本發(fā)明涉及一種led發(fā)光系統(tǒng)，尤其涉及一種led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，可用于led探照燈、搜索燈、手電筒、視頻投影、汽車照明、直升機搜索照明、視頻監(jiān)控照明、反恐照明、激光武器等領域。

背景技術(shù)：

大功率led照明零組件在成為照明產(chǎn)品前，一般要進行兩次光學設計，一次光學設計以解決led的出光角度、光強、光通量大小、光強分布、色溫的范圍與分布。二次光學設計則要將經(jīng)過二次透鏡后的光經(jīng)過折射或反射后滿足各個場合的照明要求。現(xiàn)有l(wèi)ed探照燈與搜索燈發(fā)光角度都在3度以上，即使小于3度，在3度范圍內(nèi)光通量小于10lm/w。短弧氙燈因焦點小能有效控制出光口徑，但是光效過低，功率都在幾千瓦，用于搜救led探照燈。

目前的二次光學設計思路是對led發(fā)出的光線進行準直，常用的形式包括曲面聚光杯(包括拋物面、球面、橢圓面、雙曲面)和自由曲面透鏡。單獨使用聚光杯或自由曲面透鏡會出現(xiàn)燈具過大，過重或光能利用率低的缺點，造成使用不便或增加制造成本。聚光杯無法對led發(fā)射的小角度光線進行控制，而自由曲面透鏡對大角度的光線控制能力差且存在材料吸收?，F(xiàn)有技術(shù)電轉(zhuǎn)準直光效率只有10％～20％，而且受制于光學擴展量定理，出光口徑不受控。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，能夠?qū)ed半球面光場的90％以上轉(zhuǎn)化為準直光，有效控制出光口徑，電轉(zhuǎn)化為準直光效率達到40％以上。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，包括led鋁基板，其中，所述led鋁基板上安裝有l(wèi)ed垂直發(fā)光封裝模塊，所述led垂直發(fā)光封裝模塊對出射光線進行一次配光后發(fā)出朗伯型光；所述led垂直發(fā)光封裝模塊外設有聚光型透鏡或反光碗，所述聚光型透鏡或反光碗固定在透鏡基座上，對經(jīng)過光線進行二次配光后變成3°～120°角度可調(diào)出射光線；所述透鏡基座安裝在led垂直發(fā)光封裝模塊上，所述聚光型透鏡或反光碗外設有固定杯或燈罩，所述固定杯或燈罩內(nèi)設有曲面透鏡，所述曲面透鏡對經(jīng)過光線進行三次配光后變成準直光。

上述的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述led垂直發(fā)光封裝模塊為單芯垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光藍色芯片，所述發(fā)光藍色芯片外設有平面型熒光粉結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光藍色芯片的封膠層的折射率為95～99％。

上述的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述led垂直發(fā)光封裝模塊通過防水接插件連接外置dc恒流驅(qū)動電源進行供電，所述led垂直發(fā)光封裝模塊、led鋁基板及連接導線外覆蓋有透明有機硅膠，所述透明有機硅膠的透光率為95％～98％。

上述的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述led鋁基板通過導熱材料填充層固定貼敷在散熱模塊上，所述led垂直發(fā)光封裝模塊中的led芯片底部陶瓷基座或者金屬基座緊貼led鋁基板，所述led鋁基板、散熱模塊和殼體四周的散熱孔之間形成水平向外的熱傳輸通道。

上述的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述曲面透鏡為菲涅爾透鏡，所述聚光型透鏡采用全反射與折射結(jié)合方式進行二次配光，所述菲涅爾透鏡的直徑d和聚光型透鏡的焦距h具有如下關系d＝2h*tanθ/2，θ為光線二次配光后的出射角度；所述菲涅爾透鏡和調(diào)節(jié)柱相連，并通過調(diào)節(jié)柱的往復直線移動調(diào)節(jié)二次配光焦點與菲涅爾透鏡的焦點相重合。

上述的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，其中，所述調(diào)節(jié)柱的一端和菲涅爾透鏡相連，另一端穿過散熱模塊與調(diào)節(jié)柱連接板進行連接，所述調(diào)節(jié)柱連接板中間開孔并與調(diào)焦手柄的螺桿連接，所述調(diào)焦手柄的螺桿上設有定位銷和止動板，所述散熱模塊和止動板與燈具殼體進行連接。

