專利名稱：用于多芯片led的散焦光學器件的制作方法
技術領域：
本發明主要地涉及一種用于LED的光學器件。更具體而言，這里公開的各種發明方法和裝置涉及一種用于混合來自多芯片LED的光輸出的散焦光學器件。
背景技術：
數字照明技術(即基于諸如發光二極管(LED)之類的半導體光源的照射)賦予一種對傳統熒光、HID和白熾燈的可行替代。LED的功能優點和益處包括高能量轉換和光學效率、耐用性、更低操作成本以及許多其它優點和益處。LED技術的近來發展已經提供在許多應用中實現多種照明效果的高效和穩健全譜照明源。例如如在第6，016，038和6，211，626號美國專利中具體討論的那樣，體現這些源的一些燈具以照明模塊以及處理器為特征，該照明模塊包括能夠產生不同顏色如紅色、綠色和藍色的一個或者多個LED，該處理器用于獨立控制LED的輸出以便生成多種顏色和變色照明效果。多芯片LED (包含多個LED芯片的LED封裝)提供相對高水平的光輸出。然而，有必要高效混合來自多芯片LED的各種LED芯片的光輸出，以便最小化非所需可見非自然成分，比如可以在多LED輸出的光束圖案的邊緣周圍可見的色環/色帶化。用來混合來自多芯片LED的各種LED芯片的光輸出的當前方法涉及到紋理化和/或伸長的復合拋物線集中器(CPC)。紋理化涉及到在光學器件表面上添加紋理以便散射穿過紋理化的光學器件表面的光。紋理化可以允許在光束圖案的中心區域中的令人滿意的混色，但是光束圖案的邊緣仍然經常表現色環/色帶化。另外，向光學表面添加紋理通常在未令人滿意的程度上增加光輸出的光束角度，并且紋理化很難以在生產中維持和控制。CPC的使用可以提供來自多芯片LED的光輸出的令人滿意的混合、但是也可能在未令人滿意的程度上增加光輸出的光束角度。因此在本領域中需要令人滿意地混合來自多芯片LED封裝的光輸出而又維持所需光束角度和高效封裝尺寸。
發明內容
本公開內容涉及用于令人滿意地混合來自多芯片LED的光輸出的創造性方法和裝置。例如可以提供一種具有外反射器和內反射器的散焦光學器件，該外反射器和該內反射器配合以提供光輸出的混合。外反射器包圍內反射器并且具有凹內表面，該凹內表面包圍散焦光學器件的中心軸。內表面具有在相對于散焦光學器件的中心軸的一個或者多個旋轉角度位置改變的輪廓。換而言之，內表面的輪廓可以具有在繞著中心軸的某個角度范圍內的某些設計參數，以便在該角度范圍內實現所需反射參數。例如，內表面可以包括繞著中心軸跨越近似四十五度的第一輪廓和與第一輪廓不同的第二輪廓，該第二輪廓鄰接第一輪廓并且繞著中心軸跨越近似四十五度。散焦光學器件的內反射器包括在散焦光學器件與多芯片LED組合使用時面向多芯片LED的凸表面。凸表面將來自多芯片LED并且照射凸表面上的光輸出的大多數朝著外反射器的內表面向外重定向。可選地，凸表面的輪廓可以在相對于散焦光學器件的中心軸的一個或者多個角度位置改變。換而言之，凸表面的輪廓可以在繞著中心軸的某個角度范圍內具有某些設計參數以便在該范圍內實現所需反射參數。凸表面的輪廓的改變可以可選地在與出現于內表面的輪廓中的改變相似的角度位置出現。通過適當選擇內表面的輪廓、凸表面的輪廓和其中存在所述輪廓的角度范圍的設計參數，可以實現適當混合來自多芯片LED的光輸出而又維持令人滿意的光束角度和高效封裝尺寸。一般而言，在一個方面中，本發明涉及一種用于混合來自多芯片LED的光輸出的散焦光學器件，該散焦光學器件包括包圍內反射器和中心軸的外反射器。外反射器包括繞著中心軸提供的凹內表面。凹內表面將照射凹內表面上的光輸出的大多數朝著照射區域重定向。凹內表面限定在相對于中心軸的第一角度位置的第一凹表面輪廓和在相對于中心軸的第二角度位置的第二凹表面輪廓。第一凹表面輪廓與第二凹表面輪廓不同。內反射器具有面向多芯片LED的凸表面,該凸表面將照射凸表面上的光輸出的大多數朝著外反射器重 定向。凸表面限定在第一角度位置的第一凸輪廓和在第二角度位置的第二凸輪廓。第一凸輪廓與第二凸輪廓不同。在一些實施例中，外反射器包括繞著中心軸定位的凹第二內表面。第二內表面比內表面更遠離多芯片LED定位。在這些實施例的一些版本中，第二內表面限定在第一角度位置的第三凹表面輪廓和在第二角度位置的第四凹表面輪廓。第三凹表面輪廓與第一凹表面輪廓不同，并且第四凹表面輪廓與第二凹表面輪廓不同。在一些實施例中，凹內表面在相對于中心軸的第三角度位置限定第三凹表面輪廓。第三凹表面輪廓與第一凹表面輪廓不同并且與第二凹表面輪廓不同。在這些實施例的一些版本中，凹內表面也在相對于中心軸的第三角度位置具有第二凹表面輪廓，并且第二角度位置介于第一角度位置與第三角度位置之間。在這些實施例的一些版本中，第三角度位置從第一角度位置偏移近似一百八十度。—般而言,在另一方面中，本發明涉及一種包括至少一個多芯片LED和散焦光學器件的基于LED的照明單元。多芯片LED包括多個LED芯片，并且每個LED芯片發射具有主要LED光輸出軸的LED光輸出。散焦光學器件包括外反射器、內反射器和中心軸。外反射器包圍內反射器并且包圍多芯片LED。外反射器包括繞著中心軸提供的凹內表面,該凹內表面將照射凹內表面上的光輸出的大多數朝著照射區域重定向。凹內表面限定在相對于中心軸的第一角度位置的第一凹表面輪廓和在相對于中心軸的第二角度位置的第二凹表面輪廓。