专利名称：一种自由曲面透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自由曲面透镜，尤其是能改变以大功率LED为光源的灯具的光分 布，实现预设的配光效果的自由曲面透镜。
背景技术：
目前，以大功率LED为光源的灯具一般都采用将LED固定在带有散热片的散热 装置上，并用反光罩对LED发出的光进行反射做成灯具，或根据LED发出的光线和其 它点光源发光相比方向性比较一致、光线比较集中射向出光面前方的特性，在LED 照射方向加一透镜来改变光分布。透镜一般采用传统概念的凸透镜，这两种结构无 法实现多样化的光分布改变，只能实现圆形范围的聚光和散光，满足不了作为不同 用途照明灯具所需要的配光要求。
发明内容
本发明的目的是，提供一种LED灯具用的透镜,为使大功率LED灯具能根据不同 用途、不同配光需要，达到其最佳配光效果。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是 一种用于LED灯具的自由曲面 透镜，其特征在于，采用单芯片封装或多芯片集成封装的大功率LED为光源的灯具， 在LED照射方向的位置设置自由曲面透镜2，光线从自由曲面透镜2的一侧射入，经 折射后由另一侧表面射出，自由曲面透镜2的光线射入面和出光面可以是由不同形 状、不同曲度的凸面和凹面组合而成的连续的光滑的曲面。改变射入面的表面形状 和曲度能改变光线的入射角度，改变出光面的表面形状和曲度能改变折射光线的照 射方向，根据这一特性来设计透镜的射入面和出光面的表面形状和曲度，实现对LED 发出的光通过透镜后改变其照射方向和光分布，达到预设的配光效果，从而满足不 同用途灯具的多样性配光需要。
本发明提供一种自由曲面透镜对以LED为光源的灯具进行改变配光，从而实现
了根据不同光分布需要进行准确有效地配光。
本发明的工作原理是，LED3发光工作时，光线通过自由曲面透镜2照射出去，该自由曲面透镜可以有效地将LED3发出的光通过其折射改变照射方向来进行多方 向多角度照射。当光线射向透镜，其中一部分直接经折射穿过透镜，还有一部分会 在透镜表面形成反射，尤其是空心的透镜，反射后又会以新的入射角度穿射透镜。 在本发明不同的自由曲面透镜所产生的折射作用下，将LED3发出的光通过自由曲面 透镜2后达到需要的配光效果。
本发明的有益效果是根据光的折射定律，利用自由扭面透镜能对通过的光线 进行改变方向的特性，对光的照射方向有目的地进行改变，可以改变透镜出光面的 表面形状和曲度以及光线射入面的形状和曲度来改变光线的入射角度和折射光线的 照射方向，从而实现改变LED灯具的光线照射角度、范围以及光分布。将LED发出 的光通过自由曲面透镜后，会在设定的不同的入射角度、不同的表面曲度的自由曲 面透镜的折射作用下取得理想效果的灯具配光。
l灯体、2自由曲面透镜、21 52自由曲面透镜、3LED、 4支架、5导线、6螺栓、 7螺栓、8压圈、9凸缘。
附图l是本发明应用结构示意图。 附图2是图1Z—Z剖面视图。 附图3是本发明第一个实施例结构示意图。 附图4是图3A—A剖视图。 附图5是图3B—B剖视图。 附图6是本发明第二个实施例结构示意图。 附图7是图6D — D剖视图。 附图8是图6C—C剖视图。 附图9是本发明第三个实施例结构示意图。 附图10是图9E—E剖视图。 附图11是图9W—W剖视图。 附图12是图9F—F剖视图。 附图13是本发明第四个实施例结构示意图。附图14是图13G—G剖视图。
附图15是图13H—H剖视图。
附图16是本发明第五个实施例结构示意图。
附图17是图16J—J剖视图。
附图18是图16K—K剖视图。
附图19是本发明第六个实施例结构示意图。
附图20是图19L—L剖视图。
附图21是图19M—M剖视图。
附图22是本发明第七个实施例结构示意图。
附图23是图22N—N剖视图。
附图24是图22P—P剖视图。
附图25是本发明第八个实施例结构示意图。
附图26是图25Q—剖视图。
附图27是图25R—R剖视图。
附图28是本发明第九个实施例结构示意图。
附图29是图28S —S剖视图。
附图30是图28T—T剖视图。
附图31是本发明第十个实施例结构示意图。
附图32是图31U—U剖视图。
附图33是图31 V—V剖视图。
附图34是本发明第十一个实施例结构示意图。
附图35是图34 0—0剖视图。
附图36是图34 1—1剖视图。
附图37是本发明第十二个实施例结构示意图。
附图38是图37X—X剖视图。
附图39是图37Y—Y剖视图。
附图40是本发明第十三个实施例结构示意图。
附图41是图40 II —II剖视图。附图42是图40 m—in剖视图。
附图43是图40 IV —IV剖视图。 附图44本发明第十四个实施例结构示意图。 附图45是图44 V — V剖视图。 附图46是图44VI—VI剖视图。 附图47是本发明第十五个实施例结构示意图。
附图48是图47 vn—vn剖视图。
附图49是图47 VDI—VIfl剖视图。 附图50是本发明第十六个实施例结构示意图。 附图51是图50仅一IX剖视图。 附图52是图50 X — X剖视图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明 实施例l见图l、图2、图3、图4、图5。
