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CN102906618B - 用于多芯片led的散焦光学器件 - Google Patents

用于多芯片led的散焦光学器件 Download PDF

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CN102906618B CN201180021410.9A CN201180021410A CN102906618B CN 102906618 B CN102906618 B CN 102906618B CN 201180021410 A CN201180021410 A CN 201180021410A CN 102906618 B CN102906618 B CN 102906618B
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Abstract

一种用于混合来自多芯片LED(101，102)的光输出的散焦光学器件(110，210)。散焦光学器件(110，210)包括具有凹内表面(122，126，222，226)的外反射器，该凹内表面具有变化的轮廓。外反射器包围具有凸表面(142，242)的内反射器(140，240)。内反射器(140，240)的凸表面(142，242)被定位成大体上面向多芯片LED(101，201)并且可以可选地具有变化的轮廓。适当选择凹内表面(122，126，222，226)的轮廓、凸表面(142，242)的轮廓和其中存在所述轮廓的旋转角度范围的设计参数实现适当混合来自给定的多芯片LED(101，201)的光输出。

Description

用于多芯片LED的散焦光学器件
技术领域
本发明主要地涉及一种用于LED的光学器件。更具体而言，这里公开的各种发明方法和装置涉及一种用于混合来自多芯片LED的光输出的散焦光学器件。
背景技术
数字照明技术(即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照射)赋予一种对传统荧光、HID和白炽灯的可行替代。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的近来发展已经提供在许多应用中实现多种照明效果的高效和稳健全谱照明源。例如如在第6,016,038和6,211,626号美国专利中具体讨论的那样，体现这些源的一些灯具以照明模块以及处理器为特征，该照明模块包括能够产生不同颜色如红色、绿色和蓝色的一个或者多个LED，该处理器用于独立控制LED的输出以便生成多种颜色和变色照明效果。
多芯片LED(包含多个LED芯片的LED封装)提供相对高水平的光输出。然而，有必要高效混合来自多芯片LED的各种LED芯片的光输出，以便最小化非所需可见非自然成分，比如可以在多LED输出的光束图案的边缘周围可见的色环/色带化。用来混合来自多芯片LED的各种LED芯片的光输出的当前方法涉及到纹理化和/或伸长的复合抛物线集中器(CPC)。纹理化涉及到在光学器件表面上添加纹理以便散射穿过纹理化的光学器件表面的光。纹理化可以允许在光束图案的中心区域中的令人满意的混色，但是光束图案的边缘仍然经常表现色环/色带化。另外，向光学表面添加纹理通常在未令人满意的程度上增加光输出的光束角度，并且纹理化很难以在生产中维持和控制。CPC的使用可以提供来自多芯片LED的光输出的令人满意的混合、但是也可能在未令人满意的程度上增加光输出的光束角度。
因此在本领域中需要令人满意地混合来自多芯片LED封装的光输出而又维持所需光束角度和高效封装尺寸。
发明内容
本公开内容涉及用于令人满意地混合来自多芯片LED的光输出的创造性方法和装置。例如可以提供一种具有外反射器和内反射器的散焦光学器件，该外反射器和该内反射器配合以提供光输出的混合。外反射器包围内反射器并且具有凹内表面，该凹内表面包围散焦光学器件的中心轴。内表面具有在相对于散焦光学器件的中心轴的一个或者多个旋转角度位置改变的轮廓。换而言之，内表面的轮廓可以具有在绕着中心轴的某个角度范围内的某些设计参数，以便在该角度范围内实现所需反射参数。例如，内表面可以包括绕着中心轴跨越近似四十五度的第一轮廓和与第一轮廓不同的第二轮廓，该第二轮廓邻接第一轮廓并且绕着中心轴跨越近似四十五度。
散焦光学器件的内反射器包括在散焦光学器件与多芯片LED组合使用时面向多芯片LED的凸表面。凸表面将来自多芯片LED并且照射凸表面上的光输出的大多数朝着外反射器的内表面向外重定向。可选地，凸表面的轮廓可以在相对于散焦光学器件的中心轴的一个或者多个角度位置改变。换而言之，凸表面的轮廓可以在绕着中心轴的某个角度范围内具有某些设计参数以便在该范围内实现所需反射参数。凸表面的轮廓的改变可以可选地在与出现于内表面的轮廓中的改变相似的角度位置出现。
通过适当选择内表面的轮廓、凸表面的轮廓和其中存在所述轮廓的角度范围的设计参数，可以实现适当混合来自多芯片LED的光输出而又维持令人满意的光束角度和高效封装尺寸。
一般而言，在一个方面中，本发明涉及一种用于混合来自多芯片LED的光输出的散焦光学器件，该散焦光学器件包括包围内反射器和中心轴的外反射器。外反射器包括绕着中心轴提供的凹内表面。凹内表面将照射凹内表面上的光输出的大多数朝着照射区域重定向。凹内表面限定在相对于中心轴的第一角度位置的第一凹表面轮廓和在相对于中心轴的第二角度位置的第二凹表面轮廓。第一凹表面轮廓与第二凹表面轮廓不同。内反射器具有面向多芯片LED的凸表面，该凸表面将照射凸表面上的光输出的大多数朝着外反射器重定向。凸表面限定在第一角度位置的第一凸轮廓和在第二角度位置的第二凸轮廓。第一凸轮廓与第二凸轮廓不同。
