專利名稱：Led臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
且特別涉及一種利用紅外自動(dòng)開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)開關(guān)控制達(dá)到更好的節(jié) 能LED照明燈。本實(shí)用新型涉及一種臺(tái)燈的照明光學(xué)系統(tǒng)，該光學(xué)系統(tǒng)的光源是大功率 LED(發(fā)光二極管)，通過該光學(xué)系統(tǒng)可以使光源發(fā)出的光通量得到有效的分配。
背景技術(shù)：
臺(tái)燈是一種常用的照明燈具，由于臺(tái)燈的照明效果對(duì)閱讀者的視力有較大影響， 因此，國家專門制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 9473-2008讀寫作業(yè)臺(tái)燈性能要求)，對(duì)讀寫臺(tái)燈 所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定。 傳統(tǒng)臺(tái)燈大多使用日光燈或白熾燈作為光源，存在體積大、能耗高、熱輻射量大和 使用壽命短等問題。LED是新型的半導(dǎo)體光源，具有體積小、節(jié)能、使用壽命長且為冷光源等 優(yōu)點(diǎn)。隨著大功率LED發(fā)光性能的提高，使用LED替代傳統(tǒng)光源應(yīng)用于臺(tái)燈成為可能。 目前，已經(jīng)公開的方案普遍采用多只LED作為臺(tái)燈的光源，通過串并聯(lián)的方式組 合而成(如中國專利200520082361. 1號(hào)、200820044687. 9號(hào)等)，這樣的LED臺(tái)燈燈具有
如下的問題 (1)通常需要使用幾十顆小功率LED才能達(dá)到照度要求，使得整個(gè)臺(tái)燈占用空間 大，使用不方便，也不容易設(shè)計(jì)出美觀的外形； (2)使用多顆LED的臺(tái)燈可靠性不高。若有幾顆LED損壞，不僅影響了美觀，而且還 可能由于電參數(shù)變化造成其他未損壞的LED工作不穩(wěn)定，從而加速了整個(gè)LED臺(tái)燈的損壞； (3)更換光源困難。使用傳統(tǒng)光源的臺(tái)燈，當(dāng)光源損壞時(shí)，用戶可以方便地更換新 的光源，而由多只LED組成的光源，如果只有小部分LED損壞，普通用戶難以進(jìn)行更換處理； 當(dāng)大部分或全部LED損壞后，雖可整體更換，但大面積的電路板也需更換，不僅操作麻煩， 而且浪費(fèi)較大。 如果使用單顆LED作為臺(tái)燈光源則不存在上述問題，我們可以將單顆大功率LED
做成一個(gè)便于拆裝的部件，使用者就可以像更換白熾燈一樣完成簡單的光源更換操作。 目前已經(jīng)公開的方案中也有一些是使用大功率LED作為臺(tái)燈的光源，但是這
些方案大都缺乏合理、精確的光學(xué)設(shè)計(jì)，有的簡單地使用一個(gè)成像透鏡(如中國專利
200720117993. 6);有的使用透鏡和反射器的組合(如中國專利200720072146. 2號(hào))；有
的甚至沒有經(jīng)過任何配光設(shè)計(jì)(如中國專利200720118831. 4號(hào))。上述方案普遍存在光
能利用率不高的問題，并可能在中心照度和照明均勻度方面不夠理想?，F(xiàn)有的大功率白光LED的發(fā)光效率已普遍達(dá)到501m/W以上，量產(chǎn)的單顆5W的白
光LED可以提供2801m以上的光通量，如果設(shè)計(jì)合理，使用1只LED完全可以達(dá)到臺(tái)燈照明
的國家標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。與使用傳統(tǒng)光源的閱讀臺(tái)燈相比，節(jié)能效果非常顯著。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，通過使用專門設(shè)計(jì)的非球面、非成
3像透鏡，使受照面上的照度分布滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有效率高、體積小、重量輕、眩光小 以及照明均勻。 為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，包括LED光源， 所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)還包括非球面透鏡體，LED光源出射光線通過非球面透鏡體 折射后照射到目標(biāo)照明區(qū)域。 進(jìn)一步地，所述的非球面透鏡體包括外表面、內(nèi)表面和底面。 進(jìn)一步地，所述的非球面透鏡體的外表面為非球面，內(nèi)表面為球面。 進(jìn)一步地，所述的LED光源的中心設(shè)置在與內(nèi)表面的球心處。 