本發(fā)明涉及一種照明設(shè)備和特別涉及遠(yuǎn)程高強(qiáng)度并可調(diào)焦的led燈。
背景技術(shù)：
設(shè)計(jì)一個(gè)射燈是為了可以把一個(gè)集中的光束射向一個(gè)遠(yuǎn)處的指定區(qū)域。目前，沒有一個(gè)只用相同的裝置和低耗能的led射燈，可以有效地及集中地遠(yuǎn)近照亮皆宜。如果一個(gè)led燈需要在較遠(yuǎn)處提供高強(qiáng)度的照明，通常會(huì)把很多高功率的led芯片，列陣在一塊平面電路板上，加上一個(gè)拋物線凹面反射鏡或一個(gè)大型透鏡，以達(dá)到效果。圖1和圖2示意性地表示了這種結(jié)構(gòu)的射燈。這些目前的方法有很多缺點(diǎn)，例如：(1)光學(xué)中的光束散射或匯聚原理僅適用于單點(diǎn)光源，使用led芯片的列陣，注定了光源不能是一個(gè)單點(diǎn)的大小，光束散射或匯聚將不易控制(見圖1和圖2)，這個(gè)特性限制了在遠(yuǎn)處的有效照明，無論在何處觀察，將會(huì)看見多個(gè)亮度不均勻的光斑(見圖3)。(2)畸變和失真會(huì)很明顯，均勻地照亮遠(yuǎn)處非常困難。(3)因?yàn)榇蠖鄶?shù)的光束散射至遠(yuǎn)離預(yù)定的目標(biāo)，所以遠(yuǎn)處照明功率非常弱，為了彌補(bǔ)弱照明功率的問題，往往被輸入更高的電能進(jìn)led芯片，浪費(fèi)了很多電能，同時(shí)產(chǎn)生大量的熱，縮短了led芯片的有效壽命。(4)射燈所用的鏡片通常都不是為特定的led芯片獨(dú)有的光學(xué)特性而專門設(shè)計(jì)。(5)射燈如果可以調(diào)焦，通常會(huì)有一個(gè)機(jī)制調(diào)整光源和透鏡或反射鏡間的相對(duì)距離，以調(diào)節(jié)光束的焦點(diǎn)。但這些調(diào)焦機(jī)制，通常都不能防振，承受強(qiáng)大的后坐力、橫沖擊、振蕩，這些調(diào)焦機(jī)制并且通常不能防水或防止氣體滲入，從而不能防爆。
綜合上述，有必要發(fā)明一種多用途的led燈，這燈需要耗電量低，可調(diào)節(jié)光束的焦點(diǎn)和方向，遠(yuǎn)近都可提供高強(qiáng)度的照明，在有需要的情況下，還可以是防水、防振、以及防爆。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的內(nèi)容，可以用以下一些實(shí)施例概要地說明。
本發(fā)明其中一個(gè)實(shí)施例，提供了一個(gè)包含多個(gè)相同色溫的單點(diǎn)led芯片的射燈，按照燈的特定應(yīng)用范疇，每一個(gè)單點(diǎn)led芯片會(huì)配有專門設(shè)計(jì)的透鏡。在本文中所用的術(shù)語例如「聚焦透鏡」或與led芯片一起使用的「透鏡」，不一定是單一個(gè)透鏡，可以是指一個(gè)或多個(gè)透鏡結(jié)合在一起使用的鏡頭。
在一個(gè)實(shí)施例中，為了產(chǎn)生高強(qiáng)度的光束，根據(jù)led芯片的光電性質(zhì)，每一鏡頭的形狀是特殊設(shè)計(jì)的，并在鏡頭上涂有多層的特殊鍍膜。
在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)單點(diǎn)led芯片安裝在一個(gè)或多個(gè)芯片基板上，而相對(duì)應(yīng)的鏡頭則安裝在一個(gè)或多個(gè)與芯片基板平行的鏡頭基板上，這兩個(gè)基板能夠相對(duì)地移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)基板之間的距離是由專門設(shè)計(jì)的電路來控制，兩個(gè)基板之間的距離決定了光束是否會(huì)直射，散射或匯聚。當(dāng)led芯片與鏡頭相距一個(gè)焦距時(shí)，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，將成為與鏡頭光軸方向平行的光束。當(dāng)led芯片與鏡頭相距少于一個(gè)焦距時(shí)，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，將會(huì)從鏡頭光軸向外散射。當(dāng)led芯片與鏡頭相距一至二個(gè)焦距之間時(shí)，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，光束將會(huì)在鏡頭光軸上某處匯聚在一起。
在一個(gè)實(shí)施例中，led芯片以一些特殊排列模式安裝在一個(gè)平面電路板上。由于從led芯片的光束可以控制成直射，沒有太多的散射或匯聚，所以即使在數(shù)百米處觀察，仍可以見到一個(gè)照亮均勻的光斑。
在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)焦機(jī)制是手動(dòng)控制的。led芯片的安裝空間和鏡頭室是完全隔離的，調(diào)焦機(jī)制利用相反極性的磁石來達(dá)到調(diào)整芯片基板和鏡頭基板之間的距離，所以該射燈可以防水甚至于防爆。
在一些實(shí)施例中，該射燈可用作室內(nèi)或室外的建筑物美化和照明。
在一些實(shí)施例中，該射燈可以安裝在汽車、越野車、雪車、消防車、船只和直升機(jī)上用作照明和搜索。
在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)不同色溫的led射燈并排安裝在一個(gè)燈條上，然后循環(huán)供電來開啟每一射燈，模擬警笛燈條的效果，每個(gè)led射燈亦可以單獨(dú)運(yùn)作，用作照明。
在一個(gè)實(shí)施例中，相同顏色的單點(diǎn)led芯片一排地安裝在一個(gè)平面電路板上，而相應(yīng)的鏡頭安裝在一個(gè)平行的鏡頭基板上。通過電子控制的齒輪傳動(dòng)，鏡頭基板可以向旁移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，led芯片基板設(shè)在一個(gè)垂直于鏡頭光軸的平面上，并保持與鏡頭基板距離1.15個(gè)焦距，當(dāng)鏡頭基板向旁移動(dòng)時(shí)，光束的方向可以控制和調(diào)整，本實(shí)施例用作汽車車頭燈特別有用，因?yàn)槟軌虬衍囶^燈光束的方向，隨著汽車方向盤轉(zhuǎn)動(dòng)的方向加以控制，因此，駕駛員可以把車頭燈一直照向汽車要去的方向。
附圖說明
圖1展示一個(gè)射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒led芯片1與拋物面反射鏡2，產(chǎn)生如何不可以控制的光束3。
圖2展示一個(gè)射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒led芯片1與鏡頭4，產(chǎn)生如何不可以控制的光束5。
圖3展示圖1和圖2所描述的led射燈，在近處，產(chǎn)生不均勻亮度的光斑6。
圖4展示一個(gè)led芯片的放大圖，其表面有一個(gè)硅樹脂基球形罩，是一種用了陶瓷表面封裝技術(shù)的器件(smd)。芯片尺寸為1mmx1mm，光錐角為80°，色溫為6500k。制造商建議電源在700ma及3.2v時(shí)，會(huì)發(fā)出最佳流明值。
圖5展示一個(gè)led芯片的放大圖，其表面是一個(gè)硅樹脂基平面封裝的smd器件。芯片尺寸為1mmx1mm，光錐角為120°，色溫為6500k。制造商建議電源在700ma及3.1v時(shí)，會(huì)發(fā)出最佳流明值。
圖6展示一個(gè)led芯片的放大圖，其表面是一個(gè)硅樹脂基扁平半球罩封裝的smd器件。芯片尺寸為1.5mmx1.5mm，光錐角為115°，色溫是3000k。制造商建議電源在700ma及2.9v時(shí)，會(huì)發(fā)出最佳流明值。
圖7展示一個(gè)示意圖，把透鏡8放置在led芯片10前面，用以改變輸出光束的特性。
圖8展示一個(gè)射燈的外觀圖，其中鏡頭基板9直接由調(diào)焦機(jī)制的傳動(dòng)軸42驅(qū)動(dòng)。
圖9a展示一個(gè)射燈的外觀圖，其中鏡頭室21間接地通過調(diào)焦機(jī)制的傳動(dòng)軸42驅(qū)動(dòng)。圖9a示意性地顯示了兩種聚焦?fàn)顟B(tài)。圖9a的左側(cè)下半部分顯示了鏡頭8和led芯片10之間的距離l1較短。圖9a的左側(cè)上半部分示出了鏡頭8和led芯片10之間的距離l2較長。
圖9b是一個(gè)放大的外觀圖，展示了圖9a實(shí)施例的特制螺栓43和傳動(dòng)軸軸42中的孔45的形狀互相配合。