一种自由曲面透镜，用于采用单芯片封装或多芯片集成封装的大功率LED为光 源的灯具，LED3固定在灯体1上，自由曲面透镜21位于LED照射方向；自由曲面透 镜2设置有凸缘9，压圈8压在凸缘9上，通过螺栓6与灯体1固定连接，将LED3密封在 灯体与自由曲面透镜2之间；螺栓7穿过支架4与灯体1后侧面固定连接，支架4与灯 体1转动连接；导线5由灯体后部通过灯体上的导线孔与LED3上的接线端连接。所 述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜21为实心体，底面为平面，形状为圆形，镜 体出光表面中部凸起211，中部凸起与四周凸起212连接，凸起212高度低于中部凸起 211高度。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生聚光效果，便于将光线根据要求进 行聚射，提高灯具照射方向中心区域的亮度，并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来 实现预设的配光效果。可制成探照灯、投光灯、射灯等，适用于广场、道路、隧道、 工厂车间、矿区、球场、剧场、景观等室内外场所的照明。
实施例2见图6、图7、图8中
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜22为实心体，底面为平面,形状为圆形，自由曲面透镜22出光表面中心部位内凹，四周凸起。其他结构同实施例l。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生中间区域光线被发散、光线向外围 散射，起到降低中心点亮度、扩大照射面积、提高灯具照射的光分布均匀度，并可 通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设的配光效果。适用于广场、道路、隧道、 工厂车间、矿区、球场、剧场、景观以及其他大空间室内外照明。
实施例3见图9、图10、图ll、图12 所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜23为实心体，底面为平面,形状为圆 形，自由曲面透镜23出光表面呈三个凸起，中部条状凸起231高度大于两侧凸起232 高度；凸起部位之间由内凹圆弧过渡连接。其他结构同实施例l。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生中间区域的折射光线方向改变较 两侧小、向两侧方向的折射光线角度改变较大，其明显效果是入射光经过透镜折射 后向两侧的光线增多，中间区域无明显聚射效果，整体照射区域呈长椭圆形，而且 可以通过改变透镜表面上凸起的曲度来调整照明区域内光分布的均匀度，并可通过 改变透镜表面凸起的曲度来实现预设的配光效果。适用于广场、道路、隧道、工厂 车间、矿区、球场、剧场、景观等需要拓宽纵深方向照射范围的空间照明。其他结 构同实施例l。
实施例4见图13、图14、图15
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜24为实心体，底面为平面，形状为圆 形，自由曲面透镜24截面形状为，其边缘线为抛物线形状。其他结构同实施例l。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生聚光效果，便于将光线根据要求进 行聚射，提高灯具照射方向中心区域的亮度，并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来 实现预设的配光效果。可做成探照灯、投光灯、射灯、聚光灯等，适用于广场、道 路、隧道、工厂车间、矿区、球场、剧场、景观以及其他室内外空间照明。 实施例5见图16、图17、图18
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜25为空心体，空心的截面边缘线为 抛物线或弧线形形状。其他结构见实施例4。
这样的结构可以通过改变截面内外边缘的抛物线或弧线的曲度来改变入射光 线的入射角，经折射后，使光线形成发散的效果，从而实现灯具能有较大的照射角度和较均匀的光分布，并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设的配光效果。 适用于对照度、亮度和均匀度要求较高的室内、室外空间照明。 实施例6见图19、图20、图21
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜26为实心体，底面为平面，形状为圆 形，自由曲面透镜26出光面中部有一个长形凸起261，凸起261四周与一圈凸起262连 接，凸起261高于凸起262。其他结构同实施例l。
这样的结构可以实现在广泛照明的基础上对照射区域内中间椭圆形区域加强 光线的集中度和照明的亮度，并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设的配光 效果。适用于工厂车间、仓库、道路、隧道、景观等室内外空间照明。
实施例7见图22、图23、图24
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜27为实心体，底面为平面，形状为圆 形，自由曲面透镜27出光表面的两侧部分呈条状凸起，中间内凹。其他结构同实施 例l。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后会使中间区域光线变疏，向两侧的光线 增多，起到降低中心点亮度、扩大照射的纵向面积、提高灯具照射的光分布均匀度， 并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设的配光效果。适用于广场、道路、隧 道、工厂车间、矿区、军事区域以及其他大空间室内外照明。 实施例8见图25、图26、图27
