专利名称：发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光照明领域，特别涉及发光照明器材技术领域，具体是指一种发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置。
背景技术：
随着人类文明的不断进步以及科学技术的不断发展，照明装置早已广为人知。总的说来，这类照明装置包括壳体和设置在所述壳体内的发光部件。随着技术的进步，LED已经能够提供足够的光能用于照明用途，为了减少照明的能源消耗，减少二氧化碳的排放，为推动替代光源市场的不断前进，用LED光源取代白炽灯和卤素灯已经是大势所趋，消费者所需要的是能够达到白炽灯或卤素灯的光量输出、同时具有更低的能耗和更长的使用寿命、物美价廉的产品。虽然市场上已经有许多不同的LED产品在推出，但其中大多数对一般消费者来说太过于昂贵，而且产品性能并没有达到预期效果。根据光学原理，光线很容易被双凸透镜所折射而达到聚光效果，而为了获得同样的聚光效果而尽可能减小透镜的厚度，可以采用菲涅尔透镜来取代常规的双凸透镜。菲涅尔透镜(Fresnel lens)，又称螺纹透镜，是由法国物理学家奥古斯丁 简 菲涅尔所发明的一种透镜，此透镜的设计原来被应用于灯塔，这个设计可以建造更大孔径的透镜，其特点是焦距短，且比一般的透镜的材料用量更少、重量与体积更小。和早期的透镜相比，菲涅尔透镜更薄，因此可以折射出更多的光以形成亮度更高的平行光束，使得灯塔即使距离相当远仍可看见。常规的菲涅尔透镜聚光灯的照明部分由灯、菲涅尔透镜和球形辅助反射镜组成。一般来说，灯的灯丝都会固定在球形反射镜的中心点。因此，灯发出的部分光线放反射回来，帮助前半球的灯光发射。方向向前的光线由菲涅尔透镜聚焦.但是光线聚焦的程度由菲涅尔透镜与灯之间的距离决定。如果灯的灯丝位于菲涅尔透镜的焦点上，则将产生最细的聚焦光点。这使得其光路近似于平行线，也将其称为聚斑(spot)。减少菲涅尔透镜与灯之间的距离,就会使发射出来的光点的孔径角度连续增大。这就产生了发散的光路，也称为泛光(flood)。但这种光如具有光裁量不足的缺陷,尤其在聚斑位置(spot position)内，这主要由于在这种情况下，聚斑位置内只有相对很小的空间角度范围被菲涅尔透镜覆盖所致。同时，常规的菲涅尔透镜本身并不能起到对不同颜色的光进行散射混合的效果，因此无法适用于各种对于光源和发光光束有特定要求的场合。因此，整个灯的聚光问题一直是技术上的瓶颈，同时，如何制造一种能够将同种颜色的光折射出特定的光束样式而且经济实惠的照明装置，始终是困扰人们的普遍问题。虽然LED本身技术有所进步，可以发出各种不同颜色的光，但如何利用一种简单的透镜结构能够将光进行充分散射混合、降低制造成本和产品复杂度、节能环保，一直是摆在人们面前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效实现不同颜色或不同色温的光线的发散混合、结构简单实用、节能安全环保、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置。为了实现上述的目的，本发明的发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置具有如下构成
该发光灯体聚光透镜结构，包括-透镜前端面，以及-与透镜前端面相对的透镜后端面；其主要特点是，所述的透镜结构为具有光滑表面的单片复合菲涅尔透镜。该发光灯体聚光透镜结构中的透镜前端面包括-菲涅尔折射区，分布于该透镜前端面的外部边缘区域，将入射光折射形成定向光束；-凸透镜折射区，分布于该透镜前端面的中心部位，将入射光进行聚光折射；-波纹折射区，分布于所述的透镜前端面上的该菲涅尔折射区与凸透镜折射区之间，且将入射光进行发散混合折射。该发光灯体聚光透镜结构中的波纹折射区中可以具有数个沿径向直线发散延伸的径向波纹凸脊。该发光灯体聚光透镜结构中的径向波纹凸脊的宽度自中心向周边逐渐增加。该发光灯体聚光透镜结构中相邻的径向波纹凸脊之间具有分割凹槽。该发光灯体聚光透镜结构中的径向波纹凸脊的横截面可以呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。该发光灯体聚光透镜结构中的波纹折射区中也可以具有数个沿径向蜗线发散延伸的蜗线型波纹凸脊。该发光灯体聚光透镜结构中的蜗线型波纹凸脊的宽度自中心向周边逐渐增加。该发光灯体聚光透镜结构中相邻的蜗线型波纹凸脊之间具有分割凹槽。