一种改进的产生宽光束的LED装置制造方法及图纸

一种改进的产生宽光束的LED装置。一种设备和方法，用于给出预定被照射表面图形和光源预定能量分布图形之间的光学传递函数，该预定被照射表面图形例如是路灯图形，该光源预定能量分布图形例如是来自LED的预定能量分布图形。形成具有该光学传递函数定义的形状的透镜。该光学传递函数是用光源的预定能量分布图形产生某一能量分布图形而导出。然后，在被照射表面上产生该能量分布图形的投影。然后，把该投影与预定被照射表面图形比较，确定该投影的匹配是否可以接受。反复地继续该过程，直至达到可接受的匹配为止。另外，通过形状与预定被照射表面图形之间的函数关系及作为输入的光源的预定能量分布图形，用数值方法或解析方法，确定透镜的形状。

【技术实现步骤摘要】
一种改进的产生宽光束的LED装置本申请是申请日为2007年2月26日、申请号为201110072711.6、专利技术名称为“一种改进的产生宽光束的LED装置”一案的分案申请。交叉参考相关申请本申请涉及：美国临时专利申请序列号60/777,310，2006年2月27日申请；美国临时专利申请序列号60/838,053，2006年8月15日申请；以及美国临时专利申请序列号60/861,789，2006年11月29日申请，本文引用上述每一个申请，供参考，且遵照35USC119，要求它们的优先权。
本专利技术涉及用发光二极管（LED）或其他光源，产生预定的宽外形两维光照图形的设备及方法的领域，所使用的光源已经用光学方法修改，以便提供对应的宽外形光束，或提供多个这种已修改光源的平的阵列。
技术介绍
LED光照的初始开发成本，当与传统的发光装置相比，按每流明成本的尺度，是昂贵的。虽然这种对比可能随时间变化，但该高成本鼓励提高LED光学系统的收集和分配效率。系统越高效，与传统光照装置相比，例如与白炽灯、荧光灯、霓红灯相比，其成本效益越高。用LED产生宽光束的传统方案，是使用一个或多个反射器和/或透镜收集LED能量，然后把该LED能量扩展到需要的光束形状，并提供安装在弯曲夹具上的这种LED的斜角阵列。路灯光照图形通常定义成5类：TypeI-V。TypeI是街道上的长椭圆形图形，灯在长椭圆形中心之上。TypeII是对称的4瓣状图形，灯在瓣状图形中心之上。TypeIII是压平的长椭圆形图形，灯接近长椭圆形的压平一侧。TypeIV是有压平基线的抛物线图形，灯接近压平基线侧。TypeV是圆的图形，灯在圆心之上。这些分类图形的任何非对称形态，是通过把光源安装在弯曲的护板或夹具而获得的。通过弯曲或倾斜夹具，使LED或光源指向必需建立宽的或扩展的光束的表面，例如街道的方向，一部分光必然被向上引导，离开街道而进入天空。因而所有飞机乘客都熟悉夜间进场时看到的被照明城市。这种常常眩目的景象，大都由于路灯，尤其是用倾斜夹具建立扩展光束的路灯，从而集体地把颇大量的光引向天空，向着进场的航空器。在高效照明的城市中，该城市对航空器看来要暗得多，因为路灯应当只照耀在街道上而不是进入天空。从航空器看到和从山顶看到眩目的城市灯光，可能是浪漫的，但表示巨大的能量损失、不必要的燃料消耗、和从必需为该浪费掉的光产生电力的发电厂，散发数吨的不需要的温室气体。另一种技术使用准直透镜和/或反射器，并使用诸如由PhysicalDeviceCorporation制造的一片光学装置，使能量扩展为需要的光束。反射器有基于利用的金属化技术的预定损耗。没有涂敷抗反射涂层的透镜也有与它们关联的表面损耗。购自PhysicalOptics的片状材料，约有8%的损耗。现有技术接近高效率系统的一个例子，是由Lumileds作为他们的LED封装售品一部分出售的“Side-emitter”。但是，“Side-emitter”要建立的是有几乎90度径向图形的光束，不是前向光束。它也有估计为15%的内部损耗。另一种一般称为低圆顶或蝙蝠翅LED的LumiledsLED，在LED组件上有透镜重新引导光，但应当指出，它在透镜中没有侧凹（undercut）表面，用于重新引导来自LED的在边缘的前向立体角中的光。同样应当指出，用于LED的常规5mm圆顶透镜或封装，在圆顶中全都没有任何侧凹表面。需要的是一种装置，它能建立宽角度光束，哪怕可能是非径向对称的光束，它能够用允许别的设计者获得平滑光束外形的设计方法建立，该方法不受现有技术的固有缺点影响。
技术实现思路
本专利技术出示的实施例包括一种方法，用于从光源预定能量分布图形给出预定被照射表面图形，该方法包括的步骤有：定义透镜形状的估算光学传递函数；用透镜形状的估算光学传递函数，从光源的预定能量分布图形，产生能量分布图形；产生被照射表面上该能量分布图形的投影；把该能量分布图形的投影与预定被照射表面图形比较；修改该透镜形状的估算光学传递函数；重复下列步骤：用透镜形状估算的光学传递函数，从光源预定的能量分布图形，产生能量分布图形；产生被照射表面上该能量分布图形的投影；和把该能量分布图形的投影与预定被照射表面图形比较，直到获得该能量分布图形的投影与预定被照射表面图形之间可接受的一致性为止；以及用最后获得的估算的光学传递函数制作透镜。在一个实施例中，该预定被照射表面图形是街道照明图形，而该光源的预定能量分布图形是LED的朗伯图形，因此要制造的是用于路灯的透镜。该方法还包括步骤，组装多个光源，使每一光源用光学方法与制造的透镜组合，形成对应的多个装置，每一装置有同样的能量分布图形，以便提供产生该预定被照射表面图形的装置的线性叠加阵列。在一个实施例中，每一阵列被作为模块单元制造，而该方法还包括如下步骤：对目标表面上光照图形的强度进行缩放，不会因阵列的模块缩放变成更大或更小的集合而显著改变光照图形。本专利技术出示的实施例也是在设备中的一种改进，该设备用于给出预定被照射表面图形和光源预定能量分布图形之间的光学传递函数，该光源包括具有该光学传递函数定义的形状的透镜，该光学传递函数是用光源的预定能量分布图形产生能量分布图形而导出，然后，从该能量分布图形产生被照射表面上该能量分布图形的投影，该投影与预定被照射表面图形的匹配是可接受的。在一个实施例中，该预定被照射表面图形是街道照明图形，而该光源的预定能量分布图形是LED的朗伯图形。权利要求的专利技术的一个实施例，还包括与透镜组合的光源。出示的实施例也是在透镜中的一种改进，该透镜被用在从光源的预定能量分布图形给出预定被照射表面图形的设备中，该光源包括透镜上定义的侧凹的表面，该透镜有紧邻光源的基底，透镜轴，和在基底与透镜轴之间的表面，该侧凹表面从透镜基底至少部分地沿透镜表面向透镜轴伸延，以利用光源的预定能量分布图形，产生能量分布图形，然后，该能量分布图形将在被照射表面上产生该能量分布图形的投影，该投影与预定被照射表面图形的匹配是可接受的。该侧凹表面包括多个部分，使光源来的光折射进能量分布图形，和使光源来的光内全反射进入能量分布图形。该侧凹表面包括把来自光源的光引导进宽扩展光束的部分。出示的实施例也是在设备中的一种改进，该设备用于给出预定被照射表面图形和光源预定能量分布图形之间的光学传递函数，该光源包括具有该光学传递函数定义的形状的透镜侧凹表面，该形状是用光源的预定能量分布图形产生能量分布图形而导出，然后，从该能量分布图形产生被照射表面上该能量分布图形的投影，该投影与预定被照射表面图形的匹配是可接受的。出示的实施例也是在透镜表面中的一种改进，该透镜表面被用在从光源的预定能量分布图形给出预定被照射表面图形的设备中，其中该透镜以具有两个相对侧的能量分布图形为特征，该改进包括定义为透镜表面一部分的复式棱镜，该复式棱镜被排列成并构造成把能量从能量分布图形的一侧传递到相对侧，使能量分布图形对该两个相对侧不对称。出示的实施例还有一种提供预定被照射表面图形的阵列，包括：多个光发射装置，用于提供预定被照射表面图形，每一装置有产生预定被照射表面图形的同样的能量分布图形；与每一装置耦合的电路驱动器；和平面的托架，其中排列该多个光发射装置，用于提供该阵列在空间上的构造，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备（20），包括：具有中心线（23）的LED光源（29）；和透镜（21），与所述LED光源耦合使得所述中心线（23）投射通过所述透镜（21）的顶部表面（5），其中所述透镜把所述LED光源所发出的光形成为方位角方向非对称的光分布，所述光分布被表征为包括所述中心线（23）的具有方位角的平面的等坎德拉曲线，所述曲线包括强度分布图形（35，36，38）的极大随平面绕所述中心线（23）旋转90度而下降，其中所述顶部表面离轴成角度以使从所述透镜（21）发出的光歪斜。

