聚光装置的制作方法

专利名称：聚光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种灯具组件，更具体地说，涉及一种聚光装置。
背景技术：
传统的光源，如白炽灯、荧光灯、各种气体放电灯，均是球面、或柱面、 或线条状发光体。若要用于聚光场合，常将这些光源设置在抛物面形的反射面
中。由于这些光源是呈360。球面或柱面发光，无论其与抛物形反射面呈何种 相对角度安装，都会有一部分光线直射或散射，而仅有一部分射向反射面的光 线被聚光反射，难以获得良好的聚光效果和较高的光源利用率。若采取两次反 射，可减少散射光，但同时增加了多次折射造成的光线衰减。此外，强光源直 射出来的光线会产生耀眼的眩光，使人的视觉无法适应，并可能造成厌恶、不 适甚至丧失明视度的不良后果。
随着科技的发展，近年来出现了照明级的点光源，最具代表性的就是大功 率半导体发光二极管(light emitting diode，简称LED)，其发光源部位几乎为 一个点。
大功率LED照明光源出现后，虽然使用这种新光源的照明灯具的尺寸进行 了一些适应性i厨整，但用于聚光的灯具仍然沿用了传统的光源光线发射方向与 反射面的开口方向相同且两者同轴的结构。
大功率LED具有传统光源无法比拟的优点，但同时因其发光原理、工艺限 制存在一些弱点。尤其在应用上，现有大功率LED聚光装置仍沿用上述传统 灯具的结构，造成了许多缺陷，特别是在高效能聚光投射、散热和眩光污染三 个问题上难以解决与兼顾。
首先，我们从大功率LED的固体发光原理和基本结构得知，光线是从非 固体遮蔽面发出，它的光线出射角小于或等于球面180度，通常都在110度至130度之间。因而将这种结构的大功率LED按传统方式装在聚光灯具的反射 面中，第一，它几乎没有向反射面发出的光线，因而无反射可言；第二，其主 要出射光线，光束角一般在球面130度之内，均经抛物形反射面的开口处直射 出灯具，并沿出射角度继续直线传播，而无法再聚集。所以，沿用这种结构很 难得到较好的聚光效果。
其次，点光源，不论是大功率LED或其它发光原理的点光源，由于其发光 体积縮小为点或近似于点，而发光功率和功耗又要维持在原有水平，工作时势 必产生和聚集大量的热量，若不迅速导出，就无法正常连续工作。尤其是大功 率LED，以其圆有的半导体物理结构，绝不能耐受较高的工作温度，且它又是 一种低电压大电流的电子器件，在工作状况下必然产生大量热量。因此在现有 的灯具结构中，为了使大功率LED能较好散热，都使大功率LED紧贴反射面的 根部固定，甚至都延伸不到抛物形反射面的焦点位置。由于大功率LED偏离了 反射面的焦点位置，经反射面反射的光线不能平行出射。可见，取得理想的聚 光效果与良好的散热成为一对难以调和的矛盾。
再者，更严重的问题是相对传统面光源的发光部位尺寸而言，大功率 LED可以视做一个点光源，如果其面积比是一千倍的话，换句话说，以同样的 发光功率或是等量的射出光通量相比，如果仍沿用传统的直射安装结构，则点 光源发出的光强要高出传统光源一千倍，其眩光强度对视觉的损害比传统光源 大的多。除非照明装置设计的目的就是用于产生强烈眩光的特殊场合。

实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术中传统聚光装置和沿用 传统结构的点光源聚光装置的上述缺陷，提供一种聚光装置，能够达到较好的 聚光和防眩光效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种聚光装置，包 括灯壳、位于所述灯壳内的反射面、以及设置在所述灯壳内的点光源，所述反 射面是抛物线回转体的一部分，所述点光源设置在所述反射面的焦点处并朝向 所述反射面，使发出的全部光线经所述反射面反射后平行出射。根据本实用新型所述的聚光装置，所述点光源的光束出射角为a ，所述反 射面的开口截面绕所述抛物线回转体的回转轴的夹角为P ，则3 > a 。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述聚光装置还包括设置在所述灯壳底 部的固定基座，所述固定基座包括光源固定面和遮光凸出部，所述点光源设置 在所述光源固定面上，所述遮光凸出部设置在所述光源固定面旁，用于阻挡从 所述点光源直射出所述反射面的光线。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳底部设置有直孔，所述固定基 座呈柱状，且固定在所述直孔内；所述光源固定面是所述固定基座顶部的斜切 面。