在一些实施例中，外反射器包括绕着中心轴定位的凹第二内表面。第二内表面比内表面更远离多芯片LED定位。在这些实施例的一些版本中，第二内表面限定在第一角度位置的第三凹表面轮廓和在第二角度位置的第四凹表面轮廓。第三凹表面轮廓与第一凹表面轮廓不同，并且第四凹表面轮廓与第二凹表面轮廓不同。
在一些实施例中，凹内表面在相对于中心轴的第三角度位置限定第三凹表面轮廓。第三凹表面轮廓与第一凹表面轮廓不同并且与第二凹表面轮廓不同。在这些实施例的一些版本中，凹内表面也在相对于中心轴的第三角度位置具有第二凹表面轮廓，并且第二角度位置介于第一角度位置与第三角度位置之间。在这些实施例的一些版本中，第三角度位置从第一角度位置偏移近似一百八十度。
一般而言，在另一方面中，本发明涉及一种包括至少一个多芯片LED和散焦光学器件的基于LED的照明单元。多芯片LED包括多个LED芯片，并且每个LED芯片发射具有主要LED光输出轴的LED光输出。散焦光学器件包括外反射器、内反射器和中心轴。外反射器包围内反射器并且包围多芯片LED。外反射器包括绕着中心轴提供的凹内表面，该凹内表面将照射凹内表面上的光输出的大多数朝着照射区域重定向。凹内表面限定在相对于中心轴的第一角度位置的第一凹表面轮廓和在相对于中心轴的第二角度位置的第二凹表面轮廓。第一凹表面轮廓与第二凹表面轮廓不同。内反射器包括面向多芯片LED的凸表面，该凸表面将照射凸表面上的光输出的大多数朝着外反射器重定向。凸表面与每个光输出轴相交并且限定在第一角度位置的第一凸轮廓和在第二角度位置的第二凸轮廓。第一凸轮廓与第二凸轮廓不同。
在一些实施例中，朝着照射区域重定向的光输出的至少百分之八十在十五度光束角度内被重定向。
在一些实施例中，凹内表面在第一角度位置具有第一焦点，该第一焦点位于在第一角度位置的凹内表面的基部与在第一角度位置的凹内表面的基部最接近的LED光输出轴之间。在这些实施例的一些版本中，凹内表面在第二角度位置具有第二焦点，该第二焦点位于在第二角度位置的凹内表面的基部与在第二角度位置的凹内表面的基部最接近的LED光输出轴之间。
在一些实施例中，外反射器包括绕着中心轴提供的凹第二内表面，该第二内表面比内表面更远离多芯片LED定位。在这些实施例的一些版本中，第二凹内表面限定在第一角度位置的第三凹表面轮廓和在第二角度位置的第四凹表面轮廓。第三凹表面轮廓与第一凹表面轮廓不同，并且第四凹表面轮廓与第二凹表面轮廓不同。
在一些实施例中，凹内表面在相对于中心轴的第三角度位置限定第三凹表面轮廓。第三凹表面轮廓与第一凹表面轮廓和第二凹表面轮廓不同。
一般而言，在另一方面中，一种用于混合来自多芯片LED的光输出的散焦光学器件包括包围内反射器和中心轴的二级外反射器。外反射器具有绕着中心轴提供的下凹内表面和比下凹内表面更径向地绕着中心轴提供的上凹内表面。下凹内表面和上凹内表面各自将照射凹内表面上的光输出的大多数朝着照射区域重定向。下凹内表面包括多个下凹内表面分节(section)，每个下凹内表面分节具有与下凹内表面分节中的至少一个邻接下凹内表面分节不同的下焦点。上凹内表面包括多个上凹内表面分节，每个上凹内表面分节具有与上凹内表面分节中的至少一个邻接上凹内表面分节不同并且与下凹内表面分节中的至少一个邻接下凹内表面分节不同的上焦点。内反射器包括面向多芯片LED的凸表面。凸表面将照射凸表面上的光输出的大多数朝着外反射器向外重定向。
在一些实施例中，凸表面包括多个凸表面分节，每个凸表面分节具有与凸表面分节中的至少一个邻接凸表面分节不同的凸焦点。
在一些实施例中，每个下凹内表面分节绕着中心轴延伸至少十五度。
在一些实施例中，每个下凹内表面分节与对应上凹内表面分节基本上角度对准。
在一些实施例中，每个上分节的上焦点比中心轴更远离该上分节定位。
在一些实施例中，每个下分节的下焦点比中心轴更接近该下分节定位。
在一些实施例中，提供至少四个上凹内表面分节并且提供至少四个下凹内表面分节。
如这里出于本公开内容的目的而使用的那样，术语“LED”应当理解为包括能够响应于电信号来生成辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流来发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等。具体而言，术语LED指代可以配置成在红外线光谱、紫外线光谱和可见光谱的各种部分(一般包括从近似400纳米至近似700纳米的辐射波长)中的一个或者多个光谱中生成辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些例子包括但不限于各种类型的红外线LED、紫外线LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED(下文进一步讨论)。也应当理解LED可以被配置和/或控制成生成针对给定的光谱具有各种带宽(例如半高全宽或者FWHM)并且在给定的主要色分类内具有多种主导波长的辐射。
