專利名稱：發(fā)光二極管照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 一般涉及便攜式照明裝置(例如閃光燈)，特別涉及一種把 多個發(fā)光二極管(LED)用作光源的照明裝置。
背景技術(shù)：
許多光照裝置如閃光燈一般把白熾燈用作光源。發(fā)光二極管(LED ) 較之現(xiàn)有白熾燈有許多優(yōu)點。LED耐用，燈泡壽命約為8， 000小時；由 于它們工作時漏電小，因此向LED供電的儲能蓄電池的使用壽命延長。 盡管有這些優(yōu)點，但LED的某些方面限制了它們在某些場合如在便攜 式照明裝置中的使用。當前市場上銷售的最好的標準5m邁白色LED的 額定值一般為3. 6v、 30毫安(mA)，生成的光不到4流明。與此比較， 普通照明裝置中使用的電壓額定值相同的白熾燈一般生成10流明到大 于40流明的光輸出。
當前克服LED不足的一種辦法是在照明裝置中把多個LED用作光 源。某些便攜式照明裝置的光源當前使用多達10個甚至10個以上LED, 從而照明裝置的成本增加。此外，各LED發(fā)出的光線分散(例如40° ), 只把多個LED用作光源并不解決問題。
另一種解決方案見美國專利No. 5,174， 649，該專利使用一個或多 個LED照射呈雙曲表面的折射透鏡件，從而在該折射透鏡件內(nèi)把LED 發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換成平行光束。在閃光燈中使用多個LED的另一種方案 見美國專利No.6， 485, 160，該專利使用多個反射井，每個反射井中裝 有LED和透鏡。盡管上述方案能把從多個LED發(fā)出的光集中照射到預(yù) 定區(qū)域，但仍存在一些缺點。例如，復(fù)雜折射透鏡件的制作和需要使 用多個反射井使得照明裝置的成本和復(fù)雜性增加。
鑒于上述缺點，便攜式照明裝置需要有一種使用LED的能發(fā)出定
4向、集中的光的照明系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，提供一種使用多個LED照射目標區(qū)域的照明裝置。 該照明裝置包括殼體和位于該殼體上的相間隔的第一和第二發(fā)光二極 管。該照明裝置還包括設(shè)置在第一發(fā)光二極管光路上、把第一光束聚 焦在目標區(qū)上的第一放大透鏡，和設(shè)置在第二發(fā)光二極管光路上、把 第二光束聚焦在該目標區(qū)上的第二放大透鏡，其中第一光束和第二光 束大體重合在該目標區(qū)上。該照明裝置還有相對第一和第二發(fā)光二極 管支撐第一和第二放大透鏡的支撐件，以及連接到該殼體的后側(cè)上的 后殼體，該后殼體具有電池室。
其中該支撐件包括非反射內(nèi)壁。
該支撐件包括該殼體的蓋。
該蓋包括透明材料。
第一和第二放大透鏡各包括放大凸透鏡。 第一和第二放大透鏡各包括平凸放大透鏡。
第一和第二放大透鏡與對應(yīng)的第一和第二發(fā)光二極管的光路正交。
該裝置使用在閃光燈上.