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳底部设置有斜 L，所述固定基 座成柱状，且固定在所述斜孔中，所述光源固定面是所述固定基座顶部的凹面， 所述遮光凸出部是围绕所述光源固定面的环形侧壁。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳的开口呈圆形，且包括对称的 两部分，各部分内均设有反射面；所述固定基座设置在所述两部分之间，包括 光源安装部和遮光凸出部，与所述反射面对应的点光源均设置在所述遮光凸出 部上。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳的开口呈圆形，内部设有多个 反射面，各反射面内分别设置有所述点光源和固定基座。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳的开口呈矩形，内部设有多个 并排排列的反射面，各反射面内分别设置有所述点光源和固定基座。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述灯壳底部还设置有散热装置，所述 固定基座与所述散热装置紧密接触。
根据本实用新型所述的聚光装置，所述点光源的光束出射角小于180° ， 所述点光源的出射光束的中心轴线与所述抛物线回转体的回转轴相交，且形成 80。 ~150。的夹角。
实施本实用新型的聚光装置，具有以下有益效果
1、提高了点光源的利用率，使相同功率的点光源的射程更远，在同样的 射程要求下可降低光源消耗。2、 由于主要光线均平行于抛物形反射面的回转轴方向射出，减少了散射的光污染。
3、 强烈的光源所发出的光线投射到反射面上，并设置了遮光凸出部来遮挡直射光线，与传统点光源的光线直射出去相比，光线经反射面反射后射出，相当于扩大了光线出射的面积，使光线能均匀、柔和地射出聚光装置，避免了眩光对视觉的强烈刺激和视力损害。
4、 由于采用非全对称抛物面形状的反射面，不仅保证了光源可以准确设置在抛物形反射面的焦点上，而且可以将散热装置放在最贴近点光源的位置，使固定基座能以最短途径导出热量，降低热梯度，改善散热效果，满足点光源的工况要求，保证其使用寿命。
5、 由于出射光线是通过反射混合后再照射出聚光装置，大功率LED器件直射光线经常出现的光斑、黄圈、光束中心与周边的色差等常见缺陷可得到显著改善。
6、 相对传统聚光装置，尤其是带有加热极的光源(例如，灯泡、灯管)的装置，本实用新型的聚光装置采用的点光源具有极高的耐振动、抗冲击的优势，更适用于移动、振动与可能跌落的工作环境。
7、 相比传统的灯具结构，本实用新型的聚光装置的制作并无难度，反而因节省了抛物面反射面的空间，体积可以縮小，成本可以降低，设计更加灵活多变；
8、 利用本实用新型的原理，不仅可以制作单颗光源的独立聚光装置，也可以由若干个这样的聚光装置组合、变形，制成两颗或两颗以上光源的聚光装置，以适应更大投射距离、更大投光功率的需要。


下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中
图1A是本实用新型中点光源的光束出射角的示意图1B是本实用新型中点光源的光束中心轴线与抛物形反射面的回转轴的夹角的示意图；图ic是本实用新型中点光源的光束在抛物形反射面上的投影区域的示意
图2A是本实用新型中抛物形反射面在开口方向的工作区域截取范围的示意图2B是图2A的左视图；图2C是图2A的俯视图3A是本实用新型第一实施例中的固定基座的结构示意图；图3B是图3A的左视图；图3C是图3A的俯视图3D是本实用新型第一实施例中的固定基座与点光源的装配示意图；图3E是本实用新型第一实施例中的聚光装置的剖视图；图4A是本实用新型第二实施例中的固定基座的结构示意图；图4B是图4A的俯视图4C是本实用新型第二实施例中的固定基座与点光源的装配示意图4D是本实用新型第二实施例中的聚光装置的剖视图5A是本实用新型第三实施例中的固定基座的结构示意图5B是图5A的左视图5C是图5A的俯视图5D是本实用新型第三实施例中的聚光装置的剖视ih图5E是图5D的右视图6A是本实用新型第四实施例中聚光装置的示意图，示出了聚光装置组合应用的一种情况；
图6B是本实用新型第五实施例中聚光装置的示意图，示出了聚光装置组
合应用的另一种情况；
图6C是本实用新型第六实施例中聚光装置的示意图，示出了聚光装置组
合应用的另一种情况；
