本發(fā)明涉及一種照明設備和特別涉及遠程高強度并可調(diào)焦的led燈。
背景技術：
設計一個射燈是為了可以把一個集中的光束射向一個遠處的指定區(qū)域。目前，沒有一個只用相同的裝置和低耗能的led射燈，可以有效地及集中地遠近照亮皆宜。如果一個led燈需要在較遠處提供高強度的照明，通常會把很多高功率的led芯片，列陣在一塊平面電路板上，加上一個拋物線凹面反射鏡或一個大型透鏡，以達到效果。圖1和圖2示意性地表示了這種結構的射燈。這些目前的方法有很多缺點，例如：(1)光學中的光束散射或匯聚原理僅適用于單點光源，使用led芯片的列陣，注定了光源不能是一個單點的大小，光束散射或匯聚將不易控制(見圖1和圖2)，這個特性限制了在遠處的有效照明，無論在何處觀察，將會看見多個亮度不均勻的光斑(見圖3)。(2)畸變和失真會很明顯，均勻地照亮遠處非常困難。(3)因為大多數(shù)的光束散射至遠離預定的目標，所以遠處照明功率非常弱，為了彌補弱照明功率的問題，往往被輸入更高的電能進led芯片，浪費了很多電能，同時產(chǎn)生大量的熱，縮短了led芯片的有效壽命。(4)射燈所用的鏡片通常都不是為特定的led芯片獨有的光學特性而專門設計。(5)射燈如果可以調(diào)焦，通常會有一個機制調(diào)整光源和透鏡或反射鏡間的相對距離，以調(diào)節(jié)光束的焦點。但這些調(diào)焦機制，通常都不能防振，承受強大的后坐力、橫沖擊、振蕩，這些調(diào)焦機制并且通常不能防水或防止氣體滲入，從而不能防爆。
綜合上述，有必要發(fā)明一種多用途的led燈，這燈需要耗電量低，可調(diào)節(jié)光束的焦點和方向，遠近都可提供高強度的照明，在有需要的情況下，還可以是防水、防振、以及防爆。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的內(nèi)容，可以用以下一些實施例概要地說明。
本發(fā)明其中一個實施例，提供了一個包含多個相同色溫的單點led芯片的射燈，按照燈的特定應用范疇，每一個單點led芯片會配有專門設計的透鏡。在本文中所用的術語例如「聚焦透鏡」或與led芯片一起使用的「透鏡」，不一定是單一個透鏡，可以是指一個或多個透鏡結合在一起使用的鏡頭。
在一個實施例中，為了產(chǎn)生高強度的光束，根據(jù)led芯片的光電性質(zhì)，每一鏡頭的形狀是特殊設計的，并在鏡頭上涂有多層的特殊鍍膜。
在一個實施例中，一個或多個單點led芯片安裝在一個或多個芯片基板上，而相對應的鏡頭則安裝在一個或多個與芯片基板平行的鏡頭基板上，這兩個基板能夠相對地移動。在一個實施例中，兩個基板之間的距離是由專門設計的電路來控制，兩個基板之間的距離決定了光束是否會直射，散射或匯聚。當led芯片與鏡頭相距一個焦距時，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，將成為與鏡頭光軸方向平行的光束。當led芯片與鏡頭相距少于一個焦距時，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，將會從鏡頭光軸向外散射。當led芯片與鏡頭相距一至二個焦距之間時，led芯片發(fā)出的光束穿越鏡頭后，光束將會在鏡頭光軸上某處匯聚在一起。
在一個實施例中，led芯片以一些特殊排列模式安裝在一個平面電路板上。由于從led芯片的光束可以控制成直射，沒有太多的散射或匯聚，所以即使在數(shù)百米處觀察，仍可以見到一個照亮均勻的光斑。
在一個實施例中，調(diào)焦機制是手動控制的。led芯片的安裝空間和鏡頭室是完全隔離的，調(diào)焦機制利用相反極性的磁石來達到調(diào)整芯片基板和鏡頭基板之間的距離，所以該射燈可以防水甚至于防爆。
在一些實施例中，該射燈可用作室內(nèi)或室外的建筑物美化和照明。
在一些實施例中，該射燈可以安裝在汽車、越野車、雪車、消防車、船只和直升機上用作照明和搜索。
在一個實施例中，多個不同色溫的led射燈并排安裝在一個燈條上，然后循環(huán)供電來開啟每一射燈，模擬警笛燈條的效果，每個led射燈亦可以單獨運作，用作照明。
在一個實施例中，相同顏色的單點led芯片一排地安裝在一個平面電路板上，而相應的鏡頭安裝在一個平行的鏡頭基板上。通過電子控制的齒輪傳動，鏡頭基板可以向旁移動。在一個實施例中，led芯片基板設在一個垂直于鏡頭光軸的平面上，并保持與鏡頭基板距離1.15個焦距，當鏡頭基板向旁移動時，光束的方向可以控制和調(diào)整，本實施例用作汽車車頭燈特別有用，因為能夠把車頭燈光束的方向，隨著汽車方向盤轉動的方向加以控制，因此，駕駛員可以把車頭燈一直照向汽車要去的方向。
附圖說明
圖1展示一個射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒led芯片1與拋物面反射鏡2，產(chǎn)生如何不可以控制的光束3。
圖2展示一個射燈的示意性橫切面圖，射燈使用了列陣式的多粒led芯片1與鏡頭4，產(chǎn)生如何不可以控制的光束5。
