[发明专利]具有用于反射光束的微棱镜结构的光学元件

说明书

本发明涉及一种具有微棱镜结构的光学元件，具体而言，是根据权利要求1前序部分，用做为一种照明设备的盖体的光学元件。本发明还涉及根据权利要求8的用于制造该种光学元件的方法。

使用这种光学元件或称照明设备盖体的效果是例如使照明设备所发出的光束的角度受到限制以便能够避免或是至少消除给观察者造成的晕眩。此外，当然这种元件也为照明设备，或具体说是其内部的光源提供了机械式保护。

从例如奥地利专利AT-B-403,403中可知一种如前面所介绍的这类光学元件，这种已知的照明装置盖体光学元件在其面向光源的一侧上具有以行列形式排列的许多锥状部分，即所谓的微棱镜，该锥状部分以截锥形式构造且具有与底面(光射出面)相平行的上界面(光射入面)，整个照明装置盖体完全由透明材料制成。

为了解释本发明将要解决的问题，在图1中示出了根据专利AT-B-403,403的截锥或称微棱镜结构。如在其专利说明书中所详细介绍的，这种已知的微棱镜结构1具有做为光入射面的顶表面2，被设置成与顶表面相平行并做为光射出面的底面3，以及倾斜的延伸侧面4。这种构造方式使微棱镜1具有截锥体的形状。出射光束的出射角度ν相对于光出射面3的垂直方向很接近ν_max＝60～70°，最好是ν_max＝60°，这样做是为了避免使观察者从侧面看照明设备时发生晕眩。为了也能同时获得最大程度的光学效率，截锥台中d，h尺寸的最佳d∶h比值取决于截锥体所用材料的折射率，该截锥体构成了由透明材料制成的微棱镜1。另外，相邻的微棱镜1之间的最优沟槽角度δ约为8～9°，这也形成了数值大约为700μm的微棱镜网格尺寸。

按照到上述给定的尺寸，即使是对于直接射到了边缘5处的光或是正好射到截锥体1的边缘5边上并通过位于二截锥体1之间的边缘6的光来说，其结果都是，这些光线将从光射出面3的平面上以角度ν＜60°的角射出。

然而，在实践中发现，根据制造技术，很难或几乎不可能观察到大约为8～9°的沟槽角δ。目前，可以做到以足够高级别的精度和重复性来实现大约为15°的淘槽角。虽然在截锥体1的高度不变的条件下，既使现实情况下只能获得δ＝15°的淘槽角，也还是可以得到ν_max＝60°的光射出角，但其结果是，由于光射入面2的面积减小，从而使照明设备盖体的光学效率从大约75～80％降低至大约65％。另一种方法是，为了保持光入射面2的大小，截锥体1的高度h也可被减小。但是在这种情况下，将不再能观察到最大的光出射角ν_max＝60°，这是因为直接从光入射面2的边缘5直接射入微棱镜1并且正好经过相邻截锥体1之间的棱边6的光束将以平角离开照明设备盖体。

关于上述类型的又一种照明设备盖或是光学元件可以由例如专利申请WO 97/36131中得知。在这一书面说明书中所公开的结构一方面在截锥体侧壁上有一个反射覆盖物，目的在于防止光束从微棱镜侧壁射出并降低照明设备的效率，另一方面，该结构在微棱镜光出射面一侧具有一个透镜系统，以便能在相对于光出射面的平面大致垂直的方向上会聚光束。但是，这种照明设备盖体的结构相对复杂，因而与AT-B-403,403中的照明设备盖体相比，制造技术的成本方面要更高一些。

根据对上述现有技术所做的考虑，本发明的目的之一是提供一种本文所介绍的类型的光学元件，该元件可以避免在上述现有技术中所描述的各种缺点，且特别是因采用了可保证光束自光学元件的射出角的照明技术而获得了很高的光学效率，同时也避免了观察者的晕眩感。

该目的由具有权利要求1特征的光学元件获得。

因为由棱镜顶表面构成的光学元件入射面是以连续或非连续的方式以向外凸起或向内凹陷形式成形的，比较起光入射表面与光出射表面相平行的情况而言，来自光源的光束以不同的入射角入射到元件的光入射平面。通过适当地选择曲率或称弯曲程度，以及光学元件内芯材质，特别是其折射率，光束可以相对于光出射平面的垂直方向仅以最大约为60°的出射角从光出射面射出，而同时本照明技术中所使用的光学元件的效率不会因此降低。将棱镜顶表面成形为凹陷形，从而使入射到顶表面上的光束被以更陡的角度折射进微棱镜结构，同时不会以一过平的角度射出光学元件。而另一方面，以凸起形式成形的棱镜顶表面会使以较平的角度入射到顶表面的光束以更平的角度折射入微棱镜结构，从而在对置的侧面结构上被完全反射且以一个足够小的出射角离开光学元件。

微棱镜的顶表面的形状最好是外凸，内凹或是阶梯形，但曲面或阶梯面不一定非完全覆盖整个顶面。