图6D是本实用新型第七实施例中聚光装置的示意图，示出了聚光装置组
合应用的另一种情况；
8图6E是本实用新型第八实施例中聚光装置的示意图，示出了聚光装置组
合应用的另一种情况。
具体实施方式

参照图3E，在本实用新型中，聚光装置100包括灯壳104、位于灯壳104内的反射面IOI、以及设置在灯壳104内的点光源102。其中反射面101是抛物线回转体的一部分，点光源102通过固定基座103设置在其焦点处，其光线出射方向朝向反射面IOI，发出的光线经反射面101反射后，从反射面101的开口平行出射。
图1A-1C中所示的阴影部分为点光源102投射在抛物线回转体上所形成的区域。在设计过程中，是根据聚光装置100的尺寸和聚光投射要求，选择适当功率的点光源102，并据此设计反射面IOI。
参照图1A和图3E，在本实用新型的实施例中，点光源102可以是LED，或者由多个LED构成的LED模块。考虑到点光源102的光束出射角a小于或等于球面180° ， 一般为球面110 130° ，因此，图2A中反射面101的开口截面绕该抛物线回转轴OA的夹角3大于a ，即可使点光源102发出的光线全部投射到反射面101上，并经反射面101反射后平行出射。在本实用新型的优选实施例中，3为180° 。
再参照图1B和图3E，点光源102的光线出射方向朝向反射面101。为了使反射面101尽可能多地拦截和反射来自点光源102的光束，避免或减少边缘的光线未经反射，直接从点光源102投射出去；同时，尽量避开点光源102以及固定基座103对反射光的阻碍，避免或降低多次折射的散焦和衰减，点光源102的出射光束的中心轴线FB与反射面101的回转轴OA之间的夹角9优选80° ~150° ，最好为110° 。这是结合点光源101的光束出射角计算得来。参照图1C，点光源102发出的光线可全部投射到反射面IOI,不会直接投射出去。
据此确定的反射面101的形状如图2A-2C所示。在如图所示的实施例中，反射面101为抛物线回转体的一半，为非全对称反射面。在图2A和2B中，反射面101并非关于回转轴OA对称，在图2C中，反射面101关于回转轴OA对
9称。
参照图3E，反射面101位于灯壳104的内表面，该灯壳104由具有一定强度且能耐受一定温度的金属或者非金属材料制成，例如，钢、铝、玻璃、塑料等，经切削、冲压、锻造、熔融、热压或注塑等工艺制作而成。反射面IOI经表面处理，以增强光反射能力。跟据不同灯具的设计要求，可改变反射面101的形状、材料和加工工艺。
参照图3A-犯，固定基座103用于固定点光源102，使点光源102按照预定的角度设置在反射面101的焦点处。固定基座103由具有一定机械强度且导热性能良好的材料制成，例如银、铜、铝、石墨等，其外形为柱形，例如，圆柱、椭圆柱、或者多角柱。在固定基座103的顶部设置有光源固定面1031。该光源固定面1031相对于反射面101的回转轴OA倾斜一定角度。
在图3A-3E所示的第一实施例中，光源固定面1031与固定基座103的延伸方向夹一锐角。光源固定面1031是固定基座103的斜切面。在光源固定面1031旁、朝向反射面IOI的开口方向，设置有遮光凸出部1032，用于阻挡可能直射出聚光装置的少量直射光线。遮光凸出部1032的高度以阻挡直射光线、但尽可能不干涉反射光线为宜。
固定基座103除了将点光源102按照预定的角度设置在反射面101的焦点处、使出射光束的中心轴线FB与反射面lOl的回转轴OA相交外，还起到电气连接的作用，与点光源102连接的导线可从中通过。此外，由于區定基座103由导热良好的材料制成，并与点光源102紧密接触，可及时将点光源102的热量传导出去。
在灯壳104的底部设置有直孔1041,该固定基座103即画定在直孔1041中，固定基座1(B的延伸方向与反射面101的回转轴OA垂直。灯壳104下部还固定设置有散热装置106，固定基座103穿过灯壳104上的直孔1041后，与散热装置106紧密接触。工作时，可将点光源102产生的热量传导到散热装置106，避免了热量聚集。
在该第一实施例中，灯壳104和散热装置106是一整体，而固定基座103为单独的组件，在其他的情况下，它们可以是三者彼此独立的组件，或者两两组合加工、或者三者一体成型为整体，构成聚光装置。
参照图4A-4D，在本实用新型的第二实施例中，与第一实施例相同的部分不再赘述。该实施例的聚光装置200中，固定基座203为圆柱形，光源固定面2031为固定基座203顶部的凹面。遮光凸出部2032就是围绕光源固定面2031的环形侧壁。在该第二实施例中，光源固定面2031与固定基座203的延伸方向垂直，光源固定面2031凹进的深度以阻挡直射光线、但尽可能不干涉反射光线为宜。