圖3展示圖1和圖2所描述的led射燈，在近處，產(chǎn)生不均勻亮度的光斑6。
圖4展示一個led芯片的放大圖，其表面有一個硅樹脂基球形罩，是一種用了陶瓷表面封裝技術的器件(smd)。芯片尺寸為1mmx1mm，光錐角為80°，色溫為6500k。制造商建議電源在700ma及3.2v時，會發(fā)出最佳流明值。
圖5展示一個led芯片的放大圖，其表面是一個硅樹脂基平面封裝的smd器件。芯片尺寸為1mmx1mm，光錐角為120°，色溫為6500k。制造商建議電源在700ma及3.1v時，會發(fā)出最佳流明值。
圖6展示一個led芯片的放大圖，其表面是一個硅樹脂基扁平半球罩封裝的smd器件。芯片尺寸為1.5mmx1.5mm，光錐角為115°，色溫是3000k。制造商建議電源在700ma及2.9v時，會發(fā)出最佳流明值。
圖7展示一個示意圖，把透鏡8放置在led芯片10前面，用以改變輸出光束的特性。
圖8展示一個射燈的外觀圖，其中鏡頭基板9直接由調(diào)焦機制的傳動軸42驅(qū)動。
圖9a展示一個射燈的外觀圖，其中鏡頭室21間接地通過調(diào)焦機制的傳動軸42驅(qū)動。圖9a示意性地顯示了兩種聚焦狀態(tài)。圖9a的左側下半部分顯示了鏡頭8和led芯片10之間的距離l1較短。圖9a的左側上半部分示出了鏡頭8和led芯片10之間的距離l2較長。
圖9b是一個放大的外觀圖，展示了圖9a實施例的特制螺栓43和傳動軸軸42中的孔45的形狀互相配合。
圖10是一個射燈的正面外觀圖，射燈有14粒led芯片。圖中顯示了鏡頭8和鏡頭基板9。
圖11是一個射燈的側面切面示意圖，展示多個單點led芯片10如何分布在芯片基板11上，而多個相對應并特別設計的鏡頭8則安裝在一個平行于芯片基板11的鏡頭基板9上。這圖只用于說明led芯片10和鏡頭基板9可相對地移動，但有多少對led芯片10和鏡頭8是隨意的。
圖12是一個led射燈的側面切面示意圖，圖中只展示其中四列的單點led芯片10、芯片基板11的一部分、對應的鏡頭8、鏡頭基板9的一部分、驅(qū)動電機12、傳動螺栓43以及傳動螺母46。圖12的左側顯示了led芯片基板11和鏡頭基板9被驅(qū)動到下降的位置(down)。圖12的右側顯示了led芯片基板11和鏡頭基板9被驅(qū)動到上升的位置(up)。
圖13展示一個有線的手提電子遙控器，用于控制led射燈的傳動機制。這個遙控器有以下的按鍵：a-選擇燈、b-加亮燈光、c-散射光束、d-減暗燈光和e-匯聚光束。
圖14是一個側面切面示意圖，展示當led芯片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一個焦距，led芯片10產(chǎn)生直射光束15。
圖15是一個側面切面示意圖，展示當一個單點led10在鏡頭8的光軸17上，并相距一個焦距(即是焦點位置16)，產(chǎn)生亮度均勻的直射光束15。
圖16是一個側面切面示意圖，展示當led芯片基板11與在鏡頭基板9上的鏡頭8相距少于一個焦距，led芯片10產(chǎn)生亮度均勻和可控制的散射光束18。
圖17是一個側面切面示意圖，展示一個單點led10在鏡頭8的光軸17上，并相距少于一個焦距，產(chǎn)生可控制的散射光束18。
圖18是一個側面切面示意圖，展示當led芯片基板11與鏡頭基板9上的鏡頭8相距一到兩個焦距之間，led芯片10產(chǎn)生亮度均勻和可控制的匯聚光束19。
圖19是一個側面切面示意圖，展示當一個單點led10在鏡頭8的光軸17上，并相距一到兩個焦距之間，產(chǎn)生可控制的匯聚光束19。
圖20是一個射燈的正面外觀圖，此射燈有卅十六粒led，圖中顯示了鏡頭8。該燈功能可以通過如圖22中所示的無線遙控器控制。
圖21是圖20射燈的led正面布局實施例。燈上有卅十六對鏡頭8和led芯片10，布局呈六邊形，視乎具體的應用要求，該布局可以是任何形狀。
圖22顯示一個無線遙控器，可以控制如圖20和圖23的射燈，該實施例有下列按鈕：a-選擇控制第一組燈；b-選擇控制第二組燈；c-收窄光束角(遠程照明)；d-擴大光束角(近距離照明)；e-逆時針方向旋轉云臺；f-向下旋轉射燈；g-開/關遙控器；h-增加亮度；i-選擇長亮或頻閃；j-減低亮度；k-向上旋轉射燈；l-順時針方向旋轉云臺。
圖23是一個射燈的正面外觀圖，此射燈有十八粒led。該燈的功能可以通過如圖22所示的無線遙控器控制。
圖24顯示一個led射燈7安裝在直升機上作泛照用。
圖25顯示一個led射燈7安裝在直升機上集中照明一個小范圍。
圖26顯示一個led射燈7安裝在漁船上使用。
圖27顯示一個led射燈7安裝在巡邏艇上使用。
圖28顯示一個led射燈使用在緊急救援任務(右側)或美化建筑物外面(左側)。
圖29顯示一盞有六粒led的多色射燈的側面外觀圖，該燈可以射出多束可調(diào)方向及不同顏色的光束34、35。
圖30是一個多色射燈應用示意圖，顯示一艘使用了多色多光束的led射燈的觀光船。
圖31是一個射燈的正面外觀圖，有九粒同色led射燈，可以產(chǎn)生可調(diào)向的光束。
