(57)【要約】  側方放射式にビームを形成する構成素子および当該構成素子用のレンズ  側方放射式にビームを形成する構成素子であって、放射源と、当該放射源の後方に配置されている光学装置を有しており、前記放射源の光軸は、構成素子の取付面に対して垂直に延在しており、前記光学装置は断面でＶ字状に形成されている反射性表面と、外側から見て凸状に形成されている屈折性表面を有しており、当該屈折性表面は、前記反射性表面と、前記放射源の方を向いている底面との間に配置されており、当該底面は、該底面を通って前記放射源の電磁ビームが光学装置に入るように配置および構成されており、前記反射性表面は、前記入力されたビームの中央の第１の部分が該反射性表面から屈折性表面へ偏向されるように、配置および構成されており、前記屈折性表面は、前記反射性表面から到来するビームも、前記放射源から直接到来するビームも、当該屈折性表面によって、ビーム収束されつつ、放射源の光軸に対して側方で取り出されるように配置および構成されている。
2008512706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
側方放射式にビームを形成する構成素子であって、
放射源と、当該放射源の後方に配置されている光学装置を有しており、
前記放射源の光軸は、構成素子の取付面に対して垂直に延在しており、
・前記光学装置は断面でＶ字状に形成されている反射性表面と、外側から見て凸状に形成されている屈折性表面を有しており、当該屈折性表面は、前記反射性表面と、前記放射源の方を向いている底面との間に配置されており、
・当該底面は、該底面を通って前記放射源の電磁ビームが光学装置に入るように配置および構成されており、
・前記反射性表面は、前記入力されたビームの中央の第１の部分が該反射性表面から屈折性表面へ偏向されるように、配置および構成されており、
・前記屈折性表面は、前記反射性表面から到来するビームも、前記放射源から直接到来するビームも、当該屈折性表面によって、ビーム収束されつつ、放射源の光軸に対して側方で取り出されるように配置および構成されている、
ことを特徴とする、側方放射式にビームを形成する構成素子。
【請求項２】
前記光軸に隣接する部分が放射源から見て凹状に湾曲され、前記屈折性表面に隣接する部分が放射源から見て凸状に湾曲され、前記屈折性表面の前面縁部領域が放射源の直接的なビームに対して陰になるように、前記Ｖ字状に形成された反射性表面の少なくとも１つの辺がＳ字状に湾曲されている、請求項１記載の構成素子。
【請求項３】
前記光学装置は、前記放射源の光軸を中心に回転対称に構成されている、請求項１または２記載の構成素子。
【請求項４】
側方放射式にビームを形成する構成素子用のレンズであって、
放射源を有しており、
当該放射源の光軸は、構成素子の取付面に対して垂直に延在しており、
・断面でＶ字状に形成されている反射性表面と、外側から見て凸状に形成されている屈折性表面を有しており、当該屈折性表面は、前記反射性表面と、該レンズの底面の間に配置されており、
・当該底面は、該底面を通って前記放射源の電磁ビームが該レンズに入るように配置および構成されており、
・前記反射性表面は、前記入力されたビームの中央の第１の部分が該反射性表面から屈折性表面へ偏向されるように、配置および構成されており、
・前記屈折性表面は、前記反射性表面から到来するビームも、前記放射源から直接到来するビームも、当該屈折性表面によって、ビーム収束されつつ、放射源の光軸に対して側方で取り出されるように配置および構成されている、
ことを特徴とする、側方放射式にビームを形成する構成素子用のレンズ。
【請求項５】
前記光軸に隣接する部分が外側から見て凸状に湾曲され、前記屈折性表面に隣接する部分が外側から見て凹状に湾曲され、前記屈折性表面の前面縁部領域が放射源の直接的なビームに対して陰になるように、前記Ｖ字状に形成された反射性表面の少なくとも１つの辺がＳ字状に湾曲されている、請求項４記載のレンズ。
【請求項６】
前記前方に配置された放射源の光軸を中心に回転対称に構成されている、請求項４または５記載のレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、２００４年９月８日出願のドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１０２００４０４３５１６．２および２００４年９月８日出願の米国特許出願ＵＳ６０６０７３０４号を優先権として主張するものであり、これらの文献の開示内容は本発明に参考として取り入れられる。
【０００２】