在灯壳204的底部设置有斜孔2042，该固定基座203固定在斜孔2042中，固定基座203的延伸方向与反射面201的回转轴OA夹一锐角。点光源202固定在光源固定面2031上，周围的遮光凸出部2032遮挡可能直射出灯壳204的光线，避免了眩光。
参照图5A-5E，在本实用新型的第三实施例中，与第一实施例相同的部分不再赘述。如图5D和5E所示，该实施例中，灯壳304的开口呈圆形，它包括对称的两部分，其中第一部分3043内部设有抛物形反射面3011、第二部分3044内部设有抛物形反射面3012，两者的对称轴为0C。在灯壳304的第一部分3043和第二部分3044之间设置有孔3041，该孔3041的中心线与OC重合。固定基座303设置在孔3041中。
如图5A-5C所示，圆定基座303包括与孔3041配合的圆定部3033、光源安装部3034、以及遮光凸出部3032，其中固定部3033为圆柱形，光源安装部3034为圆台形，其小径端与固定部3033连接，大径端与遮光凸出部3032连接。在光源安装部3034的厨面上设置有两个光源固定面3031、 3035，为了便于固定点光源102，光源固定面3031、 3035可向内凹进。在该实施例中，光源固定面3031、 3035可以与光源安装部3034对应部位的表面轮廓平行。光源固定面3031、 3035分别位于抛物形反射面3011、 3012的焦点处，其倾斜角度使得光源3021、 3022发出的光线投射到对应的反射面上。
遮光凸出部3032设置在光源安装部3034的大径端，为凸缘状。其凸出的高度以阻挡直射光线、但尽可能不干涉反射光线为宜。在固定基座303端部，可设置外接散热装置，以及时散发热量。与上述的其它实施例相比，该第三实施例中的聚光装置使两个反射面、两个点光源相互组合，同时将两个点光源固定在同一个固定基座上，提供了更多的便利性和更广泛的使用空间。
图6A-6D示出了多个聚光装置组合应用的其它实施例。如图6A所示，在该第四实施例中，灯壳404在开口方向呈圆形，它包括三个独立的抛物形反射面4011、 4012、 4013，其内分别设置有用于固定点光源的固定基座4031、 4032、4033。从灯壳404的开口方向看，这些固定基座设置在灯壳404内部的周围区域。光线从灯壳404内.部的周围区域向中心发射，之后被反射。
如图6B所示，在该第五实施例中，灯壳504在开口方向呈圆形，它包括三个独立的抛物形反射面5011、 5012、 5013，其内分别设置有用于國定点光源的固定基座5031、 5032、 5033。从灯壳404的开口方向看，这些固定基座5031、 5032、 5033设置在中心区域，光线从灯壳404内的中心区域向周围发射，之后被反射。在该实施例中，固定基座5031、 5032、 5033可设置为一体。
如图6C所示，在第六实施例中，灯壳604在开口方向呈圆形，它包括六个独立的抛物形反射面6011、 6012、 6013、 6014、 6015、 6016，其内分别设置有用于固定点光源的固定基座6031、 6032、 6033、 6034、 6035、 6036。其中抛物形反射面6011、 6012以与第三实施例(如图5D、 5E所示)相同的方式设置在中心区域。其它四个抛物形反射面6013、 6014、 6015、 6016设置在周围区域，其方式与第四实施例(如图6B所示)类似。
如图6D所示，在第七实施例中，灯壳704在开口方向呈矩形，它包括多个并排排列的抛物形反射面7011、 7012等，其内分别设置有用于固定点光源的固定基座7031、 7032等。各固定基座设置在对应反射面的焦点处，为平列组合。
如图6E所示，在第八实施例中，灯壳804在开口方向呈矩形，它包括上下两排抛物形反射面，每一排都包括多个独立的抛物形反射面8011、 8012、8013、 8014等，其内分别设置有用于固定点光源的固定基座8031、 8032、 8033、8034等。各固定基座设置在对应反射面的焦点处，为平列组合。
由于固定基座的设置位置和方式可以根据需要而改变，因此未在每个实施
12例中对其进行详细描述。
本实用新型的聚光装置，将大部分或全部光线投射到抛物形反射面上，使 光线平行出射，具有以下有益效果
1、 提高了点光源的利用率，使相同功率的点光源的射程更远，在同样的 射程要求下可降低光源消耗。
2、 由于主要光线均平行于抛物形反射面的回转轴方向射出，减少了散射 的光污染。