進一步包括固定在該殼體上的電路板，其特征在于，第一和第二 發(fā)光二極管與該電路板連接。
進一步包括在該殼體上的第三發(fā)光二極管和一個開關(guān)，第三發(fā)光 二極管提供第三光束，所述開關(guān)具有第一、第二和第三發(fā)光二極管關(guān) 閉的第一位置，具有第一、第二發(fā)光二極管打開的第二位置，以及具 有第三發(fā)光二極管打開的第三位置，其中照明裝置僅僅具有三個發(fā)光 二極管，第三發(fā)光二極管位于第一、第二發(fā)光二極管之間且與第一、 第二發(fā)光二極管分開地操作。
第一光束和第二光束各具有視角約為40° 。
在本發(fā)明另一方面中，該支撐件為伸展在殼體前部上的蓋，該蓋 有非反射內(nèi)壁。在本發(fā)明另一方面中，該照明裝置包括第一和第二放 大凸透鏡。第一和第二 LED的軸線互相平行，兩放大透鏡分別與第一 和第二 LED的軸線正交。
本發(fā)明照明裝置在降低成本的同時不失LED的優(yōu)點。該照明裝置
5設(shè)計成由每個LED與放大透鏡的組合生成聚光光束，該聚光光束與相 鄰LED和放大透鏡的組合生成的聚光光束重合。用來照明該目標區(qū)的 聚光光束對稱性好、光強又高又均勻。
本發(fā)明還提出 一種照明裝置，包括殼體；該殼體上的第一發(fā)光 二極管；該殼體上與第一發(fā)光二極管相間隔的第二發(fā)光二極管；設(shè)置 在第一發(fā)光二極管光路上并且用于把第一光束聚焦在目標區(qū)上的包括 凸面的第一放大透鏡；設(shè)置在第二發(fā)光二極管光路上并且用于把第二 光束聚焦在該目標區(qū)上且包括凸面的第二放大透鏡，其中第二放大透 鏡與第一放大透鏡相間隔，以及相對于第一和第二發(fā)光二極管，第一 和第二放大透鏡傾斜朝向該目標區(qū)，且第一光束和第二光束大體重合 在該目標區(qū)上；在該殼體前面上設(shè)置的蓋，所述蓋相對第一和第二發(fā) 光二極管分別支撐第 一和第二放大透鏡；以及連接到該殼體的后側(cè)上 的后殼體。
另外，該蓋包括非反射內(nèi)壁，該后殼體具有電池室。 從以下說明和附圖可進一步理解本發(fā)明的上述和其他特征、優(yōu)點 和目的。


下面結(jié)合附圖舉例說明本發(fā)明，附圖包括
圖1為使用本發(fā)明多個LED照明系統(tǒng)的頭燈照明裝置的立體圖2為圖1照明裝置的分解圖3為該照明裝置的前部的剖面圖4為本發(fā)明照明裝置中多個LED和放大透鏡的布置圖；以及 圖5為多個LED和放大透鏡的縮小布置圖，進一步示出生成的聚 光光束的重合情況。
具體實施例方式
圖1示出本發(fā)明使用多個發(fā)光二極管(LED)和多個放大透鏡的照 明裝置10的實施例。所示照明裝置10為具有可套在使用者頭上的可 調(diào)帶16的頭套式閃光燈(例如聚光燈)。盡管本文所示、所述照明裝 置10為頭套式閃光燈，但應(yīng)指出，照明裝置10可用于若干向目標區(qū) 提供光照的照明系統(tǒng)中的任一照明系統(tǒng)。如圖1-3所示，照明裝置10 —般包括與可調(diào)帶(頭帶)16連接的 后殼體14。該后殼體14中有內(nèi)裝多個用作電源的儲能蓄電池52 (例 如AA型堿性電池)的電池室。照明裝置IO還包括內(nèi)裝照明裝置10的 光源和光聚焦部件的前殼體組件12。該前殼體組件12有構(gòu)成后壁和側(cè) 壁的模制殼體18。殼體18中有印刷電路板20，其上有燈控制開關(guān)22 和其他電路(未示出)，從而通過控制從電源向光源的電流供應(yīng)來控制 照明裝置10的接通。按照一個實施例，該控制開關(guān)22為手動、三位 置開關(guān)，在第一位置上所有LED關(guān)閉，在第二位置上兩LED打開，在 第三位置上第三LED打開。
照明裝置10的光源包括多個與印刷電路板20連接的發(fā)光二極管 (LED)，印刷電路板又與殼體18連接。這些LED包括分別生成第一和 第二光束的相間隔的第一 LED 24和第二 LED 26。第一與第二 LED 24 和26之間有發(fā)出第三光束的笫三LED 28。用作本發(fā)明照明裝置10中 的光源的LED 24、 26和28在市場上有多種來源。市售白色LED的一 個例子是Nichia Corporation的Model No. NSPW500BS。應(yīng)該指出，很 容易從各供應(yīng)商購得各種LED。使用者可選擇任何顏色的LED 24、 26 和28。按照一實施例，第一和第二 LED 24和26為Nichia Corporation 生產(chǎn)的白色LED，第三LED 28為紅色LED。