進(jìn)一步地，所述的非球面透鏡體的外表面為非球面，內(nèi)表面為與底面重合的平面。 進(jìn)一步地，當(dāng)所述的非球面透鏡體的內(nèi)表面為平面時(shí)，所述的LED光源緊貼透鏡 體內(nèi)表面，LED光源的中心位于透鏡體的對(duì)稱軸上。 進(jìn)一步地，所述的LED光源為1只大功率白光LED。 進(jìn)一步地，所述的透鏡體外表面和底面有一內(nèi)陷或外凸的過度直角，用以進(jìn)行定 位和固定。 本實(shí)用新型的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，通過使用專門設(shè)計(jì)的非球面透鏡體，非球 面透鏡體的外表面完整覆蓋LED光源的的發(fā)光角度范圍，使LED的光路得到全面控制，受照 面上的照度分布滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，該光學(xué)系統(tǒng)具有效率高、體積小、重量輕、眩光小以 及照明均勻等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型第一實(shí)施例LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)示意圖； 圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)示意圖； 圖3是本實(shí)用新型第三實(shí)施例LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)示意圖； 圖4是本實(shí)用新型LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)第一透鏡體示意圖。 圖5是本實(shí)用新型LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)第二透鏡體示意圖。 圖6是本實(shí)用新型LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)配光曲線圖。 其中10、透鏡體，11、 LED光源，12、透鏡體外表面，13、透鏡體空腔，14、透鏡體內(nèi) 表面，15、透鏡體底面，16、輔助結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。 參見圖1，圖1第一實(shí)施例LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)示意圖，LED臺(tái)燈照明光學(xué)系 統(tǒng)，包括LED光源ll，LED光源11采用單顆大功率白光LED，該單顆LED應(yīng)選用光通量大于 2801m的大功率LED, LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)還包括非球面透鏡體10，非球面透鏡體10包括 透鏡體外表面12、透鏡體內(nèi)表面14和透鏡體底面15，其中，如圖4所示，非球面透鏡體10的 外表面12為非球面，內(nèi)表面14為球面，LED光源11設(shè)置在透鏡體空腔13內(nèi)，優(yōu)選地，LED 光源11的中心設(shè)置在與透鏡體內(nèi)表面14的球心處，LED光源11出射光線通過非球面透鏡 體10折射后照射到目標(biāo)照明區(qū)域，透鏡體外表面12和底面15有過度的輔助機(jī)構(gòu)16，如圖 2和圖3所述，輔助機(jī)構(gòu)16為內(nèi)陷或外凸的過度直角，用以進(jìn)行定位和固定。[0030] 如圖5所示，非球面透鏡體10的外表面也可以是非球面的，內(nèi)表面為與底面重合 的平面，LED光源11緊貼透鏡體內(nèi)表面14， LED光源11的中心位于透鏡體的對(duì)稱軸上。 本實(shí)用新型所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)球面透鏡體10外表面為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱曲面， 曲面對(duì)稱軸與LED的主光軸重合，其母線是根據(jù)LED的光強(qiáng)分布和受照面上的照度分布要 求通過計(jì)算得到。計(jì)算的方法是基于能量守恒和折射定律，包括如下步驟l)確定受照區(qū) 域的大小及受照區(qū)域內(nèi)照度分布。以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)確定照明區(qū)域的尺寸和照度值的下限 值，同時(shí)考慮視覺的舒適性，使照度值從中心區(qū)域向邊緣區(qū)域緩慢衰減。2)對(duì)光源輻射空間 和受照區(qū)域分別進(jìn)行細(xì)分。