一种LED可变角度准直发光系统的制作方法

本实用新型涉及一种LED发光系统，尤其涉及一种LED可变角度准直发光系统，可用于LED探照灯、搜索灯、手电筒、视频投影、汽车照明、直升机搜索照明、视频监控照明、反恐照明、激光武器等领域。

背景技术：

大功率LED照明零组件在成为照明产品前，一般要进行两次光学设计，一次光学设计以解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布、色温的范围与分布。二次光学设计则要将经过二次透镜后的光经过折射或反射后满足各个场合的照明要求。现有LED探照灯与搜索灯发光角度都在3度以上，即使小于3度，在3度范围内光通量小于10LM/W。短弧氙灯因焦点小能有效控制出光口径，但是光效过低，功率都在几千瓦，用于搜救LED探照灯。

目前的二次光学设计思路是对LED发出的光线进行准直，常用的形式包括曲面聚光杯(包括抛物面、球面、椭圆面、双曲面)和自由曲面透镜。单独使用聚光杯或自由曲面透镜会出现灯具过大，过重或光能利用率低的缺点，造成使用不便或增加制造成本。聚光杯无法对LED发射的小角度光线进行控制，而自由曲面透镜对大角度的光线控制能力差且存在材料吸收。现有技术电转准直光效率只有10％～20％，而且受制于光学扩展量定理，出光口径不受控。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种LED可变角度准直发光系统，能够将LED半球面光场的90％以上转化为准直光，有效控制出光口径，电转化为准直光效率达到40％以上。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种LED可变角度准直发光系统，包括LED铝基板，其中，所述LED铝基板上安装有LED垂直发光封装模块，所述LED垂直发光封装模块对出射光线进行一次配光后发出朗伯型光；所述LED垂直发光封装模块外设有聚光型透镜或反光碗，所述聚光型透镜或反光碗固定在透镜基座上，对经过光线进行二次配光后变成3°～120°角度可调出射光线；所述透镜基座安装在LED垂直发光封装模块上，所述聚光型透镜或反光碗外设有固定杯或灯罩，所述固定杯或灯罩内设有曲面透镜，所述曲面透镜对经过光线进行三次配光后变成准直光。

上述的LED可变角度准直发光系统，其中，所述LED垂直发光封装模块为单芯垂直结构发光蓝色芯片，所述发光蓝色芯片外设有平面型荧光粉结构，所述发光蓝色芯片的封胶层的折射率为95～99％。

上述的LED可变角度准直发光系统，其中，所述LED垂直发光封装模块通过防水接插件连接外置DC恒流驱动电源进行供电，所述LED垂直发光封装模块、LED铝基板及连接导线外覆盖有透明有机硅胶，所述透明有机硅胶的透光率为95％～98％。

上述的LED可变角度准直发光系统，其中，所述LED铝基板通过导热材料填充层固定贴敷在散热模块上，所述LED垂直发光封装模块中的LED芯片底部陶瓷基座或者金属基座紧贴LED铝基板，所述LED铝基板、散热模块和壳体四周的散热孔之间形成水平向外的热传输通道。

上述的LED可变角度准直发光系统，其中，所述曲面透镜为菲涅尔透镜，所述聚光型透镜采用全反射与折射结合方式进行二次配光，所述菲涅尔透镜的直径D和聚光型透镜的焦距H具有如下关系D＝2H*tanθ/2，θ为光线二次配光后的出射角度；所述菲涅尔透镜和调节柱相连，并通过调节柱的往复直线移动调节二次配光焦点与菲涅尔透镜的焦点相重合。

上述的LED可变角度准直发光系统，其中，所述调节柱的一端和菲涅尔透镜相连，另一端穿过散热模块与调节柱连接板进行连接，所述调节柱连接板中间开孔并与调焦手柄的螺杆连接，所述调焦手柄的螺杆上设有定位销和止动板，所述散热模块和止动板与灯具壳体进行连接。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的LED可变角度准直发光系统，通过设置LED垂直发光封装模块、聚光型透镜和菲涅尔透镜对光线进行三次配光，将LED半球面光场的90％以上转化为准直光，通过有效控制出光口径，电转化为准直光效率达到40％以上。

