專利名稱：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、發(fā)熱少、響應(yīng)快及省 空間等特點。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，以及在從交通信號燈到汽車頭燈的應(yīng)用中，LED已被發(fā)現(xiàn)是 實用的。一方面，來自LED的光具有光強度基于光出射角而改變的特點。 因此，相比于使用電燈泡的情況，難以通過使用反射鏡來控制光分布。 此外，因為來自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 LED的白色LED光的情況中，當顏色沒有被充分混合時，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，而受輸入藍色光激發(fā) 的黃色熒光物質(zhì)發(fā)出的光與輸入藍色光混合以發(fā)出白色光。而且在這 種情況下，基于目標是如何被來自LED的光照射而會產(chǎn)生顏色不均。為解決這個問題，日本專利特開第2003-262795號公開了一種使用固態(tài)光源的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)由于使用了通過采用棒透鏡來實現(xiàn)的簡 單結(jié)構(gòu)，從而能夠輸出具有均勻光強度分布的光。同樣，日本專利特開第2004-212469號公開了一種照明系統(tǒng)，其使用多個LED燈，且這些光束被輸入到棒透鏡以提供具有高光強度的均勻出射光。此外，日本 專利特開第2004-226509號公開了一種使用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，其已具有了越來越廣的應(yīng)用范圍， 但仍沒有公開LED被用于聚光燈以解決上述問題的案例。日本專利特幵第2003-262795號中的發(fā)明涉及點亮投影儀中的電 燈泡，以及通過圓柱鏡調(diào)整來自棒透鏡的出射光以吻合燈泡的屏幕高 寬比(aspect ratio )。日本專利特開第2004-212469號中的發(fā)明公開了使用多個LED燈， 并將光束輸入提供具有高光強度的均勻出射光的棒積分器，但沒有陳 述聚光燈的形成。在日本專利特幵第2004-226509號的發(fā)明中使用了LED，并通過使 用反射鏡，擴散板和凹透鏡來使光線被寬廣照射。然而，這些文件都沒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、用于將來自 光源的出射光線會聚到棒透鏡的入射端面上的第一聚光裝置、以及用于會聚來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，其整體長度是入射端面 的邊的長度的15倍或更多。同樣，使用LED的光源可能是紅、綠和藍發(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、綠和藍發(fā)光二極管 的出射光線會聚到棒透鏡的入射端面的透鏡。此外，使用LED的光源可以是獨立提供紅、綠和藍發(fā)光二極管的 光源，且第一聚光裝置可能包括用于會聚各來自獨立的紅、綠和藍發(fā) 光二極管的出射光線的透鏡。 一個用于將來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，以及一個用于將來自交叉 雙色鏡的出射光線會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自白色 光源的出射光線會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光源，從而使設(shè)計聚光燈變得容易。同樣，根據(jù)本發(fā)明，即使使用了R， G和B三種顏色的LED，來自 LED的光被用作激勵光，以及即使當從熒光物質(zhì)中獲得白光時，光將穿 過棒透鏡，因此能夠降低顏色不均。本發(fā)明使用了如下配置，其中來自LED的光被聚光裝置收集到某 一點，在形成焦點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聚光。根據(jù)該配置，在本申請 中公開的發(fā)明可以提供由完全的漫射光所形成的點光源，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。


圖1是本發(fā)明第一示例性實施例的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)明第四示例性實施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。
具體實施方式
接下來，將參考附圖來描述本發(fā)明的第一示例性實施例。圖l是本 發(fā)明第一示例性實施例的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是用于將來自 RGB-LED光源11所投射的混色光束會聚到棒透鏡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會聚從錐形棒透鏡21的出射面出射的出射光線，從而形成點光 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。通過開關(guān)，將來自電源(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的光束在前進的同時在內(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光源51。如上所述，來自LED的光具有高定向性和急劇的光譜，且因為LED 的性質(zhì)，光是難以混合的。由于這種性質(zhì)，存在這樣的問題在使用 紅、綠和藍發(fā)光二極管的白色LED光的情況中，當顏色沒有被充分混合時，基于視角將看到不同的顏色。