CN107209392A - 具有准直器和微透镜阵列的光学设备 - Google Patents

具有准直器和微透镜阵列的光学设备 Download PDF

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Abstract

公开了光学设备(100)，其包括准直器(110)以及第一微透镜阵列(130、430)和第二微透镜阵列(140、440)。第一微透镜阵列和第二微透镜阵列被提供有相同的棋盘式排布图案、彼此对准、并且被设置为使得光源(122)的投影(150)被聚焦在第二微透镜阵列上，第二微透镜阵列被配置为发射非聚焦光。第二阵列中的微透镜中的至少一些微透镜被形成为使得其弧矢尺寸和子午尺寸的比率基于所述微透镜所见的光源的投影的变化的形状，至少沿着第二微透镜阵列的子午方向(M)变化，以便实现从光学设备发射的光的经改善的混合、强度和均匀性。

Description

具有准直器和微透镜阵列的光学设备
技术领域
本发明总体上涉及照明设备领域。更确切地说，本发明涉及具有准直器以及被设置为接收准直光的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的光学设备，并且涉及用于制造这种设备的方法。
背景技术
在能量消耗、颜色混合、以及照明均匀性方面具有经改善的效率的新式光学设备正受到越来越多的关注。已知在很多照明应用中使用准直器，以产生期望的照明模式光束角。然而，很多准直器倾向于复制光源的至少一部分空间结构。因此当与准直器组合时，非均匀光源(诸如例如发光二极管(LED)阵列和不同颜色的LED)可能使得伪影在所得到的光束和束斑中可见。
现有的光学设备因此可以包括诸如微透镜设置之类的混合手段，该混合手段被添加到准直器以便进一步将光混合并且减少由光源造成的伪影。WO2012/107097示出了这种微透镜设置的示例，其中两个近似镜像对称的微透镜结构被提供用于改善从不同颜色的LED发射的着色光的混合。微透镜结构在竖直方向上(即所发射的光的方向)被设置在彼此上方，并且在侧向方向上彼此略微偏离以减少光束中的任何伪影不规则。
虽然这种微透镜设置可以提供混合光，仍然需要具有增强的光强度并且允许具有更窄的光束角的发射光束的备选光学设备。
US2011/0188242公开了一种光学部件，其中，来自光源的光被准直器准直并且被传输到具有第一和第二微透镜结构的透镜，光通过第一微透镜结构聚焦在第二微透镜结构上。
在O.Dross等人的“integrators embedded into illumination opticsadd functionality”(Proceedings of SPIE,Vol.7103,2008)中，给出了科勒照明概念及其在不同种类的光学元件中的应用的综述。
发明内容
将有利的是，实现一种克服或者至少缓解上述缺点的光学设备。具体而言，将期望的是，实现能够发射形成更窄光束并且具有更高光强度的光的光学设备。
为了更好地处理这些问题中的一个或者多个问题，提供了具有在独立权利要求中限定的特征的光学设备和用于制造光学设备的方法。在从属权利要求中限定了优选的实施例。
因此，根据第一方面，提供了光学设备，该光学设备包括：适于准直来自光源的光的准直器；包括多个第一微透镜的第一微透镜阵列；以及包括多个第二微透镜的第二微透镜阵列。第一微透镜阵列和第二微透镜阵列被设置为使得：第一微透镜阵列的棋盘式排布在图案和微透镜尺寸方面与第二微透镜阵列的棋盘式排布一致。此外，第一微透镜阵列的棋盘式排布图案与第二微透镜阵列的棋盘式排布图案对准。第一和第二微透镜阵列被设置为使得：由准直器准直的光提供光源的投影，其中如至少沿着准直器的子午方向所见的，投影的形状变化；并且使得：光源的投影由第一微透镜阵列聚焦在第二微透镜阵列处。第二微透镜中的至少一些(优选地，大多数)被形成为使得：它们的弧矢(sagittal)和子午(meridional)尺寸的比率至少沿着第二微透镜阵列的子午方向变化，以适应于光源的投影的形状变化。
