准直器和准直器布置
阅读：1000发布：2020-05-11
专利汇可以提供准直器和准直器布置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了用于实现 准直 光输出的非圆形区域或实现 准直器 镶嵌的各种设计。在第一方面，准直器布置包括多个准直器，每个准直器具有圆形的总体外形，在圆形的总体外形中具有一个或多个凹口，其中每个凹口包括以内 角 相交的一对边缘，并且每个凹口限定一对外角，在这对外角处切口与总体外形相交。准直器被镶嵌，每个内角与相邻准直器的外角之一相邻。另一方面，准直光学结构包括第一部段和第二部段，第一部段包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个部分，第二部段包括具有较大第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个部分。这些部分包括围绕光轴一起形成环形形状的扇形，这些扇形具有距光轴的非恒定半径。，下面是准直器和准直器布置专利的具体信息内容。
1.一种准直器(122)，包括:
具有光轴(13)的光入射开口(12)；
围绕所述光轴设置的准直光学结构(130，132)，其中所述准直光学结构包括至少两个部段:
第一部段(130)，其包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个扇形(130a、130b、130c、130d)；和
第二部段(132)，其包括具有较大第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个扇形(132a、132b、132c、132d)，
其中所述扇形一起形成围绕所述光轴(13)的环形形状，所述环形形状具有距所述光轴(13)的非恒定半径。
2.根据权利要求1所述的准直器，其中，所述扇形在其各自的侧壁(133)处彼此接触。
3.根据权利要求1或2所述的准直器，包括一个或多个另外的部段(164)，其中所有的部段(160、162、164)包括不同直径准直器设计的一个或多个扇形(160a、160b、160c，162a、
162b，164a、164b、164c、164d、164e)。
4.根据权利要求1、2或3所述的准直器，其中，所述准直器(122)的外形为多边形，并且所述第二部段(132)包括在所述多边形的每个拐角(134)处的扇形。
5.一种准直器布置(158)，包括多个准直器(122)，每个准直器根据权利要求1至4中任一项所述。
6.根据权利要求5所述的准直器布置，其中，每个准直器(122)的外形是可以与其他准直器镶嵌的多边形。
7.根据权利要求5所述的准直器布置(158)，其中所述准直器布置的外形是圆形或椭圆形，其中每个准直器具有近似直边的内面(166)和近似圆形或椭圆形的一部分的外面(168)。
8.根据权利要求7所述的准直器布置，具有圆形外形，并且包括四个准直器(122)。
9.一种准直器布置(60)，包括多个准直器(32，40，48a、48b、48c)，在所述准直器布置的外围的每个准直器在各自的出射窗口(49a、49b、49c)中具有圆形的总体外形，该圆形的总体外形具有一个或多个圆形的总体外形中的切口(50)，其中每个切口包括以内角(56)相交的一对边缘(52、54)，并且每个切口限定一对外角(58、60)，在所述一对外角处所述切口与总体外形相交，其中每个具有一个或多个切口的准直器通过所述切口互锁以形成镶嵌，其中所述内角（56）与相邻准直器的外角(58，60)中的一个相邻。
10.根据权利要求9所述的布置，其中每个切口(50)限定80至100度的内角。
11.根据权利要求9或10所述的布置，其中每个准直器(40)包括中心部分(42)和外反射器部分(44)，其中所述切口(50)形成在所述反射器部分(44)中，并且其中可选地，所述切口包括镜面反射侧壁(52，54)。
12.根据权利要求9或10所述的布置，其中每个准直器包括全内反射准直器(32)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的布置，其中每个准直器(32，40)具有用于接收来自各自光源(30)的光的入射开口(12)，其中所述入射开口具有用于引导光离开所述准直器的切口区域的部分(120)。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的布置，包括:
