用于控制光分布的混合透镜制造技术

一种用于将来自具有发射器轴线(14)的光发射器(12)的光主要向优选侧部(4)分布的透镜(10)。透镜(10)具有刻面输出区域(32)、平滑输出表面(35)和至少一个反射表面(40)，所述至少一个反射表面通过全内反射(TIR)向刻面输出区域(32)反射光。刻面输出区域(32)由成对的横向表面形成，其中每个横向表面重新定向所接收的光以提供复合光照模式。透镜(10)可以进一步具有刻面输入表面(22)，该刻面输入表面至少部分地围绕发射器轴线(14)限定光输入腔体(21)。刻面输入区域(22)由成对的横向表面(23)形成，其中每个横向表面重新定向所接收的光。

Hybrid lens for controlling light distribution

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制光分布的混合透镜
本专利技术涉及照明灯具，更特别地，涉及用于各种普通光照目的的LED照明灯具。更具体地，本专利技术涉及用于在LED照明灯具中所需的LED光分布的透镜的领域。
技术介绍
近年来，用于各种普通照明目的的发光二极管(LED)的使用增加了，并且随着LED和LED阵列承载器件(称为“LED模块”)已经取得的进步，这一趋势加快了。事实上，曾经主要由使用高强度放电(HID)灯、卤素灯、紧凑荧光灯和其他光源的灯具来满足的照明需求，现在越来越多地开始由LED来满足。在LED开发领域，以及在尽可能多地有效利用从LED发射的光的领域，创造性的工作仍在继续。众所周知，LED“封装件”通常由在基座上的LED部件(或者一簇LED)组成，该基座具有或者不具有“主透镜”，每个LED部件之上都具有透镜，以根据需要引导来自LED封装的光。(当与其一起使用的封装包括主透镜时，这种透镜有时被称为“辅助”透镜。)在这类透镜的领域中已经作出了开发努力，意图是以形成用于特定应用所需的照明模式的方式重新定向一些LED发射的光。然而，这种透镜倾向于缺失最需要的性能，因为一些LED发射的光丢失或者产生缺少所需特征(例如颜色和/或强度均匀性)的光照分布。通常，来自LED的一些光发射的角度导致LED照明灯具提供不够理想和不充分有效的照明模式。一些现有透镜已经构造成防止不需要的光离开透镜，并且其他透镜构造成在这种光离开透镜后立即将其阻挡。尽管这些构造被认为是实现所需照明模式和防止所谓的照明“侵害”所必需的，但是它们倾向于导致LED照明器的光损失并降低效率。在照明灯具中使用由LED发射的光时，提高效率将是非常理想的。典型的LED在广的角度范围上发射光，使得来自LED的光以有些不同的角度到达透镜的输出表面的特定区域。这导致控制这种光线的方向非常困难。对离开这种透镜的光的方向提供改进的控制将是所需的。侵害照明不仅仅可以通过在不需要的方向发射的光的量来评估；还需要考虑这样的光被引导得与需要的方向有多远。在典型的商业应用中，向待光照的空间提供以最大量的发射光产生预期光照模式的照明器件是非常有利的。照明灯具，例如人行道、车行道和/或停车场照明灯具，通常提供大角度照明分布，以满足各种区域照明需求。例如，照明灯具可以提供II类型分布，该II类型分布合适用于人行道、高速公路入口匝道和出口匝道以及其他长且狭窄的走廊。在其他实施例中，照明灯具可以提供III类型分布，该III类型的分布通常用于需要更大照明面积的道路照明和停车场。可替代地，可以提供V类型照明分布。V类型照明分布可以是圆形或者方形，在所有横向角度上具有各向同性的强度。以可接受的均匀性和受限的眩光实现大角度照明分布是困难的。大角度照明分布经常包含严重的亮斑，这些亮斑只会加剧由灯具眩光引起的视觉不适。此外，高强度的点光源，例如发光二极管(LED)，可以在灯具的光发射面上提供多个亮斑。为了改善照明均匀性和减少眩光，目前已经使用了各种光学件。然而，这种光学件与来自强点光源的大分布角度上的有效地融合和扩散的光存在冲突。
技术实现思路
