CN102597612B

CN102597612B - 照明器、具有照明器的照相机或摄像机以及用于照明器的光学元件

Info

Publication number: CN102597612B
Application number: CN201080048836.9A
Authority: CN
Inventors: 乌尔里希·哈特维希; 亨宁·雷恩
Original assignee: Osram Co Ltd
Current assignee: Osram Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: DE102009050805B4; DE102009050805A1; US20120219277A1; WO2011051129A1; CN102597612A

Abstract

本发明涉及一种照明器(100)，其中，两个光学元件(10a、10b)互相精确匹配，并且在匹配的基本状态下形成平行平面的表面，其中，通过光学元件(10b)相对于另一光学元件(10a)的移动实现了光束的扩展。根据本发明，两个光学元件(10a和10b)是结构相同的。这尤其当对称要求(I)适用于具有圆坐标r、Θ的所有点且n是2的整数倍时才可以实现。

Description

照明器、具有照明器的照相机或摄像机以及用于照明器的光学元件

技术领域

本发明涉及一种照明器，其具有

a.光源，

b.分别具有不平坦的表面的第一光学元件和第二光学元件，其中，在基本状态下，所述第二光学元件的不平坦的表面与所述第一光学元件的不平坦的表面精确匹配地接合并且因此限定一个共同的光学轴线，并且其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件能够彼此相对地沿着所述光学轴线运动。本发明也涉及一种适用于这样的照明器的光学元件。对于这样的照明器存在多样化的应用可能性，例如其可以安装在照相机或摄像机中。

背景技术

从DE3926618A1中已知一种照明器。

所述文献说明一种光源，即在反射器中的低压卤素灯，在光的光路中，两个光学元件，即由透光的材料制成的附加圆盘，设置在所述低压卤素灯的下游。与反射器相邻的附加圆盘设有凸起部，并且前面的附加圆盘设有下凹部。所述下凹部彼此匹配。所述凸起部构成为环形，并且同心地设置。前面的附加圆盘可以在反射器的轴线方向上调节。

在附加圆盘彼此接合的基本状态下，两个附加圆盘如平行平面的板一样配合，因此不影响光路。如果现在移动前面的附加圆盘，那么光束会扩展。

在制造这样的反射照明器时，必须制造两个不同的元件，即具有凸起部的一个附加圆盘和具有下凹部的另一附加圆盘。

发明内容

本发明的目的是提供一种照明器，其具有

a.光源，

b.分别具有不平坦的表面的第一光学元件和第二光学元件，其中，在基本状态下，所述第二光学元件的不平坦的表面与所述第一光学元件的不平坦的表面精确匹配地接合并且因此限定一个共同的光学轴线，并且其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件能够彼此相对地沿着所述光学轴线运动，所述照明器在制造时是不耗费的，并且因此是低成本的。

所述目的通过一种照明器得以实现，具有

a.光源，

b.分别具有不平坦的表面的第一光学元件和第二光学元件，其中，在基本状态下，所述第二光学元件的不平坦的表面与所述第一光学元件的不平坦的表面精确匹配地接合并且因此限定一个共同的光学轴线，并且其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件能够彼此相对地沿着所述光学轴线运动，

其特征在于，所述第一光学元件和所述第二光学元件是结构相同的，

其中，所述不平坦的表面具有的特性是，凸起部F(r,Θ)在转动轴线的方向上具有特性：其中，r是到所述转动轴线的距离，并且Θ是转动角，并且其中，n是2的整数倍，

其中，F(r,Θ)＝A·f(r)·p(Θ)，其中A是常数，f(r)是r的函数，并且p(Θ)具有特性

并且其中，

F (r, Θ) = Σ_{m = 1}^{N} A_{m} (r) \cdot f_{m} (r) \cdot p_{m} (Θ),

其中当r∈[r_m,r_m+1[,r_m+1＞r_m时，A_m(r)＝A_m＝常数；并且当时，A_m(r)＝0，N是≥2的自然数，并且f_m(r)是r的函数。在下文中得出特别有利的扩展方案。

因此，根据本发明，第一光学元件和第二光学元件是结构相同的。

因此，与一个光学元件仅设有凸起部并且另一光学元件仅设有下凹部的方案不同。相反，唯一的光学元件既具有凸起部也具有下凹部，所述凸起部和下凹部彼此匹配地设置为，使得相同的光学元件在照明器中既可以用作第一光学元件也可以用作第二光学元件。因此，为了制造根据本发明的照明器仅需要用于两个光学元件的一个生产过程。例如，光学元件可以通过注塑制造，于是只需要一个注塑模，取代如在现有技术中的两个注塑模。