根据第二方面，提供了用于制造光学设备的方法。该方法包括：提供适于准直来自光源的光的光学准直器；以及设置分别包括多个第一和第二微透镜的第一和第二微透镜阵列。第一和第二微透镜阵列被设置为使得：第一微透镜阵列的棋盘式排布在图案和微透镜形状方面与第二微透镜阵列的棋盘式排布一致，并且使得：第一微透镜阵列的棋盘式排布图案与第二微透镜阵列的棋盘式排布图案对准。第一和第二微透镜阵列还被设置为使得：由准直器准直的光提供光源的投影，其中如至少沿着准直器的子午方向所见的，投影的形状变化；并且使得：光源的投影由第一微透镜阵列聚焦在第二微透镜阵列处。第一微透镜中的至少一些第一微透镜中的每一个的弧矢和子午尺寸之间的比率变化，以适应于投影的形状变化。
根据第三方面，提供了包括光源和根据第一方面的光学设备的照明设备。
本方面利用了如下理解：光源的投影(或者由光源发射的光的锥角)可以在准直器的出射开口上方或者准直器的出射开口处的给定平面之上变化。这一变化可以例如依赖于准直器的对称性或者类型、以及光源的类型和位置。发明人意识到，第一微透镜阵列可以被设置为使得：光源的投影撞击在第一微透镜阵列上，并且由第一微透镜阵列聚焦在第二微透镜阵列上。通过将第二微透镜阵列(至少近似地)设置在第一微透镜阵列的焦平面内，实现了科勒积分，这可以改善经由第二微透镜从光源发射的光的均一性和混合。此外，第二微透镜中的至少一些第二微透镜的形状可以基于所述第二微透镜中的每个第二微透镜所见的光源投影的形状变化，在准直器的出射开口之上变化。通过调节微透镜的弧矢和子午尺寸之间的比率，微透镜的形状可以被采用或者装配(在由棋盘式排布所设置的限制内)，以适应光源的投影的轮廓。提供具有与投影的光源的形状或者侧向延伸或者范围共形(优选地尽可能地接近)的形状的微透镜，允许投影的光源的延伸内的每个斑都对远场光束的相对大的部分产生贡献。相似地，每个微透镜的活跃区域(即与未参加照明任务的区域相比，实际参加照明任务的区域)可以相应地增加。这是有利的，原因在于其可以降低光学扩展量削弱(dilution)和光束宽度，从而增加光学设备的光强度并且改善光混合。得到的由光学设备生成的光束因此可以由来自至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的光的总和形成，其中来自那些第二微透镜中的每个第二微透镜的贡献可以叠置或者重叠，以便在远场中形成所得到的相对均匀的光束。
理论上，第二微透镜和由所述第二微透镜成像的光源在形状上的理想对应关系将保存准直器的光学扩展量和光强度分布，即使其将被第一和第二微透镜阵列完全混合。然而，应该强调的是，这是理论推理，其由于棋盘式排布图案的几何限制而难以实现。然而，本方面允许具有与上述现有技术设备相比更接近理想情况的微透镜配置的光学设备。然而，应该注意的是，在一些实施例中，第二微透镜中的至少一些第二微透镜可以具有比投影的光源更大的侧向延伸，从而允许从照明设备发射相对宽的光束。
本方面的优势还在于，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的科勒设置允许光源的图像至少在与远场中的光束相交的平面内散焦，或者换句话说，沿着光束散开。因此可以在得到的光束中减少光源的任何空间结构或者非均一性。第一和第二微透镜阵列可以分别由紧密装配在一起(优选地，没有间隙或者重叠)的第一和第二微透镜形成，以便减少否则可能由微透镜阵列中的边缘、边界、以及空间间隙引入到强度图案中的伪影。微透镜可以例如包括多边形形状(诸如三角形、矩形、五边形、六边形等)、或者可以被棋盘式排布到一维或者二维微透镜阵列中的任何其它形状。
第一和第二微透镜阵列可以被提供有相同的棋盘式排布，即具有相似地成形并且以相似图案设置的微透镜。第一和第二微透镜阵列还可以与彼此侧向对准，即在光学路径的方向上叠置，使得特定形状的第一微透镜的光轴与相同形状的对应第二微透镜的光轴(至少基本上)重合。因此，第一和第二微透镜阵列可以以镜像配置来设置。将具有相同的棋盘式排布的两个微透镜阵列对准(或者作为彼此的镜像)的优势在于，这减少由第一微透镜阵列的邻近微透镜之间的分界造成的光学损耗和伪影的风险。棋盘式排布的第一微透镜的尺寸还可以与棋盘式排布的第二微透镜一致。
