CN105927867A - 一种聚光灯光路散热组合系统 - Google Patents

Abstract

一种聚光灯光路散热组合系统，包括光路系统和散热系统，光路系统包括COB集成光源、光源收光器以及非球面镜、平凸镜；光源收光器为两端开口的筒体，筒体一端为出光口，出光口端设有凹入筒体内的锥形面，锥形面底部形成开口，为进光口，进光口端面与筒体另一端的端面处于同一水平面上，锥形面上设有真空镀膜层，与锥形面一起构成光源收光器的反射部分，进光口大于出光口；非球面镜通过非球面镜压板固定在光源收光器的出光口，非球面镜压板与光源收光器之间设置非球面镜硅胶缓冲垫圈；平凸镜、非球面镜、光源收光器、COB集成光源的中心线均在同一轴线上。本发明具有成本低、光效更高、散热能力佳且能延长聚光灯使用寿命的特点。

Description

一种聚光灯光路散热组合系统

技术领域

本发明涉及聚光灯，具体是一种聚光灯光路散热组合系统。

背景技术

聚光灯(spotlight)，是指能利用聚光镜头或反射镜等进行聚光的灯。聚光灯可以投射出高度定向性光束，它可产生很亮的高光区和线条鲜明、影调深暗的阴影区。

目前市场上聚光类灯具有多种，聚光灯的特点是照射光线投射的距离远，范围明显，光线方向性强，它的光斑质量高，均匀性好，能使被照物体边缘清晰、轮廓鲜明，是较好的局部透光效果灯具。目前螺纹透镜聚光灯为最多，螺纹透镜聚光灯即为菲涅尔聚光灯，其光学系统由菲涅尔透镜和球面反光镜组成，光源发光体中心位于球面反射镜的球心位置，通过调焦机构使光源沿着光轴方向前后移动，来改变投射的光斑大小。菲涅尔聚光灯的照度和光斑的调焦角度范围都非常有限。

随着科技不断发展，LED光源的技术十分成熟并且在很多领域已经有了广泛的应用。LED聚光灯以其光效好，节约能源，使用寿命长，逐渐替代传统卤钨灯光源，LED100W光效与传统卤钨灯1kw的基本相当，因此LED聚光灯是目前发展的方向。但是由于光源是由多颗芯片封装而成、或者由多颗独立的LED在同一块PCB板上排列而成，有正方形或者圆形排列，当光源位于菲涅尔透镜的焦平面位置时，菲涅尔透镜将投射出整齐排列的LED芯片的像，光斑呈现多个小方块，而不是圆形的均匀光斑，因此，会影响LED聚光灯的照射效果。虽然通过离焦可以改善光斑的形状，但离焦后光束角就会变得比较大，而且由于色差的存在，有时光斑边缘还会出现黄圈，还是会极大地影响聚光灯的照射效果。

因此，在目前的LED聚光灯的基础上，改变聚光灯的光路系统，提高聚光灯的照射效果，是提高聚光灯性能急需解决的问题之一。

此外，聚光灯的光源散热问题一方面会影响聚光灯的使用寿命，另一方面也会影响聚光灯的光照效果，通过光路系统与散热系统的结合，提高聚光灯的使用寿命和光照效果，对LED聚光灯的发展具有重要的研究意义。如下对比文件公开了关于对聚光灯光路系统及聚光灯散热问题的研究：

对比文件1：CN103672518A公开了一种舞台灯光学系统，包括反射式导光筒、LED光源及光学组件；反射式导光筒包括由三块以上的反射板依次连接围成的筒体，所述的反射板包括板体和设在板体上的反射层；按照光的出射方向，筒体依次包括进光部分、反射光部分和出光部分，其中出光部分大于进光部分使得筒体呈锥形；LED光源设在进光部分的一端；光学组件设在筒体出光方向的前方，光学组件包括混光聚光光学组件和聚光光学组件，混光聚光光学组件包括混光板和一个以上的第一聚光镜，聚光光学组件设在混光聚光光学组件的后方，聚光光学组件包括一个以上的第二聚光镜。

