LED的内部收集反射器光学器件制造技术

公开了一种使用LED光源的光学系统。光输出耦合到光学器件元件，所述光学器件元件由具有高折射率的材料形成。光到高折射率材料的耦合显著减小了光的锥角。该系统非常有效，因为几乎所有由LED产生的光被定向到预期的目标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及来自发光二极管(LED)的光的收集和控制。更具体地，本专利技术针对来自LED的光的宽角发射，以产生高度受控的光束。
技术介绍
许多产品需要对从光源发出的光进行有效地收集和控制。较高等级的控制被需要以产生用于现场表演、特殊的事件和照明高结构的探照灯所需要的类型的准直的光束。所述探照灯使用氙弧类型的灯作为光源，并使用深抛物面反射器来收集和控制光方向和光束角度。这个方法已经使用了很多年，甚至在电灯泡的专利技术之前就已经使用了。这种类型的现有技术的探照灯一般需要比它的弧隙大很多的反射器。1000瓦特氙灯将它的大部分光产生在直径为Imm的球体内部。为了产生高度准直的光束，典型地需要 直径为20英寸的反射器。虽然氙光源在小面积中产生了极大量的光，但是这种类型的灯的效率是较低的。1000瓦特的灯电能量的每瓦特仅可以产生35流明。这些灯的另一缺陷是它们的寿命只有几千小时。最后，氙光源由高压气体填充。当对探照灯进行作业时，更换氙灯的人员需要穿保护服并带保护面罩。氙光系统的另一缺陷是由于光学表面上污垢的聚集而引起的性能的降低。这种聚集是由所述灯光典型地需要强制风冷的事实而合成。氙系统至少有污垢能够聚集并减少输出的四个表面。这些表面的第一个是灯自身的表面。第二个是反射器的表面。第三和第四个是窗口的内部和外部。在这四个表面的任意表面上仅有较小量的污垢严重地减小该系统的光输出。由探照灯制造商对深抛物面反射器的使用为整个系统增加了很小的效率。由灯产生的大量光存在于抛物面反射器开口端前面，并且不能对没有打到反射器的光所产生的准直光束作出贡献。探照灯制造商想要使用LED作为他们的探照灯的光源。LED并不产生像氙光源一样高强度的光。LED灯的低强度导致对于与氙系统一样的输出需要大得多的反射器。在一些情况中，使用LED需要10倍于具有氙光源的系统所使用的反射器的尺寸的反射器。总之，当前基于氙的照明系统的主要缺陷是它们的短寿命、对系统作业时的危险和它们的低效率。从LED收集和控制光的光学器件系统通常结合传统的反射器和折射光学器件。这种类型的系统的典型示例如图I所示。虽然这种类型的系统在收集从LED发出的所有光是有效的，但是其控制输出的能力是有限的。由系统的反射器部分收集的光，当其离开反射器时，有大体上相同的锥角。在这个示例中，锥角在3. 9°到4. 5°之间变化。折射光学器件(也就是穿过透镜传输的光)有大得多的锥角，41°。因此，在探照灯系统中，从折射光学器件发出的光并没有对探照灯光束作出贡献，其产生了溢散光。图I的现有系统固有的另一缺陷是输出光从两个光源(透镜和反射器)发出。从透镜发出的光的性质与从反射器发出的光的性质是大不相同的。因此对同时从两个来源的输出进行优化是非常困难的。对从透镜输出的光有积极影响的输出控制测量常常对从反射器输出的光有消极影响，反之亦然。传统反射器光学器件的另一个变型是将LED置于抛物面反射器的焦点的灯。LED表面的输出法线定向于沿着抛物面的轴。从LED发出的光以半球形方向发射，离开法线+90°和一 90°。抛物面收集所有所发射的光，并将大部分光以设计的方向定向。LED及其装备吸收一些没有被阻隔而以设计的方向前进的光。这个吸收发生是因为LED在由抛物面反射的光的输出路径上。电流必须被施加到LED以生成产生热量的光。为了给LED降温，使用热管将热量从LED传导至反射器后面的散热器。这些部件也吸收一些光，因此甚至进一步降低了照明系统的效率。LED照明系统中的反射器须较大，以收集来自LED的半球形±90°输出。如果锥角能够减小到小于±45°，反射器可能会小得多。根据从反射器的中心到反射器的边缘的距离，现有技术的产品的反射器的输出光束角较大地变化。该光束角的变化需要反射器大于如果在反射器的直径上的光束角的变化减小所需要的反射器。、因此，需要高效的照明系统，其对污垢和灰尘并不敏感，其提供输出光束角的高度控制，并且其包含在紧凑的封装中。
技术实现思路