圖10是一個(gè)射燈的正面外觀圖，射燈有14粒led芯片。圖中顯示了鏡頭8和鏡頭基板9。
圖11是一個(gè)射燈的側(cè)面切面示意圖，展示多個(gè)單點(diǎn)led芯片10如何分布在芯片基板11上，而多個(gè)相對(duì)應(yīng)并特別設(shè)計(jì)的鏡頭8則安裝在一個(gè)平行于芯片基板11的鏡頭基板9上。這圖只用于說明led芯片10和鏡頭基板9可相對(duì)地移動(dòng)，但有多少對(duì)led芯片10和鏡頭8是隨意的。
圖12是一個(gè)led射燈的側(cè)面切面示意圖，圖中只展示其中四列的單點(diǎn)led芯片10、芯片基板11的一部分、對(duì)應(yīng)的鏡頭8、鏡頭基板9的一部分、驅(qū)動(dòng)電機(jī)12、傳動(dòng)螺栓43以及傳動(dòng)螺母46。圖12的左側(cè)顯示了led芯片基板11和鏡頭基板9被驅(qū)動(dòng)到下降的位置(down)。圖12的右側(cè)顯示了led芯片基板11和鏡頭基板9被驅(qū)動(dòng)到上升的位置(up)。
圖13展示一個(gè)有線的手提電子遙控器，用于控制led射燈的傳動(dòng)機(jī)制。這個(gè)遙控器有以下的按鍵：a-選擇燈、b-加亮燈光、c-散射光束、d-減暗燈光和e-匯聚光束。
圖14是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示當(dāng)led芯片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一個(gè)焦距，led芯片10產(chǎn)生直射光束15。
圖15是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示當(dāng)一個(gè)單點(diǎn)led10在鏡頭8的光軸17上，并相距一個(gè)焦距(即是焦點(diǎn)位置16)，產(chǎn)生亮度均勻的直射光束15。
圖16是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示當(dāng)led芯片基板11與在鏡頭基板9上的鏡頭8相距少于一個(gè)焦距，led芯片10產(chǎn)生亮度均勻和可控制的散射光束18。
圖17是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示一個(gè)單點(diǎn)led10在鏡頭8的光軸17上，并相距少于一個(gè)焦距，產(chǎn)生可控制的散射光束18。
圖18是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示當(dāng)led芯片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一到兩個(gè)焦距之間，led芯片10產(chǎn)生亮度均勻和可控制的匯聚光束19。
圖19是一個(gè)側(cè)面切面示意圖，展示當(dāng)一個(gè)單點(diǎn)led10在鏡頭8的光軸17上，并相距一到兩個(gè)焦距之間，產(chǎn)生可控制的匯聚光束19。
圖20是一個(gè)射燈的正面外觀圖，此射燈有卅十六粒led，圖中顯示了鏡頭8。該燈功能可以通過如圖22中所示的無線遙控器控制。
圖21是圖20射燈的led正面布局實(shí)施例。燈上有卅十六對(duì)鏡頭8和led芯片10，布局呈六邊形，視乎具體的應(yīng)用要求，該布局可以是任何形狀。
圖22顯示一個(gè)無線遙控器，可以控制如圖20和圖23的射燈，該實(shí)施例有下列按鈕：a-選擇控制第一組燈；b-選擇控制第二組燈；c-收窄光束角(遠(yuǎn)程照明)；d-擴(kuò)大光束角(近距離照明)；e-逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)云臺(tái)；f-向下旋轉(zhuǎn)射燈；g-開/關(guān)遙控器；h-增加亮度；i-選擇長亮或頻閃；j-減低亮度；k-向上旋轉(zhuǎn)射燈；l-順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)云臺(tái)。
圖23是一個(gè)射燈的正面外觀圖，此射燈有十八粒led。該燈的功能可以通過如圖22所示的無線遙控器控制。
圖24顯示一個(gè)led射燈7安裝在直升機(jī)上作泛照用。
圖25顯示一個(gè)led射燈7安裝在直升機(jī)上集中照明一個(gè)小范圍。
圖26顯示一個(gè)led射燈7安裝在漁船上使用。
圖27顯示一個(gè)led射燈7安裝在巡邏艇上使用。
圖28顯示一個(gè)led射燈使用在緊急救援任務(wù)(右側(cè))或美化建筑物外面(左側(cè))。
圖29顯示一盞有六粒led的多色射燈的側(cè)面外觀圖，該燈可以射出多束可調(diào)方向及不同顏色的光束34、35。
圖30是一個(gè)多色射燈應(yīng)用示意圖，顯示一艘使用了多色多光束的led射燈的觀光船。
圖31是一個(gè)射燈的正面外觀圖，有九粒同色led射燈，可以產(chǎn)生可調(diào)向的光束。
圖32展示圖31的射燈的正面外觀圖。
圖33展示圖31的射燈的側(cè)面切面圖。
圖34a展示如圖31的led射燈在中檔時(shí)所產(chǎn)生的光斑。
圖34b展示如圖31的led射燈當(dāng)鏡頭基板在第一檔時(shí)所產(chǎn)生的光斑。
圖34c展示如圖31的led射燈當(dāng)鏡頭基板在第二檔時(shí)所產(chǎn)生的光斑。
圖35a展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產(chǎn)生照近光束19。
圖35b展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產(chǎn)生照遠(yuǎn)光束15。
圖36展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，其光束19照明方向會(huì)與汽車的轉(zhuǎn)彎同步轉(zhuǎn)向。
圖37展示一個(gè)燈條實(shí)施例的正面圖，其上并排安裝了三盞有十四粒led的射燈。該燈條可以安裝在緊急車輛頂部作為警笛。
圖38展示在一汽車頂部安裝的警笛，該警笛有四盞有十四粒led的射燈。
圖39a展示一個(gè)射燈的側(cè)面切面圖，該射燈有一粒led，此燈能產(chǎn)生可調(diào)焦光束，并且是防水和防爆的。
圖39b展示圖39a所示射燈的光學(xué)配件室c2的放大圖。
圖39c展示圖39a所示射燈的主室一部份與調(diào)焦手輪31的外觀圖，并展露出曲線管72和導(dǎo)向銷24的形狀。
圖40a展示圖39a所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成圖像位置(在0×焦距的位置)。
圖40b展示圖39a所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成最寬光束角的位置(在1.2×焦距的位置)。
圖41展示一盞防水防爆的潛水射燈的外觀圖，該射燈的調(diào)焦機(jī)制與圖39a所示射燈的調(diào)焦機(jī)制相類似。
圖42展示圖41所示的射燈的調(diào)焦機(jī)制和光學(xué)部件的側(cè)面切面圖。
圖43展示另一防水防爆的led射燈的側(cè)面切面圖。調(diào)焦機(jī)制是通過旋轉(zhuǎn)射燈末端的調(diào)焦手輪31。該燈利用磁石27、73，以完全隔離鏡頭室和led室。
具體實(shí)施方式
以下是本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例詳細(xì)描述，為了方便徹底理解實(shí)施例，我們在此作出具體的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)闡述。此外，在描述實(shí)施例的方位時(shí)，可以說成是「頂」、「底」、「前」、「后」、「左」、「右」等等，這些用詞只是幫助讀者理解各實(shí)施例，并不意味著是實(shí)物體的限制。明顯地，凡此領(lǐng)域的技術(shù)人員，在沒有具體細(xì)節(jié)下，仍可跟著此發(fā)明制作。通過參考下面的本發(fā)明實(shí)施例，此領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更容易理解，但更需明白這些實(shí)施例僅用于闡明本發(fā)明，而不應(yīng)用作限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明所限定的范圍是由后面所附的權(quán)利要求指定。但應(yīng)當(dāng)指出，一些過渡性詞語例如「包含」和「構(gòu)成」，它們的同義詞就有「含有」或「特性」等等，這些同義詞還有很多，并不排除用來描述額外的及未陳述的要訣或方法步驟。本文所用術(shù)語如「聚焦透鏡」或與led芯片一起使用的「透鏡」是沒有必要是單一個(gè)透鏡，可以是一個(gè)或許多透鏡一起合而成為的鏡頭。