对比文件2：CN204437739U公开了一种LED舞台灯光路系统，包括LED光源、聚光装置、成像装置和成像图案；所述LED光源包括呈上下对称设置的第一LED芯片和第二LED芯片；所述聚光装置包括呈上下对称设置的第一反光器和第二反光器，所述第一反光器和第二反光器均为椭球面；所述第一LED芯片位于第一反光器的焦点处，第二LED芯片位于第二反光器的焦点处；所述成像装置由第一凹凸镜和胶合镜组成。

对比文件3：CN202017944U公开了一种大功率LED聚光灯，包括灯体，该灯体内设有大功率LED光源装置，该LED光源装置前侧对应设有非球面透镜，该非球面透镜前侧配合固定有聚光平凸透镜，所述LED光源装置由供电控制系统驱动。所述LED光源装置包括设置于灯体内的大功率LED光源模块、对应设置在该LED光源模块前侧的聚光透镜组件和固定在LED光源模块后侧的散热装置，该散热装置和LED光源模块均与所述供电控制系统连接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种聚光灯光路系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明一种聚光灯光路散热组合系统，包括光路系统和散热系统，所述光路系统包括LED光源、光源收光器以及一级镜片、二级镜片；

所述LED光源为COB集成光源；

所述光源收光器为两端开口的筒体，包括进光口、反射部分和出光口，筒体的一端为光源收光器的出光口，出光口端设有凹入筒体内的锥形面，所述锥形面的底部形成开口，为光源收光器的进光口，进光口的端面与筒体的另一端的端面处于同一水平面上，所述锥形面上设有真空镀膜层，与锥形面一起构成光源收光器的反射部分，所述进光口大于出光口；

所述一级镜片为非球面镜，所述二级镜片为平凸镜；

所述非球面镜通过非球面镜压板固定在光源收光器的出光口，非球面镜压板与光源收光器之间设置非球面镜硅胶缓冲垫圈；

由于非球面镜属于易碎品，非球面镜硅胶缓冲垫圈用于固定非球面镜时起到缓冲作用；

所述平凸镜，非球面镜，光源收光器、COB集成光源的中心线均在同一轴线上，实现最佳的光学效果。

进一步地，

所述非球面镜(一级镜片)和平凸镜(二级镜片)之间还设置若干中间镜片，所述中间镜片通过透镜支架固定。

中间镜片的数量可以根据聚光灯光斑效果的需要进行选择。

进一步地，

所述非球面镜的出光角度在30±2°，保证其出光角度完全在平凸镜的直径范围，实现二次出光的充分利用。

所述非球面镜可以根据实际需要选择不同焦距的镜片。

进一步地，

所述光源收光器筒体的外壁上设有圆形阵列微孔，有利于光源的散热。

进一步地，

所述散热系统包括散热器，所述散热器固定在散热器固定支架和散热器支撑架上，所述光源收光器与散热器固定支架固定连接，所述COB集成光源固定在散热器上，所述非球面镜固定在光源收光器的出光口；