第一和第二微透镜阵列中的每个微透镜阵列可以分别具有在从第一和第二微透镜阵列的中心延伸远离的方向上的延伸。这一方向可以称为子午方向。此外，第一和第二微透镜阵列可以具有在垂直于子午方向的方向上的延伸。这一方向可以称为弧矢方向。因此，微透镜的形状可以至少部分地由其弧矢尺寸和子午尺寸的比率来描述。
应该注意的是，因为第一和第二微透镜阵列可以被提供有相同的棋盘式排布，所以与第一微透镜阵列相关的度量和特征也可应用于第二微透镜阵列，并且反之亦然。例如，通过调节，第一微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率也遵循对应第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率的相似调节，并且反之亦然。
将要领会的是，光源的投影由第一微透镜阵列聚焦在第二微透镜阵列处，可以不一定表示投影必须由第一微透镜阵列精确地聚焦在第二微透镜阵列上，但是至少要靠近第二微透镜阵列。例如，第一微透镜阵列和第二微透镜的弯曲(或者以任何其它方式光学配置的)表面之间的距离可以与第一微透镜阵列的焦距相差小于10％。
根据一个实施例，第二微透镜中的至少一些第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸可以分别变化，使得它们分别对应于在所述至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜处所见的光源的投影的弧矢尺寸和子午尺寸。第二微透镜因此可以被形成为使得：该微透镜所见的光源的外轮廓被装配在该微透镜的轮廓内。在一个示例中，第二微透镜的最大弧矢尺寸和子午尺寸可以(至少几近)等于对应的光源投影的最大弧矢尺寸和子午尺寸。本实施例的优势在于，其允许所述第二微透镜的整个侧向延伸参与照明，从而增加所发射的光的轴上强度。
根据一个实施例，第一微透镜和第二微透镜中的至少一些微透镜可以被设置为形成围绕准直器的光轴的同心圆。同心圆的优势在于，它们可以被设置为共享旋转对称的准直器的旋转对称性。对称性的这种对应关系可以便于使第二微透镜的形状适于由准直器生成的光源投影的形状变化的任务。在一个示例中，相邻圆的角定向可以移位或者调节，以便降低如下风险：邻近的不同圆的微透镜之间的分界旋转对准并且因此形成对准图像，该对准图像可能在强度图案中造成伪影。
根据一个实施例，形成同心圆中的第一同心圆的第二微透镜中的至少一些第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸可以在同心圆中的所述第一同心圆内恒定，并且与同心圆中的另一同心圆中的第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸不同。换句话说，第二微透镜的第一圆可以由具有相同形状(或者至少具有相同的弧矢尺寸和子午尺寸)的微透镜形成。然而，另一圆可以由具有与第一圆的微透镜的形状不同的形状的第二微透镜来形成。然而，本实施例的配置不限于两个圆。相反地，本实施例的配置可以应用于多个圆或者甚至整个第二微透镜阵列。即，第二微透镜可以在每个圆内(至少几近)等同地成形，并且可以在不同圆之间不同。
根据一个实施例，形成同心圆中的第一同心圆的第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率在同心圆中的所述第一同心圆内可以是恒定的，并且可以低于同心圆中的另一同心圆中的第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率，该另一同心圆被设置在同心圆中的第一同心圆之外。这一实施例可以相似于之前的实施例，除了微透镜的弧矢尺寸或者微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率可以随着距准直器的光轴的距离的增加而增加。