在一個(gè)實(shí)施例中，提出了一個(gè)照明裝置，它包含了以下部份：(1)一個(gè)或多個(gè)led芯片基板，每一個(gè)芯片基板都包含有一個(gè)或多個(gè)單點(diǎn)led芯片。(2)一個(gè)或多個(gè)鏡頭基板，每一個(gè)鏡頭基板都包含有一個(gè)或多個(gè)鏡頭，這些鏡頭都有鍍膜，用以改變led芯片產(chǎn)生的光的色溫。(3)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)用以改變芯片基板和鏡頭基板的相對(duì)位置，每個(gè)所述鏡頭安放在一個(gè)或多個(gè)led芯片的光束中，且所述鏡頭會(huì)改變光束的光錐角，從而強(qiáng)化led芯片產(chǎn)生的光的亮度，達(dá)到高強(qiáng)度照明。在一個(gè)實(shí)施例中，光錐角約為1°至大約80°之間。在一個(gè)實(shí)施例中，所述照明裝置包括：1、3、6、7、9、14、18或36粒單點(diǎn)led芯片。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)可以手動(dòng)或機(jī)動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)系統(tǒng)由有線或無線遙控器來控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)把鏡頭基板沿著平行于鏡頭基板上的鏡頭光軸的路徑移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，有防撞結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)包含了：(1)一個(gè)電機(jī)，電機(jī)有外殼和一個(gè)傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸有一邊平坦的側(cè)面，以及(2)一個(gè)有孔的傳動(dòng)螺栓，孔的橫截面形狀與所述傳動(dòng)軸的橫截面形狀匹配，所述傳動(dòng)軸透過所述相匹配的孔而聯(lián)接到傳動(dòng)螺栓，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力直接地從傳動(dòng)軸傳遞到傳動(dòng)螺栓，如有傳動(dòng)軸方向的橫向沖擊時(shí)，橫向沖擊力會(huì)直接傳遞到電機(jī)的外殼。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包含了：(1)一個(gè)傳動(dòng)螺栓，傳動(dòng)螺栓的一端連接到鏡頭基板，另一端連接有多個(gè)磁石，稱之為第一磁石組，以及(2)一個(gè)手輪，包括有多個(gè)磁石，稱之為第二磁石組。兩組磁石極性相反，第二磁石組安放在與第一磁石組相對(duì)應(yīng)的位置。所述手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于第一和第二磁石組之間的磁引力，將會(huì)帶轉(zhuǎn)傳動(dòng)螺栓，從而令鏡頭基板沿平行于所述鏡頭光軸的路徑移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包括一個(gè)手輪，該手輪包含著鏡頭室，并包含有固定于所述手輪內(nèi)壁上的第一組磁石。在鏡頭室內(nèi)壁上相對(duì)應(yīng)的位置，則安裝有與第一組磁石極性相反的第二組磁石，所述手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透過所述第一組磁石和第二組磁石之間的磁引力，鏡頭室外壁上的曲線管將同步轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使曲線管上的一個(gè)傳動(dòng)銷，沿著一個(gè)位置導(dǎo)向槽移動(dòng)，間接地推動(dòng)鏡頭基板沿著鏡頭光軸的方向移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施方式中，所述曲線管是刻鑄成與鏡頭光軸形成30°至60°角度，故此磁吸引力的主要部分會(huì)驅(qū)使傳動(dòng)銷沿著鏡頭光軸方向移動(dòng)。在另一實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)，把鏡頭基板在一個(gè)平行于所述led芯片基板的平面上移動(dòng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)，把鏡頭基板相對(duì)于led芯片基板轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把每個(gè)所述鏡頭，放置在兩個(gè)或更多的led芯片的光束路徑中。在一個(gè)實(shí)施例中，所述射燈發(fā)出多種顏色的光束。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述射燈發(fā)出射向多個(gè)方向的光束。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳動(dòng)系統(tǒng)包含了：一個(gè)電機(jī)主軸上的傳動(dòng)齒輪，所述傳動(dòng)齒輪匹配到一個(gè)帶動(dòng)兩個(gè)鏡頭基板的傳動(dòng)軸，當(dāng)所述傳動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致所述傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致兩個(gè)或多個(gè)鏡頭基板在一個(gè)平行于所述led芯片基板的平面上移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)所述鏡頭基板在一個(gè)平行于所述led芯片基板的平面上移動(dòng)，將導(dǎo)致led芯片的光束通過在不同的鏡頭基板的鏡頭后，會(huì)匯聚成一個(gè)單點(diǎn)光斑或分離成多點(diǎn)光斑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述射燈包含多個(gè)led芯片基板，而每一芯片基板有兩個(gè)或多個(gè)的led芯片。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述射燈包含了九個(gè)單點(diǎn)led芯片在多個(gè)led芯片基板上。在一個(gè)實(shí)施例中，所述射燈用作汽車車頭燈。在一個(gè)實(shí)施例中，光束發(fā)射的方向可根據(jù)汽車的轉(zhuǎn)動(dòng)方向而改變。
實(shí)施例1、選擇led、設(shè)計(jì)鏡頭和鍍膜
要設(shè)計(jì)一個(gè)耗電量低和光束強(qiáng)度高的led燈，第一步是按應(yīng)用需要，選擇適用的led芯片。經(jīng)過測試許多市場上現(xiàn)有的led芯片，得出的結(jié)論是，芯片發(fā)光面積的大小，光錐角的大小與光的色溫是三個(gè)最重要的性質(zhì)。目前市場上的led芯片都是采用圓頂或平頂透明密封，無論哪種方式，所有l(wèi)ed芯片光束的發(fā)射都呈球狀，透明封頂?shù)陌霃胶捅砻鎻澢蕸Q定了光錐角。例如，一個(gè)制造商的led芯片產(chǎn)生的光錐角是80°，另一制造商的led芯片產(chǎn)生的光錐角是120°。表一列出一些測試結(jié)果，每個(gè)led芯片的測試電源略有不同，但是差不多一樣，電源不同是因?yàn)槊總€(gè)芯片都有其廠家建議的功率要求。
為了使光束射得更集中更遠(yuǎn)，如圖7，放一個(gè)透鏡8在led芯片10前面，以減少光錐角α。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇非球面透鏡來投射led燈光束。用與表一相同的led芯片10和相應(yīng)的測試電源，不同直徑和焦距的透鏡令到輸出光束的光錐角和光強(qiáng)有很大差異。較大焦距的透鏡會(huì)產(chǎn)生較小的光錐角α，結(jié)果在相同距離處有更高的流明值(lux)，表二列出一些測試結(jié)果。
