[发明专利]用于LED灯的光学准直器

说明书

提供一种用于LED灯(5)的灯具(1)和准直光学器件(2)。准直光学器件(2)包括反射准直器(3)，反射准直器具有用于允许来自LED灯(5)的入射光进入准直器(3)的第一孔径(7)和用于允许出射光离开准直器(3)的第二孔径(9)。反射准直器(3)进一步具有含有反射内表面的壁(15)，用于引导来自第一孔径(7)的入射光指向第二孔径(9)。第一凸透镜(11)布置在距离第一孔径(7)一定距离处以折射入射光，第二凸透镜(13)布置在第二孔径(9)用于折射和准直出射光。利用公开的准直光学器件，准直性能会提高，而光学器件的尺寸不会增加。

技术领域

本发明整体涉及光准直领域。特别地，本发明涉及用于发光二极管(LED)灯的准直光学器件。

背景技术

用LED代替卤素聚光灯具是一个新兴市场。用LED代替卤素灯极具挑战性，因为卤素灯和LED具有不同特性。更具体地，卤素灯和LED之间的差异是，与卤素灯相比较，LED具有有限的光通量输出。为了使LED聚光灯在特定光束角度具有与卤素聚光灯相同最大强度，因此LED聚光灯的光学器件需要每单位通量提供更高强度的光束中心，从而补偿有限的光通量输出。每单位通量光束中心强度通常被称为每流明值的中心光束烛光功率(CBCP)，或简单地Cd/lm或CBCP/lm。

鉴于以上，LED聚光器件的挑战在于在十分有限空间中设计紧凑且高效的光学器件从而获得对于特定光束角度更高的CBCP/lm值。

LED聚光器件通常包括全内反射准直器(TIR)，具有用于接收LED的开孔，和布置在距离接收LED的开孔一定距离处的中央凸透镜。然而，该布置很难准直和再分配穿过中央凸透镜的光，因为透镜定位得太接近尺寸可忽略的LED灯具。由于中央凸透镜的限制，输出光束的光强度分布产生不期望的重尾(heavy tail)，因而很难获得在特定半高全宽(FWHM)的光束角度具有高CBCP/lm值的特定光束图形。FWHM光束角度由光强度是光束中心光强度一半的、相对于光束中心的角度所限定。

发明内容

本发明的目的是克服或至少缓解以上所述的问题，并提供准直光学器件和具有改进的每流明CBCP的灯具。特别地，本发明的目的是提供在不增加光学器件尺寸的情况下具有改良准直能力的准直光学器件和灯具。

根据本发明的第一方面，通过用于发光二极管即LED灯的准直光学器件实现该目的和其他目的，其包括：具有用于接收LED灯和允许来自LED灯的入射光进入准直器的第一孔径与允许出射光离开准直器的第二孔径的反射准直器，反射准直器进一步具有从第一孔径延伸到第二孔径的壁元件和用于引导来自第一孔径的入射光朝着第二孔径的内反射面；布置在距离第一孔径一定距离处用于折射入射光的第一凸透镜；以及布置在第二孔径处用于折射出射光以便于准直出射光的第二凸透镜。

优选地，第一凸透镜布置在距离第一孔径一定距离处，以至于第一凸透镜布置在第一孔径和第二孔径之间。通过提供在第二孔径的第二凸透镜，已经由第一凸透镜折射的光束进一步由第二凸透镜折射和准直。因而，尽管准直光学器件的尺寸并未增加，但是准直光学器件的准直能力得到提高。特别地，对于固定通量值，由于第二凸透镜再分配光，以至于与没有第二凸透镜的情况相比较，光强度分布更集中于光束中心，最大强度值增加。在增加最大强度值同时，FWHM光束角度基本保持相同。换句话说，每流明CBCP性能得到提高。因此，如果CBCP保持与之前相同，可以使用更少的LED灯，即更低通量。可替换地，在使用相同数量的LED灯时，可以实现更高的CBCP值。

第一凸透镜和第二凸透镜可以是菲涅耳透镜，每个透镜具有多个刻面。刻面有时被称为菲涅耳带。如果使用简单的凸透镜，那么在由准直光学器件引起的照明斑可以看到LED管芯的形状的成像。然而，如果使用菲涅耳透镜，情况则不如此，因为菲涅耳透镜以交错的方式重新分布光。更具体地，随着光线束穿过第一凸透镜和第二凸透镜且由第一凸透镜和第二凸透镜折射，入射到第一凸透镜的一束光线中的光线的相互顺序改变。因此，由准直光学器件引起的照明斑的视觉一致性提高。