第一凹表面輪廓與第二凹表面輪廓不同。內反射器包括面向多芯片LED的凸表面，該凸表面將照射凸表面上的光輸出的大多數朝著外反射器重定向。凸表面與每個光輸出軸相交并且限定在第一角度位置的第一凸輪廓和在第二角度位置的第二凸輪廓。第一凸輪廓與第二凸輪廓不同。在一些實施例中,朝著照射區域重定向的光輸出的至少百分之八十在十五度光束角度內被重定向。在一些實施例中，凹內表面在第一角度位置具有第一焦點，該第一焦點位于在第一角度位置的凹內表面的基部與在第一角度位置的凹內表面的基部最接近的LED光輸出軸之間。在這些實施例的一些版本中，凹內表面在第二角度位置具有第二焦點，該第二焦點位于在第二角度位置的凹內表面的基部與在第二角度位置的凹內表面的基部最接近的LED光輸出軸之間。在一些實施例中，外反射器包括繞著中心軸提供的凹第二內表面，該第二內表面比內表面更遠離多芯片LED定位。在這些實施例的一些版本中，第二凹內表面限定在第一角度位置的第三凹表面輪廓和在第二角度位置的第四凹表面輪廓。第三凹表面輪廓與第一凹表面輪廓不同，并且第四凹表面輪廓與第二凹表面輪廓不同。在一些實施例中，凹內表面在相對于中心軸的第三角度位置限定第三凹表面輪廓。第三凹表面輪廓與第一凹表面輪廓和第二凹表面輪廓不同。—般而言,在另一方面中，一種用于混合來自多芯片LED的光輸出的散焦光學器件包括包圍內反射器和中心軸的二級外反射器。外反射器具有繞著中心軸提供的下凹內表面和比下凹內表面更徑向地繞著中心軸提供的上凹內表面。下凹內表面和上凹內表面各自將照射凹內表面上的光輸出的大多數朝著照射區域重定向。下凹內表面包括多個下凹內表面分節(section),每個下凹內表面分節具有與下凹內表面分節中的至少一個鄰接下凹內·表面分節不同的下焦點。上凹內表面包括多個上凹內表面分節，每個上凹內表面分節具有與上凹內表面分節中的至少一個鄰接上凹內表面分節不同并且與下凹內表面分節中的至少一個鄰接下凹內表面分節不同的上焦點。內反射器包括面向多芯片LED的凸表面。凸表面將照射凸表面上的光輸出的大多數朝著外反射器向外重定向。在一些實施例中，凸表面包括多個凸表面分節，每個凸表面分節具有與凸表面分節中的至少一個鄰接凸表面分節不同的凸焦點。在一些實施例中，每個下凹內表面分節繞著中心軸延伸至少十五度。在一些實施例中，每個下凹內表面分節與對應上凹內表面分節基本上角度對準。在一些實施例中，每個上分節的上焦點比中心軸更遠離該上分節定位。 在一些實施例中，每個下分節的下焦點比中心軸更接近該下分節定位。在一些實施例中，提供至少四個上凹內表面分節并且提供至少四個下凹內表面分節。如這里出于本公開內容的目的而使用的那樣，術語“LED”應當理解為包括能夠響應于電信號來生成輻射的任何電致發光二極管或者其它類型的基于載流子注入/結的系統。因此，術語LED包括但不限于響應于電流來發射光的各種基于半導體的結構、發光聚合物、有機發光二極管(OLED)、電致發光帶等。具體而言，術語LED指代可以配置成在紅外線光譜、紫外線光譜和可見光譜的各種部分(一般包括從近似400納米至近似700納米的輻射波長)中的一個或者多個光譜中生成輻射的所有類型的發光二極管(包括半導體和有機發光二極管)。LED的一些例子包括但不限于各種類型的紅外線LED、紫外線LED、紅色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (下文進一步討論)。也應當理解LED可以被配置和/或控制成生成針對給定的光譜具有各種帶寬(例如半高全寬或者FffHM)并且在給定的主要色分類內具有多種主導波長的輻射。例如配置成生成實質上白光的LED (例如白色LED)的一個實現方式可以包括分別發射不同電致發光光譜的多個管芯，這些電致發光光譜組合混合以形成實質上的白光。在另一實施方式中，白光LED可以與將具有第一光譜的電致發光轉換成不同第二光譜的磷光體材料關聯。在這一實現方式的一個例子中，具有相對短波長和窄帶寬光譜的電致發光“抽運(pump) ”磷光體材料，該磷光體材料繼而輻射具有有些更寬光譜的更長波長輻射。也應當理解術語LED并不限制LED的物理和/或電氣封裝類型。例如如上文討論的那樣，LED可以指代具有多個管芯的單個發光設備，這些管芯被配置成分別發射不同輻射光譜(可以例如單獨可控或者可以不這樣)。LED也可以與被視為LED (例如一些類型的白色LED)的整體部分的磷光體相關聯。一般而言，術語LED可以指代封裝LED、非封裝LED、表面裝配LED、板上芯片LED、T封裝裝配LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括某一類型的裝箱和/或光學元件(例如擴散透鏡)的LED等。術語“光源”應當理解為指代多種輻射源中的任何一種或者多種輻射源，這些輻射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定義的一個或者多個LED)、白熾源(例如燈絲燈、鹵素燈)、熒光源、磷光源、高強度放電源(例如鈉蒸汽、汞蒸氣和金屬鹵素燈)、激光器、其它類型的電致發光源、火致發光源(例如火焰)、燭致發光源(例如汽燈罩、碳電弧輻射源)、光致發光源(例如氣態放電源)、使用電子飽和(satiation)的陰極發光源、電流發光源、晶體發光源、動致發光源、熱致發光源、摩擦發光源、聲納發光源、放射發光源和發光聚合物。 