專利名稱：一種改進(jìn)的產(chǎn)生寬光束的led裝置的制作方法
一種改進(jìn)的產(chǎn)生寬光束的LED裝置
如圖21-23所示，表面52、 53、 58、 57、 54、 51、 70及
定義透鏡21的其他表面，這些表面的形狀和位置的操控或修改，或者按照本發(fā)明的教導(dǎo)進(jìn)行修改，可以一直進(jìn)行，直到需要的強(qiáng)度比和坎德拉角度，出現(xiàn)在設(shè)計的如圖27和28所示的光線軌跡中。必須指出，透鏡表面可以用任何數(shù)量分開的表面表示，這些表面包括一個或多個用尖形而不是幾何扇形形狀的傳遞函數(shù)定義的表面。透鏡表面的外形形狀可以用計算機(jī)計算從預(yù)定的光束外形導(dǎo)出，然后按照本發(fā)明的教導(dǎo)，把得到的透鏡表面外形用作透鏡21各部分的剖面。
|0115|圖29是當(dāng)能量投射到裝置10下面的"街道"地面時的兩維能量分布曲線。該曲線一般用等強(qiáng)度的等值線按能量單位，諸如英尺燭光或勒克斯描繪。裝置IO在圖29的圖中心，"街道"側(cè)在中心的右邊，而"路緣"側(cè)在中心的左邊。曲線圍繞從路緣到街道的地平線是對稱的，在圖的頂部和底部有相同的強(qiáng)度圖形。
10116圖30是圖21-26裝置IO在與圖25所示側(cè)視圖顛倒的側(cè)視圖中看到的光線跟蹤。光線已經(jīng)縮減到被跟蹤光線的小的百分比，以便更好地表明，當(dāng)這些光線從藏在透鏡21中的LED被透鏡21表面重新引導(dǎo)時，這些光線的效果。光線82對應(yīng)于被表面52引導(dǎo)的光線。光線83 ^皮側(cè)凹表面58引導(dǎo)。圖24-26畫出表面58的小的側(cè)凹部分，該側(cè)凹部分部分地繞透鏡21的基底伸延。圖25視圖中的表面57，沒有或有小的側(cè)凹，而表面58的基礎(chǔ)部分有小的側(cè)凹，該側(cè)凹平滑地過渡成表面57。在圖30中應(yīng)當(dāng)指出，被重新從表面51引導(dǎo)的光線80表明，表面51起光束能量TIR反射器的作用，從LED"路緣"側(cè)上把能量傳遞到"街道"側(cè)。光線81是沿離開LED光束圖形中心線方向的被折射的LED能量。雜散光線81表明損耗，是在透鏡21中作為操控光束圖形結(jié)果而引起的。本發(fā)明還包括用數(shù)學(xué)方法給出需要的透鏡形狀的方法，所用數(shù)學(xué)方法，是通過解析處理過程，或用數(shù)值方法，以步驟100和106的邊界條件作為與本發(fā)明的教導(dǎo)一致的數(shù)值輸入，通過數(shù)值的反復(fù)估算處理過程，給出需要的透鏡形狀。
[0125由此還可以設(shè)想，多個這種裝置，能夠隨后組合成裝置陣列。陣列中每一裝置有相同的三維能量分布圖形，導(dǎo)致相同的在目標(biāo)表面或街道上要得到的兩維光照圖形。當(dāng)多個這種裝置，以相對于目標(biāo)表面或街道上光照圖形大小是緊密的間隔，在陣列中放在一起時，它們各自的光照圖形，基本上相互線性地疊加，在目標(biāo)表面或街道上給出相同的光照圖形，如同單個裝置產(chǎn)生的一樣，但有陣列中增加的多個裝置的強(qiáng)度。同樣，陣列可以按模塊方式制作，這樣，組合在一起的多個陣列，與到目標(biāo)表面或街道的距離相比，或與目標(biāo)表面或街道上的光照圖形大小相比，仍然有較為小的大小，于是每一陣列
