專(zhuān)利名稱(chēng)：Led聚光燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以LED作為光源的LED聚光燈，具體地涉及包含棒透 鏡的LED聚光燈。
背景技術(shù)：
LED(發(fā)光二極管)具有諸如功耗低、壽命長(zhǎng)、發(fā)熱少、響應(yīng)快及省 空間等特點(diǎn)。因此，LED在照明應(yīng)用中被廣泛使用，在其中LED被作為 光源使用，以及在從交通信號(hào)燈到汽車(chē)頭燈的應(yīng)用中，LED已被發(fā)現(xiàn)是 實(shí)用的。一方面，來(lái)自LED的光具有光強(qiáng)度基于光出射角而改變的特點(diǎn)。 因此，相比于使用電燈泡的情況，難以通過(guò)使用反射鏡來(lái)控制光分布。 此外，因?yàn)閬?lái)自LED的光具有高定向性和急劇(sharp)的光譜，該光 線由于LED的這種性質(zhì)而難于混合。由于這種性質(zhì)，在使用紅、綠和藍(lán) LED的白色LED光的情況中，當(dāng)顏色沒(méi)有被充分混合時(shí)，基于視角將看 到不同的顏色。此外，作為本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，存在一種白光源，其藍(lán)色發(fā) 光元件被諸如包含熒光物質(zhì)的透明包裝所封裝，而受輸入藍(lán)色光激發(fā) 的黃色熒光物質(zhì)發(fā)出的光與輸入藍(lán)色光混合以發(fā)出白色光。而且在這 種情況下，基于目標(biāo)是如何被來(lái)自LED的光照射而會(huì)產(chǎn)生顏色不均。為解決這個(gè)問(wèn)題，日本專(zhuān)利特開(kāi)第2003-262795號(hào)公開(kāi)了一種使用固態(tài)光源的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于使用了通過(guò)采用棒透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn) 單結(jié)構(gòu)，從而能夠輸出具有均勻光強(qiáng)度分布的光。同樣，日本專(zhuān)利特開(kāi)第2004-212469號(hào)公開(kāi)了一種照明系統(tǒng)，其使用多個(gè)LED燈，且這些光束被輸入到棒透鏡以提供具有高光強(qiáng)度的均勻出射光。此外，日本 專(zhuān)利特開(kāi)第2004-226509號(hào)公開(kāi)了一種使用LED作為光源的、用于寬廣 地輻射光線的頻閃儀。在LED被用于照明的應(yīng)用中，其已具有了越來(lái)越廣的應(yīng)用范圍， 但仍沒(méi)有公開(kāi)LED被用于聚光燈以解決上述問(wèn)題的案例。日本專(zhuān)利特幵第2003-262795號(hào)中的發(fā)明涉及點(diǎn)亮投影儀中的電 燈泡，以及通過(guò)圓柱鏡調(diào)整來(lái)自棒透鏡的出射光以吻合燈泡的屏幕高 寬比(aspect ratio )。日本專(zhuān)利特開(kāi)第2004-212469號(hào)中的發(fā)明公開(kāi)了使用多個(gè)LED燈， 并將光束輸入提供具有高光強(qiáng)度的均勻出射光的棒積分器，但沒(méi)有陳 述聚光燈的形成。在日本專(zhuān)利特幵第2004-226509號(hào)的發(fā)明中使用了LED，并通過(guò)使 用反射鏡，擴(kuò)散板和凹透鏡來(lái)使光線被寬廣照射。然而，這些文件都沒(méi)有陳述將所照射的光匯集到聚光燈中。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于基于來(lái)自LED源的光提供具有不帶任何顏色 不均白光的聚光燈。本發(fā)明的LED聚光燈包括使用LED的光源、使來(lái)自入射端面的入 射光束變得均勻之后從出射端面發(fā)出均勻光束的棒透鏡、用于將來(lái)自 光源的出射光線會(huì)聚到棒透鏡的入射端面上的第一聚光裝置、以及用于會(huì)聚來(lái)自棒透鏡的出射光線的第二聚光裝置。棒透鏡可以是四棱錐形棒透鏡，其橫截面由入射端面收斂到出射 端面。此外，棒透鏡可能是四棱柱型的棒透鏡，其整體長(zhǎng)度是入射端面 的邊的長(zhǎng)度的15倍或更多。