例如配置成生成实质上白光的LED(例如白色LED)的一个实现方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的多个管芯，这些电致发光光谱组合混合以形成实质上的白光。在另一实施方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同第二光谱的磷光体材料关联。在这一实现方式的一个例子中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“抽运(pump)”磷光体材料，该磷光体材料继而辐射具有有些更宽光谱的更长波长辐射。
也应当理解术语LED并不限制LED的物理和/或电气封装类型。例如如上文讨论的那样，LED可以指代具有多个管芯的单个发光设备，这些管芯被配置成分别发射不同辐射光谱(可以例如单独可控或者可以不这样)。LED也可以与被视为LED(例如一些类型的白色LED)的整体部分的磷光体相关联。一般而言，术语LED可以指代封装LED、非封装LED、表面装配LED、板上芯片LED、T封装装配LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的装箱和/或光学元件(例如扩散透镜)的LED等。
术语“光源”应当理解为指代多种辐射源中的任何一种或者多种辐射源，这些辐射源包括但不限于基于LED的源(包括如上文定义的一个或者多个LED)、白炽源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸汽、汞蒸气和金属卤素灯)、激光器、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如火焰)、烛致发光源(例如汽灯罩、碳电弧辐射源)、光致发光源(例如气态放电源)、使用电子饱和(satiation)的阴极发光源、电流发光源、晶体发光源、动致发光源、热致发光源、摩擦发光源、声纳发光源、放射发光源和发光聚合物。
术语“照明灯具”或者“照明体(luminaire)”这里用来指代一个或者多个照明单元在具体形态因子、组件或者封装中的实现方式或者布置。术语“照明单元”这里用来指代包括相同或者不同类型的一个或者多个光源的装置。给定的照明单元可以具有多种用于光源的装配布置、罩/壳布置以及形状和/或电气和机械连接配置中的任一项。此外，给定的照明单元可选地可以与各种与光源的操作有关的其它部件(例如控制电路)相关联(例如包括和/或耦合到这些部件和/或与这些部件一起封装)。“基于LED的照明单元”指代如下照明单元，该照明单元单独或者与其它非基于LED的光源组合包括如上文讨论的一个或者多个基于LED的光源。“多通道”照明单元指代包括至少两个光源的基于LED或者非基于LED的照明单元，这些光源被配置成分别生成不同辐射光谱，其中每个不同源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。
应当理解，设想下文更具体讨论的前述概念和附加概念的所有组合(假设这样的概念未互不一致)作为这里公开的发明主题内容的部分。具体而言，设想在本公开内容的篇尾出现的要求保护的主题内容的所有组合作为这里公开的发明主题内容的部分。也应当理解，应当向也可以在通过引用而结合的任何公开内容中出现的这里明确运用的术语赋予与这里公开的具体概念最一致的含义。
附图说明
在附图中，相似标号一般指代贯穿不同图的相同部分。附图也未必按比例、代之以一般着重于图示本发明的原理。
图1图示了基于LED的照明单元的第一实施例的透视图，该照明单元具有散焦光学器件的第一实施例；示出了从基于LED的照明单元的多芯片LED分解的散焦光学器件。
图2图示了图1的基于LED的照明单元沿着图1的截面线2-2取得的截面图。
图3图示了图1的基于LED的照明单元沿着图1的截面线3-3取得的截面图。
图4图示了基于LED的照明单元的第二实施例的透视图，该照明单元具有散焦光学器件的第二实施例。
具体实施方式
多芯片LED具有相对高的光输出水平。有必要高效混合来自多芯片LED的各种LED芯片的光输出以便最小化可以在多芯片LED输出的光束图案的边缘周围可见的色环/色带化的存在。用来混合来自多芯片LED的各种LED芯片的光输出的当前方法具有一个或者多个缺点。例如，当前方法可能使光束图案的边缘仍然表现大量色环和/或可能针对给定的应用在未令人满意的程度上增加光输出的光束角度。因此，申请人认识和理解到提供一种用于混合光输出而又实现所需光束角度的散焦光学器件将是有益的。这里提供的散焦光学器件包括：外反射器，具有凹内表面，该凹内表面具有变化的轮廓变化；以及内反射器，具有凸表面，该凸表面具有可选变化的轮廓。通过适当选择内表面的轮廓、凸表面的轮廓和其中存在所述轮廓的旋转角度范围的设计参数，可以实现适当混合来自给定的多芯片LED封装的光输出而又维持令人满意的光束角度和高效封装尺寸。
更具体而言，申请人已经认识和理解到具有一种令人满意地混合来自多芯片LED封装的光输出的散焦光学器件将是有益的。
在下文具体描述中，出于说明而非限制的目的，阐述公开具体细节的有代表性的实施例以便提供对要求保护的本发明的透彻理解。然而，已经受益于本公开内容的本领域普通技术人员将清楚，脱离这里公开的具体细节的、根据本教导的其它实施例仍然在所附权利要求的范围内。另外可以省略对公知装置和方法的描述以免模糊对有代表性的实施例的描述。这样的方法和装置清楚地在要求保护的本发明的范围内。