四个各具有单个切口的准直器（48c）和一个具有四个切口的准直器（48a）；或者四个各具有两个切口的准直器(48b)；或者
两个各具有四个切口的准直器（48a），四个各具有两个切口的准直器（48b）和两个各具有一个切口的准直器（48c）；或者
四个各具有四个切口的准直器（48a）和八个各具有两个切口的准直器（48b）。
15. 一种照明单元，包括:
根据权利要求1至6中任一项所述的准直器布置(60)，或根据权利要求6至9中任一项所述的准直器(122)，或根据权利要求11至14中任一项所述的准直器布置(158)；和各自的光源，其被配置为将光耦合到所述准直器或每个准直器的光输入中。
准直器和准直器布置
技术领域
[0001] 本发明涉及照明布置，并且尤其涉及利用一个或多个准直器的照明布置。
背景技术
[0002] 准直器，例如用于发光二极管(LED)应用的准直器，通常是圆形的。当需要几个LED时，典型地提供多个圆形准直器并将其布置成阵列，称为“淋浴头”阵列。准直器的形状意味着由于缺少圆形准直器的镶嵌，阵列包括未点亮区域。
[0003] 替代几个LED，单个光源(例如板上芯片(COB) LED)可以与单个准直器一起使用。然而，提供COB LED比提供多个分离的LED更昂贵，并且单个组合光源的光学器件比小准直器阵列占据更大的深度。在许多LED设备中，COB LED所需的深度是不可用的，因为设备的其他部分，例如散热器和驱动器，占据了可用空间的很大比例。
[0004] 图1从下侧示出了四个准直器10的典型阵列。准直器例如包括全内反射透镜，并且每个准直器具有入射开口12，光由相关联的LED提供到入射开口12中。
[0005] 图2示出了四个准直器尽可能靠近在一起，但是仅照亮圆形区域10。其余空间仍未点亮。
[0006] 解决这一问题的已知方法是将准直器彼此移动得更近，从而它们开始彼此切入。以这种方式，准直器之间的未点亮区域得以减小，但没有消除。此外，通过提供重叠的准直器，来自LED的一些光不是准直的。通常，未被全内反射表面的移除部段捕获的光将至少部分损失，这导致效率急剧下降。
[0007] 因此，存在提供一种改进的方式来准直由包括多个LED的布置产生的光，或者提供一种有效的方式来生成非圆形准直光输出的需要。
发明内容
[0009] 依据根据本发明的第一方面的示例，提供了一种准直器，包括:具有光轴的光入射开口；
围绕光轴设置的准直光学结构，其中准直光学结构包括至少两个部段:
第一部段，其包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个扇形；和第二部段，其包括具有较大的第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个扇形，其中扇形一起形成围绕光轴的环形形状，环形形状具有距光轴的非恒定半径。
围绕光轴设置的准直光学结构，其中准直光学结构包括至少两个部段:
第一部段，其包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个扇形；和第二部段，其包括具有较大的第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个扇形，其中扇形一起形成围绕光轴的环形形状，环形形状具有距光轴的非恒定半径。
[0010] 这种设计利用(至少)两种不同直径的不同准直器设计。通过组合由不同设计制成的不同扇形，可以通过具有小直径部分和大直径部分使外形更好地镶嵌。
[0012] 准直器的外形可以是多边形，第二部段包括多边形每个拐角处的扇形。第二部段可以例如包括用于正方形或矩形整体设计的四个部分。然后，四个部分在每个拐角处，使得外形变得更接近正方形或矩形，以实现更好的镶嵌，或者简单地实现单个准直器更好地匹配期望正方形光输出窗口的产品设计。根据本发明的第二方面的示例提供了一种准直器布置，其包括多个准直器，在准直器布置的外围处的每个准直器在各自的出射窗口中具有圆形的总体外形，在圆形的总体外形中具有一个或多个切口，其中每个切口包括以内角相交的一对边缘，并且每个切口限定一对外角，其中切口与总体外形相交，其中具有一个或多个切口的每个准直器通过所述切口互锁以形成镶嵌，其中内角与相邻准直器的外角之一相邻。