圖32展示圖31的射燈的正面外觀圖。
圖33展示圖31的射燈的側面切面圖。
圖34a展示如圖31的led射燈在中檔時所產(chǎn)生的光斑。
圖34b展示如圖31的led射燈當鏡頭基板在第一檔時所產(chǎn)生的光斑。
圖34c展示如圖31的led射燈當鏡頭基板在第二檔時所產(chǎn)生的光斑。
圖35a展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產(chǎn)生照近光束19。
圖35b展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，產(chǎn)生照遠光束15。
圖36展示使用led射燈作為汽車車頭燈的示意圖，其光束19照明方向會與汽車的轉彎同步轉向。
圖37展示一個燈條實施例的正面圖，其上并排安裝了三盞有十四粒led的射燈。該燈條可以安裝在緊急車輛頂部作為警笛。
圖38展示在一汽車頂部安裝的警笛，該警笛有四盞有十四粒led的射燈。
圖39a展示一個射燈的側面切面圖，該射燈有一粒led，此燈能產(chǎn)生可調(diào)焦光束，并且是防水和防爆的。
圖39b展示圖39a所示射燈的光學配件室c2的放大圖。
圖39c展示圖39a所示射燈的主室一部份與調(diào)焦手輪31的外觀圖，并展露出曲線管72和導向銷24的形狀。
圖40a展示圖39a所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成圖像位置(在0×焦距的位置)。
圖40b展示圖39a所示射燈的光斑，該光斑是射燈的聚焦鏡頭剛在形成最寬光束角的位置(在1.2×焦距的位置)。
圖41展示一盞防水防爆的潛水射燈的外觀圖，該射燈的調(diào)焦機制與圖39a所示射燈的調(diào)焦機制相類似。
圖42展示圖41所示的射燈的調(diào)焦機制和光學部件的側面切面圖。
圖43展示另一防水防爆的led射燈的側面切面圖。調(diào)焦機制是通過旋轉射燈末端的調(diào)焦手輪31。該燈利用磁石27、73，以完全隔離鏡頭室和led室。
具體實施方式
以下是本發(fā)明的幾個實施例詳細描述，為了方便徹底理解實施例，我們在此作出具體的結構和細節(jié)闡述。此外，在描述實施例的方位時，可以說成是「頂」、「底」、「前」、「后」、「左」、「右」等等，這些用詞只是幫助讀者理解各實施例，并不意味著是實物體的限制。明顯地，凡此領域的技術人員，在沒有具體細節(jié)下，仍可跟著此發(fā)明制作。通過參考下面的本發(fā)明實施例，此領域的技術人員可以更容易理解，但更需明白這些實施例僅用于闡明本發(fā)明，而不應用作限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明所限定的范圍是由后面所附的權利要求指定。但應當指出，一些過渡性詞語例如「包含」和「構成」，它們的同義詞就有「含有」或「特性」等等，這些同義詞還有很多，并不排除用來描述額外的及未陳述的要訣或方法步驟。本文所用術語如「聚焦透鏡」或與led芯片一起使用的「透鏡」是沒有必要是單一個透鏡，可以是一個或許多透鏡一起合而成為的鏡頭。
在一個實施例中，提出了一個照明裝置，它包含了以下部份：(1)一個或多個led芯片基板，每一個芯片基板都包含有一個或多個單點led芯片。(2)一個或多個鏡頭基板，每一個鏡頭基板都包含有一個或多個鏡頭，這些鏡頭都有鍍膜，用以改變led芯片產(chǎn)生的光的色溫。(3)一個傳動系統(tǒng)用以改變芯片基板和鏡頭基板的相對位置，每個所述鏡頭安放在一個或多個led芯片的光束中，且所述鏡頭會改變光束的光錐角，從而強化led芯片產(chǎn)生的光的亮度，達到高強度照明。在一個實施例中，光錐角約為1°至大約80°之間。在一個實施例中，所述照明裝置包括：1、3、6、7、9、14、18或36粒單點led芯片。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)可以手動或機動。在一個實施例中，傳動系統(tǒng)由有線或無線遙控器來控制。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)把鏡頭基板沿著平行于鏡頭基板上的鏡頭光軸的路徑移動。
在一個實施例中，有防撞結構的傳動系統(tǒng)包含了：(1)一個電機，電機有外殼和一個傳動軸，傳動軸有一邊平坦的側面，以及(2)一個有孔的傳動螺栓，孔的橫截面形狀與所述傳動軸的橫截面形狀匹配，所述傳動軸透過所述相匹配的孔而聯(lián)接到傳動螺栓，電機的旋轉力直接地從傳動軸傳遞到傳動螺栓，如有傳動軸方向的橫向沖擊時，橫向沖擊力會直接傳遞到電機的外殼。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)包含了：(1)一個傳動螺栓，傳動螺栓的一端連接到鏡頭基板，另一端連接有多個磁石，稱之為第一磁石組，以及(2)一個手輪，包括有多個磁石，稱之為第二磁石組。兩組磁石極性相反，第二磁石組安放在與第一磁石組相對應的位置。所述手輪轉動時，由于第一和第二磁石組之間的磁引力，將會帶轉傳動螺栓，從而令鏡頭基板沿平行于所述鏡頭光軸的路徑移動。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)包括一個手輪，該手輪包含著鏡頭室，并包含有固定于所述手輪內(nèi)壁上的第一組磁石。在鏡頭室內(nèi)壁上相對應的位置，則安裝有與第一組磁石極性相反的第二組磁石，所述手輪轉動時，透過所述第一組磁石和第二組磁石之間的磁引力，鏡頭室外壁上的曲線管將同步轉動，驅(qū)使曲線管上的一個傳動銷，沿著一個位置導向槽移動，間接地推動鏡頭基板沿著鏡頭光軸的方向移動。
