專(zhuān)利名稱(chēng)：使用發(fā)光二極管(led)作為光源的燈的制作方法
使用發(fā)光二極管(LED)作為光源的燈本發(fā)明涉及使用發(fā)光二極管(LED)作為光源的燈。具體地，涉及對(duì) 由發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光進(jìn)行聚焦的方法。本發(fā)明還涉及燈。本發(fā)明預(yù)期尤其有利地適用于頭燈，例如地下礦井中礦工使用的帽 燈，因此，在考慮本i兌明書(shū)時(shí)，尤其應(yīng)當(dāng)記住此類(lèi)應(yīng)用。本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)頭燈應(yīng)被理解為頭燈裝置的一部分，該部分包 括該裝置的光源，并且，該頭燈裝置用來(lái)被固定于用戶的頭部。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了對(duì)發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光進(jìn)行 聚焦的方法，該方法包括^JtLED發(fā)出的光的至少一部分，4吏得^Ul射的 光輻射離開(kāi)焦點(diǎn)，并且，在光^Ul射后，通過(guò)再次>^射所述光將其導(dǎo)向?yàn)?一光束，而將所述^L^射輻射的光的至少一部分聚焦成該光束。借助于一對(duì)反射面，可以實(shí)現(xiàn)由LED發(fā)出的光的部分離開(kāi)焦點(diǎn)并形成 所述光束的>^射和導(dǎo)向， 一個(gè)>^射面為主>^射面，另一個(gè)il射面為二次反 射面，反射面中的每一個(gè)被成形為具有焦點(diǎn)，且反射面被相對(duì)對(duì)準(zhǔn)和隔開(kāi)， 4吏得它們的焦點(diǎn)重合以形成所述^L^射的光輻射遠(yuǎn)離的焦點(diǎn)。本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)焦點(diǎn)應(yīng)被理解為小的區(qū)域，該小區(qū)域小于發(fā)出 光的LED的區(qū)域，所述光從該小區(qū)域輻射出去，焦點(diǎn)優(yōu)選在可行的情況下 盡可能小。由LED發(fā)出的光的部分的反射可以由主反射面實(shí)現(xiàn)，所述方法還包 括，在所述>^射的同時(shí)，將光導(dǎo)向?yàn)檩椛潆x開(kāi)焦點(diǎn)。在該光的部分輻射離開(kāi)焦點(diǎn)后，可以借助于二次反射面對(duì)其聚焦。對(duì)由LED發(fā)出的所述光的部分進(jìn)行導(dǎo)向以輻射離開(kāi)焦點(diǎn)可以是，通過(guò) 使光穿過(guò)焦點(diǎn)，并從該焦點(diǎn)離開(kāi)，輻射到二次反射面。或者，LED發(fā)出的 光的部分的反射可包括在所述LED發(fā)出的光到達(dá)焦點(diǎn)前對(duì)其進(jìn)行攔截，并 反射所攔截的光，導(dǎo)向所述光的部分以使其輻射離開(kāi)焦點(diǎn)是通過(guò)導(dǎo)向被截 取的光以使其從焦點(diǎn)向二次反射面輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由此，所發(fā)出的光的所 述部分到達(dá)焦點(diǎn)前被Jl射，使得其不穿過(guò)焦點(diǎn)，而是僅M該處輻射出去。將M射輻射的光聚焦成光束可以使得光束中的光^J^本準(zhǔn)直，即， 光束被基本集中或聚焦。所述方法可包括反射LED發(fā)出的光的一部分以形成圍繞光束的外圍 光區(qū)。典型地，LED發(fā)出的光的小部分^LH射形成所述外圍光區(qū)，所述外 圍光區(qū)的強(qiáng)度比其所圍繞的光束的低。所述方法可進(jìn)一步包括允許LED發(fā)出的光的一部分被發(fā)射而不經(jīng)反 射，所述光的未經(jīng)^Jt的部分形成光束的一部分。在一些實(shí)施例中，所述 光的未經(jīng)>^射的部分中的至少 一部分可形成外圍光區(qū)的 一部分。按照本發(fā)明的另一方面，提供有燈，該燈具有用于面向朝前方向的可 操作的前端，并且該燈包括框架；發(fā)光二極管(LED)固定器，安M框架上，用于固定LED;主反射器，安裝在框架上，并置于由所述固定器固定的LED發(fā)出的光 所沿的路徑中，該主反射器具有用于反射所發(fā)出的光的至少一部分的主反 射面；以及二次反射器，安裝在框架上，并相對(duì)于主反射器設(shè)置，使得由使用中 的主>^射器>^射的光^^射到二次>^射器上，該二次>^射器具有二次>^射 面，并且該二次反射面被成形用于沿?zé)舻那跋蚍较驅(qū)Ψ瓷涞狡渖系墓膺M(jìn)行 反射，并用于將所述光聚焦成基 聚焦的光束。LED固定器可以相對(duì)于框架定位，以便在使用中由此被固定的LED被 導(dǎo)向?yàn)檠責(zé)舻拇篌w前向方向發(fā)光，主反射器被設(shè)置在LED固定器的前面， 使得主反射面大體面對(duì)燈的后向方向，用于沿?zé)舻拇篌w后向方向反射由 LED在使用中發(fā)出的光的所述部分，而二次反射器被設(shè)置在主反射器的后 面以便二次反射面大體面對(duì)燈的前向方向，二次>^射器大體被成形為杯狀 容納由LED固定器固定的LED，主反射器比二次反射器小，允許被所述二 次反射面反射的所述基#聚焦的光束沿?zé)舻那跋蚍较蚶@過(guò)所述主反射燈可以具有沿?zé)舻那昂蠓较蜓由斓闹行墓廨S，LED固定器被設(shè)置成使 得在使用中被由此固定的LED設(shè)置在中心光軸上，主反射面和二次反射面 關(guān)于中心光軸是同心的。