根据一个实施例，第二微透镜中的至少一些第二微透镜可以被设置在具有相同数目的第二微透镜的同心圆中，并且第二微透镜中的至少一些第二微透镜可以具有相同的子午尺寸，并且可以具有在具有相同数目的第二微透镜的所述同心圆之间变化的弧矢尺寸。第二阵列因此可以包括相同数目的第二微透镜的两个或者几个同心圆，其中第二微透镜的弧矢尺寸可以在第二微透镜阵列的子午方向上增加，以便保持棋盘式排布。
根据一个实施例，第二微透镜中的至少一些第二微透镜可以被成形为圆环扇区，这些圆环扇区共同形成同心圆。在一个示例中，竖直台阶(在准直器的光轴的方向上)可以被形成在邻近的第二微透镜之间的分界处。本实施例的优势在于，其允许四边形第二微透镜的数目以及第二微透镜阵列的对称性增加，从而增加适于光源的投影的形状的微透镜的数目。
根据一个实施例，多个第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率可以不为1。微透镜可以例如在子午方向或者弧矢方向上是卵形或者长圆形的，以便允许光源的卵形或者椭圆形投影被装配在微透镜内。
根据一个实施例，第一和第二微透镜阵列可以被包括在单个光学体中。光学体可以例如包括至少部分透光的材料，诸如玻璃、塑料、陶瓷、或者聚合物。可以优选地选择材料以实现期望的折射率。相对高的折射率可以例如允许第一和第二微透镜阵列之间的厚度或者距离减少，以便提供更小的光学设备。
根据一个实施例，第一和第二微透镜阵列可以被包括在分离的光学体中。第一微透镜阵列可以例如被设置在第一基板上，并且第二微透镜阵列可以被设置在第二基板上。分离的光学体可以例如通过空气间隙分离，可以调节空气间隙的宽度以便调节光源在第二微透镜阵列上的聚焦和/或投影。使用空气间隙可以有利地降低重量并且可能降低光学设备的材料成本。
根据一个实施例，多个第一微透镜中的至少一些第一微透镜中的每个第一微透镜和第二微透镜阵列之间的距离可以至少沿着第二微透镜阵列的子午方向变化。有利地，距离的变化基于由第一微透镜阵列聚焦在第二微透镜阵列上的光源的投影的变化的形状。在一个示例中，该距离可以在不同微透镜之间增加，以便补偿投影的光源的减少的角度延伸，使得可以在子午方向和/或弧矢方向上保持微透镜尺寸。微透镜的焦距可以被调节以适应第一和第二微透镜阵列之间的距离。
根据一个实施例，第一微透镜阵列可以与准直器一体形成。第一微透镜阵列可以例如以与准直器相同的制造过程来制造，这可以有利地减少所需要的处理步骤的数目。
根据一个实施例，第一和第二微透镜阵列可以通过如下方式来设置(诸如制造)：通过确定光源在第一微透镜阵列上的投影的弧矢尺寸和子午尺寸，并且通过基于所确定的投影的弧矢尺寸和子午尺寸，来变化多个第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸。光源在准直器的出射开口之上的光锥或者投影的弧矢尺寸和子午尺寸(或者换句话说，弧矢散布和子午散布)可以例如借助于几何计算或者通过对准直器的射线跟踪来确定。
根据一个实施例，在操作期间，光可以由光源发射、在准直器中被准直、并且由第一和第二微透镜阵列(被设置为形成科勒积分器)进行混合。第一微透镜阵列可以包括多个第一微透镜，该多个第一微透镜可以适于将光源的投影聚焦在第二微透镜阵列处，第二微透镜阵列可以包括多个第二微透镜，该多个第二微透镜的形状基于光源的投影的形状或者延伸。从光源发射的光可以通过第二微透镜阵列透射，并且以光束的形式从光学设备发射。通过使第二微透镜的形状适于光源的投影的形状(遵守由棋盘式排布设置的几何规则)，并且通过根据相同的棋盘式排布来设置第一微透镜，可以改善光混合并且可以降低光学扩展量削弱和光学伪影。
在本申请的上下文中，术语“光源”指代可以由准直器投影在第一微透镜阵列上的任何发光区域、设备、或者元件。术语“光源”还可以指代在其内发光的所关注的特定区域。这种区域还可以称为“积分区域”，其应该被理解为(如从第二微透镜所见的)应该能够内切在该特定微透镜内的区域。这种积分区域可以具有如下尺寸：该尺寸等于或者大于由包围光源或者形成光源的所有发光元件的周界或者表面限定的区域。积分区域可以例如具有与盘或者柱体的形状共形的形状。
光源可以包括LED。然而，将要理解的是，光源可以原则上包括能够生成并且发射光的任何种类的元件。RGB LED可以有利地用于实现自照明设备的动态彩色光输出。光源可以是相同类型或者不同类型的。