術語“照明燈具”或者“照明體(Iuminaire) ”這里用來指代一個或者多個照明單元在具體形態因子、組件或者封裝中的實現方式或者布置。術語“照明單元”這里用來指代包括相同或者不同類型的一個或者多個光源的裝置。給定的照明單元可以具有多種用于光源的裝配布置、罩/殼布置以及形狀和/或電氣和機械連接配置中的任一項。此外，給定的照明單元可選地可以與各種與光源的操作有關的其它部件(例如控制電路)相關聯(例如包括和/或耦合到這些部件和/或與這些部件一起封裝)。“基于LED的照明單元”指代如下照明單元，該照明單元單獨或者與其它非基于LED的光源組合包括如上文討論的一個或者多個基于LED的光源。“多通道”照明單元指代包括至少兩個光源的基于LED或者非基于LED的照明單元，這些光源被配置成分別生成不同輻射光譜，其中每個不同源光譜可以稱為多通道照明單元的“通道”。應當理解，設想下文更具體討論的前述概念和附加概念的所有組合(假設這樣的概念未互不一致)作為這里公開的發明主題內容的部分。具體而言，設想在本公開內容的篇尾出現的要求保護的主題內容的所有組合作為這里公開的發明主題內容的部分。也應當理解，應當向也可以在通過引用而結合的任何公開內容中出現的這里明確運用的術語賦予與這里公開的具體概念最一致的含義。
在附圖中，相似標號一般指代貫穿不同圖的相同部分。附圖也未必按比例、代之以
一般著重于圖示本發明的原理。圖I圖示了基于LED的照明單元的第一實施例的透視圖，該照明單元具有散焦光學器件的第一實施例；示出了從基于LED的照明單元的多芯片LED分解的散焦光學器件。圖2圖示了圖I的基于LED的照明單元沿著圖I的截面線2_2取得的截面圖。圖3圖示了圖I的基于LED的照明單元沿著圖I的截面線3_3取得的截面圖。圖4圖示了基于LED的照明單元的第二實施例的透視圖，該照明單元具有散焦光學器件的第二實施例。
具體實施例方式多芯片LED具有相對高的光輸出水平。有必要高效混合來自多芯片LED的各種LED芯片的光輸出以便最小化可以在多芯片LED輸出的光束圖案的邊緣周圍可見的色環/色帶化的存在。用來混合來自多芯片LED的各種LED芯片的光輸出的當前方法具有一個或者多個缺點。例如，當前方法可能使光束圖案的邊緣仍然表現大量色環和/或可能針對給定的應用在未令人滿意的程度上增加光輸出的光束角度。因此，申請人認識和理解到提供一種用于混合光輸出而又實現所需光束角度的散焦光學器件將是有益的。這里提供的散焦光學器件包括外反射器，具有凹內表面，該凹內表面具有變化的輪廓變化；以及內反射器，具有凸表面，該凸表面具有可選變化的輪廓。通過適當選擇內表面的輪廓、凸表面的輪廓和其中存在所述輪廓的旋轉角度范圍的設計參數，可以實現適當混合來自給定的多芯片LED封裝的光輸出而又維持令人滿意的光束角度和高效封裝尺寸。更具體而言，申請人已經認識和理解到具有一種令人滿意地混合來自多芯片LED封裝的光輸出的散焦光學器件將是有益的。在下文具體描述中，出于說明而非限制的目的，闡述公開具體細節的有代表性的·實施例以便提供對要求保護的本發明的透徹理解。然而，已經受益于本公開內容的本領域普通技術人員將清楚，脫離這里公開的具體細節的、根據本教導的其它實施例仍然在所附權利要求的范圍內。另外可以省略對公知裝置和方法的描述以免模糊對有代表性的實施例的描述。這樣的方法和裝置清楚地在要求保護的本發明的范圍內。參照圖I，在一個實施例中，基于LED的照明單元100包括散焦光學器件110的第一實施例。示出了從基于LED的照明單元100的多芯片LED 101分解的散焦光學器件110。多芯片LED 101包括由LED圓頂102包圍的四個單獨LED芯片103A-103D。LED芯片103A-103D中的每個LED芯片可以發射具有與LED芯片103A-103D中的至少一個其它LED芯片不同的光譜的光。LED芯片103A-103D裝配于裝配基部106上。在一些實施例中，多芯片LED 101可以具有可從Cree Inc. (Durham, NC)獲得的XLamp MC-E LED光源。然而，已經受益于本公開內容的本領域普通技術人員將認識其它多芯片LED可以與這里描述的散焦光學器件110組合利用。例如散焦光學器件110可以被配置用于與多芯片LED —起使用，這些多芯片LED具有多于或者少于四個的單獨LED芯片、具有在關于彼此的不同關系中布置的單獨LED芯片、具有替代裝配配置和/或具有替代LED圓頂配置。已經受益于本公開內容的本領域普通技術人員將認識和理解將在基于其教導設計一種產生來自多芯片LED的個別芯片的光輸出的令人滿意的混合而又維持令人滿意的光束角度的散焦光學器件時考慮的各種設計參數。散焦光學器件110可以在位置上粘附于多芯片LED 101周圍，并且可以可選地包括用于允許在關于多芯片LED 101的所需定向粘附散焦光學器件110的對準結構。在一些實施例中，可以散焦光學器件110的基部與裝配基部106之間的接口處利用粘合劑以便向裝配基部106粘附散焦光學器件110。也可以在散焦光學器件110與裝配基部106、多芯片LED 101和/或其它結構之間利用替代或者附加的耦合。