根據(jù)表二，光束經(jīng)過非球面透鏡聚焦后，led芯片可以產(chǎn)生比原始led芯片更高強(qiáng)度的光束。根據(jù)表一，例如原始led芯片二號(hào)產(chǎn)生的光強(qiáng)度在1米處僅為73lux。額外的原始led芯片二號(hào)測試量得在7米處，光強(qiáng)度是1.6lux。通過48毫米口徑和47毫米焦距的非球面透鏡后，led芯片二號(hào)在7米處光強(qiáng)度變?yōu)?600lux，加強(qiáng)了一千倍。該透鏡并非必須是非球面形。在我們的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)中，不同類型的透鏡和我們所選擇的led芯片測試，非球面透鏡產(chǎn)生最好的結(jié)果。然而，本發(fā)明并不限定于使用非球面透鏡，led芯片的特性是設(shè)計(jì)一個(gè)聚焦透鏡時(shí)最重要的因素。本文具體實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，然而不應(yīng)用作限制本發(fā)明，后面所附的權(quán)利要求才是本發(fā)明的限定范圍。
為了進(jìn)一步提高光的強(qiáng)度，有必要提高聚焦透鏡和保護(hù)透鏡的透射率，以及鏡頭室和遮光罩內(nèi)壁的反射率。led芯片發(fā)出的光譜比較窄，可以使用適應(yīng)每個(gè)色溫的特殊防反射鍍膜，該鍍膜可以額外提高光強(qiáng)度5％至8％。此外，鏡頭室和遮光罩的內(nèi)壁可以鍍上鋁膜以提高反射率。
當(dāng)使用相類似電源時(shí)，發(fā)射冷白光的led芯片(例如色溫6000k或更高)比發(fā)射暖白光的led芯片(例如色溫3000k或更低)，可多提供35％至55％的流明。例如，一個(gè)2800k的led芯片用在汽車應(yīng)用上，有需要提高供電率以產(chǎn)生更高的流明，故此，浪費(fèi)了不必要的能源。但如果為了產(chǎn)生更高的流明而使用高色溫的led，其冷白光可刺激和損傷人的眼睛。如果盯著超亮的冷白光甚至可引起短暫失明。駕駛時(shí)使用冷白光對(duì)迎面而來的駕駛者和行人都是危險(xiǎn)的，幾乎所有國家都已禁止駕駛時(shí)使用高色溫的車頭燈，如要使用高色溫的燈例如高強(qiáng)度氣體放電燈(highintensitydischargelight簡稱hid燈)，許多應(yīng)用都會(huì)使用有色玻璃或有色的聚碳酸酯濾鏡(poly-carbonatefilter簡稱pc濾鏡)以改變光的色溫。無論是有色玻璃或是有色的pc濾鏡，顏色是通過添加各種染色劑，染色劑不僅會(huì)吸收光，也會(huì)阻礙散熱，在運(yùn)作led過程中，不處理好散熱，會(huì)被損壞led和縮短led的有效壽命。
為了使用發(fā)冷光的高流明led芯片，應(yīng)在透鏡上鍍膜來降低色溫和散發(fā)屬于紅外線波長范圍的輻射熱能。透鏡鍍上鍍膜有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1)透射率可提高5％至8％。(2)鏡頭鍍膜可改變光的色溫，以及散發(fā)紅外線輻射熱能。降低過熱風(fēng)險(xiǎn)可以延長led芯片的使用壽命。(3)針對(duì)不同的應(yīng)用制定鍍膜比制造不同顏色的pc或玻璃濾鏡更容易更快。(4)耗電量較低。使用相同電量，通過使用有特殊鍍膜的鏡頭，高色溫的led產(chǎn)生的流明值要比低色溫的led高很多。
使用鍍膜以改變色溫是眾所周知的，只是并非在led照明的光學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)領(lǐng)域中使用。鍍膜改變色溫的技術(shù)、設(shè)計(jì)和應(yīng)用早已被公布，例如美國專利us4145113。適用于led光譜的鍍膜亦有進(jìn)一步的發(fā)展和公布，例如中國專利cn1034878363a。根據(jù)鍍膜領(lǐng)域已知的技術(shù)和方法，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會(huì)很容易基于所選擇的led芯片的特性，而設(shè)計(jì)適用于本發(fā)明中所使用的鏡頭的鍍膜。鍍膜改變led光譜的色溫，一個(gè)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將很容易地為每個(gè)使用的led芯片，確定鏡頭各層鍍膜的精確厚度和需要的層數(shù)。
鏡頭經(jīng)過鍍膜后，從原來6500k的冷白光變成3000k的暖白光，僅失去4％的流明，但一個(gè)6500k冷白光的led芯片經(jīng)過有特殊鍍膜的濾鏡后，發(fā)出的3000k暖白光卻比使用發(fā)出3000k暖白光的led芯片可多發(fā)出48％以上的流明。表三列出了一個(gè)實(shí)施例中的一些測試結(jié)果。
總括來說，使用特殊鍍膜的濾鏡以減少光錐角、改變色溫、并增加光的透射率是制造遠(yuǎn)程高強(qiáng)度led燈的三個(gè)重要設(shè)計(jì)原則。我們不能記錄每一種led芯片及每個(gè)鍍膜和鏡頭形狀的可能組合，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解，上述實(shí)施例僅用于說明，而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明的范疇是由隨后所附的權(quán)利要求來限定。
實(shí)施例2、防震機(jī)制
一個(gè)可調(diào)焦的射燈最脆弱的部分是調(diào)節(jié)光束焦點(diǎn)的調(diào)焦機(jī)制。最常見的方法是通過使用齒輪和軸來移動(dòng)安裝在一個(gè)平面基板上的透鏡和光源間距離。圖8示范了使用機(jī)動(dòng)、軸與齒輪調(diào)焦方法的射燈例子。例子中安裝了一個(gè)保護(hù)透鏡22以保護(hù)鏡頭室21，聚焦透鏡8安裝在一個(gè)平面鏡頭基板9上。電機(jī)12的軸42接著傳動(dòng)螺栓43，直接匹配到鏡頭室21的傳動(dòng)螺紋管28，當(dāng)電機(jī)12順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸42將轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)螺栓43，這將轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)螺紋管28向前或向后移動(dòng)，鏡頭室21的透鏡8會(huì)相對(duì)于led芯片10向前或向后移動(dòng)，從而改變光束的焦點(diǎn)。這樣的射燈用在汽車和船只上時(shí)，鏡頭室21是相當(dāng)沉重的，透鏡8是相當(dāng)精密的，操作的環(huán)境則充滿振動(dòng)和沖擊，由鏡頭室21重量產(chǎn)生的沖擊力會(huì)直接傳遞到軸42上，軸42的承托只有兩個(gè)讓軸42在原地旋轉(zhuǎn)的微小軸承51，軸承51不能長期承受沖擊力，軸42將會(huì)被移位并不能對(duì)齊，影響調(diào)焦。采用這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的射燈是不能防震的。
圖9a示范了一個(gè)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的防震射燈的實(shí)施例。除了如何把軸42連接至鏡頭室21，此射燈是類似于圖8中的非防震射燈。電機(jī)12的軸42由圓柱形改為有一平坦側(cè)面的桿，一個(gè)特殊的螺栓43其上有一孔45與軸42的形狀匹配(圖9b)，因?yàn)槁菟?3的孔與軸42緊密配合，所以兩者間只存在起動(dòng)與旋轉(zhuǎn)的關(guān)系。螺栓43的外部和傳動(dòng)螺紋管28緊密配合，螺栓43被鎖套33鎖定而不壓到軸承51，電機(jī)12的外殼和鎖套33之間插入潤滑片44，螺栓43不能前后移動(dòng)，當(dāng)軸42轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)起動(dòng)及旋轉(zhuǎn)螺栓43，連帶旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)螺紋管28，傳動(dòng)螺紋管28旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)把鏡頭基板9向前和向后移動(dòng)，改變鏡頭基板9和led芯片10之間的相對(duì)距離，相對(duì)距離的改變將改變光束的焦點(diǎn)。圖9a顯示了兩種可能的狀態(tài)，圖9a的左側(cè)下半部顯示鏡頭8和led芯片10之間的距離l1較短，圖9a的左側(cè)上半部顯示鏡頭8和led芯片10之間的距離l2較長。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于震動(dòng)或沖擊鏡頭室21重量產(chǎn)生的沖擊力將會(huì)由傳動(dòng)螺紋管28傳遞到螺栓43，接著螺栓43會(huì)將沖擊力傳遞到鎖套33，然后經(jīng)過潤滑片44把沖擊力直接轉(zhuǎn)移到電機(jī)12的外殼上。沿鏡頭光軸方向傳遞的沖擊力完全不影響到軸42，這將保證電機(jī)12能夠精確地運(yùn)轉(zhuǎn)。基于這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的射燈在實(shí)際運(yùn)行條件下進(jìn)行測試，可以承受150g及100赫頻率的沖擊力，足以在大多數(shù)有很多振動(dòng)和沖擊的情況下使用。
