CN101270863A - Led聚光灯 - Google Patents

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Abstract

LED聚光灯包括：包括由红、绿和蓝发光二极管构成的RGB－LED光源以及用于将投射自RGB－LED光源的混色光束会聚到棒透镜的入射端面的聚光透镜；锥形棒透镜，其横截面从入射端面收敛到出射端面；用于将从锥形棒透镜的出射面作为点光源出射的出射光会聚到锥形棒透镜的轴线上的反射镜。入射到锥形棒透镜的光束在前进的同时在内部被反复反射若干次，从而降低了在棒透镜出射端处的亮度不均并加快了颜色混合，使得光束作为颜色从任何方向看都是相同颜色的白光点光源出射，且光束被反射镜会聚成锥形棒透镜的轴线上的聚光。

Description

LED聚光灯
本申请基于并要求于2007年3月19日提交的日本专利申请第2007-070521号的优先权，其公开内容在此以引用方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及以LED作为光源的LED聚光灯，具体地涉及包含棒透镜的LED聚光灯。
背景技术
LED(发光二极管)具有诸如功耗低、寿命长、发热少、响应快及省空间等特点。因此，LED在照明应用中被广泛使用，在其中LED被作为光源使用，以及在从交通信号灯到汽车头灯的应用中，LED已被发现是实用的。
一方面，来自LED的光具有光强度基于光出射角而改变的特点。因此，相比于使用电灯泡的情况，难以通过使用反射镜来控制光分布。此外，因为来自LED的光具有高定向性和急剧(sharp)的光谱，该光线由于LED的这种性质而难于混合。由于这种性质，在使用红、绿和蓝LED的白色LED光的情况中，当颜色没有被充分混合时，基于视角将看到不同的颜色。
此外，作为本发明的相关技术领域，存在一种白光源，其蓝色发光元件被诸如包含荧光物质的透明包装所封装，而受输入蓝色光激发的黄色荧光物质发出的光与输入蓝色光混合以发出白色光。而且在这种情况下，基于目标是如何被来自LED的光照射而会产生颜色不均。
为解决这个问题，日本专利特开第2003-262795号公开了一种使用固态光源的照明系统，该系统由于使用了通过采用棒透镜来实现的简单结构，从而能够输出具有均匀光强度分布的光。同样，日本专利特开第2004-212469号公开了一种照明系统，其使用多个LED灯，且这些光束被输入到棒透镜以提供具有高光强度的均匀出射光。此外，日本专利特开第2004-226509号公开了一种使用LED作为光源的、用于宽广地辐射光线的频闪仪。
在LED被用于照明的应用中，其已具有了越来越广的应用范围，但仍没有公开LED被用于聚光灯以解决上述问题的案例。
日本专利特开第2003-262795号中的发明涉及点亮投影仪中的电灯泡，以及通过圆柱镜调整来自棒透镜的出射光以吻合灯泡的屏幕高宽比(aspect ratio)。
日本专利特开第2004-212469号中的发明公开了使用多个LED灯，并将光束输入提供具有高光强度的均匀出射光的棒积分器，但没有陈述聚光灯的形成。
在日本专利特开第2004-226509号的发明中使用了LED，并通过使用反射镜，扩散板和凹透镜来使光线被宽广照射。
然而，这些文件都没有陈述将所照射的光汇集到聚光灯中。
发明内容
本发明的目的在于：基于来自LED源的光提供具有不带任何颜色不均白光的聚光灯。
本发明的LED聚光灯包括使用LED的光源、使来自入射端面的入射光束变得均匀之后从出射端面发出均匀光束的棒透镜、用于将来自光源的出射光线会聚到棒透镜的入射端面上的第一聚光装置、以及用于会聚来自棒透镜的出射光线的第二聚光装置。
棒透镜可以是四棱锥形棒透镜，其横截面由入射端面收敛到出射端面。
此外，棒透镜可能是四棱柱型的棒透镜，其整体长度是入射端面的边的长度的15倍或更多。
同样，使用LED的光源可能是红、绿和蓝发光二极管是整体成形的光源，且第一聚光装置可能是用于将集成的红、绿和蓝发光二极管的出射光线会聚到棒透镜的入射端面的透镜。
此外，使用LED的光源可以是独立提供红、绿和蓝发光二极管的光源，且第一聚光装置可能包括用于会聚各来自独立的红、绿和蓝发光二极管的出射光线的透镜。一个用于将来自上述透镜的各出射光线收集到棒透镜的入射端面上的交叉双色镜，以及一个用于将来自交叉双色镜的出射光线会聚到棒透镜的入射端面上的透镜。
同样，使用LED的光源可以是白色光源，其中蓝色LED被包含荧光物质的透明粘合剂所封装，且第一聚光装置可能是用于将来自白色光源的出射光线会聚到棒透镜的入口端面上的透镜。
第二聚光装置可能是反射镜或透镜。
根据本发明，光线穿过包含具有小面积出射端的棒透镜能够提供由完全的漫射光形成的点光源，从而使设计聚光灯变得容易。
同样，根据本发明，即使使用了R，G和B三种颜色的LED，来自LED的光被用作激励光，以及即使当从荧光物质中获得白光时，光将穿过棒透镜，因此能够降低颜色不均。
本发明使用了如下配置，其中来自LED的光被聚光装置收集到某一点，在形成焦点的位置安装了棒透镜，且棒透镜前方包含了具有小面积的出射端，提供反射镜或透镜以会聚光。根据该配置，在本申请中公开的发明可以提供由完全的漫射光所形成的点光源，且能充分混合颜色，因此具有提供不带颜色不均的白光聚光灯的优势。
附图说明
图1是本发明第一示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图；