在本发明中假定：通过相应的元件相对于结构相同的元件的转动，可以实现匹配。因此不平坦的表面优选具有如下特性，即，相对于转动轴线，凸起部F(r,Θ)具有如下特性：其中，r是到转动轴线的距离，并且Θ是转动角，并且其中，n＝2、4、6、8、...(即n是2的整数倍；下面n也被称为倍数)。

被证实为有利的是，函数F(r,Θ)是可分离的，也就是说适用：F(r,Θ)＝A·f(r)·p(Θ)，其中在这种情况下，f(r)是r的任意的函数。特别有利的是，当分段地满足取决于半径的对称条件时，即当下述公式适用时：

F (r, Θ) = Σ_{m = 1}^{N} A_{m} (r) \cdot f_{m} (r) \cdot p_{m} (Θ),

其中，当r∈[r_m,r_m+1[,r_m+1＞r_m时，A_m(r)＝A_m＝常数；并且当时，A_m(r)＝0，N是≥2的自然数，并且f_m(r)是r的函数，所述函数优选是连续的，并且在点r_m上相互连续地合并，即()。

当不同倍数n的图案在远场中重叠在一起时，由此能够降低在远场中出现的图案的对比度。

在满足对称要求的情况下，可以使用任意的图案，即使是纯随机的图案。

为了在匹配时，即在基本状态下，两个光学元件起到平行平面的板的作用，并且不影响光路，所述两个光学元件优选在背离不平坦的表面的侧上具有平坦的表面。在这种情况下，第一光学元件的平坦的表面优选指向光源。

光学元件的防反射涂层可以借助于纳米结构有利地实现，因为由此使得传输在很大程度上与入射角无关。

那么，当光源具有至少一个或多个发光二极管时，本发明也是特别适用的。在光源(优选发光二极管)和两个光学元件之间能够设置有一个或多个透镜。

本发明的优选的应用是照相机或摄像机：两个光学元件的彼此相对移动实现光线扩展的目的，然后可以根据物镜的调节来实现待拍摄场景的照明：对于广角拍摄，光束趋于扩展，对于远距拍摄，光源的窄的光束是足够的。因此，照明器的两个光学元件的移动与照相机和摄像机的光学变焦功能相配合。在这种情况下，光源能够是可连续驱动的或提供为闪光灯。用于应用的示例为手电筒、实验灯、显微镜照明装置。

另一应用在于普通照明，例如使用两个圆盘作为用于下射灯的附加镜组，以便可以调节发射角。

根据本发明还提供一种用于根据本发明的照明器的光学元件，其具有已述特性。

附图说明

下面将借助于实施例详细阐述本发明。附图中示出：

图1示出根据本发明的光学元件的俯视图，以用于阐述应用尺寸；

图2示出根据本发明的光学元件的侧视图；并且

图3示出根据本发明的照明器的剖视图；

图4a示出具有四个根据图3的照明器的正方形装置的俯视图；

图4b示出图4a中的装置的侧视图；

图5示出图4a、4b中的装置的变形方案；

图6示出具有四个正方形照明器的装置的示意的俯视图；

图7示出具有七个根据图3的圆形照明器的六边形装置的示意的俯视图；

图8示出具有七个六角形照明器的六边形装置的示意的俯视图。

具体实施方式

下面，相同的或同类的特征借助相同的附图标记标识。

在图1和图2中示出的由透光材料制成的光学元件整体以10来标识。在一侧上，所述光学元件具有平坦的表面12。在相对置的侧上，所述光学元件具有不平坦的、即呈丘陵状起伏的表面14。

在示例中，光学元件10构成为圆形的圆盘，所述表面14构成为圆形平面。在这里适合定义圆坐标。已示出的是例如具有坐标r₁和Θ₁的点，其中，r₁是到圆心M的半径，并且Θ₁是转动角。在具有坐标r和θ的点上平面14的丘陵状凸起部的尺寸通过F(r,Θ)限定。