本發(fā)明對比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果：本發(fā)明提供的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，通過設置led垂直發(fā)光封裝模塊、聚光型透鏡和菲涅爾透鏡對光線進行三次配光，將led半球面光場的90％以上轉(zhuǎn)化為準直光，通過有效控制出光口徑，電轉(zhuǎn)化為準直光效率達到40％以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a、4b為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的發(fā)光線路示意圖；

圖5為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的多模組結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1固定杯2菲涅爾透鏡3聚光型透鏡

4led垂直發(fā)光封裝模塊5透鏡基座6led鋁基板

7散熱模塊8調(diào)節(jié)柱9調(diào)節(jié)柱連接板

10定位銷11止動板12調(diào)焦手柄

13燈具殼體

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

圖1為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的分解結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

請參見圖1，圖2和圖3，本發(fā)明提供的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，包括led鋁基板6、led垂直發(fā)光封裝模塊4、聚光型透鏡3、菲涅爾透鏡2和調(diào)焦手柄12等部件，其中，所述led垂直發(fā)光封裝模塊4采用垂直結(jié)構(gòu)芯片(正面出光)，涂覆熒光粉后，通過高折射率封膠后，一次配光：出光效率接近100％，發(fā)出朗伯型光(120°)；所述led垂直發(fā)光封裝模塊4焊接在led鋁基板6，所述led垂直發(fā)光封裝模塊4外設有聚光型透鏡3，所述聚光型透鏡3將光經(jīng)過進行折射與全反射角度變成3°～120°，出光效率大于95％；所述聚光型透鏡3安裝在透鏡基座5上，所述透鏡基座5安裝在led垂直發(fā)光封裝模塊4上，所述聚光型透鏡3外設有固定杯1，所述固定杯1內(nèi)設有菲涅爾透鏡2，光經(jīng)過菲涅爾透鏡2變成準直光，出光效率達到98％以上。

本發(fā)明提供的可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，所述散熱模塊7通過鍛造或者擠壓成形，所述led鋁基板6通過導熱材料填充層固定貼敷在散熱模塊7上，可以保證良好的散熱；所述散熱模塊7不限于方形、長方形、多邊形等形式，正面有三個通孔用于安裝調(diào)節(jié)柱8。

本發(fā)明提供的可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，所述菲涅爾透鏡2上有三個螺紋孔，所述調(diào)節(jié)柱8通過螺紋與菲涅爾透鏡2進行連接，三個調(diào)節(jié)柱8穿過散熱模塊7對應的三個通孔與調(diào)節(jié)柱連接板9進行連接，所述調(diào)節(jié)柱連接板9上有對應的四個螺紋孔，其中三個螺紋孔與散熱模塊7上的螺紋孔對稱，中間的螺紋孔與調(diào)焦手柄12的螺桿連接，所述的調(diào)焦手柄12上有螺桿，螺桿上有兩個通孔，所述定位銷10安裝在調(diào)焦手柄12通孔處，所述的止動板11中間有個通孔，所述的止動板11安裝在調(diào)焦手柄12兩個通孔中間，用定位銷10進行固定限位。散熱模塊7和止動板11與燈具殼體13進行連接。

本發(fā)明提供的可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，所述調(diào)焦手柄12通過旋轉(zhuǎn)使螺桿進行旋轉(zhuǎn)，調(diào)焦手柄12上的螺桿中的螺紋與調(diào)節(jié)柱連接板9的螺紋連接，由于調(diào)焦手柄12上有兩個定位銷10和止動板11，導致調(diào)焦手柄12的螺桿在旋轉(zhuǎn)中，定位銷10和止動板11不能進行旋轉(zhuǎn)移動。當調(diào)焦手柄12旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)時，使調(diào)節(jié)柱連接板9進行往復直線移動，調(diào)節(jié)柱連接板9上的三個調(diào)節(jié)柱8也隨著做往復直線移動，由于調(diào)節(jié)柱8連接著菲涅爾透鏡2，從而實現(xiàn)了調(diào)節(jié)菲涅爾透鏡2的位置，控制聚光型透鏡3二次配光系統(tǒng)焦點與菲涅爾透鏡2焦點之間距離，使出射光從準直光到10°以下小角度可調(diào)。

