CN101965479A

CN101965479A - 发光单元

Info

Publication number: CN101965479A
Application number: CN2009801082326A
Authority: CN
Inventors: 约尔格·埃里希·索格; 斯特凡·格鲁伯
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2011-02-02
Also published as: KR20170018106A; EP2271872A1; WO2009129784A1; US20110188846A1; CN106090846A; DE102008020817A1; KR20110006649A; US8731392B2

Abstract

本申请介绍一种用于光学记录装置(13)的发光单元(1)，该发光单元具有用于产生辐射的光源(2)和沿主发射方向(H)设置在光源(2)下游的部分反射的元件，所述元件将空间分成靠近光源(2)的第一半空间和远离光源(2)的第二半空间，其中，部分反射的元件至少部分发射从第一半空间由光源(2)而来的辐射并至少部分反射从第二半空间由相反方向而来的外部辐射。

Description

发光单元

本发明涉及一种特别适合于在光学记录装置上使用的发光单元。

本专利申请要求德国专利申请10 2008 020 817.5的优先权，该德国专利申请的公开内容在此通过引用包含于本文。

市场上常见的移动电话越来越多地具有一体化的摄像机并因此作为光学记录装置使用。为提高拍摄质量，移动电话可以具有设置在摄像机镜头旁边的闪光灯。其他特点是闪光灯和摄像机镜头旁边可以具有用于自拍的反射镜。相应的移动电话在图6中示出。这种移动电话具有用于每个功能的专用部件。

闪光灯例如可以具有带变频器的产生辐射的半导体芯片，该变频器将所产生的辐射至少部分转换成更长波长的辐射。在这种闪光灯中，观察者可以识别出各种各样的组成部分。

本发明的目的在于，提供一种发光单元，其组成部分不会被详细识别。

该目的通过一种如权利要求1所述的发光单元得以实现。

发光单元具有优点的构成和进一步构成为从属权利要求的主题。

依据一种优选的实施方式，发光单元具有用于产生辐射的光源和沿主发射方向设置在光源下游的部分反射的元件，该元件将空间分成靠近光源的第一半空间和远离光源的第二半空间，其中，部分反射的元件至少部分发射从第一半空间由光源而来的辐射，并至少部分反射从第二半空间由相反方向而来的外部辐射。特别是所发射的辐射照明第二半空间。

依据第一方案，部分反射的元件为部分透射的反射镜。部分透射的反射镜例如可以是涂层，其含有金属或金属化合物或者由金属或金属化合物组成。此外，部分透射的反射镜可以是二色性反射镜。所反射的外部辐射可以借助部分透射的反射镜平行定向，从而处于第二半空间内的物体通过部分透射的反射镜成像。

依据第二方案，部分反射的元件这样构成，使处于第二半空间内的物体不成像。特别是部分反射的元件依据第二方案具有棱面结构。在这种情况下部分反射的元件的靠近处于第二半空间内物体的表面最好利用多个光学结构元件构成。光学结构元件例如可以是凹透镜或者凸透镜。部分反射的元件优选地具有由多个光学结构元件组成的规则设置。

在这种具有部分反射元件的发光单元中，可以为第二半空间内的观察者优选地将视野锁定在光源上。因此可以隐藏或者遮挡光源的外部形象。尽管如此，由光源产生的辐射仍可以进入第二半空间并将其照明。

依据一种优选的构成，发光单元具有射束造型的光学元件，射束造型的光学元件具有辐射出射面和辐射入射面。辐射入射面最好设置在射束造型的光学元件的靠近光源的面上，而辐射出射面则处于远离光源的面上。

射束造型的光学元件的辐射出射面可以凸面拱起。凸面拱起的辐射出射面可以校准光源向各个方向发射的辐射。例如，借助射束成形的光学元件可以取得能够均匀照明第二半空间内预先规定的有限范围的发光特性曲线。该范围的界限特别是处于辐射强度降到该范围内部的辐射强度接受的平均值不足50％的数值上。最好在与有限范围内部的平均辐射强度的偏差不超过20％的情况下产生均匀的照明。

