专利名称：使用发光二极管照明所用的边侧反射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学系统，尤其涉及用于聚集来自一个或多个发光二极管的光反射器系统。
背景技术：
发光二极管(LED)是从半导体结发光的器件。通过在结处的载流子复合，LED在一个宽角度范围上发光LED发光的大发射角使得其更难以聚集和导向该光线以用于照射光学器件。另一方面，LED的小尺寸、长寿命及通常把超过电能的50％转换成光能的高光效，使得LED成为令人关注的用于照明例如显示器、投影系统等照明光学装置的光源。因此需要一种方法在保持小尺寸和低成本的同时以高效率来聚集及导向LED发光。
发明内容
用于本发明的照明单元的具体实施例具有第一反射器，包括形成为围绕第一旋转轴旋转的一个表面的反射面。第一发光二极管(LED)单元，具有围绕第一LED轴发光到该反射面的发光区。该第一LED轴与该第一旋转轴不平行，并且该第一LED单元的发光区被实际定位在该反射面的焦点位置。
本发明的另一实施例涉及用于反射照明光的反射器单元。该反射器单元具有包括一个体轴的反射器主体。该反射器主体包括顺应围绕第一旋转轴旋转的第一表面的第一反射面，及与第一反射面整合形成的第二反射面。该第二反射面顺应围绕一个第二旋转轴旋转的一个第二表面。该第一和第二反射面被围绕该体轴横向定位。
本发明的上述概要不打算描述本发明的每一个示出的实施例或每一实施方案。随后的附图和详细描述更具体地给出了这些实施例的不例。
结合附图考虑本发明各种实施例的下列详细描述将可以更完整地理解本发明，其中图1A示出LED单元发光的示意图；图1B和1C给出笛卡尔和极性曲线，分别表示图1A所示LED单元的辐射图案的示意图；图2A-2C示出一个照明单元实施例的示意截面图和透视图，该照明单元包括根据本发明原理的一个边侧反射器；图3A-3C示出一个照明单元实施例的示意截面图，该照明单元包括根据本发明原理的实心边侧反射器；图4A-4B示出一个照明单元实施例的示意图，该照明单元包括根据本发明原理的边侧反射器；图4C示出一个照明单元实施例的示意图，该照明单元包括多个根据本发明原理的边侧反射器；图5示意性地示出一个照明单元的截面图，该照明单元包括多个根据本发明原理的边侧反射器；图6A-6B示意性地示出包括不同数目的根据本发明原理的边侧反射器的照明单元；图7A和7B示意性地示出根据本发明原理的另一实施例；图8A-8C示出一个照明单元实施例的示意截面图，该照明单元包括根据本发明原理的实心边侧反射器；图9示意性地示出一个照明单元的示意截面图，该照明单元包括多个根据本发明原理的边侧反射器；图10A示意性地示出一个照明单元的透视图，该照明单元包括多个根据本发明原理的抛物面边侧反射器；图10B和10C给出从图10A的照明单元的不同实施例中发射的光的计算的辐射图案；图11A和11B示出根据本发明原理的实验边侧反射器照明单元的透视图；图12A示意性地示出通过在进行聚集器效率模化中使用的轴上光聚集器的反射截面图；和图12B示意性地示出一个照明单元，该单元具有在进行聚集器效率模化中使用的具有四个反射器的可反射的轴上光聚集器。
虽然本发明可有各种改进和可选形式，但是已经以实例的方式在附图中示出具体形式，并且将详细描述这些具体形式。但是应该理解，本申请不打算把发明限制到描述的具体实施例。相反，本申请试图覆盖落入由所附的权利要求书限定的本发明实质和范围中的全部修改、等同物和替换。
具体实施例方式
本发明可用于光学系统，尤其可用于光的聚集和管理系统，用于以来自一个或多个发光二极管(LED)的光对一个目标进行照明。
具有较高输出功率的LED正在变得更为可利用，这开始了对于LED照明的新应用。可由高功率LED进行的一些应用包括其在投影和显示系统中用作光源，在机器视觉系统和照相/视频应用中、及甚至在例如汽车前灯的远距离照明系统中用作照明光源。
LED通常在大角度上发光，并且对于这种光学设计者来说的挑战之一是有效地聚集由LED产生的光并且将光导向到一个选择的目标区域。另一挑战是有效地封装该LED。这种要求包括聚集来自具有多个LED的一个组合的光并且把该聚集的光导向到在一个给定受光锥区(acceptance cone)之内的一个给定目标区域。而且，重要的是该光的聚集和导向系统能够以一小封装生产。
