專利名稱：透鏡組可控led的制作方法
技術領域：
本發明涉及照明裝置領域，具體地，是一種發光源為發光二極管平面陣列的LED。
背景技術：
LED照明由于能耗小，亮度高，因此，在近年來得到了快速的發展，已逐漸普及至各種照明場所。LED的發光元件為發光二極管，由于單個發光二極管的亮度較為有限，因此通常LED照明裝置的發光部由大量的發光二級管陣列構成，并且以平面陣列最為常用。如圖I所示即為一個常見的LED燈頭，燈頭I前方為面板10，面板10上均布大量反光坑11，各反光坑12內設有一個發光二極管12，反光坑12可將發光二極管11的光芒反射成平行光，并向外發射，如圖I中虛線箭頭所示。對于該種LED，其存在的一個問題是，由于發光源為平面光源，因此無法采用傳統的方案，通過調節反光罩和光源的距離來調節LED的照明范圍，故而，目前具有較大照明亮度的LED，通常為固定式結構，無法調節照明范圍，對于一些改進的結構形式，亦只能粗糙地調節照明效果，而對于一些應用領域，如探照、娛樂等方面，通常需要燈頭可以靈活而準確地調節照明范圍，最典型的形式為，燈頭的投射光圈可由小到大隨意調節，對于這種情況，目前的LED照明裝置難以準確地實現。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的在于提供一種透鏡組可控LED，其不僅具有高強的照明亮度，并且可以根據需求精確地調節照明范圍，使LED的投射光圈由小到大靈活調節。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是該透鏡組可控LED包括燈頭，所述燈頭包括一個布滿反光坑的面板，各所述反光坑內設置一個發光二極管，所述反光坑將所述發光二極管發出的光反射成射向所述面板前方的平行光；
所述燈頭前方設有一個可控光學組件；該可控光學組件包括一個與所述燈頭固定連接且中軸線垂直于所述面板的固定套、一個與所述固定套套接且可沿固定套軸向滑動的調節套；所述固定套和調節套內分別固定有固定凸透鏡和調節凸透鏡，所述凸透鏡的設置位置滿足如下幾何條件所述調節套滑動至接近燈頭的極限位置時，所述調節凸透鏡的中心處于或接近所述固定凸透鏡的焦點處；所述調節套滑動至遠離燈頭的極限位置時，由所述燈頭發射的平行光經所述固定凸透鏡匯聚后又從焦點發散所形成的光照恰好覆蓋至所述調節凸透鏡的邊緣處；
所述可控光學組件還包括可驅動所述調節套沿所述固定套軸向滑動的驅動機構。作為優選，所述驅動機構包括設置于所述調節套外側的、沿調節套軸向的齒條；還包括與所述固定套相對固定的步進電機；所述步進電機的輸出端與所述齒條嚙合；作為該優選方式的進一步改進，所述齒條卡設于開設在所述固定套管壁上的滑槽內，以提高可控光學組件的結構穩定性。作為優選，所述調節凸透鏡的焦距滿足的幾何條件是所述調節套滑動至遠離燈頭的極限位置時，所述調節凸透鏡的中心與所述固定凸透鏡在調節凸透鏡側的焦點之間的距離，即為調節凸透鏡的焦距。作為優選，所述固定套和調節套均為圓筒形，它們的內表面均設有反射鏡面，以減少光能在可控光學組件內表面的損失。作為優選，所述固定凸透鏡在調節凸透鏡側的焦點處于所述固定套內部，且該焦點所在處的固定套的橫截面上設有一塊阻隔板，該阻隔板的中心開孔，孔徑尺寸為足以包容固定凸透鏡焦點的最小尺寸；并且，所述阻隔板向著所述調節凸透鏡側為光滑鏡面。作為優選，所述調節套的套壁卡設于開設在所述固定套的套壁中的配合槽內，以提高調節套和固定套之間的同軸度。