30的光照圖形，基本上是集合中所有其他陣列的相同光照圖形的重疊。這樣，陣列集合在目標(biāo)表面上光照圖形的強(qiáng)度能夠縮放，不會因陣列的模塊縮放變成更大的或更小的集合而顯著改變光照圖形。
[0126本領(lǐng)域那些一般熟練的人員，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下，可以作出許多變化和修改。因此必須指出，已經(jīng)闡明的出示的實(shí)施例，僅僅用于舉例的目的，且不應(yīng)認(rèn)為是對后面權(quán)利要求書定義的本發(fā)明的限制。例如，盡管某項權(quán)利要求的元件在后面的一定組合中闡明，但必須明確指出，本發(fā)明包括在前面公開的更少、更多、或不同元件的其他組合，即使當(dāng)初在這些組合中沒有提出要求。
[0127本說明書中用于描述本發(fā)明及其各個實(shí)施例的用語，不僅應(yīng)當(dāng)按它們一般定義的意義理解，而是包括一般定義的意義范圍之外的、按本說明書的結(jié)構(gòu)、材料、或作用中的特殊定義。因此，如果某一元件按本說明書正文可被理解為包括多于一個裝置，那么在權(quán)利要求中它的使用，必須理解為通用于所有可能受說明書支持的及用語自身的含義。
[0128J因此，后面沖又利要求的用語和元件的定義，在本說明書中定義為不僅包括按原文闡明的元件的組合，而且包括按實(shí)質(zhì)上相同方式、執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同功能、獲得實(shí)質(zhì)上相同結(jié)果的一切等效的結(jié)構(gòu)、材料、或作用。在此意義下，可以由此理解，對下面權(quán)利要求書的任一元件，都可以用兩個或更多元件等效替代，或者，單個元件可以替代權(quán)利要求中的兩個或更多元件。雖然元件可以如上面描述為在某些組合中所起的作用，而且初始的要求也如是說，但應(yīng)當(dāng)明確指出，要求的組合中的一個或更多元件，在一些情形下，可以從該組合中刪去，且要求的組合可以導(dǎo)致子組合或子組合的變化。
[0129從本領(lǐng)域一般熟練人員的觀點(diǎn)看是要求的主題的非實(shí)質(zhì)性改變，無論是現(xiàn)在知道的或是以后設(shè)計的，都明確地被認(rèn)為無例外地在權(quán)利要求范圍之內(nèi)。因此，本領(lǐng)域一般熟練人員現(xiàn)在或以后知道的明顯替代，都被規(guī)定為定義的元件的范圍內(nèi)。
[01301因此應(yīng)當(dāng)了解，權(quán)利要求書包括上述專門出示和描述的內(nèi)容、概念上等效的內(nèi)容、能夠明顯替代的內(nèi)容、還有本質(zhì)上采用本發(fā)明本質(zhì)觀念的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1. 一種從光源的預(yù)定能量分布圖形，提供預(yù)定被照射表面圖形的方法，包括定義透鏡形狀的估算光學(xué)傳遞函數(shù)；用透鏡形狀的估算光學(xué)傳遞函數(shù)，從光源預(yù)定的能量分布圖形，產(chǎn)生能量分布圖形；產(chǎn)生被照射表面上該能量分布圖形的投影；把該能量分布圖形的投影與預(yù)定被照射表面圖形比較；修改該透鏡形狀的估算光學(xué)傳遞函數(shù)；重復(fù)下列步驟用透鏡形狀估算光學(xué)傳遞函數(shù)，從光源預(yù)定的能量分布圖形，產(chǎn)生能量分布圖形；產(chǎn)生被照射表面上該能量分布圖形的投影；和把該能量分布圖形的投影與預(yù)定被照射表面圖形比較，直到獲得該能量分布圖形的投影與預(yù)定被照射表面圖形之間可接受的一致性為止；以及用最后獲得的估算光學(xué)傳遞函數(shù)制作透鏡。
