提供偏振光的光学系统的制作方法
提供偏振光的光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有部分反射、部分透射的偏振器和布置成发射和反射光的发光模块的光学系统。还公开了用于提供这样的光学系统的方法。
【背景技术】
[0002]光照设备是已知的，其中偏振器用于提供线偏振光。偏振器被适配成将入射光划分成相反偏振特性的两个线偏振分量。一个分量穿过偏振器，而另一个分量被偏振器吸收。然而，利用这样的技术的一个缺陷是由于偏振器仅透射一个分量所致的相对欠佳的效率。
[0003]在例如US 3，566，099中，通过提供具有布置在抛物面反射器的口部之上的反射-透射偏振器的光投射组件来解决该问题，其中一个分量穿过偏振器并且另一个分量反射回到反射器中。使关于所透射的分量相反偏振的经反射的分量穿过直接定位在偏振器后面的四分之一波片。四分之一波片将经反射的分量转换成圆偏振光，其然后在反射器的表面上反射并且反向到相反偏振方向上。当经反向的分量回穿过四分之一波片时，其将显现为与偏振器所透射的原始分量在相同方向上线偏振的光并且因此将穿过偏振器，从而加强透射分量。然而，仍旧存在对于用于生成偏振光的具有改进的效率的光学系统的需要。
[0004]US 2006/0238716 Al公开了一种光源模块，其包括安装在底座上以生成和发射光照光并且具有反射入射在发光芯片上的光的反射率的发光芯片，与底座耦合以朝向前向方向反射来自发光芯片的光的反射镜，以及安装在反射镜的出射端上以通过反射将入射在偏振对准单元上的光的一部分馈送回来并且在一个方向上偏振来自发光芯片的光并输出偏振光的偏振对准单元，其中入射在偏振对准单元上的光中被馈送回来的光由反射镜和底座中的至少一个反射回到偏振对准单元。
[0005]US 2006/0196944 Al公开了由LED和角度控制透镜形成的LED光源。LED包括衬底上的LED芯片并且还提供有布置在LED芯片周围的反射区域。
【发明内容】
[0006]鉴于上文，本发明的至少一些实施例的目的是提供一种输出偏振光的光学系统，其具有改进的效率。
[0007]因此，提供了具有独立权利要求的特征的光学系统和方法。从属权利要求限定有利实施例。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种光学系统或光学设备，其包括被适配成发射光的至少一个发光模块。发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。另外，光学系统包括相对于至少一个发光模块中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光的至少一个反射器，以及相对于反射器布置以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些的偏振器。偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光，并且反射具有至少第二偏振方向的光。经反射的光中的至少一些例如经由反射器处的反射而朝向至少一个发光模块透射回来。至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个关于至少一个反射器的光轴非对称地布置，并且至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置。由此，由偏振器反射的光中的至少一些撞击在至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
[0009]根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供光学系统的方法。方法包括提供被适配成发射光的至少一个发光模块，其中发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。方法还包括相对于至少一个发光模块中的对应一个布置至少一个反射器以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光，以及相对于反射器布置偏振器以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些。偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光，并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些例如经由反射器处的反射而朝向至少一个发光模块透射回来。提供至少一个发光模块的步骤包括关于至少一个反射器的光轴非对称地布置至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个，以及关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上。由此，撞击光中的至少一些朝向偏振器反射，撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
[0010]本方面是基于以下认识:从光学系统发射的偏振光的量或光学系统的效率例如取决于反射器内的光反射程度或范围。通过例如使用透射具有所期望或要求的第一偏振方向的光并且将未通过偏振器透射的光中的至少一些反射回到反射器中的透射-反射偏振器，可以使得能够实现由发光模块生成的光的改进的“回收利用”。另外，通过提供例如可以关于其光轴圆对称的反射器内的发光模块，所述发光模块具有关于与光轴重合的点彼此点对称地布置的反射表面部分和发光表面部分并且其中至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分关于光轴非对称地布置，相比于利用不具有任何反射表面部分或不展现反射表面部分相对于发光表面部分的这样的点对称布置的发光模块而言，反射器内的光反射程度可以增加。至少一个反射和发光表面部分的光学系统的点对称性和至少一个反射和发光表面部分关于光轴的非对称放置使得由偏振器朝向发光模块反射回来的光中的至少一些能够撞击在与光从其发射的对应发光表面部分点对称地布置的反射表面部分上。由此，借助于发光模块中相对于发光表面部分对称地布置的反射表面部分可以“回收利用”具有非期望的第二偏振方向的光中的至少一些，所述发光表面部分关于光轴非对称地布置，并且光学系统的效率因而可以改进。通过布置反射表面部分使得具有第二偏振方向的经反射的光中的至少一些撞击在反射表面部分上而不是发光模块的发光表面部分上，撞击在发光模块的非反射表面部分上或被其吸收的光的量可以有利地降低。由于由偏振器反射的光的偏振(例如光的偏振方向)在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)反射时可以发生改变，所以经回收利用的光中的至少一些最终可以作为具有期望的偏振方向的光而通过偏振器透射。
[0011]一般已知的是，点对称性还可以描述为在平面中绕轴线的180度旋转。在该情况中，至少一个反射表面部分和至少一个发光表面部分关于与光轴重合的点彼此点对称地布置还可以描述为至少一个反射表面部分和至少一个发光表面部分布置成在发光模块的平面中关于与光轴重合的点或者关于光轴旋转180度。
[0012]至少一个发光表面部分关于光轴非对称地布置，这还可以描述为至少一个发光表面部分未关于光轴定心或未在光轴上定心。当发光表面部分关于光轴非对称地布置时，由于关于光轴的相互点对称性，所以反射表面部分也关于光轴非对称地布置，或者换言之，也未关于光轴定心或未在光轴上定心。
[0013]当比较反射表面部分的面积与发光表面部分的面积之间的关系或比例时，可以指出的是，光回收利用的效率可以随反射表面部分的面积的增加而增加。与发光表面部分的面积相比较，光反射表面部分的面积越大，经反射的光撞击在反射表面部分上的概率就越大。然而，本方面的有利之处在于，还可以针对由发光表面部分和反射表面部分覆盖的相对小的总面积而获得相对高的回收利用效率。这可以通过反射表面部分和发光表面部分的对称构成而实现，其中反射表面部分与对应的发光表面部分关于光轴点对称地布置。由此可以利用例如可覆盖与发光表面部分的面积相等的面积的反射表面部分的相对小的总面积而获得发光模块处的相对高量的光反射。