参照图1，在一个实施例中，基于LED的照明单元100包括散焦光学器件110的第一实施例。示出了从基于LED的照明单元100的多芯片LED101分解的散焦光学器件110。多芯片LED101包括由LED圆顶102包围的四个单独LED芯片103A-103D。LED芯片103A-103D中的每个LED芯片可以发射具有与LED芯片103A-103D中的至少一个其它LED芯片不同的光谱的光。LED芯片103A-103D装配于装配基部106上。在一些实施例中，多芯片LED101可以具有可从CreeInc.(Durham,NC)获得的XLampMC-ELED光源。然而，已经受益于本公开内容的本领域普通技术人员将认识其它多芯片LED可以与这里描述的散焦光学器件110组合利用。例如散焦光学器件110可以被配置用于与多芯片LED一起使用，这些多芯片LED具有多于或者少于四个的单独LED芯片、具有在关于彼此的不同关系中布置的单独LED芯片、具有替代装配配置和/或具有替代LED圆顶配置。已经受益于本公开内容的本领域普通技术人员将认识和理解将在基于其教导设计一种产生来自多芯片LED的个别芯片的光输出的令人满意的混合而又维持令人满意的光束角度的散焦光学器件时考虑的各种设计参数。
散焦光学器件110可以在位置上粘附于多芯片LED101周围，并且可以可选地包括用于允许在关于多芯片LED101的所需定向粘附散焦光学器件110的对准结构。在一些实施例中，可以散焦光学器件110的基部与装配基部106之间的接口处利用粘合剂以便向装配基部106粘附散焦光学器件110。也可以在散焦光学器件110与装配基部106、多芯片LED101和/或其它结构之间利用替代或者附加的耦合。在一些实施例中，可以使用机械附着方法来附着散焦光学器件110，这些方法包括但不限于与装配基部106上的对应结构对接的尖头、紧固器、依赖结构等。这可互换地包括与散焦光学器件110上的结构对应的从装配基部106向上延伸的结构。
散焦光学器件110的外反射器的凹的、上内表面126的部分在图1中可见，并且在图1中大体上可见上内表面126的轮廓相对于绕着散焦光学器件110的中心轴110的旋转角度变化。散焦光学器件110的中心轴111是大体上落在这里描述的所有内凹反射表面的中心的轴。可选地，散焦光学器件110的中心轴111也可以大体上落在这里的内反射器140的凸表面的中心。现在参照图2和图3以用附加细节描述散焦光学器件110的若干方面。图2图示了图1的基于LED的照明单元沿着图1的截面线2-2取得的截面图，并且图3图示了沿着图1的截面线3-3取得的截面图。截面线3-3和截面线2-2共面并且均经过中心轴111延伸。截面线3-3相对于绕着中心轴111的旋转角度从截面线2-2偏移近似四十五度。
具体参照图2，上反射器的上内表面126限定在相对于中心轴111的第一角度位置的第一上内表面轮廓126A和在相对于中心轴111的第二角度位置的第二内表面轮廓126B。第一角度位置和第二角度位置相对彼此偏移一百八十度。第一上内表面轮廓126A和第二上内表面轮廓126B共享共同曲率并且未互不相同。然而，第一上内表面轮廓126A和第二上内表面轮廓126B具有不同焦点。第一上内表面轮廓126A具有比中心轴111更远离上内表面轮廓126A并且比LED芯片103C的LED光输出轴104C更远离的焦点127A。每个LED光输出轴104A-104D是从对应LED芯片103A-103D的发光部分的中心发散的轴，并且在背离并且基本上垂直于装配底座106的方向上定向。第二上内表面轮廓126B具有比中心轴111更远离上内表面轮廓126A并且与LED芯片103B的LED光输出轴104B更远离的焦点127B。
散焦光学器件110的外反射器也包括耦合到凹的上内表面126并且比凹的上内表面126与多芯片LED101更接近定位的下凹内表面122。下凹内表面122限定在相对于中心轴111的第一角度位置的第一下内表面轮廓122A和在相对于中心轴111的第二角度位置的第二下内表面轮廓122B。第一下内表面轮廓122A和第二下内表面122B共享相同的曲率并且彼此不同。然而，第一下内表面轮廓122A和第二下内表面轮廓122B具有不同焦点。第一和第二下内表面轮廓122A和122B具有比上内表面轮廓126A和126B更大的曲率。第一下内表面轮廓122A具有比中心轴111更接近下内表面轮廓122A并且比LED芯片103B的LED光输出轴104B更接近的焦点123A。第二下内表面轮廓122B具有比中心轴111更接近下内表面轮廓122B并且比LED芯片103C的LED光输出轴104C更接近的焦点123B。
仍然参照图2，内反射器140由外反射器的上内表面126和下内表面122包围。内反射器140具有面向多芯片LED101的凸表面142。多芯片LED101与每个LED芯片103A-103D的中心轴104A-104D相交并且与中心轴111相交。凸表面142限定在相对于中心轴111的第一角度位置的第一凸轮廓142A和在第二角度位置的第二凸轮廓142B。第一凸轮廓142A和第二凸轮廓142B共享共同曲率并且未互不相同。第一凸轮廓142A和第二凸轮廓142B也共享沿着中心轴111定位的共同焦点。内反射器140由在外反射器的凸表面142与下内表面122之间延伸的支撑柱144A和144B。可以在其它实施例中以别的方式支撑内反射器140。例如一个或者多个支撑柱可以从散焦光学器件110的其它部分延伸和/或其它支撑结构可以从散焦光学器件110、多芯片LED101和/或装配基部106延伸。