照明裝置IO還包括固定在前殼體18上、蓋住印刷電路板20的內(nèi) 蓋30。內(nèi)蓋30上有供第一、第二和第三LED 24-28穿出到內(nèi)蓋30前 方的孔。內(nèi)蓋30前面裝有在LED 24、 26和28前方蓋住蓋30前面的 外蓋和支撐件32。外蓋和支撐件32支撐第一和第二放大透鏡34和36 并構(gòu)成在前殼體18上的蓋子。外蓋和支撐件32的內(nèi)壁為非反射，因 此不反射光線.第一和第二放大透鏡34和36可一體化制成在外蓋和 支撐件32內(nèi)，也可裝在外蓋和支撐件32上。按照一實施例，外蓋和 支撐件32用聚合材料(例如塑料)制成，放大透鏡34和36 —體化制 成在聚合材料內(nèi).在另一實施例中，蓋件32用透光的透明材料制成。
放大透鏡34和36為放大在透鏡中傳輸?shù)墓夂蟀l(fā)出放大光束的透 光光學(xué)放大鏡，按照一實施例，放大透鏡34和36各構(gòu)作成所示雙凸 放大透鏡。按照另一實施例，放大透鏡34和36各包括平凸放大透鏡。 放大透鏡34和36各有至少一個凸面對該光束進行放大、聚焦。放大 透鏡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。放大透鏡34和36的尺寸視使用者要求的聚光直徑而定。本發(fā)明 使用的放大透鏡34和36在市場上有多種來源，可使用Edmund Industrial Optics出售的Model No. NT32-018聚碳酸酯雙凸放大透 鏡，其直徑為9mm,焦距為9mm。
電線54和56伸展在前殼體18中印刷電路板18與后殼體14中的 儲能電池52之間。電線54和56把電流(例如直流電)從電池52供 給LED24-28使其生成對應(yīng)光束。按照一實施例，第三LED可與LED 24 和26分開發(fā)光，其光束顏色與LED24和26不同。按照一實施例，LED 24和26發(fā)白光，而LED28發(fā)紅光。
前殼體組件12底部支撐件32底邊上有與后殼體14連接的鉸鏈組 件58。鉸鏈組件58可圍繞水平軸線轉(zhuǎn)動，從而前殼體組件12和對應(yīng) LED 24-28和放大透鏡34和36可相對后殼體14轉(zhuǎn)動，使得使用者可 轉(zhuǎn)動前殼體組件12調(diào)節(jié)照明光束的高度設(shè)置。
LED 24-28和放大透鏡34和36的照明系統(tǒng)布置從圖3-5可看得最 清楚。第一和第二 LED 24和26相對放大透鏡34和36布置成生成第 一和第二光束44和46。第一 LED 24照射第一方文大透鏡34生成總視角 約為40。的第一光束。第一LED24生成的幾乎所有光照射到第一放大 透鏡34后經(jīng)放大成為圖4和5中虛線44所示光路上的第一光束。同 樣，第二LED 26照射笫二放大透鏡34生成總視角約為40。的第二光 束。第二LED 26生成的光照射到第二放大透鏡36后再聚焦成虛線" 所示第二光路上的光束。
光束44和46在共同目標區(qū)50上重合成對稱性好、光強均勻的聚 光光束。使用聚焦在目標區(qū)50上的第一和第二LED 24和"和放大透 鏡34和36的布置，目標區(qū)50的亮度得以提高。
第三LED 28生成的虛線48所示光路上的光束從放大透鏡34與36 之間的開口穿過。LED 28發(fā)出的光48的總視角約為40° 。因此第三 LED 28生成的光束48大部分不照射到放大透鏡上，因此沒有被放大聚 焦在目標區(qū)50上。相反，第三LED 28發(fā)出的光照射范圍很廣而用作 探照燈。
三個LED 24-28各包括接受電流的二極管24A、 26A和28A。 二極 管24A、 26A和28A通電時發(fā)出光線。二極管24A、 26A和28A分別封 裝在透明殼體24B、26B和28B內(nèi)。盡管在本文中示出、說明了燈型LED，但照明裝置10中也可使用其他LED。
第一和第二LED 24和26的中心之間相距距離D。在一實施例中， 距離D為18. 2mm。放大透鏡34和36可為玻璃(SF5 )雙凸放大透鏡， 在一實施例中該透鏡的直徑為9mm，有效焦距為9mm。放大透鏡34與 第一LED24正交，而放大透鏡36與第二LED26正交。第一和第二LED 24和26的中心焦軸互相平行。按照一實施例，放大透鏡34和36表面 離其LED頂端的距離為La和Lb，《吏得后焦距為7. 9mm。這也是第一和 第二 LED 24和26內(nèi)的焦點與對應(yīng)的放大透鏡34和36的表面之間的 3巨離La和Lb。
第一 LED 24和放大透鏡34組合生成的聚光光束與第二 LED 26和 放大透鏡36組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和放大透鏡34和36組合的位置偏移而導(dǎo)致不完全重合。但是， LED 24和26和放大透鏡34和36的《且合較之一個LED,光束強度達200°/。。
