一种大功率led偏置式远程照明高效全光组合反射器具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种大功率LED偏置式远程照明高效全光组合反射器具，即把光 能远距离投射所必须的反射器具，其聚光程度高，投射距离远，用于探照灯和火车头灯以及 舰船等远距离搜索照明场所。
【背景技术】
[0002] LED是一种节能减排的新型光源，在泛光照明领域得到了广泛的推广运用，但在聚 光远程投射照明方面则显得不足。这些不足的原因归结起来有两种：一是LED单粒功率不 够高，不可能像高压气体放电灯泡那样用单一的反射器就可以进行远距离投送，因此目前， 只能采取多粒反射组合的方式，即：把单粒LED光用单元反射器反射成一束，再把多束光组 合起来进行传输。虽然COB可以做到数百瓦，但由于发光面积大，没有明显的聚光点，无论 采取什么方式都无法把光能量远距离投射；二是没有合理的光能量投射器具把多粒较大功 率的LED光能组合起来投射出去。
[0003] 目前的光能量投射器分为两种，即抛物曲面反射器和凸镜聚光器，均存在投射效 果不高的缺点。图1是抛物曲面反射器光能反射示意图，图2是凸镜聚光器的聚光示意图。 他们共同的缺陷是，LED的光能量没有全部转换为平行光投射出去，抛物曲面反射器从抛物 曲面的LED发光点至反射器口部两连线间所夹的立体角0部分光能没有得到反射而散射 浪费了，凸镜边缘与LED光出角边线旋转角之间夹角d的光能部分没有聚集而散射浪费了； 抛物曲面反射器要反射更多的光能，反射器就必须做得大而深，但反射出来的光束直径01 也显得偏大；同样，凸镜聚光器要聚集更多的光能也必须加大凸镜直径，聚集的光束直径 02也会显得大，光束直径大则光强降低；将这些单元的投射器组合排列成一个整体的大功 率LED远程照明器具，由于上述结构的缺陷，这些光束不能密集的聚集在一起，且单元光束 的直径0越大，被组合成的整体发光光束面积相应加大，光强降低，难以把光能量投射到更 远的目的地，同时照明器具结构也会做得较为庞大。
【发明内容】
[0004] 本实用新型的目的在于，提供一种大功率LED偏置式远程照明高效全光组合反射 器具，提高光能量利用率，满足火车头灯及舰船类远程搜索照明探照灯的需要，把LED这种 新型照明光源更好的推进到聚光远程照明领域，取代高压气体放电灯，消灭汞污染，降低 能源消耗，实现绿色节能照明。
[0005] 本实用新型的技术方案是：一种大功率LED偏置式远程照明高效全光组合反射器 具，应用光反射原理，选用大功率高亮度小光出角LED白光光源，使用光源LED偏置式设计， 采用多个局部抛物曲面单元组合反射体反光并实现全光反射，从而达到本实用新型的构 想。所述光源LED偏置式设计，系利用一种偏置板将LED光源偏置安装，使LED光的中心轴 线H与抛物曲面的几何中心轴线X间形成一个夹角，即偏置角y，从而改变传统设计中光中 心轴与抛物曲面几何中心轴重合的方法，使LED光反射得到改进；所述全光反射，即通过光 源LED偏置式设计，将LED光源发出的光全部投放到反射体的抛物曲面上，经抛物曲面全部 反射出去，形成一束圆形平行光束，从而实现光能充分利用。
[0006] 本实用新型结构如图3和图4所示，主要包括固定板5,用于安装固定内反射体4， 外反射体3和外偏置板2,内偏置板7 ;螺钉6用于固定内外反射体用；其特征在于：还包括 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)个，通过外偏置板2和内 偏置板7固定在外反射体3和内反射体4的N个抛物曲面单元和n个抛物曲面单元的焦点 上；外反射体3和内反射体4所组成的组合反射体，如图5、图6、图7所示，由铝或耐高温塑 料材质制成，其反射面涂镀高反射物质，外反射体3和内反射体4分别具有N个和n个周向 密集排列的局部抛物曲面单元，用于把位于其焦点上的LED光源发出的光全部反射出去， 组合反射体用螺钉安装固定于固定板5上；外偏置板2和内偏置板4用铝材质制成，各由N 边形和n边形的多边形体构成，按周向辐射状排列，分别与外反射体3和内反射体4的N个 和n个抛物曲面单元在俯视图上位于同一角度，其多边形体对应组合反射体抛物曲面单元 的一侧，安装固定LED光源，并在安装LED光源后使LED光源的光出角的中心轴线与对应抛 物曲面单元的几何中心轴线之间形成一个偏置角y，外偏置板2和内偏置板7内部设置通 水冷却水套，也安装固定在固定板5上。
[0007] 所述外反射体3和内反射体4上按周向密集排列的N个和n个局部抛物曲面单元， 其抛物曲面的几何中心轴必须在空间相互平行，从而实现反射体各抛物曲面单元所有反射 的光都集中平行射出，达到本实用新型的最理想效果。
[0008] 所述外偏置板2和内偏置板7,其N边形体和n边形体对应组合反射体抛物曲面单 元的竖向一侧制成一定角度，使安装LED光源后形成设定的偏置角Y，且设定的偏置角Y 保障LED光源光出角a的两边落在反射体抛物曲面上而实现全反射，并得到反射出直径 为0的平行光束。
[0009] 图8-10是本实用新型内、外反射体的局部抛物曲面单元反射光路原理示意图，图 8是主视图，图9是俯视图，图10是侧视图，将LED的发光点置于抛物曲面的焦点上，并使光 出角为a的LED光源中心轴H和抛物曲面的回转中心轴X呈一夹角Y，即是本实用新型所 述的偏置角，LED发出的所有的光都投射在抛物曲面上，根据抛物曲面的光学性质，从焦点 发出的光线都会被反射成与抛物曲面的回转轴心线X平行的光线，由于LED光源发出的光 线全都经过抛物曲面得到了反射，所以称为全反射。a是LED的光出角，根据几何作图或三 维模拟以及实验结果，在全反射的条件下，经抛物曲面反射出来的光束是一圆形的光束。当 抛物曲面的焦距和LED的光出角a确定后，这个圆形光束的直径由LED的偏置角Y所决 定，我们需要控制的这个光束直径巾可以由下列数学式解出，其式中标识详见图11。
[0010] 设：Ql (XI，Yl)是LED光线照射在抛物曲面剖切线上的最上边缘的一点，Q2(X2， Y2)是LED光线照射在抛物曲面剖切线上的最下边缘的一点，抛物曲面的顶点为（0,0)， F是抛物曲面的焦距，P为抛物线的准线，M(F，0)是抛物面焦点，a是LED光出角，Y是 LED光中心轴与抛物曲面几何中心轴间的夹角，即偏置角，L是准线P到Ql的距离，根据抛 物线的定义，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)，从解析图看出，光束直径0=Y1-Y2,将上式I)和2)带入整理得： 0=2F{sin〇y-〇:/2) / (I- cosCy-〇(/2)) - sinCy+a/2) / (I- cos(*y+a/2)}，由此 可见，通过反射得到的是一束圆形平行光束，其光束直径0等于光源LED投射到抛物曲面上 边缘两点％和Q 2上的纵坐标Y :和Y