在一個實施方式中，所述曲線管是刻鑄成與鏡頭光軸形成30°至60°角度，故此磁吸引力的主要部分會驅(qū)使傳動銷沿著鏡頭光軸方向移動。在另一實施例中，所述傳動系統(tǒng)，把鏡頭基板在一個平行于所述led芯片基板的平面上移動。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)，把鏡頭基板相對于led芯片基板轉動，從而把每個所述鏡頭，放置在兩個或更多的led芯片的光束路徑中。在一個實施例中，所述射燈發(fā)出多種顏色的光束。在另一個實施例中，所述射燈發(fā)出射向多個方向的光束。
在一個實施例中，所述傳動系統(tǒng)包含了：一個電機主軸上的傳動齒輪，所述傳動齒輪匹配到一個帶動兩個鏡頭基板的傳動軸，當所述傳動齒輪轉動時，會導致所述傳動軸旋轉，從而導致兩個或多個鏡頭基板在一個平行于所述led芯片基板的平面上移動。在一個實施例中，移動所述鏡頭基板在一個平行于所述led芯片基板的平面上移動，將導致led芯片的光束通過在不同的鏡頭基板的鏡頭后，會匯聚成一個單點光斑或分離成多點光斑。在一個實施例中，所述射燈包含多個led芯片基板，而每一芯片基板有兩個或多個的led芯片。在另一個實施例中，所述射燈包含了九個單點led芯片在多個led芯片基板上。在一個實施例中，所述射燈用作汽車車頭燈。在一個實施例中，光束發(fā)射的方向可根據(jù)汽車的轉動方向而改變。
實施例1、選擇led、設計鏡頭和鍍膜
要設計一個耗電量低和光束強度高的led燈，第一步是按應用需要，選擇適用的led芯片。經(jīng)過測試許多市場上現(xiàn)有的led芯片，得出的結論是，芯片發(fā)光面積的大小，光錐角的大小與光的色溫是三個最重要的性質(zhì)。目前市場上的led芯片都是采用圓頂或平頂透明密封，無論哪種方式，所有l(wèi)ed芯片光束的發(fā)射都呈球狀，透明封頂?shù)陌霃胶捅砻鎻澢蕸Q定了光錐角。例如，一個制造商的led芯片產(chǎn)生的光錐角是80°，另一制造商的led芯片產(chǎn)生的光錐角是120°。表一列出一些測試結果，每個led芯片的測試電源略有不同，但是差不多一樣，電源不同是因為每個芯片都有其廠家建議的功率要求。
為了使光束射得更集中更遠，如圖7，放一個透鏡8在led芯片10前面，以減少光錐角α。在一個實施例中，選擇非球面透鏡來投射led燈光束。用與表一相同的led芯片10和相應的測試電源，不同直徑和焦距的透鏡令到輸出光束的光錐角和光強有很大差異。較大焦距的透鏡會產(chǎn)生較小的光錐角α，結果在相同距離處有更高的流明值(lux)，表二列出一些測試結果。
根據(jù)表二，光束經(jīng)過非球面透鏡聚焦后，led芯片可以產(chǎn)生比原始led芯片更高強度的光束。根據(jù)表一，例如原始led芯片二號產(chǎn)生的光強度在1米處僅為73lux。額外的原始led芯片二號測試量得在7米處，光強度是1.6lux。通過48毫米口徑和47毫米焦距的非球面透鏡后，led芯片二號在7米處光強度變?yōu)?600lux，加強了一千倍。該透鏡并非必須是非球面形。在我們的實施例的實驗中，不同類型的透鏡和我們所選擇的led芯片測試，非球面透鏡產(chǎn)生最好的結果。然而，本發(fā)明并不限定于使用非球面透鏡，led芯片的特性是設計一個聚焦透鏡時最重要的因素。本文具體實施例僅用于說明本發(fā)明，然而不應用作限制本發(fā)明，后面所附的權利要求才是本發(fā)明的限定范圍。
為了進一步提高光的強度，有必要提高聚焦透鏡和保護透鏡的透射率，以及鏡頭室和遮光罩內(nèi)壁的反射率。led芯片發(fā)出的光譜比較窄，可以使用適應每個色溫的特殊防反射鍍膜，該鍍膜可以額外提高光強度5％至8％。此外，鏡頭室和遮光罩的內(nèi)壁可以鍍上鋁膜以提高反射率。