现参照图1A-1C描述LED单元100的一个实例。
LED单元100包括LED发射区域102，通常由基片上的半导体二极管器件形成。LED通常封装在操作为一个透镜104的透光体内。如示出的那样，用于高功率LED的常见透镜形状是半球透镜，具有定位在该球透镜中心的发射源。在一个大角度范围上发射光106。出自通常LED单元辐射图案在图1B中的笛卡尔的坐标和图1C中的极坐标中示出。辐射图案接近于是朗伯曲线。来自LED发射源102的发射通常关于与0°辐射对应的LED轴108对称。在多数LED中，发射区域102是平坦的，使得LED轴垂直于该平坦发射区域102。在辐射图案不对称的情况下，LED轴108对应于从该发射区域102发出的光所沿循的平均方向。在图1B和1C所示的实例中，由LED发出的光强度半角是大约65°，光强度半角是所在位置的强度衰减到最大值一半的角度。
现参考图2A-2C示意性地示出的照明单元200来讨论对与由LED单元发出的光进行聚集和导向的一个方案。光线206由具有LED发射区域203的LED单元202发射，并且由反射器204反射。LED单元202具有LED轴208。反射器204具有反射面210，反射面210的形状至少顺应围绕反射器旋转轴212旋转的一个表面的一部分。例如该反射面210可以顺应椭圆或抛物面，或其它的类型的旋转表面。光发射器区域203的定位将接近于或是在旋转轴212上的旋转表面的一个焦点。在本说明书中应该理解，当反射面被描述为与一个旋转表面顺应时，并不意味着该反射面必须包括一个完整的旋转。当反射面被描述为顺应一个旋转表面时，该反射面力图至少顺应旋转表面的一部分，而不需要是一个完整的旋转。
LED轴208不与旋转轴212平行。例如，图2C示意性地所示的照明单元250具有LED轴208和旋转轴212之间的一个角度θ。角度θ是在LED轴208和旋转轴212之间的最小角。通常，θ的值在45°≤θ≤90°的范围内，并且可在60°≤θ≤90°的范围内。LED轴208和旋转轴212也可以是近似垂直，其中角度θ具有大约90°的值，如图2A所示。反射光214可以是朝向轴212、平行于轴212总体会聚或可以是远离轴212发散。
反射器表面210可由任何适当的反射材料组成，用于以由LED单元202发出光的波长反射光。例如，反射器表面可由多个聚合物层形成，其厚度被选择来增加该反射器表面210的反射性。在另一实例中，反射器表面可以被喷涂金属，或可被以无机电介涂料所涂覆。
图2B示意性地示出照明单元200的透视图。在本示出的实施例中，反射面210顺应一个椭圆表面。光线214由反射面导向到目标区域216。LED单元202可与发射源203一起被放置在椭圆表面的一个焦点。因此，反射光214总体上导向到该椭圆的第二焦点。目标区域216可被设置在该椭圆的第二焦点。目标区域216是期望用来自LED单元202的光线来照明的任何区域。例如，在照明单元被用于照明一个投影系统的情况下，目标区域可以是到一个通道积分器的入射孔径，或用于均质化该光线的其它装置。应该理解，可以存在光学象差，所以该反射光可以不被带引到该椭圆的第二焦点的确切聚焦，即使该发射区域被确切地定位在该第一聚焦。
如图2A-2C所示，该反射器可以是空心的，或如现将参照图3A-3C讨论的那样，可以是实心的。照明单元300包括一个LED单元302，具有实际在反射器304焦点的一个发射源303a。LED轴308垂直、或接近垂直于该反射器旋转轴312。
反射器304包括实心、透明体309和反射面310。实心体309可由任何适当的透明材料形成，例如塑型聚合物，例如聚碳酸酯、环状石蜡共聚物(COC)，例如乙烯和降菠烯的共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。来自LED单元302的光线在反射面310反射，并且该反射光314穿过主体309的出行表面316。反射面310可以使用任何适当类型的反光材料。例如，反射面310可被金属化或可以使用多层电介质反射器。可使用多层无机层形成一个多层电介质反射器，或使用具有可选折射指数的聚合物层的层叠来形成。
透明体309可具有与LED发射区域303a的位置同心的凹陷表面311，并且LED单元302可利用例如光学胶合剂而固定在该凹陷表面中。由于LED单元302的半球透镜和透明体309之间的接合界面至少是部分地指数匹配，因而这种固定是方便的，因此降低折射效应并降低反射损耗。