主Jl射器和二次Jl射器可以被成形為，使得主反射面和二次反射面具 有大體為圓頂形的輪廓，主反射面和二次反射面中的每一個(gè)具有焦點(diǎn)，主 反射器和二次反射器被相對(duì)隔開(kāi)，以便主反射面和二次反射面的焦點(diǎn)重 合，位于中心光軸上。主反射面可以具有凹入的圓頂形輪廓，沿?zé)舻暮笙蚍较蛎嫦蚨蝆Jt器和LED固定器，主反射器和二次反射器被相對(duì)隔開(kāi)，以便主反射面和二 次反射面的焦點(diǎn)位于主反射面和二次反射面之間，并在被LED固定器固定 的LED的前面?？商娲氖?，主反射面可以具有凸起的圓頂形輪廓，沿頭燈的后向方 向，朝向二次反射器和LED固定器，主反射器和二次反射器被相對(duì)隔開(kāi)， 使得主反射面和二次反射面的焦點(diǎn)落在主反射器的前面，在主反射器的設(shè) 置了二次《^射器和LED固定器的那一相對(duì)的一側(cè)。主jl射器可設(shè)置有關(guān)于中心光軸同軸且同心的圓形開(kāi)口，用于允許由 LED固定器固定的LED發(fā)出的光的一部分沿?zé)舻那跋蚍较蛏习l(fā)出，而不被 主反射器反射，形成所i^4^聚焦光束的一部分。在一些實(shí)施例中，主 反射器的開(kāi)口可以足夠大，使得未經(jīng)反射的光的一部分形成圍繞光束的外 圍光區(qū)的一部分。由LED固定器固定的LED發(fā)出的光可基本上是錐形光。這樣，在使用 中，由于主>^射器和二次>^射器的特定結(jié)構(gòu)，基M聚焦的光束將有相對(duì) 高的強(qiáng)度，而圍繞光束的外圍光區(qū)將有相對(duì)低的強(qiáng)度。二次反射器可^L置有關(guān)于中心光軸同軸且同心的二次反射器開(kāi)口 ， LED固定器容納在該開(kāi)口中，使得在使用中，由固定器固定的LED穿過(guò)二 次>^射器開(kāi)口伸向燈的前端。二次反射器還可以具有至少一個(gè)第三反射面，每個(gè)第三^Jt面與中心 光軸同中心且具有大體凸起的輪廓，用于將由LED固定器固定的LED發(fā)出 的光的一部分反射在燈的前向方向，用于形成圍繞所^J4^聚焦光束的 外圍光區(qū)。當(dāng)然，每個(gè)第三哀Jt面通常面向燈的前向方向，用于將>^射光 導(dǎo)向到在燈的大體前向方向。有利的是，二次反射器可具有兩個(gè)第三反射面， 一個(gè)第三反射面構(gòu)成 二次反射器開(kāi)口的框架，另一個(gè)第三反射面構(gòu)成二次反射面的框架，因而 二次反射面在兩個(gè)第三反射面之間被放射狀地設(shè)置。所述燈還可以包括透明的護(hù)罩，典型地是圓形護(hù)罩，其位于在LED固 定器和二次>^射器前面的燈的前端處，在4吏用中，光穿過(guò)該護(hù)罩向燈的前 向方向發(fā)出，護(hù)軍具有面向LED固定器和二次反射器的內(nèi)表面，以及背對(duì) LED固定器和二次反射器的外表面。主反射器可安裝在護(hù)罩上，其被設(shè)置在護(hù)軍的內(nèi)表面上。替代的是， 主反射器可以與護(hù)軍整體形成，該主反射器被設(shè)置在護(hù)軍的內(nèi)表面上。護(hù)罩的內(nèi)和外表面可以是平坦的?？商娲氖牵@些表面的任一個(gè)或 兩者都可以是彎曲的，以有助于產(chǎn)生聚焦良好的光束。所述燈可以進(jìn)一步包括提供燈的框架的外軍，該外革具有提供燈的前 端的前端，且該外軍限定了朝燈的前端打開(kāi)的空腔，LED固定器、主>^射 器和二次反射器被容納于該空腔中，護(hù)軍閉合該空腔的開(kāi)口。所述燈還可以包括至少一個(gè)密封件，用于密封外軍的空腔內(nèi)部，使其 與外軍的周?chē)綦x。所述燈可以是用于固定在用戶頭部的頭燈的形式，燈的框架設(shè)置有用 于將頭燈固定在用戶頭部的固定構(gòu)造。在具體實(shí)施例中，所述燈為用于固定在礦工的安全帽上的帽燈的形 式，所述燈通過(guò)安全帽被固定到用戶的頭部。所述燈還可以進(jìn)一步包括LED,該LED被LED固定器固定。按照本發(fā)明的又一方面，提供有燈裝置，該燈裝置包括如上文中所描 述的具有LED固定器的燈，以及工作中連接到燈用來(lái)給被固定器固定的 LED提供能量的電池。所述裝置可以是頭燈裝置，該裝置包括由LED固定器固定的LED。當(dāng)然，頭燈裝置還可以包括工作中連接到電池和LED固定器的開(kāi)關(guān)， 用于切斷和接通到LED的電源。所述電池可以是可再充電的電池，例如鋰基電池。按照本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供有用于燈的務(wù)降，該套件包括主>^射 器和二次反射器，如上文中結(jié)合燈所描述的主^Jtt器和二次反射器。套件可以進(jìn)一步包括用于固定LED的LED固定器，如上文中結(jié)合燈所 描述的固定器。套件還可以包括護(hù)罩，如上文中結(jié)合燈所描述的護(hù)罩，可選地，主反 射器安裝在該護(hù)軍上，或者與護(hù)罩R形成。套件還可進(jìn)一步包括用于容納在二次反射器周?chē)闹辽僖粋€(gè)環(huán)形密 封件。