3、 强烈的光源所发出的光线投射到反射面上，并设置了遮光凸出部来遮 挡直射光线，与传统点光源的光线直射出去相比，光线经反射面反射后射出， 相当于扩大了光线出射的面积，使光线能均匀、柔和地射出聚光装置，避免了 眩光对视觉的强烈刺激和视力损害。
4、 由于采用非全对称抛物面形状的反射面，不仅保证了光源可以准确设 置在抛物形反射面的焦点上，而且可以将散热装置放在最贴近点光源的位置， 使固定基座能以最短途径导出热量，降低热梯度，改善散热效果，满足点光源 的工况要求，保证其使用寿命。
5、 由于出射光线是通过反射混合后再照射出聚光装置，大功率LED器件 直射光线经常出现的光斑、黄圈、光束中心与周边的色差等常见缺陷可得到显 著改善。
6、 相对传统聚光装置，尤其是带有加热极的光源(例如，灯泡、灯管) 的装置，本实用新型的聚光装置采用的点光源具有极高的耐振动、抗冲击的优 势，更适用于移动、振动与可能跌落的工作环境。
7、 相比传统的灯具结构，本实用新型的聚光装置的制作并无难度，反而 因节省了抛物面反射面的空间，体积可以縮小，成本可以降低，设计更加灵活 多变；
8、 利用本实用新型的原理，不仅可以制作单颗光源的独立聚光装置，也 可以由若干个这样的聚光装置组合、变形，制成两颗或两颗以上光源的聚光装 置，以适应更大投射距离、更大投光功率的需要。
权利要求1、一种聚光装置，包括灯壳、位于所述灯壳内的反射面、以及设置在所述灯壳内的点光源，其特征在于，所述反射面是抛物线回转体的一部分，所述点光源设置在所述反射面的焦点处并朝向所述反射面，使发出的全部光线经所述反射面反射后平行出射。
2、 根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述点光源的光束出 射角为a ，所述反射面的开口截面绕所述抛物线回转体的回转轴的夹角为3 ， 贝Q"a 。
3、 根据权利要求1所述的聚光装置，其特征在于，所述聚光装置还包括 设置在所述灯壳底部的固定基座，所述固定基座包括光源固定面和遮光凸出 部，所述点光源设置在所述光源固定面上，所述遮光凸出部设置在所述光源固 定面旁，用于阻挡从所述点光源直射出所述反射面的光线。
4、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳底部设置有 直孔，所述固定基座呈柱状，且固定在所述直孔内；所述光源固定面是所述固 定基座顶部的斜切面。
5、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳底部设置有 斜孔，所述固定基座成柱状，且画定在所述斜孔中，所述光源固定面是所述固 定基座顶部的凹面，所述遮光凸出部是围绕所述光源瞎定面的环形侧壁。
6、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳的开口呈圆 形，且包括对称的两部分，各部分内均设有反射面；所述固定基座设置在所述 两部分之间，包括光源安装部和遮光凸出部，与所述反射面对应的点光源均设 置在所述遮光凸出部上。
7、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳的开口呈圆 形，内部设有多个反射面，各反射面内分别设置有所述点光源和固定基座。
8、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳的开口呈矩 形，内部设有多个并排排列的反射面，各反射面内分别设置有所述点光源和固 定基座。
9、 根据权利要求3所述的聚光装置，其特征在于，所述灯壳底部还设置有散热装置，所述画定基座与所述散热装置紧密接触。
10、 根据权利要求2所述的聚光装置，其特征在于，所述点光源的光束出射角小于180。，所述点光源的出射光束的中心轴线与所述抛物线回转体的回转轴相交，且形成8(T ~150°的夹角。
专利摘要本实用新型涉及一种聚光装置，包括灯壳、位于所述灯壳内的反射面、以及设置在所述灯壳内的点光源，所述反射面是抛物线回转体的一部分，所述点光源设置在所述反射面的焦点处并朝向所述反射面，使发出的全部光线经所述反射面反射后平行出射。这种聚光装置可达到较好的聚光效果，提高电光源的利用率，减少眩光。
文档编号F21V7/00GK201281293SQ20082021280
公开日2009年7月29日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者崔铁生 申请人:深圳市中电开拓实业有限公司