在图2中也示出了从LED芯片103B发散的示例光线以及从LED芯片103C发散的光线的射线迹线。光线在上内表面轮廓126A上的近似相同点直接照射上内表面轮廓126A。上内表面轮廓126A反射光线，从而比光线更外部地反射光线。光线在近似相同点直接照射凸表面轮廓142A并且朝着上内表面轮廓126A向外反射。光线然后由上内表面轮廓126A反射，从而比光线更外部地反射光线。在效果上，凸表面轮廓142A作用于反向来自LED芯片103B和103C的图像，由此使从LED芯片103C发散并且在凸表面轮廓142A上的点直接入射的光线比从LED芯片103C发散并且在该相同点上入射的光线更外部地从散焦光学器件110发散。
具体参照图3，图示了上内表面126限定在相对于中心轴111的第三角度位置的第四上内表面轮廓126C和在相对于中心轴111的第四角度位置的第四上内表面轮廓126D。第三角度位置和第四角度位置相对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转方向上从第一角度和第二角度中的相应角度位置偏移近似四十五度。第三上内表面轮廓126C和第四上内表面轮廓126D共享相同曲率并且未互不相同。然而，第三上内表面轮廓126C和第四上内表面轮廓126D与第一上内表面轮廓126A和第二上内表面轮廓126B不同。具体而言，第三上内表面轮廓126C和第四上内表面轮廓126D具有比第一上内表面轮廓126A和第二上内表面轮廓126B更大的曲率。
此外，第三上内表面轮廓126C和第四上内表面轮廓126D具有与彼此不同并且与第一和第二上内表面轮廓126A和126B不同的焦点。第三上内表面轮廓126C具有比中心轴111更远离第三上内表面轮廓126C并且比LED光输出轴104C更远离的焦点。第四上内表面轮廓126D具有比中心轴111更远离第三上内表面轮廓126C并且比LED光输出轴104A更远离的焦点。
下内表面122限定在相对于中心轴111的第三角度位置的第三下内表面轮廓122C和在相对于中心轴111的第四角度位置的第四下内表面轮廓122D。第三下内表面轮廓122C和第四下内表面轮廓122D共享共同曲率并且未互不相同。然而，第三下内表面轮廓122C和第四下内表面轮廓122D与第一下内表面轮廓122A和第二下内表面轮廓122B不同。具体而言，第三下内表面轮廓122D和第四下内表面轮廓122D具有比第一上内表面轮廓126A和第二上内表面轮廓126B不同的曲率。
此外，第三下内表面轮廓122C和第四下内表面轮廓122D具有与彼此不同并且与第一下内表面轮廓122A和第二下内表面轮廓122B不同的焦点。第三下内表面轮廓122C和第四下内表面轮廓122D也具有比上内表面轮廓126C和126D更大的曲率。第三下内表面轮廓122C具有比中心轴111更接近下内表面轮廓122C并且比LED光输出轴104A更接近的焦点。第四下内表面轮廓122D具有比中心轴111更接近下内表面轮廓122D并且比LED光输出轴104C更接近的焦点。
内反射器140的凸表面142限定在相对于中心轴111的第三角度位置的第三凸轮廓142C和在第四角度位置的第四凸轮廓142D。第三凸轮廓142C和第四凸轮廓142D共享共同曲率并且未互不相同。第三凸轮廓142C和第四凸轮廓142D也共享沿着中心轴111定位的共同焦点。在图3中也示出了从LED芯片103A发散的示例光线A1和A2以及从LED芯片103C发散的光线C1和C2的迹线。光线A1和C1在上内表面轮廓126C上的近似相同点直接照射上内表面轮廓126C。上内表面轮廓126C反射光线A1和C1，从而比光线C1更外部地反射光线A1。光线A2和C2在近似相同点直接照射凸表面轮廓142C并且朝着上内表面轮廓126C向外反射。光线A2和C2然后由上内表面轮廓126C反射，从而比光线A2更外部地反射光线C2。光线在下内表面轮廓122C上的近似相同点直接照射下内表面轮廓122C。下内表面轮廓122C反射光线，从而比来自LED103C的光线更外部地反射来自LED103A的光线。
在一些实施例中，可以设计散焦光学器件110，从而从多芯片LED101发散的直接在凸表面142上入射的光的发光通量基本上等于从多芯片LED101发散的直接在外反射器的下内表面122和上内表面126上直接入射的光的发光通量。因而，来自多芯片LED101的光的近似一半(在发光通量方面)将由凸表面142“反向”，由此提供来自多芯片LED101的光的良好混合。可以设计凸表面142、上表面126和/或下表面122的一个或者多个表面轮廓，从而该分节中的发光通量的近似一半在下内表面122和上内表面126上直接入射并且另一半在凸表面142上直接入射。
如图1中大体上所示，上内表面轮廓126A和126B各自绕着中心轴111延伸近似四十五度，由此创建两个表面轮廓分节。沿着与内表面轮廓126A对应的分节近似中间并且沿着与内表面轮廓126B对应的分节近似中间取得图1的截面线2-2。换而言之，与内表面轮廓126A和126B对应的分节各自在截面线2-2的每侧上延伸近似二十二度半。下表面轮廓122A和122B类似地绕着中心轴111延伸近似四十五度。也沿着与内表面轮廓122A对应的分节近似中间并且沿着与内表面轮廓122B对应的分节近似中间取得图1的截面线2-2，这意味着那些分节与对应于内表面轮廓126A和126B中的相应内表面轮廓的分节近似对准。