[0014]根据实施例，偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，诸如例如线偏振光。光学系统还可以包括偏振状态转换器，其相对于偏振器布置以便接收由偏振器反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光(例如为线偏振光)转换成具有第二偏振状态的光，诸如圆或椭圆偏振光。偏振状态转换器还相对于反射器布置以便接收由发光模块的至少一个反射表面部分反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。允许由偏振状态转换器将偏振器所反射的光中的至少一些转换成圆偏振光有利地使得当圆偏振光在反射器内每一次例如由发光模块的反射表面部分反射时，偏振方向能够从例如左手偏振改变成右手偏振，并且反之亦然。在返回到偏振状态转换器之前已经在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)反射奇数次的圆偏振光可以具有相反的偏振方向，而 在返回到偏振状态转换器时已经在反射器内反射偶数次的圆偏振光可以具有与离开偏振状态转换器时相同的偏振方向。具有相反偏振方向的偏振光可以有利地由偏振状态转换器转换成具有第二偏振方向的线偏振光，其可以通过偏振器透射。由此可以增加经透射的光的量以及因而光学系统的效率。
[0015]根据实施例，偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，诸如例如圆偏振光。偏振器可以例如配置成诸如在EP0606940 BI或EP0606939 BI中公开的偏振器。光学系统还可以包括偏振状态转换器，其相对于偏振器布置以便接收由偏振器透射的(例如圆偏振)光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，诸如例如线偏振光。本实施例由此允许偏振器或反射-透射偏振器透射具有所期望或要求的第一偏振方向的圆或椭圆偏振光，并且反射具有第二偏振方向的至少一些圆偏振光。如之前所描述的，经反射的圆偏振光可以在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)的奇数次反射后使其偏振方向反向，使得具有例如第二偏振方向的光可以被转换成具有第一偏振方向的光，并且反之亦然。因而，到达偏振器的经回收利用的光中的至少一些包括具有所期望或要求的第一偏振方向的圆或椭圆偏振光。反射器和/或发光模块的反射表面部分可以用作用于将由偏振器反射的光转换成具有所期望或要求的偏振方向的光的转换器，所述光由此可以通过偏振器透射。
[0016]根据实施例，偏振状态转换器包括多个堆叠的双折射层。使用这样的偏振状态转换器可以允许补偿或降低在反射器中的反射期间可能在光的偏振中引入的任何椭圆率的程度。堆叠的双折射层还可以允许获得消色差的偏振状态转换器。
[0017]此外或可替换地，偏振状态转换器可以包括扭曲液晶结构，例如90°扭曲向列液晶结构，其例如可以包括夹在两个透明衬底之间的液晶层或聚合液晶材料。
[0018]通过将发光模块布置在沿光学系统或反射器的光轴的不同位置处，可以调节离开光学系统的光束的角度和形状。根据一个示例，至少一个发光模块可以布置在垂直于至少一个反射器的光轴的平面中，所述光轴与至少一个发光模块相交。根据另一示例，至少一个发光模块布置成使得至少一个反射器中的对应一个的焦点与至少一个发光模块重合。例如在反射器包括抛物面反射器的情况中，通过布置发光模块使得抛物面反射器的焦点与发光模块重合，可以生成大体准直的光束。
[0019]根据实施例，至少一个发光表面包括布置在印刷电路板的至少一部分上的发光二极管(LED)。然而，这仅仅是发光表面的非限制性示例。在本申请的上下文中，术语“发光表面”用于限定光源的发光表面，该光源基本上可以是能够在例如通过跨其施加电势差或通过其传递电流而激活时发射电磁频谱区(例如可见区、红外区和/或紫外区)中的任何区或区的组合中的辐射的任何设备或元件。因此，光源可以具有单色、准单色、多色或宽带频谱发射特性。光源的示例包括半导体、有机或聚合物/聚合LED、激光器、蓝色LED、RGB LED、光学泵浦磷光体涂敷LED、光学泵浦纳米晶体LED、RGB激光器、(多个)激光泵浦磷光体或如本领域技术人员已知的任何其它类似的设备。
[0020]根据实施例，至少一个反射表面部分包括镜涂层等，其可以是非导电的和/或与至少一个发光表面部分电气隔离。非导电涂层可以直接施加在发光模块的表面上而没有使任何导电通路短路的风险。如果与表面部分电气隔离则可以使用导电镜涂层，以便降低导电通路短路的风险。
[0021]根据实施例，光学系统包括多个发光模块和/或多个反射器。通过提供每一个对应于至少一个发光模块的多个反射器，相比于具有若干发光模块和单个反射器的光学系统而言，可以利用相对平坦的光学系统获得具有相对大的截面的光束。由于抛物面或球面反射器的宽度取决于如沿反射器的光轴所测量的反射器的深度，所以相对宽的反射器可以对应于相对深的反射器。使用多个反射器因而可以允许实现具有多个发光模块的相对宽且同时相对平坦的光学系统。
[0022]根据实施例，光学系统包括至少一个折射透镜，其被适配成收集通过偏振器透射的光的大部分或全部或至少一部分并且将该光形成或成形为所选或期望的射束形状。至少一个透镜可以例如布置成将通过偏振器透射的光聚焦和/或引导到所光照的目标或对象上。由此借助于光学系统的光照可以例如适配于光学系统与所光照的目标或对象之间的距离。光学系统可以包括可关于发光模块可控地可移动(优选地朝向和/或远离发光模块)的若干透镜，这使得能够调节从光学系统输出的光束的聚焦。透镜的示例包括球面、非球面、双凸、平凸、双凹、平凹透镜或菲涅尔透镜。
[0023]根据实施例，偏振器相对于反射器可调节地布置，或者反之亦然，以便允许调节通过偏振器透射的光的偏振方向。通过偏振器透射的光的偏振方向的调节可能性可以例如借助于可旋转地布置以便能够关于反射器的光轴旋转的偏振器而实现。
[0024]光学系统可以包括被适配成指示通过偏振器透射的光的偏振方向的指示器。指示器可以布置成以便为用户提供如何调节偏振器相对于反射器的布置或者反之亦然的指导，使得通过偏振器透射的光的偏振方向变得更接近或等于通过偏振器透射的光的所选偏振方向。
[0025]用户可能例如正在观看或看向由光学系统光照的目标或对象的至少部分反射的表面。通过为用户提供如何调节光照目标或对象的表面的光的偏振方向的指导，可以(由用户)控制从表面到达用户或观察者的眼睛的光反射的量或程度以便合乎期望或所选的准贝1J。这可以通过利用以下观察来实现:在表面处反射的入射光的比例尤其取决于入射光的偏振方向。因此，通过调节通过偏振器透射并且撞击在表面上的光的偏振方向，可以控制或调节表面处的光反射程度。可以例如控制通过偏振器透射的光的偏振方向使得例如s偏振光(即具有垂直于入射平面的偏振方向的光)或P偏振光(即具有平行于入射平面的偏振方向)撞击在所光照的目标或对象的表面上。s偏振光可以有利地允许来自所光照的目标或对象的至少部分反射的表面的相对高程度的光反射，而P偏振光可以允许来自所光照的目标或对象的至少部分反射的表面的相对低程度的光反射。能够调节通过偏振器透射的光的偏振方向可以使得能够实现相对灵活的光学系统，其可以由例如用户或观察者适配以便降低或增加所光照的目标或对象处的反射。
[0026]能够降低来自用户或观察者所观看的表面的光反射程度或眩光可以允许降低来自诸如有光泽的杂志和电子平板之类的信息载体的干扰眩光，并且因而改善信息载体上的文本等的可读性。通过使观察者或用户能够降低来自这样的表面的不合期望的眩光，对于例如平坦屏幕产品的发行者和制造者而言可以可能的是使用具有带光泽的抛光的纸张和显示器。能够调节撞击在对象上的光的偏振方向以便增加经反射的光的量对于晶体、珠宝、钻石和其中期望闪亮效果的其它对象的光照可以是有利的。出于设计的目的，在有光泽的表面处同样期望反射。本实施例还可以提供相对灵活的光学系统，其可以适配于各种光照条件和要求。如之前所提到的，光学系统可以用于例如提供晶体中的增强闪亮效果和提供用于有光泽的杂志的阅读的舒适光照二者。
[0027]在本申请的上下文中，指示器应当被理解为布置用于例如向用户指示离开光学系统的光的偏振方向的任何构件。指示器可以例如通过指针或诸如箭头、文本、符号或图片之类的标记实现，并且可以指示出射光的偏振方向，或者在其处可以实现期望的光照所要求的偏振器的方向或取向。期望的光照可以例如由期望或所选的准则针对来自所光照的目标或对象处的表面的光反射程度来限定。在替换方案中或者此外，指示器可以是听觉或触觉的，或者视觉、听觉和触觉的任何组合。
[0028]要指出的是，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。
【附图说明】
[0029]参照附图，通过本发明的优选实施例的以下说明性且非限制性详细描述，将更好地理解本发明的以上以及附加的目的、特征和优点，在附图中:
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括发光模块和透射-反射偏振器的光学系统的截面侧视图；
图2示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的光学系统的截面侧视图；
图3a_3d各自示意性地描绘了具有至少一个发光表面部分与对应反射表面部分的发光模块的顶视图或正视图；
图4示意了根据本发明的实施例的包括多个反射器和发光模块的光学系统的截面 侧视图；以及