請繼續(xù)參見圖圖4a和圖4b，本發(fā)明提供的可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，led垂直發(fā)光封裝模塊4(正面出光)，涂覆熒光粉后，通過高折射率封膠后，一次配光：出光效率接近100％，發(fā)出朗伯型光(近似120°)；二次配光：光經(jīng)過不同角度聚光型透鏡3進行折射與全反射角度變成3°～120°出光效率大于95％；三次配光：光經(jīng)過菲涅爾透鏡2變成準直光，出光效率達到98％以上。同時根據(jù)等腰三角型定理有效控制菲涅爾透鏡2直徑(等腰三角形底邊，焦距為等腰三角行對應底邊的高)大小，發(fā)光角度與菲涅爾透鏡2焦距決定菲涅爾透鏡2大小的直徑，焦距固定時：二次配光角度越小對應菲涅爾透鏡2直徑越小。以上系統(tǒng)有效解決led準直光實現(xiàn)的部分，突破光學擴展量理論與led不能做光準直光源的產(chǎn)業(yè)瓶頸。三次配光時通過調(diào)整菲涅爾透鏡2前后位置，改變透鏡焦點位置，進行出光角度從準直光到10°出光角度調(diào)整，滿足準直光需求各領域應用，本發(fā)明可以將led半球面光場的90％以上轉(zhuǎn)化為準直光，有效控制出光口徑，電轉(zhuǎn)化為準直光效率達到40％以上，準直光效率大于100lm/w。

在菲涅爾透鏡2選擇中，根據(jù)二次配光的角度，與菲涅爾透鏡2的焦距，根據(jù)等腰三角形的定理，計算出所需菲涅耳透鏡直徑d＝2h*tanθ/2。出光口直徑(菲涅爾透鏡2直徑d)取決與所選擇透鏡的焦距與二次配光角度大小，能夠有效控制在一定范圍內(nèi)，突破光學擴展量定理。二次配光系統(tǒng)焦點與菲涅爾透鏡2焦點重合時，就會將led光轉(zhuǎn)化為準直光，通過上述系統(tǒng)，led發(fā)射光通量通過第二次配光與第三次配光，經(jīng)過合適出光口的內(nèi)出射的準直光將達到90％以上；大幅度降低燈具功率。更加綠色低碳環(huán)保。準直光光通量理論計算見如下公式：

理論計算：＝聚光型透鏡效率*菲涅爾透鏡效率

通過對上述準直光系統(tǒng)進行陣列設計布置成燈具照明所需模組。根據(jù)不同需求設計不同形狀，出光口徑可以控制有效滿足各種實際燈具尺寸需求。本發(fā)明的led垂直發(fā)光封裝模塊采用陣列化設計，有效控制尺寸大小，從而實現(xiàn)大功率級別產(chǎn)品設計制造。熱通道通過led垂直發(fā)光封裝模塊4中的led芯片底部陶瓷基座或者金屬基座進行傳遞熱量，由于底部的陶瓷基座或金屬基座緊貼led鋁基板6，通過led鋁基板6將熱量傳遞到散熱模塊7，最后散熱模塊7通過殼體13將熱量傳遞空氣中，由于殼體13上有四周有很多散熱孔，散熱模塊7與止動板11中間相距一定距離，從而保證了散熱模塊7將熱量通過殼體四周散熱孔排出，從而實現(xiàn)了熱通道的傳輸。

本發(fā)明通過對光源模具電路板進行透明硅膠覆蓋，滿足特種市場防爆、防水需求?？梢院喕鞣N防爆型、防水型燈具需求。具體來說，led垂直發(fā)光封裝模塊4、led鋁基板6及連接導線采用透明有機硅膠覆蓋，透明有機硅膠透光率在95％～98％，有效解決防水難做問題，有效達到ip68防護等級。

本發(fā)明通過調(diào)焦手柄12調(diào)節(jié)菲涅爾透鏡2位置，控制二次配光系統(tǒng)焦點與菲涅爾透鏡2焦點之間距離，使出射光從準直光到10°以下小角度可調(diào)，滿足各種實際應用的需要。

本發(fā)明對白光單芯片準直光技術(shù)做了詳細說明，但是不能限定本發(fā)明的范圍。所有依據(jù)本發(fā)明精神做的修改與變化：如白光改成單色光，其他角度led光源，聚光型透鏡3換成反光碗，菲涅爾透鏡2換成其他曲面透鏡，多芯片，非垂直芯片等。

本發(fā)明的led可變角度準直發(fā)光系統(tǒng)，采用外置電源，外置dc恒流驅(qū)動電源與led垂直發(fā)光封裝模塊4通過防水接插件連接進行供電，從而實現(xiàn)光源的熱通道與電源的熱通道實現(xiàn)有效的分離。如圖5所示，光通道垂直向上，熱通道水平向外，光、電、熱通道有效分離。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的修改和完善，因此本發(fā)明的保護范圍當以權(quán)利要求書所界定的為準。