以COB集成光源的发光面为基础，COB集成光源与非球面镜的距离为10±2mm。

进一步地，

所述光源收光器的筒体位于进光口的一端向四周延伸形成收光器连接外沿，所述收光器连接外沿上设有固定孔，收光器通过穿过固定孔的螺柱或螺钉与散热器固定支架固定连接。

进一步地，

所述散热器为热管散热器，所述热管散热器由若干竖向平行、等间距的散热片通过若干热管连接固定；

所述散热片上开有能穿过热管的孔，热管穿过散热片上的孔，将散热片横向等距离串接并固定。

进一步地，

所述热管内部填充高效导热介质，热管内部为真空状态。

进一步地，

所述散热系统还包括设置在散热器的上方的风扇，所述风扇能覆盖整个散热器顶部；其覆盖面积大，能将整个热源上的热量抽走，提高散热能力。

进一步地，

所述风扇上方设有出风盖，所述出风盖通过连接板固定在散热器支撑架上。

本发明的光路系统工作原理：

本发明的光路系统包括COB集成光源、光源收光器、非球面镜、平凸镜，四者的中心线均在同一轴线上，保证能实现最佳的光学效果。工作时，COB集成光源的发出的光通过光源收光器的进光口进入，光源收光器的锥形面对光源进行收光，锥形面上的真空镀膜层能增加光线的反射率，非球面镜(一级镜片)固定在光源收光器的出光口，实现光线的充分利用。非球面镜的出光角度在30°左右，保证其出光角度完全在平凸镜(二级镜片)的直径范围，实现二次出光的充分利用。

光源与非球面镜之间的距离取决于非球面镜的收光范围，同理，平凸镜与光源的距离也取决于平凸镜的收光范围，收光范围主要取决于非球面镜、平凸镜的大小和焦距。本发明中由于非球面镜固定在光源收光器的出光口，因此非球面镜到光源的距离是在光源收光器上预先设定的；而平凸镜与光源之间的距离根据需要实现的不同的光学效果以及平凸镜的大小和焦距进行设定。

当光路上只有非球面镜、平凸镜两级镜片的时候，非球面镜作为光源一级出光口，平凸镜作为二级出光口；当光路上，根据实际光学效果的需要，在非球面镜与平凸镜之间设置N个中间镜片，中间镜片可以通过透镜支架进行固定，那么非球面镜作为光源一级出光口，平凸镜作为N+2级出光口。

本发明的散热工作原理：

本发明的COB集成光源固定在热管散热器上，热管散热器由大量竖直散热片通过热管连接，具有较大的散热面积，从而利于光源的散热；同时，在热管散热器的上方设置双风扇往上抽风，可以进一步地提高系统的散热能力；此外，光线被光源收光器吸收后，还可以通过光源收光器筒体外壁上的圆形阵列微孔进行散热。在散热器、双风扇及光源收光器散热微孔的共同作用下，提高了整个系统的散热能力，在提高聚光灯光效作用的同时，还能提高灯具的使用寿命。

本发明的有益效果：

1、本发明的LED光源采用COB集成光源，COB集成光源又叫COB面光源，是将LED芯片直接贴在高反光率的镜面金属基板上的高光效集成面光源技术，制造工序短，成本低。COB集成光源可以简单理解为高功率集成面光源，可以根据产品外形结构设计光源的出光面积和外形尺寸。其产品具有:电性稳定，电路设计、光学设计、散热设计科学合理；便于产品的二次光学配套，提高照明质量；高显色、发光均匀、高光效、健康环保；安装简单，使用方便，降低灯具设计难度，节约灯具加工及后续维护成本等特点。

2、本发明的光路系统中采用平凸镜替换传统的菲涅耳镜片，可以有效提升聚光灯的照度，扩大光斑的调焦角度范围。将光效系统的改进和散热系统的改进有效结合，可以实现聚光灯的光效增加15％以上。

3、本发明的光路系统中设置光源收光器，其反射部分为锥形面，锥形面上真空镀膜层能增加光线的反射率，一级出光口采用非球面镜，可以实现光线的充分利用；二级出光口采用平凸镜能保证出光的效果。光源收光器、非球面镜与平凸镜三者的结合，能有效保证聚光灯的光效。

4、本发明中的散热器为热管散热器，散热器由大量竖直散热片通过热管连接，增加了散热器的稳定牢固性并有效的增加了散热面积，在风扇处于静音工作状态也可以满足散热要求，还能提高灯具的使用寿命。

5、本发明中散热器的上方设置有能能覆盖整个散热器的风扇，其覆盖面积大，能将整个热源上的热量抽走，提高散热能力；而且采用单个大面积风扇，能避免因同时采用多个小风扇在运行过程中带来的噪音。比如：采用140×140×25的单风扇，能覆盖更大的面积，相比采用两个80×80×25的风扇，虽然基本可以满足覆盖面积的要求，但是双风扇如果需要满足设备的排风能力，其噪声也会就跟着增大，影响聚光灯的性能。