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜28为实心体，底面为平面,形状为圆 形，自由曲面透镜28出光表面的中间部分和两侧部分呈曲面凸起，中间凸起281的高 度高于两侧凸起292的高度，两侧凸起292的凸起曲度大于中间凸起281,凸起之间由 内凹曲面过渡连接，中间凸起281两侧内凹283。其他结构同实施例l。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生中间区域的光线方向改变较两侧 小、向两侧方向的光线角度改变较中间大，其明显效果是入射光经过透镜折射后折 射光线向两侧的增多，中间区域无明显聚射效果，整体照射区域呈长椭圆形，而且 照明区域内整体光分布均匀，并可通过改变透镜表面凸起的曲度来实现预设的配光 效果。适用于道路、隧道、广场、矿井等需要增加纵深方向照射面积的空间照明。
实施例9见图28、图29、图30所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜29为实心体，底面为平面,形状为圆 形，自由曲面透镜29在X轴截面形状为椭圆形，在Y轴截面为两侧内凹的曲线形。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生聚光效果，便于将光线根据要求进 行聚射，照明区域呈椭圆形，提高灯具照射方向中心椭圆区域的亮度，并可通过改 变透镜表面凸起的曲度来实现预设的配光效果。适用于工厂车间、仓库、道路、隧 道、景观等室内外空间照明。其他结构同实施例l。
实施例IO图31、图32、图33
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜30为空心体，在X、 Y轴截面,空心 边缘线形状是抛物线或弧线形状。这样的结构可以通过改变中空区域截面抛物线或 弧线和出光表面凸起的曲度来改变入射光线的入射角，经折射实现将光线按预设的 方向照射，从而实现灯具能有较大的照射角度和纵向照射跨度和均匀的光分布。适 用于对照度、亮度和均匀度要求较高的室内、室外空间照明。其他结构见实施例9。
实施例ll见图34、图35、图36
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜31为空心体，底面即光线入射一侧， 空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
这样的结构可使与光线入射一侧为平面的透镜相比，改变了入射光的角度，光 经过透镜折射后产生中间区域的光线向周围发散，起到降低照射区域中心点的亮度、 扩大照射面积、提高灯具光分布均匀度和通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设 的配光效果，适用于广场、道路、隧道、工厂车间、加油站、矿区以及其他大空间 室内外照明。其他结构见实施例2
实施例12见图37、图38、图39
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜32为空心体,底面即光线入射一侧， 空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。这样的结构可使入射光经过透镜折射后， 会使照射区域中间位置光线发散变疏，照度降低，向两侧的光线增多，起到降低中 心点亮度、扩大照射的纵向宽度、提高灯具照射的光分布均匀度和通过改变透镜表 面凹凸的曲度来实现预设的配光效果，适用于广场、道路、隧道、工厂车间、矿区、 军事区域以及其他大空间室内外照明。其他结构见实施例7 。 实施例13见图40、图41、图42、图43所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜33为空心体，底面即光线入射一侧，
空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
这样的结构可使入射光经过透镜折射后产生照射区域中间的光线方向改变较两
侧小、向两侧方向的光线增多，其明显效果是入射光经过透镜折射后光线向两侧的 扩展，中间区域无明显聚射效果，整体照射区域呈长椭圆形，纵深方向照射面积增 加，而且照射区域内整体光分布均匀，并可实现通过改变透镜表面的凹凸曲度来实 现预设的配光效果。适用于道路、隧道、广场、矿井、广告、景观等室内外空间照 明。其他结构见实施例3。
实施例14见图1图2图44、图45、图46
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜34为空心体，底面即光线入射一侧， 空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
这样的结构可使入射光经过透镜折射〈部分入射光经透镜入射表面反射后再折 射> 产生向两侧方向的光线增多，其明显效果是，整体照射区域呈长椭,形，有纵 向照射优势，而且照明区域内整体光分布均匀，可实现通过改变透镜表面凹凸的曲 度来实现预设的配光效果。适用于道路、隧道、广场、工厂、广告、矿井等空间照 明。其他结构见实施例8
实施例15见图47、图48、图49
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜35为空心体，底面即光线入射一侧， 空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
这样的结构可使入射光经过透镜折射产生散射效果，便于将光线根据要求进行 扩大照射范围，提高灯具照射区域的光分布均匀度和通过改变透镜表面凹凸的曲度 来实现预设的配光效果，适用于道路、隧道、广场、工厂、广告、矿井等空间照明。 其他结构见实施例l
实施例16见图50、图51、图52
