专利名称：发光二极管照明装置的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及便携式照明装置(例如闪光灯)，特别涉及一种把 多个发光二极管(LED)用作光源的照明装置。
背景技术：
许多光照装置如闪光灯一般把白炽灯用作光源。发光二极管(LED ) 较之现有白炽灯有许多优点。LED耐用，灯泡寿命约为8， 000小时；由 于它们工作时漏电小，因此向LED供电的储能蓄电池的使用寿命延长。 尽管有这些优点，但LED的某些方面限制了它们在某些场合如在便携 式照明装置中的使用。当前市场上销售的最好的标准5m迈白色LED的 额定值一般为3. 6v、 30毫安(mA)，生成的光不到4流明。与此比较， 普通照明装置中使用的电压额定值相同的白炽灯一般生成10流明到大 于40流明的光输出。
当前克服LED不足的一种办法是在照明装置中把多个LED用作光 源。某些便携式照明装置的光源当前使用多达10个甚至10个以上LED, 从而照明装置的成本增加。此外，各LED发出的光线分散(例如40° ), 只把多个LED用作光源并不解决问题。
另一种解决方案见美国专利No. 5,174， 649，该专利使用一个或多 个LED照射呈双曲表面的折射透镜件，从而在该折射透镜件内把LED 发出的光线转换成平行光束。在闪光灯中使用多个LED的另一种方案 见美国专利No.6， 485, 160，该专利使用多个反射井，每个反射井中装 有LED和透镜。尽管上述方案能把从多个LED发出的光集中照射到预 定区域，但仍存在一些缺点。例如，复杂折射透镜件的制作和需要使 用多个反射井使得照明装置的成本和复杂性增加。
鉴于上述缺点，便携式照明装置需要有一种使用LED的能发出定
4向、集中的光的照明系统。
发明内容
按照本发明，提供一种使用多个LED照射目标区域的照明装置。 该照明装置包括壳体和位于该壳体上的相间隔的第一和第二发光二极 管。该照明装置还包括设置在第一发光二极管光路上、把第一光束聚 焦在目标区上的第一放大透镜，和设置在第二发光二极管光路上、把 第二光束聚焦在该目标区上的第二放大透镜，其中第一光束和第二光 束大体重合在该目标区上。该照明装置还有相对第一和第二发光二极 管支撑第一和第二放大透镜的支撑件，以及连接到该壳体的后侧上的 后壳体，该后壳体具有电池室。
其中该支撑件包括非反射内壁。
该支撑件包括该壳体的盖。
该盖包括透明材料。
第一和第二放大透镜各包括放大凸透镜。 第一和第二放大透镜各包括平凸放大透镜。
第一和第二放大透镜与对应的第一和第二发光二极管的光路正交。
该装置使用在闪光灯上.
