專利名稱：使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的led礦燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以LED作為光源的礦燈，特別涉及一種使用非成像 光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈。
背景技術(shù)：
隨著大功率LED的光效不斷提高，使用LED作為礦燈的光源已成為可能。 為了提高光源光能的利用率，以往的設(shè)計(jì)方案一般采用二次曲面(如拋物面) 反射器匯聚光線，或使用二次曲面反射器與球面透鏡配合的方式實(shí)現(xiàn)光能分 配。僅使用二次曲面反射器的方法不能控制靠近光軸的光線的光路，而且簡(jiǎn) 單的二次曲面在很多情況下不能滿足配光要求。在使用拋物面反射器與球面 透鏡配合的方法中，普遍采用在出光孔位置安裝透鏡的方案，雖然可以控制 靠近光軸的光線的光路，但也會(huì)使經(jīng)反射器反射的光線的光路受到影響，導(dǎo) 致配光效果不理想。為了獲得滿意的照明效果，需要設(shè)計(jì)特殊的光學(xué)系統(tǒng)。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)現(xiàn)有LED礦燈光路控制缺點(diǎn)導(dǎo)致配光效果不理想的問 題，提出了一種使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，實(shí)現(xiàn)了對(duì)靠近光軸的和遠(yuǎn) 離光軸的光線的光路的獨(dú)立控制， 一方面使照明區(qū)域內(nèi)照度的分布更加易于 調(diào)整，另一方面使主光源發(fā)出的光可以得到更加有效的利用。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案為 一種使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，包括非 成像光學(xué)系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，所述光學(xué)系統(tǒng)包括非球面復(fù)合透 鏡、自由曲面反射器，非球面復(fù)合透鏡位于自由曲面反射器的內(nèi)部空間中， 所述照明電路部件包括主光源、輔助光源和電路板，主光源、輔助光源分別固定在電路板上；電路板和光學(xué)系統(tǒng)的非球面復(fù)合透鏡、自由曲面反射器固 定在一起，使電路板上的主光源位于非球面復(fù)合透鏡的圓柱形空腔內(nèi)，主光 源的光軸與非球面復(fù)合透鏡和自由曲面反射器的對(duì)稱軸重合，固定在一起的 光學(xué)系統(tǒng)和照明電路組件作為一個(gè)整體安裝在外殼部件中。
所述非球面復(fù)合透鏡分為凸透鏡體和支座兩部分，凸透鏡體采用平凸透 鏡形式，內(nèi)表面為平面，外表面為自由曲面，支座內(nèi)部為空心的，用于容納 主光源和固定支撐。非球面復(fù)合透鏡使用玻璃或透明的樹脂材料制造。
所述自由曲面反射器表面采用自由曲面，能夠?qū)h(yuǎn)離光軸的光線的光路 進(jìn)行準(zhǔn)確控制，反射器表面采用研磨或鍍膜的方法提高反射率。
所述外殼部件包括透明保護(hù)平板、上密封圈、下密封圈、套圈以及底座， 固定在一起的光學(xué)系統(tǒng)和照明電路組件作為一個(gè)整體安裝在外殼部件中，中 間接觸面加下密封圈防水密封，自由曲面反射器正上方放上透明保護(hù)平板， 套圈扣在透明保護(hù)平板上，兩者之間用上密封圈防水密封，套圈和底座之間 采用螺紋連接。
