【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高基于LED的照明器的效率的折叠光学方法和装置相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年9月26日提交的名称为“HIGHEFFICIENCYHYBRIDOPTICFORLUMINAIRES”的美国临时申请序列号62/563,549的优先权，该临时申请全文以引用方式并入本文。
技术介绍
常规照明器(包括筒灯和聚光灯)通常包括光学元件以聚焦光源发射的光。光学元件也可以包括在照明器中以提高光耦合效率，其定义为以下比率：1)从照明系统辐射出的光通量与周围环境的比率，以及2)光源产生的光通量的比率。表现出相对较高的光耦合效率的照明器的设计通常需要更大的光学器件，这通常导致更大的尺寸、更大的重量和更高的成本。此外，建筑环境诸如多户住宅或商业办公室通常也具有可用于安装照明器的有限的天花板或墙壁空间，这会限制照明器的尺寸并因此限制照明器的性能。
技术实现思路
专利技术人已经认识并意识到，折叠光学器件提供了发光二极管(LED)筒灯或聚光灯的诱人选择，以控制光束角和所产生光的其他方面。然而，专利技术人也已经认识并意识到在尝试使用此...
【技术保护点】
1.一种混合透镜(200)，用于在光源(104)工作期间经由所述光源发射的光(203、206、208、211)中的至少一些的折射和反射来准直所述光源发射的所述光，所述混合透镜包括：/n折叠光学元件(205)，所述折叠光学元件包括：/n外反射表面(210)；/n透镜输出表面(214)，基本准直的光(215)从所述透镜输出表面离开所述混合透镜；以及/n中空芯(202)，所述中空芯包括：/n具有弯曲轮廓的侧壁(212)；/n芯输出边界(207)，所述芯输出边界靠近或对准所述折叠光学元件的所述透镜输出表面；以及/n芯输入开口(209)，所述光源发射的所述光通过所述芯输入开口进入所述...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170926 US 62/563,5491.一种混合透镜(200)，用于在光源(104)工作期间经由所述光源发射的光(203、206、208、211)中的至少一些的折射和反射来准直所述光源发射的所述光，所述混合透镜包括：
折叠光学元件(205)，所述折叠光学元件包括：
外反射表面(210)；
透镜输出表面(214)，基本准直的光(215)从所述透镜输出表面离开所述混合透镜；以及
中空芯(202)，所述中空芯包括：
具有弯曲轮廓的侧壁(212)；
芯输出边界(207)，所述芯输出边界靠近或对准所述折叠光学元件的所述透镜输出表面；以及
芯输入开口(209)，所述光源发射的所述光通过所述芯输入开口进入所述中空芯；以及
反射器(204)，所述反射器光学地耦合到所述折叠光学元件的所述中空芯的所述芯输入开口，以接收所述光源发射的所述光，将所述光源发射的所述光的第一部分反射到所述折叠光学元件的所述中空芯中，并且将所述光源发射的所述光的第二部分直接透射到所述中空芯中，而不会被所述反射器反射。
2.如权利要求1所述的混合透镜，其中：
在所述光源工作期间，所述光源发射的所述光包括：
所述光源在所述光源的发射表面上的第一位置处以相对于所述光源的所述发射表面的法线(216)的第一发射角发射的第一光线(203)；
所述光源在所述光源的所述发射表面上的第二位置处以相对于所述光源的所述发射表面的所述法线的第二发射角发射的第二光线(206)；
所述光源在所述光源的所述发射表面上的第三位置处以相对于所述光源的所述发射表面的所述法线的第三发射角发射的第三光线(208)；以及
所述光源在所述光源的所述发射表面上的第四位置处以相对于所述光源的所述发射表面的所述法线的第四发射角发射的第四光线(211)；
所述第一光线首先进入所述反射器，然后进入所述中空芯而不被所述反射器反射，然后透射通过所述中空芯的所述芯输出边界；
所述第二光线首先进入所述反射器，然后进入所述中空芯而不被所述反射器反射，然后在所述中空芯的所述侧壁处折射，然后在所述折叠光学元件的所述透镜输出表面处反射，然后在所述折叠光学元件的所述外反射表面处反射，然后透射通过所述折叠光学元件的所述透镜输出表面；
所述第三光线首先进入所述反射器并被所述反射器反射到所述中空芯中，然后透射通过所述中空芯的所述芯输出边界；并且
所述第四光线首先进入所述反射器并被所述反射器反射到所述中空芯中，然后在所述中空芯的所述侧壁处折射，然后在所述折叠光学元件的所述透镜输出表面处反射，然后在所述折叠光学元件的所述外反射表面处反射，然后透射通过所述折叠光学元件的所述透镜输出表面。
3.如权利要求1所述的混合透镜，其中在所述光源工作期间：
第一光束首先进入所述反射器，然后进入所述中空芯而不被所述反射器反射，然后透射通过所述中空芯的所述芯输出边界；
第二光束首先进入所述反射器，然后进入所述中空芯而不被所述反射器反射，然后在所述中空芯的所述侧壁处折射，然后在所述折叠光学元件的所述透镜输出表面处反射，然后在所述折叠光学元件的所述外反射表面处反射，然后透射通过所述折叠光学元件的所述透镜输出表面；
第三光束首先进入所述反射器并被所述反射器反射到所述中空芯中，然后透射通过所述中空芯的所述芯输出边界；并且
第四光束首先进入所述反射器并被所述反射器反射到所述中空芯中，然后在所述中空芯的所述侧壁处折射，然后在所述折叠光学元件的所述透镜输出表面处反射，然后在所述折叠光学元件的所述外反射表面处反射，然后透射通过所述折叠光学元件的所述透镜输出表面。