实心体反射器304运作不同于空心反射器。参照从LED单元302在接近于与旋转轴312并行的方向发射的光束306a来描述一个差异。光束306a被反射为光束314a。由于透镜303b由透明体309材料环绕，所以透镜303b的折射功率低于透镜在空气中的折射功率。因此，光束314a可以经过透镜303b到主体309的出行表面316。在空心反射器的情况下，由于透镜一般是安装在空气中而没有在透镜的折射率匹配，因此该透镜把反射光线314a折射到远离目标区域的方向。因此，当使用实心体反射器304时，可以增加达到目标区域的光量。
实心体反射器和空心反射器之间的另一差异是该实心体309的出行表面316提供一个可被用于控制反射光314的方向的折射面。这将为设计者提供另一自由度来控制从照明单元300出行的光的方向。在图3A所示的实施例中，该出行表面316是平坦的并且实际垂直于旋转轴312。将理解到，平坦的出行表面316不必垂直于旋转轴312，并且出行表面316和旋转轴312之间的角度可能具有不是90°的某些角度。
出行表面316不需要是平坦表面。如图3B所示，出行表面可以有小平面。小平面的出行表面316a可以包括两个或更多个小平面，以便在不同方向折射不同的反射光线314。出行表面也可以是弯曲表面，如图3C所示。弯曲的出行表面316b起到一个透镜的作用，并且可以用作正透镜来增加反射面310的聚焦能力，或可以用作负透镜来减小反射面的聚焦能力。将理解到，出行表面不必在其整个区域上都是曲面，并且出行表面可以部分是平面而部分是曲面。而且，该出行表面的不同部分可以具有不同的弯曲，使得该出行表面的不同部分具有不同的聚焦能力。
几个反射器和分别的LED单元可被封装在一起，以便增加来自照明单元的发光量。把若干光源封装在一起时通常重要的设计准则是，在保持照入具体圆锥角的照明高效率的同时降低该多光源封装的总尺寸。如参考图4A-4C描述的那样，本发明的边侧照明反射器在保持把光高效聚集到一期望的圆锥角中的同时而在减少封装尺寸方面提供某些灵活性。图4A示意性地示出具有单一反射器404的照明单元400，光线从LED单元进入目标区域410。示出的反射器404是半透光反射器，以便使得观者看到循迹的(traced)光线406。反射器404示出为一个四分之一椭圆体。由于LED单元在近似LED轴的方向上最大发光，所以那些距由LED轴和反射镜轴形成的平面最远及接近反射器404的下缘408的该反射镜的部分404a所反射的光将少于那些接近于LED轴的部分404c所反射的光。而且，接近由LED轴和反射镜轴形成的平面、但距LED轴最远的反射器的部分404b所反射的光少于靠近LED轴的部分404c所反射的光。
图4B示意地示出一个照明单元420，其中反射器424的形成类似于反射器404，但去除了部分404a和404b。这将以比图4A所示型式较少的光426目标区域10，因此反射器424的总体反射效率较低。然而，由于去除了部分404a和404b，所以可将多个反射器组合在一起，来以在一个期望圆锥角中的光照明该目标，这将增加传递到目标的光量。图4C示意地示出多个反射器照明单元440的一个示例，具有由六个像反射器424一样的反射器形成一个反射器主体444。能以不同方式形成反射器主体444，例如通过组合像反射器424的单独的反射器，或可被形成为一个一体化单元。虽然入射的在目标区域450上的光量也许不是多到入射在目标区域410上的光的六倍，但入射在目标区域450上的光446要比入射在目标区域410或10上的光明显地多。下面将参考某些具体实例讨论一些计算的照明效率。
图5中示意地给出了贯穿多个反射器照明单元500的截面。照明单元500具有反射器主体504，由具有不同照明LED单元502a和502b的两个反射器504a和504b形成。以反射面510a和510b形成反射器504a和504b的每一个，反射面510a和510b顺应围绕各自旋转轴512a和512b旋转的表面。例如该反射器504a和504b可以是椭圆、抛物面，或其它形状。LED单元502a和502b分别发送光506a和506b到反射器504a和504b，反射器504a和504b反射光514a和514b。LED单元502a和502b分别具有与其各自旋转轴512a和512b不平行的LED轴508a和508b。在本示出的实施例中，LED轴508a和508b实际垂直于其各自的旋转轴512a和512b。