2. 按照權(quán)利要求l的方法，其中的預(yù)定被照射表面圖形，是街 道照明圖形；其中光源的預(yù)定能量分布圖形，是LED的朗伯圖形； 和其中用最后獲得的估算光學(xué)傳遞函數(shù)制作透鏡，包括制作用于路燈 的透鏡。
3. 按照權(quán)利要求1的方法，還包括用組裝多個光源，每一光源 光學(xué)方法與制作的透鏡組合，形成對應(yīng)的多個裝置，每一裝置有同樣的能量分布圖形，給出裝置的線性疊加陣列，以產(chǎn)生預(yù)定的被照射表 面圖形。
4. 按照權(quán)利要求3的方法，其中每一陣列被作為模塊單元制作， 并還包括對目標(biāo)表面上光照圖形的強(qiáng)度進(jìn)行縮放，不會因陣列的模塊 縮放變成更大或更小的集合而顯著改變光照圖形。
5. 設(shè)備中的一種改進(jìn)，該設(shè)備用于給出預(yù)定被照射表面圖形和 光源的預(yù)定能量分布圖形之間的光學(xué)傳遞函數(shù)，該光源包括具有該光學(xué)傳遞函數(shù)定義的形狀的透鏡，該光學(xué)傳遞函數(shù)是用光源的預(yù)定能量 分布圖形產(chǎn)生能量分布圖形而導(dǎo)出，然后，從該能量分布圖形產(chǎn)生被 照射表面上該能量分布圖形的投影，該投影與預(yù)定被照射表面圖形的 匹配是可接受的。
6. 按照權(quán)利要求5的改進(jìn)，其中的預(yù)定被照射表面圖形，是街 道照明圖形，而其中光源的預(yù)定能量分布圖形，是LED的朗伯圖形。
7. 按照權(quán)利要求5的改進(jìn)，還包括與透鏡組合的光源。
8. 按照權(quán)利要求5的改進(jìn)，還包括多個光源，每一光源用光學(xué) 方法與對應(yīng)的透鏡組合，形成對應(yīng)的多個裝置，每一裝置有同樣的能 量分布圖形，由此給出裝置的線性疊加陣列，以產(chǎn)生預(yù)定的被照射表 面圖形。
9. 按照權(quán)利要求8的改進(jìn)，其中每一陣列被作為模塊單元制作， 并還包括陣列的集合，用于對目標(biāo)表面上光照圖形的強(qiáng)度進(jìn)行縮放， 不會因陣列的模塊縮放變成更大或更小的集合而顯著改變光照圖形。
10. 透鏡中的一種改進(jìn)，該透鏡被用在從光源的預(yù)定能量分布圖 形給出預(yù)定被照射表面圖形的設(shè)備中，該改進(jìn)包括透鏡上定義的側(cè)凹 表面，該透鏡有緊鄰光源的基底，有透鏡軸，并且有在基底與透鏡軸 之間的表面，該側(cè)凹表面至少部分地沿透鏡表面從透鏡基底向透鏡軸 伸延，該側(cè)凹表面利用光源的預(yù)定能量分布圖形，定義能量分布圖形， 并把該能量分布圖形投影到被照射表面上，該投影與預(yù)定被照射表面 圖形的匹配是可接受的。
11. 按照權(quán)利要求10的改進(jìn)，其中的側(cè)凹表面包括各部分，這 些部分使光源來的光折射和全內(nèi)反射，進(jìn)入能量分布圖形。
12. 按照權(quán)利要求ll的改進(jìn)，其中的側(cè)凹表面包括各部分，這 些部分引導(dǎo)光從光源進(jìn)入寬擴(kuò)展光束。
