CN102809098A - 一种自动调焦的led搜索灯 - Google Patents

Abstract

一种自动调焦的LED搜索灯，属于LED半导体固态照明技术领。 包括灯箱、光源组件、聚光组件、调焦组件、调焦移动机构、动力传动机构、控制装置和散热器，灯箱包括顶板、底板以及防护玻璃、后背板和两侧面板；光源组件包括 铝基覆铜板和多个大功率LED灯珠；聚光组件包括聚光透镜支架和多个非球面聚光透镜；调焦组件包括聚焦透镜支架和多个菲涅尔透镜； 调焦移动机构包括导轨和滑块 ； 动力传动机构包括步进电机、联轴器、丝杠、法兰和连接支架 ； 控制装置包括控制盒，用于与步进电机、 大功率LED灯珠实现电连接； 散热器包括导热板、导热管和鳍片 。优点：光效高、耗能少、节能、环保、绿色无污染，散热效果佳、使用寿命长、运行可靠、维护成本低。

Description

一种自动调焦的LED搜索灯

技术领域

本发明属于LED半导体固态照明技术领域，具体涉及一种可自动调整出光角度的LED搜索灯。

背景技术

搜索灯出现在军事方面的使用开始于19世纪，当时主要用于夜间搜寻敌方小型鱼雷艇和海防岸炮阵地与空防部队。二战时期搜索灯曾被大量使用于对抗敌方的夜间空袭。当时的防空炮兵同时使用两具搜索灯，由搜索灯的仰角可以用三角函数计算出敌方轰炸机的确实高度，然后用以设定高射炮弹信管，达到最大的效果。当时通用电气制造的搜索灯使用陀螺仪式的灯架，直径达152.4 厘米镀铑的盘状凹面镜，尖峰输出达 8亿蠋光的碳电弧光源，专用的 15 千瓦的发电机，有效照射距离可达 20公里以上。由于电子监视设备技术的发展，搜索灯的军事用途日渐减少。现今，多数用于海陆空的搜索搜救、信号标志、城市夜间亮化等。

搜索灯的原理是借助反射镜或透镜使出射光束集中在很小的平面角内，从而取得较大光强的灯具。国际照明委员会规定，其出射光束的半峰值角（在经过最大光强的一个平面上,最大光强与50％最大光强之间的夹角 ）应小于2°。

目前，大功率搜索灯的光源大多采用的是短弧氙气灯泡，但氙气灯泡在使用中存在很多局限性，比如：寿命较短，仅有1000小时，导致灯具更换率和故障率较高；为达到实际照明需求，单个产品光源功率需2000W以上，耗能大；且此类灯具大多需要进口，价格极高；氙气光源运行中，散热器表面和滤光片表面热度较高，存在安全隐患；灯泡含有氙等有害元素，不利于回收，易产生污染，无法满足绿色环保的要求。因此有必要找到一种长寿命、高光效、绿色环保的新型光源替代氙灯。

LED的出现是继白热灯照明发展历史130年以来的第二次伟大发明,它作为一种固态的半导体冷光源，有传统光源所不具备的多种优点，比如：节能环保，相同照明效果下比传统光源可节能80%以上，LED是一种绿色光源，光谱中没有紫外线和红外线，没有污染不含汞元素，属于典型的绿色环保照明光源；长寿命，LED光源是固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，特别是最近出现的LED芯片倒装工艺，在LED封装时实现了无引线封装，更是增加了其抗机械冲击能力，使用寿命可达5万小时以上，比传统光源寿命长10倍以上；使用方便，使用功率在0.03W～5W之间的单颗LED光源，通过合理的串联和并联实现任意功率等级的照明产品；色彩丰富，对于要求有色彩变换的场合，红绿蓝三色的LED可以通过功率的配比实现任意颜色。

LED作为搜索灯的光源有其很大优势，但要替代传统的搜索灯光源，在聚光、调焦、散热等问题上仍需解决。这也是目前制约LED替代短弧氙气灯泡成为搜索灯光源的主要难点：首先，是聚光问题, LED虽然光效高，但其单位面积上的光通量并不高，要达到实际照明需求，将会使LED的发光面积累积的比较大，如何将一个发光面积大的光源汇聚成一个角度在2°以内的光束，并且还要考虑到光的利用率和实现成本，现有的聚光方式是无法满足的；其次，是自动调焦问题，在调焦过程中要始终保持LED光源中心与聚光部件中心尽量重合在一条直线上，调焦部件要执行遥控命令，将出光角度调整到设置值,这也是一大难题；另外，大功率的LED灯对散热要求较高,但已有技术中的散热结构无法满足上述要求，从而会影响LED灯的实际使用寿命。