在示出的实施例中，反射面510a和510b是椭圆的，使得反射光514a和514b大部分会聚。此外，轴512a和512b彼此不平行，使得来自反射器504a和504b每一个的反射光514a和514b在如此的方向上传播，以便重叠。在本示出的实施例中，轴512a和512b相交在邻近目标区域516的位置，使得来自反射器504a和504b每一个的光514a和514b照明该目标区域516。反射器主体504定义一个轴518，反射器504a和504b可以围绕该轴对称放置。虽然不必需是这种情况，在示出的实施例中的轴512a和512b与体轴518相交在同一个交点，并且对于体轴518形成相同的角度。
将理解到，反射器主体可以包括不同数目的反射镜。图6A-6C示意地示出了一些实例。在图6A中，照明单元600具有由四个反射器604a形成的反射器主体604。各个LED单元602把光发送到反射器604a，用于聚焦到目标区域606。在图6B中，照明单元620具有由八个反射器624a形成的反射器主体624。各个LED单元622把光发送到反射器624a，用于聚焦到目标区域626。
图6C示意地示出照明单元640，其中存在反射镜644a的双层648a和648b。第一层648a组成反射器主体644，有围绕孔隙650设置的十个反射镜644a。各个LED单元642a产生由第一层648a的反射镜644a朝向目标区域646反射的光。第二层648b组成反射器主体654，具有定位在一起的六个反射器654a，使得把来自各个LED单元642a的光通过孔隙648朝向目标区域646导向。将理解到，第一层648的反射器644a可与第二层的反射器654a形状相同或不同。
反射器无需把光朝向目标区域导向会聚，而是可被用于把总体平行的光朝向目标区域导向，或把发散光朝向该目标区域导向。例如可以使用一个椭圆反射器来实现这种导向，该椭圆反射器在椭圆聚焦之外的位置设置有LED单元。也可以使用具有椭圆以外的形状的反射面来实现这种导向。这种形状的一个实例是抛物面形状。在图7A和7B中示意地示出了这种情况，其中照明单元700包括一个LED单元702，把光导向到抛物面反射器704反射光714在一定程度上朝向该目标区域716发散。在一个具体实例中，LED单元702具有0.5mm×0.5mm的发射区，以图1B和1C示出的类似辐射图案发光。反射光714的大约73％被包括在5°的半角圆锥体内。照明单元700可被制成具有小的尺寸(footprint)，例如24mm×12mm×12mm。
图8A示意性地示出贯穿具有抛物面反射器804的照明单元800的截面图。LED单元802把光806导向到反射面810。LED单元802具有LED轴808。反射面810具有顺应通过围绕旋转轴812旋转形成的抛物面的形状。光发射器区域803的定位将接近于或是在该轴812上的抛物面的一个焦点。虽然不是必要条件，在示出的实施例中的LED轴808垂直于旋转轴812。反射光814总体上平行，并且与轴812一定程度平行地传播。
抛物面反射器可以是空心反射器或实心体反射器。
图8B和8C示意地示出实心体反射器的两个实例。图8B中的照明单元820包括实心体反射器824，由来自LED单元822的光826所照明。LED单元822具有实际垂直于旋转轴832的LED轴828。由反射面830反射的光834与旋转轴近似平行地传播。实心体反射器804具有出行表面836，该出行表面836可以设置不同表面轮廓。在一个实施例中，出行表面836是平面并且垂直于旋转轴。在图8B示出的实施例中，出行表面836具有若干不同的小平面836a、836b，依据出行该反射镜824的情况对光838折射。小平面836a、836b以不同方向导向来自出行表面836的不同部分的光。例如，小平面836a可以对光838导向来与来自小平面836b的光重叠。