如果期望，套件還可以包括擴(kuò)散體或類(lèi)似的適當(dāng)光散射器件，用于在使用中擴(kuò)散或^L射LED發(fā)出的光。雖然按照本發(fā)明的所述燈在本說(shuō)明中主要被描述為頭燈，但是應(yīng)理解 所述燈能夠同樣有利地使用在閃光燈或手電筒等等環(huán)境中。以下結(jié)合非限制性示例，參考所附概略圖來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。在圖中

圖1示意性地示出了按照本發(fā)明的燈的部分軸截面圖；圖2示意性地示出了圖1中示出的燈的^Mt的線路圖；圖3示意性地示出了包括按照本發(fā)明的燈的頭燈裝置；圖4示意性地示出了按照本發(fā)明的燈的另一個(gè)實(shí)施例操作的線路圖；圖5示意性地示出了按照本發(fā)明的燈的又一實(shí)施例的部分軸截面圖；以及圖6示意性地示出了圖5中示出的燈的^Mt的線路圖。參考附圖中的圖1，按照本發(fā)明的燈總體上由附圖標(biāo)記10標(biāo)示。在 該示例中，燈10呈頭燈的形式，更具體地，該燈呈帽燈的形狀，用于固 定于在地下礦井中使用的安全頭盔上。為了易于參考，燈10在下文中被 稱(chēng)為頭燈IO。頭燈10具有工作的前端11，且包括具有中心光軸14的外罩或外殼 12 (在圖1中部分地概念化示出)，所述中心光軸14沿頭燈IO和外軍12 的前后方向延伸。外罩12是兩部分結(jié)構(gòu)，包括限定外罩12中的空腔18 的壁16 (在圖1中僅部分示出)，沿頭燈10的前向方向開(kāi)口的所述空腔 18，以及容納于壁16的前端之上的閉合環(huán)19。外罩12是傳統(tǒng)的頭燈外 罩或外殼，因此不做進(jìn)一步描述。頭燈10還包括透明安全玻璃護(hù)罩20。 護(hù)罩20隔離空腔18，且借助于上述的閉合環(huán)19保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。護(hù) 罩20具有面對(duì)空腔18的內(nèi)表面22，以及在頭燈10的前向方向上背離空 腔18的外表面24。頭燈10還包括大體上杯狀的或凹入的圓頂狀的二次^^射器26，該二 次反射器26設(shè)置有面向頭燈10的前向方向的凹入的橢圓形輪廓的二次反 射器表面28。 二次反射器26可移除地在空腔18中安裝于外罩12上，其 通it^壁16釋放閉合環(huán)19然后除去護(hù)軍20而可除去。具有基部33的發(fā) 光二極管(LED) 30在空腔18中安裝于外罩12上，LED 30通過(guò)在空腔18的后端安裝在外軍12上的鋁LED固定器31而安裝在外軍12上，且被 容納在二次反射器26上提供的中心開(kāi)口 32中，從而LED 30由固定器31 固定。LED 30的基部33的中心位于中心光軸14上。頭燈IO還包括安裝在護(hù)軍20上且設(shè)在其內(nèi)表面22上的主反射器34。 這樣，主反射器34被設(shè)置在空腔18中。而且，主反射器34被設(shè)置有凹 入的橢圓形輪廓的主>^射面36，且被定向?yàn)槭沟梅瓷涿?6朝向頭燈10 的后向方向且面向LED 30和二次^^射面28。主>^射器34 i殳置有中心開(kāi) 口 38，其目的在下文中描述。主反射器34和二次反射器26兩者都是合成塑^件或模塑物，它們 各自的反射面28、 36通過(guò)在鑄件或模塑物上提供的反射4l^ir涂層來(lái)提 供。當(dāng)然，在其它示例中，所述涂層可以是任何其它適合的反射涂層，例 如鋁涂層。在圖中，反射涂層被顯示為分別被施加于二次反射器26的前 向?qū)蛎婧椭骷癑t器34的后向?qū)蛎?。在其它?shí)施例中(未示出)，Jl射 器26、 34可由半透明的材料構(gòu)造，例如合成塑料或玻璃，在此情形下， 上述的反射涂層可分別被施加于二次反射器26的后向?qū)蛎婊蛲獠棵妫?以及主^^射器34的前向?qū)蛎婊蛲獠棵?，?gt;^射器34為殼狀結(jié)構(gòu)，4吏得 其所述前向?qū)蛎婊蛲獠棵婢哂袑?duì)應(yīng)這里所描述的燈的主>^射面36的輪 廓。從而，在使用中，光線在其^^射前和反射后穿過(guò)>^射器26、 34的半 透明部分。如從圖1可以看到的，LED固定器31和LED 30被設(shè)置在中心光軸14 上，且二次及^射面28和主^Jt面36兩者關(guān)于中心光軸14同心。更具體地，二次^Jt面28圍繞LED 30并成杯狀容納(cup) LED 30， 且主反射面36被設(shè)置在LED 30的前面。頭燈10還包括環(huán)形密封件37，該環(huán)形密封件37在壁16和外罩12 的閉合環(huán)19，以及護(hù)罩20的內(nèi)部面22之間提供密封。這樣，密封件37 將頭燈10的內(nèi)部與其周?chē)綦x開(kāi)。附圖中的圖2示出了頭燈10的光操作，且部分地概念化地示出了二 次反射面28、 LED 30和主反射面36的線路圖，在下文中詳細(xì)描述的由 LED 30發(fā)出的抽象的光線也顯示在圖2中。當(dāng)LED 30加電時(shí)，其在頭燈10的大體上前向的方向上發(fā)光。按照 LED的本質(zhì)，該發(fā)出的光通常為錐形光。為說(shuō)明目的，在圖2中示出了三 條抽象的光線，這些光線分別被編號(hào)為A、 B和C。雖然沒(méi)有顯示，但是LED 30發(fā)出的光的一部分穿過(guò)主反射器34中的中心開(kāi)口 38以及護(hù)軍20 (圖2中沒(méi)有示出)。光線A、 B和C碰到主反射面36上并被反射，通過(guò) 焦點(diǎn)N (其是主^Jt面36和二次^Jt面28的公共焦點(diǎn))回到二次>^射面 28。