图5示意性地描绘了根据本发明的实施例的光学系统。
[0030]所有图是示意性的，未必按照比例，并且一般仅示出为了阐述本发明而必要的部分，其中可以省略或者仅仅暗示其它部分。
【具体实施方式】
[0031]现在将在下文中参照其中示出本发明的示例性实施例的附图描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式体现并且不应当解释为限于本文所陈述的实施例；而是，为了透彻性和完整性并且为了向技术人员传达本发明的范围而提供这些实施例。
[0032]参照图1，示出根据本发明的实施例的光学系统100的截面侧视图。光学系统100包括诸如依照本实施例的抛物面反射器120之类的反射器120，在其内布置发光模块110以发射光。诸如四分之一波片140之类的偏振状态转换器140相对于反射器120布置以便接收由发光模块110发射的光1^中的至少一些。光学系统100还包括诸如例如反射-透射线偏振器130之类的偏振器，其相对于偏振状态转换器140布置以便接收由偏振状态转换器140透射或通过其透射的光中的至少一些。偏振器130被适配成透射具有所选偏振方向的光L2，诸如例如具有平行于偏振器130上的入射平面的偏振方向的线偏振光，并且被适配成反射具有另一偏振方向的光，诸如例如具有垂直于入射平面的偏振方向的线偏振光。
[0033]因此，根据所描绘的实施例，偏振器130被适配以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，例如线偏振光。偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收由偏振器130反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，例如圆偏振光。
[0034]偏振状态转换器140或四分之一波片140还可以布置成接收在偏振器130处反射的偏振光并且将该光中的至少一些转换成具有第二偏振状态的光，例如圆偏振光L3,其朝向反射器120或发光模块110透射回来。圆偏振光L3每一次在反射表面上(例如发光模块110的反射表面部分112上和/或反射器120上)反射时，光的偏振方向改变，使得例如右手偏振光转换成左手偏振光，并且反之亦然。因此，已经反射奇数次并且最终撞击于四分之一波片140上时的光L4中的至少一些可以被四分之一波片140转换成具有所选偏振方向的线偏振光L5,并且因此可以由偏振器130透射(通过其透射)。
[0035]根据图1中描绘的实施例，发光模块110布置在垂直于反射器120的光轴A的平面中，所述光轴A与发光模块110在点P (未不出)中相交。另外，发光模块110可以布置成使得反射器120的焦点与发光模块110重合或基本上重合。
[0036]如将参照图3a_3d更加详细地描述的，发光模块110包括具有关于点116点对称地布置的对应反射表面部分112的至少一个发光表面部分114，光轴A与发光模块110在该点116中相交。至少一个发光表面部分114和至少一个反射表面部分112 二者都关于光轴A非对称地布置，即两个表面部分都不在光轴A上定心或不关于光轴A定心。而且至少一个发光表面部分114和对应反射表面部分112关于点116点对称地布置，使得由偏振器130反射的光中的至少一些撞击在至少一个反射表面部分112上。撞击在至少一个反射表面部分112上的光中的至少一些朝向偏振器130反射，光中的至少一些然后可以通过偏振器130透射。
[0037]根据图1中描绘的实施例，偏振状态转换器140相对于反射器120布置以便接收由至少一个反射表面部分112反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。
[0038]图2描绘了类似于如参照图1所描述的光学系统100的光学系统100。图2中描绘的光学系统100与图1中描绘的光学系统100的不同之处在于偏振器130和偏振状态转换器140相对于彼此的布置。在图2中描绘的光学系统100中，偏振器130包括或者是反射-透射圆偏振器130，其被布置成透射例如具有所选偏振方向(诸如例如右手偏振)的圆偏振光并且反射例如具有另一偏振方向(诸如例如左手偏振)的圆偏振光L3。根据图2中描绘的实施例，例如可以包括或者可以是四分之一波片的偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收经透射的圆偏振光中的至少一些并且将经透射的光L5中的至少一些转换成线偏振光。
[0039]因此，偏振器130经适配以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，例如圆偏振光，并且偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收由偏振器130透射的光中的至少一些，并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，例如线偏振光。
[0040]图3a_3d示意性地图示了根据本发明的实施例的包括发光表面部分114和对应反射表面部分112的发光模块110。根据所描绘的实施例，发光表面部分114和反射表面部分112中的每一个关于反射器120 (在图3a-3d中未示出)的光轴A非对称地布置，或者换言之，未关于所述光轴A定心，并且每一个发光表面部分114具有关于与反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的相应的对应反射表面部分112。由于光学系统100的点对称性，从发光表面部分114发射并且由偏振器130 (在图3a-3d中未不出)反射的光中的至少一些撞击在对应反射表面部分112上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器130反射。
[0041]在图3a和3b中，不出根据本发明的实施例的发光模块110，每一个所述发光模块110包括布置在PCB上的LED 114，以及可以提供有镜涂层的对应反射表面部分112。反射表面部分112关于与反射器120 (在图3a和3b中未示出)的光轴重合的点116点对称地布置，使得由偏振器130 (在图3a-3d中未不出)反射的发射光中的至少一些撞击在对应反射表面部分112上。
[0042]图3c和3d示出根据本发明的实施例的发光模块110的另外的示例，每一个所述发光模块110包括多个发光表面部分114，并且其中多个发光表面部分114和反射表面部分112中的每一个关于反射器120 (在图3c和3d中未示出)的光轴A非对称地布置，或者换言之，未关于所述光轴A定心，并且多个发光表面部分114中的每一个具有关于点116点对称地布置的对应反射表面部分112，该点116由反射器120的光轴A和发光模块110的相交限定。
[0043]—般而言，发光表面部分114可以例如布置成以便覆盖高达发光模块110的表面的50%。另外，发光表面部分114和对应反射表面部分112可以布置成合乎圆形形状或圆盘形状(由图3a_d中的圆形线指示)，这可以允许提供由光学系统100发射的具有大体圆形截面的光束。
[0044]虽然出于说明性目的而将发光表面部分114描绘为图3a_d中的正方形，但是将领会的是，发光表面部分可以具有例如圆形或椭圆形形状或任何其它合适的形状。
[0045]图4是根据本发明的实施例的包括布置在诸如印刷电路板(PCB) 160之类的公共衬底上的多个反射器120的光学系统100的截面侧视图。然而，可能将每一个反射器120布置在分离的衬底上，或者将发射器120的子集布置在分离的衬底(例如PCB)上。反射器120可以例如包括或者是抛物面反射器。在每一个反射器120内提供相应或对应的发光模块110，其具有关于相应反射器120的光轴A非对称地布置并且关于与相应反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的至少一个发光表面部分114和至少一个对应反射表面部分112。发光模块布置成以便朝向与以上参照图1所描述的光照设备100中的偏振状态转换器140和偏振器130类似或相同的偏振状态转换器140和偏振器130 (诸如例如反射-透射线偏振器130)发射光。偏振状态转换器140和偏振器130可以形成关于多个反射器120和多个发光模块110可调节(例如可旋转)的单元，以便使得能够调节由光学系统100输出的所生成的偏振光的偏振方向。另外，依照所描绘的实施例，折射透镜150可以布置成接收或收集通过偏振器130透射的光中的大部分或甚至全部并且将该光形成或成形为期望的射束形状。透镜150可以布置成在朝向和/或远离发光模块110的方向上可控地可移动，使得可以调节出射光束的聚焦。
[0046]诸如以上所描述的透镜150可以在本文所描述的本发明的任一个实施例中实现。如果在参照图2所描述的实施例中实现，则透镜 150可以布置成以便接收通过偏振状态转换器140透射的光中的大部分或全部或至少一部分。
