CN102705730B - 透镜组可控led - Google Patents

Abstract

本发明提供一种透镜组可控LED，包括灯头，灯头包括一个布满反光坑的面板，各反光坑内设置一个发光二极管，反光坑将发光二极管发出的光反射成射向面板前方的平行光；灯头前方设有一个可控光学组件，其包括一个与灯头固定连接且中轴线垂直于面板的固定套、一个与固定套套接且可沿固定套轴向滑动的调节套；固定套和调节套内分别固定有固定凸透镜和调节凸透镜；所述可控光学组件还包括可驱动所述调节套沿所述固定套轴向滑动的驱动机构。该透镜组可控LED不仅具有高强的照明亮度，并且可以根据需求精确地调节照明范围，使LED的投射光圈由小到大灵活调节。

Description

透镜组可控LED

所属技术领域

本发明涉及照明装置领域，具体地，是一种发光源为发光二极管平面阵列的LED。

背景技术

LED照明由于能耗小，亮度高，因此，在近年来得到了快速的发展，已逐渐普及至各种照明场所。LED的发光元件为发光二极管，由于单个发光二极管的亮度较为有限，因此通常LED照明装置的发光部由大量的发光二级管阵列构成，并且以平面阵列最为常用。如图1所示即为一个常见的LED灯头，灯头1前方为面板10，面板10上均布大量反光坑11，各反光坑12内设有一个发光二极管12，反光坑12可将发光二极管11的光芒反射成平行光，并向外发射，如图1中虚线箭头所示。对于该种LED，其存在的一个问题是，由于发光源为平面光源，因此无法采用传统的方案，通过调节反光罩和光源的距离来调节LED的照明范围，故而，目前具有较大照明亮度的LED，通常为固定式结构，无法调节照明范围，对于一些改进的结构形式，亦只能粗糙地调节照明效果，而对于一些应用领域，如探照、娱乐等方面，通常需要灯头可以灵活而准确地调节照明范围，最典型的形式为，灯头的投射光圈可由小到大随意调节，对于这种情况，目前的LED照明装置难以准确地实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种透镜组可控LED，其不仅具有高强的照明亮度，并且可以根据需求精确地调节照明范围，使LED的投射光圈由小到大灵活调节。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该透镜组可控LED包括灯头，所述灯头包括一个布满反光坑的面板，各所述反光坑内设置一个发光二极管，所述反光坑将所述发光二极管发出的光反射成射向所述面板前方的平行光；

所述灯头前方设有一个可控光学组件；该可控光学组件包括一个与所述灯头固定连接且中轴线垂直于所述面板的固定套、一个与所述固定套套接且可沿固定套轴向滑动的调节套；所述固定套和调节套内分别固定有固定凸透镜和调节凸透镜，所述凸透镜的设置位置满足如下几何条件：所述调节套滑动至接近灯头的极限位置时，所述调节凸透镜的中心处于或接近所述固定凸透镜的焦点处；所述调节套滑动至远离灯头的极限位置时，由所述灯头发射的平行光经所述固定凸透镜汇聚后又从焦点发散所形成的光照恰好覆盖至所述调节凸透镜的边缘处；所述可控光学组件还包括可驱动所述调节套沿所述固定套轴向滑动的驱动机构;所述固定凸透镜在调节凸透镜侧的焦点处于所述固定套内部，且该焦点所在处的固定套的横截面上设有一块阻隔板，该阻隔板的中心开孔，孔径尺寸为足以包容固定凸透镜焦点的最小尺寸；并且，所述阻隔板向着所述调节凸透镜侧为光滑镜面。

作为优选，所述驱动机构包括设置于所述调节套外侧的、沿调节套轴向的齿条；还包括与所述固定套相对固定的步进电机；所述步进电机的输出端与所述齿条啮合；作为该优选方式的进一步改进，所述齿条卡设于开设在所述固定套管壁上的滑槽内，以提高可控光学组件的结构稳定性。

作为优选，所述调节凸透镜的焦距满足的几何条件是：所述调节套滑动至远离灯头的极限位置时，所述调节凸透镜的中心与所述固定凸透镜在调节凸透镜侧的焦点之间的距离，即为调节凸透镜的焦距。

作为优选，所述固定套和调节套均为圆筒形，它们的内表面均设有反射镜面，以减少光能在可控光学组件内表面的损失。

作为优选，所述调节套的套壁卡设于开设在所述固定套的套壁中的配合槽内，以提高调节套和固定套之间的同轴度。

本发明的有益效果在于：由所述灯头产生的LED平行光通过固定凸透镜后，在所述可控光学组件内部汇聚，汇聚后在固定凸透镜的焦点处呈锥状向外辐射，由此，为所述调节凸透镜的调节提供了条件，考虑到物理现象的连续性，为了便于分析，现仅考虑两个极限位置，当调节凸透镜处于接近灯头侧的极限位置时，调节凸透镜的中心处于或临近光锥顶点，此时以处于光锥顶点为近似，等效于点光源从调节凸透镜中心发光，此时调节凸透镜对该光锥基本无折射作用，光锥射远后，其照明范围极广；当调节凸透镜处于远离灯头侧的极限位置时，光锥的横截面覆盖至调节凸透镜的边缘处，此时，调节凸透镜将形成明显的折射作用，最典型的，若调节凸透镜采用优选方案中的焦距时，将产生新的平行光，且方向性极为精确，远胜于由灯头直接产生的平行光，由于灯头的面板面积很小，因此，此时投射至外界区域的照明范围接近于灯头面板面积，形成极好的聚光效应；由此可见，该可控LED的照明范围可在一个很大的范围内精确而灵活地进行调节。

