TW201504565A - 遠程高強度可調焦ｌｅｄ燈 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種包含以下各項的照明設備：(1)一個或多個發光二極管晶片(Light-Emitting Diode，簡稱LED)設置在一個或多個LED晶片基板上。(2)一個或多個鏡頭基板，每個鏡頭基板安裝上一個或多個鏡頭組，每一鏡頭組有一層或多層鍍膜，用以把從LED晶片發出的光，穿越鏡頭組後，光的色溫將會改變。(3)一個傳動系統，用以改變LED晶片基板和在同一光軸上的鏡頭基板的相對位置，從而改變LED晶片發出光的光錐角，以能夠高強度遠程照明。在一個實施案例中，鏡頭基板可以在平行於鏡頭組光軸的方向移動，或在一個與晶片基板平行的平面上移動。

Description

遠程高強度可調焦LED燈
本發明申請是引用在2013年4月26日向美國專利局(USPTO)提交的專利申請(序列號61/816,350)，要求在中華民國受到同樣保護。以下申請說明書的內容以其整體作為參考併入本申請說明書中。在本申請說明書中，各種引用已公佈文獻的公開內容，亦通過引用併入本申請說明書中，以便更能全面地描述本發明所屬技術領域的狀況。
發明領域
本發明涉及一種照明設備和特別涉及遠程高強度並可調焦的LED燈。
發明背景
設計一個射燈是為了可以把一個集中的光束射向一個遠處的指定區域。目前，沒有一個只用相同的裝置和低耗能的LED射燈，可以有效地及集中地遠近照亮皆宜。如果一個LED燈需要在較遠處提供高強度的照明，通常會把很多高功率的LED晶片，列陣在一塊平面電路板上，加上一個拋物線凹面反射鏡或一個大型透鏡，以達到效果。圖1和圖2示意性地表示了這種結構的射燈。這些目前的方法 有很多缺點，例如：(1)光學中的光束散射或匯聚原理僅適用於單點光源，使用LED晶片的列陣，注定了光源不能是一個單點的大小，光束散射或匯聚將不易控制(見圖1和圖2)，這個特性限制了在遠處的有效照明，無論在何處觀察，將會看見多個亮度不均勻的光斑(見圖3)。(2)畸變和失真會很明顯，均勻地照亮遠處非常困難。(3)因為大多數的光束散射至遠離預定的目標，所以遠處照明功率非常弱，為了彌補弱照明功率的問題，往往被輸入更高的電能進LED晶片，浪費了很多電能，同時產生大量的熱，縮短了LED晶片的有效壽命。(4)射燈所用的鏡片通常都不是為特定的LED晶片獨有的光學特性而專門設計。(5)射燈如果可以調焦，通常會有一個機制調整光源和透鏡或反射鏡間的相對距離，以調節光束的焦點。但這些調焦機制，通常都不能防振，承受強大的後坐力、橫衝擊、振盪，這些調焦機制並且通常不能防水或防止氣體滲入，從而不能防爆。
綜合上述，有必要發明一種多用途的LED燈，這燈需要耗電量低，可調節光束的焦點和方向，遠近都可提供高強度的照明，在有需要的情況下，還可以是防水、防振、以及防爆。
發明概要
本發明的內容，可以用以下一些實施例概要地說明。
本發明其中一個實施例，提供了一個包含多個相同色 溫的單點LED晶片的射燈，按照燈的特定應用範疇，每一個單點LED晶片會配有專門設計的透鏡。在本文中所用的術語例如「聚焦透鏡」或與LED晶片一起使用的「透鏡」，不一定是單一個透鏡，可以是指一個或多個透鏡結合在一起使用的鏡頭。
在一個實施例中，為了產生高強度的光束，根據LED晶片的光電性質，每一鏡頭的形狀是特殊設計的，並在鏡頭上塗有多層的特殊鍍膜。
在一個實施例中，一個或多個單點LED晶片安裝在一個或多個晶片基板上，而相對應的鏡頭則安裝在一個或多個與晶片基板平行的鏡頭基板上，這兩個基板能夠相對地移動。在一個實施例中，兩個基板之間的距離是由專門設計的電路來控制，兩個基板之間的距離決定了光束是否會直射，散射或匯聚。當LED晶片與鏡頭相距一個焦距時，LED晶片發出的光束穿越鏡頭後，將成為與鏡頭光軸方向平行的光束。當LED晶片與鏡頭相距少於一個焦距時，LED晶片發出的光束穿越鏡頭後，將會從鏡頭光軸向外散射。當LED晶片與鏡頭相距一至二個焦距之間時，LED晶片發出的光束穿越鏡頭後，光束將會在鏡頭光軸上某處匯聚在一起。
在一個實施例中，LED晶片以一些特殊排列模式安裝在一個平面電路板上。由於從LED晶片的光束可以控制成直射，沒有太多的散射或匯聚，所以即使在數百米處觀察，仍可以見到一個照亮均勻的光斑。
在一個實施例中，調焦機制是手動控制的。LED晶片的安裝空間和鏡頭室是完全隔離的，調焦機制利用相反極性的磁石來達到調整晶片基板和鏡頭基板之間的距離，所以該射燈可以防水甚至於防爆。
在一些實施例中，該射燈可用作室內或室外的建築物美化和照明。
在一些實施例中，該射燈可以安裝在汽車、越野車、雪車、消防車、船隻和直升機上用作照明和搜索。
在一個實施例中，多個不同色溫的LED射燈並排安裝在一個燈條上，然後循環供電來開啟每一射燈，模擬警笛燈條的效果，每個LED射燈亦可以單獨運作，用作照明。
在一個實施例中，相同顏色的單點LED晶片一排地安裝在一個平面電路板上，而相應的鏡頭安裝在一個平行的鏡頭基板上。通過電子控制的齒輪傳動，鏡頭基板可以向旁移動。在一個實施例中，LED晶片基板設在一個垂直於鏡頭光軸的平面上，並保持與鏡頭基板距離1.15個焦距，當鏡頭基板向旁移動時，光束的方向可以控制和調整，本實施例用作汽車車頭燈特別有用，因為能夠把車頭燈光束的方向，隨著汽車方向盤轉動的方向加以控制，因此，駕駛員可以把車頭燈一直照向汽車要去的方向。
1‧‧‧多粒LED晶片
2‧‧‧拋物面反射鏡
3‧‧‧光束
4‧‧‧鏡頭
5‧‧‧光束
6‧‧‧光斑
7‧‧‧LED射燈
8‧‧‧鏡頭組；聚焦透鏡
9‧‧‧鏡頭基板
10‧‧‧LED晶片
11‧‧‧LED晶片基板
12‧‧‧電機
15‧‧‧光束
16‧‧‧焦點位置
17‧‧‧鏡頭光軸
18‧‧‧光束
19‧‧‧光束
21‧‧‧鏡頭室
22‧‧‧保護透鏡
23‧‧‧光學鏡頭
24‧‧‧導向銷
25‧‧‧導向管
26‧‧‧可遙控雲台
27‧‧‧內磁石
28‧‧‧傳動螺紋管；傳動齒輪
31‧‧‧調焦手輪
33‧‧‧鎖套
34‧‧‧光束
35‧‧‧光束
41‧‧‧傳遞軸
42‧‧‧軸
43‧‧‧傳動螺栓
44‧‧‧潤滑片
45‧‧‧孔
46‧‧‧螺母
47‧‧‧螺母
48‧‧‧彈簧
49‧‧‧定位板
50‧‧‧左轉螺紋和右轉螺紋
51‧‧‧軸承
54‧‧‧電源控制電路板
59‧‧‧連接管
60‧‧‧傳動螺栓
61‧‧‧電源控制手輪
62‧‧‧外磁石
65‧‧‧防水板
66‧‧‧散熱罩
72‧‧‧曲線管
73‧‧‧外磁石
74‧‧‧射燈主體
75‧‧‧電池室蓋
76‧‧‧電池
77‧‧‧電池室
251‧‧‧位置導向槽
311‧‧‧O型圈
312‧‧‧擰緊鎖定環
411‧‧‧O型圈
431‧‧‧接觸彈簧
541‧‧‧正極接觸板
542‧‧‧負極接觸板
611‧‧‧位置鎖緊環
5421‧‧‧磁石
A‧‧‧按鈕
A1~A9‧‧‧鏡頭
B‧‧‧按鈕
B1~B5‧‧‧鏡頭基板
