專利名稱：一種自由曲面透鏡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自由曲面透鏡，尤其是能改變以大功率LED為光源的燈具的光分 布，實現預設的配光效果的自由曲面透鏡。
背景技術：
目前，以大功率LED為光源的燈具一般都采用將LED固定在帶有散熱片的散熱 裝置上，并用反光罩對LED發出的光進行反射做成燈具，或根據LED發出的光線和其 它點光源發光相比方向性比較一致、光線比較集中射向出光面前方的特性，在LED 照射方向加一透鏡來改變光分布。透鏡一般采用傳統概念的凸透鏡，這兩種結構無 法實現多樣化的光分布改變，只能實現圓形范圍的聚光和散光，滿足不了作為不同 用途照明燈具所需要的配光要求。
發明內容
本發明的目的是，提供一種LED燈具用的透鏡,為使大功率LED燈具能根據不同 用途、不同配光需要，達到其最佳配光效果。
本發明為解決其技術問題所采用的技術方案是 一種用于LED燈具的自由曲面 透鏡，其特征在于，采用單芯片封裝或多芯片集成封裝的大功率LED為光源的燈具， 在LED照射方向的位置設置自由曲面透鏡2，光線從自由曲面透鏡2的一側射入，經 折射后由另一側表面射出，自由曲面透鏡2的光線射入面和出光面可以是由不同形 狀、不同曲度的凸面和凹面組合而成的連續的光滑的曲面。改變射入面的表面形狀 和曲度能改變光線的入射角度，改變出光面的表面形狀和曲度能改變折射光線的照 射方向，根據這一特性來設計透鏡的射入面和出光面的表面形狀和曲度，實現對LED 發出的光通過透鏡后改變其照射方向和光分布，達到預設的配光效果，從而滿足不 同用途燈具的多樣性配光需要。
本發明提供一種自由曲面透鏡對以LED為光源的燈具進行改變配光，從而實現
了根據不同光分布需要進行準確有效地配光。
本發明的工作原理是，LED3發光工作時，光線通過自由曲面透鏡2照射出去，該自由曲面透鏡可以有效地將LED3發出的光通過其折射改變照射方向來進行多方 向多角度照射。當光線射向透鏡，其中一部分直接經折射穿過透鏡，還有一部分會 在透鏡表面形成反射，尤其是空心的透鏡，反射后又會以新的入射角度穿射透鏡。 在本發明不同的自由曲面透鏡所產生的折射作用下，將LED3發出的光通過自由曲面 透鏡2后達到需要的配光效果。
本發明的有益效果是根據光的折射定律，利用自由扭面透鏡能對通過的光線 進行改變方向的特性，對光的照射方向有目的地進行改變，可以改變透鏡出光面的 表面形狀和曲度以及光線射入面的形狀和曲度來改變光線的入射角度和折射光線的 照射方向，從而實現改變LED燈具的光線照射角度、范圍以及光分布。將LED發出 的光通過自由曲面透鏡后，會在設定的不同的入射角度、不同的表面曲度的自由曲 面透鏡的折射作用下取得理想效果的燈具配光。
l燈體、2自由曲面透鏡、21 52自由曲面透鏡、3LED、 4支架、5導線、6螺栓、 7螺栓、8壓圈、9凸緣。
附圖l是本發明應用結構示意圖。 附圖2是圖1Z—Z剖面視圖。 附圖3是本發明第一個實施例結構示意圖。 附圖4是圖3A—A剖視圖。 附圖5是圖3B—B剖視圖。 附圖6是本發明第二個實施例結構示意圖。 附圖7是圖6D — D剖視圖。 附圖8是圖6C—C剖視圖。 附圖9是本發明第三個實施例結構示意圖。 附圖10是圖9E—E剖視圖。 附圖11是圖9W—W剖視圖。 附圖12是圖9F—F剖視圖。 附圖13是本發明第四個實施例結構示意圖。附圖14是圖13G—G剖視圖。
附圖15是圖13H—H剖視圖。
附圖16是本發明第五個實施例結構示意圖。
附圖17是圖16J—J剖視圖。
附圖18是圖16K—K剖視圖。
附圖19是本發明第六個實施例結構示意圖。
附圖20是圖19L—L剖視圖。
附圖21是圖19M—M剖視圖。
附圖22是本發明第七個實施例結構示意圖。
附圖23是圖22N—N剖視圖。
附圖24是圖22P—P剖視圖。
附圖25是本發明第八個實施例結構示意圖。
附圖26是圖25Q—剖視圖。
附圖27是圖25R—R剖視圖。
附圖28是本發明第九個實施例結構示意圖。
附圖29是圖28S —S剖視圖。
附圖30是圖28T—T剖視圖。
附圖31是本發明第十個實施例結構示意圖。
附圖32是圖31U—U剖視圖。
附圖33是圖31 V—V剖視圖。
附圖34是本發明第十一個實施例結構示意圖。
附圖35是圖34 0—0剖視圖。
附圖36是圖34 1—1剖視圖。
附圖37是本發明第十二個實施例結構示意圖。
附圖38是圖37X—X剖視圖。
附圖39是圖37Y—Y剖視圖。
附圖40是本發明第十三個實施例結構示意圖。
附圖41是圖40 II —II剖視圖。附圖42是圖40 m—in剖視圖。