[0013] 通过提供包括切口的准直器布置，镶嵌这些形状变成可能的。切口在整体区域的中心部分互锁，而准直器布置的外形可以由个体准直器设计的大致圆形部分限定。通过这种方式，已经发现在旋转对称的光束中，切口不会造成方形伪影。该布置可以具有四个或更多准直器。在一些设计中，所有个体准直器设计可以是相同的，而在其他设计中，可以使用不同的设计来实现镶嵌。
[0014] 总体圆形外形被切口中断。注意，术语“切口”并不意在暗示材料被移除以形成准直器形状，它实际上可以模制为其最终形状。该术语意在传达与圆形相比的差异。切口意味着外形具有一组由凹口中断的一个或多个圆弧部分。这些凹口包括一对向内指向的径向面。对于一个切口，存在一个圆弧部分和单个凹痕。每个额外的切口增加附加的弧形部分。弧形部分是单个公共旋转对称设计的一部分。
[0015] 准直器例如被设计成与光源结合产生具有小于60度的全波半峰(FWHM)的光输出。
[0016] 每个准直器可以包括光源输入处的中心部分和反射器部分，其中切口形成在反射器部分中。
[0017] 每个切口优选地限定80至100度、最优选地90度的内角。这意味着切口可以互锁以形成镶嵌。
[0018] 每个准直器可以包括全内反射准直器。可选地，每个准直器可以包括用于直接径向向外照射的中心部分和径向外部反射器部分，其中切口包括镜面反射侧壁。
[0019] 每个准直器优选地具有用于接收来自各自光源的入射开口，其中入射开口具有用于引导光离开准直器的切口区域的部分。以这种方式，光优先被引导到未变形的准直器形状。这些部分可以包括入射开口中的凹口。
[0020] 存在各种不同的可能配置。
[0021] 在第一个示例中，存在四个各具有单个切口的准直器和一个具有四个切口的准直器。在这种设计中，存在一个带有臂的中心十字，它伸入四个周围准直器的单个切口中。
[0022] 在第二个示例中，存在四个各具有两个切口的准直器。这意味着个体准直器的单个设计可以用于为四个光源创建更大的整体准直器。
[0023] 在第三个示例中，存在两个各具有四个切口的准直器、四个各具有两个切口的准直器和两个各具有一个切口的准直器。这为8个光源提供了更大的大致圆形整体布置。
[0024] 在第四示例中，存在四个各具有四个切口的准直器和八个各具有两个切口的准直器。这为十二个光源提供了更大的大致圆形整体布置。
[0026] 本发明还提供了一种照明单元，其包括如上定义的准直器和配置成将光耦合到光输入中的光源。这可以用作单个光准直器。
[0027] 本发明还提供了一种准直器布置，其包括多个准直器，每个如上所定义。然后，外形的控制实现更好的镶嵌。
[0028] 每个准直器的外形可以是多边形，其可以与其他准直器镶嵌，并且第二部段包括多边形的每个拐角处的扇形。较大直径的拐角扇形意味着该设计更好地填充多边形，然后可以镶嵌那些多边形(例如三角形、正方形或六边形)。
[0029] 在一个示例中，每个准直器的第二部段包括正方形或矩形内的四个扇形，其中准直器布置成正方形或矩形栅格阵列。然后整体外形可以是大致正方形或矩形。
[0030] 准直器布置的外形可以替代地为圆形或椭圆形，其中每个准直器具有近似直边的内面(使得当镶嵌准直器以形成准直器布置时它们对接在一起)和近似圆形或椭圆形的一部分的外面。
[0031] 准直器布置尤其可以具有圆形外形，并且包括四个准直器。
[0032] 每个准直器然后可以包括:具有三个扇形的第一部段；
具有两个扇形的第二部段，其中第二部段的两个扇形在径向向内方向的每一侧的90度至105度之间。
具有两个扇形的第二部段，其中第二部段的两个扇形在径向向内方向的每一侧的90度至105度之间。
[0033] 这四个准直器被设计成形成2×2栅格，但是整体外形保持大致圆形而不是正方形。
[0034] 第二部段的扇形例如是径向向内方向的每一侧的100度。这提供了填充由四个小圆镶嵌形成的大圆中的间隙的最佳方式。
[0035] 本发明还提供一种照明单元，包括:如上定义的准直器布置；和
配置成将光耦合到准直器布置的每个准直器的光输入中的各自光源。
配置成将光耦合到准直器布置的每个准直器的光输入中的各自光源。
[0037] 现在将参考附图详细描述本发明的示例，其中:图1示出了多个准直器的第一已知布置；