该发光灯体聚光透镜结构中的蜗线型波纹凸脊的横截面可以呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。该发光灯体聚光透镜结构中的波纹折射区中还可以具有数个沿以该透镜前端面的中心部位为圆心的同心圆周方向排列的鳞状凸起。该发光灯体聚光透镜结构中的鳞状凸起的大小自中心向周边逐渐增加。该发光灯体聚光透镜结构中的鳞状凸起可以为棱锥体、棱台体、半球体、半椭球体、圆柱体或者圆锥体。该发光灯体聚光透镜结构中的透镜后端面包括-外缘内部反射区，分布于该透镜后端面的外部边缘区域，且厚度从外部边缘向中心部位方向逐渐增加，将入射光进行内部反射并重定向至发光灯体的照射方向；-凸面折射区，分布于该透镜后端面的中心部位，将入射光进行聚光折射；
-全反射区，分布于所述的透镜后端面上的该外缘内部反射区与凸面折射区之间，将入射光进行全反射并射入该透镜结构中。该发光灯体聚光透镜结构中的外缘内部反射区的透镜后端面表面上覆盖有介质膜。该发光灯体聚光透镜结构中的外缘内部反射区沿该透镜结构的中心轴向截面呈梯形。该发光灯体聚光透镜结构中的全反射区为 所述的外缘内部反射区与凸面折射区之间的内圆筒面。该发光灯体聚光透镜结构中的凸面折射区的外部边缘位置与所述的波纹折射区的外部边缘位置沿该透镜结构的中心轴向相对应。该发光灯体聚光透镜结构的最大厚度不超过10_。该发光灯体聚光透镜结构的直径不超过45mm。该具有上述的透镜结构的照明装置，其主要特点是，所述的照明装置包括-壳体，以及-设置于壳体中的发光组件；所述的透镜结构设置于该壳体前端，且该透镜结构的位置与所述的发光组件相对应。该照明装置中的发光组件包括基板和设置于该基板上的数个发光二极管LED，各个发光二极管LED与所述的波纹折射区位置相对应。该照明装置中的各个发光二极管LED在基板上沿圆周方向分布，且每个发光二极管LED可以分别与相应的径向波纹凸脊位置相对应。该照明装置中每个发光二极管LED也可以分别与相应的蜗线型波纹凸脊位置相对应。该照明装置中的发光二极管LED与该透镜结构的透镜后端面的距离不超过5mm。该照明装置中的各个发光二极管LED的发光颜色相同、发光颜色不同或者色温不同。该照明装置中的透镜结构通过光硬化树脂粘合层固定粘接于所述的壳体前端。采用了该发明的发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置，由于其在透镜前端面上具有菲涅尔折射区、凸透镜折射区、波纹折射区，透镜后端面上具有外缘内部反射区、凸面折射区、全反射区，从而能够将绝大部分的入射光有效进行发散混合折射，同时可以将少部分光进行反射、折射重定向从而集成光束，不仅结构简单实用，而且经济实用，工作性能稳定可靠，同时可以根据需要灵活调整集束的宽度和角度、不同颜色光的散射混合程度，适用范围较为广泛，为人们的工作和生活都带来了很大的便利。
图I为本发明的发光灯体聚光透镜结构的第一种实施方式的立体示意图。图2为本发明的发光灯体聚光透镜结构的透镜前端面示意图。图3为图2的C-C方向剖视示意图。图4为图2的D-D方向剖视示意图。
图5a、5b为本发明的发光灯体聚光透镜结构的透射光路示意图。图6a为本发明的发光灯体聚光透镜结构的第二种实施方式的立体示意图。图6b为本发明的发光灯体聚光透镜结构的第三种实施方式的立体示意图。图7为本发明的照明装置的发光组件的示意图。图8为本发明的照明装置的发 光组件与发光灯体聚光透镜的位置对应关系示意图。图9为本发明的照明装置的整体外观结构示意图。
具体实施例方式为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。请参阅图I至图4、图5a、图5b所示,该发光灯体聚光透镜结构,包括(I)透镜前端面I ;(2)与透镜前端面I相对的透镜后端面2 ；其中，所述的透镜结构为具有光滑表面的单片复合菲涅尔透镜。该发光灯体聚光透镜结构中的透镜前端面I包括(I)菲涅尔折射区11，分布于该透镜前端面I的外部边缘区域，将入射光折射形成定向光束；(2)凸透镜折射区12，分布于该透镜前端面I的中心部位，将入射光进行聚光折射；(3)波纹折射区13，分布于所述的透镜前端面I上的该菲涅尔折射区11与凸透镜折射区12之间，且将入射光进行发散混合折射，从而可以实现不同波长、不同温度的光相互之间的发散和混合，保证出射光是一束同种光线的集合输出。