用于发光二极管的包括截头锥形表面的全向反射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明的主题总体涉及照明装置，并且更具体地，涉及使用作为光源的一个或多个LED以及光学元件以提供改进的光分布的照明装置。
【背景技术】
[0002]常规的白炽灯(诸如常用A19灯泡大小)通常提供相对均匀的光分布。确切地说，在距贯穿灯泡的中线轴线固定距离处、但以不同角度来测量的光强是相对恒定的。除了消费者吸引力以外，该均匀性对于某些应用可能是必要的。
[0003]与白炽灯相比，具有某些优势的其它类型的发光装置是可用的。例如，发光二极管(LED)可以提供与白炽灯相当的光输出，但其能源效率显著提高。另外，LED灯的寿命可能比白炽灯要长得多。
[0004]可将LED配置在包括螺纹灯座(有时称为“爱迪生灯座”)的灯中，以使得其可与常规的白炽灯互换。还可提供漫射器以使得除了光散射以外还可提供具有类似于常见白炽灯的形状的LED灯。LED提供的光的颜色和强度也可类似于白炽灯。
[0005]然而，对非白炽灯的使用仍然存在某些挑战。例如，LED灯要求相关联的电路板并且要比光输出相当的白炽灯产生显著更多的热量。另外，LED近似于朗伯源起作用，并且因此它们通常不会单独提供均匀分布的全向光输出。LED装置通常平坦安装在电路板上以使得光输出基本上沿垂直于电路板的平面的线。
[0006]由此，电路板和热量管理功能造成沿每个方向的不同的光损耗，S卩，从而导致来自LED的光分布不均匀性。向LED提供更多能量可以增加光输出量，但仍可能不提供均匀性。然而，这还增加所产生的热量的量，这将降低LED性能，除非进行另外的热管理(诸如更大冷却功能)。然而，整个灯的大小可受限制，这取决于预期应用或所需的常规的灯形式。
[0007]因此，一种用于更均匀地分布来自包括一个或多个LED或替代地具有紧密封装在一起的多个芯片的板上芯片LED的光源的光学元件或透镜将会是有用的。更具体地，一种可相对于LED提供具有较小光强变化但具有不同角度的照明的光学元件将会是有益的。结合有这种光学元件的照明设备或灯也将是有用的。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种用于具有至少一个发光二极管(LED)作为光源的灯或照明设备的光学元件。或者，所述源可以是具有紧密封装好的多个LED管芯的板上芯片(COB)LED。光学元件接近LED定位并从所述LED接收光射线。转而，光学元件使得来自LED的基本上单向的(朗伯)光输出分布成在LED周围的不同位置处并具有受控光强变化的全向输出。还可以在光学元件和LED周围使用漫射器以通过例如光散射来提供对光射线的进一步分布。本发明的其他方面和优点将部分地在以下描述中阐明，或可从本描述清楚，或可通过本发明的实践了解。
[0009]在一个示例性实施例中，本发明提供一种照明设备，所述照明设备包括至少一个发光二极管和定位成与所述至少一个发光二极管相邻的光学元件。所述光学元件限定中心轴和基本上正交于所述中心轴的横轴。所述光学元件围绕中心轴周向延伸并且包括:凸状光接收表面，所述凸状光接收表面是围绕所述中心轴基本上对称的，并且定位成与至少一个发光二极管相邻；截头锥形光投射表面，所述截头锥形光投射表面横向地定位在凸状光接收表面外侧并且是围绕中心轴基本上对称的；以及弓形光反射表面，所述弓形光反射表面横向地定位在截头锥形光投射表面内侧并且是围绕中心轴基本上对称的，所述弓形光反射表面沿中心轴与凸状光接收表面间隔开来。
[0010]在另一个示例性实施例中，本发明提供一种照明设备，所述照明设备包括至少一个发光二极管和定位成与所述至少一个发光二极管相邻的光学元件。光学元件限定中心轴和基本上正交于所述中心轴的横轴。光学元件围绕中心轴周向延伸并且包括:光接收表面，所述光接收表面是围绕中心轴基本上对称的并且定位成与至少一个发光二极管相邻，所述光接收表面与中心轴形成锐角；光投射表面，所述光投射表面是围绕中心轴基本上对称的，并且沿中心轴与光接收表面间隔开来；截头锥形表面，所述截头锥形表面与光投射表面连接并且是围绕中心轴基本上对称的；以及弓形光反射表面，所述弓形光反射表面横向地定位在截头锥形表面内侧并且是围绕中心轴基本上对称的，弓形光反射表面沿中心轴与光接收表面间隔开来。
