CN103206617A - Led发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED发光装置(100)，包括至少一个LED光源(6)，其特征在于，还包括布置在所述至少一个LED光源(6)的光路上的透镜(11)和反射器(7)，所述光源(6)可在相对于透镜(11)和反射器(7)的在光路方向上的不同位置的第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述至少一个光源(6)所产生的光线至少经所述反射器(7)调整到第一光束角，在所述第二位置，所述至少一个光源(6)所产生的光线经所述透镜(11)调整到第二光束角，其中第二光束角大于所述第一光束角。根据本发明的发光装置具有能够在定向照明和大面积照明之间进行切换的优点并且具有操作方便，成本低廉的优点。

Description

LED发光装置
技术领域
本发明涉及一种LED发光装置。
背景技术
通常爬山或者野营的时候需要火炬灯和野营灯。火炬灯非常有用，尤其是在紧急的情况下具有丰富的光源，尤其是非常适用于登山，因为它们能在特定的方向提供更好的照明强度。但是，这样的火炬灯并不适合于大面积照明，例如由于其光学元件而将光线仅仅在单一的方向上照明。旅行者通常需要两种灯，即火炬灯和野营灯。因此，非常希望设计一种照明系统，其将火炬灯和野营灯的功能集成在一起。此外，在其他的应用情况下，使用者例如也希望能拥有具有可变光束角的台灯。
现有技术中存在以下几种方案来解决上述技术问题：
第一种方案是：将一种灯具加装到系统中，以调整照明角度。上述方案的缺点在于操作比较复杂并且增加了照明装置的成本。
第二种方案是：在相同的照明装置上加装两种不同的灯，这两种不同的灯分别具有窄的和宽的光束角，如美国专利4502102中所公开的那样。
发明内容
因此本发明的目的在于，提出一种LED发光装置，其能克服现有技术中的各种解决方案的缺点，并且能方便地调整出射光的光束角，根据本发明的LED发光装置能够在定向照明和大面积照明之间进行切换，并且具有操作方便、成本低廉的优点。
根据本发明提出了一种发光装置，包括至少一个LED光源，其特征在于，还包括布置在所述至少一个LED光源的光路上的透镜和反射器，所述光源可在相对于透镜和反射器的在光路方向上的不同位置的第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述至少一个光源所产生的至少部分光线至少经所述反射器调整到第一光束角，在所述第二位置，所述至少一个光源所产生的至少部分光线经所述透镜调整到第二光束角，其中第二光束角大于所述第一光束角。根据本发明利用光源的可移动性以及由透镜和反射器组成的光学组件共同实现了光束角的转变，在光源的第一位置，至少利用反射器来实现较小的光束角，在光源的第二位置，利用透镜来实现较大的光束角。
优选地，还包括外壳，所述光源包括位于外壳的一端的第一光源，其中所述反射器位于所述第一光源的下游并且所述透镜位于所述反射器的下游。从而使得在使用发光装置的时候，在同一侧就可产生具有不同光束角的光线。在该种情况下，优选地，所述第一光源所产生的光线经反射器和所述透镜调整到第一光束角。
根据本发明的一个优选方案，所述透镜的外轮廓与所述反射器的外轮廓续接在一起并且所述反射器在外壳的一端限定出用于容纳所述第一光源的第一容纳腔。因此光源可以在反射器的两个端部之间移动，即远离所述透镜的第一端和靠近所述透镜的第二端之间移动。此外，所述透镜的外轮廓与所述反射器的外轮廓续接在一起，提供了光线在各个方向上的扩散的可能性，为实现广角度照明提供了可能性，此外还增加整个LED发光装置的外观的美观性。
根据本发明的一个优选方案，在所述第一位置，所述光源位于所述反射器的焦点并且所述光源所产生的光线经所述反射器反射后形成平行光束，所述平行光束入射到所述透镜并经所述透镜产生第一光束角。因此，透镜对于平行光束的角度调整较小，实现了光束角较小的第一光束角。
优选地，在所述第二位置，所述光源位于所述反射器的靠近所述透镜的第二端，所述光源所产生的光线入射到所述透镜并产生具有第二光束角的光线。
优选地，所述入射面和所述出射面之间的距离越小越好。在比较小的距离时，在光源位于第一位置时，透镜对于输出光的光束角的改变较小。该距离越小，透镜对于输出光的光束角的改变越小。
根据本发明的另一个优选替换实施例，所述光源包括分别位于外壳两侧的第一光源和第二光源，所述反射器位于第一光源的光路上并且所述透镜位于所述第二光源的光路上。在这种情况下，可以分别在两端发出具有第一光束角的光束和具有第二光束角的光束。此时，在第一位置，仅仅利用反射器产生具有第一光束角的光束，而在第二位置，仅仅利用透镜产生具有第二光束角的光束。