當使用相類似電源時，發(fā)射冷白光的led芯片(例如色溫6000k或更高)比發(fā)射暖白光的led芯片(例如色溫3000k或更低)，可多提供35％至55％的流明。例如，一個2800k的led芯片用在汽車應用上，有需要提高供電率以產(chǎn)生更高的流明，故此，浪費了不必要的能源。但如果為了產(chǎn)生更高的流明而使用高色溫的led，其冷白光可刺激和損傷人的眼睛。如果盯著超亮的冷白光甚至可引起短暫失明。駕駛時使用冷白光對迎面而來的駕駛者和行人都是危險的，幾乎所有國家都已禁止駕駛時使用高色溫的車頭燈，如要使用高色溫的燈例如高強度氣體放電燈(highintensitydischargelight簡稱hid燈)，許多應用都會使用有色玻璃或有色的聚碳酸酯濾鏡(poly-carbonatefilter簡稱pc濾鏡)以改變光的色溫。無論是有色玻璃或是有色的pc濾鏡，顏色是通過添加各種染色劑，染色劑不僅會吸收光，也會阻礙散熱，在運作led過程中，不處理好散熱，會被損壞led和縮短led的有效壽命。
為了使用發(fā)冷光的高流明led芯片，應在透鏡上鍍膜來降低色溫和散發(fā)屬于紅外線波長范圍的輻射熱能。透鏡鍍上鍍膜有幾個優(yōu)點：(1)透射率可提高5％至8％。(2)鏡頭鍍膜可改變光的色溫，以及散發(fā)紅外線輻射熱能。降低過熱風險可以延長led芯片的使用壽命。(3)針對不同的應用制定鍍膜比制造不同顏色的pc或玻璃濾鏡更容易更快。(4)耗電量較低。使用相同電量，通過使用有特殊鍍膜的鏡頭，高色溫的led產(chǎn)生的流明值要比低色溫的led高很多。
使用鍍膜以改變色溫是眾所周知的，只是并非在led照明的光學設備設計領域中使用。鍍膜改變色溫的技術、設計和應用早已被公布，例如美國專利us4145113。適用于led光譜的鍍膜亦有進一步的發(fā)展和公布，例如中國專利cn1034878363a。根據(jù)鍍膜領域已知的技術和方法，本發(fā)明領域的普通技術人員會很容易基于所選擇的led芯片的特性，而設計適用于本發(fā)明中所使用的鏡頭的鍍膜。鍍膜改變led光譜的色溫，一個本領域的普通技術人員將很容易地為每個使用的led芯片，確定鏡頭各層鍍膜的精確厚度和需要的層數(shù)。
鏡頭經(jīng)過鍍膜后，從原來6500k的冷白光變成3000k的暖白光，僅失去4％的流明，但一個6500k冷白光的led芯片經(jīng)過有特殊鍍膜的濾鏡后，發(fā)出的3000k暖白光卻比使用發(fā)出3000k暖白光的led芯片可多發(fā)出48％以上的流明。表三列出了一個實施例中的一些測試結果。
總括來說，使用特殊鍍膜的濾鏡以減少光錐角、改變色溫、并增加光的透射率是制造遠程高強度led燈的三個重要設計原則。我們不能記錄每一種led芯片及每個鍍膜和鏡頭形狀的可能組合，但本領域技術人員將很容易理解，上述實施例僅用于說明，而不是限制本發(fā)明，本發(fā)明的范疇是由隨后所附的權利要求來限定。
實施例2、防震機制
一個可調(diào)焦的射燈最脆弱的部分是調(diào)節(jié)光束焦點的調(diào)焦機制。最常見的方法是通過使用齒輪和軸來移動安裝在一個平面基板上的透鏡和光源間距離。圖8示范了使用機動、軸與齒輪調(diào)焦方法的射燈例子。例子中安裝了一個保護透鏡22以保護鏡頭室21，聚焦透鏡8安裝在一個平面鏡頭基板9上。電機12的軸42接著傳動螺栓43，直接匹配到鏡頭室21的傳動螺紋管28，當電機12順時針或逆時針轉動時，軸42將轉動傳動螺栓43，這將轉動傳動螺紋管28向前或向后移動，鏡頭室21的透鏡8會相對于led芯片10向前或向后移動，從而改變光束的焦點。這樣的射燈用在汽車和船只上時，鏡頭室21是相當沉重的，透鏡8是相當精密的，操作的環(huán)境則充滿振動和沖擊，由鏡頭室21重量產(chǎn)生的沖擊力會直接傳遞到軸42上，軸42的承托只有兩個讓軸42在原地旋轉的微小軸承51，軸承51不能長期承受沖擊力，軸42將會被移位并不能對齊，影響調(diào)焦。采用這種結構設計的射燈是不能防震的。
圖9a示范了一個經(jīng)過特殊設計的防震射燈的實施例。除了如何把軸42連接至鏡頭室21，此射燈是類似于圖8中的非防震射燈。電機12的軸42由圓柱形改為有一平坦側面的桿，一個特殊的螺栓43其上有一孔45與軸42的形狀匹配(圖9b)，因為螺栓43的孔與軸42緊密配合，所以兩者間只存在起動與旋轉的關系。螺栓43的外部和傳動螺紋管28緊密配合，螺栓43被鎖套33鎖定而不壓到軸承51，電機12的外殼和鎖套33之間插入潤滑片44，螺栓43不能前后移動，當軸42轉動時，會起動及旋轉螺栓43，連帶旋轉傳動螺紋管28，傳動螺紋管28旋轉時，它會把鏡頭基板9向前和向后移動，改變鏡頭基板9和led芯片10之間的相對距離，相對距離的改變將改變光束的焦點。圖9a顯示了兩種可能的狀態(tài)，圖9a的左側下半部顯示鏡頭8和led芯片10之間的距離l1較短，圖9a的左側上半部顯示鏡頭8和led芯片10之間的距離l2較長。這樣的結構設計，由于震動或沖擊鏡頭室21重量產(chǎn)生的沖擊力將會由傳動螺紋管28傳遞到螺栓43，接著螺栓43會將沖擊力傳遞到鎖套33，然后經(jīng)過潤滑片44把沖擊力直接轉移到電機12的外殼上。沿鏡頭光軸方向傳遞的沖擊力完全不影響到軸42，這將保證電機12能夠精確地運轉。基于這種結構設計的射燈在實際運行條件下進行測試，可以承受150g及100赫頻率的沖擊力，足以在大多數(shù)有很多振動和沖擊的情況下使用。
實施例3、光束聚焦和方向控制機制