實(shí)施例3、光束聚焦和方向控制機(jī)制
圖10是一個(gè)led射燈的實(shí)施例，本實(shí)施例中選擇了目前市場上面積最小而照明功率最高的led芯片之一，這led芯片差不多可以當(dāng)成是一個(gè)單點(diǎn)光源。led領(lǐng)域的技術(shù)不斷在進(jìn)步，體積更小、功能更強(qiáng)的led芯片繼續(xù)開發(fā)?？梢灶A(yù)計(jì)，將來要達(dá)到更強(qiáng)的照明功率，只要把led芯片替換成更小和更強(qiáng)的芯片即可。
本實(shí)施例的布局圖案是圓形的(圖11)。然而視乎實(shí)際應(yīng)用，布局圖案可以是任何形狀，單點(diǎn)led芯片10和鏡頭8可以是一對(duì)或多對(duì)。布局的形狀和多少對(duì)led芯片10和鏡頭8的是基于多個(gè)因素，例如可用空間、空間形狀與電源、散熱條件和所需的燈光強(qiáng)度等等。在一個(gè)實(shí)施例中，射燈安裝在車輛前面保險(xiǎn)杠內(nèi)作霧燈，保險(xiǎn)杠上的預(yù)切孔是圓形的，本實(shí)施例便是圓形的，以適應(yīng)保險(xiǎn)杠，預(yù)切孔的尺寸只允許至多六對(duì)led芯片和鏡頭。
在一個(gè)實(shí)施例中(圖10)，led射燈有十四個(gè)單點(diǎn)led芯片與14個(gè)特別設(shè)計(jì)的鏡頭8，十四個(gè)鏡頭8是安裝在一個(gè)平面鏡頭基板9，而十四個(gè)單點(diǎn)led芯片是安裝在其后的一個(gè)平行的led芯片基板上。
圖11展示圖10的led射燈的示意性正面布局圖和側(cè)面切面圖。led芯片基板11和鏡頭基板9可以相對(duì)地移動(dòng)。這些圖中所示的led芯片10和鏡頭8的對(duì)數(shù)僅作說明之用。
在一個(gè)實(shí)施例中(圖12)，鏡頭基板9由具有傅動(dòng)螺栓43和螺母46的電機(jī)12移動(dòng)。電機(jī)12可以通過例如圖13的有線遙控器控制，如圖14和圖15所示，當(dāng)led芯片基板11在離開鏡頭基板9一個(gè)焦距時(shí)，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束15將垂直于鏡頭基板9或平行于鏡頭光軸17直射出去。因?yàn)槔碚撋瞎馐?5可以去到無限遠(yuǎn)處而沒有朝任何方向分散。從遠(yuǎn)處如一百米的距離都可觀察并測得到本發(fā)明的射燈的光束，仍然高度集中并清晰。在一百米處的lux測量仍高達(dá)在5米處測得的lux的95％，并無顯著分散。由于單點(diǎn)led芯片10和相應(yīng)的鏡頭8是圓形布局，這些鏡頭光軸17亦會(huì)是圓形分布的。每對(duì)鏡頭8和led芯片10將產(chǎn)生一個(gè)圍繞著鏡頭光軸的圓形均勻照明光束15，結(jié)果照明區(qū)域亦是均勻照亮的圓形。
在另一實(shí)施例中(圖16和圖17)，當(dāng)led芯片基板11移動(dòng)至離開鏡頭8一個(gè)焦距之內(nèi)時(shí)，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束18將自多個(gè)鏡頭以可控制的方式從鏡頭光軸17散射出去。單點(diǎn)光源的光束通過鏡頭的散射是可預(yù)估和可控制的。每對(duì)led芯片10和鏡頭8將產(chǎn)生相同散射角度和相同方向的光束18，如此便可以有效地控制照明的區(qū)域。
在另一實(shí)施例中(圖18和圖19)，當(dāng)led芯片基板11移動(dòng)至離開鏡頭8在一至兩個(gè)焦距之間時(shí)，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束19將匯聚到鏡頭光軸17上。單點(diǎn)光源的光束通過鏡頭的匯聚是可預(yù)估和可控制的。每對(duì)led芯片10和鏡頭8對(duì)都匯聚到同一個(gè)角度和方向。每對(duì)led芯片10和鏡頭8將產(chǎn)生相同匯聚角度和相同方向的光束19，如此便可以有效地控制照明的區(qū)域，在近處有非常有效的照明，在同一距離，匯聚光束的照明功率將超過平行光束。
在一個(gè)實(shí)施例中(圖20和圖21)，提供了一種led射燈，它有卅六個(gè)單點(diǎn)led芯片10和卅六特別設(shè)計(jì)的鏡頭8，它們的布局圖案呈六角形。射燈的結(jié)構(gòu)類似于圖10所示的射燈，射燈很重，并可安裝在專門設(shè)計(jì)的云臺(tái)26上，室內(nèi)或室外、車輛、飛機(jī)或船只上均可安裝云臺(tái)。射燈與云臺(tái)26可以用一個(gè)無線遙控器(圖22)來控制。兩組燈(每組十六盞燈)可以通過選擇第一組(按鈕a)或第二組(按鈕b)來控制，可以開關(guān)遙控器(按鈕g)。也可以調(diào)暗(按鈕j)或加強(qiáng)亮度(按鈕h)，把射燈切換成連續(xù)照亮或頻閃模式(按鈕i)，散射光束作近處照明(按鈕d)或匯聚光束作遠(yuǎn)處照明(按鈕c)，把射燈傾斜向下(鍵f)或傾斜向上(鍵k)，垂直轉(zhuǎn)動(dòng)可達(dá)210°，也可以順時(shí)針方向(按鈕l)或逆時(shí)針方向(按鈕e)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，水平轉(zhuǎn)動(dòng)可達(dá)359°。基本上，該射燈可以透過遙控器控制，把四周的三維空間照亮。
在一個(gè)實(shí)施例中，圖23展示一個(gè)led射燈，射燈有十八粒單點(diǎn)led芯片和十八個(gè)特別設(shè)計(jì)的鏡頭8，作圓形分布。射燈可以安裝在特別設(shè)計(jì)的云臺(tái)26，好像圖20中用于卅六頭led射燈的云臺(tái)26，射燈亦可透過如圖22相同的無線遙控器控制，選用十八粒單點(diǎn)led芯片主因是可以最大限度地使用大多數(shù)便攜式電源例如12或24伏電池提供的電量。十八頭led射燈可以安裝在一個(gè)直升機(jī)上機(jī)關(guān)槍的云臺(tái)上(圖24和圖25示意性地展示出實(shí)施例)，在一個(gè)測試中，從機(jī)關(guān)槍上發(fā)射800發(fā)子彈，雖然存在很大的反沖力和飛行振蕩，然而射燈完全無損。使用在直升機(jī)上的射燈大小主要是限制于機(jī)艙上的可用空間。如果直升機(jī)高飛時(shí)，可以使用射燈的散射模式來照射更寬的區(qū)域進(jìn)行搜索(圖24)。如果直升機(jī)低飛時(shí)，可以使用匯聚光束或平行光束模式，集中照明較小的區(qū)域，以便搜索(圖25)。
在另一實(shí)施方例中，射燈7(例如36頭射燈)用作漁船(圖26)或巡邏艦(圖27)的搜索燈。船舶有較大的空間和電源，可以使用較大的射燈。本發(fā)明的射燈，以它的高強(qiáng)度、遠(yuǎn)程、集中和可調(diào)焦的特性，確是在霧里、完全黑暗或低能見度環(huán)境下非常有效的照明工具。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本射燈可以在緊急情況和救援任務(wù)中使用。通常火警現(xiàn)場都充滿濃煙和大火，地震和其它自然災(zāi)害現(xiàn)場則充滿塵埃，令到緊急救援人員很難通知其它人員那里需要幫助。按照一實(shí)施例(圖28)，安裝在特制云臺(tái)的射燈可以被控制去直接照射正在要求增援的緊急救援人員的位置。緊急救援人員的位置可以利用緊急救援人員攜帶的定位設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)去自動(dòng)確定。這類型的定位設(shè)備通常是建基于一個(gè)全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，簡稱gps)，gps定位設(shè)備和可編程控制器則由在相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的人員設(shè)計(jì)。