准直器可以例如包括菲涅耳透镜、全内反射(TIR)透镜、菲涅耳TIR透镜、或者是RXI准直器或者UFO、抛物面或者非球面准直器。有利地，准直器可以围绕其光轴旋转对称。
第一微透镜阵列和第二微透镜阵列还可以称为积分器或者科勒积分器。第一和第二微透镜可以优选地具有与圆盘共形的形状，并且可以被设置为完全覆盖准直器的出射开口。特别地，这种圆形科勒积分器可以与围绕光学设备的光轴旋转对称的准直器组合。
微透镜可以例如是球面微透镜或者非球面微透镜、柱形或者菲涅耳微透镜、或者被提供有任何其它合适的弯曲。微透镜阵列可以例如由可以例如被塑模的玻璃、塑料、陶瓷、或者聚合物材料形成。塑模技术的示例包括例如吹塑、压缩塑模、注射塑模、以及基体塑模。塑模的优势在于，其可以适用于大规模生产。一旦提供了工具(诸如模具)，可以以相对大的量并且以相对低的成本批量生产微透镜阵列。
要注意的是，本发明的实施例涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。此外，将要领会的是，针对光学设备描述的各种实施例全都可与根据第二方面限定的方法的实施例组合。
附图说明
现在将参照示出了实施例的附图更详细地描述这一方面和其它方面。
图1示出了根据一个实施例的光学设备的准直器的透视图。
图2示出了根据一个实施例的照明设备的横截面侧视图。
图3a至图3d示出了根据一些实施例的棋盘式排布的微透镜的不同示例。
图4a至图4c示出了根据一些实施例的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列的横截面侧视图。
图5是根据一个实施例的方法的示意性图示。
所有附图都是示意性的，而不一定按比例，并且一般仅示出阐明实施例所必要的部分，其中其它部分可以被省略或者仅进行建议。相同的附图标记贯穿说明书指代相同的元件。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本方面，在附图中示出了当前优选的实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式体现并且不应该被认为限制于本文中陈述的实施例；更确切地说，这些实施例被提供用于透彻性和完整性，并且向技术人员充分传达本方面的范围。
图1是根据一个实施例的光学设备的准直器110的透视图。准直器110可以围绕其光轴O旋转对称，并且被设置为准直来自光源122的光，光源122包括例如LED 122。光源122可以例如被设置在腔体120内，腔体120例如可以包括光折射柱形侧壁和折射式顶表面，折射式顶表面可以面向准直器110的出射开口112并且被形成为凸透镜，该凸透镜被配置为将通过顶表面出射的光聚焦。被准直的光通过准直器的出射开口112出射，在出射开口112处，可以设置第一和第二微透镜阵列(未在图1中示出)，以接收光源122的投影150并且混合将从光学设备发射的光。光源122的图像或者投影可以产生在平行于准直器110的出射开口112的给定平面上。这种投影150的示例性轮廓(如在与准直器110的出射开口112重合的平面内所见那样)被图示在沿着准直器110的子午方向M的几个位置处。子午方向M应该被理解为穿过光轴O并且在垂直于光轴O的平面内延伸的任何线，而弧矢方向S应该被理解为在垂直于光轴O的平面内延伸并且与子午方向M正交的任何线。如图1所示，光源122的投影150的轮廓或者形状可以沿着准直器110的子午方向M变化。在这一特定示例中，当在向着准直器110的光轴O的方向上前进时，投影150的弧矢尺寸发生变化，使得光源122的投影150的弧矢尺寸与子午尺寸的比率随着到光轴O的距离的减少而增加。