附图说明

图1为本实用新型LED可变角度准直发光系统结构示意图；

图2为本实用新型LED可变角度准直发光系统的分解结构示意图；

图3为本实用新型LED可变角度准直发光系统的剖面结构示意图；

图4a、4b为本实用新型LED可变角度准直发光系统的发光线路示意图；

图5为本实用新型LED可变角度准直发光系统的多模组结构示意图。

图中：

1固定杯 2菲涅尔透镜 3聚光型透镜

4LED垂直发光封装模块 5透镜基座 6LED铝基板

7散热模块 8调节柱 9调节柱连接板

10定位销 11止动板 12调焦手柄

13灯具壳体

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型LED可变角度准直发光系统结构示意图；图2为本实用新型LED可变角度准直发光系统的分解结构示意图；图3为本实用新型LED可变角度准直发光系统的剖面结构示意图。

请参见图1，图2和图3，本实用新型提供的LED可变角度准直发光系统，包括LED铝基板6、LED垂直发光封装模块4、聚光型透镜3、菲涅尔透镜2和调焦手柄12等部件，其中，所述LED垂直发光封装模块4采用垂直结构芯片(正面出光)，涂覆荧光粉后，通过高折射率封胶后，一次配光：出光效率接近100％，发出朗伯型光(120°)；所述LED垂直发光封装模块4焊接在LED铝基板6，所述LED垂直发光封装模块4外设有聚光型透镜3，所述聚光型透镜3将光经过进行折射与全反射角度变成3°～120°，出光效率大于95％；所述聚光型透镜3安装在透镜基座5上，所述透镜基座5安装在LED垂直发光封装模块4上，所述聚光型透镜3外设有固定杯1，所述固定杯1内设有菲涅尔透镜2，光经过菲涅尔透镜2变成准直光，出光效率达到98％以上。

本实用新型提供的可变角度准直发光系统，所述散热模块7通过锻造或者挤压成形，所述LED铝基板6通过导热材料填充层固定贴敷在散热模块7上，可以保证良好的散热；所述散热模块7不限于方形、长方形、多边形等形式，正面有三个通孔用于安装调节柱8。

本实用新型提供的可变角度准直发光系统，所述菲涅尔透镜2上有三个螺纹孔，所述调节柱8通过螺纹与菲涅尔透镜2进行连接，三个调节柱8穿过散热模块7对应的三个通孔与调节柱连接板9进行连接，所述调节柱连接板9上有对应的四个螺纹孔，其中三个螺纹孔与散热模块7上的螺纹孔对称，中间的螺纹孔与调焦手柄12的螺杆连接，所述的调焦手柄12上有螺杆，螺杆上有两个通孔，所述定位销10安装在调焦手柄12通孔处，所述的止动板11中间有个通孔，所述的止动板11安装在调焦手柄12两个通孔中间，用定位销10进行固定限位。散热模块7和止动板11与灯具壳体13进行连接。

本实用新型提供的可变角度准直发光系统，所述调焦手柄12通过旋转使螺杆进行旋转，调焦手柄12上的螺杆中的螺纹与调节柱连接板9的螺纹连接，由于调焦手柄12上有两个定位销10和止动板11，导致调焦手柄12的螺杆在旋转中，定位销10和止动板11不能进行旋转移动。当调焦手柄12旋转调节时，使调节柱连接板9进行往复直线移动，调节柱连接板9上的三个调节柱8也随着做往复直线移动，由于调节柱8连接着菲涅尔透镜2，从而实现了调节菲涅尔透镜2的位置，控制聚光型透镜3二次配光系统焦点与菲涅尔透镜2焦点之间距离，使出射光从准直光到10°以下小角度可调。