继续参照图1，上内表面轮廓126B和126C也各自绕着中心轴111延伸近似四十五度，由此创建两个表面轮廓分节。与上内表面轮廓126A对应的分节的一侧邻接与内表面轮廓126C对应的分节。类似地，与上内表面轮廓126B对应的分节的一侧邻接与内表面轮廓126D对应的分节。沿着与内表面轮廓126C对应的分节的近似中间并且沿着与内表面轮廓126D对应的分节的近似中间取得图1的截面线3-3。下表面轮廓122C和122D类似地各自绕着中心轴111延伸近似四十五度。也沿着与内表面轮廓122C对应的分节的近似中间并且沿着内表面轮廓122D对应的分节的近似中间取得图1的截面线3-3，这意味着那些分节与对应于内表面轮廓126C和126D中的相应内表面轮廓的分节基本上对准。
凸表面轮廓分节142A、142B、142C和142D也各自绕着中心轴111延伸近似四十五度，由此创建四个表面轮廓分节。与凸表面轮廓142A对应的分节的一侧邻接与凸表面轮廓142C对应的分节。类似地，与凸表面轮廓142B对应的分节的一侧邻接与凸表面轮廓142D对应的分节。沿着与凸表面轮廓142A对应的分节的近似中间并且沿着与凸表面轮廓142B对应的分节的近似中间取得图1的截面线2-2。沿着与凸表面轮廓142C对应的分节单独近似中间并且沿着与凸表面轮廓142D对应的分节的近似中间取得图1的截面线3-3。
在结合图1示出和讨论的实施例中，散焦光学器件110也包含四个附加上表面轮廓分节、四个附加的对应并且对准的附加下表面轮廓分节、以及四个附加的对应并且对准的凸表面轮廓分节。附加分节可以各自为近似四十五度。在一些实施例中，交替上表面轮廓分节可以共享共同轮廓。换而言之，当存在共计八个上表面轮廓分节时，每个上表面轮廓分节将侧接两个上表面轮廓分节，这两个上表面轮廓分节共享与它们侧接的分节不同的共同轮廓。类似地，在一些实施例中，交替下轮廓分节和/或凸表面轮廓分节可以共享共同轮廓。在一些实施例中，可以在五度到二十度的光束角度内维持来自散焦反射器的光输出。在那些实施例的一些版本中，可以以少于或者等于二十度的光束角度维持来自散焦反射器的光输出。
已经关于散焦反射器100具体描述具体轮廓、轮廓分节、轮廓分节布置和其它设计参数。然而在其它实施例中，可以变更设计参数的一个或者多个方面以便实现所需光输出和/或与给定的多芯片LED对接。例如，在一些替代实施例中，一个或者多个轮廓分节可以绕着中心轴延伸多于或者少于四十五度。此外，例如，在一些替代实施例中，一个或者多个分节可以绕着中心轴延伸比一个或者多个其它分节更多或者更少的读数。此外，例如，在一些替代实施例中，可以有提供的比上轮廓分节更大数目的下轮廓分节。此外，例如，在一些替代实施例中，内反射器140可以在相对于中心轴111的每个角度位置具有共同凸表面轮廓。另外，虽然在图1中描绘在轮廓分节之间的不同转变，但是也设想轮廓可以逐渐改变。例如在一些实施例中，可以在第一角度位置提供上内表面轮廓126A，并且可以在从上内表面轮廓126A偏移近似二十度的第二角度位置提供上内表面轮廓126C。可以在上内表面轮廓126A向上内表面轮廓126C逐渐转变时在第一角度位置与第二角度位置之间提供一个或者多个不同轮廓。
现在参照图4，以示意形式图示了基于LED的照明单元200的第二实施例，该基于LED的照明单元具有散焦光学器件210的第二实施例。示出了多芯片LED201的两个单独LED芯片203B和203C由LED圆顶202包围。LED芯片203B和203C装配于装配基部206上并且各自具有相应光输出轴204B和204C。散焦光学器件210在位置上粘附于多芯片LED201周围。单级外反射器具有内表面222，该内表面在相对于散焦光学器件210的中心轴211而言的第一角度位置具有第一内表面轮廓222A。内表面222也在相对于散焦光学器件210的中心轴211而言的第二角度位置限定第二内表面轮廓222B。第一内表面轮廓222A和第二内表面轮廓222B共享共同曲率并且未互不相同。然而，第一内表面轮廓222A和第二内表面轮廓222B确实具有不同的相应焦点223A和223B。
内反射器240由内表面222包围，并且具有面向多芯片LED201而且与LED芯片203B和203C的中心轴相交的凸表面242。凸表面242限定在第一角度位置的第一凸表面轮廓242A和在第二角度位置的第二凸表面轮廓242B。第一轮廓242A和第二轮廓242B共享共同曲率并且未互不相同，而且也共享共同焦点。虽然未描绘，在相对于中心轴211的一个或者多个角度定向，内表面222具有与内表面轮廓222A和222B不同的轮廓、凸轮廓242也可以可选地在相对于中心轴211的一个或者多个角度定向具有与第一凸表面轮廓242A和第二凸表面轮廓242B不同的轮廓。
尽管这里已经描述和图示若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易设想用于执行这里描述的功能和/或获得这里描述的结果和/或这里描述的优点中的一个或者多个优点的多种其它手段和/或结构并且每个这样的变化和/或修改视为在这里描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易理解这里描述的所有参数、尺度、材料和配置是为了举例并且实际参数、尺度、材料和/或配置将依赖于本发明教导被用于的一个或者多个具体应用。本领域技术人员将认识或者能够仅使用例行实验来确立这里描述的具体发明实施例的许多等效实施例。因此将理解仅通过例子呈现前述实施例并且在所附权利要求及其等效含义的范围内可以用除了具体描述并且要求保护的方式之外的方式实现发明实施例。本公开内容的发明实施例涉及这里描述的每个个别特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法。此外，如果两个或者更多这样的特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法未互不一致，则在本公开内容的发明范围内包括这样的特征、系统、产品、材料、工具包和/或方法的任何组合。
