一種大功率led偏置式遠程照明高效全光組合反射器具的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種大功率LED偏置式遠程照明高效全光組合反射器具，即把光 能遠距離投射所必須的反射器具，其聚光程度高，投射距離遠，用于探照燈和火車頭燈以及 艦船等遠距離搜索照明場所。
【背景技術】
[0002] LED是一種節能減排的新型光源，在泛光照明領域得到了廣泛的推廣運用，但在聚 光遠程投射照明方面則顯得不足。這些不足的原因歸結起來有兩種：一是LED單粒功率不 夠高，不可能像高壓氣體放電燈泡那樣用單一的反射器就可以進行遠距離投送，因此目前， 只能采取多粒反射組合的方式，即：把單粒LED光用單元反射器反射成一束，再把多束光組 合起來進行傳輸。雖然COB可以做到數百瓦，但由于發光面積大，沒有明顯的聚光點，無論 采取什么方式都無法把光能量遠距離投射；二是沒有合理的光能量投射器具把多粒較大功 率的LED光能組合起來投射出去。
[0003] 目前的光能量投射器分為兩種，即拋物曲面反射器和凸鏡聚光器，均存在投射效 果不高的缺點。圖1是拋物曲面反射器光能反射示意圖，圖2是凸鏡聚光器的聚光示意圖。 他們共同的缺陷是，LED的光能量沒有全部轉換為平行光投射出去，拋物曲面反射器從拋物 曲面的LED發光點至反射器口部兩連線間所夾的立體角0部分光能沒有得到反射而散射 浪費了，凸鏡邊緣與LED光出角邊線旋轉角之間夾角d的光能部分沒有聚集而散射浪費了； 拋物曲面反射器要反射更多的光能，反射器就必須做得大而深，但反射出來的光束直徑01 也顯得偏大；同樣，凸鏡聚光器要聚集更多的光能也必須加大凸鏡直徑，聚集的光束直徑 02也會顯得大，光束直徑大則光強降低；將這些單元的投射器組合排列成一個整體的大功 率LED遠程照明器具，由于上述結構的缺陷，這些光束不能密集的聚集在一起，且單元光束 的直徑0越大，被組合成的整體發光光束面積相應加大，光強降低，難以把光能量投射到更 遠的目的地，同時照明器具結構也會做得較為龐大。
【發明內容】
[0004] 本實用新型的目的在于，提供一種大功率LED偏置式遠程照明高效全光組合反射 器具，提高光能量利用率，滿足火車頭燈及艦船類遠程搜索照明探照燈的需要，把LED這種 新型照明光源更好的推進到聚光遠程照明領域，取代高壓氣體放電燈，消滅汞污染，降低 能源消耗，實現綠色節能照明。
[0005] 本實用新型的技術方案是：一種大功率LED偏置式遠程照明高效全光組合反射器 具，應用光反射原理，選用大功率高亮度小光出角LED白光光源，使用光源LED偏置式設計， 采用多個局部拋物曲面單元組合反射體反光并實現全光反射，從而達到本實用新型的構 想。所述光源LED偏置式設計，系利用一種偏置板將LED光源偏置安裝，使LED光的中心軸 線H與拋物曲面的幾何中心軸線X間形成一個夾角，即偏置角y，從而改變傳統設計中光中 心軸與拋物曲面幾何中心軸重合的方法，使LED光反射得到改進；所述全光反射，即通過光 源LED偏置式設計，將LED光源發出的光全部投放到反射體的拋物曲面上，經拋物曲面全部 反射出去，形成一束圓形平行光束，從而實現光能充分利用。