C‧‧‧按鈕
C1‧‧‧主室
C2‧‧‧光學配件室
C3‧‧‧調焦機制
C4‧‧‧電源室
C5‧‧‧光源室
C6‧‧‧電源控制機制
D‧‧‧按鈕
E‧‧‧按鈕
F‧‧‧鍵
f1‧‧‧距離
f2‧‧‧焦距
G‧‧‧按鈕
H‧‧‧按鈕
I‧‧‧按鈕
J‧‧‧按鈕
K‧‧‧鍵
L,L1,L2‧‧‧距離
圖1展示一個射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒LED晶片1與拋物面反射鏡2，產生如何不可以控制的光束3。
圖2展示一個射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒LED晶片1與鏡頭4，產生如何不可以控制的光束5。
圖3展示圖1和圖2所描述的LED射燈，在近處，產生不均勻亮度的光斑6。
圖4展示一個LED晶片的放大圖，其表面有一個矽樹脂基球形罩，是一種用了陶瓷表面封裝技術的器件(SMD)。晶片尺寸為1mmx1mm，光錐角為80°，色溫為6500K。製造商建議電源在700mA及3.2V時，會發出最佳流明值。
圖5展示一個LED晶片的放大圖，其表面是一個矽樹脂基平面封裝的SMD器件。晶片尺寸為1mmx1mm，光錐角為120°，色溫為6500K。製造商建議電源在700mA及3.1V時，會發出最佳流明值。
圖6展示一個LED晶片的放大圖，其表面是一個矽樹脂基扁平半球罩封裝的SMD器件。晶片尺寸為1.5mmx1.5mm，光錐角為115°，色溫是3000K。製造商建議電源在700mA及2.9V時，會發出最佳流明值。
圖7展示一個示意圖，把透鏡8放置在LED晶片10前面，用以改變輸出光束的特性。
圖8展示一個射燈的外觀圖，其中鏡頭基板9直接由調焦機制的傳動軸42驅動。
圖9A展示一個射燈的外觀圖，其中鏡頭室21間接地通過調焦機制的傳動軸42驅動。圖9A示意性地顯示了兩 種聚焦狀態。圖9A的左側下半部分顯示了鏡頭8和LED晶片10之間的距離L1較短。圖9A的左側上半部分示出了鏡頭8和LED晶片10之間的距離L2較長。
圖9B是一個放大的外觀圖，展示了圖9A實施例的特製螺栓43和傳動軸軸42中的孔45的形狀互相配合。
圖10是一個射燈的正面外觀圖，射燈有14粒LED晶片。圖中顯示了鏡頭8和鏡頭基板9。
圖11是一個射燈的側面切面示意圖，展示多個單點LED晶片10如何分佈在晶片基板11上，而多個相對應並特別設計的鏡頭8則安裝在一個平行於晶片基板11的鏡頭基板9上。這圖只用於說明LED晶片10和鏡頭基板9可相對地移動，但有多少對LED晶片10和鏡頭8是隨意的。
圖12是一個LED射燈的側面切面示意圖，圖中只展示其中四列的單點LED晶片10、晶片基板11的一部分、對應的鏡頭8、鏡頭基板9的一部分、驅動電機12、傳動螺栓43以及傳動螺母46。圖12的左側顯示了LED晶片基板11和鏡頭基板9被驅動到下降的位置(DOWN)。圖12的右側顯示了LED晶片基板11和鏡頭基板9被驅動到上昇的位置(UP)。
圖13展示一個有線的手提電子遙控器，用於控制LED射燈的傳動機制。這個遙控器有以下的按鍵：A-選擇燈、B-加亮燈光、C-散射光束、D-減暗燈光和E-匯聚光束。
圖14是一個側面切面示意圖，展示當LED晶片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一個焦距，LED晶片10 產生直射光束15。
圖15是一個側面切面示意圖，展示當一個單點LED10在鏡頭8的光軸17上，並相距一個焦距(即是焦點位置16)，產生亮度均勻的直射光束15。
圖16是一個側面切面示意圖，展示當LED晶片基板11與在鏡頭基板9上的鏡頭8相距少於一個焦距，LED晶片10產生亮度均勻和可控制的散射光束18。
圖17是一個側面切面示意圖，展示一個單點LED10在鏡頭8的光軸17上，並相距少於一個焦距，產生可控制的散射光束18。
圖18是一個側面切面示意圖，展示當LED晶片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一到兩個焦距之間，LED晶片10產生亮度均勻和可控制的匯聚光束19。
圖19是一個側面切面示意圖，展示當一個單點LED10在鏡頭8的光軸17上，並相距一到兩個焦距之間，產生可控制的匯聚光束19。
圖20是一個射燈的正面外觀圖，此射燈有卅十六粒LED，圖中顯示了鏡頭8。該燈功能可以通過如圖22中所示的無線遙控器控制。
圖21是圖20射燈的LED正面佈局實施例。燈上有卅十六對鏡頭8和LED晶片10，佈局呈六邊形，視乎具體的應用要求，該佈局可以是任何形狀。
圖22顯示一個無線遙控器，可以控制如圖20和圖23的射燈，該實施例有下列按鈕：A-選擇控制第一組燈；B- 選擇控制第二組燈；C-收窄光束角(遠程照明)；D-擴大光束角(近距離照明)；E-逆時針方向旋轉雲台；F-向下旋轉射燈；G-開/關遙控器；H-增加亮度；I-選擇長亮或頻閃；J-減低亮度；K-向上旋轉射燈；L-順時針方向旋轉雲台。
圖23是一個射燈的正面外觀圖，此射燈有十八粒LED。該燈的功能可以通過如圖22所示的無線遙控器控制。
圖24顯示一個LED射燈7安裝在直升機上作泛照用。
圖25顯示一個LED射燈7安裝在直升機上集中照明一個小範圍。
圖26顯示一個LED射燈7安裝在漁船上使用。
圖27顯示一個LED射燈7安裝在巡邏艇上使用。
圖28顯示一個LED射燈使用在緊急救援任務(右側)或美化建築物外面(左側)。
圖29顯示一盞有六粒LED的多色射燈的側面外觀圖，該燈可以射出多束可調方向及不同顏色的光束34、35。
圖30是一個多色射燈應用示意圖，顯示一艘使用了多色多光束的LED射燈的觀光船。
圖31是一個射燈的正面外觀圖，有九粒同色LED射燈，可以產生可調向的光束。
圖32展示圖31的射燈的正面外觀圖。
圖33展示圖31的射燈的側面切面圖。
圖34A展示如圖31的LED射燈在中檔時所產生的光斑。
圖34B展示如圖31的LED射燈當鏡頭基板在第一檔 時所產生的光斑。
圖34C展示如圖31的LED射燈當鏡頭基板在第二檔時所產生的光斑。
圖35A展示使用LED射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產生照近光束19。
圖35B展示使用LED射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產生照遠光束15。
圖36展示使用LED射燈作為汽車車頭燈的示意圖，其光束19照明方向會與汽車的轉彎同步轉向。
圖37展示一個燈條實施例的正面圖，其上並排安裝了三盞有十四粒LED的射燈。該燈條可以安裝在緊急車輛頂部作為警笛。
圖38展示在一汽車頂部安裝的警笛，該警笛有四盞有十四粒LED的射燈。
圖39A展示一個射燈的側面切面圖，該射燈有一粒LED，此燈能產生可調焦光束，並且是防水和防爆的。
圖39B展示圖39A所示射燈的光學配件室C2的放大圖。
圖39C展示圖39A所示射燈的主室一部份與調焦手輪31的外觀圖，並展露出曲線管72和導向銷24的形狀。
圖40A展示圖39A所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成圖像位置(在0×焦距的位置)。
圖40B展示圖39A所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成最寬光束角的位置(在1.2×焦距的位 置)。
圖41展示一盞防水防爆的潛水射燈的外觀圖，該射燈的調焦機制與圖39A所示射燈的調焦機制相類似。
圖42展示圖41所示的射燈的調焦機制和光學部件的側面切面圖。
圖43展示另一防水防爆的LED射燈的側面切面圖。調焦機制是通過旋轉射燈末端的調焦手輪31。該燈利用磁石27、73，以完全隔離鏡頭室和LED室。
較佳實施例之詳細說明
以下是本發明的幾個實施例詳細描述，為了方便徹底理解實施例，我們在此作出具體的結構和細節闡述。此外，在描述實施例的方位時，可以說成是「頂」、「底」、「前」、「後」、「左」、「右」等等，這些用詞只是幫助讀者理解各實施例，並不意味著是實物體的限制。明顯地，凡此領域的技術人員，在沒有具體細節下，仍可跟著此發明製作。通過參考下面的本發明實施例，此領域的技術人員可以更容易理解，但更需明白這些實施例僅用於闡明本發明，而不應用作限制本發明的範圍，本發明所限定的範圍是由後面所附的權利要求指定。但應當指出，一些過渡性詞語例如「包含」和「構成」，它們的同義詞就有「含有」或「特性」等等，這些同義詞還有很多，並不排除用來描述額外的及未陳述的要訣或方法步驟。本文所用術語如「聚焦透鏡」或與LED晶片一起使用的「透鏡」是沒有必要是單一 個透鏡，可以是一個或許多透鏡一起合而成為的鏡頭。 在一個實施例中，提出了一個照明裝置，它包含了以下部份：(1)一個或多個LED晶片基板，每一個晶片基板都包含有一個或多個單點LED晶片。(2)一個或多個鏡頭基板，每一個鏡頭基板都包含有一個或多個鏡頭，這些鏡頭都有鍍膜，用以改變LED晶片產生的光的色溫。(3)一個傳動系統用以改變晶片基板和鏡頭基板的相對位置，每個所述鏡頭安放在一個或多個LED晶片的光束中，且所述鏡頭會改變光束的光錐角，從而強化LED晶片產生的光的亮度，達到高強度照明。在一個實施例中，光錐角約為1°至大約80°之間。在一個實施例中，所述照明裝置包括：1、3、6、7、9、14、18或36粒單點LED晶片。
在一個實施例中，所述傳動系統可以手動或機動。在一個實施例中，傳動系統由有線或無線遙控器來控制。
在一個實施例中，所述傳動系統把鏡頭基板沿著平行於鏡頭基板上的鏡頭光軸的路徑移動。
在一個實施例中，有防撞結構的傳動系統包含了：(1)一個電機，電機有外殼和一個傳動軸，傳動軸有一邊平坦的側面，以及(2)一個有孔的傳動螺栓，孔的橫截面形狀與所述傳動軸的橫截面形狀匹配，所述傳動軸透過所述相匹配的孔而聯接到傳動螺栓，電機的旋轉力直接地從傳動軸傳遞到傳動螺栓，如有傳動軸方向的橫向衝擊時，橫向衝擊力會直接傳遞到電機的外殼。
在一個實施例中，所述傳動系統包含了：(1)一個傳 動螺栓，傳動螺栓的一端連接到鏡頭基板，另一端連接有多個磁石，稱之為第一磁石組，以及(2)一個手輪，包括有多個磁石，稱之為第二磁石組。兩組磁石極性相反，第二磁石組安放在與第一磁石組相對應的位置。所述手輪轉動時，由於第一和第二磁石組之間的磁引力，將會帶轉傳動螺栓，從而令鏡頭基板沿平行於所述鏡頭光軸的路徑移動。
在一個實施例中，所述傳動系統包括一個手輪，該手輪包含著鏡頭室，並包含有固定於所述手輪內壁上的第一組磁石。在鏡頭室內壁上相對應的位置，則安裝有與第一組磁石極性相反的第二組磁石，所述手輪轉動時，透過所述第一組磁石和第二組磁石之間的磁引力，鏡頭室外壁上的曲線管將同步轉動，驅使曲線管上的一個傳動銷，沿著一個位置導向槽移動，間接地推動鏡頭基板沿著鏡頭光軸的方向移動。
在一個實施方式中，所述曲線管是刻鑄成與鏡頭光軸形成30°至60°角度，故此磁吸引力的主要部分會驅使傳動銷沿著鏡頭光軸方向移動。在另一實施例中，所述傳動系統，把鏡頭基板在一個平行於所述LED晶片基板的平面上移動。
在一個實施例中，所述傳動系統，把鏡頭基板相對於LED晶片基板轉動，從而把每個所述鏡頭，放置在兩個或更多的LED晶片的光束路徑中。在一個實施例中，所述射燈發出多種顏色的光束。在另一個實施例中，所述射燈發 出射向多個方向的光束。
在一個實施例中，所述傳動系統包含了：一個電機主軸上的傳動齒輪，所述傳動齒輪匹配到一個帶動兩個鏡頭基板的傳動軸，當所述傳動齒輪轉動時，會導致所述傳動軸旋轉，從而導致兩個或多個鏡頭基板在一個平行於所述LED晶片基板的平面上移動。在一個實施例中，移動所述鏡頭基板在一個平行於所述LED晶片基板的平面上移動，將導致LED晶片的光束通過在不同的鏡頭基板的鏡頭後，會匯聚成一個單點光斑或分離成多點光斑。在一個實施例中，所述射燈包含多個LED晶片基板，而每一晶片基板有兩個或多個的LED晶片。在另一個實施例中，所述射燈包含了九個單點LED晶片在多個LED晶片基板上。在一個實施例中，所述射燈用作汽車車頭燈。在一個實施例中，光束發射的方向可根據汽車的轉動方向而改變。
實施按例一、選擇LED、設計鏡頭和鍍膜
要設計一個耗電量低和光束強度高的LED燈，第一步是按應用需要，選擇適用的LED晶片。經過測試許多市場上現有的LED晶片，得出的結論是，晶片發光面積的大小，光錐角的大小與光的色溫是三個最重要的性質。目前市場上的LED晶片都是採用圓頂或平頂透明密封，無論哪種方式，所有LED晶片光束的發射都呈球狀，透明封頂的半徑和表面彎曲率決定了光錐角。例如，一個製造商的LED晶片產生的光錐角是80°，另一製造商的LED晶片產生的光錐角是120°。表一列出一些測試結果，每個LED晶片的測 試電源略有不同，但是差不多一樣，電源不同是因為每個晶片都有其廠家建議的功率要求。
為了使光束射得更集中更遠，如圖7，放一個透鏡8在LED晶片10前面，以減少光錐角α。在一個實施例中，選擇非球面透鏡來投射LED燈光束。用與表一相同的LED晶片10和相應的測試電源，不同直徑和焦距的透鏡令到輸出光束的光錐角和光強有很大差異。較大焦距的透鏡會產生較小的光錐角α，結果在相同距離處有更高的流明值(LUX)，表二列出一些測試結果。
根據表二，光束經過非球面透鏡聚焦後，LED晶片可以產生比原始LED晶片更高強度的光束。根據表一，例如原始LED晶片二號產生的光強度在1米處僅為73LUX。額外的原始LED晶片二號測試量得在7米處，光強度是1.6LUX。通過48毫米口徑和47毫米焦距的非球面透鏡後，LED晶片二號在7米處光強度變為1600LUX，加強了一千倍。該透鏡並非必須是非球面形。在我們的實施例的實驗中，不同類型的透鏡和我們所選擇的LED晶片測試，非球面透鏡產生最好的結果。然而，本發明並不限定於使用非球面透鏡，LED晶片的特性是設計一個聚焦透鏡時最重要的因素。本文具體實施例僅用於說明本發明，然而不應用作限制本發明，後面所附的權利要求才是本發明的限定範圍。
為了進一步提高光的強度，有必要提高聚焦透鏡和保 護透鏡的透射率，以及鏡頭室和遮光罩內壁的反射率。LED晶片發出的光譜比較窄，可以使用適應每個色溫的特殊防反射鍍膜，該鍍膜可以額外提高光強度5%至8%。此外，鏡頭室和遮光罩的內壁可以鍍上鋁膜以提高反射率。
當使用相類似電源時，發射冷白光的LED晶片(例如色溫6000K或更高)比發射暖白光的LED晶片(例如色溫3000K或更低)，可多提供35%至55%的流明。例如，一個2800K的LED晶片用在汽車應用上，有需要提高供電率以產生更高的流明，故此，浪費了不必要的能源。但如果為了產生更高的流明而使用高色溫的LED，其冷白光可刺激和損傷人的眼腈。如果盯著超亮的冷白光甚至可引起短暫失明。駕駛時使用冷白光對迎面而來的駕駛者和行人都是危險的，幾乎所有國家都已禁止駕駛時使用高色溫的車頭燈，如要使用高色溫的燈例如高強度氣體放電燈(High Intensity Discharge Light簡稱HID燈)，許多應用都會使用有色玻璃或有色的聚碳酸酯濾鏡(poly-carbonate filter簡稱PC濾鏡)以改變光的色溫。無論是有色玻璃或是有色的PC濾鏡，顏色是通過添加各種染色劑，染色劑不僅會吸收光，也會阻礙散熱，在運作LED過程中，不處理好散熱，會被損壞LED和縮短LED的有效壽命。
為了使用發冷光的高流明LED晶片，應在透鏡上鍍膜來降低色溫和散發屬於紅外綫波長範圍的輻射熱能。透鏡鍍上鍍膜有幾個優點：(1)透射率可提高5%至8%。(2)鏡頭鍍膜可改變光的色溫，以及散發紅外綫輻射熱能。降 低過熱風險可以延長LED晶片的使用壽命。(3)針對不同的應用制定鍍膜比製造不同顏色的PC或玻璃濾鏡更容易更快。(4)耗電量較低。使用相同電量，通過使用有特殊鍍膜的鏡頭，高色溫的LED產生的流明值要比低色溫的LED高很多。
使用鍍膜以改變色溫是眾所周知的，只是並非在LED照明的光學設備設計領域中使用。鍍膜改變色溫的技術、設計和應用早已被公佈，例如美國專利US4145113。適用於LED光譜的鍍膜亦有進一步的發展和公佈，例如中國專利CN1034878363A。根據鍍膜領域已知的技術和方法，本發明領域的普通技術人員會很容易基於所選擇的LED晶片的特性，而設計適用於本發明中所使用的鏡頭的鍍膜。鍍膜改變LED光譜的色溫，一個本領域的普通技術人員將很容易地為每個使用的LED晶片，確定鏡頭各層鍍膜的精確厚度和需要的層數。
鏡頭經過鍍膜後，從原來6500K的冷白光變成3000K的暖白光，僅失去4%的流明，但一個6500K冷白光的LED晶片經過有特殊鍍膜的濾鏡後，發出的3000K暖白光卻比使用發出3000K暖白光的LED晶片可多發出48%以上的流明。表三列出了一個實施例中的一些測試結果。
總括來說，使用特殊鍍膜的濾鏡以減少光錐角、改變色溫、並增加光的透射率是製造遠程高強度LED燈的三個重要設計原則。我們不能記錄每一種LED晶片及每個鍍膜和鏡頭形狀的可能組合，但本領域技術人員將很容易理解，上述實施例僅用於說明，而不是限制本發明，本發明的範疇是由隨後所附的權利要求來限定。
實施按例二、防震機制
一個可調焦的射燈最脆弱的部分是調節光束焦點的調焦機制。最常見的方法是通過使用齒輪和軸來移動安裝在一個平面基板上的透鏡和光源間距離。圖8示範了使用機動、軸與齒輪調焦方法的射燈例子。例子中安裝了一個保護透鏡22以保護鏡頭室21，聚焦透鏡8安裝在一個平面鏡頭基板9上。電機12的軸42接著傳動螺栓43，直接匹配到鏡頭室21的傳動螺紋管28，當電機12順時針或逆時針轉動時，軸42將轉動傳動螺栓43，這將轉動傳動螺紋管28向前或向後移動，鏡頭室21的透鏡8會相對於LED晶片10向前或向後移動，從而改變光束的焦點。這樣的射燈用在汽車和船隻上時，鏡頭室21是相當沉重的，透鏡8是 相當精密的，操作的環境則充滿振動和衝擊，由鏡頭室21重量產生的衝擊力會直接傳遞到軸42上，軸42的承託只有兩個讓軸42在原地旋轉的微小軸承51，軸承51不能長期承受衝擊力，軸42將會被移位並不能對齊，影響調焦。採用這種結構設計的射燈是不能防震的。
圖9A示範了一個經過特殊設計的防震射燈的實施例。除了如何把軸42連接至鏡頭室21，此射燈是類似於圖8中的非防震射燈。電機12的軸42由圓柱形改為有一平坦側面的桿，一個特殊的螺栓43其上有一孔45與軸42的形狀匹配(圖9B)，因為螺栓43的孔與軸42緊密配合，所以兩者間只存在起動與旋轉的關係。螺栓43的外部和傳動螺紋管28緊密配合，螺栓43被鎖套33鎖定而不壓到軸承51，電機12的外殼和鎖套33之間插入潤滑片44，螺栓43不能前後移動，當軸42轉動時，會起動及旋轉螺栓43，連帶旋轉傳動螺紋管28，傳動螺紋管28旋轉時，它會把鏡頭基板9向前和向後移動，改變鏡頭基板9和LED晶片10之間的相對距離，相對距離的改變將改變光束的焦點。圖9A顯示了兩種可能的狀態，圖9A的左側下半部顯示鏡頭8和LED晶片10之間的距離L1較短，圖9A的左側上半部顯示鏡頭8和LED晶片10之間的距離L2較長。這樣的結構設計，由於震動或衝擊鏡頭室21重量產生的衝擊力將會由傳動螺紋管28傳遞到螺栓43，接著螺栓43會將衝擊力傳遞到鎖套33，然後經過潤滑片44把衝擊力直接轉移到電機12的外殼上。沿鏡頭光軸方向傳遞的衝擊力完全不影 響到軸42，這將保證電機12能夠精確地運轉。基於這種結構設計的射燈在實際運行條件下進行測試，可以承受150G及100赫頻率的衝擊力，足以在大多數有很多振動和衝擊的情況下使用。
實施按例三、光束聚焦和方向控制機制
圖10是一個LED射燈的實施例，本實施例中選擇了目前市場上面積最小而照明功率最高的LED晶片之一，這LED晶片差不多可以當成是一個單點光源。LED領域的技術不斷在進步，體積更小、功能更強的LED晶片繼續開發。可以預計，將來要達到更強的照明功率，只要把LED晶片替換成更小和更強的晶片即可。
本實施例的佈局圖案是圓形的(圖11)。然而視乎實際應用，佈局圖案可以是任何形狀，單點LED晶片10和鏡頭8可以是一對或多對。佈局的形狀和多少對LED晶片10和鏡頭8的是基於多個因素，例如可用空間、空間形狀與電源、散熱條件和所需的燈光強度等等。在一個實施例中，射燈安裝在車輛前面保險槓內作霧燈，保險槓上的預切孔是圓形的，本實施例便是圓形的，以適應保險槓，預切孔的尺寸只允許至多六對LED晶片和鏡頭。
在一個實施例中(圖10)，LED射燈有十四個單點LED晶片與14個特別設計的鏡頭8，十四個鏡頭8是安裝在一個平面鏡頭基板9，而十四個單點LED晶片是安裝在其後的一個平行的LED晶片基板上。
圖11展示圖10的LED射燈的示意性正面佈局圖和側 面切面圖。LED晶片基板11和鏡頭基板9可以相對地移動。這些圖中所示的LED晶片10和鏡頭8的對數僅作說明之用。
在一個實施例中(圖12)，鏡頭基板9由具有傅動螺栓43和螺母46的電機12移動。電機12可以通過例如圖13的有線遙控器控制，如圖14和圖15所示，當LED晶片基板11在離開鏡頭基板9一個焦距時，所有LED晶片10發出的光束15將垂直於鏡頭基板9或平行於鏡頭光軸17直射出去。因為理論上光束15可以去到無限遠處而沒有朝任何方向分散。從遠處如一百米的距離都可觀察並測得到本發明的射燈的光束，仍然高度集中並清晰。在一百米處的LUX測量仍高達在5米處測得的LUX的95%，並無顯著分散。由於單點LED晶片10和相應的鏡頭8是圓形佈局，這些鏡頭光軸17亦會是圓形分佈的。每對鏡頭8和LED晶片10將產生一個圍繞著鏡頭光軸的圓形均勻照明光束15，結果照明區域亦是均勻照亮的圓形。
在另一實施例中(圖16和圖17)，當LED晶片基板11移動至離開鏡頭8一個焦距之內時，所有LED晶片10發出的光束18將自多個鏡頭以可控制的方式從鏡頭光軸17散射出去。單點光源的光束通過鏡頭的散射是可預估和可控制的。每對LED晶片10和鏡頭8將產生相同散射角度和相同方向的光束18，如此便可以有效地控制照明的區域。
在另一實施例中(圖18和圖19)，當LED晶片基板 11移動至離開鏡頭8在一至兩個焦距之間時，所有LED晶片10發出的光束19將匯聚到鏡頭光軸17上。單點光源的光束通過鏡頭的匯聚是可預估和可控制的。每對LED晶片10和鏡頭8對都匯聚到同一個角度和方向。每對LED晶片10和鏡頭8將產生相同匯聚角度和相同方向的光束19，如此便可以有效地控制照明的區域，在近處有非常有效的照明，在同一距離，匯聚光束的照明功率將超過平行光束。
在一個實施例中(圖20和圖21)，提供了一種LED射燈，它有卅六個單點LED晶片10和卅六特別設計的鏡頭8，它們的佈局圖案呈六角形。射燈的結構類似於圖10所示的射燈，射燈很重，並可安裝在專門設計的雲台26上，室內或室外、車輛、飛機或船隻上均可安裝雲台。射燈與雲台26可以用一個無線遙控器(圖22)來控制。兩組燈(每組十六盞燈)可以通過選擇第一組(按鈕A)或第二組(按鈕B)來控制，可以開關遙控器(按鈕G)。也可以調暗(按鈕J)或加強亮度(按鈕H)，把射燈切換成連續照亮或頻閃模式(按鈕I)，散射光束作近處照明(按鈕D)或匯聚光束作遠處照明(按鈕C)，把射燈傾斜向下(鍵F)或傾斜向上(鍵K)，垂直轉動可達210°，也可以順時針方向(按鈕L)或逆時針方向(按鈕E)旋轉雲台，水平轉動可達359°。基本上，該射燈可以透過遙控器控制，把四周的三維空間照亮。
在一個實施例中，圖23展示一個LED射燈，射燈有十八粒單點LED晶片和十八個特別設計的鏡頭8，作圓形 分佈。射燈可以安裝在特別設計的雲台26，好像圖20中用於卅六頭LED射燈的雲台26，射燈亦可透過如圖22相同的無線遙控器控制，選用十八粒單點LED晶片主因是可以最大限度地使用大多數便攜式電源例如12或24伏電池提供的電量。十八頭LED射燈可以安裝在一個直升機上機關槍的雲台上(圖24和圖25示意性地展示出實施例)，在一個測試中，從機關槍上發射800發子彈，雖然存在很大的反沖力和飛行振盪，然而射燈完全無損。使用在直升機上的射燈大小主要是限制於機艙上的可用空間。如果直升機高飛時，可以使用射燈的散射模式來照射更寬的區域進行搜索(圖24)。如果直升機低飛時，可以使用匯聚光束或平行光束模式，集中照明較小的區域，以便搜索(圖25)。
在另一實施方例中，射燈7(例如36頭射燈)用作漁船(圖26)或巡邏艦(圖27)的搜索燈。船舶有較大的空間和電源，可以使用較大的射燈。本發明的射燈，以它的高強度、遠程、集中和可調焦的特性，確是在霧裡、完全黑暗或低能見度環境下非常有效的照明工具。
在另一個實施例中，本射燈可以在緊急情況和救援任務中使用。通常火警現場都充滿濃煙和大火，地震和其他自然災害現場則充滿塵埃，令到緊急救援人員很難通知其他人員那裡需要幫助。按照一實施例(圖28)，安裝在特製雲台的射燈可以被控制去直接照射正在要求增援的緊急救援人員的位置。緊急救援人員的位置可以利用緊急救援人員攜帶的定位設備輸出的數據去自動確定。這類型的定位 設備通常是建基於一個全球定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)，GPS定位設備和可編程控制器則由在相關技術領域中的人員設計。
在另一實施例中，圖28展示一個LED射燈，用於美化建築物和照明。
實施按例四、遠程多光束射燈
在一個實施例中(圖29)，一個LED射燈有三組LED晶片10，每組都有兩粒LED晶片10，一共有六粒LED晶片10，射燈可以發出多個色彩組合的光束。例如，LED晶片10中的第一組發射紅光和藍光，第二組發射藍光和綠光，而第三組發射綠光和紅光。該射燈可在同一時間向六個不同方向發散六束強力的彩色光束34、35，該射燈用於燈光秀是最理想的。六粒LED晶片10安裝在LED晶片基板11並以120°分開為三組。本實施例中每組2粒LED晶片10配上一個鏡頭8，總共有三個鏡頭8。鏡頭8安裝在平行於LED晶片基板11的鏡頭基板9上。兩個基板9、11之間的距離維持在鏡頭8的一個焦距，由於LED晶片10和鏡頭8之間的距離為一個焦距，於是產生近乎直射的不同顏色光束34、35。光束34、35不能是完全是直射的，因為每個鏡頭8有兩粒LED晶片10。LED晶片10將稍微偏離相應的鏡頭8的光軸的位置。設計和安裝了傳動機構，把鏡頭基板9反復來回轉動15°。電機12連接到傳動齒輪28，再連接到傳動軸42，最後連接到鏡頭基板9的中心，射燈便會產生六個生動的和充滿活力的光束34、35。在一 個實施例中，兩光束是紅色的，兩光束是綠色的，而兩光束是藍色的。15°是最優化的轉動角，可以產生最生動、充滿活力和高度集中的光束34、35。太大的轉動將降低LED晶片10的發光效果，因為光束34、35不會近乎直射，難以維持遠程高強度。市場上有白色、紅色、綠色和藍色LED晶片，其他顏色的光束可以通過組合紅、藍、綠三色的光，以不同強度來合成。理論上，可以產生無限色彩的光束。還有許多其他的方式來控制光束的移動，上面的描述絕不是限制了本發明只有本實施例。上述實施例描述固定了LED晶片基板11的位置，而移動鏡頭基板9，根據相同的光學原理，其他實施例可設計成固定鏡頭基板的位置，而移動LED晶片基板。
根據一個實施例(圖30)，有幾個遠程多光束射燈安裝在旅遊景點航行的河上觀光船頂部，當射燈亮起，生動活潑的光束遠程照耀了夜空，極度觸目，只看著生動的光束舞即可以成為一個很吸引的旅遊景點。
實施按例五、車頭燈
在一個實施例中(圖31、圖32和圖33)，九粒LED晶片10分配在九個對應的鏡頭A1-A9的光軸上，鏡頭安裝在鏡頭基板B1-B5上。鏡頭A1、A2和A3安裝在鏡頭基板B1上，鏡頭A4安裝在鏡頭基板B2上，鏡頭A9安裝在鏡頭基板B3上，鏡頭A7和A8安裝在鏡頭基板B4上，鏡頭A5和A6安裝在鏡頭基板B5上。最初，每個LED晶片10定位在對應的鏡頭(A1-A9)的焦點處。圖34A(中檔)顯 示從LED晶片10的光束通過鏡頭(A1-A9)傳輸，在10米處形成光斑。鏡頭基板B1是不動的，其餘鏡頭基板B2-B5可以由傳動機制移動。當電機12轉動時，設置在電機軸42的齒輪28將轉動傳遞軸41，傳遞軸41的兩端有左轉螺紋和右轉螺紋50，將分別推動鏡頭基板B4、B5上的兩個螺母46、47。彈簧48的壓力將導致鏡頭基板B4隨著B3一起移到右邊，鏡頭基板B5隨著B2移到左邊，移動了1.25毫米後，定位板49會截停鏡頭基板B4、B5，連續三個圓圈的光斑將出現(圖34B)，這是第一檔。當傳遞軸41繼續轉動，通過螺母46推動，鏡頭基板B2移到左邊，通過螺母47推動，鏡頭基板B3移到右邊。鏡頭基板B2、B3移動另一個1.25毫米後便停下來。連續五個圓圈的光斑將出現(圖34C)，這是第二檔。應用此傳動原理的射燈在汽車的應用是非常有用，照明區域將被擴大，用類似的設計，跟著汽車轉向而改變方向的車頭燈會很容易實現。
在另一個實施例中(圖35A和圖35B)，如圖31的LED射燈的修改版用作車頭燈。在一個實施例中，通過例如內置的向前感應器提供的數據及車輛上的計算機和軟件程式，將可自動控制鏡頭基板及LED晶片基板的移動。當感應器檢測到迎面而來的車頭燈光或前方車輛的車尾燈光，車輛上的計算機可自動調節LED車頭燈進入匯聚模式(圖35A)，即是調節LED晶片和鏡頭基板間的距離到一至二個焦距之間，車頭燈光束19將匯聚在近處，不會刺激迎面而來車輛或前方車輛的駕駛員。當沒有迎面而來的車輛或前 方近處的車輛，車頭燈可以調整到直射模式(圖35B)，即是調節LED晶片基板與鏡頭基板間的距離到一個焦距，使得車頭燈光束15照向遠處，車輛的駕駛員會看得更清楚。汽車製造商的工程師可以很容易研發感應器和車上計算機及其軟件程式。
這些實施方案使用的方法，與目前車頭燈的方法不同，目前車頭燈有兩組燈，可以手動或自動切換作遠處及近處照明，一組燈照遠，另一組燈照近。在上述實施例中，一組燈已經足夠，通過控制所述LED晶片基板與鏡頭基板之間的距離，便可以做到近處和遠處照明。LED晶片基板與鏡頭基板的移動用電機控制，電機可以是手動控制或由車上感應器和計算機自動控制。
另一個車頭燈的實施例展示於圖36中。LED車頭燈的LED晶片基板和鏡頭基板的相對移動是兩維的，可以用類似圖31-33中描述的實施例控制。除了調節LED晶片基板和鏡頭基板的距離，透過特別設計的固件控制另一個傳動機制，令到另一組鏡頭基板相對於LED晶片基向旁移動。該固件可以通過連接到汽車轉向操作的感應器來控制，最終的效果是，光束19不僅聚焦可以控制，連照射方向也可以控制，與汽車轉向操作同步，即使在一條彎路上，都可幫助駕駛員看得更清楚。汽車製造商的工程師很容易便可研發車上感應器和固件。
在另一個實施例中(圖37和圖38)，三至四個不同色溫的LED射燈(例如有14粒LED晶片的射燈)安裝成一 排。整組燈可以安裝在一輛汽車的車頂上(圖38)。為了模擬頻閃的藍紅白色警笛效應，可以輪流開啟每一射燈的電源。在一個實施方案中，每個單獨的LED射燈也可以選擇長亮模式用作照明。
實施按例六、防水機制
調整光束聚焦和電源控制機制是很易做成射燈漏水或漏氣。目前市面上的便攜式射燈通常使用手輪來調節輸出光束的焦點，鏡頭固定在一個手輪的內壁，通過旋轉手輪，將改變鏡頭和光源之間的相對距離，相對距離的變化將改變輸出光束的聚焦。許多光學儀器，如照相機、瞄準鏡和望遠鏡都採用手輪方法調焦。為了令手輪防水，通常將O形圈放在手輪和鏡頭室的接觸面，這需要高精度地安裝O型圈以保證防水，並仍然要手輪的運作暢順，然而，O型圈會隨著時間而老化，減低了防水能力。
另一種讓手輪和電源開關防水的方法是使用磁石把密封電源室完全隔離。這些方法已公佈，已公佈文獻如CN203176758U和CN2445185Y都有說明。外磁石是固定在手輪的內壁，手輪轉動時，這些外磁石會沿著鏡頭光軸方向移動。另一組相反極性的磁石是固定在鏡頭室的內壁上，整個鏡頭室可以在光學配件室內移動。當外磁石沿鏡頭光軸移動，由於外磁石的引力將會牽引內磁石同樣地沿鏡頭光軸移動。這是最簡單方法，但要這種機制能均勻地移動是不容易的。光學配件室的壁位於鏡頭室和外磁石之間，這壁是一層非磁性材料製成，磁引力垂直於鏡頭室外 壁的部份，會把鏡頭室緊壓到光學配件室的內壁上。鏡頭室外殼和光學配件室之間的摩擦力會阻礙鏡頭室與外磁石同步移動，當鏡頭室外壁和光學配件室內壁之間的摩擦力不可以再抵抗磁引力時，會感到鏡頭室好像突然被釋放似的，令調焦感覺好像搐動，很難精確地和暢順地調焦。簡單的手輪與磁石方法的另一個缺點是，手輪要轉很多圈才可以移動鏡頭室一段距離。所需圈數取決於手輪螺紋的螺距大小，太大的螺距將不允許鏡頭室作精確移動，太小的螺距將需要轉動手輪很多圈才可以移動鏡頭室一段距離。
本發明解決了這些間題，令防水射燈的調焦感覺均勻和可快速調焦。本發明的一個實施例(圖39A)提供了一種可調焦的單點LED防水射燈。該射燈使用磁石來調焦和控制電源。這射燈由以下幾部分組成：主室C1、光學配件室C2、調焦機制C3、電源室C4、光源室C5和電源控制機制C6。
根據本實施例(圖39A)，光學配件室C2包含有鏡頭室21、光學鏡頭23、聚焦鏡頭8、導向銷24、導向管25、曲線管72和一組內磁石27。鏡頭室21可在主室C1的射燈主體74內移動。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8都固定在鏡頭室21內。導向銷24固定在鏡頭室21外。導向管25包著鏡頭室21，其上刻有位置導向槽251。曲線管72是刻在導向管25上並推動導向銷24沿位置導向槽251移動。內磁石27被固定於曲線管72的外壁上。在本實施例中，曲線管72的實體設計是非常重要的，這將在後面進一步詳細 說明。
在圖39B可詳見一部分的光學配件室C2和光源室C5。光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和LED晶片10放置在同一軸線上。光從LED晶片10發出，通過聚焦鏡頭8和光學鏡頭23，產生非常均勻的圓形光斑。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對於LED晶片10在0-1.2×f2之間移動。f1是光學鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對距離是0×f2和光錐角是1.2°)，另一位置叫最寬光束位置(相對距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產生均勻光斑。當光學鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近LED晶片10，從LED晶片10發出的光束，將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然，此射燈適用於遠近照明。當聚焦鏡頭8在成像位置時，光錐角最小，在LED晶片10處的圖像如圖40A將被投影在遠處。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑如圖40B將被投影在遠處。當聚焦鏡頭8在成像位置及最寬光束位置之間，將會見到一個不那麼均勻和較小的光斑。視乎光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和光學室C2的形狀，光斑可以是任何形狀，本實施例絕不是要限制任何光斑形狀。