【技术特征摘要】
2006.02.27 US 60/777,310;2006.08.15 US 60/838,035;1.一种LED设备，适于在路灯安装中使用以照射具有光照图形的表面，该设备包括：LED光源(29)；和透镜(21)，具有第一表面(52)，该第一表面经由边界(53)融合到第二表面(58)中，其中第二表面(58)的基础部分过渡成第三表面(57)，利用第二表面(58)和第三表面(57)引导来自LED光源的边缘光束的能量，第三表面(57)被交线(54)分割成两个子表面，所述子表面把光从交线(54)向外扩展，使得当交线(54)在路灯安装中垂直于路缘取向时，所述子表面使通过第三表面(57)的光束沿着路缘并且离开交线(54)地扩展，所述透镜被成形为利用定义为透镜的表面的一部分的棱镜元件(51，70)把LED光源发射的光从透镜的路缘侧反射到透镜的街道侧，所述棱镜元件包含全内反射表面(51)，所述全内反射表面被布置为把来自LED光源的光束能量从路缘侧反射到街道侧，使得相比于路缘侧，更多的光被引导到街道侧，从而光照图形对于路缘侧和街道侧不对称。2.按照权利要求1所述的LED设备，其中所述第三表面(57)代表所述透镜(21)的街道侧外形和路缘侧外形之间的过渡。3.按照权利要求1所述的LED设备，其中在所述透镜上方提供复杂地成形的棱镜(50)。4.按照权利要求1所述的LED设备，其中所述光照图形包括双对称光分布。5.按照权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·霍尔德，G·罗兹，
申请(专利权)人：照明管理解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US