非球面復(fù)合透鏡具有特殊結(jié)構(gòu)，從功能上可以分為凸透鏡體和支座兩部 分。凸透鏡體采用平凸透鏡形式，內(nèi)表面為平面，外表面為自由曲面。支座 內(nèi)部為空心的，用于容納主光源，支座進(jìn)一步分為上、下兩部分，上部?jī)?nèi)外 表面均為圓柱面，下部具有用于定位和連接的結(jié)構(gòu)。非球面復(fù)合透鏡的凸透 鏡體部分，其特征是外表面采用自由曲面，可以根據(jù)配光要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，用 于對(duì)靠近光軸的光線進(jìn)行光路控制。非球面復(fù)合透鏡的圓柱形支座部分一方 面具有支撐和連接凸透鏡體部分的功能，另一方面允許遠(yuǎn)離光軸的光線透射， 以便使用自由曲面反射器對(duì)遠(yuǎn)離光軸的光線進(jìn)行光路控制。光學(xué)系統(tǒng)中的反射器，其特征是反射表面采用自由曲面，曲面形狀根據(jù) 配光要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠?qū)h(yuǎn)離光軸的光線的光路進(jìn)行準(zhǔn)確控制。
使用上述光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈的特征是，通過將非球面復(fù)合透鏡置于自由 曲面反射器的內(nèi)部空間中，使經(jīng)過反射器反射后的光線不會(huì)再受到復(fù)合透鏡 的作用。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)靠近光軸的光線和遠(yuǎn)離光軸的光線的光路相對(duì)獨(dú)立的控 制。
本實(shí)用新型的有益效果在于使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，由于復(fù) 合透鏡的凸面和反射器的反射面均是根據(jù)配光要求設(shè)計(jì)的自由曲面，并且靠 近光軸的光線和遠(yuǎn)離光軸的光線分別由復(fù)合透鏡和自由曲面反射器獨(dú)立控 制，因此可以更加準(zhǔn)確地控制照明區(qū)域的大小以及照明區(qū)域內(nèi)的照度分布， 從而提高光能的利用率，并得到更好的視覺效果。
圖1是本實(shí)用新型使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈結(jié)構(gòu)示意圖，使用非成像光 學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈由非成像光學(xué)系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件組成。其中， 非成像光學(xué)系統(tǒng)包括非球面復(fù)合透鏡4、自由曲面反射器5和基座11，非球 面復(fù)合透鏡4位于自由曲面反射器5的內(nèi)部空間中，非球面復(fù)合透鏡4、自由 曲面反射器5分別定為固定在基座11上；照明電路部件包括大功率LED主光 源2、輔助光源3和電路板1，大功率LED主光源2、輔助光源3分別焊接固 定在電路板1上；電路板1位于基座11下面和基座11連接固定在一起，使 電路板1上的主光源2位于非球面復(fù)合透鏡4的圓柱形空腔內(nèi)，主光源2的光軸與非球面復(fù)合透鏡4和自由曲面反射器5的對(duì)稱軸重合，并且使主光源2、 非球面復(fù)合透鏡4和自由曲面反射器5相互之間沿軸線方向具有足夠的位置 精度。也可以將自由曲面反射器的底部做成定位連接結(jié)構(gòu)，直接把主光源電 路板和復(fù)合透鏡固定在自由曲面反射器的底部。
外殼部件包括透明保護(hù)平板6、上密封圈7、下密封圈9、套圈8以及底 座10。將固定在一起的光學(xué)系統(tǒng)和照明電路組件作為一個(gè)整體安裝在外殼部 件中，中間接觸面加下密封圈9密封，這樣，在安裝和使用過程中光源2、復(fù) 合透鏡4和自由曲面反射器5之間的相對(duì)位置不會(huì)發(fā)生變化，確保在照明區(qū) 域中得到與設(shè)計(jì)效果一致的、穩(wěn)定的照度分布。自由曲面反射器5正上方放 上透明保護(hù)平板6，套圈8扣在透明保護(hù)平板6上，兩者之間用上密封圈7密 封，最后套圈和底座之間可以采用螺紋連接，結(jié)構(gòu)上保證了防水密封的功效。
非球面透鏡4分為凸透鏡體和支座兩部分，凸透鏡體采用平凸透鏡形式， 內(nèi)表面為平面，外表面為自由曲面。支座內(nèi)部為空心的，用于容納主光源， 支座進(jìn)一步分為上、下兩部分，上部?jī)?nèi)外表面均為圓柱面，下部具有用于定 位和連接的結(jié)構(gòu)?？梢允褂貌ＡЩ蛲该鞯臉渲牧现圃靗)使用玻璃材料時(shí)， 可采用澆注和研磨的方法加工。2)使用透明的樹脂材料時(shí)，采用注塑的方法 加工。