然而，將光束通過錐形棒透鏡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度沒有局部集中。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 光源51的光被會聚為錐形棒透鏡21的軸向上的聚光。在第一示例性實施例中，光源被描述為由紅、綠和藍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，且由藍色發(fā)光元件發(fā)出的藍光與被輸入 的藍色光激發(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，通過將光經(jīng)過棒透鏡21傳播，能夠在出射端處降低由于來自 LED的光的照射方式而產(chǎn)生的顏色不均。接下來，將參考附圖來描述本發(fā)明的第二示例性實施例。圖2是本 發(fā)明第二示例性實施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。第二示例性實施例的LED聚光燈2具有與第一示例性實施例相同 的結(jié)構(gòu)和功能，除了棱錐形棒透鏡21被替換成狹長的矩形棒透鏡22，其整體長度是入射端面的邊的長度的15倍或更多。然后，在后續(xù)的描 述中，使用相同的附圖標記來代表相同的部件，且將省略描述。在第二示例性實施例中，通過聚光透鏡12入射到矩形棒透鏡22的 入射端上的光束在前進的同時在狹長的矩形棒透鏡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光源51。接下來，將參考附圖來描述本發(fā)明的第三示例性實施例。圖3是本 發(fā)明第三示例性實施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。第三示例性實施例的LED聚光燈3具有與第一示例性實施例相同 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記來代表相同的部件，且將省略描述。在第三示例性實施例中，從棱錐形棒透鏡21的出射面作為點光源 51出射的出射光線在棱錐形棒透鏡21的軸向上通過第二聚光透鏡32會 聚成聚光。在這種情況下，透鏡軸向上的第二聚光透鏡32的可移動結(jié) 構(gòu)可被用于移動第二聚光透鏡32的聚焦位置。此處，棱錐形棒透鏡21 可以是第二示例性實施例中的矩形棒透鏡22。接下來，將參考附圖來描述本發(fā)明的第四示例性實施例。圖4是本 發(fā)明第四示例性實施例的LED聚光燈的示意性側(cè)視圖。在第四示例性實施例的LED聚光燈4中，第一示例性實施例光源單 元10被替換成光源單元60。光源單元60包含分別在三個方向上發(fā)射光的R (紅)、G (綠)和 B (藍)光源單元61R、 61G和61B的組合，交叉雙色鏡63，用于將來自 每個光源單元的出射光線匯集到一個方向上，以及聚光透鏡64。對于其他部件，本示例性實施例具有與第一示例性實施例相同的 結(jié)構(gòu)和功能。使用相同的附圖標記來代表相同的部件，且將省略描述。R (紅)光源單元61R、 G (綠)光源單元61G和B (藍)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，藍光和紅光，各自從各個光源出射，被各自的透鏡會聚， 從而進入交叉雙色鏡63的入射面。匯集這些入射光束以從出射面進入 聚光透鏡64，然后進入棱錐形棒透鏡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 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。在第四示例性實施例中，光源單元被劃分成獨立的R、 G和B單元， 從而提升了LED的輸出功率以加強點光源的照度。在上述各個示例性實施例中，棒透鏡被描述成棱錐形樣式或者狹 長矩形棒的樣式，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，其用于將來自所述光源的出射光線會聚到所述棒透鏡的入射端面上，以及第二聚光裝置，其用于會聚來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，其整體長度是所述入射端面的邊 的長度的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LED整體成形的光源，且 所述第一聚光裝置是將來自所集成的紅、綠和藍LED的出射光線 會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的光源是單獨提供紅、綠和藍LED的光源，且 所述第一聚光裝置包括透鏡，用于會聚來自所述單獨的紅、綠 和藍LED的每個出射光線；交叉雙色鏡透鏡，用于將來自所述透鏡的 各個出射光線向所述棒透鏡的所述入射端面匯集；以及用于將來自所 述交叉雙色鏡透鏡的出射光線會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自所述白色光源的出射光線會聚到所述 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光源出射的出射光會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的同時在內(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光源出射，且光束被反射鏡會聚成錐形棒透鏡的軸線上的聚光。
文檔編號F21V5/04GK101270863SQ20081008711
公開日2008年9月24日 申請日期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 申請人:Nec照明株式會社