[发明专利]一种改进的产生宽光束的LED装置

说明书

本申请是申请日为2007年2月26日、申请号为201110072711.6、发明名称为“一种改进的产生宽光束的LED装置”一案的分案申请。

交叉参考相关申请

本申请涉及：美国临时专利申请序列号60/777,310，2006年2月27日申请；美国临时专利申请序列号60/838,053，2006年8月15日申请；以及美国临时专利申请序列号60/861,789，2006年11月29日申请，本文引用上述每一个申请，供参考，且遵照35USC119，要求它们的优先权。

技术领域

本发明涉及用发光二极管（LED）或其他光源，产生预定的宽外形两维光照图形的设备及方法的领域，所使用的光源已经用光学方法修改，以便提供对应的宽外形光束，或提供多个这种已修改光源的平的阵列。

背景技术

LED光照的初始开发成本，当与传统的发光装置相比，按每流明成本的尺度，是昂贵的。虽然这种对比可能随时间变化，但该高成本鼓励提高LED光学系统的收集和分配效率。系统越高效，与传统光照装置相比，例如与白炽灯、荧光灯、霓红灯相比，其成本效益越高。

用LED产生宽光束的传统方案，是使用一个或多个反射器和/或透镜收集LED能量，然后把该LED能量扩展到需要的光束形状，并提供安装在弯曲夹具上的这种LED的斜角阵列。路灯光照图形通常定义成5类：Type I-V。Type I是街道上的长椭圆形图形，灯在长椭圆形中心之上。Type II是对称的4瓣状图形，灯在瓣状图形中心之上。Type III是压平的长椭圆形图形，灯接近长椭圆形的压平一侧。Type IV是有压平基线的抛物线图形，灯接近压平基线侧。Type V是圆的图形，灯在圆心之上。这些分类图形的任何非对称形态，是通过把光源安装在弯曲的护板或夹具而获得的。通过弯曲或倾斜夹具，使LED或光源指向必需建立宽的或扩展的光束的表面，例如街道的方向，一部分光必然被向上引导，离开街道而进入天空。因而所有飞机乘客都熟悉夜间进场时看到的被照明城市。这种常常眩目的景象，大都由于路灯，尤其是用倾斜夹具建立扩展光束的路灯，从而集体地把颇大量的光引向天空，向着进场的航空器。在高效照明的城市中，该城市对航空器看来要暗得多，因为路灯应当只照耀在街道上而不是进入天空。从航空器看到和从山顶看到眩目的城市灯光，可能是浪漫的，但表示巨大的能量损失、不必要的燃料消耗、和从必需为该浪费掉的光产生电力的发电厂，散发数吨的不需要的温室气体。

另一种技术使用准直透镜和/或反射器，并使用诸如由Physical Device Corporation制造的一片光学装置，使能量扩展为需要的光束。反射器有基于利用的金属化技术的预定损耗。没有涂敷抗反射涂层的透镜也有与它们关联的表面损耗。购自Physical Optics的片状材料，约有8%的损耗。

现有技术接近高效率系统的一个例子，是由Lumileds作为他们的LED封装售品一部分出售的“Side-emitter”。但是，“Side-emitter”要建立的是有几乎90度径向图形的光束，不是前向光束。它也有估计为15%的内部损耗。另一种一般称为低圆顶或蝙蝠翅LED的Lumileds LED，在LED组件上有透镜重新引导光，但应当指出，它在透镜中没有侧凹（undercut）表面，用于重新引导来自LED的在边缘的前向立体角中的光。同样应当指出，用于LED的常规5mm圆顶透镜或封装，在圆顶中全都没有任何侧凹表面。

需要的是一种装置，它能建立宽角度光束，哪怕可能是非径向对称的光束，它能够用允许别的设计者获得平滑光束外形的设计方法建立，该方法不受现有技术的固有缺点影响。

发明内容

本发明出示的实施例包括一种方法，用于从光源预定能量分布图形给出预定被照射表面图形，该方法包括的步骤有：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，从光源的预定能量分布图形，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：用透镜形状估算的光学传递函数，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的光学传递函数制作透镜。

在一个实施例中，该预定被照射表面图形是街道照明图形，而该光源的预定能量分布图形是LED的朗伯图形，因此要制造的是用于路灯的透镜。