[0047]如图4中所指示的，多个反射器120和发光模块110可以彼此并列(并排)布置以便形成例如行或矩阵。
[0048]参照图5，示意性地描绘了根据本发明的实施例的光学系统100。光学系统100包括具有发光模块(在图5中未示出)的反射器120，所述发光模块具有关于反射器120的光轴A (在图5中未示出)非对称地布置并且关于与反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。偏振器130布置成接收从反射器120输出的光中的至少一些，并且提供有例如以箭头170形式的指示器170。由光学系统100发射的光的偏振方向可以例如通过关于反射器120的光轴A (未不出)旋转偏振器130来调节。在替换方案中或者可选地，调节可以通过整个光学系统100关于光轴A的旋转来实现。光学系统100可以布置成使得离开偏振器130的偏振光撞击在由观察者或用户O可观看的表面S上。指示器170可以布置成以便向观察者O指示由光学系统100发射的光的偏振方向。根据本实施例，表面S可以是至少部分反射的并且可以通过例如具有带光泽的抛光的纸片来实现。在图5中由线L表示的光的路径在入射平面P中延伸。入射平面P可以由观察者O的注视点、光在表面S上的入射点和偏振器130的位置(例如光L从其发射的偏振器130上的点)来限定。指示器170 (例如箭头170)可以布置成以便为观察者O提供如何调节光照表面S的光的偏振方向使得例如降低光反射程度的指导。通过调节偏振器130使得箭头170指向观察者0，从偏振器130发射的光可以是P偏振的，即具有与入射平面P平行的偏振方向，这从而使得能够实现来自表面S的降低量的反射光。因此，通过在任一方向上将箭头170以及因而偏振器130旋转大约90°或90°，从偏振器130发射的光可以是s偏振的，即具有垂直于入射平面P的偏振方向。由此，可以增加表面S处的光反射程度。
[0049]此外或者可替换地，表面S处的光反射程度可以通过改变表面S处的入射角Θ来调节，所述入射角Θ可以由入射光的方向与表面S的法向N之间的角度限定。通过例如利用P偏振光以等于或至少接近于表面S的布儒斯特角的入射角光照表面S，可以实现光从表面S的降低或最小的反射。
[0050]本领域技术人员认识到，本发明绝不限于以上所描述的优选实施例。
[0051]此外，技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研宄附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
【主权项】
1.一种光学系统(100)，包括: 被适配成发射光的至少一个发光模块(110)，发光模块包括至少一个发光表面部分(114)和至少一个对应反射表面部分(112)； 相对于至少一个发光模块中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光的至少一个反射器(120); 相对于反射器布置以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些的偏振器(130)，偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些朝向至少一个发光模块透射回来； 其中至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个关于至少一个反射器的光轴(A)非对称地布置，并且其中至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分关于与至少一个反射器的光轴(A)重合的点(116)彼此点对称地布置，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，所述撞击光中的至少一些通过偏振器透射。2.根据权利要求1的光学系统，其中偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，光学系统还包括: 相对于偏振器布置以便接收由偏振器反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光的偏振状态转换器(140)； 偏振状态转换器还相对于反射器布置以便接收由至少一个反射表面部分反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。3.根据权利要求1的光学系统，其中偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，光学系统还包括: 相对于偏振器布置以便接收由偏振器透射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光的偏振状态转换器(140)。4.根据权利要求2或3的光学系统，其中偏振状态转换器包括多个堆叠的双折射层。5.根据权利要求2-4中任一项的光学系统，其中偏振状态转换器包括扭曲液晶结构。6.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光模块布置在垂直于至少一个反射器的光轴的平面中，所述光轴与至少一个发光模块相交。7.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光模块布置成使得至少一个反射器中的对应一个的焦点与至少一个发光模块重合。8.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中反射器包括抛物面反射器。9.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光表面包括布置在印刷电路板的至少一部分上的发光二极管。10.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个反射表面部分包括镜涂层，其是非导电的或与至少一个发光表面部分电气隔离。11.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中光学系统包括多个发光模块和多个反射器。12.根据前述权利要求中任一项的光学系统，还包括布置成接收通过偏振器透射的光并且将该光形成为所选射束形状的透镜。13.根据权利要求1或2的光学系统，其中偏振器相对于反射器可调节地布置，或者反之亦然，以便允许调节通过偏振器透射的光的偏振方向。14.根据权利要求13的光学系统，还包括被适配成指示通过偏振器透射的光的偏振方向的指示器，指示器被布置成以便为用户提供如何调节偏振器相对于反射器的布置或者反之亦然的指导，使得通过偏振器透射的光的偏振方向变得更接近或等于通过偏振器透射的光的所选偏振方向。15.一种用于提供光学系统的方法，该方法包括: 提供被适配成发射光的至少一个发光模块，发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分； 相对于至少一个发光模块中的对应一个布置至少一个反射器以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光；以及 相对于反射器布置偏振器以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些，偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些朝向至少一个发光模块透射回来； 其中提供至少一个发光模块包括关于至少一个反射器的光轴非对称地布置至少一个反射表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个，并且关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置至少一个反射表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，所述撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
【专利摘要】提供了一种光学系统（100），其具有被适配成发射光的至少一个发光模块（110），以及相对于至少一个发光模块（110）中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块（110）发射的至少一些光的至少一个反射器（120）。提供偏振器（130）以便透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光。发光模块（110）包括至少一个发光表面部分（114）和至少一个对应反射表面部分（112），它们关于与至少一个反射器（120）的光轴（A）重合的点（116）彼此点对称地布置，使得由偏振器（130）反射的光中的至少一些撞击在反射表面部分（112）上。光学系统（100）能够以相对高的效率输出偏振光。