发明内容

本发明的任务是要提供一种由 LED灯珠替代传统氙气灯泡用于搜索灯光源的自动调焦的LED搜索灯，它不仅光效高、耗能少、节能、环保、绿色无污染，而且散热效果好、使用寿命长、运行可靠、维护成本低。

本发明的任务是这样来完成的，一种自动调焦的LED搜索灯，其特点是：包括灯箱、光源组件、聚光组件、调焦组件、调焦移动机构、动力传动机构、控制装置和散热器，所述的灯箱包括顶板、底板以及分别设在顶板、底板前、后、左、右侧的防护玻璃、后背板和两侧面板；所述的光源组件包括铝基覆铜板和多个大功率LED灯珠，多个大功率LED灯珠呈矩阵状固定在所述的铝基覆铜板上，所述的铝基覆铜板固定在所述的后背板上；所述的聚光组件包括聚光透镜支架和多个非球面聚光透镜，多个非球面聚光透镜呈矩阵状固定在所述的聚光透镜支架上，所述的聚光透镜支架与所述的后背板固定，且使多个非球面聚光透镜的位置与多个大功率LED灯珠的位置相对应；所述的调焦组件包括聚焦透镜支架和多个菲涅尔透镜，多个菲涅尔透镜呈矩阵状固定在所述的聚焦透镜支架上，多个菲涅尔透镜位于多个非球面聚光透镜的正前方；所述的调焦移动机构包括导轨和滑块，所述的导轨有一对，分别上、下对称地固定在顶板、底板上，在每一导轨上可前后移动地连接有一滑块，两滑块分别固定在聚焦透镜支架的上、下端；所述的动力传动机构包括步进电机、联轴器、丝杠、法兰和连接支架，所述的步进电机固定在后背板上，步进电机的输出轴通过联轴器连接有丝杠的一端，丝杠的另一端通过法兰与连接支架连接，所述的连接支架固定在聚焦透镜支架的近中间位置处；所述的控制装置包括控制盒，所述的控制盒固定在底板上，用于与步进电机、大功率LED灯珠实现电连接；所述的散热器包括导热板、导热管和鳍片，所述的导热板固定在后背板的背部，所述的导热管有多个，多个导热管连接在导热板与鳍片之间。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的控制盒内设置有通信接口、控制器、电机驱动器、LED驱动电源和控制部分供电电源，所述的通信接口接外部信号并与控制器连接，控制器与电机驱动器连接，电机驱动器用于驱动步进电机工作，所述的LED驱动电源的输入端和控制部分供电电源的输入端共同接220V交流电，LED驱动电源的输出端连接大功率LED灯珠进行供电，所述的控制部分供电电源的输出端连接控制器和电机驱动器进行供电，所述的控制盒外部接地。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的步进电机为具有正反转功能的混合式步进电机。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的丝杠为滚珠丝杠。

本发明采用大功率LED灯珠作为搜索灯光源，进行两级配光，其中第一级利用非球面聚光透镜进行聚光，第二级利用菲涅尔透镜实现调焦兼具聚光功能，动力传动机构使用了具有正反转功能的混合式步进电机及驱动器、联轴器、滚珠丝杠等，调焦移动机构采用了导轨、滑块等，散热器采用了导热管、导热板及鳍片相结合的结构。具有的有益效果：克服了目前传统搜索灯所存在的功耗大、需频繁更换灯泡、含有害物质等缺点，不仅光效高、耗能少、节能、环保、绿色无污染，而且散热效果极佳、使用寿命长、运行可靠、维护成本低。

附图说明

图1为本发明的一实施例结构示意图。

图 2为本发明的聚光组件的平面结构图。

图 3为本发明的调焦组件的平面结构图。

图 4为本发明的控制盒内的电气原理方框图。

图中：1.后背板；2.顶板；3.导轨；4.滑块；5.防护玻璃；6.聚焦透镜支架；7. 菲涅尔透镜；8.法兰；9.丝杠；10.连接支架；11.聚光透镜支架；12.非球面聚光透镜；13. 铝基覆铜板；14. 大功率LED灯珠；15.步进电机；16. 联轴器；17. 鳍片；18.导热管；19.导热板；20.导柱；21.底板；22.控制盒；23.透镜固定螺母；24.通信接口；25.控制器；26.电机驱动器；27.LED驱动电源；28.控制部分供电电源。