图2是本发明第二示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图；
图3是本发明第三示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图；以及
图4是本发明第四示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图。
具体实施方式
接下来，将参考附图来描述本发明的第一示例性实施例。图1是本发明第一示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图。
本发明的第一示例性实施例的LED聚光灯1包括RGB-LED光源11，光源单元10，锥形棒透镜21，反射镜31，以及外壳41。
光源单元10具有第一聚光透镜12。第一聚光透镜12是用于将来自RGB-LED光源11所投射的混色光束会聚到棒透镜21的入射面上的第一聚光装置。锥形棒透镜21是其横截面朝着出射面收敛的锥型透镜。反射镜31会聚从锥形棒透镜21的出射面出射的出射光线，从而形成点光源51。此处，第一聚光装置被描述成聚光透镜，但也可以使用反射镜。
通过开关，将来自电源(未示出)的电流供给RGB-LED光源11。
锥形棒透镜21的圆周壁是反射表面，且入射到锥形棒透镜21的光束在前进的同时在内部被反复反射若干次。因此，在锥形棒透镜21出射端处的亮度不均被降低，且光束从狭窄的出射端出射作为点光源51。
如上所述，来自LED的光具有高定向性和急剧的光谱，且因为LED的性质，光是难以混合的。由于这种性质，存在这样的问题：在使用红、绿和蓝发光二极管的白色LED光的情况中，当颜色没有被充分混合时，基于视角将看到不同的颜色。
然而，将光束通过锥形棒透镜21传播加速了颜色混合，使得从LED出射的每种颜色的光的强度没有局部集中。因此，入射到锥形棒透镜21的光束从锥形棒透镜21被发射作为其颜色从任何方向看都是相同颜色的白光。
通过作为第二聚光装置的反射镜31，从锥形棒透镜21出射作为点光源51的光被会聚为锥形棒透镜21的轴向上的聚光。
在第一示例性实施例中，光源被描述为由红、绿和蓝LED构成的RGB-LED光源11，但本发明并不限于此。
本发明还能够应用于这样的白光源，其蓝色发光元件被包含黄色荧光物质的透明包装所封装，且由蓝色发光元件发出的蓝光与被输入的蓝色光激发的荧光物质发出的光相互混合以发出白光。同样在这种情况下，通过将光经过棒透镜21传播，能够在出射端处降低由于来自LED的光的照射方式而产生的颜色不均。
接下来，将参考附图来描述本发明的第二示例性实施例。图2是本发明第二示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图。
第二示例性实施例的LED聚光灯2具有与第一示例性实施例相同的结构和功能，除了棱锥形棒透镜21被替换成狭长的矩形棒透镜22，其整体长度是入射端面的边的长度的15倍或更多。然后，在后续的描述中，使用相同的附图标记来代表相同的部件，且将省略描述。
在第二示例性实施例中，通过聚光透镜12入射到矩形棒透镜22的入射端上的光束在前进的同时在狭长的矩形棒透镜22内被反复反射若干次。因此，矩形棒透镜22的出射端的亮度不均被降低，且光束从狭窄出射端出射作为点光源51。
接下来，将参考附图来描述本发明的第三示例性实施例。图3是本发明第三示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图。
第三示例性实施例的LED聚光灯3具有与第一示例性实施例相同的结构和功能，除了第二聚光装置由反射镜31被替换成第二聚光透镜32。以后使用相同的附图标记来代表相同的部件，且将省略描述。
在第三示例性实施例中，从棱锥形棒透镜21的出射面作为点光源51出射的出射光线在棱锥形棒透镜21的轴向上通过第二聚光透镜32会聚成聚光。在这种情况下，透镜轴向上的第二聚光透镜32的可移动结构可被用于移动第二聚光透镜32的聚焦位置。此处，棱锥形棒透镜21可以是第二示例性实施例中的矩形棒透镜22。
接下来，将参考附图来描述本发明的第四示例性实施例。图4是本发明第四示例性实施例的LED聚光灯的示意性侧视图。
在第四示例性实施例的LED聚光灯4中，第一示例性实施例光源单元10被替换成光源单元60。
光源单元60包含分别在三个方向上发射光的R(红)、G(绿)和B(蓝)光源单元61R、61G和61B的组合，交叉双色镜63，用于将来自每个光源单元的出射光线汇集到一个方向上，以及聚光透镜64。
对于其他部件，本示例性实施例具有与第一示例性实施例相同的结构和功能。使用相同的附图标记来代表相同的部件，且将省略描述。
R(红)光源单元61R、G(绿)光源单元61G和B(蓝)光源单元61B分别包含R-LED光源62R、G-LED光源62G及B-LED光源62B和透镜。绿光，蓝光和红光，各自从各个光源出射，被各自的透镜会聚，从而进入交叉双色镜63的入射面。汇集这些入射光束以从出射面进入聚光透镜64，然后进入棱锥形棒透镜21的入射面。
在图4中，已提供了这样的描述，其引用了将图1中第一示例性实施例的光源单元10替换成光源单元60的例子，此外第二和第三示例性实施例的光源单元10可以被替换成光源单元60。
在第四示例性实施例中，光源单元被划分成独立的R、G和B单元，从而提升了LED的输出功率以加强点光源的照度。
在上述各个示例性实施例中，棒透镜被描述成棱锥形样式或者狭长矩形棒的样式，但也可使用透明的圆锥形样式或圆柱形样式。