在另一實(shí)施例中，圖28展示一個(gè)led射燈，用于美化建筑物和照明。
實(shí)施例4、遠(yuǎn)程多光束射燈
在一個(gè)實(shí)施例中(圖29)，一個(gè)led射燈有三組led芯片10，每組都有兩粒led芯片10，一共有六粒led芯片10，射燈可以發(fā)出多個(gè)色彩組合的光束。例如，led芯片10中的第一組發(fā)射紅光和藍(lán)光，第二組發(fā)射藍(lán)光和綠光，而第三組發(fā)射綠光和紅光。該射燈可在同一時(shí)間向六個(gè)不同方向發(fā)散六束強(qiáng)力的彩色光束34、35，該射燈用于燈光秀是最理想的。六粒led芯片10安裝在led芯片基板11并以120°分開為三組。本實(shí)施例中每組2粒led芯片10配上一個(gè)鏡頭8，總共有三個(gè)鏡頭8。鏡頭8安裝在平行于led芯片基板11的鏡頭基板9上。兩個(gè)基板9、11之間的距離維持在鏡頭8的一個(gè)焦距，由于led芯片10和鏡頭8之間的距離為一個(gè)焦距，于是產(chǎn)生近乎直射的不同顏色光束34、35。光束34、35不能是完全是直射的，因?yàn)槊總€(gè)鏡頭8有兩粒led芯片10。led芯片10將稍微偏離相應(yīng)的鏡頭8的光軸的位置。設(shè)計(jì)和安裝了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把鏡頭基板9反復(fù)來回轉(zhuǎn)動(dòng)15°。電機(jī)12連接到傳動(dòng)齒輪28，再連接到傳動(dòng)軸42，最后連接到鏡頭基板9的中心，射燈便會(huì)產(chǎn)生六個(gè)生動(dòng)的和充滿活力的光束34、35。在一個(gè)實(shí)施例中，兩光束是紅色的，兩光束是綠色的，而兩光束是藍(lán)色的。15°是最優(yōu)化的轉(zhuǎn)動(dòng)角，可以產(chǎn)生最生動(dòng)、充滿活力和高度集中的光束34、35。太大的轉(zhuǎn)動(dòng)將降低led芯片10的發(fā)光效果，因?yàn)楣馐?4、35不會(huì)近乎直射，難以維持遠(yuǎn)程高強(qiáng)度。市場上有白色、紅色、綠色和藍(lán)色led芯片，其它顏色的光束可以通過組合紅、藍(lán)、綠三色的光，以不同強(qiáng)度來合成。理論上，可以產(chǎn)生無限色彩的光束。還有許多其它的方式來控制光束的移動(dòng)，上面的描述絕不是限制了本發(fā)明只有本實(shí)施例。上述實(shí)施例描述固定了led芯片基板11的位置，而移動(dòng)鏡頭基板9，根據(jù)相同的光學(xué)原理，其它實(shí)施例可設(shè)計(jì)成固定鏡頭基板的位置，而移動(dòng)led芯片基板。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例(圖30)，有幾個(gè)遠(yuǎn)程多光束射燈安裝在旅游景點(diǎn)航行的河上觀光船頂部，當(dāng)射燈亮起，生動(dòng)活潑的光束遠(yuǎn)程照耀了夜空，極度觸目，只看著生動(dòng)的光束舞即可以成為一個(gè)很吸引的旅游景點(diǎn)。
實(shí)施例5、車頭燈
在一個(gè)實(shí)施例中(圖31、圖32和圖33)，九粒led芯片10分配在九個(gè)對(duì)應(yīng)的鏡頭a1-a9的光軸上，鏡頭安裝在鏡頭基板b1-b5上。鏡頭a1、a2和a3安裝在鏡頭基板b1上，鏡頭a4安裝在鏡頭基板b2上，鏡頭a9安裝在鏡頭基板b3上，鏡頭a7和a8安裝在鏡頭基板b4上，鏡頭a5和a6安裝在鏡頭基板b5上。最初，每個(gè)led芯片10定位在對(duì)應(yīng)的鏡頭(a1-a9)的焦點(diǎn)處。圖34a(中檔)顯示從led芯片10的光束通過鏡頭(a1-a9)傳輸，在10米處形成光斑。鏡頭基板b1是不動(dòng)的，其余鏡頭基板b2-b5可以由傳動(dòng)機(jī)制移動(dòng)。當(dāng)電機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，設(shè)置在電機(jī)軸42的齒輪28將轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞軸41，傳遞軸41的兩端有左轉(zhuǎn)螺紋和右轉(zhuǎn)螺紋50，將分別推動(dòng)鏡頭基板b4、b5上的兩個(gè)螺母46、47。彈簧48的壓力將導(dǎo)致鏡頭基板b4隨著b3一起移到右邊，鏡頭基板b5隨著b2移到左邊，移動(dòng)了1.25毫米后，定位板49會(huì)截停鏡頭基板b4、b5，連續(xù)三個(gè)圓圈的光斑將出現(xiàn)(圖34b)，這是第一檔。當(dāng)傳遞軸41繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過螺母46推動(dòng)，鏡頭基板b2移到左邊，通過螺母47推動(dòng)，鏡頭基板b3移到右邊。鏡頭基板b2、b3移動(dòng)另一個(gè)1.25毫米后便停下來。連續(xù)五個(gè)圓圈的光斑將出現(xiàn)(圖34c)，這是第二檔。應(yīng)用此傳動(dòng)原理的射燈在汽車的應(yīng)用是非常有用，照明區(qū)域?qū)⒈粩U(kuò)大，用類似的設(shè)計(jì)，跟著汽車轉(zhuǎn)向而改變方向的車頭燈會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)。
在另一個(gè)實(shí)施例中(圖35a和圖35b)，如圖31的led射燈的修改版用作車頭燈。在一個(gè)實(shí)施例中，通過例如內(nèi)置的向前感應(yīng)器提供的數(shù)據(jù)及車輛上的計(jì)算器和軟件程序，將可自動(dòng)控制鏡頭基板及l(fā)ed芯片基板的移動(dòng)。當(dāng)感應(yīng)器檢測到迎面而來的車頭燈光或前方車輛的車尾燈光，車輛上的計(jì)算器可自動(dòng)調(diào)節(jié)led車頭燈進(jìn)入?yún)R聚模式(圖35a)，即是調(diào)節(jié)led芯片和鏡頭基板間的距離到一至二個(gè)焦距之間，車頭燈光束19將匯聚在近處，不會(huì)刺激迎面而來車輛或前方車輛的駕駛員。當(dāng)沒有迎面而來的車輛或前方近處的車輛，車頭燈可以調(diào)整到直射模式(圖35b)，即是調(diào)節(jié)led芯片基板與鏡頭基板間的距離到一個(gè)焦距，使得車頭燈光束15照向遠(yuǎn)處，車輛的駕駛員會(huì)看得更清楚。汽車制造商的工程師可以很容易研發(fā)感應(yīng)器和車上計(jì)算器及其軟件程序。
這些實(shí)施方案使用的方法，與目前車頭燈的方法不同，目前車頭燈有兩組燈，可以手動(dòng)或自動(dòng)切換作遠(yuǎn)處及近處照明，一組燈照遠(yuǎn)，另一組燈照近。在上述實(shí)施例中，一組燈已經(jīng)足夠，通過控制所述led芯片基板與鏡頭基板之間的距離，便可以做到近處和遠(yuǎn)處照明。led芯片基板與鏡頭基板的移動(dòng)用電機(jī)控制，電機(jī)可以是手動(dòng)控制或由車上感應(yīng)器和計(jì)算器自動(dòng)控制。
另一個(gè)車頭燈的實(shí)施例展示于圖36中。led車頭燈的led芯片基板和鏡頭基板的相對(duì)移動(dòng)是兩維的，可以用類似圖31-33中描述的實(shí)施例控制。除了調(diào)節(jié)led芯片基板和鏡頭基板的距離，透過特別設(shè)計(jì)的固件控制另一個(gè)傳動(dòng)機(jī)制，令到另一組鏡頭基板相對(duì)于led芯片基向旁移動(dòng)。該固件可以通過連接到汽車轉(zhuǎn)向操作的感應(yīng)器來控制，最終的效果是，光束19不僅聚焦可以控制，連照射方向也可以控制，與汽車轉(zhuǎn)向操作同步，即使在一條彎路上，都可幫助駕駛員看得更清楚。汽車制造商的工程師很容易便可研發(fā)車上感應(yīng)器和固件。
在另一個(gè)實(shí)施例中(圖37和圖38)，三至四個(gè)不同色溫的led射燈(例如有14粒led芯片的射燈)安裝成一排。整組燈可以安裝在一輛汽車的車頂上(圖38)。為了模擬頻閃的藍(lán)紅白色警笛效應(yīng)，可以輪流開啟每一射燈的電源。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)單獨(dú)的led射燈也可以選擇長亮模式用作照明。
實(shí)施例6、防水機(jī)制