同樣，使用LED的光源可能是紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管是整體成形 的光源，且第一聚光裝置可能是用于將集成的紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管 的出射光線會(huì)聚到棒透鏡的入射端面的透鏡。此外，使用LED的光源可以是獨(dú)立提供紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管的 光源，且第一聚光裝置可能包括用于會(huì)聚各來(lái)自獨(dú)立的紅、綠和藍(lán)發(fā) 光二極管的出射光線的透鏡。 一個(gè)用于將來(lái)自上述透鏡的各出射光線 收集到棒透鏡的入射端面上的交叉雙色鏡，以及一個(gè)用于將來(lái)自交叉 雙色鏡的出射光線會(huì)聚到棒透鏡的入射端面上的透鏡。同樣，使用LED的光源可以是白色光源，其中藍(lán)色LED被包含熒 光物質(zhì)的透明粘合劑所封裝，且第一聚光裝置可能是用于將來(lái)自白色 光源的出射光線會(huì)聚到棒透鏡的入口端面上的透鏡。第二聚光裝置可能是反射鏡或透鏡。根據(jù)本發(fā)明，光線穿過(guò)包含具有小面積出射端的棒透鏡能夠提供 由完全的漫射光形成的點(diǎn)光源，從而使設(shè)計(jì)聚光燈變得容易。同樣，根據(jù)本發(fā)明，即使使用了R， G和B三種顏色的LED，來(lái)自 LED的光被用作激勵(lì)光，以及即使當(dāng)從熒光物質(zhì)中獲得白光時(shí)，光將穿 過(guò)棒透鏡，因此能夠降低顏色不均。本發(fā)明使用了如下配置，其中來(lái)自LED的光被聚光裝置收集到某 一點(diǎn)，在形成焦點(diǎn)的位置安裝了棒透鏡，且棒透鏡前方包含了具有小 面積的出射端，提供反射鏡或透鏡以會(huì)聚光。根據(jù)該配置，在本申請(qǐng) 中公開(kāi)的發(fā)明可以提供由完全的漫射光所形成的點(diǎn)光源，且能充分混 合顏色，因此具有提供不帶顏色不均的白光聚光燈的優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明第一示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖； 圖2是本發(fā)明第二示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖； 圖3是本發(fā)明第三示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖；以及圖4是本發(fā)明第四示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
接下來(lái)，將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例。圖l是本 發(fā)明第一示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的LED聚光燈l包括RGB-LED光源ll， 光源單元IO，錐形棒透鏡21，反射鏡31，以及外殼41。光源單元10具有第一聚光透鏡12。第一聚光透鏡12是用于將來(lái)自 RGB-LED光源11所投射的混色光束會(huì)聚到棒透鏡21的入射面上的第一 聚光裝置。錐形棒透鏡21是其橫截面朝著出射面收斂的錐型透鏡。反 射鏡31會(huì)聚從錐形棒透鏡21的出射面出射的出射光線，從而形成點(diǎn)光 源51。此處，第一聚光裝置被描述成聚光透鏡，但也可以使用反射鏡。通過(guò)開(kāi)關(guān)，將來(lái)自電源(未示出)的電流供給RGB-LED光源ll。錐形棒透鏡21的圓周壁是反射表面，且入射到錐形棒透鏡21的光束在前進(jìn)的同時(shí)在內(nèi)部被反復(fù)反射若干次。因此，在錐形棒透鏡21出射端處的亮度不均被降低，且光束從狹窄的出射端出射作為點(diǎn)光源51。如上所述，來(lái)自LED的光具有高定向性和急劇的光譜，且因?yàn)長(zhǎng)ED 的性質(zhì)，光是難以混合的。由于這種性質(zhì)，存在這樣的問(wèn)題在使用 紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管的白色LED光的情況中，當(dāng)顏色沒(méi)有被充分混合時(shí)，基于視角將看到不同的顏色。