13. 設(shè)備中的一種改進(jìn)，該設(shè)備用于給出預(yù)定被照射表面圖形和 光源的預(yù)定能量分布圖形之間的光學(xué)傳遞函數(shù)，該光源包括具有該光 學(xué)傳遞函數(shù)定義形狀的透鏡的側(cè)凹表面，該形狀是用光源的預(yù)定能量 分布圖形產(chǎn)生能量分布圖形而導(dǎo)出，然后，從該能量分布圖形產(chǎn)生被照射表面上該能量分布圖形的投影，該投影與預(yù)定被照射表面圖形的 匹配是可接受的。
14. 透鏡表面中的一種改進(jìn)，該透鏡表面被用在從光源的預(yù)定能 量分布圖形給出預(yù)定被照射表面圖形的設(shè)備中，其中該透鏡以具有兩 個相對側(cè)的能量分布圖形為特征，該改進(jìn)包括定義為透鏡表面一部分 的復(fù)式棱鏡，該復(fù)式棱鏡被排列成并構(gòu)造成把能量從能量分布圖形的 一側(cè)傳遞到相對側(cè)，使該能量分布圖形對該兩個相對側(cè)不對稱。
15. —種提供預(yù)定被照射表面圖形的陣列，包括 多個光發(fā)射裝置，用于提供預(yù)定被照射表面圖形，每一裝置有產(chǎn)生預(yù)定被照射表面圖形的同樣的能量分布圖形； 與每一裝置耦合的電路驅(qū)動器；和平面的托架，其中排列該多個光發(fā)射裝置，用于提供該陣列在空 間上的構(gòu)造，以便集體地產(chǎn)生與預(yù)定被照射表面圖形匹配的線性疊加 的光照圖形。
16. 按照權(quán)利要求15的陣列，其中每一陣列是能容易與同類陣 列組合的模塊單元，并還包括陣列的集合，用于對目標(biāo)表面上光照圖 形的強(qiáng)度進(jìn)行縮放，不會因陣列的模塊縮放變成更大或更小的集合而 顯著改變光照圖形。
17. 按照權(quán)利要求15的陣列，還包括多個電路驅(qū)動器，每一裝 置一個，且其中該多個電路驅(qū)動器安裝在托架上。
18. 按照權(quán)利要求17的陣列，其中的托架包括多個電路驅(qū)動 器和裝置都耦合于其上的印刷電路板、密封該印刷電路板的蓋、蓋與 托架之間的電路驅(qū)動器和裝置。
19. 按照權(quán)利要求18的陣列，其中的裝置設(shè)有標(biāo)引凸緣，且其 中的裝置憑借該標(biāo)引凸緣，相對于蓋和托架成一定角度地取向。
20. 按照權(quán)利要求19的陣列，其中的印刷電路板、電路驅(qū)動器、 和裝置，借助蓋與托架間設(shè)置的封裝化合物，密封在蓋與托架之間， 電路驅(qū)動器及裝置在耦合到印刷電路板時，被封蔽在該封裝化合物 中，使陣列變得可浸入水中。
21. —種用于路燈的發(fā)光體，在街道地面上提供預(yù)定的光照圖形， 該發(fā)光體包括照明夾具；和放置在該照明夾具中的多個光發(fā)射裝置的陣列，每一 陣列在街道 地面上提供預(yù)定的光照圖形。
22. 按照權(quán)利要求21的發(fā)光體，其中提供預(yù)定被照射表面圖形 的陣列包括多個用于提供預(yù)定被照射表面圖形的光發(fā)射裝置，每一裝置有產(chǎn) 生該預(yù)定被照射表面圖形的同樣的能量分布圖形； 與每一裝置耦合的電路驅(qū)動器；和平面的托架，其中排列該多個光發(fā)射裝置，用于提供該陣列在空 間上的構(gòu)造，以便集體地產(chǎn)生與預(yù)定被照射表面圖形匹配的線性疊加 的光照圖形。
23. 按照權(quán)利要求21的發(fā)光體，其中每一個光發(fā)射裝置包括光 源和有透鏡表面的透鏡，該透鏡從光源的預(yù)定能量分布圖形，給出預(yù) 定的被照射表面圖形，其中該透鏡以具有兩個相對側(cè)的能量分布圖形 為特征，該透鏡表面包括定義為透鏡表面一部分的復(fù)式棱鏡，該復(fù)式 棱鏡被排列成并構(gòu)造成把能量從能量分布圖形的 一側(cè)傳遞到相對側(cè)， 使該能量分布圖形對該兩個相對側(cè)不對稱。