当前应适用：其中n是2的整数倍。这意味着，自由形状表面14通过转动180°变为具有相反的轮廓的表面。

如果存在两个光学元件10a和10b，那么表面14a和14b可以精确匹配地相互接合。在所述基本状态下，两个光学元件10a和10b的整体起到平行平面的板的作用，即不影响光源的光路。这在照明器100中被充分利用，见图3：发光二极管16发出光，所述光通过透镜元件18和20到达第一光学元件10a，从所述第一光学元件到第二光学元件10b，并且从那里到达待照明的物体(未示出)。

图3示出当第二光学元件10b离开第一光学元件10a沿垂直于表面12a和12b的方向沿光学轴线的方向运动时的状态。这是可实现光束的扩展的状态。所述基本状态未示出，在所述基本状态下表面14a和14b精确匹配地相互接合；于是光束不受光学元件10a和10b影响。

图4a和4b示出具有四个与图3相关联地详细阐述的照明器100的装置的俯视图和侧视图。在此，四个照明器100以2×2的矩阵的形式设置在平面内。在此，光学元件10a、10b可以互相独立地运动，以便能够单独地设置四个照明器100中的每个的发光特性。这类装置例如适于用作吸顶照明或其他照明目的。

图5示出图4中的装置的变形方案，其中在此，用于所有四个照明器100的光学元件10a、10b分别是一体的，也就是说，在所述变形方案中，用于所有四个照明器的光学元件10a、10b仅可以一起运动。

图6至8分别以照明器的开口的垂直俯视图极其示意地示出根据本发明的照明器的其他装置。图6示出具有2×2的矩阵的形式的装置，也就是说，类似于在图4中示出的装置，但是在此，其具有四个照明器200，代替圆形的基本形状，所述照明器具有正方形的基本形状。图7示出七个圆形照明器100的六边形装置。最后，图8同样示出六边形装置，但是，其具有七个照明器300，所述照明器分别具有六角形基本形状。

原则上，所述装置不局限于四个或七个照明器。相反，图案能够在共同的平面上延续，在正方形的、六角形的和三角形的照明器的基本形状的情况下它们也能够填充表面。

此外，也可设想用于照明器的其他基本形状，例如圆形和八角形等等。

Claims

1.照明器(100)，具有

a.光源(16)，

b.分别具有不平坦的表面(14a、14b)的第一光学元件(10a)和第二光学元件(10b)，其中，在基本状态下，所述第二光学元件(10b)的不平坦的表面(14b)与所述第一光学元件(10a)的不平坦的表面(14a)精确匹配地接合并且因此限定一个共同的光学轴线，并且其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件(10a、10b)能够彼此相对地沿着所述光学轴线运动，

其特征在于，所述第一光学元件和所述第二光学元件(10a、10b)是结构相同的，

其中，所述不平坦的表面(14a、14b)具有的特性是，凸起部F(r,Θ)在转动轴线的方向上具有特性：其中，r是到所述转动轴线的距离，并且Θ是转动角，并且其中，n是2的整数倍，

并且其中，

F (r, Θ) = Σ_{m = 1}^{N} A_{m} (r) \cdot f_{m} (r) \cdot p_{m} (Θ),

其中当r∈[r_m,r_m+1[,r_m+1＞r_m时，A_m(r)＝A_m＝常数；并且当时，A_m(r)＝0，N是≥2的自然数，并且f_m(r)是r的函数。

2.根据权利要求1所述的照明器(100)，其中，所述函数f_m(r)是连续的，并且在点r_m上相互连续地合并，即

3.根据权利要求1或2所述的照明器(100)，其中，所述光学元件(10a、10b)在背离所述不平坦的表面(14a、14b)的侧上具有平坦的表面(12a、12b)。

4.根据权利要求3所述的照明器(100)，其中，所述第一光学元件(10a)的所述平坦的表面(12a)指向所述光源(16)。

5.根据权利要求1或2所述的照明器(100)，其中，所述光源(16)具有至少一个发光二极管。

6.根据权利要求1或2所述的照明器(100)，具有在所述光源(16)和两个所述光学元件(10a、10b)之间的至少一个透镜(18、20)。

7.照相机或摄像机，具有根据前述权利要求之一所述的照明器(100)。

8.根据权利要求7所述的照相机或摄像机，具有变焦物镜，其中，所述照明器的两个所述光学元件的运动与变焦物镜的变焦功能相配合。

9.具有两个或多个根据权利要求1至6中任一项所述的照明器的装置。