CN107314326B - 一种隐形远光灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隐形远光灯，其结构包括壳体以及安装在所述壳体中的三个单基色光源系统和三基色光源驱动电路：在所述壳体中开有沿轴向设置并且截面呈三角形分布的三个柱形容纳仓，用以安装所述单基色光源系统；所述三基色光源驱动电路分别与三个所述单基色光源系统电连接，用以驱动三个单基色光源系统发出三基色光。本发明隐形远光灯能够发射三基色光，并通过照射在可视目标处，合成为可视的暖白色光，具有照射距离远、无散射、无眩光、不刺眼等特点，并具有灯光来源隐形的使用效果，可用于汽车远光灯、高杆灯、探照灯、医学手术照明灯和远光手电筒等广泛的应用场合，具有广阔的应用前景。

Description

一种隐形远光灯

技术领域

本发明涉及一种照明灯具，具体地说是一种隐形远光灯。

背景技术

迄今为止，人们所使用的远距离照明灯具仍以卤钨灯、疝气灯及光学聚焦LED灯为主，然而，这类灯具普遍存在大量的光能散射和眩光。当采用这类灯具用作车灯，当车辆在会车时，由于己方车灯照射到物体后的反光强度弱于对方车灯直接照射的灯光强度，因此，由对方车灯发出的向斜上方射出的这部分光线会直接射向己方汽车驾驶员的眼睛，形成强眩光刺激，使驾驶员无法看清自己车灯照射前方的路面路况及周边的其他情况，由此引发的交通事故时有发生，在已发生的交通事故中占有很大的比例。同时，大量的光线散射，无效辐照面积大，光能量严重损耗。

此外，现有的灯具照射范围广，具有明显的光束，可以十分容易地确定光线的来源及位置，在隐蔽事件中还极易被发现，安全性较差。

发明内容

本发明的目的就是提供一种隐形远光灯，以解决现有远光灯具有强眩光刺激、安全性差和能量利用率低的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种隐形远光灯，包括壳体以及安装在所述壳体中的三个单基色光源系统和三基色光源驱动电路：在所述壳体中开有三个容纳仓，在每个所述容纳仓中安装一个单基色光源系统；所述三基色光源驱动电路分别与三个所述单基色光源系统电连接，用以驱动三个单基色光源系统发出三基色光；三个单基色光源系统发出的三基色光在隐形远光灯的前方形成汇聚点。

所述单基色光源系统包括：

内壳体，为一端封口的筒体，在筒体内壁上分布有若干用以遮挡散射眩光的遮光环；

光源片，设置在所述内壳体的封口端的内侧面，用于发出三基色之一的单基色光；

球形玻璃透镜，设置在所述光源片的前方，用于汇集光源片发出的单基色光；以及

反光罩，为前、后端敞口且母线为抛物线形的罩壳，用于聚拢球形玻璃透镜发出的单基色光并以平行光的形式发出单基色光光束；在所述反光罩的前端口处设置有凸透镜，所述球形玻璃透镜设置在所述反光罩的后端口处，所述球形玻璃透镜的焦点位于所述反光罩的焦点处。

所述单基色光源系统发射的单基色光束向壳体轴心线方向偏移的偏心角为1~10°，以在隐形远光灯的前方形成共聚点。

在所述内壳体的封口端外侧面设置有散热片。

在所述壳体的前端设置有封挡单基色光源系统的防尘玻璃罩。

本发明隐形远光灯中的所述三基色光源驱动电路包括：

自动升降压开关电源电路，分别与绿色光源恒流供电开关电源电路、红色光源恒流供电开关电源电路和蓝色光源恒流供电开关电源电路相接，用于对输入的供电电压进行自动调整，输出稳定不变的供电电压，以适应多种输入电压的供电环境；

绿色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发绿色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出绿色光源；

红色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发红色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出红色光源；以及

蓝色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发蓝色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出蓝色光源。

本发明隐形远光灯具是三个单基色光源系统的组合体，能够发射三基色光，并通过照射在可视目标处，合成为可视的暖白色光，这样，在系统光线的照射角之外呈现的是不可见光段，因而具有较强的隐形效果；而在系统光线的照射角范围内，所看到的只是由红、绿、蓝三基色光点，其眩光与刺目强度远小于一般灯具发出的白色光；如果恰好在三基色光的汇聚点位置上则呈现刺目炫光；如果是应用于汽车远光灯，则三基色汇聚点是在地面上，则只能在地面呈现椭圆形暖白光，而对面司机的眼部位置是远高于地面的，因此不会受到影响。同时，由于白色光是宽频带的合成光，难以避免光的散射，而与白色光相比，单色光的频带窄，在各种传导介质或系统器件的误差存在时，其包括折射与反射在内的散射都是最小的，远远小于白色光；因而单色光可以照射更远的距离，从而形成隐形远光灯具。