【IPC分类】G02B27/28
【公开号】CN104903778
【申请号】CN201480003889
【发明人】A.J.S.M.德瓦安, M.哈维拉格, B.M.I.范德赞德
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年4月30日
【公告号】US20150346505, WO2014180718A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有部分反射、部分透射的偏振器和布置成发射和反射光的发光模块的光学系统。还公开了用于提供这样的光学系统的方法。
【背景技术】
[0002]光照设备是已知的，其中偏振器用于提供线偏振光。偏振器被适配成将入射光划分成相反偏振特性的两个线偏振分量。一个分量穿过偏振器，而另一个分量被偏振器吸收。然而，利用这样的技术的一个缺陷是由于偏振器仅透射一个分量所致的相对欠佳的效率。
[0003]在例如US 3，566，099中，通过提供具有布置在抛物面反射器的口部之上的反射-透射偏振器的光投射组件来解决该问题，其中一个分量穿过偏振器并且另一个分量反射回到反射器中。使关于所透射的分量相反偏振的经反射的分量穿过直接定位在偏振器后面的四分之一波片。四分之一波片将经反射的分量转换成圆偏振光，其然后在反射器的表面上反射并且反向到相反偏振方向上。当经反向的分量回穿过四分之一波片时，其将显现为与偏振器所透射的原始分量在相同方向上线偏振的光并且因此将穿过偏振器，从而加强透射分量。然而，仍旧存在对于用于生成偏振光的具有改进的效率的光学系统的需要。
[0004]US 2006/0238716 Al公开了一种光源模块，其包括安装在底座上以生成和发射光照光并且具有反射入射在发光芯片上的光的反射率的发光芯片，与底座耦合以朝向前向方向反射来自发光芯片的光的反射镜，以及安装在反射镜的出射端上以通过反射将入射在偏振对准单元上的光的一部分馈送回来并且在一个方向上偏振来自发光芯片的光并输出偏振光的偏振对准单元，其中入射在偏振对准单元上的光中被馈送回来的光由反射镜和底座中的至少一个反射回到偏振对准单元。
[0005]US 2006/0196944 Al公开了由LED和角度控制透镜形成的LED光源。LED包括衬底上的LED芯片并且还提供有布置在LED芯片周围的反射区域。
【发明内容】
[0006]鉴于上文，本发明的至少一些实施例的目的是提供一种输出偏振光的光学系统，其具有改进的效率。
[0007]因此，提供了具有独立权利要求的特征的光学系统和方法。从属权利要求限定有利实施例。
[0008]根据本发明的第一方面，提供了一种光学系统或光学设备，其包括被适配成发射光的至少一个发光模块。发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。另外，光学系统包括相对于至少一个发光模块中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光的至少一个反射器，以及相对于反射器布置以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些的偏振器。偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光，并且反射具有至少第二偏振方向的光。经反射的光中的至少一些例如经由反射器处的反射而朝向至少一个发光模块透射回来。至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个关于至少一个反射器的光轴非对称地布置，并且至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置。由此，由偏振器反射的光中的至少一些撞击在至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
[0009]根据本发明的第二方面，提供了一种用于提供光学系统的方法。方法包括提供被适配成发射光的至少一个发光模块，其中发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。方法还包括相对于至少一个发光模块中的对应一个布置至少一个反射器以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光，以及相对于反射器布置偏振器以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些。偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光，并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些例如经由反射器处的反射而朝向至少一个发光模块透射回来。提供至少一个发光模块的步骤包括关于至少一个反射器的光轴非对称地布置至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个，以及关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上。由此，撞击光中的至少一些朝向偏振器反射，撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
[0010]本方面是基于以下认识:从光学系统发射的偏振光的量或光学系统的效率例如取决于反射器内的光反射程度或范围。通过例如使用透射具有所期望或要求的第一偏振方向的光并且将未通过偏振器透射的光中的至少一些反射回到反射器中的透射-反射偏振器，可以使得能够实现由发光模块生成的光的改进的“回收利用”。另外，通过提供例如可以关于其光轴圆对称的反射器内的发光模块，所述发光模块具有关于与光轴重合的点彼此点对称地布置的反射表面部分和发光表面部分并且其中至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分关于光轴非对称地布置，相比于利用不具有任何反射表面部分或不展现反射表面部分相对于发光表面部分的这样的点对称布置的发光模块而言，反射器内的光反射程度可以增加。至少一个反射和发光表面部分的光学系统的点对称性和至少一个反射和发光表面部分关于光轴的非对称放置使得由偏振器朝向发光模块反射回来的光中的至少一些能够撞击在与光从其发射的对应发光表面部分点对称地布置的反射表面部分上。由此，借助于发光模块中相对于发光表面部分对称地布置的反射表面部分可以“回收利用”具有非期望的第二偏振方向的光中的至少一些，所述发光表面部分关于光轴非对称地布置，并且光学系统的效率因而可以改进。通过布置反射表面部分使得具有第二偏振方向的经反射的光中的至少一些撞击在反射表面部分上而不是发光模块的发光表面部分上，撞击在发光模块的非反射表面部分上或被其吸收的光的量可以有利地降低。由于由偏振器反射的光的偏振(例如光的偏振方向)在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)反射时可以发生改变，所以经回收利用的光中的至少一些最终可以作为具有期望的偏振方向的光而通过偏振器透射。
[0011]一般已知的是，点对称性还可以描述为在平面中绕轴线的180度旋转。在该情况中，至少一个反射表面部分和至少一个发光表面部分关于与光轴重合的点彼此点对称地布置还可以描述为至少一个反射表面部分和至少一个发光表面部分布置成在发光模块的平面中关于与光轴重合的点或者关于光轴旋转180度。
[0012]至少一个发光表面部分关于光轴非对称地布置，这还可以描述为至少一个发光表面部分未关于光轴定心或未在光轴上定心。当发光表面部分关于光轴非对称地布置时，由于关于光轴的相互点对称性，所以反射表面部分也关于光轴非对称地布置，或者换言之，也未关于光轴定心或未在光轴上定心。
[0013]当比较反射表面部分的面积与发光表面部分的面积之间的关系或比例时，可以指出的是，光回收利用的效率可以随反射表面部分的面积的增加而增加。与发光表面部分的面积相比较，光反射表面部分的面积越大，经反射的光撞击在反射表面部分上的概率就越大。然而，本方面的有利之处在于，还可以针对由发光表面部分和反射表面部分覆盖的相对小的总面积而获得相对高的回收利用效率。这可以通过反射表面部分和发光表面部分的对称构成而实现，其中反射表面部分与对应的发光表面部分关于光轴点对称地布置。由此可以利用例如可覆盖与发光表面部分的面积相等的面积的反射表面部分的相对小的总面积而获得发光模块处的相对高量的光反射。
