光发射的光机械系统,该系统的光学耦合器及带该系统的照明装置的制造方法_5

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并且包括: -凸形的入口面11,通过轴线化上的中屯、尺寸(称为he)限定,并且具有径向尺寸Ri,该 面11具有顶点E(0,he)和穿过端部E1(Ri,zei)的圆形的端部轮廓(外周界); -凸形的中屯、出口面12,通过轴线化上的中屯、尺寸(称为H)限定,并且具有径向尺寸Ra, 该面12具有顶点S(0,H)和穿过端部A(Ra,za)的圆形的端部轮廓(外周界);W及 -周围出口面13,其接合到中屯、出口面12,优选地没有跳跃,该面13优选地是平坦的(或 者,在变型中,截锥形的或甚至凹形的),并且从中屯、出口面缩回,此处该面13是具有穿过端 部Al的圆形的端部轮廓(外周界)的环状表面,并且另外通过另一个特征点I限定,下面将详 细描述, -腔体10a,其旋转轴线与轴线化重合,包括: -底部110,其包括入口面11,此处底部110通过平坦部1 Ia延伸,该平坦部1 Ia形成圆形 的端部轮廓(外周界)的环状表面,并且也通过端部E'(Re',深度hE')限定;W及 -入口侧向表面14,其在禪合器入口的方向上是扩宽的,且包括=个截锥形表面部分, 运些表面部分通过它们的端部接合,一个表面部分的小直径限定另一个表面部分的大直 径,其旋转轴线在轴线化上对准,运=个部分与剖视平面的交叉点在剖视平面的正象限中 限定S个线性区段; -第一区段Ha(离轴线化最远)连接至平坦部的端部E'(或者在变型中,在没有平坦部 的情况下,连接至中屯、入口面E),并且穿过端部CURci,ZC1),因此对于此第一区段最靠近禪 合器入口; -第二区段Hb连接至第一区段14a,并且优选地穿过对于此第二区段最靠近禪合器入 口的端点C2(Rc2,zc2),第二区段14b优选地长于第一区段; -并且此处第=区段14c,短于另外两个区段,穿过端部C(化,0)到达轴线X上;W及 -周围反射表面15,其环绕透镜和腔体,其旋转轴线与轴线化重合,能够对由入口侧向 表面14所折射的光线(称为斜线)进行全内反射,该周围反射表面15在光学禪合器出口的方 向上延伸超过入口面11,从它的最低端部C一直延伸到最高端部D(化,ZD)。
[0165] 发射系统1000还包括光学收集器20,其中屯、轴线与轴线化重合,此处旋转对称(但 是在变型中,大致是楠圆形或六角形的),并且具有毫米级的径向尺寸Rint,其包括: -光纤20,其通过给定的数字开口 ON(此处等于0.5)限定,并且限定收集表面20a; -并且包括护套21,W金属环的形式(下文将给出其细节),具有给定的端部表面21a, 中屯、出口面和周围出口面与收集表面20a隔开,光学收集器20和中屯、出口面12之间在 轴线化上的中屯、距离GF不是零,并且小于0.6 mm。
[0166] 光学禪合器1设计的尺寸优选地符合塑料注射模制步骤的优选约束条件:入射角0 〉2° W便脱模。最小的起模斜度对于运些壁优选地是3°。
[0167] 光机械系统1000还包括端部表面21a的止挡表面40。
[0168] 止挡表面40此处接合到周围出口面13,与中屯、出口面相对。护套21a抵靠在大于 0.4 mm的宽度BB'上。
[0169] 止挡表面40是旋转对称的并且平坦的、环状的,或者在变型中是截锥形的(在系统 出口的方向上是扩宽的)。
[0170] 此处,更确切地,透明本体(因此禪合器1)包括旋转对称的斜面16,此处是截锥形 的并且优选地在系统出口的方向上是扩宽的(或者在变型中,它可能关于轴线化存在任何 其它类型的对称),例如优选使得出射角r含20° W便符合脱模约束条件。
[0171] 在正象限中,表示下面各项: -止挡表面40的内边缘B; -具有径向尺寸Rint的端部表面21a的边缘F,换言之,收集表面20a的外边缘; -止挡表面40的外边缘B'(与端部表面21a的外部轮廓接触);W及 -斜面16上的代表点M(RMihe),在Z上与S的范围相同。
[0172] 在变型中,可容许的是,周围出口面的端部轮廓Al不是圆形(对于B也是如此),W 便防止在此末端区中折射的光线进入收集器中,甚至防止此末端区不接收光线或仅接收很 少的光线。