本发明隐形远光灯具有照射距离远、无散射、无眩光、不刺眼等特点，并具有灯光来源隐形的使用效果，可用于汽车远光灯、高杆灯、探照灯、医学手术照明灯和远光手电筒等广泛的应用场合，具有广阔的应用前景。

此外，本发明隐形远光灯具的照射范围窄，没有明显的光束，不易确定光线来源和位置，使用安全性强。

附图说明

图1是本发明隐形远光灯做手电筒的结构示意图。

图2是图1的A-A向剖面图。

图3是单基色光源系统的结构示意图。

图4是三基色光源驱动电路的电路框图。

图5是自动升降压开关电源电路的电路原理图。

图6是三基色光源恒流供电开关电源电路的电路原理图。

图中，1、壳体，2、手柄，3、电池仓，4、三基色光源驱动电路，5、单基色光源系统，6、防尘玻璃罩，7、内壳体，8、光源片，9、球形玻璃透镜，10、反光罩，11、凸透镜，12、遮光环，13、容纳仓，14、散热片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，下述实施例仅作为说明，并不以任何方式限制本发明的保护范围。

如图1所示，以本发明隐形远光灯原理制作的手电筒，包括壳体1、安装在壳体1中的三个单基色光源系统以及在壳体1中的三基色光源驱动电路。

其中，壳体1为圆柱形的长筒结构，用铝合金材料制作成型，在壳体1的前半部沿轴向开有三个圆柱形的容纳仓13，三个容纳仓13呈三角形分布（图2），在每个容纳仓13中固定一个单基色光源系统5。壳体1的后半部有细柄段，构成便于握持的手柄。在细柄段的内部设有电池仓3，用以安装电池，电池为三个单基色光源系统5提供电力。电池可采用3.7V、3.3Ah的聚合物锂电池三节串联使用，组合电压值为12V。采用该形式，可供三个单基色光源系统5连续照明1.2h，断续照明2~8h。

在壳体1的前端口封接有防尘玻璃罩6。在壳体1的后部腔体中安装有三基色光源驱动电路4，该驱动电路分别与电池和三个单基色光源系统5电连接，用以驱动三个单基色光源系统5对应发出红、绿、蓝三基色光，并且，三个单基色光源系统5发出的三基色光在隐形远光灯的前方应形成汇聚点。

如图3所示，单基色光源系统5包括内壳体7、光源片8、球形玻璃透镜9、反光罩10和凸透镜11等部分。铝合金制的内壳体7呈圆柱形筒体，其前端为敞口端，后端为封口端。在内壳体7的内壁上沿轴向分布有若干等间距的遮光环12，遮光环12向内腔的轴心线突出，形成鱼鳞状结构，这种遮光环的作用是用以形成黑洞效应，以避免内壳体7对散射光产生反射而使对面人员产生侧视眩光，从而有效消除单基色光源系统的散射眩光。在内壳体7的筒底内侧面上固定有光源片8，光源片8为红色、绿色或蓝色的LED高效光源，其光效选为150lm/W。在内壳体7的封口端外侧面设置有散热片14，用以散发光源片8发光时所产生的热量。球形玻璃透镜9设置在光源片8的前方，用于全角度收集光源片发出的单基色光，并将光能聚焦到球顶附近。在内壳体7中还设置有反光罩10。反光罩10为前、后端敞口的母线为抛物线形的罩壳，在反光罩10的前端口设置有凸透镜11，球形玻璃透镜9设置在反光罩10的后端口处，并且，球形玻璃透镜9的焦点位于反光罩10的焦点处。反光罩10用于聚拢球形玻璃透镜发出的单基色光并以平行光的形式发出单基色光光束。凸透镜11将平行光束进一步聚焦，以产生具有设定射角的发射光束。

球形玻璃透镜的焦点到球心的距离的计算公式为：f = n·r / 2(n-1)，式中：r为球的半径，n为玻璃材料的折射率。

每个单基色光源系统5发射的单基色光束可以是平行光束，其照射距离可达到1.5~2Km，既在1.5~2Km远的前方形成共聚点。如果是作为汽车远光灯，则单基色光源系统5发射的单基色光束也可以向壳体轴心线方向偏移，其偏心角在1~10°之间，以便于在车体前方的合适距离内的道路地面上形成共聚点。设置不同的偏移角，是为了改变合成光的照射距离。