反射面28、 36被定形為^吏得其每一個(gè)都有焦點(diǎn)，反射器26、 34相對(duì) 隔開(kāi)以〗更如以上所預(yù)示的，>^射面28、 36的焦點(diǎn)重合，位于上述的點(diǎn)N 和中心光軸14上。光線A、 B和C被>^射的部分分別被編號(hào)為A，、 B，和C，。 然后，祐^^射的部分A，、 B，和C，通過(guò)二次反射面28^L^射和導(dǎo)向到頭燈 10的前向方向并穿過(guò)護(hù)革20，光線的所述^L^射和導(dǎo)向部分分別被編號(hào) 為A"、 B"和C"。由于光線A，、 B，和C，基本穿過(guò)焦點(diǎn)N，這在下文中會(huì)更 為明顯，因此光線A"、 B"和C"基本被準(zhǔn)直，基本平行于中心光軸14。具體來(lái)講，發(fā)出的光線A被投射到主反射面36上，具體是在主反射 面36上的位置D，光線從位置D祐^^射，通過(guò)焦點(diǎn)N反射回到二次反射 面28上的位置E,如線A，所示。二次>^射面28將光線A反射并導(dǎo)向到頭 燈10前面的位置F，如線A，，所示。依次，光線B以比光線A相對(duì)中心光 軸14更小的角度被投射到主反射面36上的位置G，光線從位置G祐反射， 通過(guò)焦點(diǎn)N >^射回到二次>^射面28上的位置H，如線B，所示。然后，二 次>^射面28將光線B^^射并導(dǎo)向到頭燈10前面的位置J，如線B"所示。 依次，光線C以比光線B相對(duì)中心光軸14更小的角度被投射到主^^射面 36上的位置K，光線從位置K ^L^射，通過(guò)焦點(diǎn)N反射到二次反射面28 上的位置L,如線C，所示。然后，二次>^射面28將光線C >^射和導(dǎo)向到 頭燈10前面的位置M,如線C"所示。從圖2中可以看出，如所描述的，光線的被反射部分A，、 B，和C，基本 經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)N，該焦點(diǎn)位于主^Jt面36和LED 30之間。焦點(diǎn)N在LED 30 的前面。因此，當(dāng)被反射光經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)N時(shí)，在點(diǎn)N形成將光發(fā)出到二次反 射面28上的單個(gè)概念點(diǎn)光源。這樣，利用二次反射面28和LED 30以及主^Jt面36的特定結(jié)構(gòu)和 相對(duì)定位，基本上被集中或被聚焦的(被準(zhǔn)直的)光束向頭燈10沿頭燈 IO的前向方向發(fā)出，如線路A"、 B"和C"所概念化示出的那樣。主反射器34的大小及其距離LED 30的間隔使得，與由LED 30發(fā)出 的光之中被主反射面36反射的發(fā)出光的部分相比相對(duì)小的部分繞過(guò)主反 射器34，即未被主反射面36反射。所勤目對(duì)小的部分的光從而以相對(duì)中 心光軸14相對(duì)寬的角度沿頭燈10的前向方向發(fā)出，以形成圍繞被集中或 被聚焦光束的相對(duì)低強(qiáng)度光的外圍光區(qū)。如果期望，頭燈10還可以包括
安裝在主反射器34的中心開(kāi)口 38的前面的護(hù)軍20上的散射器鏡頭(未 示出)，用于散射穿過(guò)中心開(kāi)口 38的發(fā)出光的部分。散射鏡頭將被構(gòu)造并 被導(dǎo)向成使得穿過(guò)開(kāi)口 38的光的所述部分將祐Jt射，所以所述被"^射部 分的至少 一部分形成上述圍繞被集中或被聚焦光束的外圍光區(qū)。如所提及的，二次反射面28和主反射面36兩者的橫斷面圖通常具有 橢圓形橫斷面輪廓，由此主>^射面36和二次反射面28兩者共享上述的焦 點(diǎn)N。在該示例中，不受理論限制，相對(duì)于特定表面的頂點(diǎn)，二次反射面 28和主反射面36的橢圓形橫斷面輪廓可通過(guò)以下等式描述= y2/(Rad) z一 1+,(1+cc);y/Rad)'其中y是距離中心光軸14并通過(guò)LED 30的基部33的中心的徑向距離； z是距離包含特定表面的頂點(diǎn)的平面平行于中心光軸14的軸向距離；Rad A^射面的標(biāo)稱(chēng)半徑，單位為毫米，在本示例中對(duì)于主反射面36， 該值為-6.4毫米，對(duì)于二次>^射面28，該值為24. l亳米；以及cc是圓錐常數(shù)，在本示例中，對(duì)于主反射面36，該值為-0.28，對(duì)于 二次反射面28，該值為-0.77毫米；此外，在該示例中，二次^^射面28的邊緣處的直徑P為45毫米，主 Jl射面36的直徑Q為13.6亳米。在該示例中，二次^Jt器26中的開(kāi)口 32具有12亳米的直徑R,主Jl射器34的中心開(kāi)口 38具有2毫米的直徑。 在該示例中，護(hù)罩20具有4毫米的厚度，二次反射面28的基部和主^Jt 面36的基部之間的距離S是15. 5毫米，其中，LED 30的基部33與護(hù)罩 20的內(nèi)表面22相隔12. 8毫米的距離T,與二次反射面28的基部相隔3. 7 亳米的距離。在該示例中，LED 30是LXHL-PW01 LED。現(xiàn)在參考附圖中的圖3，按照本發(fā)明的頭燈裝置整體由附圖標(biāo)記50 標(biāo)示。當(dāng)在地下礦井環(huán)境中使用時(shí)，頭燈裝置50相應(yīng)呈帽燈裝置的形式。 頭燈裝置50包括如在上文中描述的頭燈IO，以及用于給頭燈10的LED 30 供應(yīng)能量的可充電鋰電池52 (僅概念化示出)。電池通過(guò)電纜54連接到 LED 30。