專利名稱：用于均勻照明的折射光學鏡的制作方法
技術領域：
指向位于光源近距離處的目標區(qū)域中心的發(fā)光二極管(LED)或其它點光源，在距離LED越近的區(qū)域內，在目標上就產生越高的輻照度(irradiance)水平。如果希望在整個目標區(qū)域上的光強度是均勻的，可對從光源中發(fā)射的光線應用光學控制(control)。
背景技術：
已知的用于LED的光學鏡聚集來自于LED的光線并引導光線呈圓形或橢圓形圖案。這些已知的光學鏡用于產生窄光束角(beamangle)至中等光束角的光分布。由于這些光學鏡僅產生窄光束角至中等光束角的光分布，因此這些已知的光學鏡在LED正前面產生熱區(qū)，從而難于在近距離處產生大面積的均勻光束圖案(beampattern)。
因此需要提供一種能夠分配期望光束圖案的裝置。

發(fā)明內容
用于分配來自于光源的光的裝置包括支架和由支架支撐的光學鏡。該光學鏡包括截平的軸對稱體。
用于照射目標平面的方法包括以下步驟將光學鏡罩蓋在光源的上方；使來自于光源的光通過光學鏡到達目標平面上；以及將來自于光源的光繞過光學鏡直接引到目標平面上。該方法中的光學鏡包括截平的基本軸對稱的本體。
用于引導光的組件包括支架和安裝于支架上的光學體。該光學體包括截平的基本軸對稱的周壁和至少一個與該截平的基本軸對稱的周壁相鄰的其它周壁。


圖1是光學鏡和支撐該光學鏡的光學鏡支架的透視圖；圖2是圖1的光學鏡和光學鏡支架的俯視圖；圖3是穿過圖2中的線3-3所截的圖1光學鏡和光學鏡支架的局部橫截面圖；圖4是穿過圖2中的線4-4所截的圖1光學鏡和光學鏡支架的橫截面圖；圖5是安裝于豎框的光學鏡和光學鏡支架的俯視圖；圖6示出了整個目標區(qū)域的光通量的等值線(iso-contour)。
具體實施例方式
參照圖1，用于分配來自于光源的光的裝置10包括支撐光學鏡14的光學鏡支架12，該光學鏡用于聚集和分配光源16(諸如LED)產生的光。裝置10可與其它光源結合使用；然而，為了簡潔起見，將描述該裝置與LED結合使用。光學鏡14和光學鏡支架12使得第一入射光與來自于LED16的大部分光線的折射控制可以組合使用，以便于在近距離布置的目標平面(即，距離LED約4至10英寸的目標平面)上產生理想的光束圖案。
光學鏡支架12支撐光學鏡14。光學鏡支架12包括基本為圓柱形的側壁18，該側壁圍繞光學鏡14。兩個凸出部22從圓柱形側壁18向上延伸并彼此相隔約180°。凸出部22由稱為y-軸的軸線平分(bisect)。兩個凹口24形成在圓柱形側壁18中，它們彼此相隔180°，且與凸出部22相隔90°。凹口24由稱為x-軸的軸線平分。凸出部22和凹口24幫助將光學鏡14安裝于光學鏡支架12，下面將更詳細地進行描述。
光學鏡支架12還包括沿y-軸對稱的第一和第二底壁26。每個底壁26都包括與y-軸隔開的輪廓邊(contoured edge)28。每個輪廓邊28都包括環(huán)形部分32，該環(huán)形部分具有源自于z-軸的半徑(radius)，該z-軸垂直于x-軸和y-軸，并且是圓柱形側壁18的對稱軸。LED16容納在環(huán)形部分32之間以便于與z-軸對準。光學鏡支架12還可包括形成在圓柱形側壁18內側表面上的軸向脊34。
光學鏡14由截平的基本軸對稱的本體40制成，該本體可包括橢圓體、拋物面部分、錐體、前述以及其它軸對稱形狀的部件。由于其軸對稱被截平(truncate)，因此該本體被截平。由于該本體40被截平，從本體上去除了部分42以允許來自于LED16的第一入射光在LED前面被轉向，而無需穿過光學本體40。在所示的實施例中，被去除的部分貫穿該本體，即，從上至下。光學本體40可如此形成，即，使得在形成過程中設置被去除的部分，例如，在其中形成本體的模具被成形為使得去除部分42無需從本體中去除。光學本體40可由光學級丙烯酸(optical grade acrylic)或其它適合的材料制成。
光學本體40包括截平的軸對稱的外圍側壁44。向上延伸的杯形凹槽46形成在光學本體40的下端。除凹槽的將延伸到去除區(qū)域42中的一部分以外，凹槽46也關于z-軸軸對稱。LED16適配于凹槽46中。凹部48從本體40向下懸垂到凹槽46中。除凹部的將延伸到去除部分42中的一部分以外，凹部48也關于z-軸對稱。凹部48可為光學本體40限定光線進入表面。