如图4所示，三基色光源驱动电路包括自动升降压开关电源电路、绿色光源恒流供电开关电源电路、红色光源恒流供电开关电源电路和蓝色光源恒流供电开关电源电路。自动升降压开关电源电路分别与绿色光源恒流供电开关电源电路、红色光源恒流供电开关电源电路和蓝色光源恒流供电开关电源电路相接，用于对输入的供电电压进行自动调整，输出稳定不变的供电电压，以适应多种输入电压的供电环境。绿色光源恒流供电开关电源电路分别与自动升降压开关电源电路和发绿色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出绿色光源。红色光源恒流供电开关电源电路分别与自动升降压开关电源电路和发红色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出红色光源；蓝色光源恒流供电开关电源电路分别与自动升降压开关电源电路和发蓝色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出蓝色光源。

绿色光源系统的恒流值为21V、1A；红色光源系统的恒流值为20V、0.6A；蓝色光源系统的恒流值为21V、0.17A。三基色光源驱动电路4可根据红、绿、蓝三种光源发光效率的不均衡现象，设置不同的光源功率，配置合成暖白色光源，优选地，其色温为5600K。由于暖白色光在阴雨、雾霾天气时的反射与穿透能力均优于白色光，作为汽车上的远光灯配置时，可有效缓解在阴雨天路面上行驶时，司机对白色光的反射效率降低而产生的视盲现象。

图5给出了自动升降压开关电源电路的一种具体电路构成。其具体结构是：9~24V直流电压（或9~24V蓄电池）的正极经开关AN1和保险器BX1连接到稳压器IC1第一脚；稳压器IC1第2脚接地、第3脚经限流电阻R1连接到PMU管理芯片IC2的第7脚，并为PMU管理芯片IC2提供工作电压，电容C3、和C4为稳压滤波电容，PMU管理芯片IC2的5脚接地；第2脚为内部运算放大器的反相输入端、1脚为运放输出端，R4、C2 并联连接到1脚和2脚之间构成负反馈，2脚电压高低可以改变输出端6脚输出脉冲的占空比，进而改变输出电压的大小；第2脚还经电阻R3连接到R9、光耦GO1、和电阻R2组成的分压器，光耦GO1(PC817)受控于输出端电压；IC2的8脚是5V基准电压输出端，经电阻R5连接到第4脚，在4脚与地之间连接电容C6形成锯齿波电路，其翻转时间由第2脚电压控制；它的基准频率由电阻R5、电容C6的时间常数决定；2脚电压上升，占空比减小，反之则加大；PMU管理芯片IC2第3脚是过电流保护控制取样端，3脚经电阻R7连接到开关管Q1的源极、并经限流电阻R10与地连接，当流经取样电阻R10的峰值电流大于4A时，在电阻R10的两端产生的压降则大于1V，此时经电阻R7反馈至电流取样控制端3脚，迫使输出端6脚停止输出，避免输出过电流。

为了适应多种输入电压供电的环境条件，本发明的输入电压范围为9V~24V，而输出电压保持不变，且当输入电压高于输出电压时，自动转为降压模式；而当输入电压低于输出电压时则自动转为升压模式。其工作过程如下：由开关管Q1、电感L1、二极管D2、二极管保护电容C9、滤波电容C10、C11组成的开关电路受控于自动调宽电源管理芯片IC2(UC3845)，IC2第6脚输出脉宽可调的触发脉冲加到开关管Q1的栅极上，在输出脉冲的正半周Q1导通、Q1的漏极连接有电感L1，而源极经电阻R10接地，电感L1的上端连接电源正极，其两端产生上正下负的电动势，同时电感磁芯被磁化，并以磁能形式储存于电感上；当IC2第6脚正脉冲结束时，则电感两端的电流出现反向突变，于是在其两端产生上负下正的反相电压，同时储存在电感中的磁能产生反向电流（称为反激式），该电流被二极管D2整流后加到滤波电容C10、C11两端，也就是加到了负载上，而加到负载上的电压电流的大小取决于电感储能的大小，而储能多少则取决于PMU管理芯片IC2输出脉冲的占空比（本芯片的最大脉宽是50%，可调范围是0~50%）。

输出电压的自动稳定是通过反馈系统实现的，系统中二极管D3是反馈系统电源整流管；提供与负载等值的电压，电容C12、C13是滤波电容，电阻R11、R12、R14、R13、可调稳压器D1和电位器W1组成电压采样电路，并将采样结果通过光耦来控制管理芯片IC2的第2脚电压。其工作过程如下：当输出电压偏高时，采样系统分压器（电位器W1中点输出）分压值也随之升高，稳压器D1调整端电压上升、导通电流增大，压降减小、而光耦GO1输入端深度导通、输出端同时导通，导致PMU管理芯片IC2的第2脚电压升高、输出端6脚脉冲占空比减小，结果导致开关电源的输出电压下降，达到设定值而趋于平衡；若输出电压偏低时则以逆向反馈达到平衡。

