用于LED灯的光学准直器制造技术

提供一种用于LED灯(5)的灯具(1)和准直光学器件(2)。准直光学器件(2)包括反射准直器(3)，反射准直器具有用于允许来自LED灯(5)的入射光进入准直器(3)的第一孔径(7)和用于允许出射光离开准直器(3)的第二孔径(9)。反射准直器(3)进一步具有含有反射内表面的壁(15)，用于引导来自第一孔径(7)的入射光指向第二孔径(9)。第一凸透镜(11)布置在距离第一孔径(7)一定距离处以折射入射光，第二凸透镜(13)布置在第二孔径(9)用于折射和准直出射光。利用公开的准直光学器件，准直性能会提高，而光学器件的尺寸不会增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LED灯的光学准直器
本专利技术整体涉及光准直领域。特别地，本专利技术涉及用于发光二极管(LED)灯的准直光学器件。
技术介绍
用LED代替卤素聚光灯具是一个新兴市场。用LED代替卤素灯极具挑战性，因为卤素灯和LED具有不同特性。更具体地，卤素灯和LED之间的差异是，与卤素灯相比较，LED具有有限的光通量输出。为了使LED聚光灯在特定光束角度具有与卤素聚光灯相同最大强度，因此LED聚光灯的光学器件需要每单位通量提供更高强度的光束中心，从而补偿有限的光通量输出。每单位通量光束中心强度通常被称为每流明值的中心光束烛光功率(CBCP)，或简单地 Cd/Im 或 CBCP/Im。鉴于以上，LED聚光器件的挑战在于在十分有限空间中设计紧凑且高效的光学器件从而获得对于特定光束角度更高的CBCP/lm值。LED聚光器件通常包括全内反射准直器(TIR)，具有用于接收LED的开孔，和布置在距离接收LED的开孔一定距离处的中央凸透镜。然而，该布置很难准直和再分配穿过中央凸透镜的光，因为透镜定位得太接近尺寸可忽略的LED灯具。由于中央凸透镜的限制，输出光束的光强度分布产生不期望的重尾(heavy tail)，因而很难获得在特定半高全宽(FffHM)的光束角度具有高CBCP/lm值的特定光束图形。FWHM光束角度由光强度是光束中心光强度一半的、相对于光束中心的角度所限定。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服或至少缓解以上所述的问题，并提供准直光学器件和具有改进的每流明CBCP的灯具。特别地，本专利技术的目的是提供在不增加光学器件尺寸的情况下具有改良准直能力的准直光学器件和灯具。根据本专利技术的第一方面，通过用于发光二极管即LED灯的准直光学器件实现该目的和其他目的，其包括:具有用于接收LED灯和允许来自LED灯的入射光进入准直器的第一孔径与允许出射光离开准直器的第二孔径的反射准直器，反射准直器进一步具有从第一孔径延伸到第二孔径的壁元件和用于引导来自第一孔径的入射光朝着第二孔径的内反射面；布置在距离第一孔径一定距离处用于折射入射光的第一凸透镜；以及布置在第二孔径处用于折射出射光以便于准直出射光的第二凸透镜。优选地，第一凸透镜布置在距离第一孔径一定距离处，以至于第一凸透镜布置在第一孔径和第二孔径之间。通过提供在第二孔径的第二凸透镜，已经由第一凸透镜折射的光束进一步由第二凸透镜折射和准直。因而，尽管准直光学器件的尺寸并未增加，但是准直光学器件的准直能力得到提高。特别地，对于固定通量值，由于第二凸透镜再分配光，以至于与没有第二凸透镜的情况相比较，光强度分布更集中于光束中心，最大强度值增加。在增加最大强度值同时，FWHM光束角度基本保持相同。换句话说，每流明CBCP性能得到提高。因此，如果CBCP保持与之前相同，可以使用更少的LED灯，即更低通量。可替换地，在使用相同数量的LED灯时，可以实现更高的CBCP值。第一凸透镜和第二凸透镜可以是菲涅耳透镜，每个透镜具有多个刻面。刻面有时被称为菲涅耳带。如果使用简单的凸透镜，那么在由准直光学器件引起的照明斑可以看到LED管芯的形状的成像。然而，如果使用菲涅耳透镜，情况则不如此，因为菲涅耳透镜以交错的方式重新分布光。更具体地，随着光线束穿过第一凸透镜和第二凸透镜且由第一凸透镜和第二凸透镜折射，入射到第一凸透镜的一束光线中的光线的相互顺序改变。因此，由准直光学器件引起的照明斑的视觉一致性提高。视觉一致性随着菲涅耳透镜的刻面数量增加而增加。在一个实施例中，第一凸透镜和/或第二凸透镜的刻面数量是3、4、或5。准直光学器件可以进一步包括覆盖至少一部分第二孔径的面板。第二凸透镜可以布置在面板上。有利的是，这提供便捷且灵活的方式来布置第二凸透镜。进一步，第二凸透镜容易与现有的准直光学器件合并。例如，第二凸透镜可以布置在面板的凹陷中。可替换地，第二凸透镜可以布置在面板的外表面上。又可替换地，第二凸透镜可以布置在面板的内表面。优选地，第一凸透镜的光轴和第二凸透镜的光轴都与准直光学器件的光轴对齐，反射准直器的光轴从第一孔径朝着第二孔径延伸。这可以在透镜被布置为充分横向于反射准直器的光轴的情况下实现。有利的是，准直光学器件是对称的，因此准直光束是各向同性的。反射准直器的壁元件可以进一步包括具有第一孔径的第一部分和具有第二孔径的第二部分，其中壁元件的第一部分布置为发散入射到第一部分的入射光，以便于引导入射光远离第二凸透镜，其中壁元件的第二部分布置为准直入射光。这在第二凸透镜的直径大于反射准直器的底部直径的情况下特别有利。在这种情况下，由反射准直器反射以朝着第二孔径引导的相当大部分的光线可能被第二凸透镜所阻挡，导致光效率损耗和CBCP值损耗。