图2示出了用于图1的布置的光输出区域；
图3A-G示出了利用全内反射的已知准直器设计的第一组示例；
图4A-E示出了利用镜面反射的已知准直器设计的第二组示例；
图5A-C示出了依据第一示例的一组准直器设计；
图6示出了使用来自图5的准直器设计的第一镶嵌；
图7示出了使用来自图5的准直器设计的第二镶嵌；
图8示出了使用来自图5的准直器设计的第三镶嵌；
图9示出了使用来自图5的准直器设计的第四镶嵌；
图10示出了用于图7的设计的光输出分布的一个表示；
图11示出了用于图7的设计的光输出分布的另一表示；
图12示出了具有切口和面向切口的槽的准直器；
图13以平面图示出了依据第二示例的准直器设计；
图14以透视图示出了图13的准直器设计；
图15示出了依据第三示例的准直器设计；
图16以平面图示出了依据第四示例的在四个准直器的布置中使用的准直器设计；
图17以透视图示出了图16的准直器布置；和
图18示出了用于图17的设计的光输出分布的一个表示。
图2示出了用于图1的布置的光输出区域；
图3A-G示出了利用全内反射的已知准直器设计的第一组示例；
图4A-E示出了利用镜面反射的已知准直器设计的第二组示例；
图5A-C示出了依据第一示例的一组准直器设计；
图6示出了使用来自图5的准直器设计的第一镶嵌；
图7示出了使用来自图5的准直器设计的第二镶嵌；
图8示出了使用来自图5的准直器设计的第三镶嵌；
图9示出了使用来自图5的准直器设计的第四镶嵌；
图10示出了用于图7的设计的光输出分布的一个表示；
图11示出了用于图7的设计的光输出分布的另一表示；
图12示出了具有切口和面向切口的槽的准直器；
图13以平面图示出了依据第二示例的准直器设计；
图14以透视图示出了图13的准直器设计；
图15示出了依据第三示例的准直器设计；
图16以平面图示出了依据第四示例的在四个准直器的布置中使用的准直器设计；
图17以透视图示出了图16的准直器布置；和
图18示出了用于图17的设计的光输出分布的一个表示。
具体实施方式
[0038] 本发明提供了用于实现准直光输出的非圆形区域或为了实现准直器镶嵌的各种设计。在第一方面，准直器布置包括多个准直器，每个准直器具有圆形的总体外形，在圆形的总体外形中具有一个或多个凹口，其中每个凹口包括以内角相交的一对边缘，并且每个凹口限定一对外角，在这对外角处切口与总体外形相交。准直器被镶嵌，每个内角与相邻准直器的外角之一相邻。另一方面，准直光学结构包括第一部段和第二部段，第一部段包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个扇形，第二部段包括具有较大的第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个扇形。这些扇形一起形成围绕光轴的环形形状，该环形形状具有距光轴的非恒定半径。
[0039] 本发明一般涉及准直器设计的外形。本发明可以利用许多不同的已知准直器类型中的任何一种。
[0040] 图3示出了利用全内反射的已知准直器类型的第一组示例。在每种情况下，光源30围绕光轴方向13 (仅在图3A中示出)向入射开口12提供光至全内反射准直器32。光进入准直光学体，并经历折射率角变化。然后，光到达主体的一个面，在那里存在到外部材料（典型地是空气）的界面，然后经历全内反射。然后光离开主体，或者它可能首先经历一系列全内反射。这些设计都关于光轴13 (即中心轴)旋转对称。如图所示，一些设计利用没有发生内反射的折射部分。例如，图3G的设计具有使用齿形设计和侧向全内反射(TIR)区的中心折射区。
[0041] 不同的设计在如何使用折射和反射来实施期望的准直上有所不同。
[0042] 图4示出了利用镜面反射的已知准直器设计的第二组示例。在所有情况下，光通过具有折射光学体的准直器40，该折射光学体形成准直器的中心部分42，并且另外利用径向外部反射器部分44。这些设计例如增加了准直光束的面积。光同样围绕光轴方向13 (仅在图4A中示出)被提供到入射开口12。
[0043] 因此，合适的准直器类型包括TIR透镜、TIR菲涅耳透镜、折射菲涅耳透镜、RXI透镜(其组合了折射(R)、反射(X)和全内反射(I))，以及侧发射透镜与反射器的组合。准直器一般具有单独的反射器部分和中心部分，LED和准直器的入射部分位于该中心部分。