请继续参见图图4a和图4b，本实用新型提供的可变角度准直发光系统，LED垂直发光封装模块4(正面出光)，涂覆荧光粉后，通过高折射率封胶后，一次配光：出光效率接近100％，发出朗伯型光(近似120°)；二次配光：光经过不同角度聚光型透镜3进行折射与全反射角度变成3°～120°出光效率大于95％；三次配光：光经过菲涅尔透镜2变成准直光，出光效率达到98％以上。同时根据等腰三角型定理有效控制菲涅尔透镜2直径(等腰三角形底边，焦距为等腰三角行对应底边的高)大小，发光角度与菲涅尔透镜2焦距决定菲涅尔透镜2大小的直径，焦距固定时：二次配光角度越小对应菲涅尔透镜2直径越小。以上系统有效解决LED准直光实现的部分，突破光学扩展量理论与LED不能做光准直光源的产业瓶颈。三次配光时通过调整菲涅尔透镜2前后位置，改变透镜焦点位置，进行出光角度从准直光到10°出光角度调整，满足准直光需求各领域应用，本实用新型可以将LED半球面光场的90％以上转化为准直光，有效控制出光口径，电转化为准直光效率达到40％以上，准直光效率大于100Lm/W。

在菲涅尔透镜2选择中，根据二次配光的角度，与菲涅尔透镜2的焦距，根据等腰三角形的定理，计算出所需菲涅耳透镜直径D＝2H*tanθ/2。出光口直径(菲涅尔透镜2直径D)取决与所选择透镜的焦距与二次配光角度大小，能够有效控制在一定范围内，突破光学扩展量定理。二次配光系统焦点与菲涅尔透镜2焦点重合时，就会将LED光转化为准直光，通过上述系统，LED发射光通量通过第二次配光与第三次配光，经过合适出光口的内出射的准直光将达到90％以上；大幅度降低灯具功率。更加绿色低碳环保。准直光光通量理论计算见如下公式：

理论计算：

通过对上述准直光系统进行阵列设计布置成灯具照明所需模组。根据不同需求设计不同形状，出光口径可以控制有效满足各种实际灯具尺寸需求。本实用新型的LED垂直发光封装模块采用阵列化设计，有效控制尺寸大小，从而实现大功率级别产品设计制造。热通道通过LED垂直发光封装模块4中的LED芯片底部陶瓷基座或者金属基座进行传递热量，由于底部的陶瓷基座或金属基座紧贴LED铝基板6，通过LED铝基板6将热量传递到散热模块7，最后散热模块7通过壳体13将热量传递空气中，由于壳体13上有四周有很多散热孔，散热模块7与止动板11中间相距一定距离，从而保证了散热模块7将热量通过壳体四周散热孔排出，从而实现了热通道的传输。

本实用新型通过对光源模具电路板进行透明硅胶覆盖，满足特种市场防爆、防水需求。可以简化各种防爆型、防水型灯具需求。具体来说，LED垂直发光封装模块4、LED铝基板6及连接导线采用透明有机硅胶覆盖，透明有机硅胶透光率在95％～98％，有效解决防水难做问题，有效达到IP68防护等级。

本实用新型通过调焦手柄12调节菲涅尔透镜2位置，控制二次配光系统焦点与菲涅尔透镜2焦点之间距离，使出射光从准直光到10°以下小角度可调，满足各种实际应用的需要。

本实用新型对白光单芯片准直光技术做了详细说明，但是不能限定本实用新型的范围。所有依据本实用新型精神做的修改与变化：如白光改成单色光，其他角度LED光源，聚光型透镜3换成反光碗，菲涅尔透镜2换成其他曲面透镜，多芯片，非垂直芯片等。

本实用新型的LED可变角度准直发光系统，采用外置电源，外置DC恒流驱动电源与LED垂直发光封装模块4通过防水接插件连接进行供电，从而实现光源的热通道与电源的热通道实现有效的分离。如图5所示，光通道垂直向上，热通道水平向外，光、电、热通道有效分离。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。