圖10是一個led射燈的實施例，本實施例中選擇了目前市場上面積最小而照明功率最高的led芯片之一，這led芯片差不多可以當成是一個單點光源。led領域的技術不斷在進步，體積更小、功能更強的led芯片繼續(xù)開發(fā)?？梢灶A計，將來要達到更強的照明功率，只要把led芯片替換成更小和更強的芯片即可。
本實施例的布局圖案是圓形的(圖11)。然而視乎實際應用，布局圖案可以是任何形狀，單點led芯片10和鏡頭8可以是一對或多對。布局的形狀和多少對led芯片10和鏡頭8的是基于多個因素，例如可用空間、空間形狀與電源、散熱條件和所需的燈光強度等等。在一個實施例中，射燈安裝在車輛前面保險杠內(nèi)作霧燈，保險杠上的預切孔是圓形的，本實施例便是圓形的，以適應保險杠，預切孔的尺寸只允許至多六對led芯片和鏡頭。
在一個實施例中(圖10)，led射燈有十四個單點led芯片與14個特別設計的鏡頭8，十四個鏡頭8是安裝在一個平面鏡頭基板9，而十四個單點led芯片是安裝在其后的一個平行的led芯片基板上。
圖11展示圖10的led射燈的示意性正面布局圖和側面切面圖。led芯片基板11和鏡頭基板9可以相對地移動。這些圖中所示的led芯片10和鏡頭8的對數(shù)僅作說明之用。
在一個實施例中(圖12)，鏡頭基板9由具有傅動螺栓43和螺母46的電機12移動。電機12可以通過例如圖13的有線遙控器控制，如圖14和圖15所示，當led芯片基板11在離開鏡頭基板9一個焦距時，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束15將垂直于鏡頭基板9或平行于鏡頭光軸17直射出去。因為理論上光束15可以去到無限遠處而沒有朝任何方向分散。從遠處如一百米的距離都可觀察并測得到本發(fā)明的射燈的光束，仍然高度集中并清晰。在一百米處的lux測量仍高達在5米處測得的lux的95％，并無顯著分散。由于單點led芯片10和相應的鏡頭8是圓形布局，這些鏡頭光軸17亦會是圓形分布的。每對鏡頭8和led芯片10將產(chǎn)生一個圍繞著鏡頭光軸的圓形均勻照明光束15，結果照明區(qū)域亦是均勻照亮的圓形。
在另一實施例中(圖16和圖17)，當led芯片基板11移動至離開鏡頭8一個焦距之內(nèi)時，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束18將自多個鏡頭以可控制的方式從鏡頭光軸17散射出去。單點光源的光束通過鏡頭的散射是可預估和可控制的。每對led芯片10和鏡頭8將產(chǎn)生相同散射角度和相同方向的光束18，如此便可以有效地控制照明的區(qū)域。
在另一實施例中(圖18和圖19)，當led芯片基板11移動至離開鏡頭8在一至兩個焦距之間時，所有l(wèi)ed芯片10發(fā)出的光束19將匯聚到鏡頭光軸17上。單點光源的光束通過鏡頭的匯聚是可預估和可控制的。每對led芯片10和鏡頭8對都匯聚到同一個角度和方向。每對led芯片10和鏡頭8將產(chǎn)生相同匯聚角度和相同方向的光束19，如此便可以有效地控制照明的區(qū)域，在近處有非常有效的照明，在同一距離，匯聚光束的照明功率將超過平行光束。
在一個實施例中(圖20和圖21)，提供了一種led射燈，它有卅六個單點led芯片10和卅六特別設計的鏡頭8，它們的布局圖案呈六角形。射燈的結構類似于圖10所示的射燈，射燈很重，并可安裝在專門設計的云臺26上，室內(nèi)或室外、車輛、飛機或船只上均可安裝云臺。射燈與云臺26可以用一個無線遙控器(圖22)來控制。兩組燈(每組十六盞燈)可以通過選擇第一組(按鈕a)或第二組(按鈕b)來控制，可以開關遙控器(按鈕g)。也可以調(diào)暗(按鈕j)或加強亮度(按鈕h)，把射燈切換成連續(xù)照亮或頻閃模式(按鈕i)，散射光束作近處照明(按鈕d)或匯聚光束作遠處照明(按鈕c)，把射燈傾斜向下(鍵f)或傾斜向上(鍵k)，垂直轉動可達210°，也可以順時針方向(按鈕l)或逆時針方向(按鈕e)旋轉云臺，水平轉動可達359°?；旧?，該射燈可以透過遙控器控制，把四周的三維空間照亮。
在一個實施例中，圖23展示一個led射燈，射燈有十八粒單點led芯片和十八個特別設計的鏡頭8，作圓形分布。射燈可以安裝在特別設計的云臺26，好像圖20中用于卅六頭led射燈的云臺26，射燈亦可透過如圖22相同的無線遙控器控制，選用十八粒單點led芯片主因是可以最大限度地使用大多數(shù)便攜式電源例如12或24伏電池提供的電量。十八頭led射燈可以安裝在一個直升機上機關槍的云臺上(圖24和圖25示意性地展示出實施例)，在一個測試中，從機關槍上發(fā)射800發(fā)子彈，雖然存在很大的反沖力和飛行振蕩，然而射燈完全無損。使用在直升機上的射燈大小主要是限制于機艙上的可用空間。如果直升機高飛時，可以使用射燈的散射模式來照射更寬的區(qū)域進行搜索(圖24)。如果直升機低飛時，可以使用匯聚光束或平行光束模式，集中照明較小的區(qū)域，以便搜索(圖25)。