[0044] 本发明的第一方面提供准直器外部形状的修改以实现镶嵌。“外部形状”是指沿光输出方向观察准直器时的外形，即，如图2所示，面向上观看的准直器的输出形状。
[0045] 用于LED照明的准直器通常是圆形的。出于美观的原因，或者为了没有间隙地排列几个准直器以创建更均匀的外观，其它形状的准直器是可取的。这一方面涉及切口区段的使用，使得准直器可以与它们之间的未点亮间隙的减小区域结合。
[0046] 图5示出了三种不同的准直器设计48a、48b、48c，用于在多个准直器的出射窗口49a、49b、49c的镶嵌布置中使用。在每种情况下，准直器都具有圆形的总体外形，在准直器的出射窗口的圆形总体外形中具有一个或多个切口(或凹口或凹部)。
[0047] 图5A示出了在出射窗口49中具有四个切口50的设计48a。每个切口包括以内角56相交的一对边缘52、54，且每个切口限定一对外角58、60，在这对外角58、60处切口50与总体外形相交。内角优选地为90度，使得形状可以与最小间隙互锁。然而，80至100度的角度就足够了。
[0048] 图5所示的形状是平面图形状，即面向上在准直器的光输出面处看。边缘52、54是平面的，具有图5的进出平面，即平行于总体光输出方向，即准直器的光轴。
[0049] 图5B示出了在出射窗口49b中具有两个切口50的版本48b，而图5C示出了在出射窗口49c中具有一个切口50的版本48c。切口大致朝向光轴延伸，并因此朝向光源光输入延伸，但不是完全径向延伸，因为切口没有到达中心，如可以在图5A中看到的。该切口不移除全内反射准直器的中心腔的部分，因为准直器随后将在切口处泄漏光。
[0050] 准直器被设计成镶嵌，每个内角56与相邻准直器的外角58、60中的一个相邻。每个准直器例如包括全内反射准直器。对于图3和4的示例，切口限于外反射部分，不包括中心光学部分。图3C的设计和特别是图4的设计可以在切口的边缘处提供镜面反射器以保持光进入。对于全内反射光学准直器，切口边缘经由全内反射进行自动反射。因此，切口部分用于准直器设计的反射器或全内反射器部分。
[0051] 每个准直器具有用于接收来自各自光源的光的入射开口，尽管这些未在图5中示出，其仅用于解释形状细节。入射开口可以在例如图1中看到。
[0052] 图6示出了第一种可能的镶嵌，使用如图5C所示的四个具有一个切口的准直器，以及如图5A所示的一个具有四个切口的准直器。所有镶嵌准直器的总体圆形外形相同。准直器一起形成准直器布置60。
[0053] 如图6所示，当镶嵌时，切口在整体区域的中心部分互锁，而准直器布置的外形由个体准直器设计的大致圆形部分限定。对于图6的设计，外形仅由具有一个切口的准直器限定，并且具有四个切口的准直器位于中心。
[0054] 图7示出了使用全都具有相同设计（具有两个切口的图5B的设计）的四个准直器形成准直器布置60的第二种可能的镶嵌。对于图7的设计，外形仅由四个准直器的弯曲外部限定，并且切口都在中心。
[0055] 图8示出了8个准直器形成准直器布置60的设计。两个是如图5A所示的具有四个切口的准直器，四个是如图5B所示的具有两个切口的准直器，两个是如图5B所示的具有一个切口的准直器。这为8个光源提供了更大的大致圆形整体布置。整体外形同样仅由弯曲表面形成。
[0056] 图9示出了十二个准直器形成准直器布置的设计。四个是如图5A所示具有四个切口的准直器，八个是如图5B所示具有两个切口的准直器。这为十二个光源提供了更大的大致圆形整体布置。
[0057] 这些设计实现准直器没有间隙地密排阵列。这创建了不同于已知的使准直器彼此切入的方法的外观。
[0058] 已经发现，在旋转对称的光束中，切口不会造成方形伪影。特别地，图7所示的四个准直器的设计已经使用射线跟踪软件进行了模拟。使用现有的MR16光点准直器，并通过在模拟工具中直接对矩形块进行布尔减法来做出切口。
[0059] 图10示出了包括光轴的一个横截面的强度与角度的关系。分布是对称的。各种截面的相似强度切片显示强度分布是圆形对称的。
[0060] 图11显示了投影到表面上的强度。左侧显示强度为图像，右侧显示不同光强对图案的贡献。输出光束的旋转对称性清晰可见。