[0011]在另一个示例性实施例中，本发明提供一种用于具有至少一个发光二极管的照明设备的光学元件。光学元件用于定位成与至少一个发光二极管相邻。光学元件限定中心轴和基本上正交于所述中心轴的横轴。光学元件围绕中心轴周向延伸。光学元件包括光接收表面，所述光接收表面围绕中心轴周向延伸，并且配置用于定位在至少一个发光二极管附近。截头锥形表面沿横向反向与光接收表面间隔开来，并且围绕中心轴周向延伸，并且是围绕中心轴基本上对称的。弓形光反射表面横向地定位在截头锥形表面内侧，并且围绕中心轴周向延伸，并且是围绕中心轴基本上对称的。光学元件被配置成使得来自至少一个发光二极管的光是发射自光学元件，其中在O至135度的角度范围内以距中心轴CA固定距离测量到的光强变化与在O至135度的角度范围内测量到的平均光强相差不到±20%。
[0012]参考以下描述以及附图，将更好地理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，示出本发明的各实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
【附图说明】
[0013]本说明书参考附图，针对所属领域中的普通技术人员，完整且可实现地公开了本发明，包括其最佳模式，其中:
[0014]图1提供本发明的光学元件的示例性实施例的透视图。
[0015]图2提供图1的示例性实施例的横截面透视图。
[0016]图3为沿图1的线3-3截得的图1的示例性实施例的横截面图。
[0017]图4为沿中心轴CA的一侧的图1的示例性实施例的外表面的示意图。
[0018]图5为表示图1的示例性光学元件对来自某些光源的光射线的效果的示意图，如本说明书进一步描述。
[0019]图6为描绘针对图1的示例性实施例的随位置而变化的光强的图，如本说明书中将进一步描述。
[0020]图7为本发明的另一个示例性实施例的透视图。
[0021]图8为本发明的光学元件的另一个示例性实施例的透视图。
[0022]图9提供图8的示例性实施例的横截面透视图。
[0023]图10为沿图10的线10-10截得的图8的示例性实施例的横截面图。
[0024]图11为图8的示例性实施例的外表面的示意图。
[0025]图12为表示图8的光学元件对来自某些光源的光射线的效果的示意图，如本说明书进一步描述。
[0026]图13为带有示例性漫射器的图5的示例性光学元件和LED的透视图。
【具体实施方式】
[0027]现将详细参考本发明的各实施例，附图中示出本发明的各实施例的一个或多个实例。每个实例用以解释本发明而非限制本发明。事实上，所属领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一个实施例。因此，本发明旨在涵盖所附权利要求及其等效物的范围内的此类修改和变化。
[0028]本发明的透镜或光学元件100的示例性实施例在图1至图4中示出。光学元件100 (包括某些表面，如将进一步描述的)围绕中心轴CA是基本上对称的，并且围绕中心轴CA沿周向方向C延伸。出于进一步描述本发明的这个示例性实施例的目的，光学元件100限定基本上正交于中心轴CA而延伸的横向方向L。光学元件100可以包括透光材料，例如像玻璃、聚合物(诸如聚碳酸酯或丙烯酸树脂)、或其他透光材料。
[0029]光学元件100包括凸状光接收表面102。在诸如灯的照明设备中，凸状光接收表面102将会定位成与一个或多个LED相邻或与一个或多个LED紧密接近，并且将会允许来自这些光源的光射线传播至光学元件100 (图5)中。凸状光接收表面102围绕中心轴CA周向延伸，并且是围绕中心轴CA基本上对称的。如图4指示，对于这个示例性实施例，凸状光接收表面由约11.75mm的半径R1限定。也可使用其他值的半径R工。
[0030]凸状光接收表面102是光学元件102的圆柱形部分110的一部分。圆柱形部分110包括圆柱形表面108，当沿图3中示出的横截面观察时，圆柱形表面108为线性的。圆柱形部分I1沿中心轴CA的长度可变化以得到本发明的另一些实施例。
[0031]光学元件100还包括沿中心轴CA的方向与圆柱形部分110相邻的喇叭形部分112。喇叭形部分112包括截头锥形光投射表面104，截头锥形光投射表面104横向地定位在凸状光接收表面102外侧。表面104围绕光学元件100的中心轴CA周向延伸，并且是围绕中心轴CA基本上对称的。如图4所示，对于这个示例性实施例，截头锥形光投射表面104与中心轴CA形成锐角，并相对于横向方向L形成角度θ6。在一个示例性实施例中，角度θ6形成在与横向方向L成约50