件与图 2C中的相应参考数字表明的部件相似或者相同。对照参照图2C描述的光学元件200，图2D中所示的光学元件200包括光导207，该光导207包括与光导207的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维207a(图2D中的参考数字仅表明少数光引导纤维)。如例如图2D中所示，光导205、207可以在参照彼此而正交的方向上纵向延伸。虽然这里描述的本发明示例实施例包括一个光导或者两个光导，但是这并非意味着限制本发明，本发明实际上涵盖如下实施例，这些实施例根据用户需要和/或应用要求包括任何数目的光导，例如三个、四个、五个、六个、八个或者十个光导。现在参照图2E，示出了参照图2C描述的光学元件200的示意横截面图。该图沿着光导205的纵向方向。与图2C中所示相同的参考数字表明的、参照图2E描述的光学元件200的部件与图2C中的相应参考数字表明的部件相似或者相同。如例如图2E中所示， LED202可以借助折射率匹配粘合剂(比如折射率匹配硅树脂粘合剂)的层208光学地耦合到光角度选择透射反射器201。光角度选择透射反射器201光学地耦合到光导206的输入表面部分206b。进一步参照图2E，两个光导205、206中的每个光导可以分别在光导205、206上的重叠表面部分20fe、206a处光学地耦合到另一光导。如图2E中所示，重叠表面部分20fe、 206a可以布置于堆叠配置中，S卩，一个重叠表面部分在另一重叠表面部分上面并且在相应重叠表面部分20fe、206a处耦合到另一重叠表面部分。现在参照图2F，示出了参照图2C描述的光学元件200的示意横截面图。该图沿着光导206的纵向方向。与图2C中所示相同的参考数字表明的、参照图2F描述的光学元件 200的部件与图2C中的相应参考数字表明的部件相似或者相同。参照图3A，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件300的示意横截面图。 该图沿着光学元件300中包括的光导305(见下文)的纵向方向。如图3A中所示，光学元件300可以包括光学地耦合到LED 302的光角度选择透射反射器301或者多层角度滤光器。光学元件300可以包括与参照图2C描述的底部反射器203和顶部反射器204相似的底部反射器303和/或顶部反射器304。进一步参照图3A，光学元件300可以包括由适于引导光的伸长元件构成的两个光导305、306。两个光导305、306中的每个光导可以分别在光导305、306上的重叠表面部分 30fe、306a处光学地耦合到另一光导。如图3A中所示，重叠表面部分30fe、306a可以布置于堆叠配置中，即，一个重叠表面部分在另一重叠表面部分上面并且在相应重叠表面部分 30fe、306a处耦合到另一重叠表面部分。如例如图3A中所示，光导305、306可以在参照彼此正交的方向上纵向延伸。如例如图3A中所示，LED 302可以借助折射率匹配粘合剂(比如折射率匹配硅树脂粘合剂)的层307光学地耦合到光角度选择透射反射器301。根据图3A中所示实施例，光导305可以包括与光导305的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维30恥。如例如图3A中所示，光引导纤维30 可以包括基本上圆形横截面。根据图3A中所示实施例，光导306包括带形光引导结构。在光导305中的相邻光引导纤维30 之间的区域可以包括折射率匹配粘合剂，比如折射率匹配硅树脂粘合剂。现在参照图3B，示出了根据本发明一个示例实施例的光导308的示意横截面图。该图沿着光导308的纵向方向。根据图:3B中所示实施例，光导308包括与光导308的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维308b，其中光引导纤维308b在纵向方向上的横截面具有不同尺寸。通过混合光导308中的具有不同尺寸横截面的光引导纤维308b，可以减少在相邻光引导纤维308b之间的空白或者空余空间数量，该空白或者空余空间可能对于引导光未必有用。以这一方式，可以减少光学元件的几何光学损耗。并非仅可以针对光导308中包括的光引导纤维变化横截面的尺寸，而是取而代之或者可选地可以出于减少在相邻光引导纤维308b之间的空白或者空余空间的数量这样的目的而变化横截面的形状(在图3B中未示出)。