外圍側壁44鄰接外部平壁52，該外部平壁關于裝置10的x-軸對稱。該外部壁將被描述成平的；然而，它們也可采取其它外形。平側壁52從光學本體40的頂部54延伸到本體40的底部56，其與其中形成有凹槽46的表面相鄰。中間平壁58橫跨外部平壁52。中間平壁58也從光學本體40的頂部54延伸到凹槽46中，終止于光學本體的凹部48處。中間平壁58基本上平行于y-z平面且近乎與y-軸對齊。平面52和58被適當?shù)匦纬蔀樵试S直射光線在到達目標區(qū)域的途中繞過光學本體40。平面52和58可包括表面拋光，該表面拋光是半透明的而非透明的，例如，該表面可被上釉(glaze)。平面也可被金屬化以產生反射部分。可在平面上設置紋理、涂料(諸如白漆)以及其它散射圖案。
光學本體40還包括第一或中央凸出部62，該凸出部沿x-軸延伸離開本體的頂表面54。中央凸出部62的尺寸被形成為可被容納在任意一個凹口24中。光學本體40還包括沿圓周方向與凸出部62相隔且彼此相隔的兩個突部(tab)64。突部64也從光學本體40的頂表面54向外延伸。突部64與平壁52對準。當光學本體40被安裝于光學鏡支架12時，突部64接合圓柱形側壁18上的凸出部22。圓柱形側壁18、凸出部22和凹口24是對稱的，以使得光學鏡14可以以兩種方式中的一種方式來安裝，或者是，以圖2中所示的其中中央凸出部62被容納在圓柱形側壁18右側凹口24中的形式，或者是，光學鏡14可被安裝為使得中央凸出部62被容納在左側凹口24中，其中光學鏡將處于從圖2中所示的結構形態(tài)旋轉180°的結構形態(tài)下。
光學鏡14還包括多個刻面(facet)70(其可包括菲涅耳光學鏡)，該刻面形成在由平的局部環(huán)形表面72圍繞的頂部發(fā)光表面54中?？堂?0形成在本體40頂部54的基本為半圓形的區(qū)域中。在該實施例中，刻面通常與y-軸平行并且被形成為用于引導光離開光學本體40的去除部分42。
如圖5中所示的，不局限于該特定應用，裝置10尤其可用在商業(yè)制冷應用上的照明產品中。在典型的商業(yè)冷藏柜中，光源可安裝于豎直框80。由于該豎框通常未與冷藏品儲存在其上的擱板隔開，因此需要以有效的方式將光線分布到近距離布置的目標板(即，擱板)上。由于冷藏制品通常不會直接儲存在豎框后面并且從某種意義上來說引到豎框后面的任何光線都是浪費，所以還需要引導光離開該豎框。然而，不局限于所披露的構造，通過將光學鏡14指向距離LED5.5英寸(垂直于目標板測得)的目標板的中心而測試這樣一種結構。圖6中所示的等值線圖(以Lux(Lx)示出)示出了被引導離開豎框的光穿過整個光束圖案的中等均勻度，其在x-軸上的0英寸處示出。光線的豎直列(swath)通常為10英寸，水平列通常為20英寸。
在該特定實施例中，來自于光源的光線通過多個不同路徑朝向目標行進，這可參照圖3進行說明。為了照明目標中心，來自于光源16的光線穿過由杯狀凹槽46限定的表面折射，之后通過全內反射(TIR)反射離開由外圍側壁44限定的表面，然后穿過平頂表面72朝向目標中心。來自于光源16的一些光線折射穿過由凹部48限定的表面，之后穿過平頂表面72射向目標中心。
為了照明直接位于光源16前面的目標區(qū)域，光線繞過本體40并穿過去除部分42(圖2)行進到直接位于光源前面的目標區(qū)域。來自于光源16的光線還穿過半透明支架18，之后到達目標區(qū)域上。如果中間平壁58和外部平壁52具有施加的粗糙度(漫射半透明(diffuse translucent))的話，那么一些漫射光也照射直接位于LED前面的目標區(qū)域。
穿過平頂表面72的光線還可溢出(spill over)到鄰近目標區(qū)中并用于鄰近目標區(qū)的照明，該鄰近目標區(qū)在圖6中示為介于15與30英寸之間的x-尺寸。來自于光源16的光線還折射穿過由延伸的杯狀凹槽46限定的表面，之后通過TIR反射離開由外圍側壁44限定的表面，然后穿過伸出的菲涅耳光學鏡70并散布到目標中心與直接位于光源16前面的目標區(qū)域之間的目標區(qū)域中。來自于光源16的光線還折射穿過由凹部48限定的表面，之后穿過伸出的菲涅耳光學鏡70并散布到目標中心與直接位于光源16前面的目標區(qū)域之間的區(qū)域中。如果外部表面52和/或中間表面58被拋光或者具有施加的反射涂層的話，那么來自于光源16的光線折射穿過由延伸的杯狀凹槽46限定的表面，之后通過TIR反射離開由外圍側壁44限定的表面，之后反射離開平表面52或58(通過反射離開涂層或通過TIR)，然后折射穿過頂表面之一(或為菲涅耳光學鏡70，或為平面72)，之后傳到目標中心與直接位于光源16前面的目標區(qū)域之間的目標區(qū)域中。