三光源功率配比为3.6∶12∶21（蓝、红、绿），即可使三个单基色光源系统5的合成色温为5600K的暖白光。

图6给出了三基色光源恒流供电开关电源电路的一种具体电路构成。其具体结构是：电源端口（+22V）直接连接到图5中的out+端点上；三个输出端口蓝色B、红色R、绿色G分别连接到蓝、红、绿三个光源片上，其中，绿色光源恒流值为21V、1A；红色光源恒流值为20V、0.6A；蓝色光源恒流值为21V、0.17A。三个时基器IC3、IC4、IC5作为电流控制器件，IC6是四运放电路，在此用作电压比较器，其各自的输出端分别连接光耦GO2、GO3、GO4的输入端，光耦的输出端分别连接三个时基器的放电端7脚，用以调整脉宽的基准信号。

以蓝光恒流源电路为例，具体工作过程如下：时基器IC3（NE555）的4脚和8脚连接电源正极，1脚接地、触发端2脚与阈值端6脚连接、7脚为放电端；当电路接通电源后电流经R23、R24对电容C15充电，C15两端电压由0V开始上升，当电压上升至2/3电源电压（Vcc）时，达到6脚的阈值电压、电路翻转，输出端3脚由高电平转为低电平，同时7脚对地接通，并经电阻R24对电容C15放电，放电时间由电阻R24、和电容C15的时间常数决定，当电容两端电压下降至1/3Vcc时、放电结束；输出端3脚同时翻转为高电平，（高电平的持续时间由电阻R23、R24和电容C15的时间常数决定），电路再次往复循环形成连续振荡，而输出端3脚输出矩形脉冲波形。

光耦GO2的输出端串联一小电阻后并联于电阻R23两端，当电路处于充电过程时（也就是输出端为高电平时），光耦导通的深度会影响高电平的持续时间；电路中光偶的输入端连接到电压比较器的（IC6的输出端B），IC6的同相输入端经电阻R30连接取样电阻R31，当光源片的电流高于设定值后那么在电阻R31上的压降将会大于反相端电压，比较器输出端B就会输出高电平，光耦也会导通，并减小高电平持续时间而达到减小输出电流的目的；反相端电压由稳压集成电路IC7（LM317L用作恒流控制）的恒流电阻R40（1.25V/2.9mA）与电阻R38、R39决定，电阻R39上的压降即为IC6反相端的电压值，也是根据光源所需电流而设定。

Claims (2)

1.一种隐形远光灯，其特征在于，包括壳体以及安装在所述壳体中的三个单基色光源系统和三基色光源驱动电路：在所述壳体中开有三个容纳仓，在每个所述容纳仓中安装一个单基色光源系统；所述三基色光源驱动电路分别与三个所述单基色光源系统电连接，用以驱动三个单基色光源系统发出三基色光；三个单基色光源系统发出的三基色光在隐形远光灯的前方形成汇聚点；

所述单基色光源系统包括：

内壳体，为一端封口的筒体，在筒体内壁上分布有若干用以遮挡散射眩光的遮光环；

光源片，设置在所述内壳体的封口端的内侧面，用于发出三基色之一的单基色光；

球形玻璃透镜，设置在所述光源片的前方，用于汇集光源片发出的单基色光；以及

反光罩，为前、后端敞口且母线为抛物线形的罩壳，用于聚拢球形玻璃透镜发出的单基色光并以平行光的形式发出单基色光光束；在所述反光罩的前端口处设置有凸透镜，所述球形玻璃透镜设置在所述反光罩的后端口处，所述球形玻璃透镜的焦点位于所述反光罩的焦点处；

所述单基色光源系统发射的单基色光束向壳体轴心线方向偏移的偏心角为1~10°，以在隐形远光灯的前方形成共聚点；

在所述内壳体的封口端外侧面设置有散热片，在所述壳体的前端设置有封挡单基色光源系统的防尘玻璃罩。

2.根据权利要求1所述的隐形远光灯，其特征在于，所述三基色光源驱动电路包括：

自动升降压开关电源电路，分别与绿色光源恒流供电开关电源电路、红色光源恒流供电开关电源电路和蓝色光源恒流供电开关电源电路相接，用于对输入的供电电压进行自动调整，输出稳定不变的供电电压，以适应多种输入电压的供电环境；

绿色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发绿色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出绿色光源；

红色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发红色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出红色光源；以及

蓝色光源恒流供电开关电源电路，分别与所述自动升降压开关电源电路和发蓝色光的光源片相接，用于驱动对应的光源片发出蓝色光源。

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