综上，本发明是一种成本低、光效高、散热能力佳且能延长聚光灯使用寿命的聚光灯光路散热组合系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明聚光灯光路散热组合系统的立体拆分结构示意图；

图2为本发明实施例的光路系统的整体结构示意图；

图3为本发明实施例的光路系统的拆分结构示意图；

图4为本发明实施例的光源收光器的立体结构示意图；

图5为本发明实施例的光源收光器的侧视图；

图6为本发明实施例的光路散热组合系统的拆分结构侧视图；

图7为本发明实施例的光路散热组合系统的整体结构侧视图；

图8为现有技术光路散热组合系统的COB集成光源聚光灯的技术参数图；

图9为本发明的光路散热组合系统应用到聚光灯的技术参数图；

上述附图标记：

1、COB集成光源；2、光源收光器；3、非球面镜；4、平凸镜；5、非球面镜压板；51、非球面镜硅胶缓冲垫圈；

201、进光口；202；出光口；203、锥形面；204、圆形阵列微孔；205、收光器连接外沿；206、固定孔；

6、热管散热器；71、散热器固定支架；72、散热器支撑架；73、连接板；8、风扇；9、出风盖。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对发明进一步说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

如图1-7所示，本实施例提供了一种聚光灯光路散热组合系统，包括光路系统和散热系统，其中：

光路系统包括：COB集成光源1、光源收光器2以及非球面镜3(一级镜片)、平凸镜4(二级镜片)；

如图4、5所示，光源收光器2为两端开口的筒体，包括进光口201、反射部分和出光口202，筒体的一端为光源收光器的出光口202，出光口202端设有凹入筒体内的锥形面203，所述锥形面203的底部形成开口，为光源收光器的进光口201，进光口201的端面与筒体的另一端的端面处于同一水平面上，所述锥形面203上设有真空镀膜层，与锥形面一起构成光源收光器的反射部分，所述进光口201大于出光口202；

光源收光器2筒体的外壁上设有圆形阵列微孔204，有利于光源的散热。

光源收光器2的筒体位于进光口201的一端向四周延伸形成收光器连接外沿205，所述收光器连接外沿205上设有固定孔206，收光器通过穿过固定孔206的螺柱或螺钉与散热器固定支架71固定连接。

如图2、3所示，非球面镜3通过非球面镜压板5固定在光源收光器2的出光口202处，非球面镜压板5与光源收光器2之间设置非球面镜硅胶缓冲垫圈51；

所述平凸镜4，非球面镜3，光源收光器2、COB集成光源1的中心线均在同一轴线上，实现最佳的光学效果。

非球面镜3的出光角度在30°，保证其出光角度完全在平凸镜4的直径范围，实现二次出光的充分利用。

COB集成光源1与非球面镜3之间的距离取决于非球面镜3的收光范围，同理，平凸镜4与COB集成光源1的距离也取决于平凸镜4的收光范围，收光范围主要取决于透镜(即：非球面镜、平凸镜)的大小和焦距。

如图1、6、7所示，本实施例中的散热系统包括热管散热器6和设置在热管散热器6上方的能覆盖整个散热器的风扇8。本实施例中采用140×140×25的单风扇，能覆盖更大的面积，相比采用两个80×80×25的风扇，虽然基本可以满足覆盖面积的要求，但是双风扇如果需要满足设备的排风能力，其噪声也会就跟着增大，影响聚光灯的性能。

热管散热器6固定在散热器固定支架71和散热器支撑架72上，光源收光器2与散热器固定支架71通过收光器连接外沿205上的固定孔206固定连接，COB集成光源1固定在热管散热器6上，所述非球面镜3固定在光源收光器2的出光口202；