在另一實施方例中，射燈7(例如36頭射燈)用作漁船(圖26)或巡邏艦(圖27)的搜索燈。船舶有較大的空間和電源，可以使用較大的射燈。本發(fā)明的射燈，以它的高強度、遠程、集中和可調(diào)焦的特性，確是在霧里、完全黑暗或低能見度環(huán)境下非常有效的照明工具。
在另一個實施例中，本射燈可以在緊急情況和救援任務中使用。通?；鹁F(xiàn)場都充滿濃煙和大火，地震和其它自然災害現(xiàn)場則充滿塵埃，令到緊急救援人員很難通知其它人員那里需要幫助。按照一實施例(圖28)，安裝在特制云臺的射燈可以被控制去直接照射正在要求增援的緊急救援人員的位置。緊急救援人員的位置可以利用緊急救援人員攜帶的定位設備輸出的數(shù)據(jù)去自動確定。這類型的定位設備通常是建基于一個全球定位系統(tǒng)(globalpositioningsystem，簡稱gps)，gps定位設備和可編程控制器則由在相關技術領域中的人員設計。
在另一實施例中，圖28展示一個led射燈，用于美化建筑物和照明。
實施例4、遠程多光束射燈
在一個實施例中(圖29)，一個led射燈有三組led芯片10，每組都有兩粒led芯片10，一共有六粒led芯片10，射燈可以發(fā)出多個色彩組合的光束。例如，led芯片10中的第一組發(fā)射紅光和藍光，第二組發(fā)射藍光和綠光，而第三組發(fā)射綠光和紅光。該射燈可在同一時間向六個不同方向發(fā)散六束強力的彩色光束34、35，該射燈用于燈光秀是最理想的。六粒led芯片10安裝在led芯片基板11并以120°分開為三組。本實施例中每組2粒led芯片10配上一個鏡頭8，總共有三個鏡頭8。鏡頭8安裝在平行于led芯片基板11的鏡頭基板9上。兩個基板9、11之間的距離維持在鏡頭8的一個焦距，由于led芯片10和鏡頭8之間的距離為一個焦距，于是產(chǎn)生近乎直射的不同顏色光束34、35。光束34、35不能是完全是直射的，因為每個鏡頭8有兩粒led芯片10。led芯片10將稍微偏離相應的鏡頭8的光軸的位置。設計和安裝了傳動機構，把鏡頭基板9反復來回轉動15°。電機12連接到傳動齒輪28，再連接到傳動軸42，最后連接到鏡頭基板9的中心，射燈便會產(chǎn)生六個生動的和充滿活力的光束34、35。在一個實施例中，兩光束是紅色的，兩光束是綠色的，而兩光束是藍色的。15°是最優(yōu)化的轉動角，可以產(chǎn)生最生動、充滿活力和高度集中的光束34、35。太大的轉動將降低led芯片10的發(fā)光效果，因為光束34、35不會近乎直射，難以維持遠程高強度。市場上有白色、紅色、綠色和藍色led芯片，其它顏色的光束可以通過組合紅、藍、綠三色的光，以不同強度來合成。理論上，可以產(chǎn)生無限色彩的光束。還有許多其它的方式來控制光束的移動，上面的描述絕不是限制了本發(fā)明只有本實施例。上述實施例描述固定了led芯片基板11的位置，而移動鏡頭基板9，根據(jù)相同的光學原理，其它實施例可設計成固定鏡頭基板的位置，而移動led芯片基板。
根據(jù)一個實施例(圖30)，有幾個遠程多光束射燈安裝在旅游景點航行的河上觀光船頂部，當射燈亮起，生動活潑的光束遠程照耀了夜空，極度觸目，只看著生動的光束舞即可以成為一個很吸引的旅游景點。
實施例5、車頭燈
在一個實施例中(圖31、圖32和圖33)，九粒led芯片10分配在九個對應的鏡頭a1-a9的光軸上，鏡頭安裝在鏡頭基板b1-b5上。鏡頭a1、a2和a3安裝在鏡頭基板b1上，鏡頭a4安裝在鏡頭基板b2上，鏡頭a9安裝在鏡頭基板b3上，鏡頭a7和a8安裝在鏡頭基板b4上，鏡頭a5和a6安裝在鏡頭基板b5上。最初，每個led芯片10定位在對應的鏡頭(a1-a9)的焦點處。圖34a(中檔)顯示從led芯片10的光束通過鏡頭(a1-a9)傳輸，在10米處形成光斑。鏡頭基板b1是不動的，其余鏡頭基板b2-b5可以由傳動機制移動。當電機12轉動時，設置在電機軸42的齒輪28將轉動傳遞軸41，傳遞軸41的兩端有左轉螺紋和右轉螺紋50，將分別推動鏡頭基板b4、b5上的兩個螺母46、47。彈簧48的壓力將導致鏡頭基板b4隨著b3一起移到右邊，鏡頭基板b5隨著b2移到左邊，移動了1.25毫米后，定位板49會截停鏡頭基板b4、b5，連續(xù)三個圓圈的光斑將出現(xiàn)(圖34b)，這是第一檔。當傳遞軸41繼續(xù)轉動，通過螺母46推動，鏡頭基板b2移到左邊，通過螺母47推動，鏡頭基板b3移到右邊。鏡頭基板b2、b3移動另一個1.25毫米后便停下來。連續(xù)五個圓圈的光斑將出現(xiàn)(圖34c)，這是第二檔。應用此傳動原理的射燈在汽車的應用是非常有用，照明區(qū)域?qū)⒈粩U大，用類似的設計，跟著汽車轉向而改變方向的車頭燈會很容易實現(xiàn)。