在一些實施例中，可以使用機械附著方法來附著散焦光學器件110，這些方法包括但不限于與裝配基部106上的對應結構對接的尖頭、緊固器、依賴結構等。這可互換地包括與散焦光學器件110上的結構對應的從裝配基部106向上延伸的結構。散焦光學器件110的外反射器的凹的、上內表面126的部分在圖I中可見，并且在圖I中大體上可見上內表面126的輪廓相對于繞著散焦光學器件110的中心軸110的旋轉角度變化。散焦光學器件110的中心軸111是大體上落在這里描述的所有內凹反射表面的中心的軸。可選地，散焦光學器件110的中心軸111也可以大體上落在這里的內反射器140的凸表面的中心。現在參照圖2和圖3以用附加細節描述散焦光學器件110的若干方面。圖2圖示了圖I的基于LED的照明單元沿著圖I的截面線2-2取得的截面圖，并且圖3圖示了沿著圖I的截面線3-3取得的截面圖。截面線3-3和截面線2-2共面并且均經過中心軸111延伸。截面線3-3相對于繞著中心軸111的旋轉角度從截面線2-2偏移近似四十五度。具體參照圖2，上反射器的上內表面126限定在相對于中心軸111的第一角度位置的第一上內表面輪廓126A和在相對于中心軸111的第二角度位置的第二內表面輪廓126B。第一角度位置和第二角度位置相對彼此偏移一百八十度。第一上內表面輪廓126A和第二 上內表面輪廓126B共享共同曲率并且未互不相同。然而,第一上內表面輪廓126A和第二上內表面輪廓126B具有不同焦點。第一上內表面輪廓126A具有比中心軸111更遠離上內表面輪廓126A并且比LED芯片103C的LED光輸出軸104C更遠離的焦點127A。每個LED光輸出軸104A-104D是從對應LED芯片103A-103D的發光部分的中心發散的軸，并且在背離并且基本上垂直于裝配底座106的方向上定向。第二上內表面輪廓126B具有比中心軸111更遠離上內表面輪廓126A并且與LED芯片103B的LED光輸出軸104B更遠離的焦點127B。散焦光學器件110的外反射器也包括耦合到凹的上內表面126并且比凹的上內表面126與多芯片LED 101更接近定位的下凹內表面122。下凹內表面122限定在相對于中心軸111的第一角度位置的第一下內表面輪廓122A和在相對于中心軸111的第二角度位置的第二下內表面輪廓122B。第一下內表面輪廓122A和第二下內表面122B共享相同的曲率并且彼此不同。然而，第一下內表面輪廓122B和第二下內表面輪廓122B具有不同焦點。第一和第二下內表面輪廓122A和122B具有比上內表面輪廓126A和126B更大的曲率。第一下內表面輪廓122A具有比中心軸111更接近下內表面輪廓122A并且比LED芯片103B的LED光輸出軸104B更接近的焦點123A。第二下內表面輪廓122B具有比中心軸111更接近下內表面輪廓122B并且比LED芯片103C的LED光輸出軸104C更接近的焦點123B。仍然參照圖2，內反射器140由外反射器的上內表面126和下內表面122包圍。內反射器140具有面向多芯片LED 101的凸表面142。多芯片LED 101與每個LED芯片103A-103D的中心軸104A-104D相交并且與中心軸111相交。凸表面142限定在相對于中心軸111的第一角度位置的第一凸輪廓142A和在第二角度位置的第二凸輪廓142B。第一凸輪廓142A和第二凸輪廓142B共享共同曲率并且未互不相同。第一凸輪廓142A和第二凸輪廓142B也共享沿著中心軸111定位的共同焦點143A。內反射器140由在外反射器的凸表面142與下內表面122之間延伸的支撐柱144A和144B。可以在其它實施例中以別的方式支撐內反射器140。例如一個或者多個支撐柱可以從散焦光學器件1100的其它部分延伸和/或其它支撐結構可以從散焦光學器件110、多芯片LED 101和/或裝配基部106延伸。
在圖2中也示出了從LED芯片103B發散的示例光線BI和B2以及從LED芯片103C發散的光線Cl和C2的射線跡線。光線BI和Cl在上內表面輪廓126A上的近似相同點直接照射上內表面輪廓126A。上內表面輪廓126A反射光線BI和Cl，從而比光線Cl更外部地反射光線BI。光線B2和C2在近似相同點直接照射凸表面輪廓142A并且朝著上內表面輪廓126A向外反射。光線B2和C2然后由上內表面輪廓126A反射，從而比光線B2更外部地反射光線C2。在效果上，凸表面輪廓142A作用于反向來自LED芯片103B和103C的圖像，由此使從LED芯片103C發散并且在凸表面輪廓142A上的點直接入射的光線比從LED芯片103C發散并且在該相同點上入射的光線更外部地從散焦光學器件110發散。具體參照圖3，圖示了上內表面126限定在相對于中心軸111的第三角度位置的第四上內表面輪廓126C和在相對于中心軸111的第四角度位置的第四上內表面輪廓126D。第三角度位置和第四角度位置相對彼此偏移一百八十度。第三角度位置和第四角度位置在第一旋轉方向上從第一角度和第二角度中的相應角度位置偏移近似四十五度。第三上內表面輪廓126C和第四上內表面輪廓126D共享相同曲率并且未互不相同。