用作基于LED的灯泡替代物的光学设备制造技术

光学设备（１０）具有接收其内光部的的传递区（１１）和接收来自传递区（１１）的光并且以真实的立体角发射所述光的射出器区（１２）。传递区的基底光学耦合至光发射器（２０）使得发射的光在传递区（１１）内部传播，传递区中包括经由内部全反射工作的复合椭圆聚光器。射出器区（１２）可以具有各种形状，并且其表面也可以具有漫射特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用作基于LED的灯泡替代物的光学设备
本专利技术涉及发光二极管(LED)，尤其涉及用白光LED代替白炽灯泡和荧光灯泡的光学装置。
技术介绍
虽然花费昂贵，但是最新的白光LED仍可与输出小于100流明的传统白炽灯相比。在此低流明范围内，多数白炽应用是由电池供电的。期望有一种适于在例如烧坏的手电筒泡处直接安装的LED。LED提供的发光效能超过在例如电池供电的手电筒中使用的传统白炽灯。此外，LED对冲击、振动和挤压应力的耐受度更高。虽然当前它们的生产成本要高于白炽灯，但是它们的使用寿命比白炽灯大大的延长。出于对效能的考虑，手电筒泡需要热中运行，所以它们在灯丝失效前通常仅可持续几个小时。而且LED的价格持续下降，而控制电子设备的LED也能够承受电池电压的变化。虽然LED手电筒的确已经商业可用了，但是它们的光学器件必须要适应仅能发出半球形光的发光二极管的几何形状。传统的LED灯在电气上和光学上都不适于直接装入传统手电筒。LED灯电学上的不适合是因为它们是电流驱动设备，而电池是电压源。新电池电压上的典型变化就足以超出LED容许的工作电压范围。由此产生的电流是如此之高使得LED灯的管芯内部的欧姆热超过了热传导可移除的能力，从而引发温度上升的失控以致烧坏管芯。因此，LED灯必须配备电流控制设备。传统的LED灯在光学上不适于直接安装入手电筒的抛物面反射器。这是因为它们的子弹式的透镜结构形成的窄光束根本无法照到邻近典型的手电筒抛物面反射器。代替使用的是一种以位于发光管芯为中心的按半球形发光的无定向圆顶，提供了流传最广的市售可用朗伯模式光源，它对离开LED灯中心轴θ角所包围的光通量与sin2θ成正比。因为典型的抛物面手电筒反射器中θ值是从45°到135°，-->而由于LED灯的发光仅在θ＝90°时就变为零，所以LED灯与半球模式不匹配。这导致了外部最亮而在内部到一半就完全暗下来的光束。更糟的是，即使是来自半球形LED的较差的内部光束模式也要求其保持在抛物面焦点处，也就是安装传统白炽灯泡灯座以上的几毫米处。另一种类型的电池供电灯用于圆柱形的荧光灯。虽然LED不能改善它们的发光效能，但是荧光灯是相对易碎的并且要求较高的电压。因此本领域中就需要一种效率高、电压低并且光学上适用的LED灯，它通过直接将LED灯装入现有手电筒的抛物面反射器就可翻新现有的白炽灯泡手电筒。
技术实现思路
本专利技术通过提供用基于LED灯泡的光学设备来代替白炽灯和荧光灯的较佳实施例，妥善地满足上述所有需要以及其他需要。在一个实施例中，本专利技术描述了用于分布光发射器的辐射发射的光学设备，所述光学设备包括下部传递区以及位于所述下部传递区之上的上部射出器区。所述下部传递区用于放置在光发射器上并且用于将辐射发射传递到所述上部射出器区。设计上部射出器区的形状使得向外的发射重新分布基本上呈立体角。在另一个实施例中，本专利技术描述了用于分布光发射器的辐射发射的光学设备，所述光学设备包括由基本透明的材料所制成的多个离轴椭圆体。从每个椭圆体的焦点处起截去其顶部并且将其相互纵向耦合以提供内全反射通道。在另一个实施例中，本专利技术描述了用于分布光发射器的辐射发射的光学设备，所述光学设备具有扩展器区和圆柱形射出器区。所述扩展器区由基本透明的材料制成并且可用于接收所述辐射发射以及通过内全反射将所述辐射发射的角度范围缩小至光波导的角度范围。圆柱形射出器区耦合至扩展器区并且是由在所述圆柱形射出器区的表面上具有逐级子波长粗糙度的基本透明材料制成，同时用于接收并射出经角度窄化的辐射。通过参考随后的本专利技术的详细描述以及附图将可获得对本专利技术特性和优点的更好理解，所述附图阐明了其中利用本专利技术原理的说明性实施例。附图说明-->从随后连同附图一并示出的更具体描述中，本专利技术的上述和其他方面、特性和优点将更加显而易见，所述附图包括：图1是根据本专利技术一个实施例的光学设备顶透视图；图2是根据本专利技术一个实施例并结合了图1中示出设备的光学设备顶透视分解图；图3是根据本专利技术一个实施例以剖面形式示出的并且结合了图2中示出设备的光学设备的顶透视分解图；图4是根据本专利技术一个实施例并结合了图3中示出设备的光学设备的顶透视图；图5是离轴内全反射的椭圆轮廓的图解，并示出了该椭圆的焦点性质；图6是根据本专利技术两个实施例类似于图1中光学设备的两个光学设备的透视图；其中较小的一个示出了由于降低了TIR条件使得轮廓缩小。