优选地，所述第一光束角的角度范围小于8°，以满足定向照明的需求。
优选地，反射器具有在横截面上为抛物线形状的轮廓。在光源位于所述反射器的焦点的情况下，抛物线形状的轮廓尤其有助于输出光束角较小的第一光束角。
优选地，所述透镜具有凹陷的圆弧形的入射面和设计为自由曲面的出射面。在光源位于第二位置时，凹陷的圆弧形的入射面有助于在各个方向接收入射光，入射光经过透镜内部最终经设计为自由曲面的出射面出射。自由曲面的出射面用于对入射光进行重新分配。
优选地，在所述第二位置，所述光源位于所述圆弧形的入射面的圆心位置。在光源位于圆心位置，反射器将基本上不会对于来自光源的光产生任何影响，仅仅透镜改变来自光源的光的方向。优选地，所述入射面为半圆弧形。
优选地，所述出射面旋转对称，以实现对称的光分布图案。所述出射面的形状可设置用于产生均匀的圆形光分布图案。
根据本发明的一个优选方案，所述外壳包括至少在一端具有所述出光口的第二容纳腔，另外的辅助组件设置在所述第二容纳腔中。
优选地，辅助组件包括散热器，所述光源支撑在所述散热器的至少一个侧面上，通过散热器的移动来实现所述光源的移动。散热器承载光源以实现对于光源所产生的热的较好散发。优选地，辅助组件还包括驱动器、电池以及用于连接所述驱动器和所述电池的电连接部，从而实现对光源的驱动。
优选地，所述驱动器为升压转换器、降压转换器或者升-降压转换器。
优选地，所述LED发光装置还包括可由手进行操纵的开关，所述外壳在周壁上具有滑槽，所述开关可以经滑槽与所述散热器连接并在所述滑槽中移动以控制所述光源在第一位置和第二位置之间切换，从而方便用户手动在两种光束角下切换。
优选地，滑槽是沿着所述外壳的纵向轴线开设的线性槽。优选地，所述LED发光装置为野营和火炬两用灯。
应该理解，以上的一般性描述和以下的详细描述都是列举和说明性质的，目的是为了对要求保护的本发明提供进一步的说明。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，用于帮助进一步理解本发明。这些附图图解了本发明的实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。在附图中相同的部件用相同的标号表示。图中示出：
图1是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的在第一位置的示意图；
图2是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的在第二位置的示意图；
图3是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的反射器的示意图；
图4是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的透镜的示意图。
图5是根据本发明的第二具体实施例的LED发光装置的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置100的在第一位置的示意图，图2是根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置100的在第二位置的示意图。图1，2中示出了LED发光装置100包括壳体14、光源6、用于为光源6提供电能以及进行散热的辅助组件，该辅助组件和光源6都位于壳体14内部。壳体14在一端具有开口15，即出光口，为了调整光源6所产生的光的光输出方向，设置了一个透镜11和一个反射器7。二者顺次设置在光输出口上，反射器7围绕光源6在光路方向上设置在光源6的下游。透镜11紧邻反射器7设置在反射器7的下游。
从图1中可以看出，此时光源6位于反射器7的远离透镜11的第一端，在该图中，即位于反射器7的焦点位置。从而位于焦点位置处的光源6所产生的光可以经反射器7反射后形成平行光线，该平行光线接着入射到透镜11中，由于透镜11的入射面和出射面之间的距离较小，因此，对于平行光线的角度影响很小，使得输出光的第一光束角保持在小于8°。为了实现较小的第一光束角，反射器7具有抛物线的形状，如图3所示出的根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的反射器的示意图，可以看出位于焦点位置处的光源所产生的光可以经反射器7反射后形成平行光线。透镜11的入射面12和出射面13之间的距离越小，对于第一光束角的影响越小。