出行表面也可以是弯曲表面，例如在图8C中所示。该反射面830是抛物面的情况下，入射在出行表面846上的光834在一定程度上平行，并与轴832平行。如示出的那样，弯曲的出行表面846可被用于会聚该折射的光848，或发散该折射的光848。将理解到，出行表面846无需在整个区域上弯曲，并且出行表面846可以有部分是平面而一部分是曲面。而且，该出行表面的不同部分可以设置不同的弯曲，使得该出行表面的不同部分具有不同的聚焦能力。
图9的截面图示意地给出了多个反射器照明单元900的一个示例。照明单元900具有反射器主体904，由具有不同照明LED单元902a和902b的两个反射器904a和904b形成。以反射面910a和910b形成反射器904a和904b的每一个，反射面904a和904b顺应围绕各自的反射器旋转轴912a和912b旋转的表面。LED单元902a和902b分别把光906a和906b发送到反射器904a和904b，反射器904a和904b反射光914a和914b。LED单元902a和902b分别具有实际垂直于其各自旋转912a和912b的LED轴908a和908b。
在该示出的实施例中，反射面910a和910b是抛物面，使得反射光914a和914b实际为平行光束，并且分别与轴912a和912b平行。在本具体实施例中，轴912a和912b也彼此平行，使得反射光914a与反射光914b平行。然而，旋转轴912a和912b无需是彼此平行，并且可以被导向，例如使得来自反射器904a和904b的每一个的光相重叠。
现参考图10A来描述多个反射器照明单元1000的另一示例。单元1000具有反射器1004，包括十个抛物面反射器1004a，实际上把来自不同LED单元1002的光反射为平行光束。反射器1004a排列成5×2的规则阵列。在一个具体实施例中，反射器轴是平行的，使得来自每一个反射器1004a的光被一定程度上成平行。图10B示出远场中的该照明单元1000的计算照明图。对于这一计算来说，相邻的LED单元1002之间的间距是10mm，并且以1m计算该远场图。来自每一个LED单元1002的发光实质上在远场中重叠，产生具有10°全圆锥角的一个点(全角度，半最大值)。
在参考图10C讨论的另一具体实施例中，反射器轴不平行，而是排列使使得把来自每一个LED单元的光扩散远离从相邻发射器发射的光。计算的辐射图案显示，照明了一个总体为矩形的区域1010。相对地高强度的点1012对应于来自每一个反射器1004a的光。为计算图10C示出的辐射图案，假设每一个反射器的旋转轴以距相邻的反射器10°的一个角度放置。
图11A和11B给出了6反射器照明单元1100的具体实验实现的实施例的透视图。反射器主体1104包括六个反射器1104a。在反射器基座1106上形成反射器主体1104，并且可由例如铝的金属形成，或可由例如聚丙烯的聚合物形成。可使用菱形旋转把主体形成为正确形状，或如果该主体材料是可塑的，可被铸型形成。反射器主体1104可被涂覆以反射涂层。例如，反射器主体1104可被涂覆以铝或银反射涂层。可以选择反射涂层以使得优先反射一个期望波长带中的光。
LED单元1102被紧靠其各自的反射器1104a定位。图11A仅示出一个LED单元1102，以便使得观者看到反射器主体1104。在图11B中，全部示出的六个LED单元1102都通过LED安装支架1108安装到反射器基座1106。
实例针对不同类型的照明单元计算照明效率，以便把本发明的照明单元的功效与传统照明单元的功效相比较。在各种情况中，有价值的判别标准包括在一个±21°受光锥区之内通过6.4mm×6.4mm孔隙的最大光量的聚集。该有价值的判别标准的数值计算是几何聚集效率(GCE)，是在该具体受光锥区之内通过具体孔隙的光强与从该LED发出的总光强之比。即使当分析多个LED照明单元时，该GCE也被表示为对于从一个LED发射的总光强的归一化值。因此，在GCE具有300％的值的情况下，该GCE表示该聚集的光效率等于由一个LED总发光的三倍。这种优绩数字实现了不同照明单元类型的一致估计，并且与使用的LED的数量无关。在每种情况下，该LED被认为具有图1B和1C示出的辐射图案、以及一个0.5mm×0.5mm的发射区。
在下面提供的实例中将分析两种类型的光聚集器。第一种是反射聚集器，其中LED轴平行于旋转轴，而第二种是根据本发明的反射聚集器，该LED轴不与该反射器轴平行。