图7a是根据本专利技术一个可选实施例的光学设备的顶透视图；图7b是根据本专利技术一个实施例的图7a中示出的设备变体的侧视图；图8a和图8b是根据本专利技术可选实施例的顶部为锥形的光学设备侧视图；图9a到图9d是根据本专利技术可选实施例的其他光学设备的侧视图；图9e是根据本专利技术另一个可选实施例的LED封装光学设备的侧截面图；图10是具有多个传递区的光学设备的侧视图，并且描述了通过根据本专利技术一个实施例的用于代替管状荧光灯的设备的光传播；图11是描述了在图2中示出的传递区出口面14处光线密度的点图；图12是根据本专利技术一个实施例两端各带一个LED并且作为荧光灯替代物的多区光学设备的侧视图；图13是图12的带有描绘来自一个光源的的图；图14是图12的带有描绘从在内部被全反射的一条光线散射出的光线的图；图15是根据本专利技术一个实施例两端各带一个LED的作为荧光灯替代物的光学设备的侧视图；图16是带有示出右向传播示范光线的图15中示出的光学设备的侧视图；图17是具有子波长表面粗糙度以及示出的通过该设备传播的示范光线的图15中示出的光学设备的侧视图；-->图18是描述了计算视角因数的球面投影方法的图17中示出的圆柱形射出器区的正截面图；图19是描述了光线的图17中示出的圆柱形射出器区的局部剖面透视图，所述光线对圆柱体内部表面法线以临界角发射并且以相同临界角与圆柱体相交；图20a是示出了用于计算最佳粗糙度分布的坐标系统的图15中示出设备的侧透视图；图20b是根据本专利技术一个实施例的扩展器区的顶透视近视图；图20c是示出了扩展器区边界光线的图20b中所示的扩展器区的侧视图；图20d是示出了扩展器区输出的空间平均亮度的角度变化图；图20e是示出了带有正弦平方的图20d同一亮度相图示；图21a是描绘通过方向单位球面的方法计算辐射接收的方法的方向单位球面的图示；图21b是示出了与图21a所示同一单位球面的赤道平面图，带有圆柱体内部的局部表面法线为10°到90°的sinθ的圆；图22是示出了方向单位球面是怎样放置在所述圆柱形射出器内部的图20a中所示圆柱形射出器的局部侧面的透视剖面图；图23a是示出了投射方向的赤道平面图，作为根据本专利技术一个实施例的圆柱形射出器的内部视图；图23b是根据本专利技术的一个实施例所示出的由内全反射在圆柱形射出器内所捕获光线的角空间的等通量细分区图；图23c是根据从0至500的反射号码标识的图23a左上部象限的近视图；图24是根据本专利技术的一个实施例的对不同漫反射系数值的一盏灯镜面反射照度图；图25是根据本专利技术的一个实施例的具有来自两盏灯镜面反射照度对于不同漫反射系数值的亮度图；图26是根据本专利技术的一个实施例所示出的漫反射系数的线性分布图，该分布给出了如在此公开的视角因素方法所计算算出的均匀亮度。在各个视图中，相应的参考符号指代相应的组件。-->具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分布光发射器的辐射发射的光学设备，包括：下部传递区；以及位于下部传递区之上的上部射出器区，所述下部传递区可用于所述光发射器上的放置并且可将辐射发射传递至所述上部射出器区，所述上部射出器区被成形为使得所述发射外部重新分 布大致呈立体角。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-5-13 60/470,691;US 2003-6-12 10/461,5571.一种用于分布光发射器的辐射发射的光学设备，包括：下部传递区；以及位于下部传递区之上的上部射出器区，所述下部传递区可用于所述光发射器上的放置并且可将辐射发射传递至所述上部射出器区，所述上部射出器区被成形为使得所述发射外部重新分布大致呈立体角。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，下部传递区是具有椭圆形状轮廓的旋转体，其中椭圆的长轴平行于该旋转体的轴线并从该旋转体的轴线侧向偏移使得所述椭圆轮廓的焦点位于所述轴线相反一侧。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述上部射出器区是直径与传递区顶部直径相同的圆柱体，所述圆柱体在其顶部表面上具有圆锥形凹陷。4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述侧向偏移大致等于在所述椭圆焦点处所述椭圆的半径。5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述上部射出器区是二次曲面。6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述上部射出器区是球状的。7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述上部射出器区是球面的锯齿部分。8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述上部射出器区是圆柱体。9.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，还包括通过浸入固体透明电介质光学耦合至所述下部传递区的发光二极管(LED)，所述电介质的外部形状形成了所述下部传递区的上部并形成了所述上部射出器区，其中浸入环绕所述LED的所述电介质中的反射杯形成了所述下部传递区的下部，所述电介质的所述外部形状具有正向脱模剂。10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括光学耦合至所述下部传递区的光发射器；以及可安装在所述光发射器之下的基部，所述基部可以包括用于所述光发射器的电源和控制电子装置，所述基部可以具有导电侧面以及与所述导电侧面电极性相反的电学分隔终端装置，所述基部可以具有用于由所述光发射器产生的热的热传导路径。-->11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括所述基部之上的透明外壳，所述外壳包围着所述上部和下部传递区和所述光发射器。12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：JC米纳诺，P本尼特兹，WA帕基恩，W发利科夫，F姆诺兹，
申请(专利权)人：光处方革新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]