本発明は、側方放射式にビームを形成する構成素子に関する。この構成素子は、放射源と放射源に後置接続された光学装置を有している。ここでこの放射源の光軸は、構成素子の取付面に対して垂直に延在しており、光学装置は、放射源から光学装置に入力された電磁ビームを側方へ偏向する。さらに本発明は、当該構成素子用の別個に製造されたレンズに関する。
【０００３】
取付面はここでは構成素子の外側表面であり、この外側表面は構成素子が支持体（例えば導電性プレート）上に取り付けられた状態で、支持体の方を向いている。
【０００４】
このような構成素子および相応に構成されたレンズは例えば文献ＵＳ６６７９６２１Ｂ２号、ＵＳ６６０７２８６Ｂ２号およびＵＳ６５９８９９８Ｂ２号から公知である。これらの文献に記載された構成素子およびレンズは、一方では比較的大きい高さを有しており、他方では技術的にコストのかかる手段を用いないと製造されない。
【０００５】
本発明の課題は、できるだけ低い高さを有し、より僅かな技術的コストで製造可能である、冒頭に記載した形式の構成素子を提供することである。
【０００６】
上述の課題は請求項１記載の特徴を有する構成素子および請求項４の特徴を有するレンズによって解決される。
【０００７】
この構成素子およびレンズの有利な発展形態および実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
上述の課題は特に、冒頭に記載した形式の構成素子を次のように構成することによって解決される。ここでは前述した光学装置は断面でＶ字状であり、回転対称である場合には漏斗状に形成された反射性表面と、当該反射性表面を含み、外側から見て凸状に形成されている屈折性表面を有している。ここでこの屈折性表面は、反射性表面と、放射源の方を向いている底面の間に配置されている。ここでこの底面は次のように配置および構成されている。すなわち、この底面を通って、放射源の電磁ビームが光学装置に入力するように配置および構成されている。さらに、反射性表面は次のように配置および構成されている。すなわち、入力された放射円錐部の中央の第１の部分が、この反射性表面によって、屈折性表面の方へ偏向されるように配置および構成されている。屈折性表面は最終的に次のように配置および構成される。すなわち、反射性表面から到来するビームも、放射源から直接到来するビームも、この屈折性表面によって、ビーム収束されつつ、放射源の光軸に対してできるだけ大きな角度で傾斜して取り出されるように配置および構成される。
【０００９】
本発明では凸状に湾曲した屈折性表面は２つの光束を「処理する」。すなわち、反射性表面から生じる光束も、直接的に（すなわち光学式装置の表面での所期の偏向がその間に無い）放射源から生じる光束も処理する。凸状の屈折性表面へ２つの光束が入射する領域は、重心に関して相互に別個にされている。反射性表面によって偏向された光束は、屈折性表面の、底面に隣接する領域に入射し、この領域によって屈折され、収束される。放射源から直接的に生じた光束は、屈折性表面の、反射性表面に隣接する領域に入射し、この領域によって屈折され、収束される。
【００１０】
凸状屈折性表面の、底面に隣接する領域および、反射性表面に隣接する領域は断面で、それぞれ比較的大きい湾曲半径で湾曲しており、これら２つの領域の間の移行領域は、これに比べて小さい湾曲半径を有している。
【００１１】
この構成素子ないしレンズの有利な構成では、反射性表面と屈折性表面の間の移行領域内に、放射源に対して陰になっている、光学装置ないしレンズの表面領域が配置される。特に有利には、陰になっているこの領域は実質的に、屈折性表面へ向かう移行領域にある反射性表面の領域である。この陰になっている領域は、隣接する表面（反射性表面および屈折性表面）から面取りされた（abgekantete）別個の面として構成される、または連続する移行部を伴って、この２つの隣接する表面のうちの１つの表面の構成部分として構成される。遮断によって有利には再反射が低減される。
【００１２】
本発明による光学式装置／レンズは、その形状において近似的に、０°より小さい角度で、放射源の光軸に対して外方へ向かって傾斜している屈折性凸レンズである。これは反射性背面を有している。この反射性背面は放射源のビームを屈折性表面上で側面へ偏向させ、そこで同時に収束されて取り出される。ここでこの放射源のビームは底面を通って入射した後に、直接的にはレンズの屈折性表面へ向けられない。このために、第１の屈折性レンズ領域が設けられている。
【００１３】