具体实施方式

为了使公众能够充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述均不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅是形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。

请参阅图1并结合图2、图3和图4，本发明一种自动调焦的LED搜索灯，包括灯箱、光源组件、聚光组件、调焦组件、调焦移动机构、动力传动机构、控制装置和散热器。所述的灯箱包括顶板2、底板21以及分别设在顶板2、底板21前侧的防护玻璃5、后侧的后背板1和左、右侧的两侧面板。所述的光源组件包括铝基覆铜板13和多个大功率LED灯珠14，多个大功率LED灯珠14呈矩阵状通过焊锡焊接在所述的铝基覆铜板13上，所述的铝基覆铜板13通过紧固件如螺丝固定在所述的后背板1上。所述的聚光组件包括聚光透镜支架11和多个非球面聚光透镜12，多个非球面聚光透镜12呈矩阵状通过胶粘剂粘接的方式固定在所述的聚光透镜支架11上，所述的聚光透镜支架11通过导柱20与所述的后背板1固定，并且使聚光透镜支架11上的多个非球面聚光透镜12的位置与多个大功率LED灯珠14的位置相对应。所述的调焦组件包括聚焦透镜支架6和多个菲涅尔透镜7，多个菲涅尔透镜7呈矩阵状通过固定螺母23固定在所述的聚焦透镜支架6上，多个菲涅尔透镜7位于多个非球面聚光透镜12的正前方。所述的调焦移动机构包括导轨3和滑块4，所述的导轨3有一对，分别上、下对称地固定在顶板2、底板21上，在每一导轨3上可前后移动地连接有一滑块4，两滑块4分别通过紧固件固定在所述聚焦透镜支架6的上、下端。所述的动力传动机构包括步进电机15、联轴器16、丝杠9、法兰8和连接支架10，所述的步进电机15优选采用具有正反转功能的混合式步进电机，该步进电机15固定在所述的后背板1上，步进电机15的输出轴通过联轴器16连接有丝杠9的一端，丝杠9的另一端通过法兰8与连接支架10连接，所述的丝杠9优选为滚珠丝杠，所述的法兰8与连接支架10之间通过螺栓固定，所述的连接支架10通过紧固件固定在所述聚焦透镜支架6的近中间位置处。所述的控制装置包括控制盒22，所述的控制盒22固定在底板21上，用于与步进电机15、大功率LED灯珠14实现电连接。具体是：所述的控制盒22内设置有通信接口24、控制器25、电机驱动器26、LED驱动电源27和控制部分供电电源28,所述的通信接口24接外部信号并与控制器25连接，负责将外部通信命令传递给控制器25，所述的控制器25与电机驱动器26连接，所述的电机驱动器26根据控制器25传递的命令驱动步进电机15工作，所述的LED驱动电源27的输入端和控制部分供电电源28的输入端共同接220V交流电，LED驱动电源27的输出端连接大功率LED灯珠14进行供电，所述的控制部分供电电源28的输出端连接控制器25和电机驱动器26进行供电，所述的控制盒22外部接地。所述的散热器包括导热板19、导热管18和鳍片17，所述的导热板19固定在后背板1的背部，所述的导热管18有多个，多个导热管18连接在导热板19与鳍片17之间。

请继续参阅图1、图2、图3和图4，叙述本发明的工作原理：通电后，控制盒22中的LED驱动电源27和控制部分供电电源28得电，LED驱动电源27为铝基覆铜板13上的多枚大功率LED灯珠14供电，多枚大功率LED灯珠14被点亮, 灯珠点亮后光线通过基正前方的非球面聚光透镜12将光线汇聚成15°左右的光束，再经其正前方的调焦兼具聚光菲涅尔透镜7再次汇聚形成2°左右的光束，再经防护玻璃5投射出去。多个大功率LED灯珠14的矩阵与其正前方的两级透镜形成的光束最终汇集到一起，这样通过增加LED灯珠和透镜的数目来达到提高亮度的目的。

