CN118208680A - 一种用于无荧光粉多基色led的色温自适应光学系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统，包括：复合透镜、反射式反射器、发光模块、温度传感器、控制模块、壳体以及窗镜；复合透镜采用不同折射率的材料构成，且出光面为微透镜阵列，提高了光的散射效果，反射式反射器中的半球形反光罩采用高反射率涂层及漫反射涂层，高反射率涂层提高了光的提取效率，漫反射涂层具有较强的光散射特性，通过复合透镜及反射式反射器的配合增强了光的混合效果及匀光度。色温自适应光学系统可以根据环境温度的变化自动调整LED的色温，从而确保照明效果始终保持最佳状态，使用户获得更舒适和自然的视觉体验。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统领域，特别是涉及一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统。
背景技术
现有技术中的LED光学系统，多为普通的透镜配合LED芯片，出射光的均匀度较差且光的色温单一。不能对色温进行自适应调节，大大降低了用户的体验。对于不同的环境温度，客户往往需要不同的色温环境，如温度较低时，需要暖色调环境，营造出温馨、舒适的氛围。温度较高时，需要冷色调环境，这样的光源更加明亮、清晰。因此，如何在保证出射光均匀的前提下实现色温自适应调节是技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统，包括：复合透镜、反射式反射器、发光模块、温度传感器、控制模块、壳体以及窗镜；
所述复合透镜包括微透镜阵列、圆形封装层，所述微透镜阵列为多个半球形空心球体且均匀的分布在所述圆形封装层上，所述半球形空心球体与所述圆形封装层之间填充有透明液体；所述半球形空心球体的折射率为n1、所述液体的折射率为n2、所述圆形封装层的折射率为n3，n1≤n2＜n3；
所述反射式反射器包括半球形反光罩，所述反光罩的底部开设有八边形通孔；所述半球形反光罩内部的反射面为非球面曲面，非球面曲面的曲率由上至下逐渐缩小；
所述复合透镜设置在所述反射式反射器的中部；所述发光模块设置在所述反射式反射器的底部，并与八边形通孔配合连接；所述壳体的内部设置有所述反射式反射器、所述控制模块，所述壳体的外部设置有温度传感器；所述控制模块与所述温度传感器电性连接，所述控制模块用于根据检测温度自适应调整所述发光模块的色温。
可选的，所述微透镜阵列、所述圆形封装层的材质为玻璃或透明塑料。
可选的，所述半球形反光罩下部的反光面设置有第一反射涂层，所述第一反射涂层为高反射率涂层；所述半球形反光罩上部的反光面设置有第二反射涂层，所述第二反射涂层为漫反射涂层；半球形反光罩的上部位于所述复合透镜的上部，半球形反光罩的下部位于所述复合透镜的下部。
可选的，所述发光模块包括八边形空心柱体、发光调整部、支撑板、反光护罩、俯仰调整部、偏转调整部；所述八边形空心柱体对应的八个面均开设有矩形通孔；所述矩形通孔的内侧均连接有所述发光调整部；
所述发光调整部包括矩形框、转板、无荧光粉LED芯片、升降环；所述矩形框为一端开设有矩形凹槽的矩形块；所述矩形框可转动的设置在所述矩形通孔的内侧；所述转板可转动的设置在所述矩形框的内侧；所述矩形框与所述转板的转动方向不同；所述无荧光粉LED芯片设置在所述转板向外的一侧；所述升降环一端与所述矩形凹槽固定连接，另外一端与所述转板向内的一侧固定连接；
所述支撑板设置在所述八边形空心柱体的顶部，所述支撑板包括圆形支撑板、延伸槽、发光单元控制部；所述延伸槽设置在所述圆形支撑板的上侧，所述延伸槽的数量为八个，沿所述圆形支撑板的径向延伸，所述圆形支撑板的中心设置有导线通孔，所述延伸槽与所述导线通孔连通；所述延伸槽的开设位置与所述发光调整部的位置相对应；所述反光护罩设置在所述圆形支撑板的顶部，所述反光护罩的外侧设置有高反射率涂层。
可选的，所述俯仰调整部包括空心螺柱、八边形转动部、升降连杆、第一轴承、第二轴承；所述第一轴承设置在所述八边形空心柱体底部，所述第一轴承的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体内侧连接；所述第二轴承设置在所述八边形空心柱体顶部，所述第二轴承的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体内侧连接；所述空心螺柱穿设于所述第一轴承、所述第二轴承的内部，并与所述第一轴承、所述第二轴承的转动部固定连接；所述空心螺柱的外侧套设有所述八边形转动部，所述八边形转动部外侧的八个面分别设置有第一转动连接部，所述矩形框朝向所述空心螺柱一侧的底部设置有第二转动连接部，所述升降连杆一端连接所述第一转动连接部，另外一端连接所述第二转动连接部。