放射源から直接的に、第１の屈折性レンズ領域とは別個の第２の屈折性レンズ領域に入射するビームは、第２の屈折性レンズ領域によって、収束されつつ、直接的に構成素子の側面へ向きが変えられる。屈折性表面は対称的にまたは非対称的に構成されていてよい。これらの屈折性表面は、自由形状レンズとして構成されてよい。
【００１４】
レンズを射出形成または射出プロセスによって製造するために、有利には、技術的に容易な道具が使用される。この道具は殊に技術的にコストのかかるプッシュ部分を必要としない。
【００１５】
このレンズは別個に製造され、上載せ光学系として構成素子ハウジング上に載置されてよい。ここでは屈折率が整合されていても、整合されていなくてもよい。しかしレンズが直接的に例えば発光ダイオードチップに成形されてもよい。このような場合には底面は実際の表面ではなく、単に想定された面である。
【００１６】
本発明による構成素子は有利には、頂部放射源（Top-Emitter）のビームを側方から放出させるため、頂部放射源のビームを光導波路内に側方入力させるため、シグナリング照明用にディスプレイおよびシンボルおよびＬＣＤディスプレイを大きな面積で後方照明するため、反射体の均一な照明のため、および周辺照明のために使用される。本発明の光学装置を、適切な形状で、光導波路内に組み込むことも可能である。
【００１７】
構成素子およびレンズのさらなる利点、有利な実施形態および発展形態を、以下で図と関連したより詳細に説明された実施例に記載する。
【００１８】
図は概略的に、本発明に相応する構成素子用のレンズの実施例の断面図を示している。
【００１９】
実施例に相応したレンズ１は回転対称形状を有しており、レンズの前面から内部へ向かって漏斗状に形成された反射性表面２と、外側から見て凸状に形成された屈折性表面３を有している。この屈折性表面は、反射性表面２とレンズの底面４の間に延在し、反射性表面と底面を結んでいる。底面４は次のように配置および構成されている。すなわち、この底面を通って、放射源５（例えばＬＥＤ構成素子）の電磁ビームがレンズ１内に入力されるように配置および構成されている。ここでこの放射源はレンズ内部から見て、底面４の後方に配置されている。
【００２０】
反射性表面２は次のように配置および構成されている。すなわち、入射ビームの中央の第１の部分がこの反射性表面から、底面４に隣接する、屈折性表面３の第１のレンズ領域３２へ向かって偏向されるように配置および構成されている。屈折性表面３は次のように配置され、凸状に構成されている。すなわち、反射性表面２から到来するビームも放射源５から直接的に到来し、屈折性表面３の、反射性表面２に隣接する第２のレンズ領域３３に入射するビームも、ビーム収束しつつ、放射源５の光軸６に対して側方へ取り出されるように配置、構成されている。第１のレンズ領域３２および第２のレンズ領域３３は断面において比較的緩やかに湾曲されており、これに対して、これら２つのレンズ領域３２／３３を接続している移行領域は強く湾曲されている。
【００２１】
Ｖ字状に形成された反射性表面２は次のようにＳ字状に湾曲されている。すなわち、光軸６に隣接する第１の部分領域２１が外側から見て凸状に湾曲され、かつ屈折性表面３の前面縁部領域３１が放射源５の直接的なビームに対して陰になるように(abgeschattet）、屈折性表面３に隣接している第２の部分領域２２が外側から見て凹状に湾曲されるように、Ｓ字状に湾曲されている。反射性表面２の凸状部分は既に、自身に入射する放射源ビームの最初の束化を行う。
【００２２】
このようなレンズは実施例では別個に製造され、例えば別個に製造された表面実装可能なトップルッカＬＥＤ構成素子上に載置される。この載置は例えば接着剤によって行われる。接着剤の屈折率は有利には、チップを取り囲んでいる材料の屈折率と、レンズ材料の屈折率の間にある。さらに、レンズおよび構成素子ハウジングに、レンズの載置をアライメントするためのアライメント素子を設けることができる。
【００２３】
その上に、本実施例に相応するレンズが載置される、トップルッカＬＥＤ構成素子の適切な実施例は例えばＷＯ０２８４７４９Ａ２号に記載されている。この文献の開示内容は参考として本願に組み込まれている。
【００２４】
なお、本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に相応する構成素子用のレンズの実施例の概略的な断面図。
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【国際調査報告】
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