本专利技术涉及一种透镜，该透镜提高了从具有发射器轴线并且限定发射平面的光发射器的光分布的效率。从光发射器输出的光的这种提高的效率是通过本专利技术的透镜来实现的，该透镜专门设计用于折射、反射和在所需光照方向发射的光的有用输出。在某些实施例中，本专利技术透镜将来自发射器的绝大部分光引导到优选的侧部方向，包括以先前会导致这种光发生损失的角度发射的光。这样的光使用效率仅仅由透镜的构造提供。在某些实施例中，透镜具有刻面输出区域、平滑输出表面和至少一个反射表面，该反射表面通过全内反射(TIR)向刻面输出区域反射光。刻面输出区域由成对的横向表面形成，其中每个横向表面重新定向所接收的光以提供复合照明模式。透镜可以进一步具有刻面输入表面，该刻面输入表面至少部分地限定围绕发射器轴线的光输入腔体。刻面输入区域由成对的横向表面形成，其中每个横向表面重新定向所接收的光。刻面输入表面可以包括通过全内反射(TIR)反射光的表面部分。在一些实施例中，所述至少一个反射表面至少部分地限定从光输入腔体偏移的反射腔体的边界。刻面输出表面可以包括主要表面和次要表面。次要表面可以由横截面尺寸小于主要表面的横向表面部分的横截面尺寸的横向表面部分形成。刻面输出表面的横向表面部分可以延伸至基本彼此平行的基本直的相交区域。横向表面部分可以延伸至基本彼此平行的显著弯曲的相交区域。本专利技术透镜包括内部表面和外部表面。内部表面限定了围绕发射器轴线的内部腔体。内部表面可以具有为多个横向内部区域的刻面输入表面，这些横向内部区域形成内部阶梯状不连续部，该内部阶梯状不连续部重新定向从发射器接收的光。外部表面接收被重新定向的发射光，并且具有多个横向外部区域的刻面输出区域，这些横向外部区域形成外部阶梯状表面不连续部，该外部阶梯状表面不连续部重新定向所接收的光。在本专利技术透镜的某些实施例中，内部表面和外部表面中的至少之一包括至少一个平滑区域和多个横向区域的组合，这些多个横向区域形成用于重新定向所接收的光的阶梯状不连续部。在一些这样的实施例中，外部表面包括平滑的外部区域。形成所述内部表面的阶梯状不连续部的横向区域可以构造成将发射器光向平滑外部区域重新定向。至少一些形成阶梯状不连续部的横向区域可以构造成用于折射所接收的光。至少一些形成阶梯状不连续部的横向区域也可以构造成用于所接收光的全内反射(TIR)。透镜的某些实施例具有相对于内部表面偏移的辅助表面。辅助表面可以构造成用于从内部表面接收的光的全内反射(TIR)。在一些实施例中，辅助表面至少部分地限定相对于内部腔偏移的辅助腔体。在某些可替代的实施例中，辅助表面可以是至少部分地围绕内部腔体的外部表面的部分。在一些这样的可替代实施例中，辅助表面相对于内部腔体径向地偏移，并且从发射器平面附近沿发射器轴线方向延伸远离，有时从发射器轴线延伸远离。在具有周围凸缘的透镜的这些实施例的某些示例中，凸缘可以从这样的外部辅助表面延伸。辅助表面可以具有多个横向反射区域，这些横向反射区域形成反射阶梯状不连续部。在内部阶梯状不连续部、外部阶梯状不连续部和反射阶梯状不连续部中的每个阶梯状不连续部中，对应的相邻横向区域可以延伸至基本平行于相邻相交区域的相交区域。应当注意，术语“反射”为了便利而用于描述形成辅助表面的阶梯状不连续部的横向区域。在某些示例中，一些这样的横向区域可以是折射的，使得至少部分辅助表面通过这样的区域传递光。在一些实施例中，横向反射区域可以基本是平的表面或者具有凸形/凹形横截面。相邻的横向反射区域可延伸至相交区域，该相交区域可以是曲线的或者横截面为凹形/凸形表面部分。相交区域可以是纵向直的或者沿曲线延伸。相邻的相交区域可以基本彼此平行。附加地或者可替代地，相邻的相交区域可以向远离发射器平面的方向延伸。在一些示例中，这样的相邻相交区域也可以远离发射器轴线延伸。至少一些横向反射区域的纵向方向可以平行于透本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将来自具有发射器轴线的光发射器的光进行分布的透镜，所述透镜包括：/n内部表面，所述内部表面围绕所述发射器轴线限定内部腔体，所述内部表面包括由多个横向内部区域形成的内部表面阶梯状不连续部，每个所述横向内部区域重新定向从所述光发射器所接收的光；和/n外部表面，所述外部表面接收已被重新定向的来自所述光发射器的光，并且包括由多个横向外部区域形成的外部表面阶梯状不连续部，每个所述横向外部区域重新定向所接收的光。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170410 US 15/483,0961.一种用于将来自具有发射器轴线的光发射器的光进行分布的透镜，所述透镜包括：
内部表面，所述内部表面围绕所述发射器轴线限定内部腔体，所述内部表面包括由多个横向内部区域形成的内部表面阶梯状不连续部，每个所述横向内部区域重新定向从所述光发射器所接收的光；和
外部表面，所述外部表面接收已被重新定向的来自所述光发射器的光，并且包括由多个横向外部区域形成的外部表面阶梯状不连续部，每个所述横向外部区域重新定向所接收的光。