此外，如常規(guī)的頭燈或帽燈技術(shù)，頭燈裝置50還包括用于接通 或切斷從電池52到LED 30的電源的開(kāi)關(guān)56 (僅概念化示出)。此外，頭 燈10的外罩12設(shè)置有用于在地下采礦環(huán)境中將頭燈10固定到安全頭盔 (未示出)的傳統(tǒng)固定構(gòu)造58 (僅概念化示出)。電池52設(shè)置有夾子或吊鉤60 (僅僅概念化示出)，通過(guò)它，電池52 可以被夾在或吊在頭燈裝置50的用戶的腰帶或裝備(未示出)上。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，電池52可以被并入安裝于護(hù)軍20上的頭燈10中，或者 在空腔18內(nèi)，或者在空腔18外。替代的是，電池52可以被安裝在使用 中頭燈IO被固定在其上的礦工帽子上，或者甚至可以合并到這樣的帽子 中。在這種情形中，應(yīng)理解，線纜54可以被其它電導(dǎo)線或觸點(diǎn)代替。附圖中的圖4示出了按照本發(fā)明的燈的另一個(gè)實(shí)施例的光操作，且部 分和概念化地示出了燈的該實(shí)施例的線路圖，其中仍由附圖標(biāo)記28指示 二次及Jt面、仍由附圖標(biāo)記30標(biāo)示LED以及仍由附圖標(biāo)記36標(biāo)示主反射 面。圖4中示出的燈的那些部件整體由附圖標(biāo)記70指示，并且為了易于 參考，燈的該實(shí)施例在下文中被稱(chēng)為燈70。 LED 30發(fā)出的抽象的光線也 在圖4中被示出，該光線由A標(biāo)示，且在下文中被更詳細(xì)描述。燈70的主反射器34具有凸處的圓頂形輪廓，被定向成使得其主>^射 面36 (在這個(gè)示例中，其具有橢圓形橫斷面輪廓)面向燈70的后方，即 面向LED 30和二次Jl射器26。另外，二次反射器26的曲率以及主^^射 器34相對(duì)于二次反射器26的間距使得反射面28、 36的公共焦點(diǎn)(也標(biāo) 記為N)的落在主^Jt器34的前面，即，朝向主^Jt器34的不同于LED 30 以及二次jl射器26的一側(cè)的另一側(cè)。因而，在該實(shí)施例中，LED 30發(fā)出的光在到達(dá)公共焦點(diǎn)N之前被主 反射器34攔截。因而，LED 30發(fā)出的光線A在到達(dá)焦點(diǎn)N之前碰到主反 射面36上的點(diǎn)D處。主^Jt面36將光線A Jl射到二次^Jt面28上的點(diǎn) E，光線A的所述^L^射部分由A，指示。由于兩個(gè)^^射器26、 34的特定 曲率以及它們的相對(duì)間距，光線A的A，部分從焦點(diǎn)N輻射到二次^Jt面 28上的點(diǎn)E，而不穿過(guò)焦點(diǎn)N。然后，光線A，即由A，指示的那部分被二 次反射面28反射到燈70前面的點(diǎn)F，^L^射光線A的所述部分由A"標(biāo)示。 可以看出，光線A，當(dāng)其離開(kāi)燈70時(shí)，即A"部分基本平行于中心光軸14。頭燈10和燈70之間除上述區(qū)別之外，燈70類(lèi)似于頭燈10來(lái)構(gòu)造和 操作，因此，不再對(duì)燈70進(jìn)行進(jìn)一步描述。圖5示出了按照本發(fā)明的燈的又一實(shí)施例，在這個(gè)圖中示出的燈由附 圖標(biāo)記80標(biāo)示。燈80還是呈頭燈的形式。燈80在某些方面類(lèi)似于頭燈10，因此，除非另外指出，用于標(biāo)記頭燈10的部件或特征的附圖標(biāo)記被 用來(lái)指示燈80中類(lèi)似的部件或特征。在圖5示出的示例中(參考描述反射器26、 34的橫斷面輪廓的上述 等式)，對(duì)于主^Jt面36， Rad的值是-7.439毫米，對(duì)于二次>^射面28， Rad的值是22. 333毫米。在本示例中，對(duì)于主反射面36，圓錐常數(shù)cc的 值為-0.171,對(duì)于二次反射面28,其值為-0. 973。除二次反射面28之外，燈80的二次反射器26被定形為還包括或限 定分別由參考數(shù)字82和84標(biāo)示的第一和第二第三反射面。第一第三^^射 面82構(gòu)成二次反射器26的中心開(kāi)口 32的框架，第二第三反射面84構(gòu)成 二次反射面28的框架。二次反射面28因而被徑向設(shè)置在第一和第二第三 反射面82、 84之間。第三反射面82具有凸起的圓頂形或扭隨圓錐形輪廓，第三反射面84 具有凸起的圓頂形輪廓，并且與二次>^射面28—樣，兩者關(guān)于中心光軸 14是同心的。在該實(shí)施例中，燈80包括用于將空腔18相對(duì)于燈80的周?chē)h(huán)境封 閉隔離的兩個(gè)密封件。這些密封件中之一以0形環(huán)86的形式設(shè)置在壁16 的前端和二次反射器26之間，二次反射器26設(shè)置有凹處，所述0形環(huán) 86坐落于其中。另一個(gè)密封件也是O形環(huán)的形式，由附圖標(biāo)記88標(biāo)示， 坐落于二次反射器26提供的外圍凹處內(nèi)，0形環(huán)88被定位和保持在反射 器26與護(hù)罩20的內(nèi)表面22之間。在該實(shí)施例中，護(hù)罩20的外面24呈輕微凸起形，以輔助進(jìn)行對(duì)LED 30發(fā)出光的聚焦。另外，在該實(shí)施例中，主反射器34的開(kāi)口 38的直徑稍微大于頭燈 10的主反射器34的直徑。燈80的主反射器34與頭燈10的主反射器34 的不同之處還在于，其被定成形為使得主^Jt面36的操作的后部，即， 主反射面36最接近LED 30的那部分是圓錐形，近似圓柱形。