从图2中可以看出，此时，光源6位于反射器7的靠近透镜11的第二端的第二位置，该第二位置同时是透镜11的凹陷的在横截面上为圆弧形入射面12的中心的位置，此时，光源6所产生的光线不再入射到反射器7上，而是直接入射到透镜11上。此时反射器7对于最终的光分布没有任何影响，因为LED光源6仅仅向前射出光。此时，仅仅具有自由形状的透镜11工作并且光束角会比较广并且具有均匀的照明。
从上可以看出，光源6的位置对于最终光束角的大小具有决定性的影响。
由于透镜11的出射面13为自由曲面，因此产生了均匀的广泛的光分布，即实现了较大的光束角。如图4所示出的根据本发明的第一具体实施例的LED发光装置的透镜11的示意图，入射面12在横截面上为圆弧形的，优选是半圆弧形，即立体上为球面或者半球面。出射面13设计为旋转对称。出射面13的主要功能是得到均匀的照明，例如圆形分布的照明-即蝙蝠形的光分布曲线。自由表面的形状可以利用已知的算法来进行计算，例如Edge-ray理论、局部差分公式等方法，例如参考以下文章或书籍：tailored freeform optical surfaces by Ries H，Muschaweck andnonimaging optics by Narkis Shatz and John C.Bortz。以及例如考虑到光通量守恒定律和斯涅尔定律，将想获得的圆形光斑划分成N等分，通过考虑输入向量、法向向量和输出向量的关系确定自由曲面的轮廓曲线中的点，具体参见文献CN101749641A“用于大功率LED路灯照明的自由曲面偏光透镜”。需要指出的是，要求出射的光束角为60度、100度或者120度，计算出来的曲线会有差别。第二光束角的范围可以根据用户的需求进行改变并且透镜的形状也可以相应地进行改变。
光源6在从第一位置到第二位置的移动一直在由反射器7所限定的第一容纳腔16中进行。光源6的这种移动性在根据本发明的LED发光装置中这样实现，即通过承载光源6的散热器10的移动来实现。为了控制散热器10的移动，LED发光装置100还包括可由手进行操纵的开关1，外壳14在周壁上具有滑槽18，开关1可以经滑槽18与所述散热器10连接并在所述滑槽18中移动以控制所述光源6在第一位置和第二位置之间切换。滑槽18是沿着所述外壳的纵向轴线开设的线性槽。除了控制光源6的运动以外，开关1还具有开启和关闭发光装置的功能。
外壳14自身限定的腔体中设置辅助组件，辅助组件包括设置在所述散热器10的第二侧的驱动器2、电池3以及用于连接所述驱动器2和所述电池3的电连接部4。
图5是根据本发明的第二具体实施例的LED发光装置的示意图。与本发明的第一具体实施例不同的是，此时光源的数量可以设置为两个。其中第一光源位于外壳的一端，在该端设置有反射器7。另外一个第二光源位于外壳的另一端，在该端上设置有透镜11，反射器7位于第一光源的光路上并且透镜11位于所述第二光源的光路上。此时，壳体14限定而成的第二容纳腔具有两个出光口，在容纳腔中设置的辅助组件与第一具体实施例中略有不同，驱动器、电池以及用于连接所述驱动器和所述电池的电连接部设置在散热器10的内腔中，散热器10可以在两侧支撑分别支撑光源6。根据本发明的LED发光装置100可以设置为两用灯，即定向照明和广角照明两用灯，例如可以设计为野营和火炬两用灯。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
标号列表
100 LED发光装置
1   光引擎
2   驱动器
3   电池
4   电连接部
6   光源
7   反射器
10  散热器
11  透镜
12  入射面
13  出射面
14  外壳
15  开口
16  第一容纳腔
17  第二容纳腔
18  滑槽

Claims (21)

1.一种LED发光装置(100)，包括至少一个LED光源(6)，其特征在于，还包括布置在所述至少一个LED光源(6)的光路上的透镜(11)和反射器(7)，所述光源(6)可在相对于透镜(11)和反射器(7)的在光路方向上的不同位置的第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述至少一个光源(6)所产生的至少部分光线至少经所述反射器(7)调整为具有第一光束角的出射光束，在所述第二位置，所述至少一个光源(6)所产生的至少部分光线经所述透镜(11)调整为具有第二光束角的出射光束，其中第二光束角大于所述第一光束角。
2.根据权利要求1所述的LED发光装置(100)，其特征在于，还包括外壳，所述光源包括位于外壳(14)的一端的第一光源。
3.根据权利要求2所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述反射器(7)位于所述第一光源的下游并且所述透镜(11)位于所述反射器(7)的下游。