[0014]根据实施例，偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，诸如例如线偏振光。光学系统还可以包括偏振状态转换器，其相对于偏振器布置以便接收由偏振器反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光(例如为线偏振光)转换成具有第二偏振状态的光，诸如圆或椭圆偏振光。偏振状态转换器还相对于反射器布置以便接收由发光模块的至少一个反射表面部分反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。允许由偏振状态转换器将偏振器所反射的光中的至少一些转换成圆偏振光有利地使得当圆偏振光在反射器内每一次例如由发光模块的反射表面部分反射时，偏振方向能够从例如左手偏振改变成右手偏振，并且反之亦然。在返回到偏振状态转换器之前已经在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)反射奇数次的圆偏振光可以具有相反的偏振方向，而 在返回到偏振状态转换器时已经在反射器内反射偶数次的圆偏振光可以具有与离开偏振状态转换器时相同的偏振方向。具有相反偏振方向的偏振光可以有利地由偏振状态转换器转换成具有第二偏振方向的线偏振光，其可以通过偏振器透射。由此可以增加经透射的光的量以及因而光学系统的效率。
[0015]根据实施例，偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，诸如例如圆偏振光。偏振器可以例如配置成诸如在EP0606940 BI或EP0606939 BI中公开的偏振器。光学系统还可以包括偏振状态转换器，其相对于偏振器布置以便接收由偏振器透射的(例如圆偏振)光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，诸如例如线偏振光。本实施例由此允许偏振器或反射-透射偏振器透射具有所期望或要求的第一偏振方向的圆或椭圆偏振光，并且反射具有第二偏振方向的至少一些圆偏振光。如之前所描述的，经反射的圆偏振光可以在一个或多个反射表面上(例如在发光模块的反射表面部分上和/或在反射器上)的奇数次反射后使其偏振方向反向，使得具有例如第二偏振方向的光可以被转换成具有第一偏振方向的光，并且反之亦然。因而，到达偏振器的经回收利用的光中的至少一些包括具有所期望或要求的第一偏振方向的圆或椭圆偏振光。反射器和/或发光模块的反射表面部分可以用作用于将由偏振器反射的光转换成具有所期望或要求的偏振方向的光的转换器，所述光由此可以通过偏振器透射。
[0016]根据实施例，偏振状态转换器包括多个堆叠的双折射层。使用这样的偏振状态转换器可以允许补偿或降低在反射器中的反射期间可能在光的偏振中引入的任何椭圆率的程度。堆叠的双折射层还可以允许获得消色差的偏振状态转换器。
[0017]此外或可替换地，偏振状态转换器可以包括扭曲液晶结构，例如90°扭曲向列液晶结构，其例如可以包括夹在两个透明衬底之间的液晶层或聚合液晶材料。
[0018]通过将发光模块布置在沿光学系统或反射器的光轴的不同位置处，可以调节离开光学系统的光束的角度和形状。根据一个示例，至少一个发光模块可以布置在垂直于至少一个反射器的光轴的平面中，所述光轴与至少一个发光模块相交。根据另一示例，至少一个发光模块布置成使得至少一个反射器中的对应一个的焦点与至少一个发光模块重合。例如在反射器包括抛物面反射器的情况中，通过布置发光模块使得抛物面反射器的焦点与发光模块重合，可以生成大体准直的光束。
[0019]根据实施例，至少一个发光表面包括布置在印刷电路板的至少一部分上的发光二极管(LED)。然而，这仅仅是发光表面的非限制性示例。在本申请的上下文中，术语“发光表面”用于限定光源的发光表面，该光源基本上可以是能够在例如通过跨其施加电势差或通过其传递电流而激活时发射电磁频谱区(例如可见区、红外区和/或紫外区)中的任何区或区的组合中的辐射的任何设备或元件。因此，光源可以具有单色、准单色、多色或宽带频谱发射特性。光源的示例包括半导体、有机或聚合物/聚合LED、激光器、蓝色LED、RGB LED、光学泵浦磷光体涂敷LED、光学泵浦纳米晶体LED、RGB激光器、(多个)激光泵浦磷光体或如本领域技术人员已知的任何其它类似的设备。
[0020]根据实施例，至少一个反射表面部分包括镜涂层等，其可以是非导电的和/或与至少一个发光表面部分电气隔离。非导电涂层可以直接施加在发光模块的表面上而没有使任何导电通路短路的风险。如果与表面部分电气隔离则可以使用导电镜涂层，以便降低导电通路短路的风险。
[0021]根据实施例，光学系统包括多个发光模块和/或多个反射器。通过提供每一个对应于至少一个发光模块的多个反射器，相比于具有若干发光模块和单个反射器的光学系统而言，可以利用相对平坦的光学系统获得具有相对大的截面的光束。由于抛物面或球面反射器的宽度取决于如沿反射器的光轴所测量的反射器的深度，所以相对宽的反射器可以对应于相对深的反射器。使用多个反射器因而可以允许实现具有多个发光模块的相对宽且同时相对平坦的光学系统。
[0022]根据实施例，光学系统包括至少一个折射透镜，其被适配成收集通过偏振器透射的光的大部分或全部或至少一部分并且将该光形成或成形为所选或期望的射束形状。至少一个透镜可以例如布置成将通过偏振器透射的光聚焦和/或引导到所光照的目标或对象上。由此借助于光学系统的光照可以例如适配于光学系统与所光照的目标或对象之间的距离。光学系统可以包括可关于发光模块可控地可移动(优选地朝向和/或远离发光模块)的若干透镜，这使得能够调节从光学系统输出的光束的聚焦。透镜的示例包括球面、非球面、双凸、平凸、双凹、平凹透镜或菲涅尔透镜。
[0023]根据实施例，偏振器相对于反射器可调节地布置，或者反之亦然，以便允许调节通过偏振器透射的光的偏振方向。通过偏振器透射的光的偏振方向的调节可能性可以例如借助于可旋转地布置以便能够关于反射器的光轴旋转的偏振器而实现。
[0024]光学系统可以包括被适配成指示通过偏振器透射的光的偏振方向的指示器。指示器可以布置成以便为用户提供如何调节偏振器相对于反射器的布置或者反之亦然的指导，使得通过偏振器透射的光的偏振方向变得更接近或等于通过偏振器透射的光的所选偏振方向。
[0025]用户可能例如正在观看或看向由光学系统光照的目标或对象的至少部分反射的表面。通过为用户提供如何调节光照目标或对象的表面的光的偏振方向的指导，可以(由用户)控制从表面到达用户或观察者的眼睛的光反射的量或程度以便合乎期望或所选的准贝1J。这可以通过利用以下观察来实现:在表面处反射的入射光的比例尤其取决于入射光的偏振方向。因此，通过调节通过偏振器透射并且撞击在表面上的光的偏振方向，可以控制或调节表面处的光反射程度。可以例如控制通过偏振器透射的光的偏振方向使得例如s偏振光(即具有垂直于入射平面的偏振方向的光)或P偏振光(即具有平行于入射平面的偏振方向)撞击在所光照的目标或对象的表面上。s偏振光可以有利地允许来自所光照的目标或对象的至少部分反射的表面的相对高程度的光反射，而P偏振光可以允许来自所光照的目标或对象的至少部分反射的表面的相对低程度的光反射。能够调节通过偏振器透射的光的偏振方向可以使得能够实现相对灵活的光学系统，其可以由例如用户或观察者适配以便降低或增加所光照的目标或对象处的反射。
[0026]能够降低来自用户或观察者所观看的表面的光反射程度或眩光可以允许降低来自诸如有光泽的杂志和电子平板之类的信息载体的干扰眩光，并且因而改善信息载体上的文本等的可读性。通过使观察者或用户能够降低来自这样的表面的不合期望的眩光，对于例如平坦屏幕产品的发行者和制造者而言可以可能的是使用具有带光泽的抛光的纸张和显示器。能够调节撞击在对象上的光的偏振方向以便增加经反射的光的量对于晶体、珠宝、钻石和其中期望闪亮效果的其它对象的光照可以是有利的。出于设计的目的，在有光泽的表面处同样期望反射。本实施例还可以提供相对灵活的光学系统，其可以适配于各种光照条件和要求。如之前所提到的，光学系统可以用于例如提供晶体中的增强闪亮效果和提供用于有光泽的杂志的阅读的舒适光照二者。
[0027]在本申请的上下文中，指示器应当被理解为布置用于例如向用户指示离开光学系统的光的偏振方向的任何构件。指示器可以例如通过指针或诸如箭头、文本、符号或图片之类的标记实现，并且可以指示出射光的偏振方向，或者在其处可以实现期望的光照所要求的偏振器的方向或取向。期望的光照可以例如由期望或所选的准则针对来自所光照的目标或对象处的表面的光反射程度来限定。在替换方案中或者此外，指示器可以是听觉或触觉的，或者视觉、听觉和触觉的任何组合。
[0028]要指出的是，本发明涉及在权利要求中记载的特征的所有可能组合。
【附图说明】
[0029]参照附图，通过本发明的优选实施例的以下说明性且非限制性详细描述，将更好地理解本发明的以上以及附加的目的、特征和优点，在附图中:
图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的包括发光模块和透射-反射偏振器的光学系统的截面侧视图；
图2示意性地描绘了根据本发明的另一实施例的光学系统的截面侧视图；
图3a_3d各自示意性地描绘了具有至少一个发光表面部分与对应反射表面部分的发光模块的顶视图或正视图；