24. 按照權(quán)利要求21的發(fā)光體，其中每一個光發(fā)射裝置包括光 源和有透鏡表面的透鏡，該透鏡從光源的預(yù)定能量分布圖形，給出預(yù) 定的被照射表面圖形，該透鏡用于給出預(yù)定被照射表面圖形和光源的 預(yù)定能量分布圖形之間的光學(xué)傳遞函數(shù)，該透鏡有側(cè)凹表面，該側(cè)凹 表面的形狀由該光學(xué)傳遞函數(shù)定義，該形狀是用光源的預(yù)定能量分布 圖形產(chǎn)生能量分布圖形而導(dǎo)出，然后，從該能量分布圖形產(chǎn)生被照射 表面上該能量分布圖形的投影，該投影與預(yù)定被照射表面圖形的匹配 是可接受的。
25. 按照權(quán)利要求21的發(fā)光體，其中每一個光發(fā)射裝置包括光 源和有透鏡表面的透鏡，該透鏡從光源的預(yù)定能量分布圖形，給出預(yù)定的被照射表面圖形，該透鏡有側(cè)凹表面，該透鏡有緊鄰光源的基底， 透鏡軸，和在基底與透鏡軸之間的表面，該側(cè)凹表面至少部分地沿透 鏡表面從透鏡基底向透鏡軸伸延，以便利用光源的預(yù)定能量分布圖 形，產(chǎn)生能量分布圖形，然后，該能量分布圖形將在被照射表面上產(chǎn) 生該能量分布圖形的投影，該投影與預(yù)定被照射表面圖形的匹配是可 接受的。
26. 按照權(quán)利要求21的發(fā)光體，其中每一個光發(fā)射裝置包括光 源和有透鏡表面的透鏡，該透鏡從光源的預(yù)定能量分布圖形，給出預(yù) 定的被照射表面圖形，該透鏡具有由該光學(xué)傳遞函數(shù)定義的形狀，該 光學(xué)傳遞函數(shù)是用光源的預(yù)定能量分布圖形產(chǎn)生能量分布圖形而導(dǎo) 出，然后，從該能量分布圖形產(chǎn)生被照射表面上該能量分布圖形的投 影，該投影與預(yù)定被照射表面圖形的匹配是可接受的。
27. —種用于路燈的發(fā)光體，在街道地面上提供預(yù)定的光照圖形， 該預(yù)定的光照圖形有確定的地平線，該發(fā)光體包括照明夾具；和放置在該照明夾具中的多個光發(fā)射裝置平面陣列，每一陣列用從 發(fā)光體引導(dǎo)到地平線或地平線之上的實(shí)際減弱的光，在街道地面上提 供預(yù)定的光照圖形。
28. —種用有中心線的光照圖形照射表面的設(shè)備，包括 光源；和透鏡，其特征是，引導(dǎo)光從光源進(jìn)入平滑的、寬的光束，當(dāng)該光 束投射到被照射的表面上時，在偏離光照圖形中心線大于15度的角 度上，有最大的英尺-燭光測量量的百分之50。
29. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡包含透明或半透明的 凹坑形狀，用于產(chǎn)生大角度的寬光束，幾乎所有光源的能量都被引進(jìn) 該光束，損耗實(shí)際上不會超過沒有采用透鏡的光源產(chǎn)生的損耗。
30. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡以滴狀區(qū)為特征，該 滴狀區(qū)是小的聚集區(qū)，沿透鏡和光源組合的需要的主引導(dǎo)器形成。
31. 按照權(quán)利要求30的設(shè)備，其中的滴狀區(qū)包括收集光源發(fā)射的光線并沿預(yù)定方向引導(dǎo)該光線的透鏡的表面部分，該方向取決于需 要的光束角，且其中在光源近場的透鏡的表面部分，也收集光源來的 光并把光引向預(yù)定的方向。