[0173] 因此,M与B之间的区(此处是截锥形的)W及甚至Al与M之间的区,能够实际上是任 何形状的(但是优选地保持可脱模的)。
[0174] 护套21的端部表面2 Ia优选地延伸超过止挡表面40。此处,端部表面21a给周围出 口面13的最外的一部分(在K其面朝F)和Al之间,此处宽度是0.4 mm)开孔(因此给予掩 蔽)。
[0175] 此外,在变型中,特别地,I与Al之间的区能够是任何形状(但是优选地保持可脱模 的),此形状不会将寄生光线重新发射到收集器中(即,未足够准直的光线,或者是来自空间 不均匀性光源的光线)。
[0176] 发射系统1000还包括对准机构30,用于使光学收集器20与光学禪合器1对准,此处 与光学禪合器1整体成型(一件式),并且在下文予W描述。
[0177] 下表建立禪合器、对准机构和止挡表面的值得注意的点的坐标。_^


[0180] 入口面11的表面的方程写成:
下表中限定了最优系数:
[0181] 中屯、出口面12的表面的方程写成:
下表中限定了最优系数:
[0182] 周围反射表面15在禪合器1出口的方向上进一步远离入口侧向表面14和入口面 11。优选地,其沿着化的最大范围ZD小于中屯、出日面12的范围ZA或范围Zi和/或Zai。它大于H/ 2。所述周围反射表面15和周围出口面13之间的最小距离hm(称为介质进入最小距离)大于 0.8 mm,此处是D与Al之间的距离。周围反射表面15的方程写成:
下表中限定了最优系数:
[0183] 光源50是发光二极管,其提供朗伯体发射(在远场中),并且具有宽度L等于I mm的 方形的发射区51,该二极管的中屯、在轴线化上,并且上面放着圆顶形状的初级光学器件52, (光源经由底座53)紧固到支撑件60的主表面上,该支撑件60是印刷电路板,其优选地由金 属制成,W便促进经由热传导进行的散热。
[0184] 例如,运设及陆ilips Lumileds的Luxeon Rebel ES(编号 LXW8-PW35),其标称光 通量在25°和350 mA下对于3500 K的色溫是114 Im。圆顶52与E之间的距离是170皿,且圆 顶与C之间的距离约300 ym。圆顶的大部分插入到腔体IOa中,使得光学禪合器能够回收最 大量的光线。
[01化]入口面11和中屯、出口面12能够使入口面和中屯、出口面所折射的光线(称为中屯、光 线)取向成朝向数字开口 ON或维持在其中。
[0186] 周围反射表面15和周围出口面13能够将入口侧向表面折射的光线(称为斜光线) 取向成朝向数字开口ON或维持在其中。端部D尽可能高,W便尽可能最好地回收光线。
[0187] 图6示出了基于源自L邸的每7°的十二条光线的光学禪合器的中屯、点响应,运是通 过^Synopsis公司的软件Li曲tTools的光学系统仿真所获得的。
[0188] 下表中表示了中屯、光线和侧向光线的特征:
[0189] 尤其应当指出,由平坦部Ila折射然后进入周围出口面13中的光线Ry6从轴线Z偏 转,并且如同光线RyS-样到达光学收集器的表面20a,相反地光线RyS是朝向轴线Z偏转的 斜光线。此外,光线Ry7是进入光学收集器20的前述的斜光线之一。运些混合具有发射到收 集器中的光通量的空间均匀性。
[0190] 图7示出了源自中屯、点光源Lo的几条代表性侧向光线的路径。
[0191] 收集器20接收W角度0'发射的Ry'1。收集器20还接收Ry'2。还示出了损失的S条 中间光线Ryp,运些光线进入本体1的侧面,或者到达限定收集器20边界的护套21。
[0192] 图8示出了根据径向位置(队皿为单位)变化的照明电路板(Wlux为单位的照明), 仿真收集表面20处的电路板,此处收集表面20的具有等于2.5 mm的Rint,光纤直径为500 y m,且还示出了照明电路板的两个正交的剖面。图8是使用软件Li曲tToo 1S所获得的。
[0193] 照明在整个收集表面上是均匀的。观察到的几个峰值的空间尺寸相对于光纤忍的 尺寸很小,W至于运些峰值在光纤直径的刻度上达到平均。