4.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述折叠光学元件的所述外反射表面包括第一反射涂层。
5.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述折叠光学元件的所述外反射表面包括多个三角形凹槽，所述多个三角形凹槽在所述外反射表面中形成对应的全内反射(TIR)棱镜。
6.如权利要求5所述的混合透镜，其中：
所述多个三角形凹槽中的每个三角形凹槽都具有工具尖角；并且
所述工具尖角不是90度。
7.如权利要求6所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度。
8.如权利要求6所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度±0.5度。
9.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述折叠光学元件的所述外反射表面由第一曲线限定。
10.如权利要求9所述的混合透镜，其中所述第一曲线具有第一非球面轮廓。
11.如权利要求10所述的混合透镜，其中所述第一非球面轮廓由第一关系限定：
其中z是沿由所述混合透镜的光轴限定的第一坐标轴的值，并且由所述第一关系给出的z是沿所述第一坐标轴的第一位移分量，其从所述第一非球面轮廓的顶点起，在与所述第一坐标轴的对应距离r处，所述外反射表面上的点位于该处。
12.如权利要求10所述的混合透镜，其中：
所述折叠光学元件的所述外反射表面包括多个三角形凹槽，所述多个三角形凹槽在所述外反射表面中形成对应的全内反射(TIR)棱镜；
所述多个三角形凹槽中的每个三角形凹槽都具有工具尖角；并且
所述工具尖角不是90度。
13.如权利要求12所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度。
14.如权利要求12所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度±0.5度。
15.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述中空芯的所述侧壁由第二曲线限定。
16.如权利要求15所述的混合透镜，其中所述第二曲线具有第二非球面轮廓。
17.如权利要求16所述的混合透镜，其中所述第二非球面轮廓由第二关系限定：
其中z’是沿垂直于所述混合透镜的所述光轴的第二坐标轴的值，并且由所述第二关系给出的z’是沿所述第二坐标轴的第二位移分量，其从所述第二非球面轮廓的顶点起，在与所述第二坐标轴的对应距离r’处，所述侧壁上的点位于该处。
18.如权利要求17所述的混合透镜，其中通过围绕所述混合透镜的所述光轴以所述第二非球面轮廓的所述顶点和所述混合透镜的所述光轴之间的预定偏移距离旋转所述第二非球面轮廓的一部分来在所述折叠光学元件中限定所述中空芯。
19.如权利要求18所述的混合透镜，其中：
所述折叠光学元件的所述外反射表面由第一曲线限定；
所述第一曲线具有第一非球面轮廓；并且
所述第一非球面轮廓由第一关系限定：
其中z是沿由所述混合透镜的光轴限定的第一坐标轴的值，并且由所述第一关系给出的z是沿所述第一坐标轴的位移分量，其从所述第一非球面轮廓的顶点起，在与所述第一坐标轴的对应距离r处，所述外反射表面上的点位于该处。
20.如权利要求19所述的混合透镜，其中：
所述折叠光学元件的所述外反射表面包括多个三角形凹槽，所述多个三角形凹槽在所述外反射表面中形成对应的全内反射(TIR)棱镜；
所述多个三角形凹槽中的每个三角形凹槽都具有工具尖角；并且
所述工具尖角不是90度。
21.如权利要求20所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度。
22.如权利要求20所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度±0.5度。
23.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述芯输出边界基本平坦。
24.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述芯输出边界由第三曲线限定。
25.如权利要求24所述的混合透镜，其中所述第三曲线具有圆形轮廓。
26.如权利要求24所述的混合透镜，其中所述第三曲线具有第三非球面轮廓。
27.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述芯输出边界从所述透镜输出表面偏移并且在所述折叠光学元件内，使得所述中空芯被所述透镜输出表面包围。
28.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述芯输出边界平行于所述透镜输出表面，并且在所述透镜输出表面中构成芯输出开口，使得所述中空芯完全穿过所述折叠光学元件。
29.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述反射器是抛光铝。
30.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述反射器是镀铬聚碳酸酯。