其中，在本发明的第一种实施例中，所述的波纹折射区13中可以具有数个沿径向直线发散延伸的径向波纹凸脊14 ;所述的径向波纹凸脊14的宽度自中心向周边逐渐增加，且相邻的径向波纹凸脊14之间具有分割凹槽15，所述的径向波纹凸脊14的横截面可以呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。请参阅图6a所示，在本发明的第二种实施例中，该发光灯体聚光透镜结构中的波纹折射区13中也可以具有数个沿径向蜗线发散延伸的蜗线型波纹凸脊16，所述的蜗线型波纹凸脊16的宽度自中心向周边逐渐增加；相邻的蜗线型波纹凸脊16之间具有分割凹槽17，所述的蜗线型波纹凸脊16的横截面可以呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。再请参阅图6b所示，在本发明的第三种实施例中，该发光灯体聚光透镜结构中的波纹折射区13中还可以具有数个沿以该透镜前端面的中心部位为圆心的同心圆周方向排列的鳞状凸起18，所述的鳞状凸起18的大小自中心向周边逐渐增加，且该鳞状凸起18可以为棱锥体、棱台体、半球体、半椭球体、圆柱体或者圆锥体。再请参阅图3和图4所示，该发光灯体聚光透镜结构中的透镜后端面2包括(I)外缘内部反射区21，分布于该透镜后端面2的外部边缘区域，且厚度从外部边缘向中心部位方向逐渐增加，将入射光进行内部反射并重定向至发光灯体的照射方向；(2)凸面折射区22，分布于该透镜后端面2的中心部位，将入射光进行聚光折射；
(3)全反射区23，分布于所述的透镜后端面2上的该外缘内部反射区21与凸面折射区22之间，将入射光进行全反射并射入该透镜结构中。其中，该发光灯体聚光透镜结构中的透镜后端面2的外缘内部反射区21的表面上覆盖有介质膜，从而能够进一步增强该外缘内部反射区21的反射率。同时，所述的外缘内部反射区21沿该透镜结构的中心轴向截面呈梯形；所述的全反射区23为所述的外缘内部反射区21与凸面折射区22之间的内圆筒面；所述的凸面折射区22的外部边缘位置221与所述的波纹折射 区13的外部边缘位置131沿该透镜结构的中心轴向相对应。不仅如此，在本发明的具体实施方式
中，该发光灯体聚光透镜结构的最大厚度可以不超过10mm，且该发光灯体聚光透镜结构的直径可以不超过45mm;当然本发明的技术方案中，可以根据不同型号的发光灯体的尺寸，灵活调整透镜结构的最大厚度以及直径的参数，从而和实际的应用相适应。再请参阅图7至图9该具有上述的透镜结构的照明装置，其中包括-壳体3，以及-设置于壳体3中的发光组件4；所述的透镜结构设置于该壳体3前端，且该透镜结构的位置与所述的发光组件4相对应。该照明装置中的发光组件4包括基板41和设置于该基板41上的数个发光二极管LED 42，各个发光二极管LED 42与所述的波纹折射区13的位置相对应。在本发明的第一种具体实施例中，该照明装置中的波纹折射区13中具有数个沿径向直线发散延伸的径向波纹凸脊14，所述的各个发光二极管LED 42在基板41上沿圆周方向分布，且每个发光二极管LED 42分别与相应的径向波纹凸脊14的位置相对应。在本发明的第二种具体实施例中，该照明装置中的波纹折射区13中具有数个沿径向直线发散延伸的蜗线型波纹凸脊16，所述的各个发光二极管LED 42在基板41上沿圆周方向分布，且每个发光二极管LED 42分别与相应的蜗线型波纹凸脊16的位置相对应。同时，该照明装置中的发光二极管LED 42与该透镜结构的透镜后端面2的距离不超过5_;当然本发明的技术方案中，可以根据不同型号的发光灯体的尺寸，灵活调整透镜结构的透镜后端面2与发光二极管LED 42的距离参数，从而和实际的应用相适应。该照明装置中的各个发光二极管LED 42的发光颜色或者色温不同，且所述的透镜结构可以通过光硬化树脂粘合层固定粘接于所述的壳体3的前端。在实际使用当中，本发明的基本思想是充分利用了 LED技术的先进性，并利用了光谱学技术(光谱学技术是将LED技术和光学技术进行兼容并蓄所产生出的一种新的技术)。在本发明中利用了光谱学技术的原理，使用了不同颜色的LED，不同颜色的LED发出的光的经过本发明的透镜结构进行折射后，能够进行发散混合，其中首先依赖于菲涅尔透镜，同时也依赖本发明的特殊的复合折射结构，从而产生了能够适合人的眼睛的感觉的光线频谱，，而且效率较高，因此本发明的照明装置能够使用更少的能量获得更高的光亮度。同时，将不同颜色和色温的LED发出的光进行混合，还能够产生可以自由调节的光的颜色，本发明的发光灯体聚光透镜结构就能够同时实现将LED发射源发出的光进行混合和聚光的作用和效果，而且本发明的LED阵列排成环形，从而能够使得LED与波纹折射区的各个折射散射混合功能单元相对应，从而获得好的光线发散混合效果。