[0194] 现在借助于图2到图5描述零件1、20的光学对准和固定。对准机构30包括入口直径 为O的圆筒形的套筒,其在止挡表面40的侧面,在出口的方向上变宽并且包括W120°间隔 的=个紧固肋31a、3化、31c。收集器的护套21在第一长度上被折边镶接(缩小)2化,不与套 筒30的内壁31a接触,然后护套变宽21c(R'int < Rint),其通过与套筒32的内壁的局部接触 限定紧固高度,并且从套筒出来,尤其W便于套筒的装配W及拆卸。
[01%]光学禪合器本体延伸超出光学禪合器,因此延伸超出其光学功能区,经该本体经 由支承表面34安置在光源支撑件PCB6、61上,支承表面34采用透镜两侧上的两个翼片的形 式,其内面相对于腔体IOa突出,并且与周围反射表面15隔开。运些翼片34包括用于在PCB 6、61上自定屯、的两个禅35, W及用于通过螺帽和螺栓36紧固到PCB 6的顶杆33(比禅35离透 镜更远)。四个加强肋37添加在套筒30与翼片34之间。
[0196]下表中指定的尺寸限定收集器20、21 (带有护套21的内部直径和外部直径)。
Lm W」借助十球形化度计巧收集表曲的位置处执打化芋测量。
[019引使用LED,即化ilips Lumileds的Luxeon Rebel ES(编号LXW8-PW35),其标称光通 量在25° C和350 mA下对于3500 K的色溫为114 Im。使用禪合器1'能在收集表面处获得61 Im的通量,即获得优异的效率。收集器是一股直径为500 Mi并且数量为75的光纤,其布置成 从护套出来在光纤发射带上,此处其是一层。Rint优选在从2.2 mm到2.5 mm的范围中。在发 射带中,两个邻近的光纤之间的中屯、到中屯、距离例如是0.67 mm。两个邻近的光纤之间的空 白至间例如是0.18 mm。
[0199] 发射带(在护套21的出口处)通向薄的光提取介质(未示出)上,该光提取介质此处 是发光织物(此处是白色的,没有图案),其包括通过编织在167 dTex聚醋(24%)和PMMA纤维 (76%)的纺织品中的发射带的光纤形成的编织纺织品,所述光纤的外表面经过研磨,W便散 射光,并且编织在纺织品中。
[0200] 所选的提取表面的光纤密度为15根纤维/厘米,并且是矩形(29.7 cm X 10 cm), 而且厚度为0.5 mm。其设及的是化ochier Technologies公司的白色Li曲tex?产品。
[0201] 更确切地,通过在提取表面的相对的两个侧向边缘上分别如此设置两个发射系统 1000,可W使发射系统1000加倍。发光织物布置在石膏板(BA13)上,(优选地)在白色侧面 上。所测量到的亮度是约1400 Cd/m2。
[0202] 此外,亮度的空间均匀性是极佳的,因为由公式〇l/<L>给出的亮度变化系数低于 20%,其中OL是亮度的标准偏差,而<L>是标准的平均亮度。此亮度变化系数是W例如 Instrument Systems公司的Lumicam装置的测角光度计拍摄的1 cm2的单元表面的亮度照 片所计算的,该照片在纺织品的整个区域上重复。
[0203] 可替代地(或者累积地),能够将光纤的发射带粘接到或者优选地插入到透明的 (白色或可选地有色的)膜中,该膜尤其由玻璃和/或塑料(聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)、聚碳 酸醋(PC)或聚氨醋(PU))制成,联接至发射带并且包括用于散射光的装置。
[0204] 图1'示出了根据本发明的第二实施例的光机械系统2000的光学禪合器Ia的局部 纵向剖视图,其区别尤其在于周围出口面13a的凹形形状,该周围出口面13a接合到中屯、出 口面并且因此一直延伸(没有不连续性)到内边缘B的止挡。点M优选地布置在收集器的护套 下方,并且点I优选地相对于点S缩回。
[02化]在此实施例中,周围出口面Ua也被视为包括M和A2之间的部分16a,其一直通往止 挡表面(边缘B与A2合并)。
[0206] 此外,收集器的护套21具有截锥形外边缘21a(斜切形式),其抵靠在此处是截锥形 的止挡表面40上。
[0207] 图
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