[0061] 峰值强度降低了与准直器出射窗口面积中的损耗成比例的因子，这是预期的。如果具有切口的面积被缩放到没有切口的原始准直器出射面积，则可以恢复原始峰值强度。然而，也存在以相同因子的不期望的高度缩放。恢复峰值强度的另一种方法是使用更多的准直器，这是可能的，因为与圆形准直器相比，改进了具有切口的准直器的镶嵌。
[0062] 也可以通过在准直器的入射开口处切出直角槽来获得效率的提高。这些用于优先将光从光源引导到准直器的非切口部分。这些槽用作引导光离开准直器的切口区域的部分。可以使用其它光引导机构来将光从切口部分引导出去。
[0063] 图12示出了准直器具有单个切口50并且槽120面对切口的示例。这意味着引导至切口50的光朝着远离切口的槽面的法线方向折射。对于具有多于一个切口的设计，每个切口可以存在一个这样的槽。
[0064] 本发明的第二方面提供一种准直器设计，包括围绕光轴设置的准直光学结构，其中准直光学结构包括至少两个部段。第一部段包括具有第一直径的第一准直器透镜设计的一个或多个部分，第二部段包括具有较大第二直径的第二准直器透镜设计的一个或多个部分。这些部分是环形形状的不同扇形。然而，一个部段的部分是单个旋转对称设计的一部分。不同的部段具有不同的直径，使得整体形状是非圆形的。
[0065] 图13示出了从上方观察的准直器122的示例。因此，可以看到准直表面，并且光源将位于准直器下方。
[0066] 第一部段130包括四个部分130a至130d。它们基本上是扇形的，尽管由于中心开口，它们没有完全延伸到中心。第二部段132包括同样呈扇形形式的四个部分132a至132d。第二部段具有较大的直径。每个部段的四个扇形成均匀角度地间隔开，结果是存在四个延伸的拐角134扇形，使得整体形状近似正方形。这些部分基本上都是扇形，从而保持旋转对称(在这个示例中为4阶)，并且每个准直器部段的贡献对于距中心不同的径向距离保持相同的比率。
[0067] 扇形之间的接合形成侧壁133。
[0068] 透视图显示在图14中。
[0069] 这种设计实现了更好的正方形栅格阵列的镶嵌，或者如果期望正方形光输出窗口，可以使用单个准直器。特别地，准直器的外形是多边形(在图13的示例中为正方形)，并且第二部段132包括多边形的每个拐角134处的扇形。
[0070] 图13和14的准直器设计基于组合两个单独的准直器设计。然而，可以组合更多的个体准直器设计。每个个体的设计都具有旋转对称性，但直径不同。如果出射表面是平坦的(例如，如图3A和3C所示)，可以组合多个准直器，同时保持连续平滑的出射表面。
[0071] 这在图15中示出，其中三个不同直径的部分150a、150b、150c示出为具有共同的平坦出射表面152。三个不同的半径显示为r1、r2和r3。
[0073] 部段组合的效率与用于区段的基本准直器设计的效率相同。这意味着分段准直器可以具有100 %的几何效率(忽略反射、菲涅耳和吸收损耗)。
[0074] 图16示出了使用四个准直器122的准直器布置158的设计的另一示例，其中一个准直器比其他准直器更清楚地示出。
[0075] 每个准直器122包括具有三个扇形160a、160b、160c的第一最小直径部段160。这些是具有第一最小直径圆形设计的扇形。
[0076] 第二最大直径部段162具有两个扇形162a、162b。第二部段的两个扇形在朝向整体设计中心的径向方向的每一侧处的90度至105度(角度θ)之间。它们是第二大直径圆形设计的扇形。
[0077] 四个准直器呈2×2网格状，但整体外形保持大致圆形而不是正方形。角θ= 100度(至3个有效数字)的角度对应于部分160a、162b，部分160a、162b被定向成朝向圆形的总体外形的相距90度的点。因此，第二部段的两个扇形例如在径向方向的每一侧为100度。这样就提供了一种最佳方式来填充由四个小圆镶嵌而成的大圆中的间隙。
[0078] 因此，每个准直器近似为90度扇形，两个边缘166近似为直的径向边缘，并且90度弧168在外侧。
[0079] 每个准直器还可以包括第三部段，其中第三部段包括五个扇形164a至164e。一个在第二部段的两个扇形162a、162b的每一侧上，并且第五扇形164e径向向内指向。第三部段包括第三准直器透镜设计的扇形，第三准直器透镜具有在第一直径和第二直径之间的第三直径。这意味着期望的90度扇形形状更接近地近似。