利用以上布置，可以避免第二凸透镜阻挡光线，因此效率和CBCP值均提高。根据本专利技术的第二方面，通过包括至少一个根据第一方面的准直光学器件的灯具、和至少一个发光二极管LED可以实现该目标和其他目标，其中LED布置为通过至少一个准直光学器件中的一个准直光学器件的第一孔径发射光。灯具的每个LED可以具有相对应的准直光学器件。进一步，每个LED可以布置为通过其相对应的准直光学器件的第一孔径发射光。有利的是，通过具有几个LED而增加光通量，以及来自每个LED的光单独地准直以获得提高的每个LED的CBCP值。灯具可以包括布置为通过共同准直光学器件的第一孔径发射光的至少两个LED。通过具有至少两个LED共享共同准直光学器件，灯具可以制造得更紧凑。根据本专利技术的第三方面，通过确定根据第一目的的准直光学器件的参数的方法可以实现该目的和其他目的，参数与第一凸透镜和第二凸透镜的形状以及反射准直器的壁元件的形状相关，该方法包括:基于准直光学器件的理论模型确定参数的起始值、利用确定的起始值作为初始值优化关于准直光学器件的参数的优值函数，其中优值函数包括与期望半高全宽FWHM的光束角度相关的第一目标函数和与来自准直光学器件的光束输出中心的最大光强度相关的第二目标函数。优值函数可以进一步包括与期望光束形状相关的第三目标函数。壁元件的形状可以进一步通过具有一组相对应的贝塞尔参数的一组贝塞尔曲线建模，其中准直光学器件的参数包括第一凸透镜的曲率半径、第二凸透镜的曲率半径、和该组贝塞尔参数。第一方面的优势和特征一般适于第二方面和第三方面。注意的是，本专利技术涉及权利要求中引述的特征的所有可能组合。【附图说明】现在将参考示出本专利技术的实施例的相关附图更详细地描述本专利技术的这些和其他方面。图1到图2是包括根据实施例的准直光学器件的灯具的横截面视图。图3a到图3b和图4a到图4b示出根据实施例的灯具的光束路径和相对应的照明斑。图5a到图5b示出根据实施例的灯具的光束路径。图6a是根据实施例的灯具的横截面视图。图6b是图6a的灯具的顶部平面视图。图7是根据实施例的灯具的横截面视图。图8是作为视角函数的归一化强度分布的图形。图9是根据实施例的方法的流程图。如图中所示，为了说明的目的，放大层和区域的尺寸，因此用于示出本专利技术的实施例的一般结构。相似的参考数字贯穿全文指代相似的元件。【具体实施方式】下文中将参考附图更全面地描述本专利技术，其中示出本专利技术的当前优选的实施例。然而，本专利技术可以实施成许多不同形式，且不应当解释为限于本文中所阐述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发光二极管灯(5)即LED灯的准直光学器件(2)，包括：反射准直器(3)，其具有用于接收LED灯(5)和用于允许来自所述LED灯的入射光进入所述准直器(3)的第一孔径(7)、以及用于允许出射光离开所述准直器(3)的第二孔径(9)，所述反射准直器(3)进一步具有从所述第一孔径(7)延伸到所述第二孔径(9)的壁元件(15)和具有用于将来自所述第一孔径(7)的入射光引导向所述第二孔径(9)的内反射面，第一凸透镜(11)，布置在距离所述第一孔径(7)一定距离处用于折射所述入射光，和第二凸透镜(13)，布置在所述第二孔径(9)处用于折射所述出射光，以便于准直所述出射光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.13 CN PCT/CN2011/0838831.一种用于发光二极管灯(5)即LED灯的准直光学器件(2)，包括: 反射准直器(3)，其具有用于接收LED灯(5)和用于允许来自所述LED灯的入射光进入所述准直器(3)的第一孔径(7)、以及用于允许出射光离开所述准直器(3)的第二孔径(9)，所述反射准直器(3)进一步具有从所述第一孔径(7)延伸到所述第二孔径(9)的壁元件(15)和具有用于将来自所述第一孔径(7)的入射光引导向所述第二孔径(9)的内反射面， 第一凸透镜(11)，布置在距离所述第一孔径(7) —定距离处用于折射所述入射光，和 第二凸透镜(13)，布置在所述第二孔径(9)处用于折射所述出射光，以便于准直所述出射光。2.根据权利要求1所述的准直光学器件，其中所述第一凸透镜和所述第二凸透镜都是菲涅耳透镜，每个菲涅耳透镜具有多个刻面。3.根据权利要求2所述的准直光学器件，其中所述第一凸透镜和第二凸透镜的刻面数量不同。4.根据权利要求3所述的准直光学器件，其中所述第一凸透镜和/所述第二凸透镜的刻面数量是3、4或5。5.根据权利要求1所述的准直光学器件，进一步包括: 覆盖至少一部分所述第二孔径的面板，其中所述第二凸透镜布置在所述面板处。6.根据权利要求5所述的准直光学器件，其中所述第二凸透镜布置在所述面板的凹口中。7.根据权利要求5所述的准直光学器件，其中所述第二凸透镜布置在所述面板的外表面上。8.根据权利要求1所述的准直光学器件，其中所述第一凸透镜的光轴和第二凸透镜的光轴都与所述反射准直器的光轴对齐，所述反射准直器的所述光轴从所述第一孔径向所述第二孔径延伸。9.根据权利要求1所述的准直光学器件，其中所述壁元件包括具...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙理伟，李昀，孙延萌，程莉，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL