CN208535621U - 将光源的光束全部反射的照明灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种将光源的光束全部反射的照明灯，并提供适于光强分布特性的合理光学结构及散热系统。本实用新型中，基于光源的光强分布特性分析而提供如下的光学结构，包括与光源相向设置的基础反射镜以及与基础反射镜相向而设置在光源侧以将光源的光束全部反射的两面辅助反射镜，并提供合理的散热系统而使在反射镜反射的光束不损失且使光源的热被释放。

Description

将光源的光束全部反射的照明灯

技术领域

本实用新型涉及一种由适于光源的光强分布特性的合理的光学结构及散热系统构成的照明灯。

背景技术

目前利用的照明灯无法将照明灯的光源的光全部利用而仅利用预定角度的光。

作为实例，由于光源的光分布特性，仅利用从中心到左右70°附近，整体为140°以下的光。因此，无法利用相当于剩余40°量的光而产生损失。

在开发集束角比目前的反射镜窄的新的极集束反射镜，即1.5°反射镜时，如果要确保上述的140°的入射角，则反射镜的直径相比于目前利用的直径为104mm的反射镜增加1.8倍左右，且在个别照明灯中，散热系统的重量增加，且灯具的体积增加。

为了解决上述问题，如果不增加反射镜的直径而限制在100～180mm左右，则入射到反射镜的光束的入射角变窄而仅为42°左右，并且剩余光束则被损失。

为了增加入射光束，需要使用光发散角度小的光源，或者使用用于通过透镜或反射镜而减少光源的光发散角度的一次集光器。

利用现有的技术难以制造光发散角度小的光源。并且，如果作为一次集光器而使用透镜，则由于透镜的入射角而产生光损失。

实用新型内容

本实用新型的目的在于开发如下的照明灯：将光源和基础反射镜相向地设置，并与基础反射镜相向地在光源侧设置辅助反射镜而将光源的光束全部反射。

本实用新型提供一种照明灯，其特征在于，包括：LED；反射镜，设置于LED的周围而能够将LED的光束全部反射；散热系统，将LED的热散热。

设置于LED周围的反射镜由基础反射镜和辅助反射镜构成，其中，基础反射镜与LED相向而设置，并形成有以LED为焦点的抛物旋转面，辅助反射镜与基础反射镜相向而设置于LED侧，且前后表面为反射面。

基础反射镜包括由抛物旋转面形成的基础反射面和凸反射面，其中，借助LED、散热系统及两面辅助反射镜而折射的光束在凸反射面被反射而在散热棒与两面辅助反射镜之间的空间穿过，在基础反射面反射的光束中，在两面辅助反射镜的后反射面反射的光束在基础反射面再次反射而穿过，在基础反射面反射的其余光束直接穿过。

两面辅助反射镜的与LED相向的前反射面是凹陷的抛物旋转面，后反射面是形成为多段的直线平面，LED的光束中的未入射到基础反射镜的其余光束在两面辅助反射镜的前反射面反射。

基础反射镜包括8个抛物旋转反射面，所述8个抛物旋转反射面为从基础反射镜的中心向外侧依次布置的第一反射面、第二反射、第三反射面、第四反射面、第五反射面、第六反射面、第七反射面、第八反射面，其中，基础反射镜的第一反射面和第二反射面将借助LED、散热系统及两面辅助反射镜而折射的光束反射，第三反射面、第五反射面、第七反射面是基础反射面，第四反射面、第六反射面、第八反射面被设计为减少基础反射镜的大小。

辅助反射镜包括圆锥形的前反射面和作为直线平面的后反射面，在基础反射镜的第七反射面和第八反射面反射的光束入射到圆锥形的前反射面而再次反射，在基础反射镜反射的光束入射到后反射面而再次向基础反射镜反射。

反射镜包括形成为抛物旋转面的第一反射面、由使抛物旋转面变形而形成为凹面的第二反射面、由直线面形成的第三反射面，其中，光源的光束中的0～33.7°的光束在第二反射面第一次反射而在第三反射面反射而穿过，光源的光束中，33.7～90°的光束入射到第一反射面而穿过。

散热系统包括PCB散热板、散热棒、散热平板，从LED释放的热被传导至PCB散热板，并使该PCB散热板的热被传导至散热棒，并使散热棒的热被传导至散热平板，在散热棒形成有能够将散热平板沿与LED相反的方向固定的槽。

根据本实用新型的照明灯包括作为光源的LED、基础反射镜、辅助反射镜及散热系统。

光源的光束分布在-90～90°。LED的光强分布的特征在于，与其他光源不同地，顶点的光强为在90°的光强的10倍以上。

本实用新型中，将LED和基础反射镜相向地设置，以基于从光强分布计算各个角度的光束，使光强集中的部分的光束在基础反射镜反射，

假设光源的直径为d且焦距为a时，在抛物旋转面的基础反射镜反射的光线的光发散角α₀是α₀＝2arctan(0.5d/a)。

如公式，光源的直径越小、焦距越大，光发散角越小。

基础反射镜的曲线为抛物线，如果使该抛物线旋转360°，则得到抛物旋转面的基础反射面。

将光源作为焦点的抛物线公式为y²＝4ax。

在此，a是从光源到抛物面反射镜的顶点的距离，x是反射镜的深度，y是反射镜的半径。

光源的大小根据输出而具有预定的大小，且随着焦距变大，反射镜的直径变大至4倍，因此光发散角无法无限小。

本实用新型中，将基础反射镜与LED相向设置。

在光源和反射镜相向设置的结构中，为了将光源的光束全部反射，需要使光源的光强分布中的0～90°的光束全部入射到反射镜。此时，焦距与反射镜的深度变得相同，而成为y＝2a，因此反射镜的半径变为焦距的2倍。因此，反射镜的直径为焦距的4倍。

光源的光束中的70％的光束集中于20～70°。

LED光束的50％以上入射到基础反射镜。

未入射到基础反射镜的光束被辅助反射镜反射。

在本实用新型中，为了将LED的热充分散热，并避免由反射镜发散的光束在散热棒发生损失，将散热棒设置为与光线平行。

附图说明

图1是光源(LED)的光强分布图。

图2a至图2c示出结合有抛物面反射镜与两面辅助反射镜的照明灯的光反射原理。

图3是照明灯组装图的剖面图、

图4是两面辅助反射镜的组装图。

图5是LED和散热系统的组装图。

图6是多段反射镜与圆锥形辅助反射镜的组装图。

图7a和图7b是示出在多段反射镜和圆锥形辅助反射镜中光束角为10°以下时的光反射原理的图。

图8a至图8d是示出在多段反射镜和圆锥形辅助反射镜中光束角为1°以上时的光反射原理的图。

图9a至图9b是具有1个抛物反射面的照明灯与具有3个反射面的照明灯的组装图。

图10a至图10c是示出具有1个抛物反射面的照明灯与具有3个反射面的照明灯的光反射原理的图。

具体实施方式

光源为LED，并测量各个角度的光强而图示于图1.

表1中示出基于该光强分布的各个角度的光束。

表1.基于角度的LED的光束率(beam rate)

图2a至图5中示出结合有抛物旋转面反射镜和两面辅助反射镜的照明灯的一示例。

基础反射镜与光源之间的距离为92nm，且入射到基础反射镜的光为0～55°。55～100°之间的其余光束在辅助反射镜反射。

在基础反射镜反射而射出的光束中的一部分被LED和辅助反射镜阻断。

被上述的LED和辅助反射镜阻断的光束再次在辅助反射镜反射而在基础反射镜发生第3次反射，且反射的光束以5～10°的角度发散。

图2a至图2c中，基础反射镜的反射面为反射面21、22，且两面辅助反射镜的反射面为反射面31、32。

反射面21为基础反射镜的基础反射面，当光源的光束入射而反射时，以平行于X轴且具有10°以下的光束角的光束l_1-1、l_1-2穿过。

反射面22为基础反射镜的辅助反射面，当在散热棒4与两面辅助反射镜3之间存在能够使光束穿过的空间时，使从光源1向辅助反射面22入射的光束反射而以光束l_2-1、l_2-2穿过该空间。当不存在该空间时，在两面辅助反射面的后面反射面32反射而再次在基础反射面21反射而以光束l_4-1、l_4-2穿过。

在基础反射面21反射而射出的光束中，入射到两面辅助反射镜的反射面32的光束再次反射而入射到基础反射面21，从而再次反射而以光束l_3-1、l_3-2穿过。

不入射到基础反射镜的其余光束在两面辅助反射镜的反射面31反射而以光束l_5-1、l_5-2穿过。在此，以l_1-1、l_1-2穿过的光束的光束角为10°以下。以l_2-1、l_2-2～l_5-1、l_5-2穿过的光束的光束角为1°以上。利用这种反射原理而将光源的光束全部反射。

图3至图5中示出光发散角为0.45°(0.9°)的极集束型LED透光器的实施例。

图3中，基础反射镜2的大小为180mm，且辅助反射镜3的大小为32mm。

LED与基础反射镜之间的距离为92mm，且LED与辅助反射镜之间的距离为7mm。在LED的光束中的0～55°的光束通过图4的辅助反射镜的孔6而入射到基础反射镜。孔6的大小为15mm×15mm。

入射到基础反射镜的光束中，被直径为0～16mm的凸反射面22反射的光在辅助反射镜的后面32再次反射，并在基础反射镜再次反射而穿过。

入射到基础反射镜的光束中，在Φ16～32mm之间被反射的光束再次在辅助反射镜的后面32反射而再次在基础反射镜反射而穿过。图4中，辅助反射镜为两面辅助反射镜，且前面31使LED的光束中的55～100°的光束发散，且此时穿过的光发散角度为10°。

两面辅助反射镜的后面321和322将入射到基础反射镜的光束中的在0～32mm反射的光束再次反射，且上述的反射的光束在基础反射镜再次反射而穿过。

图4中的7是用于将反射镜固定于散热板的槽。

图5的散热系统由PCB散热板8、散热棒4、散热平板5构成。从光源(LED)1释放的热被传导至PCB散热板，且PCB散热板的热被传导至散热棒4，该散热棒的热被传导至散热平板5。PCB散热板的厚度为1.2mm，且直径为Ф12mm。散热棒的直径为Ф12mm，长度为16mm。在散热棒形成有能够将散热平板沿着与LED相反的方向固定的槽，且该槽的宽度2mm且长度为8mm。在该槽中通过氩焊固定有散热平板，且散热平板的大小为200*60*2mm。散热平板的热被传导至用于固定所述散热平板而固定于两侧的外壳或外部散热体。

光源的输出为2W，并且由于上述的散热系统而使LED的PN结部温度保持在60℃以下。

散热系统的大小及面积被设计为能够将LED的热充分散热并使从反射镜反射出的光束折射最小。

由于LED的散热系统而损失的光束为2％以下。

图6至图8d中示出了具有结合多段基础反射镜和圆锥形辅助反射镜的结构的照明灯的另一实施例。

该照明灯的焦距为a＝85mm，多段反射镜的凹陷深度为85mm，反射镜的总直径为Ф208mm。

图7a中的多段反射镜的反射面93、95是作为基础反射面的抛物旋转面。

入射到多段反射镜的反射面93的光束在光强分布上相当于14～26°，入射到反射面95的光束相当于30～50°。在光源1的光束中，入射到反射面93和反射面95的光束被反射而作为平行于X的光线而以光束角为10°以下的光束l_6-1、l_6-2和l_7-1、l_7-2穿过。

在图7b中，反射面97是将抛物反射面旋转22°的反射面，入射到该反射面的光束在光强分布上为55～75°的光束，且在反射面97反射的光线在圆锥形辅助反射面102再次反射而作为平行于X的光线而以光束角为10°以下的光束l_8-1、l_8-2穿过。

在图8a和图8b中，在反射面91、92分别入射0～4°、4～8°的光束。光源的光束在反射面91、92第一次反射，并在反射面101第二次反射，从而入射到基础反射镜的反射面95，并再次反射而以光束l_9-1、l_9-2和l_10-1、l_10-2穿过。

圆锥形辅助反射镜的直径为Ф40mm，长度为32mm，且圆锥角为23°(X轴为0°)。在圆锥形辅助反射镜的中心，可以形成有能够组装散热系统的散热棒的Ф12mm的孔。

在图8c中，光源的光束中的在多段反射镜的反射面93反射的光束在辅助反射面101第二次反射而再次入射到反射面93，且在该反射面反射而以光束l_11-1、l_11-2穿过。

在图8d中，入射到反射面94、96的光束被第一次反射而在反射面97再次反射，从而以光束l_12-1、l_12-2和l_13-1、l_13-2穿过。在图8d中，入射到反射面98的光束被第一次反射而在反射面102再次反射，从而以光束l_14-1、l_14-2穿过。

在该多段反射镜的反射面93、95、97反射而穿过的光线的光束角是具有预设的10°以下的光束角的光线，在反射面91、92、94、96、98第一次反射而穿过的光束、第一次反射后的光束被第二次反射而穿过的光束、第二次反射后的光束再次被第三次反射而穿过的光束的光束角为1°以上。反射面94、96、98被设计为能够减小基础反射镜的大小。

图9a至图10c中示出具有3个反射面的照明灯的又一实施例。

LED的直径为Ф8mm，光源的大小为Ф3mm，输出为0.3W。反射镜的焦距为a＝6mm。

在图10a中，在反射面111反射的光束中，相当于LED的大小的光束在LED折射而以光束l₁₇穿过。在LED折射而穿过的光束超过照明灯所要求的光束的光束角而损失。该损失的光束相当于光源的光强分布图的0～33.7°。为了减少该损失，提供图9b、图10b、图10c中示出的具有3个反射面的照明灯。

三个反射面包括：基础反射面111；使抛物旋转面变形而成的凹反射面112；直线反射面113。入射到反射面112的光束被第一次反射而在反射面113再次反射而以光束l₁₅穿过。光源的光束中，33.7～90°的光束入射到反射面111而以平行于x轴的光束角为7.5°的光束l₁₆穿过。该照明灯的总光束角为17°。

Claims (7)

1.一种将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，包括：

LED；

反射镜，设置于LED的周围而能够将LED的光束全部反射；

散热系统，将LED的热散热，

设置于LED周围的反射镜由基础反射镜和辅助反射镜构成，

其中，基础反射镜与LED相向而设置，并形成有以LED为焦点的抛物旋转面，

辅助反射镜与基础反射镜相向而设置于LED侧，且前后表面为反射面。

2.如权利要求1所述的将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，

基础反射镜包括由抛物旋转面形成的基础反射面和凸反射面，

其中，借助LED、散热系统及两面辅助反射镜而折射的光束在凸反射面被反射而在散热棒与两面辅助反射镜之间的空间穿过，

在基础反射面反射的光束中，在两面辅助反射镜的后反射面反射的光束在基础反射面再次反射而穿过，在基础反射面反射的其余光束直接穿过。

3.如权利要求1所述的将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，

两面辅助反射镜的与LED相向的前反射面是凹陷的抛物旋转面，后反射面是形成为多段的直线平面，LED的光束中的未入射到基础反射镜的其余光束在两面辅助反射镜的前反射面反射。

4.如权利要求1所述的将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，

基础反射镜包括8个抛物旋转反射面，所述8个抛物旋转反射面包括第一反射面、第二反射、第三反射面、第四反射面、第五反射面、第六反射面、第七反射面、第八反射面，

其中，基础反射镜的第一反射面和第二反射面将借助LED、散热系统及两面辅助反射镜而折射的光束反射，

第三反射面、第五反射面、第七反射面是基础反射面，

第四反射面、第六反射面、第八反射面被设计为减少基础反射镜的大小。

5.如权利要求4所述的将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，

辅助反射镜包括圆锥形的前反射面和作为直线平面的后反射面，

在基础反射镜的第七反射面和第八反射面反射的光束入射到圆锥形的前反射面而再次反射，在基础反射镜反射的光束入射到后反射面而再次向基础反射镜反射。

6.如权利要求1所述的将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，

散热系统包括PCB散热板、散热棒、散热平板，

从LED释放的热被传导至PCB散热板，并使该PCB散热板的热被传导至散热棒，并使散热棒的热被传导至散热平板，在散热棒形成有能够将散热平板沿与LED相反的方向固定的槽。

7.一种将光源的光束全部反射的照明灯，其特征在于，包括：

LED；

反射镜，设置于LED的周围而能够将LED的光束全部反射；

散热系统，将LED的热散热，

所述反射镜包括形成为抛物旋转面的第一反射面、由使抛物旋转面变形而形成为凹面的第二反射面、由直线面形成的第三反射面，

其中，光源的光束中的0～33.7°的光束在第二反射面第一次反射而在第三反射面反射而穿过，

光源的光束中，33.7～90°的光束入射到第一反射面而穿过。