本专利技术的各种实施方式公开了具有定向输出的光学系统。该系统包括提供光源的至少一个LED。所述系统还包括减小光源的光输出的锥角的光学器件元件。光以锐角从反射表面反射。然后所反射的光形成输出光束。本专利技术的其它实施方式可以公开一种具有定向输出的照明系统，该照明系统包括光学系统阵列。每个光学系统包括提供光源的至少一个LED和减小光源的光输出的锥角的光学器件元件。光接触反射表面，并且所述光以锐角从反射表面被反射。然后所反射的光形成输出光束。光学系统的阵列的光束被组合以形成照明系统输出光束。本专利技术的其它实施方式仍然公开一种具有定向输出光学系统，该光学系统包括提供光源的至少一个LED。所述光源置于系统的输出光路径中。光学器件元件减小光源的光输出的锥角。反射表面以锐角将从光源发出的光反射。所反射的光形成系统的输出光束。附图说明图I是现有技术的侧视图。图2是示例性光学系统的等距视图。图3是示例性光学系统的侧视图。图4是示出了光线的示例性光学系统的侧视图。图5是另一不例性光学系统的侧视图。图6是光学系统示例性阵列的等距视图。具体实施例方式本专利技术的各种实施方式公开了控制光输出的方向和角度的系统。该系统的输出通过将一个或更多LED产生的非常高的百分比的光具体定向到指定为将被照明的物体来减小功率消耗。首先参考图2和图3，光学系统200包括LED装配件210，该LED装配件210耦合到光导管220。本领域技术人员可以理解，LED装配件210的类型和尺寸可以随着将在给出的应用中使用的特定的光学系统而变化。LED装配件210被示出具有从LED晶片(die)310传导热量的散热板230 (见图3)。尽管LED晶片310在附图中的几个图中通常被描述单个元件，但是所述LED晶片310可以由多个晶片形成。当多个晶片被用于形成LED晶片310时，所述多个晶片可以结合在一起。光导管220可以至少部分地作为内衬反射材料的管子、光纤、中空的光导管、基于突光的系统和/或其它适于传输光的装置来实施。光导管220可以稱合到LED晶片310,光导管220可以依次耦合到散热板230。光导管220可以光学地耦合到LED晶片310的发射表面。当光导管220和LED晶片310的发射表面光学地用凝胶或粘合剂耦合时，因为来自LED晶片310主体的反射损失是光导管220和LED晶片310的接合表面处的反射损失，所以来自LED晶片310主体的反射损失减小。如果反射损失不被认为是关键的，那么LED装配件210可以被构建，以使在LED晶片310和光导管220的第一末端之间存在狭窄的空气间隙。光导管220的第二末端可以光学地稱合到光学器件兀件240。光学器件兀件240可以是圆柱形的横截面。光导管220与LED晶片310和光学器件兀件240的光稱合减小了在光导管220的末端处的光损失。在光导管220内移动的光可以在相对于光导管220中心线大约+42°到大约一42°的范围中移动。光移动的实际角度将依赖于光导管220的折射率和LED晶片310的具体输出。光导管220将光传导至光学器件元件240。光学器件元件240可以是圆柱形的横截面，但是也可以利用其它形状。光学器件元件240可以具有或不具有与光导管220相同的折射率。光学器件元件240可以有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.11.18 US 61/281,5441.一种具有定向输出的光学系统，该光学系统包括 至少一个LED，该至少一个LED提供光源； 光学器件元件，该光学器件元件减小所述光源的光输出的锥角；以及 反射表面，其中光输出从所述反射表面以锐角被反射，所反射的光形成输出光束。2.根据权利要求I所述的光学系统，其中，定向到所述反射表面的光的中心线与从所述反射表面反射的光的中心线之间的夹角是60°或者小于60°。3.根据权利要求I所述的光学系统，其中，光导管将所述光源光学地耦合到所述光学器件兀件。4.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述反射表面具有抛物面外形。5.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述反射表面具有椭圆外形。6.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述反射表面具有非球面外形。7.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述光学器件元件的折射率是I.3或大于I. 3。8.根据权利要求I所述的光学系统，其中，所述光源由多个LED晶片构成。9.一种具有定向输出的照明系统，该照明系统包括 光学系统阵列，每个所述光学系统包括 至少一个LED，该至少一个LED提供光源； 光学器件元件，该光学器件元件减小所述光源的光输出的锥角；以及反射表面，其中从所述光源发出的光从所述反射表面以锐角反射，所反射的光形成输出光束，并且其中所述光学系统的所述输出光束被组合以形成照明系统输出光束。10.根据权利要求9所述的照明系统，其中，定向到所述反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：布朗·爱德华·理查德森，
申请(专利权)人：拉姆伯斯国际公司，
类型：发明
国别省市：