专利名称：一种基于高亮led的三基色原理演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种用于演示光的合成的物理教学、实验仪器，具体一种基于高亮LED的三基色原理演示仪。
背景技术：
发光二极管(LED)以其安全可靠、高效节能、环保无污染、视觉效果好、寿命长等诸多优点正在取代传统的照明方式，成为未来照明技术发展的主流。在光学理论中，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱颜色。大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生，同样绝大多数单色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这是色度学 的最基本原理，即三基色原理。三种基色是相互独立的，任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红、绿、蓝是三基色，它们按照不同的比例相加合成不同颜色光，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛，由于采用以上传统的三基色合成技术原理复杂，实现起来直观性不强，在教学中，学生不容易理解三基色及光合成原理，目前在课堂上和实验室中尚无一种可以直观、方便、形象地演示三基色原理的仪器，在三基色教学实践中出现了“教师难教、学生难学”的局面。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够直观、形象地观察到光的三基色和光合成现象、有助于学生更好理解三基色原理的基于高亮LED的三基色原理演示仪。本实用新型采用的技术方案是它包括底座、支架、圆筒壳、聚光透镜、透镜位移装置、LED光源模块，LED散热装置、LED驱动电路；圆筒壳经支架与底座连接，圆筒壳水平设置，其前端设有开口，在圆筒壳内从前至后依次设有聚光透镜、LED光源模块、LED散热装置，聚光透镜通过透镜位移装置可在圆筒壳内水平移动，LED光源模块固定在LED散热装置上；LED光源模块由发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED组成，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED按照等边三角形排列且串联在一起，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED与LED驱动电路输出端连接。为达到更好的散热效果，保障LED正常工作，LED散热装置由铝基板、翘片式散热器组成，铝基板通过导热硅脂与翘片式散热器连接，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED固定安装在铝基板的表面。为实现更高亮的光线合成效果，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED均采用功率为IW的高亮型LED。为既方便调节透镜焦距，又使本实用新型在结构组成上更紧凑、精简，透镜位移装置由对称设置在圆筒壳上、下两侧或左、右两侧的一对位移组合组成；每侧位移组合均由齿轮旋钮、齿条、连接件组成，在圆筒壳侧壁上、下两侧或左、右两侧各设有一横向的细长通槽，同侧齿条设置在同侧的细长通槽的底部，齿轮旋钮与齿条啮合并可沿同侧的细长通槽移动；同侧连接件的一端与同侧的齿轮旋钮连接，另一端与聚光透镜边框连接。本实用新型的积极效果是1、结构紧凑、性能稳定、便于携带，展示时所需空间小；2采用先进的、能发出红、绿、蓝三种单色的LED管作为光源分别代替自然界的红、黄、蓝三色光，生动形象，色彩缤纷，吸引学生的注意力，增加学习乐趣，增强教学效果；2、采用高亮度的单色LED管，结构小巧、单色性好，价格便宜、光束均匀、成像清晰；3、使用时直接接室内交流电，操作方便、容易，只需调节透镜焦距，就可直观看到三基色动态合成过程；4、LED管作为冷光源，较其他光源，可 完全避免烫伤、火灾等危险，使演示环境、实验环境更为安全；5、使用范围广泛，可广泛应用于高校、高职、中小学校的物理、自然课程等教学或实验，有很好的推广应用价值。