31.如权利要求1所述的混合透镜，其中所述反射器是锥形的。
32.如权利要求31所述的混合透镜，其中所述锥形反射器包括：
具有反射侧壁的中空内部部分；
反射器输入开口，用于接收所述光源发射的所述光；以及
反射器输出开口，所述反射器输出开口与所述折叠光学元件的所述芯输入开口对准，并且所述光源发射的所述光通过所述反射器输出开口穿出所述反射器并进入所述折叠光学元件的所述中空芯。
33.如权利要求32所述的混合透镜，其中当所述混合透镜耦合到所述光源时，所述反射器的所述中空内部部分的所述反射侧壁相对于所述光源的发射表面的法线的角大约为40度。
34.如权利要求32所述的混合透镜，其中：
所述反射器是铝；并且
所述反射侧壁是抛光铝。
35.如权利要求32所述的混合透镜，其中：
所述反射器包括聚碳酸酯；并且
所述反射侧壁包括所述聚碳酸酯上的反射涂层。
36.如权利要求35所述的混合透镜，其中所述反射涂层是铬。
37.如权利要求35所述的混合透镜，其中所述折叠光学元件和所述反射器是机械耦合在一起的单独部件。
38.如权利要求37所述的混合透镜，其中所述折叠光学元件是聚碳酸酯。
39.如权利要求38所述的混合透镜，其中：
所述反射器包括至少一个第一耦合特征；并且
所述折叠光学元件包括至少一个第二耦合特征，所述至少一个第二耦合特征与所述反射器的所述至少一个第一耦合特征互补，以促进所述反射器和所述折叠光学元件的机械耦合。
40.如权利要求39所述的混合透镜，其中：
所述至少一个第一耦合特征包括至少一个接头；并且
所述至少一个第二耦合特征包括至少一个腔，所述至少一个接头插入到所述至少一个腔中，以促进所述反射器和所述折叠光学元件的超声结合。
41.如权利要求32所述的混合透镜，其中所述中空芯的所述侧壁由第二曲线限定。
42.如权利要求41所述的混合透镜，其中所述第二曲线具有第二非球面轮廓。
43.如权利要求42所述的混合透镜，其中所述第二非球面轮廓由第二关系限定：
其中z’是沿垂直于所述混合透镜的所述光轴的第二坐标轴的值，并且由所述第二关系给出的z’是沿所述第二坐标轴的第二位移分量，其从所述第二非球面轮廓的顶点起，在与所述第二坐标轴的对应距离r’处，所述侧壁上的点位于该处。
44.如权利要求43所述的混合透镜，其中通过围绕所述混合透镜的所述光轴以所述第二非球面轮廓的所述顶点和所述混合透镜的所述光轴之间的预定偏移距离旋转所述第二非球面轮廓的一部分来在所述折叠光学元件中限定所述中空芯。
45.如权利要求44所述的混合透镜，其中：
所述折叠光学元件的所述外反射表面由第一曲线限定；
所述第一曲线具有第一非球面轮廓；并且
所述第一非球面轮廓由第一关系限定：
其中z是沿由所述混合透镜的光轴限定的第一坐标轴的值，并且由所述第一关系给出的z是沿所述第一坐标轴的位移分量，其从所述第一非球面轮廓的顶点起，在与所述第一坐标轴的对应距离r处，所述外反射表面上的点位于该处。
46.如权利要求45所述的混合透镜，其中：
所述折叠光学元件的所述外反射表面包括多个三角形凹槽，所述多个三角形凹槽在所述外反射表面中形成对应的全内反射(TIR)棱镜；
所述多个三角形凹槽中的每个三角形凹槽都具有工具尖角；并且
所述工具尖角不是90度。
47.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度。
48.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述工具尖角为91.25度±0.5度。
49.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述芯输出边界基本平坦。
50.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述芯输出边界由第三曲线限定。
51.如权利要求50所述的混合透镜，其中所述第三曲线具有圆形轮廓。
52.如权利要求50所述的混合透镜，其中所述第三曲线具有第三非球面轮廓。
53.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述芯输出边界从所述透镜输出表面偏移并且在所述折叠光学元件内，使得所述中空芯被所述透镜输出表面包围。
54.如权利要求46所述的混合透镜，其中所述芯输出边界平行于所述透镜输出表面，并且在所述透镜输出表面中构成芯输出开口，使得所述中空芯完全穿过所述折叠光学元件。
55.如权利要求46所述的混合透镜，其中：
所述基本准直的光从其离开所述混合透镜的所述透镜输出表面具有圆形形状以及大约为或等于65毫米的直径(250)；
所述混合透镜在所述透镜输出表面和所述反射器的用于接收所述光源发射的所述光的反射器输入开口之间的厚度尺寸(252)小于或大约等于13.5毫米；并且
离开所述混合透镜的所述基本准直的光的光束发散角大约为或等于12度。
56.如权利要求55所述的混合透镜，还包括所述光源，其中：
所述光源是具有大约为或等于9毫米的圆直径的基于LED的光源，并且所述基于LED的光源发射的所述光的光束角大...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·洛特非·加斯卡里马哈雷，B·陈，D·凯斯勒，
申请(专利权)人：DMF股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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