32. 按照權(quán)利要求31的設(shè)備，其中的滴狀區(qū)包括中央前向剖面， 該中央前向剖面逐漸地把光從被引導(dǎo)區(qū)向透鏡的中心線分配。
33. 按照權(quán)利要求29的設(shè)備，其中，收集光源發(fā)射進(jìn)偏離透鏡 中心線的邊緣方向的光的透鏡表面部分，或者把光引向預(yù)定的方向和 /或用內(nèi)反射使光線通過透鏡的前向表面。
34. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡按照與圍繞透鏡中心 線的方位角扇形對應(yīng)的扇形區(qū)，引導(dǎo)作為上升角函數(shù)的光束。
35. 按照權(quán)利要求34的設(shè)備，對上升角的函數(shù)依賴性，是多瓣的。
36. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡沿偏離透鏡中心線的 一個或多個方向引導(dǎo)光束。
37. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡有透鏡表面并包括作 為透鏡表面一部分的復(fù)式棱鏡，用于把能量從光照圖形的一側(cè)傳遞到 光照圖形的另一側(cè)。
38. 按照權(quán)利要求28的設(shè)備，其中的透鏡表面包括被中心線分 開的兩個邊緣子表面，這些子表面至少從中心線向外擴(kuò)展光束的一個 方位角扇形。
39. 透鏡中的一種改進(jìn)，該透鏡被用在從光源的預(yù)定能量分布圖 形給出被照射表面上的預(yù)定被照射表面圖形的設(shè)備中，該光源有近場 且至少 一部分來自光源的光被傳輸進(jìn)邊緣的前向立體角，該改進(jìn)包括 透鏡上定義的側(cè)凹表面，該透鏡有緊鄰光源的基底，有透鏡軸，并且 有在基底與透鏡軸之間的表面，該表面包括側(cè)凹表面和滴狀區(qū)，該側(cè) 凹表面至少部分地沿透鏡表面從透鏡基底向透鏡軸伸延，該側(cè)凹表面 被放置以便在光源近場中攔截來自光源的光的邊緣前向立體角中的 光，且該側(cè)凹表面的特征是，在透鏡的基底上從透鏡軸定義的外直徑， 小于在滴狀區(qū)中透鏡的外直徑，以此使透鏡的側(cè)凹表面隨著接近透鏡 的基底而在一些點(diǎn)上傾斜或變窄。
全文摘要
一種設(shè)備和方法，用于給出預(yù)定被照射表面圖形和光源預(yù)定能量分布圖形之間的光學(xué)傳遞函數(shù)，該預(yù)定被照射表面圖形例如是路燈圖形，該光源預(yù)定能量分布圖形例如是來自LED的預(yù)定能量分布圖形。形成具有該光學(xué)傳遞函數(shù)定義的形狀的透鏡。該光學(xué)傳遞函數(shù)是用光源的預(yù)定能量分布圖形產(chǎn)生某一能量分布圖形而導(dǎo)出。然后，在被照射表面上產(chǎn)生該能量分布圖形的投影。然后，把該投影與預(yù)定被照射表面圖形比較，確定該投影的匹配是否可以接受。反復(fù)地繼續(xù)該過程，直至達(dá)到可接受的匹配為止。另外，通過形狀與預(yù)定被照射表面圖形之間的函數(shù)關(guān)系及作為輸入的光源的預(yù)定能量分布圖形，用數(shù)值方法或解析方法，確定透鏡的形狀。
文檔編號G01M11/00GK101467020SQ200780006962
公開日2009年6月24日 申請日期2007年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者G·羅茲, R·G·霍爾德 申請人:照明管理解決方案公司