图2是根据一个实施例的照明设备1的横截面侧视图，照明设备1包括光源122和光学设备100，光学设备100可以与参照图1描述的光学设备相似地配置。如图2所示，光学设备100包括：准直器或者反射器110；以及棋盘式排布的第一微透镜132的第一微透镜阵列130、和棋盘式排布的第二微透镜142的第二微透镜阵列140。在本示例中，第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140被包括在单个光学体135中，光学体135例如可以是塑料的盘形基板135。第一微透镜阵列130和第二微透镜阵列140可以被设置在基板135的相反侧上。第一微透镜阵列130可以包括棋盘式排布的(即并排设置，没有侧向间隙或者重叠)多个第一微透镜132。这也适用于第二微透镜阵列140，第二微透镜阵列140具有在图案和微透镜形状方面与第一微透镜阵列130的棋盘式排布一致的棋盘式排布。第二微透镜阵列140可以在光学路径(和光轴O)的方向上竖直地设置在第一微透镜阵列130上方，并且与第一微透镜阵列130侧向对准，使得第一微透镜132和第二微透镜142中的每个都叠置。光学设备100的侧向方向意指与光学设备100的光轴O正交的任何方向。
第一微透镜132和第二微透镜142可以被形成为允许光源122的投影150被第一微透镜阵列130聚焦在第二微透镜阵列140的外表面上。根据本实施例，微透镜可以例如是球面的或者非球面的，并且具有基于光学体135的折射率和厚度的半径。
第一微透镜132和第二微透镜142可以例如被形成为具有弧矢延伸和子午延伸的多边形，如从第二微透镜142中的每个第二微透镜142所见的，弧矢延伸和子午延伸随着光源122的投影或者图像150的形状变化而变化。通过根据其在准直器110的出射开口112之上的子午和弧矢位置，来调节第二微透镜142的弧矢尺寸和子午尺寸的比率，可以提供棋盘式排布，该棋盘式排布允许光学设备100的降低的(至少与基于漫射和/或单个微透镜阵列的光混合相比)光学扩展量削弱。
图3a是第二微透镜阵列340的示意性顶视图，第二微透镜阵列340具有以如下图案棋盘式排布的第二微透镜342：其中子午尺寸和弧矢尺寸可以根据锥角或者由第一微透镜332聚焦在第二微透镜342上的光源投影350变化。如图3a所示，第二微透镜342可以被设置在围绕第二微透镜阵列340的中心的同心圆中，该中心可以被设置为与准直器310的光轴O重合。第二微透镜342可以并排设置，而没有侧向间隙或者竖直台阶。第二微透镜342的每个环可以由具有相同形状的微透镜形成。此外，一些相邻环可以包括相同数目的第二微透镜342并且具有相同的子午尺寸。因此，第二微透镜342的弧矢尺寸可以在具有相同数目的微透镜的邻近环之间发生变化，以便补偿环的周长变化并且保持棋盘式排布。
图3b图示了图3a中的第二微透镜阵列340的一部分，其中在两个不同的第二微透镜342中图示了光源310的投影的轮廓，这两个不同的第二微透镜342的弧矢尺寸和子午尺寸被调节以适应投影的光源310的形状。
图3c和图3d示出了与参照图3a描述的相似的微透镜阵列，其包括被成形为圆环扇区(未严格角对角设置)的四边形第二微透镜342的同心环，并且其中邻近的微透镜之间允许竖直台阶。邻近的第二微透镜342之间的竖直台阶被图示在图3d中的透视图中。因此，可以增加被良好地调节以适应投影的光源310的形状的第二微透镜342的数目。
图4a至图4c示出了与参照图2和图3a至图3d描述的微透镜阵列相似的第一微透镜阵列430和第二微透镜阵列440的不同示例的横截面。箭头指示撞击在第一微透镜阵列130上并且被聚焦在第二微透镜阵列440上的光的路径。
图4a示出了可以被设置在分离的光学体上的第一微透镜阵列430和第二微透镜阵列440。第一微透镜阵列430可以例如被形成在第一基板433上，第一基板433与第二基板443分离，在第二基板443上形成第二微透镜阵列440。第一基板433和第二基板443可以通过空气间隙437分离。在这一实施例中，第一微透镜阵列430背离第二微透镜阵列440。
在图4b中，公开了与图4a相似的设置，但是第一微透镜阵列430与准直器410一体形成。此外，第一微透镜阵列430和第二微透镜阵列440被设置为面向彼此。
图4c示出了被包括在单个光学体435中的第一微透镜阵列430和第二微透镜阵列440的另一示例。根据这一示例，光学体435在光学路径(光轴)方向上的厚度可以变化，以便变化第一微透镜432和第二微透镜442中的至少一些(优选地，大多数)微透镜之间的距离。该厚度可以例如沿着第二微透镜阵列的子午方向M和/或在弧矢方向S上变化，以便变化投影的光源的子午尺寸M和弧矢尺寸S。