本發明的有益效果在于由所述燈頭產生的LED平行光通過固定凸透鏡后，在所述可控光學組件內部匯聚，匯聚后在固定凸透鏡的焦點處呈錐狀向外輻射，由此，為所述調節凸透鏡的調節提供了條件，考慮到物理現象的連續性，為了便于分析，現僅考慮兩個極限位置，當調節凸透鏡處于接近燈頭側的極限位置時，調節凸透鏡的中心處于或臨近光錐頂點，此時以處于光錐頂點為近似，等效于點光源從調節凸透鏡中心發光，此時調節凸透鏡對該光錐基本無折射作用，光錐射遠后，其照明范圍極廣；當調節凸透鏡處于遠離燈頭側的極限位置時，光錐的橫截面覆蓋至調節凸透鏡的邊緣處，此時，調節凸透鏡將形成明顯的折射作用，最典型的，若調節凸透鏡采用優選方案中的焦距時，將產生新的平行光，且方向性極為精確，遠勝于由燈頭直接產生的平行光，由于燈頭的面板面積很小，因此，此時投射至外界區域的照明范圍接近于燈頭面板面積，形成極好的聚光效應；由此可見，該可控LED的照明范圍可在一個很大的范圍內精確而靈活地進行調節。
圖I是普通LED燈頭的立體示意圖。圖2是本透鏡組可控LED實施例一的結構示意圖。圖3是圖2的縱剖視圖。圖4是圖2實施例在第一極限狀態下的光路圖。圖5是圖2實施例在普通狀態下的光路圖。圖6是圖2實施例在第二極限狀態下的光路圖。圖7是本透鏡組可控LED實施例二的縱剖結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
實施例一
圖2、圖3所示為本發明的實施例一,在該實施例中,本透鏡組可控LED包括燈頭I,所述燈頭I的結構如圖I所示，包括一個布滿反光坑11的面板10，各所述反光坑11內設置一個發光二極管12，所述反光坑11將所述發光二極管12發出的光反射成射向所述面板10前方的平行光，如圖I中虛線方向所示；
所述燈頭I前方設有一個可控光學組件；該可控光學組件包括一個與所述燈頭I固定連接且中軸線垂直于所述面板10的固定套2、一個與所述固定套2套接且可沿固定套2軸向滑動的調節套3 ;所述固定套2和調節套3內分別固定有固定凸透鏡20和調節凸透鏡30，所述凸透鏡的設置位置滿足如下幾何條件所述調節套3滑動至接近燈頭I的極限位置時，所述調節凸透鏡30的中心處于或接近所述固定凸透鏡20的焦點處；所述調節套3滑動至遠離燈頭I的極限位置時，由所述燈頭I發射的平行光經所述固定凸透鏡20匯聚后又從焦點發散所形成的光照恰好覆蓋至所述調節凸透鏡30的邊緣處；具體而言，即所述調節套3在所述固定套2上滑動時，具有兩個極限位置，一個為接近燈頭I的極限位置，另一個則為遠離燈頭I的極限位置，在通常設置時，可先使所述固定凸透鏡20固定在固定套2內靠近燈頭一端，并且使該凸透鏡20的焦點處于固定套2另一端的端平面附近；所述調節凸透鏡30應當與固定凸透鏡20具有同一數量級的焦距，以保證可以對光線進行明顯地折射，為了盡可能提高調節范圍，使所述調節凸透鏡30固定在調節套3內遠離燈頭的一端，此時，為了在極限位置實現光照恰好覆蓋至所述調節凸透鏡30的邊緣處的要求，調節套3和固定套2的長度應當基本相等。需要指出的是，欲使所述調節套3滑動至接近燈頭I的極限位置時，所述調節凸透鏡30的中心恰好處于所述固定凸透鏡20的焦點處，考慮到結構關系，此時固定凸透鏡20的焦點需落于固定套2遠離燈頭一端的端面外側；若只需使所述調節凸透鏡30的中心處于所述固定凸透鏡20的焦點附近(該情況只對LED照明的可調節范圍造成較小的影響)，則也可以使固定凸透鏡20的焦點需落于固定套2遠離燈頭一端的端面處或端面內側，實施例I即是這種情況。所述可控光學組件還包括可驅動所述調節套3沿所述固定套2軸向滑動的驅動機構，如圖2所示，所述驅動機構包括設置于所述調節套3外側的、沿調節套軸向的齒條31 ；還包括與所述固定套2相對固定的步進電機4 ;所述步進電機4的輸出端與所述齒條31嚙合；所述齒條31卡設于開設在所述固定套2管壁上的滑槽內，以增加結構約束，提高可控光學組件的結構穩定性；所述驅動機構也可以采用本實施例外的其它常規措施，如普通數碼相機的伸縮頭驅動機構，此處不再贅述。