进一步包括固定在该壳体上的电路板，其特征在于，第一和第二 发光二极管与该电路板连接。
进一步包括在该壳体上的第三发光二极管和一个开关，第三发光 二极管提供第三光束，所述开关具有第一、第二和第三发光二极管关 闭的第一位置，具有第一、第二发光二极管打开的第二位置，以及具 有第三发光二极管打开的第三位置，其中照明装置仅仅具有三个发光 二极管，第三发光二极管位于第一、第二发光二极管之间且与第一、 第二发光二极管分开地操作。
第一光束和第二光束各具有视角约为40° 。
在本发明另一方面中，该支撑件为伸展在壳体前部上的盖，该盖 有非反射内壁。在本发明另一方面中，该照明装置包括第一和第二放 大凸透镜。第一和第二 LED的轴线互相平行，两放大透镜分别与第一 和第二 LED的轴线正交。
本发明照明装置在降低成本的同时不失LED的优点。该照明装置
5设计成由每个LED与放大透镜的组合生成聚光光束，该聚光光束与相 邻LED和放大透镜的组合生成的聚光光束重合。用来照明该目标区的 聚光光束对称性好、光强又高又均匀。
本发明还提出 一种照明装置，包括壳体；该壳体上的第一发光 二极管；该壳体上与第一发光二极管相间隔的第二发光二极管；设置 在第一发光二极管光路上并且用于把第一光束聚焦在目标区上的包括 凸面的第一放大透镜；设置在第二发光二极管光路上并且用于把第二 光束聚焦在该目标区上且包括凸面的第二放大透镜，其中第二放大透 镜与第一放大透镜相间隔，以及相对于第一和第二发光二极管，第一 和第二放大透镜倾斜朝向该目标区，且第一光束和第二光束大体重合 在该目标区上；在该壳体前面上设置的盖，所述盖相对第一和第二发 光二极管分别支撑第 一和第二放大透镜；以及连接到该壳体的后侧上 的后壳体。
另外，该盖包括非反射内壁，该后壳体具有电池室。 从以下说明和附图可进一步理解本发明的上述和其他特征、优点 和目的。
下面结合附图举例说明本发明，附图包括
图1为使用本发明多个LED照明系统的头灯照明装置的立体图2为图1照明装置的分解图3为该照明装置的前部的剖面图4为本发明照明装置中多个LED和放大透镜的布置图；以及 图5为多个LED和放大透镜的缩小布置图，进一步示出生成的聚 光光束的重合情况。
具体实施例方式
图1示出本发明使用多个发光二极管(LED)和多个放大透镜的照 明装置10的实施例。所示照明装置10为具有可套在使用者头上的可 调带16的头套式闪光灯(例如聚光灯)。尽管本文所示、所述照明装 置10为头套式闪光灯，但应指出，照明装置10可用于若干向目标区 提供光照的照明系统中的任一照明系统。如图1-3所示，照明装置10 —般包括与可调带(头带)16连接的 后壳体14。该后壳体14中有内装多个用作电源的储能蓄电池52 (例 如AA型碱性电池)的电池室。照明装置IO还包括内装照明装置10的 光源和光聚焦部件的前壳体组件12。该前壳体组件12有构成后壁和侧 壁的模制壳体18。壳体18中有印刷电路板20，其上有灯控制开关22 和其他电路(未示出)，从而通过控制从电源向光源的电流供应来控制 照明装置10的接通。按照一个实施例，该控制开关22为手动、三位 置开关，在第一位置上所有LED关闭，在第二位置上两LED打开，在 第三位置上第三LED打开。
照明装置10的光源包括多个与印刷电路板20连接的发光二极管 (LED)，印刷电路板又与壳体18连接。这些LED包括分别生成第一和 第二光束的相间隔的第一 LED 24和第二 LED 26。第一与第二 LED 24 和26之间有发出第三光束的笫三LED 28。用作本发明照明装置10中 的光源的LED 24、 26和28在市场上有多种来源。市售白色LED的一 个例子是Nichia Corporation的Model No. NSPW500BS。应该指出，很 容易从各供应商购得各种LED。使用者可选择任何颜色的LED 24、 26 和28。按照一实施例，第一和第二 LED 24和26为Nichia Corporation 生产的白色LED，第三LED 28为红色LED。