然而，第三上內表面 輪廓126C和第四上內表面輪廓126D與第一上內表面輪廓126A和第二上內表面輪廓126B不同。具體而言，第三上內表面輪廓126C和第四上內表面輪廓126D具有比第一上內表面輪廓126A和第二上內表面輪廓126B更大的曲率。此外，第三上內表面輪廓126C和第四上內表面輪廓126D具有與彼此不同并且與第一和第二上內表面輪廓126A和126B不同的焦點。第三上內表面輪廓126C具有比中心軸111更遠離第三上內表面輪廓126C并且比LED光輸出軸104C更遠離的焦點127C。第四上內表面輪廓126D具有比中心軸111更遠離第三上內表面輪廓126C并且比LED光輸出軸104A更遠離的角度127D。下內表面122限定在相對于中心軸111的第三角度位置的第三下內表面輪廓122C和在相對于中心軸111的第四角度位置的第四下內表面輪廓122D。第三下內表面輪廓122C和第四下內表面輪廓122D共享共同曲率并且未互不相同。然而，第三下內表面輪廓122C和第四下內表面輪廓122D與第一下內表面輪廓122A和第二下內表面輪廓122B不同。具體而言，第三下內表面輪廓122D和第四下內表面輪廓122D具有比第一上內表面輪廓122A和第二上內表面輪廓122B不同的曲率。此外，第三下內表面輪廓122C和第四下內表面輪廓122D具有與彼此不同并且與第一下內表面輪廓122A和第二下內表面輪廓122B不同的焦點。第三下內表面輪廓122C和第四下內表面輪廓122D也具有比上內表面輪廓126C和126D更大的曲率。第三下內表面輪廓122C具有比中心軸111更接近下內表面輪廓122C并且比LED光輸出軸104A更接近的焦點123C。第四下內表面輪廓122D具有比中心軸111更接近下內表面輪廓122D并且比LED光輸出軸104C更接近的焦點123D。內反射器140的凸表面142限定在相對于中心軸111的第三角度位置的第三凸輪廓142C和在第四角度位置的第四凸輪廓142D。第三凸輪廓142C和第四凸輪廓142D共享共同曲率并且未互不相同。第三凸輪廓142C和第四凸輪廓142D也共享沿著中心軸111定位的共同焦點143B。在圖3中也示出了從LED芯片103A發散的示例光線Al、A2和A3以及從LED芯片103C發散的光線C3、C4和C5的跡線。光線Al和C3在上內表面輪廓126C上的近似相同點直接照射上內表面輪廓126C。上內表面輪廓126C反射光線Al和C3，從而比光線C3更外部地反射光線Al。光線A2和C4在近似相同點直接照射凸表面輪廓142B并且朝著上內表面輪廓126C向外反射。光線A2和C4然后由上內表面輪廓126C反射，從而比光線A2更外部地反射光線C4。光線A3和C5在下內表面輪廓122C上的近似相同點直接照射下內表面輪廓122C。下內表面輪廓122C反射光線A3和C5，從而比光線C5更外部地反射光線A3。在一些實施例中，可以設計散焦光學器件110,從而從多芯片LED 101發散的直接在凸表面142上入射的光 的發光通量基本上等于從多芯片LED 101發散的直接在外反射器的下內表面122和上內表面126上直接入射的光的發光通量。因而，來自多芯片LED 101的光的近似一半(在發光通量方面)將由凸表面142 “反向”，由此提供來自多芯片LED 101的光的良好混合。可以設計凸表面142、上表面126和/或下表面122的一個或者多個表面輪廓，從而該分節中的發光通量的近似一半在下內表面122和上內表面126上直接入射并且另一半在凸表面142上直接入射。如圖I中大體上所示，上內表面輪廓126A和126B各自繞著中心軸111延伸近似四十五度，由此創建兩個表面輪廓分節。沿著與內表面輪廓126A對應的分節近似中間并且沿著與內表面輪廓126B對應的分節近似中間取得圖I的截面線2-2。換而言之，與內表面輪廓126A和126B對應的分節各自在截面線2_2的每側上延伸近似二十二度半。下表面輪廓122A和122B類似地繞著中心軸111延伸近似四十五度。也沿著與內表面輪廓122A對應的分節近似中間并且沿著與內表面輪廓122B對應的分節近似中間取得圖I的截面線2-2，這意味著那些分節與對應于內表面輪廓126A和126B中的相應內表面輪廓的分節近似對準。繼續參照圖1，上內表面輪廓126B和126C也各自繞著中心軸111延伸近似四十五度，由此創建兩個表面輪廓分節。與上內表面輪廓126A對應的分節的一側鄰接與內表面輪廓126C對應的分節。類似地，與上內表面輪廓126B對應的分節的一側鄰接與內表面輪廓126D對應的分節。沿著與內表面輪廓126C對應的分節的近似中間并且沿著與內表面輪廓126D對應的分節的近似中間取得圖I的截面線3-3。下表面輪廓122C和122D類似地各自繞著中心軸111延伸近似四十五度。也沿著與內表面輪廓122C對應的分節的近似中間并且沿著內表面輪廓122D對應的分節的近似中間取得圖I的截面線3-3，這意味著那些分節與對應于內表面輪廓126C和126D中的相應內表面輪廓的分節基本上對準。凸表面輪廓分節142A、142B、142C和142D也各自繞著中心軸111延伸近似四十五度，由此創建四個表面輪廓分節。與凸表面輪廓142A對應的分節的一側鄰接與凸表面輪廓142C對應的分節。