根據圖39A，調焦機制C3包括調焦手輪31和一組外磁石73。調焦手輪31包圍著射燈主體74並可旋轉，射燈主體74突出的一端裝有防水保護鏡22，O型圈311用來密 封防水保護鏡22和射燈主體74接合黠。防水保護鏡22和O型圈311靠擰緊鎖定環312鎖定。外磁石73固定在調焦手輪31內壁上，外磁石73和內磁石27具有相反極性。當手輪31轉動，外磁石73的磁吸引力會牽引內磁石27，曲線管72將同步轉動，把其約束著的導向銷24沿導向槽251前後推動，鏡頭室21會跟著前後移動，從而調整焦點。
圖39C是一個外觀圖，放大了圖39A射燈的調焦手輪31和主室C1，並抽起了手輪一部分外殼以露出曲線管72的形狀，曲線管72是刻鑄成一個非常大的上升角度。當調焦手輪31轉動，外磁石73將吸引曲線管72與內磁石27同步轉動。曲線管72的大上升角度保證了大部分的磁引力是推動導向銷24沿著聚焦鏡頭8光軸方向移動，只有很小的分力分在垂直於聚焦鏡頭8光軸方向。聚焦鏡頭8光軸方向的引力將鏡頭室21迅速地沿位置導向槽251直線移動。根據圖39C，曲線管72的上升角是θ，聚焦鏡頭8在鏡頭光軸方向的最大移動距離是H和導向銷24所需要移動的距離L有一個關係：tanθ=H/L，調焦手輪31最大轉動角度ω可以通過ω=L/(πD)的關係來確定，其中D是鏡頭室21的直徑。在一個實施例中，設計成只要把調焦手輪31轉動70°(ω)，鏡頭室21即可移動最大距離(L)，即是聚焦鏡頭8焦距f2的1.2倍，調焦手感非常均勻和快速。根據鏡頭室21的直徑和聚焦鏡頭8焦距f2和前述的關係，得出以下的實際數據：ω=70°，θ=37.42°，H=15毫米，L=19.6毫米。根據射燈的大小和鏡頭室21最大移動距離所需的調 焦手輪31轉動角度ω，進行了不同的試驗，曲線管72的上升角θ可以是30°到60°之間的任何角度。本文的具體例子僅用作說明，而不是限制本發明的範圍，本發明的範圍是由後附的權利要求限定的。
電源控制機制是另一個做成漏水或漏氣的脆弱部分。如果用按鈕、切換式按鈕、滑動型開關或任何類型的按鈕作為電源控制機制，會很難密封。我們的防水電源控制機制使用了磁石和手輪。根據圖39A，電源室C4包含電池76、電池室77和電池室蓋75。O型圈411用來密封電池室蓋75和電池室77擰在一起的位置。電池室蓋75有一個接觸彈簧431把電池76緊密壓在接觸點上。
根據圖39A，光源室C5包含有連接管59，LED晶片10，連接管59內的LED晶片電路板11和電池室77內的電源控制電路板54。電源控制電路板54的一端連接並密封到射燈主體74，而另一端則連接和密封到電池室77。LED晶片10，通過LED晶片的電路板11連接到電源控制電路板54，電源控制電路板54焊接到正極接觸板541和負極接觸板542。正極接觸板541連接到電池76的正極，射燈關閉時，電池室77內壁和負極接觸板542之間有一間隙。負接觸板542上有一磁石5421。
根據圖39A，電源控制機制C6包含一個電源控制手輪61和外磁石62。電源控制手輪61包著連接管59。電源控制手輪61從連接管59伸出的一端，包著電池室77，外磁石62固定在電源控制手輪61的內壁。外磁石62與負極接 觸板542上的內磁石5421極性相反。位置鎖緊環611把電源控制手輪61緊固到電池室77。當電源控制手輪61轉動到ON的位置時，外磁石62與極性相反的內磁石5421正好相對，外磁石62吸引內磁石5421，磁引力會令負極接觸板542彎曲並接觸電池室77的內壁，形成一個電路關閉，射燈亮起。當電源控制手輪61轉動至OFF的位置時，外磁石62離開內磁石5421，磁引力減弱，負極接觸板542將反彈至空擋位置，不再觸及電池室77內壁，電路斷開，射燈熄滅。在本實施例中電池，一次充電可以持續供電22小時。如此設計，水份完全沒有機會接觸到電源部件，射燈變得完全防水。因為燈的高強度、可調焦和長使用時間，使這個實施例成為應急和救援任務的理想照明設備，它也可以用作潛水燈或防爆燈。
在另一個實施例中，圖41和圖42展示一個有多粒LED並可調焦遠程高強度射燈。本實施例可以看作是把七盞如圖39A所示的實施例射燈放在一起，本實施例並不是要限制使用多少LED晶片的數量。射燈包含以下部份：主室C1、光學配件室C2、調焦機制C3、電源室C4、光源室C5和電源控制機制C6。電源室C4包含著安裝在射燈的底部的充電池。電源是通過密封電纜連接到光源室C5。下面的討論將集中在調焦機制C3的功能和如何與光學配件室C2和光源室C5配合使用。
在一個實施例(圖42)，光學配件室C2包含鏡頭室21、光學鏡頭23、聚焦鏡頭8、導向銷24、導向管25、曲線管 72和一組內磁石27。鏡頭室21可在射燈主體74的主室C1內移動。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8都裝在鏡頭室21內。導向銷24固定在鏡頭室21外壁上，導向管25包圍著鏡頭室21，其上刻有位置導向槽251。曲線管72包圍導向管25，導向銷24沿位置導向槽251移動。內磁石27固定於曲線管72的外壁上。
一組組的光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和LED晶片10放置在同一軸線上。LED晶片10通過LED晶片基板11連接到電源控制電路板54。光從LED晶片10發出，通過聚焦鏡頭8和光學鏡頭23，產生非常均勻的圓形光斑。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對於LED晶片10在0-1.2×f2之間移動。f1為光學鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對距離是0×f2和光錐角是1.2°)，有另一位置叫最寬光束位置(相對距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產生均勻光斑。當光學鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近LED晶片10，從LED晶片10發出的光束將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然。當聚焦鏡頭8在成像位置時，光錐角最小，由LED晶片10產生的光，將投射到很遠距離。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑投影在遠處。此射燈遠近照明皆宜。