[0080] 图16示出了一个具体示例。然而，设计的一般方法也可应用于其他示例。特别地，首先选择准直器的外形(例如正方形)，或者它是从准直器的镶嵌中导出的，例如如图16所示的四分之一圆。
[0081] 至少两个不同直径的准直器(概念上)依据准直器外形的期望半径作为角度θ的函数而被切割和布置。不同直径的扇形被布置成填充完整的准直器。选择的不同直径越多，可以越接近地遵循外形。
[0082] 当使用多个直径扇形时，更大圆形或其他形状中的间隙被更有效地填充。
[0083] 在这种设计中，四个准直器被组合以填充圆形出射孔，并从几乎所有表面发射光。这模仿了单个的光学外观，是受到市场的高度赞赏的。
[0084] 四个准直器中的每一个由三种不同的设计(不同半径)组成，它们彼此组合。三种设计的每一种都具有不同的直径/高度。这三种不同的设计共享相同的腔、相同的中心和相同的出射表面。
[0085] 图17以透视图示出了图16的设计。准直器布置具有平坦的输出表面，并且是基于全内反射准直器的。
[0086] 更多部段的使用可以达到所期望的正方形或矩形孔的更好的近似。射线跟踪建模显示，光分布仍然是圆形的，几乎没有由于全内反射表面的分段而引起的伪影。如果需要，可以以已知的方式添加刻面或纹理，用于光束加宽、平滑化或混色。
[0087] 图18示出了投影到表面上的图16和17的透镜的强度分布。左侧部分将强度显示为图像，右侧部分将强度显示为一个截面的角度函数。不存在起因于分段的可见的伪影。
[0088] 在一些设计中，中心LED腔(例如在图3A、图3B、图3D、图3E、图3F和图3G的设计中)可以在所有部段中相同，并且其余光学表面中仅一个或两个需要在区段之间变化。然而，也可以提供这样的设计，其中一个部段中的所有表面与邻近部段的相应表面不连续。
[0089] 在如图4A和4E所示的侧面发射主透镜的情况下，侧面发射透镜在区段之间可以是相同的，并且仅径向外部反射器部分42需要被径向分段以为每个区段提供不同的直径。
[0090] 上述不同示例中的切口或区段优选具有镜面反射侧壁或边缘。基于全内反射的设计自动限定反射侧壁，但是其他设计可以提供有反射侧壁涂层以将光限制在各自的区域。
[0091] 因此，存在各种不同的方式实施将准直器设计组合成单个准直器。
[0092] 准直器的制造对于本领域技术人员来说将是常规的。举例来说，该设计可以由透明塑料材料注射成型而成。
[0093] 每个准直器例如具有5毫米至25毫米范围内的直径。通过适当选择个体准直器的大小和使用的数量(例如如图6至9所示)，可以选择整体大小。整体大小的最大尺寸例如在5毫米(对于例如图13中的单个准直器)到100毫米的范围内，尽管更大的大小是可能的。对于个体光源使用多个准直器实现将高度保持在最小，例如小于25毫米，且优选小于10毫米。一般来说，高度可以保持为小于每个准直器直径的一半或优选地三分之一。
[0094] 上面概述了实现更好镶嵌的两种不同方法。然而，它们有着相同的概念方法。在所有设计中，每个个体的准直器包括圆形准直器的一个或多个区段，这些区段被基本上平行于光轴(尽管可能具有微小的倾斜角以从注射模具释放产品)的平面内的成对向内延伸的侧壁中断。这些侧壁在总体外圆形状内完全延伸，从而减小准直器的面积以形成中断区。侧壁以小于180度（例如90度或更小）的内角相交。内角可以在圆的中心，或者可以偏移，从而保持准直器的中心部分。
[0095] 因此，本发明还提供了一种准直器，包括:具有光轴(即中心轴)的光入射开口；以及围绕光轴设置的准直光学结构，其中，准直光学结构包括圆形准直器设计的一个或多个区段，这一个或多个区段各被平行于光轴的平面中的一对向内延伸的侧壁中断，其中，侧壁在总体外圆形状内完全延伸，从而形成中断区，并且其中，侧壁以小于180度的内角相交。
[0096] 在准直器布置中，中断区通过与另一准直器镶嵌来填充，或者由准直器本身的另一部分来填充，但是这是不同的圆形对称准直器设计的一部分。以这种方式，中断区是切口，使得至少部分镶嵌成为可能以填充该区域，或者它被不同准直器设计的扇形填充，使得外形适于变成非圆形。因此，在一组设计中，中断区形成凹部，而在另一组设计中，中断区被另一种设计填充以形成径向突起。在所有情况下，得到的外形更容易镶嵌，尽管设计的单个准直器可以单独使用。
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