所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜36为空心体,底面即光线入射一侧, 空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
这样的结构可以实现在广泛照明的基础上对照射区域内中间椭圆形区域加强光 线的集中度和照明亮度，并可通过改变透镜表面凹凸的曲度来实现预设的配光效果。适用于工厂车间、仓库、道路、隧道、景观、广告等室内外空间照明。其他结构见 实施例6。
权利要求
1、一种自由曲面透镜，其特征在于，自由曲面透镜(2)设置在采用单芯片封装或多芯片集成封装的大功率LED为光源的灯具的LED照射方向的位置。
2、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(21)为实心体，底面为平面,形状为圆形，镜体出光 表面中部凸起(211) l,中部凸起与四周凸起(212)连接，凸起(212)高度低 于中部凸起(211)高度。
3、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(22)为实心体，底面为平面,形状为圆形，自由曲面 透镜(22)出光表面中心部位内凹，四周凸起。
4、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(23)为实心体，底面为平面,形状为圆形，自由曲面 透镜(23)出光表面呈三个凸起，中部凸起(231)高度大于两侧凸起(232) 高度；凸起部位之间由内凹圆弧过渡连接。
5、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(24)为实心体，底面为平面，形状为圆形，自由曲面 透镜(24)截面形状为，其边缘线为抛物线形状。
6、 按照权利要求5所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(25)为空心体，空心的截面边缘线为抛物线或弧线形形状。
7、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(26)为实心体，底面为平面，形状为圆形，自由曲面 透镜(26)出光面中部有一个长形凸起(261),凸起(261)四周与一圈凸起(262) 连接，凸起(262)高于凸起(262)。
8、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(27)为实心体，底面为平面，形状为圆形，自由曲 面透镜(27)出光表面的两侧部分凸起，中间内凹。
9、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜(28)为实心体，底面为平面,形状为圆形，自由曲面 透镜(28)出光表面的中间部分和两侧部分呈曲面凸起，中间条状凸起(281) 的高度高于两侧凸起(292)的高度，凸起之间由内凹曲面过渡连接，中间条状 凸起(281)两侧内凹(283)。
10、 按照权利要求l所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面透 镜结构为，自由曲面透镜(29)为实心体，底面为平面,形状为圆形，自由曲面 透镜(29)在X轴截面形状为椭圆形，在Y轴截面为两侧内凹的曲线形。
11、 按照权利要求10所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的自由曲面 透镜结构为，自由曲面透镜(30)为空心体，在X、 Y轴截面，空心边缘线形状 是抛物线或弧线形状。
12、 按照权利要求2或3或4或7或8或9所述的一种自由曲面透镜，其特征在于， 所述的自由曲面透镜结构为，自由曲面透镜(31)为空心体，底面即光线入射 一侧，空心凹面截面边缘线形状为圆弧或抛物线。
13、 按照权利要求12所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所述的LED(3) 固定在灯体(l)上，自由曲面透镜(2)位于LED(3)照射方向；自由曲面透镜(2) 设置有凸缘(9),压圈(8)压在凸缘上，通过螺栓(6)与灯体(l)固定连接，将 LED (3)密封在灯体与自由曲面透镜(2)之间；螺栓(7)穿过支架(4)与灯体(1) 后侧面固定连接，支架(4)与灯体(1 )转动连接；导线(5)由灯体后部通过灯 体上的导线孔与LED (3)上的接线端连接。
14、 按照权利要求1或5或6或10或11所述的一种自由曲面透镜，其特征在于，所 述的LED(3)固定在灯体(1)上，自由曲面透镜(2)位于LED (3)照射方向；自 由曲面透镜(2)设置有凸缘(9),压圈(8)压在凸缘上，通过螺栓(6)与灯体 (l)固定连接，将LED (3)密封在灯体与自由曲面透镜(2)之间；螺栓(7)穿过 支架(4)与灯体(l)后侧面固定连接，支架(4)与灯体(1 )转动连接；导线(5) 由灯体后部通过灯体上的导线孔与LED (3)上的接线端连接。
全文摘要
本发明涉及一种自由曲面透镜，设置在以单芯片封装或多芯片集成封装的大功率LED作为光源的灯具的LED照射方向的位置。LED发光工作时，光线通过自由曲面透镜照射出去，该自由曲面透镜可以有效地将LED发出的光通过其折射而改变照射方向，从而实现改变LED灯具的光线照射角度、范围以及光分布。在设定的不同的入射角度、不同的光线入射面和出光面的表面形状和曲度的自由曲面透镜所产生的折射作用下，将LED发出的光通过自由曲面透镜后达到预设的配光效果。
文档编号F21V17/00GK101440928SQ20071017055
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者胡晓兵 申请人:胡晓兵