如这里定义和使用的所有定义应当理解为支配词典定义、在通过引用而结合的文献中的定义和/或定义的术语的普通含义。
如这里在说明书中和在权利要求书中使用的那样，不定冠词“一个”除非清楚地相反地指示则应当理解为意味着“至少一个”。
如这里在说明书中和在权利要求书中使用的那样，短语“至少一个”在引用一个或者多个要素的列表时应当理解为意味着从要素列表中的要素中的任何一个或者多个要素选择的至少一个要素、但是未必包括在要素列表内具体列举的每一个要素中的至少一个要素并且未排除要素列表中的要素的任何组合。这一定义也允许可选地存在除了在短语“至少一个”引用的要素列表内具体标识的要素之外的、无论是否与具体标识的那些要素有关还是无关的要素。因此作为非限制例子，“A和B中的至少一个”(或者等效为“A或者B中的至少一个”或者等效为“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中指代至少一个、可选地包括多个A而无B存在(并且可选地包括除了B之外的要素)；在另一实施例中指代至少一个、可选地包括多个B而无A存在(并且可选地包括除了A之外的要素)；在又一实施例中指代至少一个、可选地包括多个A和至少一个、可选地包括多个B(并且可选地包括其它要素)；等等。
也应当理解，除非清楚地相反指示，在这里要求保护的包括多个步骤或者动作的任何方法中，方法的步骤或者动作的顺序未必限于方法的步骤或者动作的记载顺序。另外，在权利要求中的括号之间出现的任何标号或者其它字符仅为了方便而提供并且未旨在于以任何方式限制权利要求。
在权利要求书中以及在上述说明书中，诸如“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及到”、“保持”、“由……组成”等所有过渡短语将理解为开放式、即意味着包括但不限于。如在美国专利局专利审查程序手册第2111.03节中阐述的那样，仅过渡短语“由……构成”或者“实质上由……构成”应当分别是闭合或者半闭合过渡短语。

Claims (20)

1.一种用于混合来自多芯片LED的光输出的散焦光学器件，包括：
内反射器(140，240)，具有中心轴(111，211)；以及
外反射器，包围所述内反射器(140，240)和所述中心轴(111，211)，所述外反射器具有绕着所述中心轴(111，211)提供的凹内表面(122，126，222，226)，所述凹内表面将照射所述凹内表面上的所述光输出的大多数朝着照射区域重定向，
其中所述凹内表面(122，126，222，226)限定在相对于所述中心轴(111，211)的第一角度位置的第一凹表面轮廓和在相对于所述中心轴(111，211)的第二角度位置的第二凹表面轮廓，其中所述第一凹表面轮廓与所述第二凹表面轮廓不同，使得所述凹内表面在所述第一角度位置处的曲率不同于所述凹内表面在所述第二角度位置处的曲率，
所述内反射器(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)将照射所述凸表面上的所述光输出的大多数朝着所述外反射器重定向，以及
其中所述凸表面(142，242)限定在所述第一角度位置的第一凸轮廓和在所述第二角度位置的第二凸轮廓，所述第一凸轮廓与所述第二凸轮廓不同。
2.根据权利要求1所述的散焦光学器件，其中所述外反射器包括绕着所述中心轴(111，211)提供的凹第二内表面(126，226)，所述第二内表面(126，226)比所述内表面更远离所述多芯片LED(101，201)定位。
3.根据权利要求2所述的散焦光学器件，其中所述第二内表面(126，226)限定在所述第一角度位置的第三凹表面轮廓和在所述第二角度位置的第四凹表面轮廓，所述第三凹表面轮廓与所述第一凹表面轮廓不同，并且所述第四凹表面轮廓与所述第二凹表面轮廓不同。
4.根据权利要求1所述的散焦光学器件，其中所述凹内表面(122，126，222，226)在相对于所述中心轴(111，211)的第三角度位置限定第三凹表面轮廓，所述第三凹表面轮廓与所述第一凹表面轮廓和所述第二凹表面轮廓不同。
5.根据权利要求4所述的散焦光学器件，其中所述凹内表面(122，126，222，226)在相对于所述中心轴(111，211)的第三角度位置具有所述第二凹表面轮廓，并且其中所述第二角度位置介于所述第一角度位置与所述第三角度位置之间。
6.根据权利要求5所述的散焦光学器件，其中所述第三角度位置从所述第一角度位置偏移近似一百八十度。
7.一种基于LED的照明单元，包括：
至少一个多芯片LED(101，201)，包括多个LED芯片(103A-103D)，所述LED芯片(103A-103D)中的每个LED芯片发射具有主要LED光输出轴(104A-104D)的LED光输出；以及
散焦光学器件(110)，所述散焦光学器件(110)具有中心轴(111，211)并且包括外反射器和内反射器(140，240)，所述外反射器包围所述内反射器(140，240)和所述多芯片LED(101，201)；所述外反射器具有绕着所述中心轴(111，211)提供的凹内表面(122，126，222，226)，所述凹内表面(122，126，222，226)将照射所述凹内表面上的所述光输出的大多数朝着照射区域重定向；