依据一种优选的构成，射束造型的光学元件设置在光源与部分反射的元件之间。

特别是部分反射的元件设置在射束造型的光学元件的辐射出射面上。因此由光源发射的辐射首先与射束造型的光学元件形成相互作用，然后射中部分反射的元件。

部分反射的元件可以具有与辐射出射面相应的曲率。此外，如果辐射出射面平面构成的话，则部分反射的元件可以具有平面造型。

与应用相关，部分透射的反射镜凸面拱起、凹面拱起或者也可以平面构成。对于像具有一体化摄像机的移动电话的光学记录装置来说，为进行自拍特别适用于凸面拱起的部分透射的反射镜。特别是借助部分透射的反射镜，不仅可以遮住光源，而且还可以使处于第二半空间内的物体反映和成像。因此借助部分透射的反射镜可以同时满足两个功能。这种优选的进一步构成可以特别简单地实现，方法是部分透射的反射镜以涂层的方式涂覆在凸面拱起的辐射出射面上并因此采用辐射出射面的外形。

在棱面结构的情况下，光学结构元件可以沿拱起或者平面的辐射出射面设置，从而部分反射的元件同样具有与辐射出射面相应的曲率或者平面造型。特别是透镜的光学结构元件的设置可与光学元件整体构成。

但也可以设想，部分反射的元件作为单独的元件构成并沿主发射方向设置在辐射出射面的下游。

依据一种优选的实施方式，光学元件在辐射入射侧上作为凸透镜或者凹透镜、菲涅耳透镜(Fresnellinse)、全内反射(TIR，Total Internal Reflexion)透镜或者作为可以无规则设置的单个透镜的设置构成。这一点改善向光学元件内的辐射输入耦合和辐射在光学元件内的导向。在这种情况下，特别是部分反射的元件设置在辐射出射侧上。

依据另一种构成，部分反射的元件设置在射束造型的光学元件的辐射入射面上。因此在这种方案中，由光源发射的辐射击中部分反射的元件，然后与射束造型的光学元件相互作用。

部分反射的元件涂覆在辐射出射面上的实施方式和部分反射的元件涂覆在辐射入射面上的实施方式具有不同的优点。在第一种情况下，部分反射的元件最好直接与周围邻接，也就是说，部分反射的元件无覆盖并因此具有基本上未减弱的反射能力。在第二种情况下，部分反射的元件由射束造型的光学元件覆盖。这样做虽然会削弱反射能力，但由此部分反射的元件相对于周围受到保护，这样可以防止反射能力由于来自周围的影响例如由于表面上的划痕而造成的削弱。

部分透射的反射镜最好是涂覆在射束造型的光学元件的辐射入射面上的涂层。按照这种方式，部分透射的反射镜可以采用辐射入射面的造型。

具有棱面结构的部分反射的元件可以相应设置在辐射入射面上并按照这种方式采用辐射入射面的造型。

特别优选地，部分透射的反射镜上是凹面拱起的辐射入射面。因为由此可以为第二半空间内反射的物体取得凸面反射镜的反射效果，其特别适合于在像具有一体化摄像机的移动电话这种光学记录装置上使用。

此外，辐射出射面在这种方案中可以凸面拱起或者平面构成。平面构成在发光单元应用于光学记录装置中时的优点是，发光单元的表面与记录装置的外壁齐平封闭。

依据一种优选的实施方式，光源与辐射入射面之间设置有折射率匹配的材料(index-marching material)。该材料特别是具有处于半导体芯片的折射率与光学元件的折射率之间的折射率。由此可以减少过渡上的折射率跃变，而这种折射率跃变导致减少反射并因此降低辐射损耗。

依据一种优选的构成，部分透射的反射镜在很大的波长范围内部分反射。在这种情况下适用的材料特别是金属或者金属化合物。例如，部分透射的反射镜可以含有Ag或Au或者由此组成。部分反射的反射镜此外可以含有氧化金属，特别是氧化铝或氧化钛，或者由此组成。在这种构成中，最好为1nm-20nm的层厚度对部分透射性具有决定性的影响。