將典型光學鏡指向目標中心、聚集并隨后散布光線使得在目標中心形成了理想的光束圖案，但在LED前面的區(qū)域(該區(qū)域鄰近垂直于目標區(qū)域并穿過光源的線上的點)處產生非常有限的光線。通過去除光學鏡的一部分并使用透明的光學鏡支架，意在使得光線直接進入LED前面的區(qū)域并以受控的方式增加至中心區(qū)域光線。光學本體40和形成在其頂表面上的刻面70校準光線并引導光線離開豎框。由于具有透明光學支架(也可由其它支架代替，諸如允許未受阻礙的光線接觸LED前面的目標區(qū)域的柱)，直接入射的光線還可照明直接位于LED前面的區(qū)域。
已參照優(yōu)選實施例描述了光學鏡和光學鏡支架。顯然，在閱讀和理解了前述詳細描述的基礎上，其他人可想到修改和改變。僅由所附權利要求限定的本發(fā)明旨在覆蓋落入所附權利要求及其等同物范圍內的所有此類修改和改變。
權利要求
1.一種用于分配來自于光源的光線的裝置，所述裝置包括支架；以及光學鏡，由所述支架支撐，所述光學鏡包括截平的軸對稱本體。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述支架包括透明側壁。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中，所述透明側壁是軸對稱的。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述支架包括具有用于容納相關光源的開口的底壁。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述本體包括截平的基本軸對稱的側壁和至少一個平壁。
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，至少一個平側壁被上釉。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述本體包括形成在頂表面上的多個刻面。
8.一種用于照明目標平面的方法，所述方法包括將光學鏡放置在光源之上，其中所述光學鏡包括被限定在第一軸線周圍的截平的基本軸對稱的本體；使得來自于所述光源的光線穿過所述光學鏡到達所述目標平面上；以及繞過所述光學鏡將來自于所述光源的光線直接引到所述目標平面上。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，進一步包括在所述光源周圍放置支架以便于支撐所述光源。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括沿所述第一軸線鄰近所述光學鏡的一端設置所述光源。
11.一種用于引導光線的組件，包括支架；以及光學本體，安裝于所述支架上，所述光學本體包括截平的基本軸對稱的周壁和至少一個與所述截平的基本軸對稱的周壁相鄰的其它周壁。
12.根據(jù)權利要求11所述的組件，其中，所述光學本體包括垂直于中心軸的發(fā)光表面，所述截平的基本軸對稱的側壁以所述中心軸為中心，所述發(fā)光表面包括多個刻面。
13.根據(jù)權利要求12所述的組件，其中所述多個刻面中的至少一個基本上平行于所述至少一個其它周壁中的至少一個。
14.根據(jù)權利要求11所述的組件，其中所述支架包括圓柱形側壁。
15.根據(jù)權利要求14所述的組件，其中所述支架的所述側壁是透明的。
16.根據(jù)權利要求11所述的組件，其中所述至少一個其它周壁包括具有光漫射特性的表面。
全文摘要
一種用于分配來自于光源(16)的光線的裝置，其包括支架和由支架支撐的光學鏡支架(14)。該光學鏡包括截平的軸對稱本體(40)。
文檔編號F21S6/00GK101023294SQ200580031873
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權日2004年9月20日
發(fā)明者馬克·E·卡明斯基, 馬休·薩默斯 申請人:吉爾科有限公司