類似地，與凸表面輪廓142B對應的分節的一側鄰接與凸表面輪廓142D對應的分節。沿著與凸表面輪廓142A對應的分節的近似中間并且沿著與凸表面輪廓142B對應的分節的近似中間取得圖I的截面線2-2。沿著與凸表面輪廓142C對應的分節單獨近似中間并且沿著與凸表面輪廓142D對應的分節的近似中間取得圖I的截面線3-3。在結合圖I示出和討論的實施例中，散焦光學器件110也包含四個附加上表面輪廓分節、四個附加的對應并且對準的附加下表面輪廓分節、以及四個附加的對應并且對準的凸表面輪廓分節。附加分節可以各自為近似四十五度。在一些實施例中，交替上表面輪廓分節可以共享共同輪廓。換而言之，當存在共計八個上表面輪廓分節時，每個上表面輪廓分節將側接兩個上表面輪廓分節，這兩個上表面輪廓分節共享與它們側接的分節不同的共同輪廓。類似地，在一些實施例中，交替下輪廓分節和/或凸表面輪廓分節可以共享共同輪廓。在一些實施例中，可以在五度到二十度的光束角度內維持來自散焦反射器的光輸出。在那些實施例的一些版本中，可以以少于或者等于二十度的光束角度維持來自散焦反射器的光輸出。已經關于散焦反射器100具體描述具體輪廓、輪廓分節、輪廓分節布置和其它設計參數。然而在其它實施例中，可以變更設計參數的一個或者多個方面以便實現所需光輸出和/或與給定的多芯片LED對接。例如，在一些替代實施例中，一個或者多個輪廓分節可以繞著中心軸延伸多于或者少于四十五度。此外，例如，在一些替代實施例中，一個或者多個分節可以繞著中心軸延伸比一個或者多個其它分節更多或者更少的讀數。此外，例如，在一些替代實施例中，可以有提供的比上輪廓分節更大數目的下輪廓分節。此外，例如，在一些替代實施例中，內反射器140可以在相對于中心軸111的每個角度位置具有共同凸表面輪廓。另外，雖然在圖I中描繪在輪廓分節之間的不同轉變，但是也設想輪廓可以逐漸改變。例如在一些實施例中，可以在第一角度位置提供上內表面輪廓126A，并且可以在從上內表面輪廓126A偏移近似二十度的第二角度位置提供上內表面輪廓126C。可以在上內表面輪廓126A向上內表面輪廓126C逐漸轉變時在第一角度位置與第二角度位置之間提供一個或者多個不同輪廓。·
現在參照圖4，以示意形式圖示了基于LED的照明單元200的第二實施例，該基于LED的照明單元具有散焦光學器件210的第二實施例。示出了多芯片LED 201的兩個單獨LED芯片203B和203C由LED圓頂202包圍。LED芯片203A和203B裝配于裝配基部206上并且各自具有相應光輸出軸204A和204B。散焦光學器件210在位置上粘附于多芯片LED201周圍。單級外反射器具有內表面224,該內表面在相對于散焦光學器件210的中心軸211而言的第一角度位置具有第一內表面輪廓224A。內表面224也在相對于散焦光學器件210的中心軸211而言的第二角度位置限定第二內表面輪廓224B。第一內表面輪廓224A和第二內表面輪廓224B共享共同曲率并且未互不相同。然而，第一內表面輪廓224A和第二內表面輪廓224B確實具有不同的相應焦點225A和225B。內反射器240由內表面224包圍，并且具有面向多芯片LED 201而且與LED芯片203B和203C的中心軸相交的凸表面242。凸表面242限定在第一角度位置的第一凸表面輪廓242A和在第二角度位置的第二凸表面輪廓242B。第一輪廓242A和第二輪廓242B共享共同曲率并且未互不相同，而且也共享共同焦點243。雖然未描繪，在相對于中心軸211的一個或者多個角度定向，內表面224具有與內表面輪廓224A和224B不同的輪廓、凸輪廓242也可以可選地在相對于中心軸211的一個或者多個角度定向具有與第一凸表面輪廓242A和第二凸表面輪廓242B不同的輪廓。盡管這里已經描述和圖示若干發明實施例，但是本領域普通技術人員將容易設想用于執行這里描述的功能和/或獲得這里描述的結果和/或這里描述的優點中的一個或者多個優點的多種其它手段和/或結構并且每個這樣的變化和/或修改視為在這里描述的發明實施例的范圍內。更一般而言，本領域技術人員將容易理解這里描述的所有參數、尺度、材料和配置是為了舉例并且實際參數、尺度、材料和/或配置將依賴于本發明教導被用于的一個或者多個具體應用。本領域技術人員將認識或者能夠僅使用例行實驗來確立這里描述的具體發明實施例的許多等效實施例。因此將理解僅通過例子呈現前述實施例并且在所附權利要求及其等效含義的范圍內可以用除了具體描述并且要求保護的方式之外的方式實現發明實施例。本公開內容的發明實施例涉及這里描述的每個個別特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法。此外，如果兩個或者更多這樣的特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法未互不一致，則在本公開內容的發明范圍內包括這樣的特征、系統、產品、材料、工具包和/或方法的任何組合。如這里定義和使用的所有定義應當理解為支配詞典定義、在通過引用而結合的文獻中的定義和/或定義的術語的普通含義。