现在参照图3C，示出了根据本发明一个示例实施例的光导309沿着光导309的纵向方向的示意横截面图。在图3C中，描绘了光导308中包括的光引导纤维309b的示例配置。参照图4A，示出了根据本发明一个示例实施例的光学元件400的示意横截面图。 光学元件400包括光学地耦合到光导402的LED401，该光导402在光导402的输入表面部分40 处包括带形光引导结构。根据描绘的实施例，光学元件400还可以包括另一光导 403，该另一光导403包括带形光引导结构。光导402、403可以分别在光导402、403上的重叠表面部分402b、40;3b处相互光学耦合，重叠表面部分402b、40;3b布置于堆叠配置中。图4A中的图沿着光导402的纵向方向。如图4A中所示，可以布置光导402、403 使得光导402、403在未重合方向上(例如在参照彼此正交的方向上)纵向延伸。进一步参照图4A，光学元件400可以包括布置于光导403上的回反射器404。在回反射器404上面可以布置镜面反射器405。回反射器404可以包括微锥体阵列，该微锥体阵列包括多个微锥体40 (图4A中的参考数字仅表明一些微锥体)。取而代之或者可选地，这样的回反射器404可以包括微半球阵列，该阵列包括具有相对高折射率的多个微半球40 (见图4B)。参照图5A，示出了根据本发明一个示例实施例的发光器件500的示意框图。发光器件500包括根据本发明一个实施例的光学元件501。参照图5B，示出了根据本发明一个实施例的包括光学元件501的发光器件500的示意图。光学元件包括用于传送来自光学元件501的光的多个光学纤维502(图5B中的参考数字仅表明一些光学纤维)。以这一方式，可以提供局部光斑。参照图6A和6B，图示了根据本发明一些实施例的光学元件如何可以应用于所谓的光子织物中。例如光引导光学纤维可以与其它纤维组合并且编织到织物中。每个光学元件的LED可以用常规方式(例如经由包括传导纱线的织带或者经由柔性PCB (在图6A和6B 中未示出))连接到电源。参照图6A，示出了光引导纤维601的阵列600(的一部分)的示意图(图6A中的参考数字仅表明一些光引导纤维)，其中多个光学元件602并入到阵列600中。在图6B中描绘了替代或者可选的阵列配置。例如可以布置光引导纤维601从而使得可以例如通过向光引导纤维601提供磷光体/散射涂料的表面粗糙度结构或者点阵(在图6A和6B中未示出)或者另一类型的光析取器来沿着光引导纤维601的长度从光引导纤维601耦合输出光。总而言之，公开了一种光学元件，其中可以在可以相对容易组装并且相对于彼此维持于所需位置的集成解决方案中提供一个或者多个LED和附加光学器件。光学元件可以实现在与已知器件相比相对薄和紧凑的集成解决方案中提供一个或者多个LED和附加光学器件，从而可以向诸如光学纤维、光学纤维阵列、带形光导结构等薄光导中注入来自一个或者多个LED的光。 尽管已经在附图和前文描述中具体图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将视为示例或者举例而非限制；本发明并不限于公开的实施例。本领域技术人员在实现要求保护的本发明时根据对附图、公开内容和所附权利要求的研读可以理解和实现对公开的实施例的其它变化。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施这仅有的事实并未表明不能有利地利用这些措施的组合。权利要求中的任何参考数字不应理解为限制范围。
权利要求
1.一种光学元件(100 ；200 ；300)，包括至少一个光导(102 ；205，206，207 ；305，306 ；308 ；309)；至少一个发光二极管，LEDdOl ；202 ；302)；以及光学耦合器(103)，其中所述光学耦合器适于将所述至少一个LED光学地耦合到所述至少一个光导的至少一个输入表面部分(102a ；206b)；并且所述光学耦合器包括至少一个光角度选择透射反射器(104 ；201 ；301)，所述至少一个光角度选择透射反射器适于至少部分反射在所述至少一个光角度选择透射反射器上入射的、在参照所述至少一个LED的表面法线的预定角度区间内的光，并且至少部分透射在所述至少一个光角度选择透射反射器上入射的、在所述预定角度区间以外的光。