4.根据权利要求3所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述第一光源所产生的光线经所述反射器(7)和所述透镜(11)调整到第一光束角。
5.根据权利要求4所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述透镜(11)的外轮廓与所述反射器(7)的外轮廓续接在一起并且所述反射器(7)在外壳(14)的一端限定出用于容纳所述第一光源的第一容纳腔(16)。
6.根据权利要求4所述的LED发光装置(100)，其特征在于，在所述第一位置，所述第一光源位于所述反射器(7)的焦点并且所述第一光源所产生的光线所述反射器(7)反射后形成平行光束，所述平行光束入射到所述透镜(11)并经所述透镜(11)产生第一光束角。
7.根据权利要求4所述的LED发光装置(100)，其特征在于，在所述第二位置，所述光源(6)位于所述反射器(7)的靠近所述透镜(11)的端部，所述光源(6)所产生的光线入射到所述透镜(11)并产生具有第二光束角的光线。
8.根据权利要求2所述的LED发光装置(100)，其特征在于，其中所述光源还包括位于外壳(14)的另一端的第二光源，所述反射器(7)位于第一光源的光路上并且所述透镜(11)位于所述第二光源的光路上。
9.根据权利要求8所述的LED发光装置(100)，其特征在于，在所述第一位置，所述第一光源位于所述反射器(7)的焦点并且所述第一光源所产生的光线所述反射器(7)反射后形成平行光束并且出射，在所述第二位置，所述第二光源所产生的光线入射到所述透镜并经所述透镜(11)产生具有第二光束角的出射光。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述第一光束角的角度范围小于8°。
11.根据权利要求1-9中任一项所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述反射器(7)具有在横截面上为抛物线形状的轮廓。
12.根据权利要求1-9中任一项所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述透镜(11)具有在横截面上为凹陷的圆弧形的入射面(12)和设计为自由曲面的出射面(13)。
13.根据权利要求12所述的LED发光装置(100)，其特征在于，在所述第二位置，所述光源(6)位于所述圆弧形的入射面(12)的圆心位置。
14.根据权利要求13所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述入射面(12)在横截面上为半圆弧形。
15.根据权利要求12所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述出射面(13)旋转对称。
16.根据权利要求1-9中任一项所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述外壳(14)包括至少在一端具有用于所述光源的出光口(15)的第二容纳腔(17)，另外的辅助组件设置在所述第二容纳腔(17)中。
17.根据权利要求16所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述辅助组件包括散热器(10)，所述光源(6)支撑在所述散热器(10)的至少一个侧面上，通过散热器(10)的移动来实现所述第一光源(6)的移动。
18.根据权利要求17所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述辅助组件还包括驱动器(2)、电池(3)以及用于连接所述驱动器(2)和所述电池(3)的电连接部(4)。
19.根据权利要求17所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述LED发光装置(100)还包括可由手进行操纵的开关(1)，所述外壳(14)在周壁上具有滑槽(18)，所述开关(1)可以经滑槽(18)与所述散热器(10)连接并在所述滑槽(18)中移动以控制所述光源(6)在第一位置和第二位置之间移动。
20.根据权利要求19所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述滑槽(18)是沿着所述外壳的纵向轴线开设的线性槽。
21.根据权利要求19所述的LED发光装置(100)，其特征在于，所述LED发光装置为野营和火炬两用灯。
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