附图说明

图1是普通LED灯头的立体示意图。

图2是本透镜组可控LED实施例一的结构示意图。

图3是图2的纵剖视图。

图4是图2实施例在第一极限状态下的光路图。

图5是图2实施例在普通状态下的光路图。

图6是图2实施例在第二极限状态下的光路图。

图7是本透镜组可控LED实施例二的纵剖结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例一：

图2、图3所示为本发明的实施例一，在该实施例中，本透镜组可控LED包括灯头1，所述灯头1的结构如图1所示，包括一个布满反光坑11的面板10，各所述反光坑11内设置一个发光二极管12，所述反光坑11将所述发光二极管12发出的光反射成射向所述面板10前方的平行光，如图1中虚线方向所示；

所述灯头1前方设有一个可控光学组件；该可控光学组件包括一个与所述灯头1固定连接且中轴线垂直于所述面板10的固定套2、一个与所述固定套2套接且可沿固定套2轴向滑动的调节套3；所述固定套2和调节套3内分别固定有固定凸透镜20和调节凸透镜30，所述凸透镜的设置位置满足如下几何条件：所述调节套3滑动至接近灯头1的极限位置时，所述调节凸透镜30的中心处于或接近所述固定凸透镜20的焦点处；所述调节套3滑动至远离灯头1的极限位置时，由所述灯头1发射的平行光经所述固定凸透镜20汇聚后又从焦点发散所形成的光照恰好覆盖至所述调节凸透镜30的边缘处；具体而言，即所述调节套3在所述固定套2上滑动时，具有两个极限位置，一个为接近灯头1的极限位置，另一个则为远离灯头1的极限位置，在通常设置时，可先使所述固定凸透镜20固定在固定套2内靠近灯头一端，并且使该凸透镜20的焦点处于固定套2另一端的端平面附近；所述调节凸透镜30应当与固定凸透镜20具有同一数量级的焦距，以保证可以对光线进行明显地折射，为了尽可能提高调节范围，使所述调节凸透镜30固定在调节套3内远离灯头的一端，此时，为了在极限位置实现光照恰好覆盖至所述调节凸透镜30的边缘处的要求，调节套3和固定套2的长度应当基本相等。

需要指出的是，欲使所述调节套3滑动至接近灯头1的极限位置时，所述调节凸透镜30的中心恰好处于所述固定凸透镜20的焦点处，考虑到结构关系，此时固定凸透镜20的焦点需落于固定套2远离灯头一端的端面外侧；若只需使所述调节凸透镜30的中心处于所述固定凸透镜20的焦点附近（该情况只对LED照明的可调节范围造成较小的影响），则也可以使固定凸透镜20的焦点需落于固定套2远离灯头一端的端面处或端面内侧，实施例1即是这种情况。

所述可控光学组件还包括可驱动所述调节套3沿所述固定套2轴向滑动的驱动机构，如图2所示，所述驱动机构包括设置于所述调节套3外侧的、沿调节套轴向的齿条31；还包括与所述固定套2相对固定的步进电机4；所述步进电机4的输出端与所述齿条31啮合；所述齿条31卡设于开设在所述固定套2管壁上的滑槽内，以增加结构约束，提高可控光学组件的结构稳定性；所述驱动机构也可以采用本实施例外的其它常规措施，如普通数码相机的伸缩头驱动机构，此处不再赘述。

在实施例一中，所述固定套2和调节套3之间的配合关系如图3所示意，所述调节套3的套壁卡设于开设在所述固定套2的套壁中的配合槽21内，以提高调节套3和固定套2之间的同轴度。

为了尽可能地提高可控LED照明的调节范围，可进一步对所述调节凸透镜30的焦距作出约束，如，所述调节套3滑动至远离灯头1的极限位置时，所述调节凸透镜30的中心与所述固定凸透镜20在调节凸透镜30侧的焦点之间的距离，为调节凸透镜30的焦距，亦即，调节凸透镜30与固定凸透镜20的中心连线等于它们各自的焦距之和；该约束条件可以产生的作用是，该可控LED的照明范围最小可调节至所述面板10的发光面积，其原理可参考图4中的光路。