可选的，所述偏转调整部包括八臂驱动环、固定环、液压驱动臂；所述固定环与所述第一轴承固定部的底部固定连接；所述八臂驱动环可转动的套设在所述固定环的外侧；
所述液压驱动臂包括推杆、液压驱动主体、第一导液孔；所述液压驱动臂的数量为八个，分别设置在所述八边形空心柱体的底部；所述八臂驱动环的八个臂分别与八个所述推杆连接；所述八边形空心柱体与所述第一导液孔对应的位置设置有第二导液孔，所述矩形框与所述八边形空心柱体的连接处开设有第三导液孔，所述升降环与所述第三导液孔、所述第二导液孔、所述第一导液孔连通，且内部填充有液体。
可选的，所述无荧光粉LED芯片采用引线键合工艺，通过金线将LED芯片上的电极与所述支撑板上的发光单元控制部电性连接，所述发光单元控制部经过所述导线通孔、空心螺柱的通孔与所述控制模块电性连接。
可选的，所述无荧光粉LED芯片包括红光LED芯片、黄光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片；按照红、黄、绿、蓝、红、黄、绿、蓝的顺序分别设置在对应的转板上。
与现有技术相比，本发明取得了以下技术效果：
1、复合透镜采用不同折射率的材料构成，且出光面为微透镜阵列，提高了光的散射效果，反射式反射器中的半球形反光罩采用高反射率涂层及漫反射涂层，高反射率涂层提高了光的提取效率，漫反射涂层具有较强的光散射特性，通过复合透镜及反射式反射器的配合增强了光的混合效果及匀光度。
2、色温自适应光学系统可以根据环境温度的变化自动调整LED的色温，从而确保照明效果始终保持最佳状态，使用户获得更舒适和自然的视觉体验。此外，用户也可以根据需要自行调整色温。
3、发光模块内部具有俯仰调整部、偏转调整部，可以调整LED芯片的出射角度，进一步增强光的混合效果及匀光度。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统的结构的剖面示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中复合透镜的结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中反射式反射器的结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中发光模块的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中发光模块的内部结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中发光模块中俯仰调整部的结构示意图；
图7为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中发光模块中偏转调整部的结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中偏转调整部的液压驱动结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-8所示，本发明一实施例提供了一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统，包括：复合透镜1、反射式反射器2、发光模块3、温度传感器4、控制模块5、壳体6以及窗镜7；
如图2所示，所述复合透镜1包括微透镜阵列11、圆形封装层12，所述微透镜阵列11为多个半球形空心球体且均匀的分布在所述圆形封装层12上，所述半球形空心球体与所述圆形封装层12之间填充有透明液体；所述半球形空心球体的折射率为n1、所述液体的折射率为n2、所述圆形封装层12的折射率为n3，n1≤n2＜n3；
如图3所示，所述反射式反射器2包括半球形反光罩21，所述反光罩21的底部开设有八边形通孔22；所述半球形反光罩21内部的反射面为非球面曲面，非球面曲面的曲率由上至下逐渐缩小（即半径越来越小）；
所述复合透镜1设置在所述反射式反射器2的中部；所述发光模块3设置在所述反射式反射器2的底部，并与八边形通孔22配合连接；所述壳体6的内部设置有所述反射式反射器2、所述控制模块5，所述壳体6的外部设置有温度传感器4；所述控制模块5与所述温度传感器4电性连接，所述控制模块5用于根据检测温度自适应调整所述发光模块3的色温。