本发明就是将合适的波纹折射特点应用在径向阵列中，而且与LED阵列相对应的位置上，从而将大部分光经过波纹折射区13朝多个方向进行折射和散射，从而使得不同色温的光线能够彼此重叠，从而将不同色温/颜色的光线进行混合。而少部分的光线能够通过本发明的聚光透镜结构中的菲涅尔折射区11并经过多次内部反射后最终进行会聚，并成为一个具有相对较小的光束角度的出射光束图形，提高了光能量的利用率。通过调节改变菲涅尔折射区11、凸透镜折射区12、波纹折射区13三部分所占的比例和菲涅尔折射角度，能够获得不同的出射光束图形。采用了上述的发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置，由于其在透镜前端面I 上具有菲涅尔折射区11、凸透镜折射区12、波纹折射区13，透镜后端面2上具有外缘内部反射区21、凸面折射区22、全反射区23，从而能够将绝大部分的入射光有效进行发散混合折射，同时可以将少部分光进行反射、折射重定向从而集成光束，不仅结构简单实用，而且经济实用，工作性能稳定可靠，同时可以根据需要灵活调整集束的宽度和角度、不同颜色光的散射混合程度，适用范围较为广泛，为人们的工作和生活都带来了很大的便利。在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种发光灯体聚光透镜结构，包括 -透镜前端面，以及 -与该透镜前端面相对的透镜后端面； 其特征在于， 所述的透镜结构为具有光滑表面的单片复合菲涅尔透镜。
2.根据权利要求I所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的透镜前端面包括 -菲涅尔折射区，分布于该透镜前端面的外部边缘区域，将入射光折射形成定向光束； -凸透镜折射区，分布于该透镜前端面的中心部位，将入射光进行聚光折射； -波纹折射区，分布于所述的透镜前端面上的该菲涅尔折射区与凸透镜折射区之间，且将入射光进行发散混合折射。
3.根据权利要求2所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的波纹折射区中具有数个沿径向直线发散延伸的径向波纹凸脊。
4.根据权利要求3所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的径向波纹凸脊的宽度自中心向周边逐渐增加。
5.根据权利要求3所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，相邻的径向波纹凸脊之间具有分割凹槽。
6.根据权利要求3所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的径向波纹凸脊的横截面呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。
7.根据权利要求2所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的波纹折射区中具有数个沿径向蜗线发散延伸的蜗线型波纹凸脊。
8.根据权利要求7所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的蜗线型波纹凸脊的宽度自中心向周边逐渐增加。
9.根据权利要求7所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，相邻的蜗线型波纹凸脊之间具有分割凹槽。
10.根据权利要求7所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的蜗线型波纹凸脊的横截面呈三角形、半圆形、弓形、半椭圆形或者半多边形。
11.根据权利要求2所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的波纹折射区中具有数个沿以该透镜前端面的中心部位为圆心的同心圆周方向排列的鳞状凸起。
12.根据权利要求11所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的鳞状凸起的大小自中心向周边逐渐增加。