然而，將光束通過(guò)錐形棒透鏡21傳播加速了顏色混合，使得從LED出射的每種顏色的光的強(qiáng)度沒(méi)有局部集中。因此，入射到錐形棒透鏡 21的光束從錐形棒透鏡21被發(fā)射作為其顏色從任何方向看都是相同顏色的白光。通過(guò)作為第二聚光裝置的反射鏡31，從錐形棒透鏡21出射作為點(diǎn) 光源51的光被會(huì)聚為錐形棒透鏡21的軸向上的聚光。在第一示例性實(shí)施例中，光源被描述為由紅、綠和藍(lán)LED構(gòu)成的 RGB-LED光源ll，但本發(fā)明并不限于此。本發(fā)明還能夠應(yīng)用于這樣的白光源，其藍(lán)色發(fā)光元件被包含黃色 熒光物質(zhì)的透明包裝所封裝，且由藍(lán)色發(fā)光元件發(fā)出的藍(lán)光與被輸入 的藍(lán)色光激發(fā)的熒光物質(zhì)發(fā)出的光相互混合以發(fā)出白光。同樣在這種 情況下，通過(guò)將光經(jīng)過(guò)棒透鏡21傳播，能夠在出射端處降低由于來(lái)自 LED的光的照射方式而產(chǎn)生的顏色不均。接下來(lái)，將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例。圖2是本 發(fā)明第二示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。第二示例性實(shí)施例的LED聚光燈2具有與第一示例性實(shí)施例相同 的結(jié)構(gòu)和功能，除了棱錐形棒透鏡21被替換成狹長(zhǎng)的矩形棒透鏡22，其整體長(zhǎng)度是入射端面的邊的長(zhǎng)度的15倍或更多。然后，在后續(xù)的描 述中，使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)代表相同的部件，且將省略描述。在第二示例性實(shí)施例中，通過(guò)聚光透鏡12入射到矩形棒透鏡22的 入射端上的光束在前進(jìn)的同時(shí)在狹長(zhǎng)的矩形棒透鏡22內(nèi)被反復(fù)反射若 干次。因此，矩形棒透鏡22的出射端的亮度不均被降低，且光束從狹 窄出射端出射作為點(diǎn)光源51。接下來(lái)，將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例。圖3是本 發(fā)明第三示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。第三示例性實(shí)施例的LED聚光燈3具有與第一示例性實(shí)施例相同 的結(jié)構(gòu)和功能，除了第二聚光裝置由反射鏡31被替換成第二聚光透鏡 32。以后使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)代表相同的部件，且將省略描述。在第三示例性實(shí)施例中，從棱錐形棒透鏡21的出射面作為點(diǎn)光源 51出射的出射光線在棱錐形棒透鏡21的軸向上通過(guò)第二聚光透鏡32會(huì) 聚成聚光。在這種情況下，透鏡軸向上的第二聚光透鏡32的可移動(dòng)結(jié) 構(gòu)可被用于移動(dòng)第二聚光透鏡32的聚焦位置。此處，棱錐形棒透鏡21 可以是第二示例性實(shí)施例中的矩形棒透鏡22。接下來(lái)，將參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的第四示例性實(shí)施例。圖4是本 發(fā)明第四示例性實(shí)施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。在第四示例性實(shí)施例的LED聚光燈4中，第一示例性實(shí)施例光源單 元10被替換成光源單元60。光源單元60包含分別在三個(gè)方向上發(fā)射光的R (紅)、G (綠)和 B (藍(lán))光源單元61R、 61G和61B的組合，交叉雙色鏡63，用于將來(lái)自 每個(gè)光源單元的出射光線匯集到一個(gè)方向上，以及聚光透鏡64。對(duì)于其他部件，本示例性實(shí)施例具有與第一示例性實(shí)施例相同的 結(jié)構(gòu)和功能。使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)代表相同的部件，且將省略描述。