作为选择，部分透射的反射镜可以在有限的波长范围内部分反射。在这种情况下，优选地使用二色性反射镜。这种反射镜具有交替各自不同折射系数的介电层顺序。例如在下述情况下可以使用二色性反射镜，即光源具有可见颜色，这种颜色使观察者直接观察光源时会感觉到干扰，但通过适当的二色性反射镜可以将其隐藏。因为借助二色性反射镜在外部辐射中通过反射可以削弱颜色赋予其专有色彩的那部分色彩，从而颜色对于观察者来说不再可见。

部分透射反射镜的反射能力最好处于5％到80％的范围内。

依据一种优先的实施方式，光源具有发射辐射的半导体芯片。半导体芯片特别是可以由氮化物-化合物半导体基材料制造，这一点在本文中意味着，形成半导体芯片的有源外延层序或者至少其中的一层包括氮化物III/V-化合物半导体材料，最好是Al_nGa_mIn_1-n-mN，其中，0≤n≤1，0≤m≤1以及n+m≤1。

借助于沿主发射方向设置在半导体芯片下游的转换元件，一部分由半导体芯片发射的辐射进行波长转换，从而这部分辐射具有大于原始辐射的波长。光源因此发射混合色的总辐射。

例如半导体芯片可以发射蓝光，其借助转换元件部分转换成黄光，从而光源发射白光。在这种情况下，直接观察通过转换元件断开的光源情况下，给观察者一种黄色的印象。光源因此对于观察者来说具有黄颜色。正如已经提到的那样，颜色优选地可以借助部分反射的元件遮住。

依据一种优选的构成，光源是闪光灯，也就是说，光源作为照明装置构成，其在拍摄第二半空间内的物体时产生负责必须照亮物体的闪光。闪光灯例如可以具有上述类型发射辐射的半导体芯片或者气体放电灯，例如氙气灯。

需要注意的是，光源在可见光谱范围内、近红外线或者紫外线光谱范围内会发射电磁辐射。

例如可以将具有在红外线光谱范围内发射辐射的光源的发光单元用于移动电话上的自动聚焦装置。

依据一种优选的实施方式，光学记录装置，特别是具有一体化摄像机的移动电话，具有摄像机镜头和上述类型的发光单元。如果部分反射的元件是部分透射的反射镜，那么发光单元这样设置在摄像机镜头的旁边，使部分透射的反射镜内反映的物体处于摄像机镜头的拍摄范围内。该实施方式可以优选地进行自拍。

需要注意的是，光学记录装置例如也可以是照相机。

下面借助附图1至6对依据本申请的发光单元以及光学记录装置优选实施方式进行详细说明。其中：

图1示出发光单元第一实施例中一部分的示意透视图；

图2示出发光单元第二实施例中一部分的示意透视图；

图3示出依据第一或者第二实施例发光单元的示意透视图；

图4示出光学记录装置一个实施例中一部分的示意剖面图；

图5示出图4所示实施例的光学记录装置的示意平面图；

图6示出传统移动电话的示意平面图。

相同的或者作用相同的部件在附图中具有相同的附图符号。

在图1至6中，所介绍的部分反射的元件各自为部分透射的反射镜。但部分透射的反射镜也可以通过具有如上所述棱面结构的部分反射的元件替代。

图1示出发光单元1的第一实施例，具有光源2和部分透射的反射镜3，该反射镜沿主发射方向H设置在光源2的下游。部分透射的反射镜3将空间分成靠近光源2的半空间(图1中未标注)和远离光源2的半空间(图1中未标注)。部分透射的反射镜3与光源2之间设置有射束造型的光学元件4，由光源2产生的辐射与该光学元件相互作用，辐射然后击中部分透射的反射镜3。

部分透射的反射镜3以涂层的方式涂覆在射束造型的光学元件4的辐射出射面4a上。辐射出射面4a与可以由金属层、氧化金属层或者交替折射系数的介电层顺序组成的部分透射的反射镜3之间最好没有其他层。涂层例如可以蒸镀或者溅射到辐射出射面4a上。