調(diào)整光束聚焦和電源控制機(jī)制是很易做成射燈漏水或漏氣。目前市面上的便攜式射燈通常使用手輪來調(diào)節(jié)輸出光束的焦點(diǎn)，鏡頭固定在一個(gè)手輪的內(nèi)壁，通過旋轉(zhuǎn)手輪，將改變鏡頭和光源之間的相對(duì)距離，相對(duì)距離的變化將改變輸出光束的聚焦。許多光學(xué)儀器，如照相機(jī)、瞄準(zhǔn)鏡和望遠(yuǎn)鏡都采用手輪方法調(diào)焦。為了令手輪防水，通常將o形圈放在手輪和鏡頭室的接觸面，這需要高精度地安裝o型圈以保證防水，并仍然要手輪的運(yùn)作暢順，然而，o型圈會(huì)隨著時(shí)間而老化，減低了防水能力。
另一種讓手輪和電源開關(guān)防水的方法是使用磁石把密封電源室完全隔離。這些方法已公布，已公布文獻(xiàn)如cn203176758u和cn2445185y都有說明。外磁石是固定在手輪的內(nèi)壁，手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些外磁石會(huì)沿著鏡頭光軸方向移動(dòng)。另一組相反極性的磁石是固定在鏡頭室的內(nèi)壁上，整個(gè)鏡頭室可以在光學(xué)配件室內(nèi)移動(dòng)。當(dāng)外磁石沿鏡頭光軸移動(dòng)，由于外磁石的引力將會(huì)牽引內(nèi)磁石同樣地沿鏡頭光軸移動(dòng)。這是最簡單方法，但要這種機(jī)制能均勻地移動(dòng)是不容易的。光學(xué)配件室的壁位于鏡頭室和外磁石之間，這壁是一層非磁性材料制成，磁引力垂直于鏡頭室外壁的部份，會(huì)把鏡頭室緊壓到光學(xué)配件室的內(nèi)壁上。鏡頭室外殼和光學(xué)配件室之間的摩擦力會(huì)阻礙鏡頭室與外磁石同步移動(dòng)，當(dāng)鏡頭室外壁和光學(xué)配件室內(nèi)壁之間的摩擦力不可以再抵抗磁引力時(shí)，會(huì)感到鏡頭室好像突然被釋放似的，令調(diào)焦感覺好像搐動(dòng)，很難精確地和暢順地調(diào)焦。簡單的手輪與磁石方法的另一個(gè)缺點(diǎn)是，手輪要轉(zhuǎn)很多圈才可以移動(dòng)鏡頭室一段距離。所需圈數(shù)取決于手輪螺紋的螺距大小，太大的螺距將不允許鏡頭室作精確移動(dòng)，太小的螺距將需要轉(zhuǎn)動(dòng)手輪很多圈才可以移動(dòng)鏡頭室一段距離。
本發(fā)明解決了這些問題，令防水射燈的調(diào)焦感覺均勻和可快速調(diào)焦。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例(圖39a)提供了一種可調(diào)焦的單點(diǎn)led防水射燈。該射燈使用磁石來調(diào)焦和控制電源。這射燈由以下幾部分組成：主室c1、光學(xué)配件室c2、調(diào)焦機(jī)制c3、電源室c4、光源室c5和電源控制機(jī)制c6。
根據(jù)本實(shí)施例(圖39a)，光學(xué)配件室c2包含有鏡頭室21、光學(xué)鏡頭23、聚焦鏡頭8、導(dǎo)向銷24、導(dǎo)向管25、曲線管72和一組內(nèi)磁石27。鏡頭室21可在主室c1的射燈主體74內(nèi)移動(dòng)。光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8都固定在鏡頭室21內(nèi)。導(dǎo)向銷24固定在鏡頭室21外。導(dǎo)向管25包著鏡頭室21，其上刻有位置導(dǎo)向槽251。曲線管72是刻在導(dǎo)向管25上并推動(dòng)導(dǎo)向銷24沿位置導(dǎo)向槽251移動(dòng)。內(nèi)磁石27被固定于曲線管72的外壁上。在本實(shí)施例中，曲線管72的實(shí)體設(shè)計(jì)是非常重要的，這將在后面進(jìn)一步詳細(xì)說明。
在圖39b可詳見一部分的光學(xué)配件室c2和光源室c5。光學(xué)鏡頭23、聚焦鏡頭8和led芯片10放置在同一軸在線。光從led芯片10發(fā)出，通過聚焦鏡頭8和光學(xué)鏡頭23，產(chǎn)生非常均勻的圓形光斑。光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對(duì)于led芯片10在0-1.2×f2之間移動(dòng)。f1是光學(xué)鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對(duì)距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對(duì)距離是0×f2和光錐角是1.2°)，另一位置叫最寬光束位置(相對(duì)距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當(dāng)聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產(chǎn)生均勻光斑。當(dāng)光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近led芯片10，從led芯片10發(fā)出的光束，將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然，此射燈適用于遠(yuǎn)近照明。當(dāng)聚焦鏡頭8在成像位置時(shí)，光錐角最小，在led芯片10處的圖像如圖40a將被投影在遠(yuǎn)處。當(dāng)聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑如圖40b將被投影在遠(yuǎn)處。當(dāng)聚焦鏡頭8在成像位置及最寬光束位置之間，將會(huì)見到一個(gè)不那么均勻和較小的光斑。視乎光學(xué)鏡頭23、聚焦鏡頭8和光學(xué)室c2的形狀，光斑可以是任何形狀，本實(shí)施例絕不是要限制任何光斑形狀。
根據(jù)圖39a，調(diào)焦機(jī)制c3包括調(diào)焦手輪31和一組外磁石73。調(diào)焦手輪31包圍著射燈主體74并可旋轉(zhuǎn)，射燈主體74突出的一端裝有防水保護(hù)鏡22，o型圈311用來密封防水保護(hù)鏡22和射燈主體74接合黠。防水保護(hù)鏡22和o型圈311靠擰緊鎖定環(huán)312鎖定。外磁石73固定在調(diào)焦手輪31內(nèi)壁上，外磁石73和內(nèi)磁石27具有相反極性。當(dāng)手輪31轉(zhuǎn)動(dòng)，外磁石73的磁吸引力會(huì)牽引內(nèi)磁石27，曲線管72將同步轉(zhuǎn)動(dòng)，把其約束著的導(dǎo)向銷24沿導(dǎo)向槽251前后推動(dòng)，鏡頭室21會(huì)跟著前后移動(dòng)，從而調(diào)整焦點(diǎn)。
圖39c是一個(gè)外觀圖，放大了圖39a射燈的調(diào)焦手輪31和主室c1，并抽起了手輪一部分外殼以露出曲線管72的形狀，曲線管72是刻鑄成一個(gè)非常大的上升角度。當(dāng)調(diào)焦手輪31轉(zhuǎn)動(dòng)，外磁石73將吸引曲線管72與內(nèi)磁石27同步轉(zhuǎn)動(dòng)。曲線管72的大上升角度保證了大部分的磁引力是推動(dòng)導(dǎo)向銷24沿著聚焦鏡頭8光軸方向移動(dòng)，只有很小的分力分在垂直于聚焦鏡頭8光軸方向。聚焦鏡頭8光軸方向的引力將鏡頭室21迅速地沿位置導(dǎo)向槽251直線移動(dòng)。根據(jù)圖39c，曲線管72的上升角是θ，聚焦鏡頭8在鏡頭光軸方向的最大移動(dòng)距離是h和導(dǎo)向銷24所需要移動(dòng)的距離l有一個(gè)關(guān)系：tanθ＝h/l，調(diào)焦手輪31最大轉(zhuǎn)動(dòng)角度ω可以通過ω＝l/(πd)的關(guān)系來確定，其中d是鏡頭室21的直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)計(jì)成只要把調(diào)焦手輪31轉(zhuǎn)動(dòng)70°(ω)，鏡頭室21即可移動(dòng)最大距離(l)，即是聚焦鏡頭8焦距f2的1.2倍，調(diào)焦手感非常均勻和快速。根據(jù)鏡頭室21的直徑和聚焦鏡頭8焦距f2和前述的關(guān)系，得出以下的實(shí)際數(shù)據(jù)：ω＝70°，θ＝37.42°，h＝15毫米，l＝19.6毫米。根據(jù)射燈的大小和鏡頭室21最大移動(dòng)距離所需的調(diào)焦手輪31轉(zhuǎn)動(dòng)角度ω，進(jìn)行了不同的試驗(yàn)，曲線管72的上升角θ可以是30°到60°之間的任何角度。本文的具體例子僅用作說明，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由后附的權(quán)利要求限定的。