R (紅)光源單元61R、 G (綠)光源單元61G和B (藍(lán))光源單元 61B分別包含R-LED光源62R、 G-LED光源62G及B-LED光源62B和透 鏡。綠光，藍(lán)光和紅光，各自從各個(gè)光源出射，被各自的透鏡會(huì)聚， 從而進(jìn)入交叉雙色鏡63的入射面。匯集這些入射光束以從出射面進(jìn)入 聚光透鏡64，然后進(jìn)入棱錐形棒透鏡21的入射面。在圖4中，已提供了這樣的描述，其引用了將圖l中第一示例性實(shí) 施例的光源單元10替換成光源單元60的例子，此外第二和第三示例性 實(shí)施例的光源單元10可以被替換成光源單元60。在第四示例性實(shí)施例中，光源單元被劃分成獨(dú)立的R、 G和B單元， 從而提升了LED的輸出功率以加強(qiáng)點(diǎn)光源的照度。在上述各個(gè)示例性實(shí)施例中，棒透鏡被描述成棱錐形樣式或者狹 長(zhǎng)矩形棒的樣式，但也可使用透明的圓錐形樣式或圓柱形樣式。
權(quán)利要求
1.一種LED聚光燈，其包括使用LED的光源；棒透鏡，其用于在使來(lái)自入射端面的入射光束均勻之后從出射端面發(fā)出均勻光束；第一聚光裝置，其用于將來(lái)自所述光源的出射光線會(huì)聚到所述棒透鏡的入射端面上，以及第二聚光裝置，其用于會(huì)聚來(lái)自所述棒透鏡的出射光線。
2. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中所述棒透鏡是四棱錐型的棒透鏡，其橫截面面積從所述入射端面 向所述出射端面收斂。
3. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中所述棒透鏡是四棱柱型棒透鏡，其整體長(zhǎng)度是所述入射端面的邊 的長(zhǎng)度的15倍或更多。
4. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中使用LED的所述光源是紅、綠和藍(lán)LED整體成形的光源，且 所述第一聚光裝置是將來(lái)自所集成的紅、綠和藍(lán)LED的出射光線 會(huì)聚到所述棒透鏡的所述入射端面上的透鏡。
5. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中使用LED的光源是單獨(dú)提供紅、綠和藍(lán)LED的光源，且 所述第一聚光裝置包括透鏡，用于會(huì)聚來(lái)自所述單獨(dú)的紅、綠 和藍(lán)LED的每個(gè)出射光線；交叉雙色鏡透鏡，用于將來(lái)自所述透鏡的 各個(gè)出射光線向所述棒透鏡的所述入射端面匯集；以及用于將來(lái)自所 述交叉雙色鏡透鏡的出射光線會(huì)聚到所述棒透鏡的所述入射端面上的 透鏡。
6. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中使用LED的光源是白色光源，其中藍(lán)色LED被包含熒光物質(zhì)的 透明包裝所封裝，且所述第一聚光裝置是將來(lái)自所述白色光源的出射光線會(huì)聚到所述 棒透鏡的所述入射端面上的透鏡。
7. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中 所述第二聚光裝置是反射鏡。
8. 如權(quán)利要求1的所述LED聚光燈，其中 所述第二聚光裝置是透鏡。
全文摘要
LED聚光燈包括包括由紅、綠和藍(lán)發(fā)光二極管構(gòu)成的RGB-LED光源以及用于將投射自RGB-LED光源的混色光束會(huì)聚到棒透鏡的入射端面的聚光透鏡；錐形棒透鏡，其橫截面從入射端面收斂到出射端面；用于將從錐形棒透鏡的出射面作為點(diǎn)光源出射的出射光會(huì)聚到錐形棒透鏡的軸線上的反射鏡。入射到錐形棒透鏡的光束在前進(jìn)的同時(shí)在內(nèi)部被反復(fù)反射若干次，從而降低了在棒透鏡出射端處的亮度不均并加快了顏色混合，使得光束作為顏色從任何方向看都是相同顏色的白光點(diǎn)光源出射，且光束被反射鏡會(huì)聚成錐形棒透鏡的軸線上的聚光。
文檔編號(hào)F21V5/04GK101270863SQ20081008711
公開(kāi)日2008年9月24日 申請(qǐng)日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月19日
發(fā)明者金周作 申請(qǐng)人:Nec照明株式會(huì)社