根據圖42，調焦機制C3包括一個調焦手輪31和一組外磁石73。調焦手輪31包圍著射燈主體74並可以轉動， 由射燈主體74伸出的一端，內置防水保護鏡頭22。O環311用以密封保護鏡頭22和射燈主體74的接合處。防水保護鏡頭22和O形環311靠擰緊鎖定環312鎖定。外磁石73固定在手輪31的內壁上，外磁石73和內磁石27具有相反極性。轉動調焦手輪31，外磁石73的引力將牽引內磁石27，曲線管72將同步轉動，推動被約束著的導向銷24，沿位置導向槽251前後移動，鏡頭室21亦隨之前後移動，從而調整焦點。利用磁力的專門設計，把電源室和光源室與可調焦的光學配件室完全隔離密封，令射燈絕對防水。
在另一個實施例中，圖43展示出另一種使用手動聚調焦機制的防水和防爆射燈。內配件室的螺紋匹配到鏡頭基板9的傳動螺栓60。內配件室有三個內磁石27，以120°角分開。調焦手輪31有相反極性的三個外磁石73，放置於與內磁石27相對應的位置。兩組磁石27、73之間存在吸力，內配件室和調焦手輪31被防水板65隔離，防水板65緊壓在散熱罩66上，以O形環311作為密封。調焦手輪31轉動時，磁引力會帶動內配件室同步地向同一方向轉動，鏡頭基板9將來回移動，改變光束焦點。這個射燈的結構是高度密封的，足以防水和防爆。非常適合在深水或美國國家電氣規範(United States National Electrical Code)定義為Class 1類型和Division 1條件的危險地點應用。
實施按例七、其他應用範圍
此外，本發明的LED射燈可廣泛地應用在許多其他範圍，包括但不謹限於以下應用範圍：飛機、大卡車、服務 車、越野車、雪車、農用車、工程車、火車、監控、軍用、燈塔、體育場館和大堂、特殊效果的室內照明、用於美化室外和表演用燈光。
參考文獻
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8‧‧‧鏡頭組
26‧‧‧可遙控雲台

Claims (19)

  1. 一種照明燈，包括：a)一個或多個LED晶片基板其中包括一粒或多粒LED晶片；b)一個或多個鏡頭基板其中包括一個或多個鏡頭，所述鏡頭包括鍍膜，用以改變由所述LED晶片發射並通過所述鏡頭的光束色溫；和c)一個傳動系統用以改變所述鏡頭基板與相對應的所述LED晶片基板的相對位置，其中每個所述的鏡頭是放在一個或多個LED晶片的光束路徑中，並且所述鏡頭可以改變所述LED晶片生產的光束光錐角，從而作高強度遠程照明。
  2. 如申請專利範圍第1項所述，其中包含1、3、6、7、9、14、18或36粒LED晶片。
  3. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述光錐角是從約1°至約80°。
  4. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統機制是手動或機動。
  5. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統是有線或無線遙控器控制。
  6. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統向一個平行於所述鏡頭的光軸方向移動所述鏡頭基板。
  7. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統有防震 機制包含(i)電機，包括電機蓋和軸，所述軸包括在一側有平坦表面，以及(ii)有孔的傳動螺栓，所述孔的形狀，與所述軸的橫截面形狀匹配，其特徵在於所述軸穿過所述孔聯接到所述傳動螺栓，其中所述旋轉力會直接從軸傳遞到傳動螺栓，而所述軸方向的橫向力會傳遞到所述電機的電機蓋。
  8. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統包括：(i)一個傳動螺栓一端匹配到所述鏡頭基板，而另一端連接到一個或多個第一組磁石，和(ii)一個手輪內有一個或多個和所述第一組磁石極性相反的第二組磁石，並且第二組磁石的位置和所述第一組磁石相對應，所述手輪轉動時，通過第一組和第二組磁石之間的磁引力轉動傳動螺栓，從而把鏡頭基板沿著一個平行於所述鏡頭光軸的方向移動。
  9. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統包含一個手輪，所述手輪包圍著一個鏡頭室，內裡有鏡頭基板和基板上的鏡頭，所述手輪包含固定在所述手輪內壁上的第一組磁石，所述第一組磁石與固定在所述鏡頭室的第二組磁石極性相反並位置相對應，所述手輪轉動時，第一和第二組磁石之間的磁引力，會帶動一個曲線管同步轉動，並驅使一個導向銷沿一個位置導向槽移動，帶動所述鏡頭基板平行於所述鏡頭光軸方向移動。
  10. 如申請專利範圍第9項所述，其中所述曲線管是刻鑄成與所述的鏡頭光軸成30°至60°角之間，從而把磁引力 的主要部分，用於推動所述導向銷在所述鏡頭光軸的方向移動。
  11. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統把所述鏡頭基板在一個平行於所述LED晶片基板的平面移動。
  12. 如申請專利範圍第11項所述，其中所述傳動系統把所述鏡頭基板相對於所述LED晶片基板旋轉，從而把每個所述鏡頭放在兩個或多個LED晶片的光路徑中。
  13. 如申請專利範圍第12項所述，其中所述照明燈發射多種顏色的光束。
  14. 如申請專利範圍第12項所述，其中所述照明燈發射光束往多個方向。
  15. 如申請專利範圍第1項所述，其中所述傳動系統包含電機軸上的傳動齒輪，所述傳動齒輪匹配到傳動軸，該傳動軸接合到兩個或以上的鏡頭基板，所述傳動齒輪轉動將導致所述傳動軸轉動，從而推動所述兩個或以上的鏡頭基板，在一個平行於所述LED晶片基板的平面上移動。
  16. 如申請專利範圍第15項所述，其中所述兩個或以上的鏡頭基板，在一個平行於所述LED晶片基板的平面上移動時，當光束穿越所述鏡頭基板上的鏡頭後，匯聚成為單一的圓形光斑或分離成為多個圓形光斑。
  17. 如申請專利範圍第15項所述，其中所述照明燈包含兩個或以上的LED晶片在多個LED晶片基板上。
  18. 如申請專利範圍第15項所述，其中所述照明燈是用作 車頭燈。
  19. 如申請專利範圍第18項所述，其中所述照明燈發出的光的方向，可根據汽車的轉向方向而改變。
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