照明装置IO还包括固定在前壳体18上、盖住印刷电路板20的内 盖30。内盖30上有供第一、第二和第三LED 24-28穿出到内盖30前 方的孔。内盖30前面装有在LED 24、 26和28前方盖住盖30前面的 外盖和支撑件32。外盖和支撑件32支撑第一和第二放大透镜34和36 并构成在前壳体18上的盖子。外盖和支撑件32的内壁为非反射，因 此不反射光线.第一和第二放大透镜34和36可一体化制成在外盖和 支撑件32内，也可装在外盖和支撑件32上。按照一实施例，外盖和 支撑件32用聚合材料(例如塑料)制成，放大透镜34和36 —体化制 成在聚合材料内.在另一实施例中，盖件32用透光的透明材料制成。
放大透镜34和36为放大在透镜中传输的光后发出放大光束的透 光光学放大镜，按照一实施例，放大透镜34和36各构作成所示双凸 放大透镜。按照另一实施例，放大透镜34和36各包括平凸放大透镜。 放大透镜34和36各有至少一个凸面对该光束进行放大、聚焦。放大 透镜34和36可用任何透明材料如玻璃或聚合物(例如聚碳酸酯)制成。放大透镜34和36的尺寸视使用者要求的聚光直径而定。本发明 使用的放大透镜34和36在市场上有多种来源，可使用Edmund Industrial Optics出售的Model No. NT32-018聚碳酸酯双凸放大透 镜，其直径为9mm,焦距为9mm。
电线54和56伸展在前壳体18中印刷电路板18与后壳体14中的 储能电池52之间。电线54和56把电流(例如直流电)从电池52供 给LED24-28使其生成对应光束。按照一实施例，第三LED可与LED 24 和26分开发光，其光束颜色与LED24和26不同。按照一实施例，LED 24和26发白光，而LED28发红光。
前壳体组件12底部支撑件32底边上有与后壳体14连接的铰链组 件58。铰链组件58可围绕水平轴线转动，从而前壳体组件12和对应 LED 24-28和放大透镜34和36可相对后壳体14转动，使得使用者可 转动前壳体组件12调节照明光束的高度设置。
LED 24-28和放大透镜34和36的照明系统布置从图3-5可看得最 清楚。第一和第二 LED 24和26相对放大透镜34和36布置成生成第 一和第二光束44和46。第一 LED 24照射第一方文大透镜34生成总视角 约为40。的第一光束。第一LED24生成的几乎所有光照射到第一放大 透镜34后经放大成为图4和5中虛线44所示光路上的第一光束。同 样，第二LED 26照射笫二放大透镜34生成总视角约为40。的第二光 束。第二LED 26生成的光照射到第二放大透镜36后再聚焦成虚线" 所示第二光路上的光束。
光束44和46在共同目标区50上重合成对称性好、光强均匀的聚 光光束。使用聚焦在目标区50上的第一和第二LED 24和"和放大透 镜34和36的布置，目标区50的亮度得以提高。
第三LED 28生成的虛线48所示光路上的光束从放大透镜34与36 之间的开口穿过。LED 28发出的光48的总视角约为40° 。因此第三 LED 28生成的光束48大部分不照射到放大透镜上，因此没有被放大聚 焦在目标区50上。相反，第三LED 28发出的光照射范围很广而用作 探照灯。
三个LED 24-28各包括接受电流的二极管24A、 26A和28A。 二极 管24A、 26A和28A通电时发出光线。二极管24A、 26A和28A分别封 装在透明壳体24B、26B和28B内。尽管在本文中示出、说明了灯型LED，但照明装置10中也可使用其他LED。
第一和第二LED 24和26的中心之间相距距离D。在一实施例中， 距离D为18. 2mm。放大透镜34和36可为玻璃(SF5 )双凸放大透镜， 在一实施例中该透镜的直径为9mm，有效焦距为9mm。放大透镜34与 第一LED24正交，而放大透镜36与第二LED26正交。第一和第二LED 24和26的中心焦轴互相平行。按照一实施例，放大透镜34和36表面 离其LED顶端的距离为La和Lb，《吏得后焦距为7. 9mm。这也是第一和 第二 LED 24和26内的焦点与对应的放大透镜34和36的表面之间的 3巨离La和Lb。