附圖43是圖40 IV —IV剖視圖。 附圖44本發明第十四個實施例結構示意圖。 附圖45是圖44 V — V剖視圖。 附圖46是圖44VI—VI剖視圖。 附圖47是本發明第十五個實施例結構示意圖。
附圖48是圖47 vn—vn剖視圖。
附圖49是圖47 VDI—VIfl剖視圖。 附圖50是本發明第十六個實施例結構示意圖。 附圖51是圖50僅一IX剖視圖。 附圖52是圖50 X — X剖視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明 實施例l見圖l、圖2、圖3、圖4、圖5。
一種自由曲面透鏡，用于采用單芯片封裝或多芯片集成封裝的大功率LED為光 源的燈具，LED3固定在燈體1上，自由曲面透鏡21位于LED照射方向；自由曲面透 鏡2設置有凸緣9，壓圈8壓在凸緣9上，通過螺栓6與燈體1固定連接，將LED3密封在 燈體與自由曲面透鏡2之間；螺栓7穿過支架4與燈體1后側面固定連接，支架4與燈 體1轉動連接；導線5由燈體后部通過燈體上的導線孔與LED3上的接線端連接。所 述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡21為實心體，底面為平面，形狀為圓形，鏡 體出光表面中部凸起211，中部凸起與四周凸起212連接，凸起212高度低于中部凸起 211高度。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生聚光效果，便于將光線根據要求進 行聚射，提高燈具照射方向中心區域的亮度，并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來 實現預設的配光效果。可制成探照燈、投光燈、射燈等，適用于廣場、道路、隧道、 工廠車間、礦區、球場、劇場、景觀等室內外場所的照明。
實施例2見圖6、圖7、圖8中
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡22為實心體，底面為平面,形狀為圓形，自由曲面透鏡22出光表面中心部位內凹，四周凸起。其他結構同實施例l。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生中間區域光線被發散、光線向外圍 散射，起到降低中心點亮度、擴大照射面積、提高燈具照射的光分布均勻度，并可 通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設的配光效果。適用于廣場、道路、隧道、 工廠車間、礦區、球場、劇場、景觀以及其他大空間室內外照明。
實施例3見圖9、圖10、圖ll、圖12 所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡23為實心體，底面為平面,形狀為圓 形，自由曲面透鏡23出光表面呈三個凸起，中部條狀凸起231高度大于兩側凸起232 高度；凸起部位之間由內凹圓弧過渡連接。其他結構同實施例l。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生中間區域的折射光線方向改變較 兩側小、向兩側方向的折射光線角度改變較大，其明顯效果是入射光經過透鏡折射 后向兩側的光線增多，中間區域無明顯聚射效果，整體照射區域呈長橢圓形，而且 可以通過改變透鏡表面上凸起的曲度來調整照明區域內光分布的均勻度，并可通過 改變透鏡表面凸起的曲度來實現預設的配光效果。適用于廣場、道路、隧道、工廠 車間、礦區、球場、劇場、景觀等需要拓寬縱深方向照射范圍的空間照明。其他結 構同實施例l。
實施例4見圖13、圖14、圖15
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡24為實心體，底面為平面，形狀為圓 形，自由曲面透鏡24截面形狀為，其邊緣線為拋物線形狀。其他結構同實施例l。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生聚光效果，便于將光線根據要求進 行聚射，提高燈具照射方向中心區域的亮度，并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來 實現預設的配光效果。可做成探照燈、投光燈、射燈、聚光燈等，適用于廣場、道 路、隧道、工廠車間、礦區、球場、劇場、景觀以及其他室內外空間照明。 實施例5見圖16、圖17、圖18
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡25為空心體，空心的截面邊緣線為 拋物線或弧線形形狀。其他結構見實施例4。