实例1-反射的、轴上聚集器一种用于聚集来自LED的光的公知方案是围绕LED放置椭圆反射器，其中的旋转轴与LED轴平行，例如在图12A中示意性地示出的照明单元1200。LED单元1202与LED发射器1203一起定位在反射器轴1212上。用与旋转轴1212平行及一致的轴来校准LED单元1202。LED单元1206发射光1206，反射到目标区域作为反射光1214，并且也发射直接入射在目标区域上的光1216。反射器1204具有反射面1210，形成为围绕轴1212的椭圆。发射器1203定位在椭圆的第一焦点，使得反射光1214及直接入射光1216在接近该椭圆的第二焦点的一个点被聚集。
这种系统的聚集效率取决于椭圆的几何参数，并且能够是相当高。例如，单椭圆能够具有81％的聚集效率。可将四个图12A示出的椭圆反射器单元组合在一起，如图12B示意性地所示。可是在沿着旋转轴的尺寸上该反射器1204很短，使得能够互相接触地放置相邻的反射器1204，同时仍然满足在目标区域1216的±21°圆锥体入射的要求。此配置的GCE是130％。如果在不妨碍相邻的反射器1204的条件下沿着该旋转轴延伸反射器1204的各个部分，则此照明单元的GCE上升到大约160％。
实例2-边侧反射器边侧反射器是一个其中旋转轴不与LED轴平行的反射器，已经参考本发明的图2-图11讨论了边侧反射器的实例。该反射器具有椭圆形状的情况下，讨论过的边侧反射器的各种实施例具有比轴上反射聚集器更高的GCE。已经针对具有不同数目LED单元的聚集器计算了边侧聚集器的GCE，并且其中假定在全部情况中的LED轴都垂直于相关反射器的旋转轴。结果列出在表I中，表I还列出针对反射、轴上聚集器的GCE的值用于比较。该表还列出示出具体实施例的图号。在所有情况中，假设LED单元的每一个具有500μm×500μm的发射区域，并具有由PMMA形成的2.8mm半径的半球状透镜。
表I对于各种聚集几何形状的几何聚集效率的比较
如能从表中看到的那样，虽然在仅使用一个LED时轴上聚集器的反射与边侧反射器有同样效率，但在LED的数量增加时该边侧反射器将迅速获得领先。例如，当使用四个LED时，轴上聚集器具有的总体GCE大约为160％，或每一LED大约40％。比较而言，利用四个LED的边侧反射器的总体GCE大约为256％，对应于每一LED大约64％。
该边侧反射器还允许该照明单元封装被制作得小于以轴上反射方案的照明单元封装。例如，对于单一LED单元来说，轴上反射器装在35mm×28mm×28mm大小的一个封装中，相比较而言，边侧聚集器的封装尺寸为20mm×11mm×22mm。
虽然本说明书的描述主要集中在椭圆及抛物面，但不限制仅使用这些旋转表面，并且也可以使用其它类型的旋转表面。而且，由这些不同的旋转表面形成的反射器可以是空心反射器或可以是实心反射器。
因此，本发明不局限于上述具体实例，而应该理解覆盖如所附权利要求公平提及的所有方面。本专业技术人员通过直接查阅本说明书将显见本发明可应用的各种改进、等效处理、以及许多结构。权利要求书将力图覆盖这种修改和装置。
权利要求
1.一种照明单元，包括第一弯曲反射器，包括限定第一反射器轴的第一反射面；及第一发光二极管(LED)，定位来通常沿着不与第一反射器轴平行的一个LED轴发光，来自该第一LED的光由第一反射面朝向第一目标焦点反射地会聚；其中由第一反射器轴和LED轴形成的第一平面以一个相交区域与该反射面相交，该第一反射面的相交区域比该相交区域之外的第一反射面的区域向该第一焦点延伸的更近。
2.如权利要求1的照明单元，其中该第一LED轴形成对于第一反射器轴的θ角，其中45°≤θ≤90°，而θ是在该LED轴和该第一反射器轴之间的最小角度。
3.如权利要求2的照明单元，其中18°≤θ≤90°。
4.如权利要求2的照明单元，其中θ近似90°。
5.如权利要求1的照明单元，其中该第一反射面顺应一个围绕第一反射器轴旋转的第一表面。
6.如权利要求5的照明单元，其中该第一反射面顺应一个椭圆，该第一LED的发光区被实际定位在该椭圆的第一焦点，该第一目标焦点被近似定位在该椭圆的第二焦点。
7.如权利要求1的照明单元，其中该第一反射器由一种透射介质组成，该透射介质具有限定在其外表面上的反射面，该透射介质定位在第一LED和第一反射器的反射面之间。
8.如权利要求7的照明单元，其中该第一反射器具有第一出行孔隙，会聚来自第一LED的光而通过该第一出行孔隙出行，该透射介质在该第一出行孔隙具有一个实际平坦的表面。