如這里在說明書中和在權利要求書中使用的那樣，不定冠詞“一個”除非清楚地相反地指示則應當理解為意味著“至少一個”、如這里在說明書中和在權利要求書中使用的那樣，短語“至少一個”在引用一個或者多個要素的列表時應當理解為意味著從要素列表中的要素中的任何一個或者多個要素選擇的至少一個要素、但是未必包括在要素列表內具體列舉的每一個要素中的至少一個要素并且未排除要素列表中的要素的任何組合。這一定義也允許可選地存在除了在短語“至·少一個”引用的要素列表內具體標識的要素之外的、無論是否與具體標識的那些要素有關還是無關的要素。因此作為非限制例子，“A和B中的至少一個”(或者等效為“A或者B中的至少一個”或者等效為“A和/或B中的至少一個”)可以在一個實施例中指代至少一個、可選地包括多個A而無B存在(并且可選地包括除了B之外的要素)；在另一實施例中指代至少一個、可選地包括多個B而無A存在(并且可選地包括除了 A之外的要素)；在又一實施例中指代至少一個、可選地包括多個A和至少一個、可選地包括多個B (并且可選地包括其它要素)；等等。也應當理解，除非清楚地相反指示,在這里要求保護的包括多個步驟或者動作的任何方法中，方法的步驟或者動作的順序未必限于方法的步驟或者動作的記載順序。另外，在權利要求中的括號之間出現的任何標號或者其它字符僅為了方便而提供并且未旨在于以任何方式限制權利要求。在權利要求書中以及在上述說明書中，諸如“包括”、“攜帶”、“具有”、“包含”、“涉
及到”、“保持”、“由......組成”等所有過渡短語將理解為開放式、即意味著包括但不限于。
如在美國專利局專利審查程序手冊第2111. 03節中闡述的那樣，僅過渡短語“由......構
成”或者“實質上由......構成”應當分別是閉合或者半閉合過渡短語。
權利要求
1.一種用于混合來自多芯片LED的光輸出的散焦光學器件，包括 內反射器(140，240)，具有中心軸(111，211);以及 外反射器，包圍所述內反射器(140，240)和所述中心軸(111，211)，所述外反射器具有繞著所述中心軸(111，211)提供的凹內表面(122，126，222，226)，所述凹內表面將照射所述凹內表面上的所述光輸出的大多數朝著照射區域重定向， 其中所述凹內表面(122，126，222，226)限定在相對于所述中心軸(111，211)的第一角度位置的第一凹表面輪廓和在相對于所述中心軸(111，211)的第二角度位置的第二凹表面輪廓，所述第一凹表面輪廓與所述第二凹表面輪廓不同； 所述內反射器(140，240)具有面向所述多芯片LED的凸表面(142，242)，所述凸表面(142,242)將照射所述凸表面上的所述光輸出的大多數朝著所述外反射器重定向； 其中所述凸表面(142，242)限定在所述第一角度位置的第一凸輪廓和在所述第二角度位置的第二凸輪廓，所述第一凸輪廓與所述第二凸輪廓不同。
2.根據權利要求I所述的散焦光學器件，其中所述外反射器包括繞著所述中心軸(111,211)提供的凹第二內表面(126，226)，所述第二內表面(126，226)比所述內表面更遠離所述多芯片LED(101，201)定位。
3.根據權利要求2所述的散焦光學器件，其中所述第二內表面(126，226)限定在所述第一角度位置的第三凹表面輪廓和在所述第二角度位置的第四凹表面輪廓，所述第三凹表面輪廓與所述第一凹表面輪廓不同，并且所述第四凹表面輪廓與所述第二凹表面輪廓不同。
4.根據權利要求I所述的散焦光學器件，其中所述凹內表面(122，126，222，226)在相對于所述中心軸(111，211)的第三角度位置限定第三凹表面輪廓，所述第三凹表面輪廓與所述第一凹表面輪廓和所述第二凹表面輪廓不同。
5.根據權利要求4所述的散焦光學器件，其中所述凹內表面(122，126，222，226)在相對于所述中心軸(111，211)的第三角度位置具有所述第二凹表面輪廓，并且其中所述第二角度位置介于所述第一角度位置與所述第三角度位置之間。
6.根據權利要求5所述的散焦光學器件，其中所述第三角度位置從所述第一角度位置偏移近似一百八十度。
7.一種基于LED的照明單元，包括 至少一個多芯片LED (101，201)，包括多個LED芯片(103A-103D)，所述LED芯片(103A-103D)中的每個LED芯片發射具有主要LED光輸出軸(104A-104D)的LED光輸出；散焦光學器件(110)，所述散焦光學器件(110)具有中心軸(111，211)并且包括外反射器和內反射器(140，240)，所述外反射器包圍所述內反射器(140，240)和所述多芯片LED (101，201);所述外反射器具有繞著所述中心軸(111，211)提供的凹內表面(122，126，·222，226)，所述凹內表面(122，126，222，226)將照射所述凹內表面上的所述光輸出的大多數朝著照射區域重定向； 其中所述凹內表面(122，126，222，226)限定在相對于所述中心軸的第一角度位置的第一凹表面輪廓和在相對于所述中心軸(111，211)的第二角度位置的第二凹表面輪廓，所述第一凹表面輪廓與所述第二凹表面輪廓不同； 所述內反射器具有面向所述多芯片LED(101，201)的凸表面(142，242)，所述凸表面(142,242)將照射所述凸表面上的所述光輸出的大多數朝著所述外反射器重定向； 其中所述凸表面(142，242)與每個所述光輸出軸(104A-104D)相交并且限定在所述第一角度位置的第一凸輪廓和在所述第二角度位置的第二凸輪廓，所述第一凸輪廓與所述第二凸輪廓不同。