這樣的結構可以通過改變截面內外邊緣的拋物線或弧線的曲度來改變入射光 線的入射角，經折射后，使光線形成發散的效果，從而實現燈具能有較大的照射角度和較均勻的光分布，并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設的配光效果。 適用于對照度、亮度和均勻度要求較高的室內、室外空間照明。 實施例6見圖19、圖20、圖21
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡26為實心體，底面為平面，形狀為圓 形，自由曲面透鏡26出光面中部有一個長形凸起261，凸起261四周與一圈凸起262連 接，凸起261高于凸起262。其他結構同實施例l。
這樣的結構可以實現在廣泛照明的基礎上對照射區域內中間橢圓形區域加強 光線的集中度和照明的亮度，并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設的配光 效果。適用于工廠車間、倉庫、道路、隧道、景觀等室內外空間照明。
實施例7見圖22、圖23、圖24
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡27為實心體，底面為平面，形狀為圓 形，自由曲面透鏡27出光表面的兩側部分呈條狀凸起，中間內凹。其他結構同實施 例l。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后會使中間區域光線變疏，向兩側的光線 增多，起到降低中心點亮度、擴大照射的縱向面積、提高燈具照射的光分布均勻度， 并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設的配光效果。適用于廣場、道路、隧 道、工廠車間、礦區、軍事區域以及其他大空間室內外照明。 實施例8見圖25、圖26、圖27
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡28為實心體，底面為平面,形狀為圓 形，自由曲面透鏡28出光表面的中間部分和兩側部分呈曲面凸起，中間凸起281的高 度高于兩側凸起292的高度，兩側凸起292的凸起曲度大于中間凸起281,凸起之間由 內凹曲面過渡連接，中間凸起281兩側內凹283。其他結構同實施例l。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生中間區域的光線方向改變較兩側 小、向兩側方向的光線角度改變較中間大，其明顯效果是入射光經過透鏡折射后折 射光線向兩側的增多，中間區域無明顯聚射效果，整體照射區域呈長橢圓形，而且 照明區域內整體光分布均勻，并可通過改變透鏡表面凸起的曲度來實現預設的配光 效果。適用于道路、隧道、廣場、礦井等需要增加縱深方向照射面積的空間照明。
實施例9見圖28、圖29、圖30所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡29為實心體，底面為平面,形狀為圓 形，自由曲面透鏡29在X軸截面形狀為橢圓形，在Y軸截面為兩側內凹的曲線形。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生聚光效果，便于將光線根據要求進 行聚射，照明區域呈橢圓形，提高燈具照射方向中心橢圓區域的亮度，并可通過改 變透鏡表面凸起的曲度來實現預設的配光效果。適用于工廠車間、倉庫、道路、隧 道、景觀等室內外空間照明。其他結構同實施例l。
實施例IO圖31、圖32、圖33
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡30為空心體，在X、 Y軸截面,空心 邊緣線形狀是拋物線或弧線形狀。這樣的結構可以通過改變中空區域截面拋物線或 弧線和出光表面凸起的曲度來改變入射光線的入射角，經折射實現將光線按預設的 方向照射，從而實現燈具能有較大的照射角度和縱向照射跨度和均勻的光分布。適 用于對照度、亮度和均勻度要求較高的室內、室外空間照明。其他結構見實施例9。
實施例ll見圖34、圖35、圖36
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡31為空心體，底面即光線入射一側， 空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