具体操作过程：控制部分供电电源28为控制器25和电机驱动器26供电，控制器25和电机驱动器26开始工作，当通信接口24从外部接收到调整聚焦的通信命令后，传递给控制器25，控制器25控制电机驱动器26输出调整电压和电流给步进电机15，使得步进电机15根据命令进行顺时针转动或逆时针转动。步进电机15转动并带动联轴器16和丝杠9转动，法兰8、连接支架10、聚焦透镜支架6会随混合式步进电机15的转动而前后移动，从而实现调整出光角度的功能。当步进电机15顺时针转动时，聚焦透镜支架6向前移动，出光角度变小，此时光线远射；当步进电机15逆时针转动时，聚焦透镜支架6向后移动，出光角度变大，此时光线近射。通过移动聚焦透镜支架6到不同的位置，可以实现出光角度在1.5°～15°之间变化。

Claims (4)

1.一种自动调焦的LED搜索灯，其特征在于：包括灯箱、光源组件、聚光组件、调焦组件、调焦移动机构、动力传动机构、控制装置和散热器，所述的灯箱包括顶板(2)、底板(21)以及分别设在顶板(2)、底板(21)前、后、左、右侧的防护玻璃(5)、后背板(1)和两侧面板；所述的光源组件包括铝基覆铜板(13)和多个大功率LED灯珠(14)，多个大功率LED灯珠(14)呈矩阵状固定在所述的铝基覆铜板(13)上，所述的铝基覆铜板(13)固定在所述的后背板(1)上；所述的聚光组件包括聚光透镜支架(11)和多个非球面聚光透镜(12)，多个非球面聚光透镜(12)呈矩阵状固定在所述的聚光透镜支架(11)上，所述的聚光透镜支架(11)与所述的后背板(1)固定，且使多个非球面聚光透镜(12)的位置与多个大功率LED灯珠(14)的位置相对应；所述的调焦组件包括聚焦透镜支架(6)和多个菲涅尔透镜(7)，多个菲涅尔透镜(7)呈矩阵状固定在所述的聚焦透镜支架(6)上，多个菲涅尔透镜(7)位于多个非球面聚光透镜(12)的正前方；所述的调焦移动机构包括导轨(3)和滑块(4)，所述的导轨(3)有一对，分别上、下对称地固定在顶板(2)、底板(21)上，在每一导轨(3)上可前后移动地连接有一滑块(4)，两滑块(4)分别固定在聚焦透镜支架(6)的上、下端；所述的动力传动机构包括步进电机(15)、联轴器(16)、丝杠(9)、法兰(8)和连接支架(10)，所述的步进电机(15)固定在后背板(1)上，步进电机(15)的输出轴通过联轴器(16)连接有丝杠(9)的一端，丝杠(9)的另一端通过法兰(8)与连接支架(10)连接，所述的连接支架(10)固定在聚焦透镜支架(6)的近中间位置处；所述的控制装置包括控制盒(22)，所述的控制盒(22)固定在底板(21)上，用于与步进电机(15)、大功率LED灯珠(14)实现电连接；所述的散热器包括导热板(19)、导热管(18)和鳍片(17)，所述的导热板(19)固定在后背板(1)的背部，所述的导热管(18)有多个，多个导热管(18)连接在导热板(19)与鳍片(17)之间。

2.根据权利要求1所述的一种自动调焦的LED搜索灯，其特征在于所述的控制盒(22)内设置有通信接口(24)、控制器(25)、电机驱动器(26)、LED驱动电源(27)和控制部分供电电源(28)，所述的通信接口(24)接外部信号并与控制器(25)连接，控制器(25)与电机驱动器(26)连接，电机驱动器(26)用于驱动步进电机(15)工作，所述的LED驱动电源(27)的输入端和控制部分供电电源(28)的输入端共同接220V交流电，LED驱动电源(27)的输出端连接大功率LED灯珠(14)进行供电，所述的控制部分供电电源(28)的输出端连接控制器(25)和电机驱动器(26)进行供电，所述的控制盒(22)外部接地。

3.根据权利要求1所述的一种自动调焦的LED搜索灯，其特征在于所述的步进电机(15)为具有正反转功能的混合式步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种自动调焦的LED搜索灯，其特征在于所述的丝杠(9)为滚珠丝杠。

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