8.根據權利要求7所述的基于LED的照明單元，其中朝著所述照射區域重定向的所述光輸出的至少百分之八十在十五度光束角度內被重定向。
9.根據權利要求7所述的基于LED的照明單元，其中所述凹內表面(122，126，222，226)在所述第一角度位置具有第一焦點，所述第一焦點位于在所述第一角度位置的所述凹內表面(122，126，222，226)的基部與在所述第一角度位置的所述凹內表面(122，126，222，226)的所述基部最接近的所述LED光輸出軸(104A-104D)之間。
10.根據權利要求9所述的基于LED的照明單元，其中所述凹內表面(122，126，222，226)在所述第二角度位置具有第二焦點，所述第二焦點位于在所述第二角度位置的所述凹內表面(122，126，222，226)的所述基部與在所述第二角度位置的所述凹內表面(122，126，222,226)的所述基部最接近的所述LED光輸出軸(104A-104D)之間。
11.根據權利要求7所述的基于LED的照明單元，其中所述外反射器包括繞著所述中心軸提供的凹第二內表面(126，226)，所述第二內表面比所述內表面更遠離所述多芯片LED定位。
12.根據權利要求11所述的基于LED的照明單元，其中所述第二凹內表面(125，226)限定在所述第一角度位置的第三凹表面輪廓和在所述第二角度位置的第四凹表面輪廓，所述第三凹表面輪廓與所述第一凹表面輪廓不同，并且所述第四凹表面輪廓與所述第二凹表面輪廓不同。
13.根據權利要求7所述的基于LED的照明單元，其中所述凹內表面(122，126，222，226)在相對于所述中心軸的第三角度位置限定第三凹表面輪廓，所述第三凹表面輪廓與所述第一凹表面輪廓和所述第二凹表面輪廓不同。
14.一種用于混合來自多芯片LED的光輸出的散焦光學器件，包括 內反射器(140，240)，具有中心軸(111，211)； 二級外反射器，包圍所述內反射器(140，240)和所述中心軸(111，211);所述外反射器具有繞著所述中心軸提供的下凹內表面(122，222)和比所述下凹內表面(122，222)更徑向地繞著所述中心軸(111，211)提供的上凹內表面(126，226)，所述下凹內表面(122，222)和所述上凹內表面(126，226)各自將照射所述凹內表面上的所述光輸出的大多數朝著照射區域重定向； 所述下凹內表面(122，222)包括多個下凹內表面分節，所述下凹內表面分節中的每個下凹內表面分節具有與所述下凹內表面分節中的至少一個鄰接下凹內表面分節不同的下隹占. 所述上凹內表面(126，226)包括多個上凹內表面分節，所述上凹內表面分節中的每個上凹內表面分節具有與所述上凹內表面分節中的至少一個鄰接上凹內表面分節不同并且與所述下凹內表面分節中的至少一個鄰接下凹內表面分節不同的上焦點； 所述內反射器(140,240)具有面向所述多芯片LED (101，201)的凸表面(142，242)，所述凸表面(142，242)將照射所述凸表面上的所述光輸出的大多數朝著所述外反射器向外重定向。
15.根據權利要求14所述的散焦光學器件,其中所述凸表面(142,242)包括多個凸表面分節，所述凸表面分節中的每個凸表面分節具有與所述凸表面分節中的至少一個鄰接凸表面分節不同的凸焦點。
16.根據權利要求14所述的散焦光學器件，其中每個所述下凹內表面分節繞著所述中心軸(111，211)延伸至少十五度。
17.根據權利要求14所述的散焦光學器件，其中每個所述下凹內表面分節與對應的上凹內表面分節基本上角度對準。
18.根據權利要求14所述的散焦光學器件，其中每個所述上分節的所述上焦點比所述中心軸(111，211)更遠離所述上分節定位。
19.根據權利要求14所述的散焦光學器件，其中每個所述下分節的所述下焦點比所述中心軸(111,211)更接近所述下分節定位。
20.根據權利要求14所述的散焦光學器件，其中提供至少四個上凹內表面分節，并且提供至少四個下凹內表面分節。
全文摘要
一種用于混合來自多芯片LED(101，102)的光輸出的散焦光學器件(110，210)。散焦光學器件(110，210)包括具有凹內表面(122，126，222，226)的外反射器，該凹內表面具有變化的輪廓。外反射器包圍具有凸表面(142，242)的內反射器(140，240)。內反射器(140，240)的凸表面(142，242)被定位成大體上面向多芯片LED(101，201)并且可以可選地具有變化的輪廓。適當選擇凹內表面(122，126，222，226)的輪廓、凸表面(142，242)的輪廓和其中存在所述輪廓的旋轉角度范圍的設計參數實現適當混合來自給定的多芯片LED(101，201)的光輸出。
文檔編號F21V7/00GK102906618SQ201180021410
公開日2013年1月30日 申請日期2011年4月22日 優先權日2010年4月28日
發明者E·羅斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司