下面结合图4~图6对实施例一的原理进行分析：由所述灯头1产生的LED平行光通过固定凸透镜20后，在所述可控光学组件内部汇聚，汇聚后在固定凸透镜20的焦点处呈锥状向外辐射，如图4~图6中虚线所示，由此，为所述调节凸透镜30的调节提供了条件，考虑到物理现象的连续性，为了便于分析，现仅考虑两个极限位置，当调节凸透镜30处于接近灯头侧的极限位置时，即如图6所示状态，调节凸透镜30的中心临近光锥顶点，此时以处于光锥顶点为近似（由于物理现象的连续性，该近似所得到的结果与实际结果误差较小），此时，等效于点光源从调节凸透镜30中心发光，此时调节凸透镜30对该光锥基本无折射作用，光锥射远后，其照明范围极广；当调节凸透镜30处于远离灯头侧的极限位置时，即如图4所示状态，光锥的横截面覆盖至调节凸透镜30的边缘处，此时，调节凸透镜30将形成明显的折射作用，将产生新的平行光，得到上段所述的照明范围，由于灯头1的面板10面积很小，因此，此时投射至外界区域的照明范围接近于灯头面板面积，形成极好的聚光效应且方向性极为精确，远胜于由灯头直接产生的平行光；当调节凸透镜30处于上述两个极限位置的中间位置时，则其照明范围亦处于中间态，其示意如图5所示；由此可见，该可控LED的照明范围可在一个很大的范围内精确而灵活地进行调节。

另外，为了减少光能在可控光学组件内表面的损失，所述固定套2和调节套3的内表面均设有反射镜面。

对于减少光能的损失，需要指出的是，即便在固定套2和调节套3内壁设置了反射镜面，使光能最终均射向外部，但由于调节凸透镜30表面的反射，有较多的光能会反射向固定凸透镜20，并穿过固定凸透镜20后射向灯头1，再由灯头面板重新反射，再次通过固定凸透镜20、调节凸透镜30，射向外部，此时，由于光线连续几次穿过凸透镜，已被大大削弱，为此，需减少光线在反射过程中反复穿过凸透镜的次数，为此，本发明还提出了实施例二：

如图7所示，其与实施例一的不同之处在于：所述固定凸透镜20在调节凸透镜侧的焦点处于所述固定套2的端面内侧，且该焦点所在处的固定套2的横截面上设有一块阻隔板22，该阻隔板22的中心开孔，孔径尺寸为足以包容固定凸透镜20焦点的最小尺寸；并且，所述阻隔板22向着所述调节凸透镜30侧为光滑镜面；由此，可知阻隔板22既不对从固定凸透镜20射来的光构成遮挡，又可以使从调节凸透镜30反射回来的光不穿过固定凸透镜20而直接被反射向外部，而镜面反射的光能损失几乎为零，因此，可以消除因反射而产生的光能损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种透镜组可控LED，包括灯头（1），所述灯头（1）包括一个布满反光坑（11）的面板（10），各所述反光坑（11）内设置一个发光二极管（12），所述反光坑（11）将所述发光二极管（12）发出的光反射成射向所述面板（10）前方的平行光；所述灯头（1）前方设有一个可控光学组件；该可控光学组件包括一个与所述灯头固定连接且中轴线垂直于所述面板的固定套（2）、一个与所述固定套（2）套接且可沿固定套轴向滑动的调节套（3）；所述固定套（2）和调节套（3）内分别固定有固定凸透镜（20）和调节凸透镜（30），所述凸透镜的设置位置满足如下几何条件：所述调节套（3）滑动至接近灯头（1）的极限位置时，所述调节凸透镜（30）的中心处于或接近所述固定凸透镜（20）的焦点处；所述调节套（3）滑动至远离灯头的极限位置时，由所述灯头（1）发射的平行光经所述固定凸透镜（20）汇聚后又从焦点发散所形成的光照恰好覆盖至所述调节凸透镜（30）的边缘处；所述可控光学组件还包括可驱动所述调节套（3）沿所述固定套（2）轴向滑动的驱动机构;其特征在于：

所述固定凸透镜（20）在调节凸透镜侧的焦点处于所述固定套（2）内部，且该焦点所在处的固定套（2）的横截面上设有一块阻隔板（22），该阻隔板（22）的中心开孔，孔径尺寸为足以包容固定凸透镜焦点的最小尺寸；并且，所述阻隔板（22）向着所述调节凸透镜侧为光滑镜面。

2.根据权利要求1所述的透镜组可控LED，其特征在于：所述驱动机构包括设置于所述调节套（3）外侧的、沿调节套轴向的齿条（31）；还包括与所述固定套（2）相对固定的步进电机（4）；所述步进电机（4）的输出端与所述齿条（31）啮合。

3.根据权利要求2所述的透镜组可控LED，其特征在于：所述齿条（31）卡设于开设在所述固定套（2）管壁上的滑槽内。

4.根据权利要求1所述的透镜组可控LED，其特征在于：所述调节凸透镜（30）的焦距满足的几何条件是：所述调节套（3）滑动至远离灯头的极限位置时，所述调节凸透镜（30）的中心与所述固定凸透镜（20）在调节凸透镜侧的焦点之间的距离，为调节凸透镜（30）的焦距。

5.根据权利要求1所述的透镜组可控LED，其特征在于：所述固定套（2）和调节套（3）均为圆筒形，它们的内表面均设有反射镜面。

6.根据权利要求1所述的透镜组可控LED，其特征在于：所述调节套（3）的套壁卡设于开设在所述固定套（2）的套壁中的配合槽内。

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