2.根据权利要求1所述的光学元件，包括至少两个光导005，206，207；305，306)，其中所述至少两个光导中的每个光导在重叠表面部分O05a，206a ;305a，306a)处光学地耦合到其它光导中的至少一个光导，所述重叠表面部分被布置于堆叠配置中，其中所述至少两个光导在未重合方向上纵向延伸。
3.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述至少一个光导包括以下项中的一个或者多个带形光引导结构；多个光引导纤维；305b ；308b ；309b)，与所述至少一个光导的纵向方向基本上平行布置；以及至少一个光引导纤维，与所述至少一个光导的纵向方向基本上平行布置，其中所述至少一个光引导纤维的至少一部分在纵向方向上包括基本上矩形横截面。
4.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述至少一个光导包括与所述至少一个光导的纵向方向基本上平行布置的多个光引导纤维(308b ；309b)，其中所述光引导纤维中的至少一个光引导纤维在纵向方向上的横截面与其它光引导纤维在纵向方向上的横截面相比具有不同尺寸和/或形状。
5.根据权利要求2所述的光学元件，其中所述至少两个光导在参照彼此正交的方向上纵向延伸。
6.根据权利要求2所述的光学元件，还包括第一镜面反射器Q04；304)，所述第一镜面反射器耦合到包括所述重叠表面部分的所述光导，所述重叠表面部分参照所述重叠表面部分的堆叠方向位于与包括所述至少一个输入表面部分的所述光导的所述重叠表面部分相距最远处。
7.根据权利要求6所述的光学元件，其中所述第一镜面反射器耦合到与所述第一反射器耦合到的所述光导的所述重叠表面部分相向的表面部分。
8.根据权利要求1所述的光学元件，还包括至少一个横向镜面反射器(203a，203b， 20 ，204b)，所述至少一个横向镜面反射器耦合到所述光导中的至少一个光导的至少一个横侧表面。
9.根据权利要求1所述的光学元件，其中所述预定角度区间使得耦合到所述至少一个光导中的光在包括所述输入表面部分的所述光导的输出表面部分(102b)处满足全内反射条件。
10.一种光学元件(400)，包括: 至少两个光导002，403)；至少一个发光二极管，LED (401)，配置成发射白光，所述至少一个LED光学地耦合到所述至少一个光导之一的至少一个输入表面部分G02a)；以及至少一个镜面反射器G05)；其中所述至少两个光导中的每个光导包括适于将所述相应光导光学地耦合到另一光导的重叠表面部分G02b，40 )，所述重叠表面部分被布置于堆叠配置中；并且所述至少一个反射器耦合到包括所述重叠表面部分的所述光导，所述重叠表面部分参照所述至少一个重叠表面部分的堆叠方向位于与包括所述至少一个输入表面部分的所述光导的所述重叠表面部分相距最远处。
11.根据权利要求10所述的光学元件，其中所述至少两个光导在未重合方向上纵向延伸。
12.根据权利要求10所述的光学元件，其中所述至少一个反射器耦合到与所述至少一个反射器耦合到的所述光导的所述重叠表面部分相向的表面部分。
13.根据权利要求12所述的光学元件，还包括布置于所述至少一个反射器与所述光导之间的至少一个回反射器004)。
14.一种发光器件(500)，包括根据权利要求1-13中的任一权利要求所述的光学元件 (501)。
15.一种纤维(601)阵列(600)，包括并入到所述阵列中的、根据权利要求1-13中的任一权利要求所述的至少一个光学元件(602)。
全文摘要
公开了一种光学元件(200)，其中可以在可以相对容易组装并且相对于彼此维持于所需位置的集成解决方案中提供一个或者多个发光二极管LED和附加光学器件。光学元件(200)可以实现在与已知器件相比相对薄和紧凑的集成解决方案中提供一个或者多个LED和附加光学器件，从而可以向诸如光学纤维、光学纤维阵列、带形光导结构等薄光导(205，206)中注入来自一个或者多个LED的光。
文档编号F21V8/00GK102576134SQ201080041324
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月9日 优先权日2009年9月16日
发明者H·J·科尼利森, L·范佩特森, M·M·J·W·范赫彭 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司