图5是用于制造与参照之前的附图描述的设备相似的光学设备的方法的示意性图示。根据本实施例，提供10了光学准直器，该光学准直器适于准直来自光源的光。经准直的光在准直器的出射开口处提供光源的投影，其中投影的形状至少沿着第一出射开口处的子午位置变化。此外，设置20第一和第二微透镜阵列，其可以分别包括多个第一和第二微透镜。设置20可以包括例如借助于几何计算或者射线跟踪，确定22光源的投影的弧矢尺寸和子午尺寸。形成24第一和第二微透镜阵列，使得第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率基于所确定的光源的投影的弧矢尺寸和子午尺寸而变化。第一和第二微透镜阵列被棋盘式排布，使得第一微透镜阵列的棋盘式排布在图案和微透镜形状方面与第二微透镜阵列的棋盘式排布一致，并且使得第一微透镜阵列的棋盘式排布图案与第二微透镜阵列的棋盘式排布图案对准。此外，第一微透镜阵列被设置为将光源的投影聚焦在第二微透镜阵列处。
再次参照图1，在操作期间，从光源122发射的光可以由准直器110准直、由第一微透镜阵列130的第一微透镜132接收、被聚焦在第二微透镜阵列140的对应微透镜142处、被混合并且经由第二微透镜阵列140从光学设备100发射。
本领域技术人员要意识到，本发明决不限于上文描述的优选实施例。相反地，很多修改和变化在所述权利要求的范围内是可能的。例如，第一和第二微透镜阵列可以被提供有不同的形状、材料、以及微透镜类型。附加的光学元件(诸如聚焦透镜、滤波器等)也可以与本发明的实施例组合。
另外，对所公开的实施例的变化可以由本领域技术人员在实践所要求保护的发明中，从学习附图、公开内容以及所附权利要求中理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或者步骤，并且不定冠词“一(a)”或者“一个(an)”不排除多个。仅凭在互相不同的从属权利要求中记载某些措施的事实，不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应该理解为对范围进行限制。

Claims (15)

1.一种照明设备(1)，包括光源(122)和光学设备(100)，所述光学设备(100)包括：
光学准直器(110)，适于准直来自光源(122)的光；
第一微透镜阵列(130、430)，包括多个第一微透镜(132、432)；以及
第二微透镜阵列(140、440)，包括多个第二微透镜(142、442)；
其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列被设置为使得：
所述第一微透镜阵列的棋盘式排布在图案和微透镜形状方面与所述第二微透镜阵列的棋盘式排布一致；
所述第一微透镜阵列的棋盘式排布图案与所述第二微透镜阵列的棋盘式排布图案对准；并且使得：
由所述光学准直器准直的光提供所述光源的投影(150)，如至少沿着所述准直器的子午方向(M)所见的，所述投影的形状有所变化；
其中所述光源的所述投影由所述第一微透镜阵列聚焦在所述第二微透镜阵列处；并且
其中所述第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率至少沿着所述第二微透镜阵列的子午方向变化，以适应于所述投影的形状变化。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其中分别变化所述第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的所述弧矢尺寸和所述子午尺寸，使得所述弧矢尺寸和所述子午尺寸分别对应于在所述至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜处所见的所述光源的所述投影的弧矢尺寸和子午尺寸。
3.根据权利要求1或者2所述的照明设备，其中所述第二微透镜中的至少一些第二微透镜被设置为形成围绕所述准直器的光轴的同心圆。