自由曲面反射器5表面采用自由曲面，可以使用不同的方法制造l)使 用塑料注塑成型，反射表面鍍膜以提高反射率。2)使用金屬材料沖壓成型， 反射表面采用研磨或鍍膜的方法提高反射率。
基座ll可以使用金屬或非金屬材料制造。當(dāng)使用金屬材料制造時(shí)，可以 通過導(dǎo)熱元件與光源的散熱部件連接，起到散熱作用。上述的LED礦燈所使用大功率LED光源可以具有一次光學(xué)系統(tǒng)，也可以 沒有一次光學(xué)系統(tǒng)。當(dāng)使用具有一次光學(xué)系統(tǒng)的LED時(shí)，將輔助光源3置于 復(fù)合透鏡4的外部(如附圖所示)；當(dāng)使用沒有一次光學(xué)系統(tǒng)的LED時(shí)，可以 將輔助光源和主光源均放置于復(fù)合透鏡4的空腔中，主光源的光軸與復(fù)合透 鏡4和自由曲面反射器5的對(duì)稱軸重合， 一個(gè)或數(shù)個(gè)輔助光源置于主光源的 周圍。
權(quán)利要求1、一種使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，包括非成像光學(xué)系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，其特征在于所述非成像光學(xué)系統(tǒng)包括非球面復(fù)合透鏡、自由曲面反射器，非球面復(fù)合透鏡位于自由曲面反射器的內(nèi)部空間中，所述照明電路部件包括主光源、輔助光源和電路板，主光源、輔助光源分別固定在電路板上；電路板和光學(xué)系統(tǒng)的非球面復(fù)合透鏡、自由曲面反射器固定在一起，使電路板上的主光源位于非球面復(fù)合透鏡的圓柱形空腔內(nèi)，主光源的光軸與非球面復(fù)合透鏡和自由曲面反射器的對(duì)稱軸重合，固定在一起的光學(xué)系統(tǒng)和照明電路組件作為一個(gè)整體安裝在外殼部件中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述非 球面復(fù)合透鏡分為凸透鏡體和支座兩部分，凸透鏡體采用平凸透鏡形式，內(nèi) 表面為平面，外表面為自由曲面，支座內(nèi)部為空心的，用于容納主光源和固 定支撐。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述非 球面復(fù)合透鏡使用玻璃或透明的樹脂材料制造。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述 外殼部件包括透明保護(hù)平板、上密封圈、下密封圈、套圈以及底座，固定在 一起的光學(xué)系統(tǒng)和照明電路組件作為一個(gè)整體安裝在外殼部件中，中間接觸 面加下密封圈防水密封，自由曲面反射器正上方放上透明保護(hù)平板，套圈扣 在透明保護(hù)平板上，兩者之間用上密封圈防水密封，套圈和底座之間采用螺 紋連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種使用非成像光學(xué)系統(tǒng)的LED礦燈，包括非成像光學(xué)系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，礦燈采用非球面復(fù)合透鏡和自由曲面反射器構(gòu)成光學(xué)系統(tǒng)，由于使用的復(fù)合透鏡的凸面和反射器的反射面均是根據(jù)配光要求設(shè)計(jì)的自由曲面，并且靠近光軸的光線和遠(yuǎn)離光軸的光線分別由復(fù)合透鏡和自由曲面反射器獨(dú)立控制，因此可以更加準(zhǔn)確地控制照明區(qū)域的大小以及照明區(qū)域內(nèi)的照度分布，從而提高光能的利用率，并得到更好的視覺效果。
文檔編號(hào)F21V7/04GK201228926SQ20082005606
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者戴曙光, 施偉斌, 王康平, 陳祥熙 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)