電源控制機(jī)制是另一個(gè)做成漏水或漏氣的脆弱部分。如果用按鈕、切換式按鈕、滑動(dòng)型開關(guān)或任何類型的按鈕作為電源控制機(jī)制，會(huì)很難密封。我們的防水電源控制機(jī)制使用了磁石和手輪。根據(jù)圖39a，電源室c4包含電池76、電池室77和電池室蓋75。o型圈411用來密封電池室蓋75和電池室77擰在一起的位置。電池室蓋75有一個(gè)接觸彈簧431把電池76緊密壓在接觸點(diǎn)上。
根據(jù)圖39a，光源室c5包含有連接管59，led芯片10，連接管59內(nèi)的led芯片電路板11和電池室77內(nèi)的電源控制電路板54。電源控制電路板54的一端連接并密封到射燈主體74，而另一端則連接和密封到電池室77。led芯片10，通過led芯片的電路板11連接到電源控制電路板54，電源控制電路板54焊接到正極接觸板541和負(fù)極接觸板542。正極接觸板541連接到電池76的正極，射燈關(guān)閉時(shí)，電池室77內(nèi)壁和負(fù)極接觸板542之間有一間隙。負(fù)接觸板542上有一磁石5421。
根據(jù)圖39a，電源控制機(jī)制c6包含一個(gè)電源控制手輪61和外磁石62。電源控制手輪61包著連接管59。電源控制手輪61從連接管59伸出的一端，包著電池室77，外磁石62固定在電源控制手輪61的內(nèi)壁。外磁石62與負(fù)極接觸板542上的內(nèi)磁石5421極性相反。位置鎖緊環(huán)611把電源控制手輪61緊固到電池室77。當(dāng)電源控制手輪61轉(zhuǎn)動(dòng)到on的位置時(shí)，外磁石62與極性相反的內(nèi)磁石5421正好相對(duì)，外磁石62吸引內(nèi)磁石5421，磁引力會(huì)令負(fù)極接觸板542彎曲并接觸電池室77的內(nèi)壁，形成一個(gè)電路關(guān)閉，射燈亮起。當(dāng)電源控制手輪61轉(zhuǎn)動(dòng)至off的位置時(shí)，外磁石62離開內(nèi)磁石5421，磁引力減弱，負(fù)極接觸板542將反彈至空擋位置，不再觸及電池室77內(nèi)壁，電路斷開，射燈熄滅。在本實(shí)施例中電池，一次充電可以持續(xù)供電22小時(shí)。如此設(shè)計(jì)，水份完全沒有機(jī)會(huì)接觸到電源部件，射燈變得完全防水。因?yàn)闊舻母邚?qiáng)度、可調(diào)焦和長使用時(shí)間，使這個(gè)實(shí)施例成為應(yīng)急和救援任務(wù)的理想照明設(shè)備，它也可以用作潛水燈或防爆燈。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖41和圖42展示一個(gè)有多粒led并可調(diào)焦遠(yuǎn)程高強(qiáng)度射燈。本實(shí)施例可以看作是把七盞如圖39a所示的實(shí)施例射燈放在一起，本實(shí)施例并不是要限制使用多少led芯片的數(shù)量。射燈包含以下部份：主室c1、光學(xué)配件室c2、調(diào)焦機(jī)制c3、電源室c4、光源室c5和電源控制機(jī)制c6。電源室c4包含著安裝在射燈的底部的充電池。電源是通過密封電纜連接到光源室c5。下面的討論將集中在調(diào)焦機(jī)制c3的功能和如何與光學(xué)配件室c2和光源室c5配合使用。
在一個(gè)實(shí)施例(圖42)，光學(xué)配件室c2包含鏡頭室21、光學(xué)鏡頭23、聚焦鏡頭8、導(dǎo)向銷24、導(dǎo)向管25、曲線管72和一組內(nèi)磁石27。鏡頭室21可在射燈主體74的主室c1內(nèi)移動(dòng)。光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8都裝在鏡頭室21內(nèi)。導(dǎo)向銷24固定在鏡頭室21外壁上，導(dǎo)向管25包圍著鏡頭室21，其上刻有位置導(dǎo)向槽251。曲線管72包圍導(dǎo)向管25，導(dǎo)向銷24沿位置導(dǎo)向槽251移動(dòng)。內(nèi)磁石27固定于曲線管72的外壁上。
一組組的光學(xué)鏡頭23、聚焦鏡頭8和led芯片10放置在同一軸在線。led芯片10通過led芯片基板11連接到電源控制電路板54。光從led芯片10發(fā)出，通過聚焦鏡頭8和光學(xué)鏡頭23，產(chǎn)生非常均勻的圓形光斑。光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對(duì)于led芯片10在0-1.2×f2之間移動(dòng)。f1為光學(xué)鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對(duì)距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對(duì)距離是0×f2和光錐角是1.2°)，有另一位置叫最寬光束位置(相對(duì)距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當(dāng)聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產(chǎn)生均勻光斑。當(dāng)光學(xué)鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近led芯片10，從led芯片10發(fā)出的光束將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然。當(dāng)聚焦鏡頭8在成像位置時(shí)，光錐角最小，由led芯片10產(chǎn)生的光，將投射到很遠(yuǎn)距離。當(dāng)聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑投影在遠(yuǎn)處。此射燈遠(yuǎn)近照明皆宜。
根據(jù)圖42，調(diào)焦機(jī)制c3包括一個(gè)調(diào)焦手輪31和一組外磁石73。調(diào)焦手輪31包圍著射燈主體74并可以轉(zhuǎn)動(dòng)，由射燈主體74伸出的一端，內(nèi)置防水保護(hù)鏡頭22。o環(huán)311用以密封保護(hù)鏡頭22和射燈主體74的接合處。防水保護(hù)鏡頭22和o形環(huán)311靠擰緊鎖定環(huán)312鎖定。外磁石73固定在手輪31的內(nèi)壁上，外磁石73和內(nèi)磁石27具有相反極性。轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)焦手輪31，外磁石73的引力將牽引內(nèi)磁石27，曲線管72將同步轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)被約束著的導(dǎo)向銷24，沿位置導(dǎo)向槽251前后移動(dòng)，鏡頭室21亦隨之前后移動(dòng)，從而調(diào)整焦點(diǎn)。利用磁力的專門設(shè)計(jì)，把電源室和光源室與可調(diào)焦的光學(xué)配件室完全隔離密封，令射燈絕對(duì)防水。
在另一個(gè)實(shí)施例中，圖43展示出另一種使用手動(dòng)聚調(diào)焦機(jī)制的防水和防爆射燈。內(nèi)配件室的螺紋匹配到鏡頭基板9的傳動(dòng)螺栓60。內(nèi)配件室有三個(gè)內(nèi)磁石27，以120°角分開。調(diào)焦手輪31有相反極性的三個(gè)外磁石73，放置于與內(nèi)磁石27相對(duì)應(yīng)的位置。兩組磁石27、73之間存在吸力，內(nèi)配件室和調(diào)焦手輪31被防水板65隔離，防水板65緊壓在散熱罩66上，以o形環(huán)311作為密封。調(diào)焦手輪31轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁引力會(huì)帶動(dòng)內(nèi)配件室同步地向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡頭基板9將來回移動(dòng)，改變光束焦點(diǎn)。這個(gè)射燈的結(jié)構(gòu)是高度密封的，足以防水和防爆。非常適合在深水或美國國家電氣規(guī)范(unitedstatesnationalelectricalcode)定義為class1類型和division1條件的危險(xiǎn)地點(diǎn)應(yīng)用。
實(shí)施例7、其它應(yīng)用范圍
此外，本發(fā)明的led射燈可廣泛地應(yīng)用在許多其它范圍，包括但不謹(jǐn)限于以下應(yīng)用范圍：飛機(jī)、大卡車、服務(wù)車、越野車、雪車、農(nóng)用車、工程車、火車、監(jiān)控、軍用、燈塔、體育場館和大堂、特殊效果的室內(nèi)照明、用于美化室外和表演用燈。