以COB集成光源1的发光面为基础，COB集成光源1与非球面镜3的距离为10mm。

热管散热器6由若干竖向平行、等间距的散热片通过若干热管连接固定；所述散热片上开有能穿过热管的孔，热管穿过散热片上的孔，将散热片横向等距离串接并固定。所述热管内部填充高效导热介质，热管内部为真空状态。

风扇8上方设有出风盖9，出风盖9通过连接板73固定在散热器支撑架72上。

本实施例的光路系统包括COB集成光源1、光源收光器2、非球面镜3、平凸镜4，四者的中心线均在同一轴线上，保证能实现最佳的光学效果。其工作原理为：工作时，COB集成光源1的发出的光通过光源收光器2的进光口201进入，光源收光器2的锥形面203对光源进行收光，锥形面203上的真空镀膜层能增加光线的反射率，非球面镜3(一级镜片)固定在光源收光器2的出光口202，实现光线的充分利用。非球面镜3的出光角度能保证其出光角度完全在平凸镜4(二级镜片)的直径范围，实现二次出光的充分利用。

本实施例中由于非球面镜3固定在光源收光器2的出光口202，因此非球面镜3到COB集成光源1的距离是在光源收光器2上预先设定的；而平凸镜4与COB集成光源1之间的距离根据需要实现的不同的光学效果以及平凸镜4的大小和焦距进行设定。

本发明的散热系统具体包括热管散热器6及设置在热管散热器6上方的风扇，还可以光源收光器筒体外壁上的圆形阵列微孔进行散热。具体工作原理为：由于COB光源固定在热管散热器6上，热管散热器6由大量竖直散热片通过热管连接，具有较大的散热面积，从而利于光源的散热；同时，在热管散热器6的上方设置能覆盖整个散热器的风扇8往上抽风，可以进一步地提高系统的散热能力；此外，光线被光源收光器2吸收后，还可以通过光源收光器2筒体外壁上的圆形阵列微孔204进行散热。在热管散热器6、风扇8及光源收光器散热微孔的共同作用下，实现整个系统的散热，具有较好的散热能力，能在提高聚光灯光效作用的同时，还能提高灯具的使用寿命。

本实施例中的LED光源采用COB集成光源，其电学性能稳定、发光均匀、照明质量高且成本低；

本实施例的光路系统中采用平凸镜替换传统的菲涅耳镜片，可以有效提升聚光灯的照度，扩大光斑的调焦角度范围。将光效系统的改进和散热系统的改进有效结合，可以实现聚光灯的光效增加15％以上；

本实施例的光路系统中设置光源收光器，其锥形面上真空镀膜层能增加光线的反射率，一级出光口采用非球面镜，可以实现光线的充分利用；二级出光口采用平凸镜能保证出光的效果，光源收光器、非球面镜与平凸镜三者的结合，能有效保证聚光灯的光效。

本实施例中的散热器为热管散热器，其由大量竖直散热片通过热管连接，增加了散热器的稳定牢固性并有效的增加了散热面积，在风扇处于静音工作状态也可以满足散热要求，还能提高灯具的使用寿命。

综上，本实施例的聚光灯光路散热组合系统具有成本低、光效高、散热能力佳且能延长聚光灯使用寿命的特点。

本发明在具体实施时，还可以根据实际光效的需要，选取不同焦距的非球面镜；

也可以根据实际光效的需要，在非球面镜与平凸镜之间设置N个中间镜片，中间镜片可以通过透镜支架进行固定，若以非球面镜作为光源一级出光口，那么平凸镜作为N+2级出光口(当光路系统上只有非球面镜和平凸镜两级镜片时，非球面镜作为光源一级出光口，平凸镜作为二级出光口)。

还可以根据实际光效的需要，选择不同直径大小和焦距的平凸镜与非球面镜进行搭配，非球面镜3的出光角度根据平凸镜的直径大小控制在30±2°。

由于非球面镜3固定在光源收光器2的出光口202，因此非球面镜3到COB集成光源1的距离是在光源收光器2上预先设定的，以COB集成光源1的发光面为基础，COB集成光源1与非球面镜3的距离控制在10±2mm。