在實施例一中，所述固定套2和調節套3之間的配合關系如圖3所示意，所述調節套3的套壁卡設于開設在所述固定套2的套壁中的配合槽21內，以提高調節套3和固定套2之間的同軸度。為了盡可能地提高可控LED照明的調節范圍，可進一步對所述調節凸透鏡30的焦距作出約束，如，所述調節套3滑動至遠離燈頭I的極限位置時，所述調節凸透鏡30的中心與所述固定凸透鏡20在調節凸透鏡30側的焦點之間的距離，為調節凸透鏡30的焦距，亦即，調節凸透鏡30與固定凸透鏡20的中心連線等于它們各自的焦距之和；該約束條件可以產生的作用是，該可控LED的照明范圍最小可調節至所述面板10的發光面積，其原理可參 考圖4中的光路。下面結合圖Γ圖6對實施例一的原理進行分析由所述燈頭I產生的LED平行光通過固定凸透鏡20后，在所述可控光學組件內部匯聚，匯聚后在固定凸透鏡20的焦點處呈錐狀向外輻射，如圖Γ圖6中虛線所示，由此，為所述調節凸透鏡30的調節提供了條件，考慮到物理現象的連續性，為了便于分析，現僅考慮兩個極限位置，當調節凸透鏡30處于接近燈頭側的極限位置時，即如圖6所示狀態，調節凸透鏡30的中心臨近光錐頂點，此時以處于光錐頂點為近似(由于物理現象的連續性，該近似所得到的結果與實際結果誤差較小)，此時，等效于點光源從調節凸透鏡30中心發光，此時調節凸透鏡30對該光錐基本無折射作用，光錐射遠后，其照明范圍極廣；當調節凸透鏡30處于遠離燈頭側的極限位置時，即如圖4所示狀態，光錐的橫截面覆蓋至調節凸透鏡30的邊緣處，此時，調節凸透鏡30將形成明顯的折射作用，將產生新的平行光，得到上段所述的照明范圍，由于燈頭I的面板10面積很小，因此，此時投射至外界區域的照明范圍接近于燈頭面板面積，形成極好的聚光效應且方向性極為精確，遠勝于由燈頭直接產生的平行光；當調節凸透鏡30處于上述兩個極限位置的中間位置時，則其照明范圍亦處于中間態，其示意如圖5所示；由此可見，該可控LED的照明范圍可在一個很大的范圍內精確而靈活地進行調節。另外，為了減少光能在可控光學組件內表面的損失，所述固定套2和調節套3的內表面均設有反射鏡面。
對于減少光能的損失，需要指出的是，即便在固定套2和調節套3內壁設置了反射鏡面，使光能最終均射向外部，但由于調節凸透鏡30表面的反射，有較多的光能會反射向固定凸透鏡20，并穿過固定凸透鏡20后射向燈頭1，再由燈頭面板重新反射，再次通過固定凸透鏡20、調節凸透鏡30，射向外部，此時，由于光線連續幾次穿過凸透鏡，已被大大削弱，為此，需減少光線在反射過程中反復穿過凸透鏡的次數，為此，本發明還提出了實施例二如圖7所示，其與實施例一的不同之處在于所述固定凸透鏡20在調節凸透鏡側的焦點處于所述固定套2的端面內側，且該焦點所在處的固定套2的橫截面上設有一塊阻隔板22，該阻隔板22的中心開孔，孔徑尺寸為足以包容固定凸透鏡20焦點的最小尺寸；并且，所述阻隔板22向著所述調節凸透鏡30側為光滑鏡面；由此，可知阻隔板22既不對從固定凸透鏡20射來的光構成遮擋，又可以使從調節凸透鏡30反射回來的光不穿過固定凸透鏡20而直接被反射向外部，而鏡面反射的光能損失幾乎為零，因此，可以消除因反射而產生的光能損失。 以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。權利要求