可选的，所述壳体6内部设置有与控制模块连接的供电模块、无线传输模块，通过所述无线模块可以连接外部移动设备，通过移动设备直接调节色温。
可选的，所述微透镜阵列11、所述圆形封装层12的材质为玻璃或透明塑料。
可选的，所述半球形反光罩21下部的反光面设置有第一反射涂层，所述第一反射涂层为高反射率涂层（如：镜面反射银）；所述半球形反光罩21上部的反光面设置有第二反射涂层，所述第二反射涂层为漫反射涂层；半球形反光罩21的上部位于所述复合透镜1的上部，半球形反光罩21的下部位于所述复合透镜1的下部。
可选的，如图4所示，所述发光模块3包括八边形空心柱体31、发光调整部32、支撑板33、反光护罩34、俯仰调整部35、偏转调整部36；
所述八边形空心柱体31对应的八个面均开设有矩形通孔；所述矩形通孔的内侧均连接有所述发光调整部32；
所述发光调整部32包括矩形框321、转板322、无荧光粉LED芯片323、升降环324（如弹性波纹管）；所述矩形框321为一端开设有矩形凹槽的矩形块；所述矩形框321可转动的设置在所述矩形通孔的内侧；所述转板322可转动的设置在所述矩形框321的内侧；所述矩形框321与所述转板322的转动方向不同；所述无荧光粉LED芯片323设置在所述转板322向外的一侧；所述升降环324一端与所述矩形凹槽固定连接，另外一端与所述转板322向内的一侧固定连接；
所述支撑板33设置在所述八边形空心柱体31的顶部，所述支撑板33包括圆形支撑板331、延伸槽332、发光单元控制部333；所述延伸槽332设置在所述圆形支撑板331的上侧，所述延伸槽332的数量为八个，沿所述圆形支撑板331的径向延伸，所述圆形支撑板331的中心设置有导线通孔，所述延伸槽332与所述导线通孔连通；所述延伸槽332的开设位置与所述发光调整部32的位置相对应；所述反光护罩34设置在所述圆形支撑板331的顶部，所述反光护罩34的外侧设置有高反射率涂层。
进一步的，如图6所示，所述俯仰调整部35包括空心螺柱351、八边形转动部352、升降连杆353、第一轴承354、第二轴承355；所述第一轴承354设置在所述八边形空心柱体31底部，所述第一轴承354的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体31内侧连接；所述第二轴承355设置在所述八边形空心柱体31顶部，所述第二轴承355的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体31内侧连接；所述空心螺柱351穿设于所述第一轴承354、所述第二轴承355的内部，并与所述第一轴承354、所述第二轴承355的转动部固定连接；所述空心螺柱351的外侧套设有所述八边形转动部352，所述八边形转动部352外侧的八个面分别设置有第一转动连接部，所述矩形框321朝向所述空心螺柱351一侧的底部设置有第二转动连接部，所述升降连杆353一端连接所述第一转动连接部，另外一端连接所述第二转动连接部。
进一步的，如图7-8所示，所述偏转调整部36包括八臂驱动环361、固定环362、液压驱动臂363；所述固定环362与所述第一轴承354固定部的底部固定连接；所述八臂驱动环361可转动的套设在所述固定环362的外侧；
所述液压驱动臂363包括推杆3631、液压驱动主体3632、第一导液孔3633；所述液压驱动臂363的数量为八个，分别设置在所述八边形空心柱体31的底部；所述八臂驱动环361的八个臂分别与八个所述推杆3631连接（如通过弹性绳捆绑、弹性胶粘贴等）；所述八边形空心柱体31与所述第一导液孔3633对应的位置设置有第二导液孔312，所述矩形框321与所述八边形空心柱体31的连接处开设有第三导液孔311，所述升降环324与所述第三导液孔311、所述第二导液孔312、所述第一导液孔3633连通，且内部填充有液体。
进一步的，所述空心螺柱351的底部设置有齿轮，所述八臂驱动环361的底部设置有齿轮，通过步进电机（未图示）带动齿轮移动，所述步进电机与所述控制模块5电性连接。
可选的，所述无荧光粉LED芯片采用引线键合工艺，通过金线将LED芯片上的电极与所述支撑板33上的发光单元控制部333电性连接，所述发光单元控制部333经过所述导线通孔、空心螺柱351的通孔与所述控制模块5电性连接。
可选的，所述无荧光粉LED芯片323包括红光LED芯片、黄光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片；按照红、黄、绿、蓝、红、黄、绿、蓝的顺序分别设置在对应的转板322上（即相同颜色对称设置）；四种基色的芯片可以合成白光；在开启对应颜色的LED的时，使光更加均匀。