9.如权利要求7的照明单元，其中该第一反射器具有第一出行孔隙，会聚来自第一LED的光而通过该第一出行孔隙出行，该透射介质在该第一出行孔隙具有一个有小平面的表面。
10.如权利要求7的照明单元，其中该第一反射器具有第一出行孔隙，会聚来自第一LED的光而通过该第一出行孔隙出行，该透射介质在该第一出行孔隙具有一个弯曲的表面。
11.如权利要求7的照明单元，其中该透射介质具有一个凹陷表面，形成用于接收第一LED的凹陷，至少该第一LED的透镜的一部分被置于该凹陷中。
12.如权利要求11的照明单元，还包括放置在第一LED和凹陷表面之间的指数匹配材料。
13.如权利要求11的照明单元，其中该第一LED被光学胶合到该凹陷表面。
14.如权利要求1的照明单元，其中该第一反射面由一个反射器支撑介质所支撑，该反射面被放置在该第一LED和该反射器支撑介质之间。
15.如权利要求1的照明单元，还包括至少一个第二反射器，该第二反射器包括定义不与该第一反射器轴并行的一个第二反射器轴的一个第二反射面；以及一个第二LED，被定位来发射总体上不与该第二反射器轴平行的光，来自该第二LED的光由该第二反射面反射地会聚。
16.如权利要求15的照明单元，其中该第一和第二反射器轴在接近该第一目标焦点的位置相交。
17.一种照明单元，包括具有体轴的反射器主体，该反射器主体包括具有第一轴和第一焦点的第一反射面，该第一反射面具有使得来自第一焦点的光由第一反射面会聚地反射的一个形状；和相邻该第一反射面放置的第二反射面，该第二反射面具有第二轴和第二焦点，该第二反射面具有使得来自该第二焦点的光由该第二反射面会聚地反射的形状；其中该第一和第二反射面被围绕体轴横向定位，并且该第二轴不与该第一轴平行，使得来自第一焦点的由该第一反射面会聚地反射的光与来自第二焦点的由该第二反射面会聚地反射的光相重叠。
18.如权利要求17的照明单元，还包括第一发光二极管(LED)，邻近该第一轴定位并且设置来以总体上横切该第一轴的方向朝着该第一反射面发光；以及第二LED，邻近该第二轴定位并且设置来以总体上横切该第二轴的方向朝着该第二反射面发光。
19.如权利要求18的照明单元，其中该第一和第二LED被分别接近该第一和第二焦点定位。
20.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二轴都不平行于该体轴。
21.如权利要求20的照明单元，其中该第一和第二轴与体轴相交在一个交点。
22.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二反射面的每一个都顺应分别围绕第一和第二轴旋转的表面。
23.如权利要求22的照明单元，其中该第一和第二旋转表面是椭圆。
24.如权利要求23的照明单元，其中该第一和第二椭圆表面具有实质长度相同的主轴和实质长度相同的次轴。
25.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二反射面的每一个都限定各自的辅助焦点。
26.如权利要求25的照明单元，其中该第一和第二反射面的辅助焦点被近似地布置在该体轴上。
27.如权利要求17的照明单元，还包括至少一个邻近第一和第二反射面放置的第三反射面，该至少一个第三反射面具有第三轴和第三焦点，该第一、第二和第三反射面被横向地围绕该体轴定位，该第三反射面限定一个第三焦点，并且被成形为使得来自该第三焦点的光由该第三反射面会聚地反射的形状。
28.如权利要求27的照明单元，其中该第一、第二和第三轴都不平行于该体轴。
29.如权利要求28的照明单元，其中该第一、第二和第三轴与该体轴实际相交在单一交点。
30.如权利要求27的照明单元，其中该第一、第二和至少的第三反射面包括围绕体轴对称设置的至少四个反射面。
31.如权利要求27的照明单元，其中当该第一、第二和第三反射面被以分别靠近该第一、第二和第三反射面的第一、第二和第三焦点定位的第一、第二和第三发光二极管(LED)照明时，该第一、第二和至少的第三反射面被校准照明对应于第一、第二和至少的第三反射面的分别的辅助焦点的一个共同目标区域。