图4示意了根据本发明的实施例的包括多个反射器和发光模块的光学系统的截面 侧视图；以及
图5示意性地描绘了根据本发明的实施例的光学系统。
[0030]所有图是示意性的，未必按照比例，并且一般仅示出为了阐述本发明而必要的部分，其中可以省略或者仅仅暗示其它部分。
【具体实施方式】
[0031]现在将在下文中参照其中示出本发明的示例性实施例的附图描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式体现并且不应当解释为限于本文所陈述的实施例；而是，为了透彻性和完整性并且为了向技术人员传达本发明的范围而提供这些实施例。
[0032]参照图1，示出根据本发明的实施例的光学系统100的截面侧视图。光学系统100包括诸如依照本实施例的抛物面反射器120之类的反射器120，在其内布置发光模块110以发射光。诸如四分之一波片140之类的偏振状态转换器140相对于反射器120布置以便接收由发光模块110发射的光1^中的至少一些。光学系统100还包括诸如例如反射-透射线偏振器130之类的偏振器，其相对于偏振状态转换器140布置以便接收由偏振状态转换器140透射或通过其透射的光中的至少一些。偏振器130被适配成透射具有所选偏振方向的光L2，诸如例如具有平行于偏振器130上的入射平面的偏振方向的线偏振光，并且被适配成反射具有另一偏振方向的光，诸如例如具有垂直于入射平面的偏振方向的线偏振光。
[0033]因此，根据所描绘的实施例，偏振器130被适配以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，例如线偏振光。偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收由偏振器130反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，例如圆偏振光。
[0034]偏振状态转换器140或四分之一波片140还可以布置成接收在偏振器130处反射的偏振光并且将该光中的至少一些转换成具有第二偏振状态的光，例如圆偏振光L3,其朝向反射器120或发光模块110透射回来。圆偏振光L3每一次在反射表面上(例如发光模块110的反射表面部分112上和/或反射器120上)反射时，光的偏振方向改变，使得例如右手偏振光转换成左手偏振光，并且反之亦然。因此，已经反射奇数次并且最终撞击于四分之一波片140上时的光L4中的至少一些可以被四分之一波片140转换成具有所选偏振方向的线偏振光L5,并且因此可以由偏振器130透射(通过其透射)。
[0035]根据图1中描绘的实施例，发光模块110布置在垂直于反射器120的光轴A的平面中，所述光轴A与发光模块110在点P (未不出)中相交。另外，发光模块110可以布置成使得反射器120的焦点与发光模块110重合或基本上重合。
[0036]如将参照图3a_3d更加详细地描述的，发光模块110包括具有关于点116点对称地布置的对应反射表面部分112的至少一个发光表面部分114，光轴A与发光模块110在该点116中相交。至少一个发光表面部分114和至少一个反射表面部分112 二者都关于光轴A非对称地布置，即两个表面部分都不在光轴A上定心或不关于光轴A定心。而且至少一个发光表面部分114和对应反射表面部分112关于点116点对称地布置，使得由偏振器130反射的光中的至少一些撞击在至少一个反射表面部分112上。撞击在至少一个反射表面部分112上的光中的至少一些朝向偏振器130反射，光中的至少一些然后可以通过偏振器130透射。
[0037]根据图1中描绘的实施例，偏振状态转换器140相对于反射器120布置以便接收由至少一个反射表面部分112反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。
[0038]图2描绘了类似于如参照图1所描述的光学系统100的光学系统100。图2中描绘的光学系统100与图1中描绘的光学系统100的不同之处在于偏振器130和偏振状态转换器140相对于彼此的布置。在图2中描绘的光学系统100中，偏振器130包括或者是反射-透射圆偏振器130，其被布置成透射例如具有所选偏振方向(诸如例如右手偏振)的圆偏振光并且反射例如具有另一偏振方向(诸如例如左手偏振)的圆偏振光L3。根据图2中描绘的实施例，例如可以包括或者可以是四分之一波片的偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收经透射的圆偏振光中的至少一些并且将经透射的光L5中的至少一些转换成线偏振光。
[0039]因此，偏振器130经适配以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，例如圆偏振光，并且偏振状态转换器140相对于偏振器130布置以便接收由偏振器130透射的光中的至少一些，并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光，例如线偏振光。
[0040]图3a_3d示意性地图示了根据本发明的实施例的包括发光表面部分114和对应反射表面部分112的发光模块110。根据所描绘的实施例，发光表面部分114和反射表面部分112中的每一个关于反射器120 (在图3a-3d中未示出)的光轴A非对称地布置，或者换言之，未关于所述光轴A定心，并且每一个发光表面部分114具有关于与反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的相应的对应反射表面部分112。由于光学系统100的点对称性，从发光表面部分114发射并且由偏振器130 (在图3a-3d中未不出)反射的光中的至少一些撞击在对应反射表面部分112上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器130反射。
[0041]在图3a和3b中，不出根据本发明的实施例的发光模块110，每一个所述发光模块110包括布置在PCB上的LED 114，以及可以提供有镜涂层的对应反射表面部分112。反射表面部分112关于与反射器120 (在图3a和3b中未示出)的光轴重合的点116点对称地布置，使得由偏振器130 (在图3a-3d中未不出)反射的发射光中的至少一些撞击在对应反射表面部分112上。
[0042]图3c和3d示出根据本发明的实施例的发光模块110的另外的示例，每一个所述发光模块110包括多个发光表面部分114，并且其中多个发光表面部分114和反射表面部分112中的每一个关于反射器120 (在图3c和3d中未示出)的光轴A非对称地布置，或者换言之，未关于所述光轴A定心，并且多个发光表面部分114中的每一个具有关于点116点对称地布置的对应反射表面部分112，该点116由反射器120的光轴A和发光模块110的相交限定。
[0043]—般而言，发光表面部分114可以例如布置成以便覆盖高达发光模块110的表面的50%。另外，发光表面部分114和对应反射表面部分112可以布置成合乎圆形形状或圆盘形状(由图3a_d中的圆形线指示)，这可以允许提供由光学系统100发射的具有大体圆形截面的光束。
[0044]虽然出于说明性目的而将发光表面部分114描绘为图3a_d中的正方形，但是将领会的是，发光表面部分可以具有例如圆形或椭圆形形状或任何其它合适的形状。
[0045]图4是根据本发明的实施例的包括布置在诸如印刷电路板(PCB) 160之类的公共衬底上的多个反射器120的光学系统100的截面侧视图。然而，可能将每一个反射器120布置在分离的衬底上，或者将发射器120的子集布置在分离的衬底(例如PCB)上。反射器120可以例如包括或者是抛物面反射器。在每一个反射器120内提供相应或对应的发光模块110，其具有关于相应反射器120的光轴A非对称地布置并且关于与相应反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的至少一个发光表面部分114和至少一个对应反射表面部分112。发光模块布置成以便朝向与以上参照图1所描述的光照设备100中的偏振状态转换器140和偏振器130类似或相同的偏振状态转换器140和偏振器130 (诸如例如反射-透射线偏振器130)发射光。偏振状态转换器140和偏振器130可以形成关于多个反射器120和多个发光模块110可调节(例如可旋转)的单元，以便使得能够调节由光学系统100输出的所生成的偏振光的偏振方向。另外，依照所描绘的实施例，折射透镜150可以布置成接收或收集通过偏振器130透射的光中的大部分或甚至全部并且将该光形成或成形为期望的射束形状。透镜150可以布置成在朝向和/或远离发光模块110的方向上可控地可移动，使得可以调节出射光束的聚焦。
[0046]诸如以上所描述的透镜150可以在本文所描述的本发明的任一个实施例中实现。如果在参照图2所描述的实施例中实现，则透镜 150可以布置成以便接收通过偏振状态转换器140透射的光中的大部分或全部或至少一部分。