可选的，所述用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统可应用于洗墙灯、投影灯、台灯等。用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统用于上述灯具时，能够根据环境或用户需求自动调整色温，为用户提供更舒适、更个性化的照明体验；在洗墙灯的应用中，色温自适应可以确保墙面照明既温暖又柔和，营造出舒适的空间氛围；在投影灯中，色温自适应可以确保投影画面的色彩表现更加真实、细腻，满足用户对色彩还原的高要求；在台灯的使用中，色温自适应可以根据用户的阅读、工作或休闲需求，调整至最合适的色温，从而保护视力并提升使用体验。多基色无荧光粉LED的使用使得这些灯具能够呈现出更丰富、更细腻的色彩表现，传统的荧光粉LED在发光过程中由于荧光粉的发光特性，其色彩表现往往受到一定限制，而多基色无荧光粉LED则通过不同基色LED的组合和调控，能够产生更广泛的颜色范围，实现更精准的色彩控制，这使得洗墙灯、投影灯或台灯在照明的同时，也能作为色彩调节工具，为空间增添更多的艺术感和趣味性。无荧光粉LED的使用还意味着更高的光效和更长的使用寿命。由于没有荧光粉的参与，无荧光粉LED在发光过程中减少了能量损失，从而提高了光效。
复合透镜1采用不同折射率的材料构成，且出光面为微透镜阵列11，提高了光的散射效果，增加了光的混合效果；反射式反射器2中的半球形反光罩21采用高反射率涂层及漫反射涂层，高反射率涂层提高了光的提取效率，漫反射涂层具有较强的光散射特性，增强了光的混合效果。
本申请中的色温自适应主要是指根据不同的环境温度自动调整LED的出光色温，包括但不限于以下几种情况：当温度较冷时（即温度传感器4检测的温度为-5-15℃时），由控制模块5控制无荧光粉LED芯片323中的红光LED芯片和/或黄光LED芯片工作，发出暖色温的光；当温度不冷不热时（即温度传感器4检测的温度为16-24℃时），由控制模块5控制无荧光粉LED芯片323中的红光LED芯片、黄光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片同时工作，发出混色合成的白光；当温度较高时（即温度传感器4检测的温度为25-35℃时），由控制模块5控制无荧光粉LED芯片323中的绿光LED芯片和/或蓝光LED芯片工作，发出冷色温的光。根据不同的环境温度自动调整出光色温，使用户获得更舒适和自然的视觉体验。
用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统中的发光调整部32、俯仰调整部35、偏转调整部36相互配合，用于调整无荧光粉LED芯片323的发光角度（即俯仰角度和偏转角度）。俯仰调整部35用于调整发光调整部32的俯仰角度，俯仰调整部35工作时，通过转动空心螺柱351带动八边形转动部352上下移动，通过升降连杆353带动发光调整部32中的矩形框321进行俯仰移动，进而带动转板322进行俯仰移动（即无荧光粉LED芯片323进行俯仰移动）；偏转调整部36用于调整发光调整部32的偏转角度，偏转调整部36工作时，通过转动八臂驱动环361带动液压驱动臂363的推杆3631移动，通过液压带动升降环324升降，进而带动发光调整部32中的转板322进行偏转移动（即无荧光粉LED芯片323进行偏转移动）。在色温自适应光学系统工作前，进行相应的调试工作，工作人员控制无荧光粉LED芯片323中的所有芯片同时工作，观察色温自适应光学系统的光出效果，通过调整发光调整部32、俯仰调整部35、偏转调整部36实现出光混合效果及匀光度的调整（即配合复合透镜1、反射式反射器2寻找最佳的出光角度），调整完毕后锁定该位置，进而增强光的混合效果及匀光度，确保照明效果始终保持最佳状态。在色温自适应光学系统工作时，一般情况下不再对发光调整部32、俯仰调整部35、偏转调整部36进行调整，但使用人员也可根据实际需要进行再调整。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种用于无荧光粉多基色LED的色温自适应光学系统，包括：复合透镜、反射式反射器、发光模块、温度传感器、控制模块、壳体以及窗镜；
所述复合透镜包括微透镜阵列、圆形封装层，所述微透镜阵列为多个半球形空心球体且均匀的分布在所述圆形封装层上，所述半球形空心球体与所述圆形封装层之间填充有透明液体；所述半球形空心球体的折射率为n1、所述液体的折射率为n2、所述圆形封装层的折射率为n3，n1≤n2＜n3；