這樣的結構可使與光線入射一側為平面的透鏡相比，改變了入射光的角度，光 經過透鏡折射后產生中間區域的光線向周圍發散，起到降低照射區域中心點的亮度、 擴大照射面積、提高燈具光分布均勻度和通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設 的配光效果，適用于廣場、道路、隧道、工廠車間、加油站、礦區以及其他大空間 室內外照明。其他結構見實施例2
實施例12見圖37、圖38、圖39
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡32為空心體,底面即光線入射一側， 空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后， 會使照射區域中間位置光線發散變疏，照度降低，向兩側的光線增多，起到降低中 心點亮度、擴大照射的縱向寬度、提高燈具照射的光分布均勻度和通過改變透鏡表 面凹凸的曲度來實現預設的配光效果，適用于廣場、道路、隧道、工廠車間、礦區、 軍事區域以及其他大空間室內外照明。其他結構見實施例7 。 實施例13見圖40、圖41、圖42、圖43所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡33為空心體，底面即光線入射一側，
空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射后產生照射區域中間的光線方向改變較兩
側小、向兩側方向的光線增多，其明顯效果是入射光經過透鏡折射后光線向兩側的 擴展，中間區域無明顯聚射效果，整體照射區域呈長橢圓形，縱深方向照射面積增 加，而且照射區域內整體光分布均勻，并可實現通過改變透鏡表面的凹凸曲度來實 現預設的配光效果。適用于道路、隧道、廣場、礦井、廣告、景觀等室內外空間照 明。其他結構見實施例3。
實施例14見圖1圖2圖44、圖45、圖46
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡34為空心體，底面即光線入射一側， 空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射〈部分入射光經透鏡入射表面反射后再折 射> 產生向兩側方向的光線增多，其明顯效果是，整體照射區域呈長橢,形，有縱 向照射優勢，而且照明區域內整體光分布均勻，可實現通過改變透鏡表面凹凸的曲 度來實現預設的配光效果。適用于道路、隧道、廣場、工廠、廣告、礦井等空間照 明。其他結構見實施例8
實施例15見圖47、圖48、圖49
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡35為空心體，底面即光線入射一側， 空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
這樣的結構可使入射光經過透鏡折射產生散射效果，便于將光線根據要求進行 擴大照射范圍，提高燈具照射區域的光分布均勻度和通過改變透鏡表面凹凸的曲度 來實現預設的配光效果，適用于道路、隧道、廣場、工廠、廣告、礦井等空間照明。 其他結構見實施例l
實施例16見圖50、圖51、圖52
所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡36為空心體,底面即光線入射一側, 空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
這樣的結構可以實現在廣泛照明的基礎上對照射區域內中間橢圓形區域加強光 線的集中度和照明亮度，并可通過改變透鏡表面凹凸的曲度來實現預設的配光效果。適用于工廠車間、倉庫、道路、隧道、景觀、廣告等室內外空間照明。其他結構見 實施例6。
權利要求
1、一種自由曲面透鏡，其特征在于，自由曲面透鏡(2)設置在采用單芯片封裝或多芯片集成封裝的大功率LED為光源的燈具的LED照射方向的位置。
2、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(21)為實心體，底面為平面,形狀為圓形，鏡體出光 表面中部凸起(211) l,中部凸起與四周凸起(212)連接，凸起(212)高度低 于中部凸起(211)高度。
3、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(22)為實心體，底面為平面,形狀為圓形，自由曲面 透鏡(22)出光表面中心部位內凹，四周凸起。