[0047]如图4中所指示的，多个反射器120和发光模块110可以彼此并列(并排)布置以便形成例如行或矩阵。
[0048]参照图5，示意性地描绘了根据本发明的实施例的光学系统100。光学系统100包括具有发光模块(在图5中未示出)的反射器120，所述发光模块具有关于反射器120的光轴A (在图5中未示出)非对称地布置并且关于与反射器120的光轴A重合的点116点对称地布置的至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分。偏振器130布置成接收从反射器120输出的光中的至少一些，并且提供有例如以箭头170形式的指示器170。由光学系统100发射的光的偏振方向可以例如通过关于反射器120的光轴A (未不出)旋转偏振器130来调节。在替换方案中或者可选地，调节可以通过整个光学系统100关于光轴A的旋转来实现。光学系统100可以布置成使得离开偏振器130的偏振光撞击在由观察者或用户O可观看的表面S上。指示器170可以布置成以便向观察者O指示由光学系统100发射的光的偏振方向。根据本实施例，表面S可以是至少部分反射的并且可以通过例如具有带光泽的抛光的纸片来实现。在图5中由线L表示的光的路径在入射平面P中延伸。入射平面P可以由观察者O的注视点、光在表面S上的入射点和偏振器130的位置(例如光L从其发射的偏振器130上的点)来限定。指示器170 (例如箭头170)可以布置成以便为观察者O提供如何调节光照表面S的光的偏振方向使得例如降低光反射程度的指导。通过调节偏振器130使得箭头170指向观察者0，从偏振器130发射的光可以是P偏振的，即具有与入射平面P平行的偏振方向，这从而使得能够实现来自表面S的降低量的反射光。因此，通过在任一方向上将箭头170以及因而偏振器130旋转大约90°或90°，从偏振器130发射的光可以是s偏振的，即具有垂直于入射平面P的偏振方向。由此，可以增加表面S处的光反射程度。
[0049]此外或者可替换地，表面S处的光反射程度可以通过改变表面S处的入射角Θ来调节，所述入射角Θ可以由入射光的方向与表面S的法向N之间的角度限定。通过例如利用P偏振光以等于或至少接近于表面S的布儒斯特角的入射角光照表面S，可以实现光从表面S的降低或最小的反射。
[0050]本领域技术人员认识到，本发明绝不限于以上所描述的优选实施例。
[0051]此外，技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研宄附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
【主权项】
1.一种光学系统(100)，包括: 被适配成发射光的至少一个发光模块(110)，发光模块包括至少一个发光表面部分(114)和至少一个对应反射表面部分(112)； 相对于至少一个发光模块中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光的至少一个反射器(120); 相对于反射器布置以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些的偏振器(130)，偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些朝向至少一个发光模块透射回来； 其中至少一个发光表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个关于至少一个反射器的光轴(A)非对称地布置，并且其中至少一个发光表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分关于与至少一个反射器的光轴(A)重合的点(116)彼此点对称地布置，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，所述撞击光中的至少一些通过偏振器透射。2.根据权利要求1的光学系统，其中偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，光学系统还包括: 相对于偏振器布置以便接收由偏振器反射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光的偏振状态转换器(140)； 偏振状态转换器还相对于反射器布置以便接收由至少一个反射表面部分反射的光中的至少一些并且将具有第二偏振状态的光转换成具有第一偏振状态的光。3.根据权利要求1的光学系统，其中偏振器被适配成以便分别透射和反射具有第一偏振状态的光，光学系统还包括: 相对于偏振器布置以便接收由偏振器透射的光中的至少一些并且将具有第一偏振状态的光转换成具有第二偏振状态的光的偏振状态转换器(140)。4.根据权利要求2或3的光学系统，其中偏振状态转换器包括多个堆叠的双折射层。5.根据权利要求2-4中任一项的光学系统，其中偏振状态转换器包括扭曲液晶结构。6.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光模块布置在垂直于至少一个反射器的光轴的平面中，所述光轴与至少一个发光模块相交。7.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光模块布置成使得至少一个反射器中的对应一个的焦点与至少一个发光模块重合。8.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中反射器包括抛物面反射器。9.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个发光表面包括布置在印刷电路板的至少一部分上的发光二极管。10.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中至少一个反射表面部分包括镜涂层，其是非导电的或与至少一个发光表面部分电气隔离。11.根据前述权利要求中任一项的光学系统，其中光学系统包括多个发光模块和多个反射器。12.根据前述权利要求中任一项的光学系统，还包括布置成接收通过偏振器透射的光并且将该光形成为所选射束形状的透镜。13.根据权利要求1或2的光学系统，其中偏振器相对于反射器可调节地布置，或者反之亦然，以便允许调节通过偏振器透射的光的偏振方向。14.根据权利要求13的光学系统，还包括被适配成指示通过偏振器透射的光的偏振方向的指示器，指示器被布置成以便为用户提供如何调节偏振器相对于反射器的布置或者反之亦然的指导，使得通过偏振器透射的光的偏振方向变得更接近或等于通过偏振器透射的光的所选偏振方向。15.一种用于提供光学系统的方法，该方法包括: 提供被适配成发射光的至少一个发光模块，发光模块包括至少一个发光表面部分和至少一个对应反射表面部分； 相对于至少一个发光模块中的对应一个布置至少一个反射器以便接收由至少一个发光模块发射的至少一些光；以及 相对于反射器布置偏振器以便接收由至少一个发光模块发射的光中的至少一些，偏振器被适配成透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光，其中经反射的光中的至少一些朝向至少一个发光模块透射回来； 其中提供至少一个发光模块包括关于至少一个反射器的光轴非对称地布置至少一个反射表面部分和至少一个反射表面部分中的每一个，并且关于与至少一个反射器的光轴重合的点彼此点对称地布置至少一个反射表面部分中的每一个和对应的至少一个反射表面部分，使得由偏振器反射的光中的至少一些撞击在所述至少一个反射表面部分上，撞击光中的至少一些由此朝向偏振器反射，所述撞击光中的至少一些通过偏振器透射。
【专利摘要】提供了一种光学系统（100），其具有被适配成发射光的至少一个发光模块（110），以及相对于至少一个发光模块（110）中的对应一个布置以便接收由至少一个发光模块（110）发射的至少一些光的至少一个反射器（120）。提供偏振器（130）以便透射具有至少第一偏振方向的光并且反射具有至少第二偏振方向的光。发光模块（110）包括至少一个发光表面部分（114）和至少一个对应反射表面部分（112），它们关于与至少一个反射器（120）的光轴（A）重合的点（116）彼此点对称地布置，使得由偏振器（130）反射的光中的至少一些撞击在反射表面部分（112）上。光学系统（100）能够以相对高的效率输出偏振光。
【IPC分类】G02B27/28
【公开号】CN104903778
【申请号】CN201480003889
【发明人】A.J.S.M.德瓦安, M.哈维拉格, B.M.I.范德赞德
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2014年4月30日
【公告号】US20150346505, WO2014180718A1
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