32.如权利要求27的照明单元，其中该第一、第二和至少的一个第三反射面形成具有一个贯穿孔隙的闭封形状，这孔隙处在该体轴上，并且还包括至少一个第四反射面，设置来反射该光通过该孔隙，该至少一个第四反射面顺应围绕至少一个第四旋转轴旋转的至少一个第四表面。
33.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二反射面的每一个都包括多层光薄膜。
34.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二反射面限定用于分别的空心反射器的反射面。
35.如权利要求17的照明单元，其中该第一和第二反射面限定用于分别的实心体反射器的反射面。
36.如权利要求17的照明单元，其中该实心体反射器的至少之一具有小平面的出行表面。
37.如权利要求17的照明单元，其中该实心体反射器的至少之一具有平坦的出行表面。
38.如权利要求17的照明单元，其中该实心体反射器的至少之一具有弯曲的出行表面。
39.用于产生光束的装置，包括包括第一反射面的反射模块，该第一反射面具有第一反射器轴和第一反射器焦点；以及第一发光二极管(LED)，接近该第一反射器焦点定位并沿着通常横切该第一反射器轴的一个第一LED轴把光朝着该第一反射面的方向导向，通过该反射模块把从该第一LED入射在该第一反射面上的光会聚到处在该反射模块之外的一个目标焦点。
40.如权利要求39的装置，其中该第一LED轴形成对于第一反射器轴的θ角，其中45°≤θ≤90°，而θ是在该第一LED轴和该第一反射器轴之间的最小角度。
41.如权利要求40的装置，其中18°≤θ≤90°。
42.如权利要求40的装置，其中θ近似90°。
43.如权利要求39的装置，其中该第一反射面顺应一个围绕第一反射器轴旋转的第一表面。
44.如权利要求43的装置，其中该第一反射面顺应具有第一和第二焦点的一个椭圆，该第一LED具有实际定位在该椭圆面的第一焦点的一个发光区，并且该第一目标焦点被接近该椭圆体面的第二焦点定位。
45.如权利要求39的装置，其中该反射模块由一种透射介质组成，该透射介质具有设置在其外表面上的反射面，该透射介质定位在该第一LED和该反射面之间。
46.如权利要求45的装置，其中来自该第一LED的光经过一个第一出行孔隙出行该反射模块，并且该透射介质在该第一出行孔隙具有一个实质平坦的表面。
47.如权利要求45的装置，其中来自该第一LED的光经过一个第一出行孔隙出行该反射模块，并且该透射介质在该第一出行孔隙具有一个有小平面的表面。
48.如权利要求45的装置，其中来自该第一LED的光经过一个第一出行孔隙出行该反射模块，并且该透射介质在该第一出行孔隙具有一个弯曲的表面。
49.如权利要求45的装置，其中该透射介质具有一个凹陷表面，形成用于接收第一LED的凹陷，至少该第一LED的透镜的一部分被置于该凹陷中。
50.如权利要求39的装置，其中利用设置在该第一LED单元和一个反射器支撑介质之间的该反射面形成该第一反射器。
51.如权利要求39的装置，其中该反射模块还包括至少一个具有第二反射器轴和第二反射器焦点的第二反射面，一个第二LED被大致定位在该第二反射器焦点，并且把光朝着该第二反射面方向导向。
52.如权利要求51的装置，其中从该第二LED入射在该第二反射面上的光被会聚到该目标焦点。
53.如权利要求52的装置，其中来自该第二LED的光由该第二反射面反射地会聚到该目标焦点。
54.如权利要求51的装置，其中该第一和第二反射器轴是不平行的。
55.如权利要求54的装置，其中该第一和第二反射器轴大致相交在该第一目标焦点。
全文摘要
LED照明单元使用一个第一反射器(204)，该第一反射器(204)包括形成为围绕第一旋转轴(212)旋转的一个表面的反射面(210)。该LED(202)围绕第一LED轴(208)朝向该第一反射器(204)的反射面(210)发光。第一LED轴(208)与第一旋转轴(212)不平行，并且该第一LED单元(202)的发光区被实际定位在该反射面(210)的焦点位置。该反射器(204)也可以具有两个或多个反射面，用于聚集并导向来自两个或多个不同LED的光。
文档编号F21Y101/02GK1879228SQ200480032805
公开日2006年12月13日 申请日期2004年9月16日 优先权日2003年11月4日
发明者西蒙·马加里尔 申请人:3M创新有限公司