4、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(23)為實心體，底面為平面,形狀為圓形，自由曲面 透鏡(23)出光表面呈三個凸起，中部凸起(231)高度大于兩側凸起(232) 高度；凸起部位之間由內凹圓弧過渡連接。
5、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(24)為實心體，底面為平面，形狀為圓形，自由曲面 透鏡(24)截面形狀為，其邊緣線為拋物線形狀。
6、 按照權利要求5所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(25)為空心體，空心的截面邊緣線為拋物線或弧線形形狀。
7、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(26)為實心體，底面為平面，形狀為圓形，自由曲面 透鏡(26)出光面中部有一個長形凸起(261),凸起(261)四周與一圈凸起(262) 連接，凸起(262)高于凸起(262)。
8、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(27)為實心體，底面為平面，形狀為圓形，自由曲 面透鏡(27)出光表面的兩側部分凸起，中間內凹。
9、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡(28)為實心體，底面為平面,形狀為圓形，自由曲面 透鏡(28)出光表面的中間部分和兩側部分呈曲面凸起，中間條狀凸起(281) 的高度高于兩側凸起(292)的高度，凸起之間由內凹曲面過渡連接，中間條狀 凸起(281)兩側內凹(283)。
10、 按照權利要求l所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面透 鏡結構為，自由曲面透鏡(29)為實心體，底面為平面,形狀為圓形，自由曲面 透鏡(29)在X軸截面形狀為橢圓形，在Y軸截面為兩側內凹的曲線形。
11、 按照權利要求10所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的自由曲面 透鏡結構為，自由曲面透鏡(30)為空心體，在X、 Y軸截面，空心邊緣線形狀 是拋物線或弧線形狀。
12、 按照權利要求2或3或4或7或8或9所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于， 所述的自由曲面透鏡結構為，自由曲面透鏡(31)為空心體，底面即光線入射 一側，空心凹面截面邊緣線形狀為圓弧或拋物線。
13、 按照權利要求12所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所述的LED(3) 固定在燈體(l)上，自由曲面透鏡(2)位于LED(3)照射方向；自由曲面透鏡(2) 設置有凸緣(9),壓圈(8)壓在凸緣上，通過螺栓(6)與燈體(l)固定連接，將 LED (3)密封在燈體與自由曲面透鏡(2)之間；螺栓(7)穿過支架(4)與燈體(1) 后側面固定連接，支架(4)與燈體(1 )轉動連接；導線(5)由燈體后部通過燈 體上的導線孔與LED (3)上的接線端連接。
14、 按照權利要求1或5或6或10或11所述的一種自由曲面透鏡，其特征在于，所 述的LED(3)固定在燈體(1)上，自由曲面透鏡(2)位于LED (3)照射方向；自 由曲面透鏡(2)設置有凸緣(9),壓圈(8)壓在凸緣上，通過螺栓(6)與燈體 (l)固定連接，將LED (3)密封在燈體與自由曲面透鏡(2)之間；螺栓(7)穿過 支架(4)與燈體(l)后側面固定連接，支架(4)與燈體(1 )轉動連接；導線(5) 由燈體后部通過燈體上的導線孔與LED (3)上的接線端連接。
全文摘要
本發明涉及一種自由曲面透鏡，設置在以單芯片封裝或多芯片集成封裝的大功率LED作為光源的燈具的LED照射方向的位置。LED發光工作時，光線通過自由曲面透鏡照射出去，該自由曲面透鏡可以有效地將LED發出的光通過其折射而改變照射方向，從而實現改變LED燈具的光線照射角度、范圍以及光分布。在設定的不同的入射角度、不同的光線入射面和出光面的表面形狀和曲度的自由曲面透鏡所產生的折射作用下，將LED發出的光通過自由曲面透鏡后達到預設的配光效果。
文檔編號F21V17/00GK101440928SQ20071017055
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月19日 優先權日2007年11月19日
發明者胡曉兵 申請人:胡曉兵