因此，本發(fā)明照明裝置10以最低成本生成聚焦在目標區(qū)50上的 光強度提高的均勻聚光光束。盡管光束44和46由于與LED 24和26 正交的放大透鏡34和36的位置偏移而不完全重合，但生成的光束44 和46在目標區(qū)50中大致重合。通過向共同目標區(qū)傾斜放大透鏡34和 36使得光束44和46聚焦在重合目標區(qū)上可進一步改善該重合目標區(qū) 50。但是放大透鏡34和36的傾斜會改變生成的光束44和46的形狀。
本發(fā)明照明系統(tǒng)可使用任何公知電源?？墒褂肁C和DC電流。也 可使用普通干電池蓄電池如鋅/二氧化錳、碳/鋅、鎳金屬氫化物或基 于鋰的電化學(xué)電池。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員不難看出，可在所公開原理的范圍內(nèi)對本發(fā) 明作出種種修正和改進。保護范圍決定于權(quán)利要求和專利法容許的解 釋寬度。
權(quán)利要求
1. 一種照明裝置，包括殼體；位于在該殼體上的第一發(fā)光二極管；位于在該殼體上與第一發(fā)光二極管相間隔的第二發(fā)光二極管；設(shè)置在第一發(fā)光二極管光路上、把第一光束聚焦在目標區(qū)上的第一放大透鏡；設(shè)置在第二發(fā)光二極管光路上、把第二光束聚焦在該目標區(qū)上的第二放大透鏡，其中第一光束和第二光束大體重合在該目標區(qū)上；相對第一和第二發(fā)光二極管分別支撐第一和第二放大透鏡的支撐件；以及連接到該殼體的后側(cè)上的后殼體。
2. 按權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，還包括位于在 該殼體上的笫三發(fā)光二極管。
3. 按權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，由第三發(fā)光二 極管(28)生成的光束(48)大部分不照射到放大透鏡上。
4. 按權(quán)利要求1-3之一所述的照明裝置，其特征在于，還包括 在殼體前方的蓋子。
5. 按權(quán)利要求4所述的照明裝置，其特征在于，還包括內(nèi)蓋(30 )， 固定在該殼體上且具有允許第一、第二和第三發(fā)光二極管延伸穿過的 孔。
6. 按權(quán)利要求2所述的照明裝置，其特征在于，第三發(fā)光二極 管為紅色發(fā)光二極管。
7. 按權(quán)利要求4所述的照明裝置，其特征在于，該蓋子與第一 和第二放大透鏡一體化制成。
8. 按權(quán)利要求4所述的照明裝置，其特征在于，該后殼體具有 電-池室。
9. 按權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，還包括將殼體 與后殼體連接的鉸鏈組件(58)。
10. 按權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，在該目標區(qū)(50 ) 上的重合形成具有光強均勻的聚光光束。
11. 按權(quán)利要求2或3所述的照明裝置，其特征在于，在該目標區(qū)(so)上的重合形成具有聚光光束，且第三發(fā)光二極管操作成具有光照射范圍很廣的探照燈。
12. 按權(quán)利要求1所迷的照明裝置，其特征在于，第一和第二發(fā) 光二極管的中心之間相距距離D。
13. 按權(quán)利要求l2所述的照明裝置，其特征在于，第一放大透 鏡表面離第一發(fā)光二極管頂端的距離為La,以產(chǎn)生第一后焦距。
14. 按權(quán)利要求13所述的照明裝置，其特征在于，第二放大透 鏡表面離第二發(fā)光二極管頂端的if巨離為Lb,以產(chǎn)生第二后焦距。
15. 按權(quán)利要求14所述的照明裝置，其特征在于，距離D為 18. 2mm，第一和第二后焦距為7. 9mm。
全文摘要
提供一種使用多個LED照射目標區(qū)的照明裝置(10)。該照明裝置包括相間隔的第一和第二發(fā)光二極管(24、26)。設(shè)置在第一發(fā)光二極管(24)光路上的第一放大透鏡(34)把光聚焦在目標區(qū)上。設(shè)置在第二發(fā)光二極管(26)光路上的第二放大透鏡(36)把光聚焦在同一目標區(qū)上。用蓋(32)相對第一和第二發(fā)光二極管(24、26)支撐第一和第二放大透鏡(34、36)。
文檔編號F21V21/084GK101476676SQ20091000385
公開日2009年7月8日 申請日期2003年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
發(fā)明者D·J·阿勒西奧 申請人:永備電池有限公司