图I是本实用新型的整体结构示意图；图2是本实用新型的A-A向剖视图；图3是图I的B向视图；图4是本实用新型的LED驱动电路原理图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型主要由底座13、支架12、圆筒壳I、聚光透镜10、透镜位移装置、LED光源模块9，LED驱动电路15、LED散热装置6组成；圆筒壳I通过一支架12与底座13连接，支架12为高度可调型支架。LED驱动电路15设置在底座13内部，LED光源模块的控制开关14设置在底座13上面。如图I所示，圆筒壳I水平设置，其前端设有开口 11，后端设有散热网孔，圆筒壳I作为结构主体，支撑系统的主要部件聚光透镜10、LED光源模块9，LED散热装置6、透镜位移装置。在圆筒壳I内部从前至后依次设有聚光透镜10、LED光源模块9、LED散热装置6。其中，LED光源模块9由发红光LED19、发绿光LED20、发蓝光LED21组成，LED散热装置6由铝基板8、翘片式散热器7组成，铝基板8通过导热硅脂与翘片式散热器7连接。为了满足三基色在合成时，各单色光LED19、20、21发出的红光、绿光、蓝光之间应保持一个合适的间距，如图3所示，要求发红光LED19、发绿光LED20、发蓝光LED21应按照等边三角形排列后串联在一起，并与LED驱动电路15的输出端连接。发红光LED19、发绿光LED20、发蓝光LED21固定安装在铝基板8的表面。发红光LED19、发绿光LED20、发蓝光LED21组成的等边三角形边长最好在3-4CM之间，以达到最佳配色效果。为满足光通量的需求，发红光LED19、发绿光LED20、发蓝光LED21采用三个单颗为IW的高亮型LED，使之在教学演示过程中亮度更高，更加清晰，效果更好。聚光透镜10的作用是实现对LED发出的红、绿、蓝三束光线进行同等聚焦，优选直径在10-15CM的聚焦透镜。如图I、图2所示，透镜位移装置由对称设置在圆筒壳I上、下两侧的两个位移组合3组成；每侧位移组合3均由齿轮旋钮16、齿条5、连接件4组成，齿轮旋钮16 —端为旋钮，另一端为齿轮18。在圆筒壳侧壁上、下两侧各设有一横向的细长通槽2，同侧齿条5设置在同侧细长通槽2的底部，齿轮旋钮16的齿轮18与齿条5啮合并可沿同侧的细长通槽2移动；同侧的连接件4 一端与同侧的齿轮旋钮16连接，另一端穿过同侧的细长通槽2与聚光透镜10的边框17连接。因此，聚光透镜10可随着上、下齿轮旋钮16同步移动，以调节焦距。也可根据实际需要，不在圆筒壳I上、下两侧而在圆筒壳I的左、右两侧分别设有一位移组合3和相应的细长通槽2，连接关系同上。除两细长通槽2、开口 11有极少光线进入之夕卜，圆筒壳I内部形成了一个较暗、相对封闭的内室，避免了环境杂散光对观察效果影响。LED驱动电路15也叫LED驱动电源，如图4所示，本实用新型LED驱动电路为由输入端、全桥整流电路22、滤波电路23、电流调节控制电路24、输出端组成，电流调节控制电路24的核心部分是由一个以群波 振荡器芯片IC410B为核心的触发振荡电路组成，电流调节控制电路24的作用是向后级输出符合各LED发光照明要求的电流。IC410B的各引脚分别连接振荡波定时电阻Rl，高频旁路电容C1、C2，反馈取样电阻R2、R3、场效应管Q1，场效应管Ql输出分别连接电感LI、后级滤波电容C3、续流二极管D1。如图4所示，LED驱动电路15的工作原理是输入端接220V交流电，经全桥整流电路22、滤波电路23即C4/450V/47 μ F电容滤波后变为300V左右的直流电，该直流电一方面供给后级电路作为主能量输出，另一面直接加在群波振荡器芯片IC410B的第①脚，为IC410B提供工作电压。IC410B第①引脚得到供电后、由于IC410B第⑤引脚的触发输入与⑥、⑦引脚短接，则自行进入固有频率的振荡状态，其振荡频率由Rl的阻值来决定；IC410B经第④脚输出PWM信号，该信号用来调整Ql导通时间，Ql导通的时间越长，后级输出的电流越大，从而调节所驱动的发光二极管D2、D3和D4即LED19、20和21的发光亮度。当Ql导通时，LI进行能量储存，当Ql截止时，LI释放能量并经续流二极管Dl流出。在实际装配焊接时，发光二极管D2、D3和D4在驱动电路输出端上按照等边三角形串联在一起。