除上述區(qū)別外，燈80的構(gòu)造大致類(lèi)似于頭燈10，因此不再對(duì)燈80 的構(gòu)造進(jìn)行進(jìn)一步描述。附圖中的圖6示出了燈80的光操作，并部分和概念化示出了燈80的 二次反射面28、 LED 30以及主^Jt面36的線路圖。LED發(fā)出的概念光線 也在圖6中示出，其在下文中被詳細(xì)描述。為說(shuō)明目的，圖6示出了六條概念光線，這些光線分別被編號(hào)為O P、 Q、 R、 S和T。雖然沒(méi)有這樣標(biāo)示，但是應(yīng)理解，LED 30發(fā)出的光的 一部分沿著中心光軸14沿?zé)?0的前向方向穿過(guò)主>^射器34的中心開(kāi)口 38,以在使用中形成由燈80所提供的被集中或被聚焦光束的一部分。光線O從LED 30以相對(duì)寬的角充良出，使得其碰到第二第三Jl射面 84上，光線O從該表面被反射穿過(guò)中心光軸14，被反射光線O的所述部 分由O，指示，以形成圍繞燈80的被集中或被聚焦光束的外圍光區(qū)的一部 分。光線P以比光線0相對(duì)于中心光軸14的相對(duì)更小的角度從LED 30發(fā) 出，并碰到前述的主反射面36的圓錐形、近似圓柱形的后部，從那里其 ^Ul射穿過(guò)主^Jt器34的中心開(kāi)口 38，光線P的祐^^射部分由P，指示。 從而，光線P的被>^射部分P，形成了上述的外圍光區(qū)的一部分。光線Q 以比光線P相對(duì)于中心光軸14相對(duì)更小的角度從LED 30發(fā)出，并碰到主 反射面36的圓頂形輪廓部分，從那里其被向后反射，通過(guò)公共焦點(diǎn)N反 射到二次反射面28上，由Q，標(biāo)示。然后，光線Q的Q，部分被二次反射面 28沿?zé)舻那斑M(jìn)方向、平行于中心光軸14反射。被二次反射面28反射的 光線Q的所述部分由Q"標(biāo)記，并形成上述的燈80的被集中或被聚焦光束 的一部分。光線R以比光線Q相對(duì)于中心光軸14更小的角度從LED 30發(fā) 出，并碰到主反射面36上的距離主反射器34的中心開(kāi)口 38接近的位置 處。光線R被主反射面34反射的部分由R，標(biāo)記，并祐^Jt回第一第三反 射面82，從那里其被反射到二次反射面28上，由R"標(biāo)示。二次反射面 28沿?zé)?0的前進(jìn)方向，以相對(duì)于中心光軸14的相對(duì)寬的角JL^射光線R, 該光線的所述^L^射的部分由R"，標(biāo)示。這樣，在前述的其反射之后，光 線R也形成外圍光區(qū)的一部分。依次，光線S以相對(duì)于中心光軸14非常 小的角度由LED 30發(fā)出，以至于其通過(guò)主反射器34的中心開(kāi)口 38而沒(méi) 有被反射。從而，光線S也形成前面描述的外圍光區(qū)的一部分。最后，光 線T以比光線O相對(duì)于中心光軸14更大的角度^Ul射，該角度使得光線 T碰到在第一第三^^射面82上緊鄰二次^^射器26的開(kāi)口 32處。然后， 第一第三反射面82沿?zé)?0的前向方向>^射光線T，光線T的所述#^射 的部分由T，標(biāo)記。^L^射的光線T，相對(duì)于中心光軸14的角度使得光線T， 穿過(guò)主反射器34的中心開(kāi)口 38而未^L^射，因此其穿過(guò)中心光軸14， 形成外圍光區(qū)的一部分。當(dāng)然，^|1據(jù)>^射面的形狀和相對(duì)位置，前面描述 的概念光線的每一個(gè)的反射結(jié)合所述光線的同時(shí)導(dǎo)向，從而實(shí)現(xiàn)了所述光 束和周?chē)耐鈬鈪^(qū)。由于反射器26、 34的特定構(gòu)造和相對(duì)間距，LED 30發(fā)出的光的大部 分碰到在主反射面36的圓頂形輪廓上并大致跟隨與光線Q相同的路徑， 即，穿過(guò)焦點(diǎn)N,形成被集中或被聚焦的光束。這樣，相對(duì)于圍繞的外圍 光區(qū)，被集中或被聚焦光束將是相對(duì)高強(qiáng)度的光束，而外圍區(qū)域?yàn)橄鄬?duì)低 強(qiáng)度的區(qū)域。由于光線S和T離開(kāi)燈80的前端時(shí)相對(duì)于中心光軸14的角度，光線 S和T形成圍繞被集中或被聚焦光束的中密度外圍區(qū)域。依次，同樣由于 光線Q、 P和R離開(kāi)燈80的前端時(shí)相對(duì)于中心光軸14的角度，光線Q、 P 和R提供圍繞前述的中強(qiáng)度光區(qū)的相對(duì)低強(qiáng)度的外圍區(qū)域。如所描述和闡述的，本發(fā)明因而提供一種頭燈，該頭燈使用LED作為光源，并發(fā)出基本上被集中或被聚焦的相對(duì)高強(qiáng)度的光束，以;M目對(duì)低強(qiáng)度的圍繞被集中或被聚焦光束的外圍光束或區(qū)域。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是，由于LED發(fā)出的光以相對(duì)有效的方式被集中或聚焦， 如所描述和闡述的頭燈裝置的電池可以比用來(lái)給使用效率低的光學(xué)裝置的 頭燈光源供應(yīng)能量的電池更小，從而更輕，而不會(huì)有害地影響電池充電的間 隔。
權(quán)利要求