其中所述凹内表面(122，126，222，226)限定在相对于所述中心轴的第一角度位置的第一凹表面轮廓和在相对于所述中心轴(111，211)的第二角度位置的第二凹表面轮廓，其中所述第一凹表面轮廓与所述第二凹表面轮廓不同，使得所述凹内表面在所述第一角度位置处的曲率不同于所述凹内表面在所述第二角度位置处的曲率，
所述内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)将照射所述凸表面上的所述光输出的大多数朝着所述外反射器重定向，以及
其中所述凸表面(142，242)与每个所述光输出轴(104A-104D)相交并且限定在所述第一角度位置的第一凸轮廓和在所述第二角度位置的第二凸轮廓，所述第一凸轮廓与所述第二凸轮廓不同。
8.根据权利要求7所述的基于LED的照明单元，其中朝着所述照射区域重定向的所述光输出的至少百分之八十在十五度光束角度内被重定向。
9.根据权利要求7所述的基于LED的照明单元，其中所述凹内表面(122，126，222，226)在所述第一角度位置具有第一焦点，所述第一焦点位于在所述第一角度位置的所述凹内表面(122，126，222，226)的基部与在所述第一角度位置的所述凹内表面(122，126，222，226)的所述基部最接近的所述LED光输出轴(104A-104D)之间。
10.根据权利要求9所述的基于LED的照明单元，其中所述凹内表面(122，126，222，226)在所述第二角度位置具有第二焦点，所述第二焦点位于在所述第二角度位置的所述凹内表面(122，126，222，226)的所述基部与在所述第二角度位置的所述凹内表面(122，126，222，226)的所述基部最接近的所述LED光输出轴(104A-104D)之间。
11.根据权利要求7所述的基于LED的照明单元，其中所述外反射器包括绕着所述中心轴提供的凹第二内表面(126，226)，所述第二内表面比所述内表面更远离所述多芯片LED定位。
12.根据权利要求11所述的基于LED的照明单元，其中所述凹第二内表面(125，226)限定在所述第一角度位置的第三凹表面轮廓和在所述第二角度位置的第四凹表面轮廓，所述第三凹表面轮廓与所述第一凹表面轮廓不同，并且所述第四凹表面轮廓与所述第二凹表面轮廓不同。
13.根据权利要求7所述的基于LED的照明单元，其中所述凹内表面(122，126，222，226)在相对于所述中心轴的第三角度位置限定第三凹表面轮廓，所述第三凹表面轮廓与所述第一凹表面轮廓和所述第二凹表面轮廓不同。
14.一种用于混合来自多芯片LED的光输出的散焦光学器件，包括：
内反射器(140，240)，具有中心轴(111，211)；
二级外反射器，包围所述内反射器(140，240)和所述中心轴(111，211)；所述外反射器具有绕着所述中心轴提供的下凹内表面(122，222)和绕着所述中心轴(111，211)提供的上凹内表面(126，226)，其中所述上凹内表面被定位为比所述下凹内表面更远离所述多芯片LED(101，201)，以及所述下凹内表面(122，222)和所述上凹内表面(126，226)各自将照射所述凹内表面上的所述光输出的大多数朝着照射区域重定向；
所述下凹内表面(122，222)包括多个下凹内表面分节，所述下凹内表面分节中的每个下凹内表面分节具有与所述下凹内表面分节中的至少一个邻接下凹内表面分节不同的下焦点；
所述上凹内表面(126，226)包括多个上凹内表面分节，所述上凹内表面分节中的每个上凹内表面分节具有与所述上凹内表面分节中的至少一个邻接上凹内表面分节不同并且与所述下凹内表面分节中的至少一个邻接下凹内表面分节不同的上焦点；
所述内反射器(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)将照射所述凸表面上的所述光输出的大多数朝着所述外反射器向外重定向。
15.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中所述凸表面(142，242)包括多个凸表面分节，所述凸表面分节中的每个凸表面分节具有与所述凸表面分节中的至少一个邻接凸表面分节不同的凸焦点。
16.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中每个所述下凹内表面分节绕着所述中心轴(111，211)延伸至少十五度。
17.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中每个所述下凹内表面分节与对应的上凹内表面分节基本上角度对准。
18.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中每个所述上分节的所述上焦点比所述中心轴(111，211)更远离所述上分节定位。
19.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中每个所述下分节的所述下焦点比所述中心轴(111，211)更接近所述下分节定位。
20.根据权利要求14所述的散焦光学器件，其中提供至少四个上凹内表面分节，并且提供至少四个下凹内表面分节。
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