4.根据权利要求3所述的照明设备，其中形成所述同心圆中的第一同心圆的所述第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸在所述同心圆中的所述第一同心圆内是恒定的，并且与所述同心圆中的另一同心圆中的所述第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸不同。
5.根据权利要求3或者4所述的照明设备，其中形成所述同心圆中的第一同心圆的所述第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率在所述同心圆中的所述第一同心圆内是恒定的，并且低于被设置在所述同心圆中的所述第一同心圆之外的所述同心圆中的另一同心圆中的所述第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的照明设备，其中所述第二微透镜中的至少一些第二微透镜被设置成具有相同数目的第二微透镜的同心圆，并且其中所述第二微透镜中的所述至少一些第二微透镜具有相同的子午尺寸，并且具有在具有相同数目的第二微透镜的所述同心圆之间变化的弧矢尺寸。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的照明设备，其中所述第二微透镜中的所述至少一些第二微透镜被成形为共同形成所述同心圆的圆环扇区。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸的比率不为1。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列被包括在单个光学体中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列被包括在分离的光学体中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述第一微透镜中的至少一些第一微透镜中的每个第一微透镜和所述第二微透镜阵列之间的距离基于被聚焦在所述第二微透镜阵列上的所述光源的所述投影的变化的形状，至少沿着所述第二微透镜阵列的子午方向变化。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备，其中所述第一微透镜阵列与所述准直器一体形成。
13.一种在根据前述权利要求中的任一项所述的照明设备中使用的光学设备(100)。
14.一种用于制造光学设备的方法，所述方法包括：
提供(10)适于准直来自光源的光的光学准直器；
设置(20)分别包括多个第一微透镜和多个第二微透镜的第一微透镜阵列和第二微透镜阵列，使得：
所述第一微透镜阵列的棋盘式排布在图案和微透镜形状方面与所述第二微透镜阵列的棋盘式排布一致；
所述第一微透镜阵列的棋盘式排布图案与所述第二微透镜阵列的棋盘式排布图案对准；并且使得：
由所述光学准直器准直的光提供所述光源的投影，如至少沿着所述准直器的子午方向所见的，所述投影的形状有所变化；
其中所述光源的所述投影由所述第一微透镜阵列聚焦在所述第二微透镜阵列上；并且
其中所述第一微透镜中的至少一些第一微透镜中的每个第一微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸之间的比率至少沿着所述第二微透镜阵列的子午方向变化，以适应于所述投影的形状变化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中设置所述第一微透镜阵列和所述第二微透镜阵列的步骤进一步包括：
确定(22)在沿着所述准直器的子午方向的多个位置处所见的所述投影的所述形状的弧矢尺寸和子午尺寸；以及
形成(24)所述第二微透镜阵列，使得第二微透镜中的至少一些第二微透镜中的每个第二微透镜的弧矢尺寸和子午尺寸变化，以适应于所确定的所述投影的弧矢尺寸和子午尺寸。
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