专利名称：一种改进的产生宽光束的led装置的制作方法
一种改进的产生宽光束的LED装置
如图21-23所示，表面52、 53、 58、 57、 54、 51、 70及
定义透镜21的其他表面，这些表面的形状和位置的操控或修改，或者按照本发明的教导进行修改，可以一直进行，直到需要的强度比和坎德拉角度，出现在设计的如图27和28所示的光线轨迹中。必须指出，透镜表面可以用任何数量分开的表面表示，这些表面包括一个或多个用尖形而不是几何扇形形状的传递函数定义的表面。透镜表面的外形形状可以用计算机计算从预定的光束外形导出，然后按照本发明的教导，把得到的透镜表面外形用作透镜21各部分的剖面。
|0115|图29是当能量投射到装置10下面的"街道"地面时的两维能量分布曲线。该曲线一般用等强度的等值线按能量单位，诸如英尺烛光或勒克斯描绘。装置IO在图29的图中心，"街道"侧在中心的右边，而"路缘"侧在中心的左边。曲线围绕从路缘到街道的地平线是对称的，在图的顶部和底部有相同的强度图形。
10116图30是图21-26装置IO在与图25所示侧视图颠倒的侧视图中看到的光线跟踪。光线已经缩减到被跟踪光线的小的百分比，以便更好地表明，当这些光线从藏在透镜21中的LED被透镜21表面重新引导时，这些光线的效果。光线82对应于被表面52引导的光线。光线83 ^皮侧凹表面58引导。图24-26画出表面58的小的侧凹部分，该侧凹部分部分地绕透镜21的基底伸延。图25视图中的表面57，没有或有小的侧凹，而表面58的基础部分有小的側凹，该侧凹平滑地过渡成表面57。在图30中应当指出，被重新从表面51引导的光线80表明，表面51起光束能量TIR反射器的作用，从LED"路缘"侧上把能量传递到"街道"侧。光线81是沿离开LED光束图形中心线方向的被折射的LED能量。杂散光线81表明损耗，是在透镜21中作为操控光束图形结果而引起的。本发明还包括用数学方法给出需要的透镜形状的方法，所用数学方法，是通过解析处理过程，或用数值方法，以步骤100和106的边界条件作为与本发明的教导一致的数值输入，通过数值的反复估算处理过程，给出需要的透镜形状。
[0125由此还可以设想，多个这种装置，能够随后组合成装置阵列。阵列中每一装置有相同的三维能量分布图形，导致相同的在目标表面或街道上要得到的两维光照图形。当多个这种装置，以相对于目标表面或街道上光照图形大小是紧密的间隔，在阵列中放在一起时，它们各自的光照图形，基本上相互线性地叠加，在目标表面或街道上给出相同的光照图形，如同单个装置产生的一样，但有阵列中增加的多个装置的强度。同样，阵列可以按模块方式制作，这样，组合在一起的多个阵列，与到目标表面或街道的距离相比，或与目标表面或街道上的光照图形大小相比，仍然有较为小的大小，于是每一阵列
30的光照图形，基本上是集合中所有其他阵列的相同光照图形的重叠。这样，阵列集合在目标表面上光照图形的强度能够缩放，不会因阵列的模块缩放变成更大的或更小的集合而显著改变光照图形。
[0126本领域那些一般熟练的人员，在不偏离本发明的精神和范围下，可以作出许多变化和修改。因此必须指出，已经阐明的出示的实施例，仅仅用于举例的目的，且不应认为是对后面权利要求书定义的本发明的限制。例如，尽管某项权利要求的元件在后面的一定组合中阐明，但必须明确指出，本发明包括在前面公开的更少、更多、或不同元件的其他组合，即使当初在这些组合中没有提出要求。
[0127本说明书中用于描述本发明及其各个实施例的用语，不仅应当按它们一般定义的意义理解，而是包括一般定义的意义范围之外的、按本说明书的结构、材料、或作用中的特殊定义。因此，如果某一元件按本说明书正文可被理解为包括多于一个装置，那么在权利要求中它的使用，必须理解为通用于所有可能受说明书支持的及用语自身的含义。
[0128J因此，后面冲又利要求的用语和元件的定义，在本说明书中定义为不仅包括按原文阐明的元件的组合，而且包括按实质上相同方式、执行实质上相同功能、获得实质上相同结果的一切等效的结构、材料、或作用。在此意义下，可以由此理解，对下面权利要求书的任一元件，都可以用两个或更多元件等效替代，或者，单个元件可以替代权利要求中的两个或更多元件。虽然元件可以如上面描述为在某些组合中所起的作用，而且初始的要求也如是说，但应当明确指出，要求的组合中的一个或更多元件，在一些情形下，可以从该组合中删去，且要求的组合可以导致子组合或子组合的变化。
[0129从本领域一般熟练人员的观点看是要求的主题的非实质性改变，无论是现在知道的或是以后设计的，都明确地被认为无例外地在权利要求范围之内。因此，本领域一般熟练人员现在或以后知道的明显替代，都被规定为定义的元件的范围内。
[01301因此应当了解，权利要求书包括上述专门出示和描述的内容、概念上等效的内容、能够明显替代的内容、还有本质上采用本发明本质观念的内容。
权利要求