如图8所示，现有的COB集成光源聚光灯的技术参数数据如下：

1、聚光灯的调焦角度范围为15-30°。

2、从光斑照度体现，聚光灯的功率恒定在280W左右时，8m距离(二级出光口到投射面距离)，光斑角度15°，中心照度值为3831Lux；光斑角度30°,中心照度值为1505Lux。

如图9所示，将本实施例的光路散热组合系统应用到聚光灯上测得的技术参数数据如下：

1、聚光灯的调焦角度范围为17-40°。

2、从光斑照度体现，聚光灯的功率恒定在280W左右时，8m距离(二级出光口到投射面距离)，光斑角度17°，中心照度值为5010Lux；光斑角度40°,中心照度值为1560Lux。

结合图8、图9，并对数据进行分析比对：

1、现有技术中的聚光灯的调焦角度范围在15-30°，而本实施例应用到聚光灯的调焦角度范围在17-40°，本发明能实现的调焦角度范围更大。

2、由于调焦角度越小，相应的中心照度值越高，而相同的调焦角度，若中心照度值越高，则光效越好；现有技术中的聚光灯，调焦角度15°时的中心照度值为3831Lux，而本发明应用到聚光灯，调焦角度17°时的中心照度值为5010Lux，更大的调焦角度反而能得到更大的中心照度值，因此光效更好。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，包括光路系统和散热系统，

所述光路系统包括LED光源、光源收光器以及一级镜片、二级镜片；

所述LED光源为COB集成光源；

所述光源收光器为两端开口的筒体，包括进光口、反射部分和出光口，筒体的一端为光源收光器的出光口，出光口端设有凹入筒体内的锥形面，所述锥形面的底部形成开口，为光源收光器的进光口，进光口的端面与筒体的另一端的端面处于同一水平面上，所述锥形面上设有真空镀膜层，与锥形面一起构成光源收光器的反射部分，所述进光口大于出光口；

所述一级镜片为非球面镜，所述二级镜片为平凸镜；

所述非球面镜通过非球面镜压板固定在光源收光器的出光口，非球面镜压板与光源收光器之间设置非球面镜硅胶缓冲垫圈；

所述平凸镜，非球面镜，光源收光器、COB集成光源的中心线均在同一轴线上，实现最佳的光学效果。

2.根据权利要求1所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述非球面镜和平凸镜之间还设置若干中间镜片，所述中间镜片通过透镜支架固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述非球面镜的出光角度在30±2°，保证其出光角度完全在平凸镜的直径范围，实现二次出光的充分利用。

4.根据权利要求1或2所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述光源收光器筒体的外壁上设有圆形阵列微孔，有利于光源的散热。

5.根据权利要求1或2所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述散热系统包括散热器，所述散热器固定在散热器固定支架和散热器支撑架上，所述光源收光器与散热器固定支架固定连接，所述COB集成光源固定在散热器上，所述非球面镜固定在光源收光器的出光口；

以COB集成光源的发光面为基础，COB集成光源与非球面镜的距离为10±2mm。

6.根据权利要求5所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述光源收光器的筒体位于进光口的一端向四周延伸形成收光器连接外沿，所述收光器连接外沿上设有固定孔，收光器通过穿过固定孔的螺柱或螺钉与散热器固定支架固定连接。

7.根据权利要求5所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述散热器为热管散热器，所述热管散热器由若干竖向平行、等间距的散热片通过若干热管连接固定；

所述散热片上开有能穿过热管的孔，热管穿过散热片上的孔，将散热片横向等距离串接并固定。

8.根据权利要求7所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述热管内部填充高效导热介质，热管内部为真空状态。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述散热系统还包括设置在散热器的上方的风扇，所述风扇能覆盖整个散热器顶部。

10.根据权利要求9所述的一种聚光灯光路散热组合系统，其特征在于，

所述风扇上方设有出风盖，所述出风盖通过连接板固定在散热器支撑架上。