辐射出射面4a凸面拱起，这样最好使穿过的辐射校准。通过将部分透射的反射镜3涂覆在辐射出射面4a上，该反射镜同样具有凸面的曲率。

如图1所示，与辐射出射面4a相对的辐射入射面4b则相反可以凹面弯曲。这样提高向射束造型的光学元件4内的辐射输入耦合。

射束造型的光学元件4在靠近光源2的面上具有隔离件4c，其高度这样选择，使光源2与射束造型的光学元件4具有适当的距离。隔离件4c同时作为射束造型的光学元件4的固定件使用。因为隔离件4c***支架5内，从而隔离件4c处于支架5的平面支承面5a和5b上并设置在支架5从支承面5a和5b的平面伸出的侧面6a和6b内部。

支架5具有包括支承面5a和至少一个侧面6a的第一分支架以及包括支承面5b和至少一个侧面6b的第二分支架。两个分支架之间存在间隙7。两个分支架通过支架5内的衬里8保持在一起。

两个分支架最好由导电材料形成，从而通过第一分支架形成光源2的第一电触点并通过第二分支架形成光源2的第二电触点。衬里8优选地包含电绝缘材料，从而第一分支架相对于第二分支架电绝缘。

光源2具有发射辐射的半导体芯片和设置在半导体芯片上的转换元件。特别是半导体芯片发射短波可见光谱范围内的辐射如蓝光。转换元件此外将一部分辐射转换成黄光，从而发光单元总体上发射白光。

优选地，芯片表面上的通过转换元件带来的黄颜色可由部分透射的反射镜3遮住，从而第二半空间内的观察者未觉察这些颜色。但部分透射的反射镜3不阻止光源2的蓝光和黄光进入第二半空间内。因此第二半空间由混合色的总辐射照明。

借助射束造型的光学元件4可以实现特别适用于照亮有限范围的发光特性曲线。例如有限范围可以是第二半空间内观察者的脸。

在图1所示发光单元1应用于光学记录装置中的情况下，光源2优选地是足够照亮观察者脸的闪光灯。

部分透射的反射镜3使观察者进行自拍变得容易。如果观察者看到其镜像，那么他处于摄像机镜头的拍摄范围内并因此可以确定拍摄相应的照片。

发光单元1通过一体化的光源2和一体化的反射镜3而节省位置地构成。

图2所示发光单元1的第二实施例类似于第一实施例构成。在这里射束造型的光学元件4也借助***支架5内的隔离件4c固定在支架5上。光源2设置在支架5上并处于衬里8的用于光源2的开口内。

但与第一实施例的区别在于，部分透射的反射镜3不是沿主发射方向H设置在射束造型的光学元件4的下游，而是沿主发射方向H处于射束造型的光学元件4的上游。

特别是部分透射的反射镜3涂覆在射束造型的光学元件4的辐射入射面4b上。这种设置的优点是，部分透射的反射镜3不受例如像划痕这种外界降低反射的影响。

辐射入射面4b凹面弯曲，从而从第二半空间击中部分透射的反射镜3的外部辐射引起与第一实施例中相同的反射作用，即凸面反射镜的反射作用。

为降低辐射损耗，优选地在光源2与辐射入射面4b之间设置与折射率匹配的材料(图2中未标注)。特别是与折射率匹配的材料填满射束造型的光学元件4与支架5之间的空腔。

图3示出从外部观察依据第一或者第二实施例的发光单元1。射束造型的光学元件4可以如图所示形成发光单元1的外壳盖并且支架5形成外壳底。在这种情况下，隔离件4c作为在所有四面封闭光源2的侧壁使用。隔离件4c可以在所有四面上具有里面嵌入有侧面6a、6b的凹处。所介绍的设置优选地防止射束造型的光学元件4相对于支架5滑脱。

图4示出具有上述类型发光单元1的光学记录装置的一部分。光学记录装置具有第一壁10和第二壁11，其中，第一壁10内具有用于发光单元1的空隙9。发光单元1这样设置，使得射束造型的光学元件4伸入空隙9内。