1.對(duì)發(fā)光二極管(LED)發(fā)出的光進(jìn)行聚焦的方法，所述方法包括反射由所述LED發(fā)出的光的至少一部分，使得被反射的光輻射離開(kāi)焦點(diǎn)，且在所述光被反射后，通過(guò)再次反射被反射的輻射光的至少一部分以將其導(dǎo)向?yàn)橐还馐顾龉饩劢钩稍摴馐?br> 2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，將所述LED發(fā)出的光的所述部分 反射和引導(dǎo)離開(kāi)所述焦點(diǎn)并形成所述光束4_借助于一對(duì)>^射面來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 一個(gè)>^射面為主>^射面，另一個(gè)反射面為二次>^射面，所述^Jlt面中的每 一個(gè)被成形為具有焦點(diǎn)，且所述反射面被相對(duì)對(duì)準(zhǔn)并隔開(kāi)，4吏得它們的焦 點(diǎn)重合以形成所述3iL^射的光輻射離開(kāi)的所述焦點(diǎn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，由所述LED發(fā)出的光的所述部分 的反射由主^^射面來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述方法包括，在所述反射的同時(shí)，將所述光 導(dǎo)向?yàn)檩椛潆x開(kāi)所述焦點(diǎn)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述光的所述部分輻射離開(kāi)所 述焦點(diǎn)后，借助于二次反射面對(duì)所述光的所述部分進(jìn)行聚焦。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，對(duì)所述LED發(fā)出的光的部分進(jìn)行 導(dǎo)向以使其輻射離開(kāi)所述焦點(diǎn)是通過(guò)使光穿過(guò)所述焦點(diǎn)，并從所述焦點(diǎn)離 開(kāi)，然后輻射到所述二次反射面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述LED發(fā)出的光的所述部分的 所述^Jt包括在所述LED發(fā)出的光到達(dá)所述焦點(diǎn)前，對(duì)其進(jìn)行攔截，并 反射所攔截的光，對(duì)所述光的部分進(jìn)行導(dǎo)向以使其輻射離開(kāi)所述焦點(diǎn)是通 過(guò)導(dǎo)向所截取的光，使其從所述焦點(diǎn)向所述二次>^射面輻射來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
7. 如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，其中，將所述^^^射的輻射 的光聚焦成光束是使得光束中的光被基本準(zhǔn)直。
8. 如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，其包括，反射由所述LED發(fā) 出的所述光的一部分以形成圍繞所述光束的外圍光區(qū)。
9. 如前述權(quán)利要求中任一個(gè)所述的方法，包括，允許由所述LED發(fā)出 的所述光的一部分M射而不經(jīng)^Jt,所述光的未經(jīng)>^射的部分形成所述 光束的一部分。
10. 具有面向前向方向的可IMt的前端的燈，該燈包括 框架； 發(fā)光二極管(LED)固定器，安裝在所述框架上，用于固定LED;主反射器，安^所述框架上，并置于由所述固定器固定的LED發(fā)出 的光所沿著的路徑中，所述主反射器具有用于反射所發(fā)出的光的至少一部 分的主>^射面；以及二次反射器，安裝在所述框架上，并相對(duì)于所述主反射器設(shè)置，使得 在使用中，所述主反射器反射的光^ML^射到所述二次反射器上，所述二次 反射器具有二次反射面，并且所述二次反射面被成形為沿所述燈的前向方 向?qū)Ψ瓷涞狡渖系墓膺M(jìn)行反射，并用于將所述光聚焦成基本被聚焦的光 束。
11. 如權(quán)利要求10所述的燈，其中，所述LED固定器被相對(duì)于所述框 架定位，使得在使用中由此固定的LED被導(dǎo)向?yàn)檠厮鰺舻拇篌w前向方向 發(fā)光，所述主反射器被設(shè)置在所述LED固定器的前面，使得所述主反射面 大體面對(duì)所述燈的后向方向，用于沿所述燈的大體后向方向反射由所述 LED在4吏用中發(fā)出的所述光的所述部分，而所述二次反射器祐 沒(méi)置在所述 主>^射器的后面，使得所述二次反射面大致面向所述燈的前向方向，所述 二次反射器大體被成形為以杯狀容納由所述LED固定器固定的LED,所述 主>^射器比所述二次>^射器小，以允許被所述二次反射面反射的基#聚 焦的光束沿所述燈的前向方向繞過(guò)所述主^Jt器。
12. 如權(quán)利要求ll所述的燈，其具有沿所述燈的前后方向延伸的中心 光軸，所述LED固定器被設(shè)置成使得在使用中被由此固定的LED位于所述 中心光軸上，且所述主反射面和所述二次反射面關(guān)于所述中心光軸是同心 的。
13. 如權(quán)利要求12所述的燈，其中，所述主反射器和所述二次反射器 被成形為使得所述主反射面和所述二次反射面具有基本上為圓頂形的輪 廓，所述主反射面和所述二次反射面中的每一個(gè)具有焦點(diǎn)，且所述主^^射 器和所述二次反射器被相對(duì)隔開(kāi)，使得所述主反射面和所述二次反射面的 焦點(diǎn)重合，位于所述中心光軸上。