1.一種透鏡組可控LED，包括燈頭(I )，所述燈頭(I)包括一個布滿反光坑(11)的面板(10),各所述反光坑(11)內設置一個發光二極管(12)，所述反光坑(11)將所述發光二極管(12)發出的光反射成射向所述面板(10)前方的平行光； 其特征在于所述燈頭(I)前方設有一個可控光學組件；該可控光學組件包括一個與所述燈頭固定連接且中軸線垂直于所述面板的固定套(2)、一個與所述固定套(2)套接且可沿固定套軸向滑動的調節套(3);所述固定套(2)和調節套(3)內分別固定有固定凸透鏡(20)和調節凸透鏡(30)，所述凸透鏡的設置位置滿足如下幾何條件所述調節套(3)滑動至接近燈頭(I)的極限位置時，所述調節凸透鏡(30)的中心處于或接近所述固定凸透鏡(20)的焦點處；所述調節套(3)滑動至遠離燈頭的極限位置時，由所述燈頭(I)發射的平行光經所述固定凸透鏡(20)匯聚后又從焦點發散所形成的光照恰好覆蓋至所述調節凸透鏡(30)的邊緣處； 所述可控光學組件還包括可驅動所述調節套(3)沿所述固定套(2)軸向滑動的驅動機構。
2.根據權利要求I所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述驅動機構包括設置于所述調節套(3)外側的、沿調節套軸向的齒條(31);還包括與所述固定套(2)相對固定的步進電機(4);所述步進電機(4)的輸出端與所述齒條(31)嚙合。
3.根據權利要求2所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述齒條(31)卡設于開設在所述固定套(2)管壁上的滑槽內。
4.根據權利要求I所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述調節凸透鏡(30)的焦距滿足的幾何條件是所述調節套(3)滑動至遠離燈頭的極限位置時，所述調節凸透鏡(30)的中心與所述固定凸透鏡(20)在調節凸透鏡側的焦點之間的距離，為調節凸透鏡(30)的焦距。
5.根據權利要求I所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述固定套(2)和調節套(3)均為圓筒形，它們的內表面均設有反射鏡面。
6.根據權利要求I或4或5中任意一條所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述固定凸透鏡(20)在調節凸透鏡側的焦點處于所述固定套(2)內部，且該焦點所在處的固定套(2)的橫截面上設有一塊阻隔板(22)，該阻隔板(22)的中心開孔，孔徑尺寸為足以包容固定凸透鏡焦點的最小尺寸；并且，所述阻隔板(22)向著所述調節凸透鏡側為光滑鏡面。
7.根據權利要求I所述的透鏡組可控LED，其特征在于所述調節套(3)的套壁卡設于開設在所述固定套(2)的套壁中的配合槽內。
全文摘要
本發明提供一種透鏡組可控LED，包括燈頭，燈頭包括一個布滿反光坑的面板，各反光坑內設置一個發光二極管，反光坑將發光二極管發出的光反射成射向面板前方的平行光；燈頭前方設有一個可控光學組件，其包括一個與燈頭固定連接且中軸線垂直于面板的固定套、一個與固定套套接且可沿固定套軸向滑動的調節套；固定套和調節套內分別固定有固定凸透鏡和調節凸透鏡；所述可控光學組件還包括可驅動所述調節套沿所述固定套軸向滑動的驅動機構。該透鏡組可控LED不僅具有高強的照明亮度，并且可以根據需求精確地調節照明范圍，使LED的投射光圈由小到大靈活調節。
文檔編號F21Y101/02GK102705730SQ201210151719
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者馬根昌 申請人:蘇州市倫琴工業設計有限公司