13.根据权利要求11所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的鳞状凸起为棱锥体、棱台体、半球体、半椭球体、圆柱体或者圆锥体。
14.根据权利要求2至13中任一项所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的透镜后端面包括 -外缘内部反射区，分布于该透镜后端面的外部边缘区域，且厚度从外部边缘向中心部位方向逐渐增加，将入射光进行内部反射并重定向至发光灯体的照射方向； -凸面折射区，分布于该透镜后端面的中心部位，将入射光进行聚光折射； -全反射区，分布于所述的透镜后端面上的该外缘内部反射区与凸面折射区之间，将入射光进行全反射并射入该透镜结构中。
15.根据权利要求14所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的外缘内部反射区的透镜后端面表面上覆盖介质膜。
16.根据权利要求14所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的外缘内部反射区沿该透镜结构的中心轴向截面呈梯形。
17.根据权利要求14所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的全反射区为所述的外缘内部反射区与凸面折射区之间的内圆筒面。
18.根据权利要求14所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的凸面折射区的外部边缘位置与所述的波纹折射区的外部边缘位置沿该透镜结构的中心轴向相对应。
19.根据权利要求I至13中任一项所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的透镜结构的最大厚度不超过10mm。
20.根据权利要求I至13中任一项所述的发光灯体聚光透镜结构，其特征在于，所述的透镜结构的直径不超过45mm。
21.一种具有权利要求I所述的透镜结构的照明装置，其特征在于，所述的照明装置包括 -壳体，以及 -设置于壳体中的发光组件； 所述的透镜结构设置于该壳体前端，且该透镜结构的位置与所述的发光组件相对应。
22.根据权利要求21所述的照明装置，其特征在于，所述的透镜前端面包括波纹折射区，该波纹折射区将入射光进行发散混合折射，所述的发光组件包括基板和设置于该基板上的数个发光二极管LED，各个发光二极管LED与所述的波纹折射区位置相对应。
23.根据权利要求22所述的照明装置，其特征在于，所述的波纹折射区中具有数个沿径向直线发散延伸的径向波纹凸脊，所述的各个发光二极管LED在基板上沿圆周方向分布，且每个发光二极管LED分别与相应的径向波纹凸脊位置相对应。
24.根据权利要求22所述的照明装置，其特征在于，所述的波纹折射区中具有数个沿径向直线发散延伸的蜗线型波纹凸脊，所述的各个发光二极管LED在基板上沿圆周方向分布，且每个发光二极管LED分别与相应的蜗线型波纹凸脊位置相对应。
25.根据权利要求22所述的照明装置，其特征在于，所述的发光二极管LED与该透镜结构的透镜后端面的距离不超过5mm。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的照明装置，其特征在于，所述的各个发光二极管LED的发光颜色相同、发光颜色不同或者色温不同。
27.根据权利要求21至25中任一项所述的照明装置，其特征在于，所述的透镜结构通过光硬化树脂粘合层固定粘接于所述的壳体前端。
全文摘要
本发明涉及一种发光灯体聚光透镜结构，包括透镜前端面以及与透镜前端面相对的透镜后端面，其中透镜结构为具有光滑表面的单片复合菲涅尔透镜。本发明还包括具有该透镜结构的照明装置。采用该种结构的发光灯体聚光透镜结构及相应的照明装置，在透镜前端面上具有菲涅尔折射区、凸透镜折射区、波纹折射区，透镜后端面上具有外缘内部反射区、凸面折射区、全反射区，能够将绝大部分的入射光有效进行发散混合折射，并将少部分光进行反射、折射重定向从而集成光束，不仅结构简单实用，而且经济实用，工作性能稳定可靠，同时可根据需要灵活调整集束的宽度和角度、不同颜色光的散射混合程度，适用范围较为广泛，为人们的工作和生活都带来了很大的便利。
文档编号F21Y101/02GK102829430SQ20111015872
公开日2012年12月19日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者蔡子丰 申请人:蔡子丰