專利名稱：使用非成像光學系統(tǒng)的led礦燈的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以LED作為光源的礦燈，特別涉及一種使用非成像光學 系統(tǒng)的LED礦燈。
背景技術：
隨著大功率LED的光效不斷提高，使用LED作為礦燈的光源己成為可能。 為了提高光源光能的利用率，以往的設計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現光能分 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 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，但也會使經反射器反射的光線的光路受到影響，導 致配光效果不理想。為了獲得滿意的照明效果，需要設計特殊的光學系統(tǒng)。 發(fā)明內容本發(fā)明是針對現有LED礦燈光路控制缺點導致配光效果不理想的問題， 提出了一種使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，實現了對靠近光軸的和遠離光 軸的光線的光路的獨立控制， 一方面使照明區(qū)域內照度的分布更加易于調整， 另一方面使主光源發(fā)出的光可以得到更加有效的利用。本發(fā)明的技術方案為 一種使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，包括非成像 光學系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，所述光學系統(tǒng)包括非球面復合透鏡、 自由曲面反射器，非球面復合透鏡位于自由曲面反射器的內部空間中，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；電路板和光學系統(tǒng)的非球面復合透鏡、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合透鏡的圓柱形空腔內，主光源的 光軸與非球面復合透鏡和自由曲面反射器的對稱軸重合，固定在一起的光學 系統(tǒng)和照明電路組件作為一個整體安裝在外殼部件中。所述非球面復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，內表面為平面，外表面為自由曲面，支座內部為空心的，用于容納 主光源和固定支撐。非球面復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，能夠對遠離光軸的光線的光路 進行準確控制，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平板、上密封圈、下密封圈、套圈以及底座， 固定在一起的光學系統(tǒng)和照明電路組件作為一個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平板， 套圈扣在透明保護平板上，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。非球面復合透鏡具有特殊結構，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，內表面為平面，外表面為自由曲面。支座 內部為空心的，用于容納主光源，支座進一步分為上、下兩部分，上部內外 表面均為圓柱面，下部具有用于定位和連接的結構。非球面復合透鏡的凸透 鏡體部分，其特征是外表面采用自由曲面，可以根據配光要求進行設計，用 于對靠近光軸的光線進行光路控制。非球面復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，另一方面允許遠離光軸的光線透射， 以便使用自由曲面反射器對遠離光軸的光線進行光路控制。光學系統(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 配光要求進行設計，能夠對遠離光軸的光線的光路進行準確控制。使用上述光學系統(tǒng)的LED礦燈的特征是，通過將非球面復合透鏡置于自由 曲面反射器的內部空間中，使經過反射器反射后的光線不會再受到復合透鏡 的作用。從而實現對靠近光軸的光線和遠離光軸的光線的光路相對獨立的控 制。本發(fā)明的有益效果在于使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，由于復合透 鏡的凸面和反射器的反射面均是根據配光要求設計的自由曲面，并且靠近光 軸的光線和遠離光軸的光線分別由復合透鏡和自由曲面反射器獨立控制，因 此可以更加準確地控制照明區(qū)域的大小以及照明區(qū)域內的照度分布，從而提 高光能的利用率，并得到更好的視覺效果。


圖1是本發(fā)明使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈結構示意圖，使用非成像光 學系統(tǒng)的LED礦燈由非成像光學系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件組成。其中， 非成像光學系統(tǒng)包括非球面復合透鏡4、自由曲面反射器5和基座11，非球 面復合透鏡4位于自由曲面反射器5的內部空間中，非球面復合透鏡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位于非球面復合透鏡4的圓柱形空腔內，主光源2的光軸與非球面復合透鏡4和自由曲面反射器5的對稱軸重合,并且使主光源2、 非球面復合透鏡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構，直接把主光源電 路板和復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系統(tǒng)和照明電路組件作為一個整體安裝在外殼部 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 合透鏡4和自由曲面反射器5之間的相對位置不會發(fā)生變化，確保在照明區(qū) 域中得到與設計效果一致的、穩(wěn)定的照度分布。自由曲面反射器5正上方放 上透明保護平板6，套圈8扣在透明保護平板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，結構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， 內表面為平面，外表面為自由曲面。支座內部為空心的，用于容納主光源， 支座進一步分為上、下兩部分，上部內外表面均為圓柱面，下部具有用于定 位和連接的結構?？梢允褂貌ＡЩ蛲该鞯臉渲牧现圃靗)使用玻璃材料時， 可采用澆注和研磨的方法加工。2)使用透明的樹脂材料時，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1)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?；?1可以使用金屬或非金屬材料制造。當使用金屬材料制造時，可以 通過導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系統(tǒng)，也可以 沒有一次光學系統(tǒng)。當使用具有一次光學系統(tǒng)的LED時，將輔助光源3置于 復合透鏡4的外部(如附圖所示)；當使用沒有一次光學系統(tǒng)的LED時，可以 將輔助光源和主光源均放置于復合透鏡4的空腔中，主光源的光軸與復合透 鏡4和自由曲面反射器5的對稱軸重合， 一個或數個輔助光源置于主光源的 周圍。
權利要求
1、一種使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，包括非成像光學系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，其特征在于所述非成像光學系統(tǒng)包括非球面復合透鏡、自由曲面反射器，非球面復合透鏡位于自由曲面反射器的內部空間中，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；電路板和光學系統(tǒng)的非球面復合透鏡、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合透鏡的圓柱形空腔內，主光源的光軸與非球面復合透鏡和自由曲面反射器的對稱軸重合，固定在一起的光學系統(tǒng)和照明電路組件作為一個整體安裝在外殼部件中。
2、 根據權利要求1所述的使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述非 球面復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 表面為平面，外表面為自由曲面，支座內部為空心的，用于容納主光源和固 定支撐。
3、 根據權利要求1所述的使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述非 球面復合透鏡使用玻璃或透明的樹脂材料制造。
4、 根據權利要求1所述的使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述 自由曲面反射器表面采用自由曲面，能夠對遠離光軸的光線的光路進行準確 控制，反射器表面采用研磨或鍍膜的方法提高反射率。
5、 根據權利要求1所述的使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，其特征在于所述 外殼部件包括透明保護平板、上密封圈、下密封圈、套圈以及底座，固定在 一起的光學系統(tǒng)和照明電路組件作為一個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平板，套圈扣在透明保護平板上，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。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用非成像光學系統(tǒng)的LED礦燈，包括非成像光學系統(tǒng)、外殼部件和照明電路部件，礦燈采用非球面復合透鏡和自由曲面反射器構成光學系統(tǒng)，由于使用的復合透鏡的凸面和反射器的反射面均是根據配光要求設計的自由曲面，并且靠近光軸的光線和遠離光軸的光線分別由復合透鏡和自由曲面反射器獨立控制，因此可以更加準確地控制照明區(qū)域的大小以及照明區(qū)域內的照度分布，從而提高光能的利用率，并得到更好的視覺效果。
文檔編號F21W131/402GK101240886SQ200810034440
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月11日 優(yōu)先權日2008年3月11日
發(fā)明者戴曙光, 施偉斌, 王康平, 陳祥熙 申請人:上海理工大學