2.根据权利要求1所述的透镜，进一步包括相对于所述内部表面偏置的辅助表面，所述辅助表面构造成用于对从所述内部表面所接收的光进行全内反射(TIR)。


3.根据权利要求2所述的透镜，其中，所述辅助表面至少部分地形成相对于所述内部腔体偏置的辅助腔体的边界。


4.根据权利要求2和3之一所述的透镜，其中，所述辅助表面包括形成反射阶梯状不连续部的多个横向反射区域。


5.根据权利要求4所述的透镜，其中，在所述内部表面阶梯状不连续部、所述外部表面阶梯状不连续部和所述反射阶梯状不连续部中的每个中，相应的相邻的横向区域延伸至位于该相邻的横向区域之间的基本平行的相交区域。


6.根据权利要求2至4中任一权利要求所述的透镜，其中，所述外部表面阶梯状不连续部中的至少一些在所述辅助表面上光学地对准，用于接收和重新定向由所述辅助表面反射的光。


7.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的透镜，其中，在所述内部表面阶梯状不连续部和所述外部表面阶梯状不连续部中的至少一个中，相应的相邻的横向区域延伸至该相邻的横向区域之间的基本平行的相交区域。


8.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的透镜，其中，所述横向内部区域中的至少一些不是平面的。


9.根据权利要求1至6和8中任一权利要求所述的透镜，其中，所述横向外部区域中的一些以不同角度倾斜。


10.根据权利要求9所述的透镜，其中，所述横向内部区域中的至少一些构造成用于对从所述光发射器所接收的光进行全内反射(TIR)。


11.根据权利要求1至6和8至10中任一权利要求所述的透镜，其中，所述内部表面阶梯状不连续部包括弯曲区域，每个所述弯曲区域邻接一对彼此相邻的所述横向内部区域。


12.根据权利要求1至6和8至11中的任一权利要求所述的透镜，其中，靠近所述发射器轴线的横向内部区域具有比距所述光发射器较远的横向内部区域更小的横截面尺寸。


13.根据权利要求1至6和8至12中任一权利要求所述的透镜，其中，所述内部表面包括至少两组横向内部区域，所述至少两组横向内部区域形成不同组的内部表面阶梯状不连续部。


14.根据权利要求13所述的透镜，其中：
˙所述外部表面包括平滑外部区域；和
˙所述内部表面阶梯状不连续部的所述组中的至少一组将所述光发射器的光向所述平滑外部区域重新定向。


15.一种用于将来自具有发射器轴线的光发射器的光进行分布的透镜，所述透镜包括：
˙内部表面，所述内部表面围绕所述发射器轴线限定内部腔体，所述内部表面包括由多个横向内部区域形成的内部表面阶梯状不连续部，每个所述横向内部区域重新定向从所述光发射器所接收的光；
˙至少两个辅助表面部分，所述辅助表面部分相对于所述内部表面向外偏置，所述辅助表面部分构造成用于对从所述内部表面所接收的光进行全内反射(TIR)；
˙外部表面，所述外部表面接收已被重新定向的来自所述光发射器的光，并且包括由多个横向外部区域形成的外部表面阶梯状不连续部，每个所述横向外部区域重新定向所接收的光。


16.根据权利要求15所述的透镜，其中，所述辅助表面部分是基本彼此相...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·塔撒，K·威尔考克斯，B·侯，T·罗维斯，
申请(专利权)人：理想工业照明有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US