采用上述优选电路就可驱动三基色LED19、20、21正常发光。本实用新型的使用方法是在圆筒壳I的开口 11的前方设置有一白底色展示屏，在进行三基色合成时，通过调节聚光透镜10的焦距，实现光通量叠加，再投射到白底色展示屏上，来验证三基色合成原理。试验时，先让聚焦透镜10置于焦距之处，让等距的红、绿、蓝三束单色光通过，投射到屏幕上形成红、绿、蓝光斑；然后逐渐调节透镜焦距，使三束光在屏幕上均匀扩散实现叠相互叠加，在不同的叠加区域可以看到不同光的叠加效果，从而实现三基色的动态合成；让学生直观、清晰的看到分解及合成过程，从而帮助学生理解和掌握三基色原理。上述表达的图形、说明，仅为本实用新型的几种较佳实施例而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制，凡根据本实用新型权利要求所作的等同变化或修饰，均为本实用新型权利要求所涵盖。
权利要求1.一种基于高亮LED的三基色原理演示仪，其特征在于包括底座(13)、支架(12)、圆筒壳(I)、聚光透镜(10)、透镜位移装置、LED光源模块(9)，LED散热装置(6)、LED驱动电路(15);圆筒壳(I)经支架(12)与底座(13)连接，圆筒壳(I)水平设置，其前端设有开口(11)，在圆筒壳(I)内从前至后依次设有聚光透镜(10)、LED光源模块(9)、LED散热装置(6)，聚光透镜(10)通过透镜位移装置可在圆筒壳(I)内水平移动，LED光源模块(9)固定在LED散热装置(6)上；LED光源模块(9)由发红光LED (19)、发绿光LED (20)、发蓝光LED(21)组成，发红光LED(19)、发绿光LED(20)、发蓝光LED(21)按照等边三角形排列且串联在一起，发红光LED (19)、发绿光LED (20)、发蓝光LED (21)与LED驱动电路(15)的输出端连接。
2.根据权利要求I所述的基于高亮LED的三基色原理演示仪，其特征在于LED散热装置(6)由铝基板(8)、翘片式散热器(7)组成，铝基板(8)通过导热硅脂与翘片式散热器(7)连接，发红光LED (19)、发绿光LED (20)、发蓝光LED (21)固定安装在铝基板(8)的表面。
3.根据权利要求I所述的基于高亮LED的三基色原理演示仪，其特征在于发红光LED (19)、发绿光LED (20)、发蓝光LED (21)采用功率为IW高亮型LED。
4.根据权利要求I所述的基于高亮LED的三基色原理演示仪，其特征在于透镜位移装置由对称设置在圆筒壳(I)上、下两侧或左、右两侧的两个位移组合(3)组成；每侧的所述位移组合(3)均由齿轮旋钮(16)、齿条(5)、连接件(4)组成，在圆筒壳(I)侧壁的上、下两侧或左、右两侧各设有一横向的细长通槽(2)，同侧齿条(5)设置在同侧细长通槽(2)的底部，齿轮旋钮(16)与齿条(5)啮合并可沿同侧的细长通槽(2)移动；同侧的连接件(4)一端与同侧的齿轮旋钮(16)连接，另一端与聚光透镜(10)的边框(17)连接。
专利摘要一种基于高亮LED的三基色原理演示仪，能直观、形象地观察到光的三基色和光合成现象，它包括底座、支架、圆筒壳、聚光透镜、透镜位移装置、LED光源模块，LED散热装置、LED驱动电路；圆筒壳经支架与底座连接，圆筒壳水平设置，其前端设有开口，在圆筒壳内从前至后依次设有聚光透镜、LED光源模块、LED散热装置，聚光透镜通过透镜位移装置可在圆筒壳内水平移动，LED光源模块固定在LED散热装置上；LED光源模块由发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED组成，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED按照等边三角形排列且串联在一起，发红光LED、发绿光LED、发蓝光LED与LED驱动电路的输出端连接。积极效果是操作方便，学生动态看到光合成过程，生动形象、增强教学效果。
文档编号G09B23/22GK202473048SQ201220108100
公开日2012年10月3日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者徐忠根, 赵利平, 高善坤 申请人:徐忠根, 赵利平, 高善坤