所述反射式反射器包括半球形反光罩，所述反光罩的底部开设有八边形通孔；所述半球形反光罩内部的反射面为非球面曲面，非球面曲面的曲率由上至下逐渐缩小；
所述复合透镜设置在所述反射式反射器的中部；所述发光模块设置在所述反射式反射器的底部，并与八边形通孔配合连接；所述壳体的内部设置有所述反射式反射器、所述控制模块，所述壳体的外部设置有温度传感器；所述控制模块与所述温度传感器电性连接，所述控制模块用于根据检测温度自适应调整所述发光模块的色温。
2.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，其中，所述微透镜阵列、所述圆形封装层的材质为玻璃或透明塑料。
3.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，其中，所述半球形反光罩下部的反光面设置有第一反射涂层，所述第一反射涂层为高反射率涂层；所述半球形反光罩上部的反光面设置有第二反射涂层，所述第二反射涂层为漫反射涂层；半球形反光罩的上部位于所述复合透镜的上部，半球形反光罩的下部位于所述复合透镜的下部。
4.如权利要求1所述的光学系统，其特征在于，其中，所述发光模块包括八边形空心柱体、发光调整部、支撑板、反光护罩、俯仰调整部、偏转调整部；所述八边形空心柱体对应的八个面均开设有矩形通孔；所述矩形通孔的内侧均连接有所述发光调整部；
所述发光调整部包括矩形框、转板、无荧光粉LED芯片、升降环；所述矩形框为一端开设有矩形凹槽的矩形块；所述矩形框可转动的设置在所述矩形通孔的内侧；所述转板可转动的设置在所述矩形框的内侧；所述矩形框与所述转板的转动方向不同；所述无荧光粉LED芯片设置在所述转板向外的一侧；所述升降环一端与所述矩形凹槽固定连接，另外一端与所述转板向内的一侧固定连接；
所述支撑板设置在所述八边形空心柱体的顶部，所述支撑板包括圆形支撑板、延伸槽、发光单元控制部；所述延伸槽设置在所述圆形支撑板的上侧，所述延伸槽的数量为八个，沿所述圆形支撑板的径向延伸，所述圆形支撑板的中心设置有导线通孔，所述延伸槽与所述导线通孔连通；所述延伸槽的开设位置与所述发光调整部的位置相对应；所述反光护罩设置在所述圆形支撑板的顶部，所述反光护罩的外侧设置有高反射率涂层。
5.如权利要求4所述的光学系统，其特征在于，其中，所述俯仰调整部包括空心螺柱、八边形转动部、升降连杆、第一轴承、第二轴承；所述第一轴承设置在所述八边形空心柱体底部，所述第一轴承的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体内侧连接；所述第二轴承设置在所述八边形空心柱体顶部，所述第二轴承的固定部通过支撑梁与所述八边形空心柱体内侧连接；所述空心螺柱穿设于所述第一轴承、所述第二轴承的内部，并与所述第一轴承、所述第二轴承的转动部固定连接；所述空心螺柱的外侧套设有所述八边形转动部，所述八边形转动部外侧的八个面分别设置有第一转动连接部，所述矩形框朝向所述空心螺柱一侧的底部设置有第二转动连接部，所述升降连杆一端连接所述第一转动连接部，另外一端连接所述第二转动连接部。
6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于，其中，所述偏转调整部包括八臂驱动环、固定环、液压驱动臂；所述固定环与所述第一轴承固定部的底部固定连接；所述八臂驱动环可转动的套设在所述固定环的外侧；
所述液压驱动臂包括推杆、液压驱动主体、第一导液孔；所述液压驱动臂的数量为八个，分别设置在所述八边形空心柱体的底部；所述八臂驱动环的八个臂分别与八个所述推杆连接；所述八边形空心柱体与所述第一导液孔对应的位置设置有第二导液孔，所述矩形框与所述八边形空心柱体的连接处开设有第三导液孔，所述升降环与所述第三导液孔、所述第二导液孔、所述第一导液孔连通，且内部填充有液体。
7.如权利要求6所述的光学系统，其特征在于，其中，所述无荧光粉LED芯片采用引线键合工艺，通过金线将LED芯片上的电极与所述支撑板上的发光单元控制部电性连接，所述发光单元控制部经过所述导线通孔、空心螺柱的通孔与所述控制模块电性连接。
8.如权利要求7所述的光学系统，其特征在于，其中，所述无荧光粉LED芯片包括红光LED芯片、黄光LED芯片、绿光LED芯片以及蓝光LED芯片；按照红、黄、绿、蓝、红、黄、绿、蓝的顺序分别设置在对应的转板上。
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2024
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