14. 如權(quán)利要求13所述的燈，其中，所述主反射面具有凹入的圓頂形 輪廓，沿所述燈的后向方向面向所述二次反射器和所述LED固定器，所述 主反射器和所述二次反射器被相對(duì)隔開(kāi)，使得所述主反射面和所述二次反 射面的焦點(diǎn)位于所述主反射面和所述二次反射面之間，并在被所述LED固 定器固定的LED的前面。
15. 如權(quán)利要求13所述的燈，其中，所述主反射面具有凸起的圓頂形 輪廓，沿所述頭燈的所述后向方向面向所述二次>^射器和所述LED固定 器，所述主>^射器和所述二次>^射器^1相對(duì)隔開(kāi)，4吏得所述主>^射面和所 述二次反射面的所述焦點(diǎn)落在所述主>^射器的前面，在所述主>^射器的與 設(shè)置了所述二次反射器和所述LED固定器的一側(cè)相對(duì)的一側(cè)。
16. 如權(quán)利要求13至15中任一個(gè)所述的燈，其中，所述主反射器設(shè) 置有關(guān)于所述中心光軸同軸且同心的圓形開(kāi)口，用于允許由所述LED固定 器固定的LED發(fā)出的光的一部分沿所述燈的前向方向發(fā)出，而不被所述主 反射器反射，形成所U本故聚焦的光束的一部分。
17. 如權(quán)利要求13至16中任一個(gè)所述的燈，其中，所述二次及^射器 設(shè)置有關(guān)于所述中心光軸同軸且同心的二次反射器開(kāi)口，且所述LED固定 器容納在所述開(kāi)口中，使得在使用中，由所述固定器固定的LED穿過(guò)所述 二次>^射器開(kāi)口伸向所述燈的前端。
18. 如權(quán)利要求17所述的燈，其中，所述二次>^射器具有至少一個(gè)第 三反射面，每個(gè)第三反射面關(guān)于所述中心光軸同心，且具有大體凸起的輪 廓，用于沿所述燈的大致前向方向反射由所述LED固定器固定的LED發(fā)出 的光的一部分，用于形成圍繞所述基4*聚焦的光束的外圍光區(qū)。
19. 如權(quán)利要求18所述的燈，其中，所述二次反射器具有兩個(gè)第三反 射面， 一個(gè)第三反射面構(gòu)成所述二次>^射器開(kāi)口的框架，而另一個(gè)第三反 射面構(gòu)成所述二次反射面的框架，使得所述二次反射面被徑向設(shè)置在所述 兩個(gè)第三及Jt面之間。
20. 如權(quán)利要求10至19中任一個(gè)所述的燈，其包括透明的護(hù)軍，所 述護(hù)罩設(shè)置在所述LED固定器和所述二次反射器前面的所述燈的前端處， 且在4吏用中，光穿過(guò)所述護(hù)罩沿所述燈的前向方向發(fā)出，所述護(hù)罩具有面 向所述LED固定器和所述二次反射器的內(nèi)表面，以及背對(duì)所述LED固定器 和所述二次>^射器的外表面。
21. 如權(quán)利要求20所述的燈，其中，所述主反射器被安裝在所述護(hù)罩 上，其被設(shè)置在所述護(hù)罩的內(nèi)表面上。
22. 如權(quán)利要求20所述的燈，其中，所述主^Jt器與所述護(hù)罩整體形 成，所述主反射器被設(shè)置在所述護(hù)罩的內(nèi)表面上。
23. 如權(quán)利要求20至22中任一個(gè)所述的燈，其包括提供所述燈的所 述框架的外軍，所述外罩具有提供所述燈的所述前端的前端，且所述外罩限定了朝所述燈的所述前端開(kāi)口的空腔，且所述LED固定器、所述主Jl射 器和所述二次反射器被容納于所述空腔中，所述護(hù)罩閉合所述空腔的開(kāi) cr 。
24. 如權(quán)利要求23所述的燈，其包括至少一個(gè)密封件，用于密封所述 外罩的空腔內(nèi)部，使其與所述外革的周?chē)綦x。
25. 如權(quán)利要求10至24中任一個(gè)所述的燈，其為用于固定于用戶頭 部的頭燈的形式，所述燈的框架設(shè)置有用于將所述頭燈固定于用戶頭部的 固定構(gòu)造。
26. 如權(quán)利要求25所述的燈，其為用于固定到礦工的安全帽上的帽燈 的形式，所述燈通過(guò)所述安全帽被固定到用戶的頭部。
27. 如權(quán)利要求10至26中任一個(gè)所述的燈，其包括LED,所述LED被 所述LED固定器固定。
28. 基本如在此所描述和說(shuō)明的如權(quán)利要求1所述的對(duì)LED發(fā)出的光 進(jìn)行聚焦的方法。
29. 基本如在此被描述和說(shuō)明的如權(quán)利要求10所述的燈。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用發(fā)光二極管(LED)(30)作為光源的燈(80)。該燈包括框架(12)；以及LED固定器(31)，其安裝在所述框架上，用于固定LED；主反射器(34)，具有用于反射由LED所發(fā)出的光的至少一部分的主反射面(36)，其安裝在所述框架上，并設(shè)置在LED發(fā)出的光所沿的路徑上；二次反射器(26)，其也安裝在所述框架上，并相對(duì)于所述主反射器設(shè)置，使得由主反射器反射的光被反射到二次反射器上，所述二次反射器具有至少二次反射面(28)，該二次反射面被成形為使得沿?zé)舻那跋蚍较驅(qū)Ψ瓷涞狡渖系墓膺M(jìn)行反射，并用于將所述光聚焦成基本上被聚焦的光束。本發(fā)明延伸到對(duì)LED所發(fā)出的光進(jìn)行聚焦的方法。
文檔編號(hào)F21V7/00GK101156023SQ200680011051
公開(kāi)日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者蒂曼·內(nèi)格爾, 雅各布斯·菲利普斯·莫爾曼 申請(qǐng)人:Hd發(fā)展(控股)有限公司