[0006] 本實用新型結構如圖3和圖4所示，主要包括固定板5,用于安裝固定內反射體4， 外反射體3和外偏置板2,內偏置板7 ;螺釘6用于固定內外反射體用；其特征在于：還包括 LED光源1，是大功率高亮度小光出角的LED白光光源，共有（N+n)個，通過外偏置板2和內 偏置板7固定在外反射體3和內反射體4的N個拋物曲面單元和n個拋物曲面單元的焦點 上；外反射體3和內反射體4所組成的組合反射體，如圖5、圖6、圖7所示，由鋁或耐高溫塑 料材質制成，其反射面涂鍍高反射物質，外反射體3和內反射體4分別具有N個和n個周向 密集排列的局部拋物曲面單元，用于把位于其焦點上的LED光源發出的光全部反射出去， 組合反射體用螺釘安裝固定于固定板5上；外偏置板2和內偏置板4用鋁材質制成，各由N 邊形和n邊形的多邊形體構成，按周向輻射狀排列，分別與外反射體3和內反射體4的N個 和n個拋物曲面單元在俯視圖上位于同一角度，其多邊形體對應組合反射體拋物曲面單元 的一側，安裝固定LED光源，并在安裝LED光源后使LED光源的光出角的中心軸線與對應拋 物曲面單元的幾何中心軸線之間形成一個偏置角y，外偏置板2和內偏置板7內部設置通 水冷卻水套，也安裝固定在固定板5上。
[0007] 所述外反射體3和內反射體4上按周向密集排列的N個和n個局部拋物曲面單元， 其拋物曲面的幾何中心軸必須在空間相互平行，從而實現反射體各拋物曲面單元所有反射 的光都集中平行射出，達到本實用新型的最理想效果。
[0008] 所述外偏置板2和內偏置板7,其N邊形體和n邊形體對應組合反射體拋物曲面單 元的豎向一側制成一定角度，使安裝LED光源后形成設定的偏置角Y，且設定的偏置角Y 保障LED光源光出角a的兩邊落在反射體拋物曲面上而實現全反射，并得到反射出直徑 為0的平行光束。
[0009] 圖8-10是本實用新型內、外反射體的局部拋物曲面單元反射光路原理示意圖，圖 8是主視圖，圖9是俯視圖，圖10是側視圖，將LED的發光點置于拋物曲面的焦點上，并使光 出角為a的LED光源中心軸H和拋物曲面的回轉中心軸X呈一夾角Y，即是本實用新型所 述的偏置角，LED發出的所有的光都投射在拋物曲面上，根據拋物曲面的光學性質，從焦點 發出的光線都會被反射成與拋物曲面的回轉軸心線X平行的光線，由于LED光源發出的光 線全都經過拋物曲面得到了反射，所以稱為全反射。a是LED的光出角，根據幾何作圖或三 維模擬以及實驗結果，在全反射的條件下，經拋物曲面反射出來的光束是一圓形的光束。當 拋物曲面的焦距和LED的光出角a確定后，這個圓形光束的直徑由LED的偏置角Y所決 定，我們需要控制的這個光束直徑巾可以由下列數學式解出，其式中標識詳見圖11。
[0010] 設：Ql (XI，Yl)是LED光線照射在拋物曲面剖切線上的最上邊緣的一點，Q2(X2， Y2)是LED光線照射在拋物曲面剖切線上的最下邊緣的一點，拋物曲面的頂點為（0,0)， F是拋物曲面的焦距，P為拋物線的準線，M(F，0)是拋物面焦點，a是LED光出角，Y是 LED光中心軸與拋物曲面幾何中心軸間的夾角，即偏置角，L是準線P到Ql的距離，根據拋 物線的定義，L = MQl = Yl/sin( y - a /2) = 2F+〔Yl/sin( y - a /2)〕cos ( y - a /2)，那 么：Yl = 2F sin ( y - a /2) /〔 1-cos ( y - a /2)〕......I)，同理：Y2 = 2F sin ( y + a /2) /〔 l-cos(y + a/2))……2)，從解析圖看出，光束直徑0=Y1-Y2,將上式I)和2)帶入整理得： 0=2F{sin〇y-〇:/2) / (I- cosCy-〇(/2)) - sinCy+a/2) / (I- cos(*y+a/2)}，由此 可見，通過反射得到的是一束圓形平行光束，其光束直徑0等于光源LED投射到拋物曲面上 邊緣兩點％和Q 2上的縱坐標Y :和Y