1. 一种从光源的预定能量分布图形，提供预定被照射表面图形的方法，包括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；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光学传递函数制作透镜。
2. 按照权利要求l的方法，其中的预定被照射表面图形，是街 道照明图形；其中光源的预定能量分布图形，是LED的朗伯图形； 和其中用最后获得的估算光学传递函数制作透镜，包括制作用于路灯 的透镜。
3. 按照权利要求1的方法，还包括用组装多个光源，每一光源 光学方法与制作的透镜组合，形成对应的多个装置，每一装置有同样的能量分布图形，给出装置的线性叠加阵列，以产生预定的被照射表 面图形。
4. 按照权利要求3的方法，其中每一阵列被作为模块单元制作， 并还包括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。
5. 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 光源的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。
6. 按照权利要求5的改进，其中的预定被照射表面图形，是街 道照明图形，而其中光源的预定能量分布图形，是LED的朗伯图形。
7. 按照权利要求5的改进，还包括与透镜组合的光源。
8. 按照权利要求5的改进，还包括多个光源，每一光源用光学 方法与对应的透镜组合，形成对应的多个装置，每一装置有同样的能 量分布图形，由此给出装置的线性叠加阵列，以产生预定的被照射表 面图形。
9. 按照权利要求8的改进，其中每一阵列被作为模块单元制作， 并还包括阵列的集合，用于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。
10. 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，该改进包括透镜上定义的侧凹 表面，该透镜有紧邻光源的基底，有透镜轴，并且有在基底与透镜轴 之间的表面，该侧凹表面至少部分地沿透镜表面从透镜基底向透镜轴 伸延，该侧凹表面利用光源的预定能量分布图形，定义能量分布图形， 并把该能量分布图形投影到被照射表面上，该投影与预定被照射表面 图形的匹配是可接受的。
11. 按照权利要求10的改进，其中的侧凹表面包括各部分，这 些部分使光源来的光折射和全内反射，进入能量分布图形。
12. 按照权利要求ll的改进，其中的侧凹表面包括各部分，这 些部分引导光从光源进入宽扩展光束。
13. 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 光源的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 学传递函数定义形状的透镜的侧凹表面，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。
14. 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，使该能量分布图形对该两个相对侧不对称。
15. —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，以便集体地产生与预定被照射表面图形匹配的线性叠加 的光照图形。
16. 按照权利要求15的阵列，其中每一阵列是能容易与同类阵 列组合的模块单元，并还包括阵列的集合，用于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。
17. 按照权利要求15的阵列，还包括多个电路驱动器，每一装 置一个，且其中该多个电路驱动器安装在托架上。
18. 按照权利要求17的阵列，其中的托架包括多个电路驱动 器和装置都耦合于其上的印刷电路板、密封该印刷电路板的盖、盖与 托架之间的电路驱动器和装置。
19. 按照权利要求18的阵列，其中的装置设有标引凸缘，且其 中的装置凭借该标引凸缘，相对于盖和托架成一定角度地取向。
20. 按照权利要求19的阵列，其中的印刷电路板、电路驱动器、 和装置，借助盖与托架间设置的封装化合物，密封在盖与托架之间， 电路驱动器及装置在耦合到印刷电路板时，被封蔽在该封装化合物 中，使阵列变得可浸入水中。
21. —种用于路灯的发光体，在街道地面上提供预定的光照图形， 该发光体包括照明夹具；和放置在该照明夹具中的多个光发射装置的阵列，每一 阵列在街道 地面上提供预定的光照图形。
22. 按照权利要求21的发光体，其中提供预定被照射表面图形 的阵列包括多个用于提供预定被照射表面图形的光发射装置，每一装置有产 生该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，以便集体地产生与预定被照射表面图形匹配的线性叠加 的光照图形。