第一 LED 24和放大透镜34组合生成的聚光光束与第二 LED 26和 放大透镜36组合生成的聚光光束大致重合。光束44和46由于垂直LED 24和26和放大透镜34和36组合的位置偏移而导致不完全重合。但是， LED 24和26和放大透镜34和36的《且合较之一个LED,光束强度达200°/。。
因此，本发明照明装置10以最低成本生成聚焦在目标区50上的 光强度提高的均匀聚光光束。尽管光束44和46由于与LED 24和26 正交的放大透镜34和36的位置偏移而不完全重合，但生成的光束44 和46在目标区50中大致重合。通过向共同目标区倾斜放大透镜34和 36使得光束44和46聚焦在重合目标区上可进一步改善该重合目标区 50。但是放大透镜34和36的倾斜会改变生成的光束44和46的形状。
本发明照明系统可使用任何公知电源。可使用AC和DC电流。也 可使用普通干电池蓄电池如锌/二氧化锰、碳/锌、镍金属氢化物或基 于锂的电化学电池。
本领域普通技术人员不难看出，可在所公开原理的范围内对本发 明作出种种修正和改进。保护范围决定于权利要求和专利法容许的解 释宽度。
权利要求
1. 一种照明装置，包括壳体；位于在该壳体上的第一发光二极管；位于在该壳体上与第一发光二极管相间隔的第二发光二极管；设置在第一发光二极管光路上、把第一光束聚焦在目标区上的第一放大透镜；设置在第二发光二极管光路上、把第二光束聚焦在该目标区上的第二放大透镜，其中第一光束和第二光束大体重合在该目标区上；相对第一和第二发光二极管分别支撑第一和第二放大透镜的支撑件；以及连接到该壳体的后侧上的后壳体。
2. 按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括位于在 该壳体上的笫三发光二极管。
3. 按权利要求2所述的照明装置，其特征在于，由第三发光二 极管(28)生成的光束(48)大部分不照射到放大透镜上。
4. 按权利要求1-3之一所述的照明装置，其特征在于，还包括 在壳体前方的盖子。
5. 按权利要求4所述的照明装置，其特征在于，还包括内盖(30 )， 固定在该壳体上且具有允许第一、第二和第三发光二极管延伸穿过的 孔。
6. 按权利要求2所述的照明装置，其特征在于，第三发光二极 管为红色发光二极管。
7. 按权利要求4所述的照明装置，其特征在于，该盖子与第一 和第二放大透镜一体化制成。
8. 按权利要求4所述的照明装置，其特征在于，该后壳体具有 电-池室。
9. 按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括将壳体 与后壳体连接的铰链组件(58)。
10. 按权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在该目标区(50 ) 上的重合形成具有光强均匀的聚光光束。
11. 按权利要求2或3所述的照明装置，其特征在于，在该目标区(so)上的重合形成具有聚光光束，且第三发光二极管操作成具有光照射范围很广的探照灯。
12. 按权利要求1所迷的照明装置，其特征在于，第一和第二发 光二极管的中心之间相距距离D。
13. 按权利要求l2所述的照明装置，其特征在于，第一放大透 镜表面离第一发光二极管顶端的距离为La,以产生第一后焦距。
14. 按权利要求13所述的照明装置，其特征在于，第二放大透 镜表面离第二发光二极管顶端的if巨离为Lb,以产生第二后焦距。
15. 按权利要求14所述的照明装置，其特征在于，距离D为 18. 2mm，第一和第二后焦距为7. 9mm。
全文摘要
提供一种使用多个LED照射目标区的照明装置(10)。该照明装置包括相间隔的第一和第二发光二极管(24、26)。设置在第一发光二极管(24)光路上的第一放大透镜(34)把光聚焦在目标区上。设置在第二发光二极管(26)光路上的第二放大透镜(36)把光聚焦在同一目标区上。用盖(32)相对第一和第二发光二极管(24、26)支撑第一和第二放大透镜(34、36)。
文档编号F21V21/084GK101476676SQ20091000385
公开日2009年7月8日 申请日期2003年6月20日 优先权日2002年6月20日
发明者D·J·阿勒西奥 申请人:永备电池有限公司