光源輻射空間的細(xì)分單元(以下簡稱輻射細(xì)分單元)是以光源 中心為頂點(diǎn)的錐楔，受照區(qū)域的細(xì)分單元(以下簡稱受照細(xì)分單元)為以受照區(qū)域中心為 圓心的圓環(huán)，兩者數(shù)量相等，一一對(duì)應(yīng)，即光源在一個(gè)輻射細(xì)分單元內(nèi)的光通量與對(duì)應(yīng)的受 照細(xì)分單元內(nèi)的光通量相等。3)求透鏡表面的母線。光源在每個(gè)輻射細(xì)分單元內(nèi)發(fā)出的光 經(jīng)過透鏡折射照射到對(duì)應(yīng)的受照細(xì)分單元，由此可以求出透鏡母線上的n+1 (n為光源輻射 空間細(xì)分的數(shù)量)個(gè)點(diǎn)P1，P2，. . . Pn+1，以及母線在這些點(diǎn)處的法線，以此為基礎(chǔ)構(gòu)造樣條 曲線，從而得到透鏡外表面曲面的母線。 LED光源發(fā)出光線全部經(jīng)透鏡體的外表面折射后照射到相應(yīng)照明區(qū)域，需根據(jù)照 明區(qū)域內(nèi)的照度分布、LED的光強(qiáng)度分布和透鏡材料的折射率等參數(shù)，通過計(jì)算求出，在實(shí) 際應(yīng)用中，LED應(yīng)與透鏡相匹配，并且LED相對(duì)于透鏡的安裝位置應(yīng)與計(jì)算時(shí)的位置相同， 用光學(xué)分析軟件進(jìn)行仿真后得到的照明效果如圖6所示，最終得到的照明光斑是一個(gè)中間 區(qū)域的照度緩慢平滑衰減，邊緣區(qū)域的照度迅速衰減的圓形光斑。 雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí) 用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各 種的更動(dòng)與潤飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，包括LED光源，其特征在于所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)還包括非球面透鏡體，LED光源出射光線通過非球面透鏡體折射后照射到目標(biāo)照明區(qū)域。
2. 根據(jù)權(quán)利1所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的非球面透鏡體包括 外表面、內(nèi)表面和底面。
3. 根據(jù)權(quán)利2所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的非球面透鏡體的外 表面為非球面，內(nèi)表面為球面。
4. 根據(jù)權(quán)利3所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的LED光源的中心設(shè) 置在與內(nèi)表面的球心處。
5. 根據(jù)權(quán)利2所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的非球面透鏡體的外 表面為非球面，內(nèi)表面為與底面重合的平面。
6. 根據(jù)權(quán)利5所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的LED光源緊貼透鏡 體內(nèi)表面，LED光源的中心位于透鏡體的對(duì)稱軸上。
7. 根據(jù)權(quán)利1所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的LED光源為1只大 功率白光LED。
8. 根據(jù)權(quán)利1-7所述的任一 LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的透鏡體外表 面和底面有一輔助結(jié)構(gòu)，所述的輔助結(jié)構(gòu)為內(nèi)陷或外凸的過度直角，用以進(jìn)行定位和固定。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)，包括LED光源，所述的LED臺(tái)燈照明光學(xué)系統(tǒng)還包括非球面透鏡體，LED光源出射光線通過非球面透鏡體折射后照射到目標(biāo)照明區(qū)域，所述的非球面透鏡體包括外表面、內(nèi)表面和底面，通過使用專門設(shè)計(jì)的非球面、非成像透鏡，使受照面上的照度分布滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，具有效率高、體積小、重量輕、眩光小以及照明均勻。
文檔編號(hào)F21V5/04GK201521855SQ20092021217
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月10日
發(fā)明者劉少龍, 施偉斌, 蘇勝君, 蔣明剛, 陳祥熙, 鞠玉鵬 申請(qǐng)人:上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心;上海理工大學(xué)