23. 按照权利要求21的发光体，其中每一个光发射装置包括光 源和有透镜表面的透镜，该透镜从光源的预定能量分布图形，给出预 定的被照射表面图形，其中该透镜以具有两个相对侧的能量分布图形 为特征，该透镜表面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， 使该能量分布图形对该两个相对侧不对称。
24. 按照权利要求21的发光体，其中每一个光发射装置包括光 源和有透镜表面的透镜，该透镜从光源的预定能量分布图形，给出预 定的被照射表面图形，该透镜用于给出预定被照射表面图形和光源的 预定能量分布图形之间的光学传递函数，该透镜有侧凹表面，该侧凹 表面的形状由该光学传递函数定义，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。
25. 按照权利要求21的发光体，其中每一个光发射装置包括光 源和有透镜表面的透镜，该透镜从光源的预定能量分布图形，给出预定的被照射表面图形，该透镜有侧凹表面，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，该侧凹表面至少部分地沿透 镜表面从透镜基底向透镜轴伸延，以便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。
26. 按照权利要求21的发光体，其中每一个光发射装置包括光 源和有透镜表面的透镜，该透镜从光源的预定能量分布图形，给出预 定的被照射表面图形，该透镜具有由该光学传递函数定义的形状，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。
27. —种用于路灯的发光体，在街道地面上提供预定的光照图形， 该预定的光照图形有确定的地平线，该发光体包括照明夹具；和放置在该照明夹具中的多个光发射装置平面阵列，每一阵列用从 发光体引导到地平线或地平线之上的实际减弱的光，在街道地面上提 供预定的光照图形。
28. —种用有中心线的光照图形照射表面的设备，包括 光源；和透镜，其特征是，引导光从光源进入平滑的、宽的光束，当该光 束投射到被照射的表面上时，在偏离光照图形中心线大于15度的角 度上，有最大的英尺-烛光测量量的百分之50。
29. 按照权利要求28的设备，其中的透镜包含透明或半透明的 凹坑形状，用于产生大角度的宽光束，几乎所有光源的能量都被引进 该光束，损耗实际上不会超过没有采用透镜的光源产生的损耗。
30. 按照权利要求28的设备，其中的透镜以滴状区为特征，该 滴状区是小的聚集区，沿透镜和光源组合的需要的主引导器形成。
31. 按照权利要求30的设备，其中的滴状区包括收集光源发射的光线并沿预定方向引导该光线的透镜的表面部分，该方向取决于需 要的光束角，且其中在光源近场的透镜的表面部分，也收集光源来的 光并把光引向预定的方向。
32. 按照权利要求31的设备，其中的滴状区包括中央前向剖面， 该中央前向剖面逐渐地把光从被引导区向透镜的中心线分配。
33. 按照权利要求29的设备，其中，收集光源发射进偏离透镜 中心线的边缘方向的光的透镜表面部分，或者把光引向预定的方向和 /或用内反射使光线通过透镜的前向表面。
34. 按照权利要求28的设备，其中的透镜按照与围绕透镜中心 线的方位角扇形对应的扇形区，引导作为上升角函数的光束。
35. 按照权利要求34的设备，对上升角的函数依赖性，是多瓣的。
36. 按照权利要求28的设备，其中的透镜沿偏离透镜中心线的 一个或多个方向引导光束。
37. 按照权利要求28的设备，其中的透镜有透镜表面并包括作 为透镜表面一部分的复式棱镜，用于把能量从光照图形的一侧传递到 光照图形的另一侧。
38. 按照权利要求28的设备，其中的透镜表面包括被中心线分 开的两个边缘子表面，这些子表面至少从中心线向外扩展光束的一个 方位角扇形。
39. 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 形给出被照射表面上的预定被照射表面图形的设备中，该光源有近场 且至少 一部分来自光源的光被传输进边缘的前向立体角，该改进包括 透镜上定义的侧凹表面，该透镜有紧邻光源的基底，有透镜轴，并且 有在基底与透镜轴之间的表面，该表面包括侧凹表面和滴状区，该侧 凹表面至少部分地沿透镜表面从透镜基底向透镜轴伸延，该侧凹表面 被放置以便在光源近场中拦截来自光源的光的边缘前向立体角中的 光，且该侧凹表面的特征是，在透镜的基底上从透镜轴定义的外直径， 小于在滴状区中透镜的外直径，以此使透镜的侧凹表面随着接近透镜 的基底而在一些点上倾斜或变窄。
全文摘要
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。
文档编号G01M11/00GK101467020SQ200780006962
公开日2009年6月24日 申请日期2007年2月26日 优先权日2006年2月27日
发明者G·罗兹, R·G·霍尔德 申请人:照明管理解决方案公司