Claims (8)

1.一种LED聚光灯，其包括：
使用LED的光源；
棒透镜，其用于在使来自入射端面的入射光束均匀之后从出射端面发出均匀光束；
第一聚光装置，其用于将来自所述光源的出射光线会聚到所述棒透镜的入射端面上，以及
第二聚光装置，其用于会聚来自所述棒透镜的出射光线。
2.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
所述棒透镜是四棱锥型的棒透镜，其横截面面积从所述入射端面向所述出射端面收敛。
3.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
所述棒透镜是四棱柱型棒透镜，其整体长度是所述入射端面的边的长度的15倍或更多。
4.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
使用LED的所述光源是红、绿和蓝LED整体成形的光源，且
所述第一聚光装置是将来自所集成的红、绿和蓝LED的出射光线会聚到所述棒透镜的所述入射端面上的透镜。
5.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
使用LED的光源是单独提供红、绿和蓝LED的光源，且
所述第一聚光装置包括：透镜，用于会聚来自所述单独的红、绿和蓝LED的每个出射光线；交叉双色镜透镜，用于将来自所述透镜的各个出射光线向所述棒透镜的所述入射端面汇集；以及用于将来自所述交叉双色镜透镜的出射光线会聚到所述棒透镜的所述入射端面上的透镜。
6.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
使用LED的光源是白色光源，其中蓝色LED被包含荧光物质的透明包装所封装，且
所述第一聚光装置是将来自所述白色光源的出射光线会聚到所述棒透镜的所述入射端面上的透镜。
7.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
所述第二聚光装置是反射镜。
8.如权利要求1的所述LED聚光灯，其中
所述第二聚光装置是透镜。
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