为控制辐射强度，空隙可以作为反射器构成，也就是说，限制空隙的面向射束造型的光学元件4的至少一个侧壁具有比较高的反射能力。

发光单元1的导电连接通过与发光单元1的支架5导电连接的第二壁11进行。负责导电连接的是最好为弹簧件的接触件12。弹簧件的优点是，可以为第一与第二壁10、11之间的不同距离使用相同的接触件12。

如果接触件12具有较小的直径，那么通过接触件12进行相当小的热输出。附加的冷却优选地可以通过导热的侧面6a、6b进行。

图5示出光学记录装置13，其可与图4所示那样构成。例如光学记录装置13是移动电话。在第一壁10上除了发光单元1外还有摄像机镜头14。

具有一体化光源和一体化部分透射反射镜的发光单元1满足两种功能。一方面通过特别是闪光灯的发光单元1可以足够照亮处于摄像机镜头14前面并变暗的物体/自我。另一方面，自我为进行自拍可以借助发光单元1来准确定位。

图6示出传统的移动电话13，其相反为两种功能具有单独的元件，一个光源2和一个反射镜15。

正如从图5和6所看到的那样，发光单元1比较节省位置。此外，发光单元1内所包含的部分透射的反射镜遮住光源，从而覆盖光源可能造成干扰的颜色。

本发明并不受限于借助实施例所做的说明。确切的说，本发明包括任何新的特征以及任何特征的组合，特别是特征的任何组合均包含在权利要求内，即使该特征或者该组合本身在权利要求或者实施例中并未明确介绍。

Claims

1.一种用于光学记录装置(13)的发光单元，具有用于产生辐射的光源(2)和沿主发射方向(H)设置在光源(2)下游的部分反射的元件，所述部分反射的元件将空间分成靠近光源(2)的第一半空间和远离光源(2)的第二半空间，其中，所述部分反射的元件至少部分发射从第一半空间由光源(2)而来的辐射并至少部分反射从第二半空间由相反方向而来的外部辐射。

2.如权利要求1所述的发光单元(1)，其中，所述部分反射的元件为部分透射的反射镜(3)。

3.如权利要求2所述的发光单元(1)，其中，所述部分透射的反射镜(3)含有金属或金属化合物，由金属或金属化合物组成或者是二色性反射镜。

4.如权利要求1所述的发光单元(1)，其中，所述部分反射的元件由多个光学结构元件组成。

5.如权利要求4所述的发光单元(1)，其中，所述光学结构元件为凹透镜或者凸透镜。

6.如前述权利要求之一所述的发光单元(1)，其中，所述发光单元具有射束造型的光学元件(4)，所述射束造型的光学元件(4)具有辐射出射面(4a)和辐射入射面(4b)。

7.如权利要求6所述的发光单元(1)，其中，所述射束造型的光学元件(4)的辐射出射面(4a)凸面拱起或者平面构成。

8.如权利要求7所述的发光单元(1)，其中，所述部分反射的元件设置在射束造型的光学元件(4)的辐射出射面(4a)上并具有与辐射出射面(4a)相应的曲率。

9.如权利要求6至8之一在引用权利要求2或3时所述的发光单元(1)，其中，所述部分透射的反射镜(3)为涂覆在辐射出射面(4a)上的涂层或者单独设置在辐射出射面(4a)后面的元件。

10.如权利要求6至9之一所述的发光单元(1)，其中，所述光学元件(4)在辐射入射侧上作为凸透镜或者凹透镜、菲涅耳透镜、全内反射TIR透镜或者单个透镜的设置构成。

11.如权利要求6或7所述的发光单元(1)，其中，所述部分反射的元件设置在射束造型的光学元件(4)的辐射入射面(4b)上。

12.如权利要求11所述的发光单元(1)，其中，所述辐射入射面(4b)凹面拱起并且所述部分反射的元件具有与辐射入射面(4b)相应的曲率。

13.如权利要求11或12在引用权利要求2或3时所述的发光单元(1)，其中，所述部分透射的反射镜(3)为涂覆在射束造型的光学元件(4)的辐射入射面(4b)上的涂层。

14.一种光学记录装置(13)，具有如前述权利要求之一所述的发光单元(1)，并且具有摄像机镜头(14)，其中，所述发光单元(1)设置在所述摄像机镜头(14)旁边。