在另一個實施例中(圖35a和圖35b)，如圖31的led射燈的修改版用作車頭燈。在一個實施例中，通過例如內(nèi)置的向前感應器提供的數(shù)據(jù)及車輛上的計算器和軟件程序，將可自動控制鏡頭基板及l(fā)ed芯片基板的移動。當感應器檢測到迎面而來的車頭燈光或前方車輛的車尾燈光，車輛上的計算器可自動調(diào)節(jié)led車頭燈進入?yún)R聚模式(圖35a)，即是調(diào)節(jié)led芯片和鏡頭基板間的距離到一至二個焦距之間，車頭燈光束19將匯聚在近處，不會刺激迎面而來車輛或前方車輛的駕駛員。當沒有迎面而來的車輛或前方近處的車輛，車頭燈可以調(diào)整到直射模式(圖35b)，即是調(diào)節(jié)led芯片基板與鏡頭基板間的距離到一個焦距，使得車頭燈光束15照向遠處，車輛的駕駛員會看得更清楚。汽車制造商的工程師可以很容易研發(fā)感應器和車上計算器及其軟件程序。
這些實施方案使用的方法，與目前車頭燈的方法不同，目前車頭燈有兩組燈，可以手動或自動切換作遠處及近處照明，一組燈照遠，另一組燈照近。在上述實施例中，一組燈已經(jīng)足夠，通過控制所述led芯片基板與鏡頭基板之間的距離，便可以做到近處和遠處照明。led芯片基板與鏡頭基板的移動用電機控制，電機可以是手動控制或由車上感應器和計算器自動控制。
另一個車頭燈的實施例展示于圖36中。led車頭燈的led芯片基板和鏡頭基板的相對移動是兩維的，可以用類似圖31-33中描述的實施例控制。除了調(diào)節(jié)led芯片基板和鏡頭基板的距離，透過特別設計的固件控制另一個傳動機制，令到另一組鏡頭基板相對于led芯片基向旁移動。該固件可以通過連接到汽車轉向操作的感應器來控制，最終的效果是，光束19不僅聚焦可以控制，連照射方向也可以控制，與汽車轉向操作同步，即使在一條彎路上，都可幫助駕駛員看得更清楚。汽車制造商的工程師很容易便可研發(fā)車上感應器和固件。
在另一個實施例中(圖37和圖38)，三至四個不同色溫的led射燈(例如有14粒led芯片的射燈)安裝成一排。整組燈可以安裝在一輛汽車的車頂上(圖38)。為了模擬頻閃的藍紅白色警笛效應，可以輪流開啟每一射燈的電源。在一個實施方案中，每個單獨的led射燈也可以選擇長亮模式用作照明。
實施例6、防水機制
調(diào)整光束聚焦和電源控制機制是很易做成射燈漏水或漏氣。目前市面上的便攜式射燈通常使用手輪來調(diào)節(jié)輸出光束的焦點，鏡頭固定在一個手輪的內(nèi)壁，通過旋轉手輪，將改變鏡頭和光源之間的相對距離，相對距離的變化將改變輸出光束的聚焦。許多光學儀器，如照相機、瞄準鏡和望遠鏡都采用手輪方法調(diào)焦。為了令手輪防水，通常將o形圈放在手輪和鏡頭室的接觸面，這需要高精度地安裝o型圈以保證防水，并仍然要手輪的運作暢順，然而，o型圈會隨著時間而老化，減低了防水能力。
另一種讓手輪和電源開關防水的方法是使用磁石把密封電源室完全隔離。這些方法已公布，已公布文獻如cn203176758u和cn2445185y都有說明。外磁石是固定在手輪的內(nèi)壁，手輪轉動時，這些外磁石會沿著鏡頭光軸方向移動。另一組相反極性的磁石是固定在鏡頭室的內(nèi)壁上，整個鏡頭室可以在光學配件室內(nèi)移動。當外磁石沿鏡頭光軸移動，由于外磁石的引力將會牽引內(nèi)磁石同樣地沿鏡頭光軸移動。這是最簡單方法，但要這種機制能均勻地移動是不容易的。光學配件室的壁位于鏡頭室和外磁石之間，這壁是一層非磁性材料制成，磁引力垂直于鏡頭室外壁的部份，會把鏡頭室緊壓到光學配件室的內(nèi)壁上。鏡頭室外殼和光學配件室之間的摩擦力會阻礙鏡頭室與外磁石同步移動，當鏡頭室外壁和光學配件室內(nèi)壁之間的摩擦力不可以再抵抗磁引力時，會感到鏡頭室好像突然被釋放似的，令調(diào)焦感覺好像搐動，很難精確地和暢順地調(diào)焦。簡單的手輪與磁石方法的另一個缺點是，手輪要轉很多圈才可以移動鏡頭室一段距離。所需圈數(shù)取決于手輪螺紋的螺距大小，太大的螺距將不允許鏡頭室作精確移動，太小的螺距將需要轉動手輪很多圈才可以移動鏡頭室一段距離。
本發(fā)明解決了這些問題，令防水射燈的調(diào)焦感覺均勻和可快速調(diào)焦。本發(fā)明的一個實施例(圖39a)提供了一種可調(diào)焦的單點led防水射燈。該射燈使用磁石來調(diào)焦和控制電源。這射燈由以下幾部分組成：主室c1、光學配件室c2、調(diào)焦機制c3、電源室c4、光源室c5和電源控制機制c6。
根據(jù)本實施例(圖39a)，光學配件室c2包含有鏡頭室21、光學鏡頭23、聚焦鏡頭8、導向銷24、導向管25、曲線管72和一組內(nèi)磁石27。鏡頭室21可在主室c1的射燈主體74內(nèi)移動。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8都固定在鏡頭室21內(nèi)。導向銷24固定在鏡頭室21外。導向管25包著鏡頭室21，其上刻有位置導向槽251。曲線管72是刻在導向管25上并推動導向銷24沿位置導向槽251移動。內(nèi)磁石27被固定于曲線管72的外壁上。在本實施例中，曲線管72的實體設計是非常重要的，這將在后面進一步詳細說明。
在圖39b可詳見一部分的光學配件室c2和光源室c5。光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和led芯片10放置在同一軸在線。光從led芯片10發(fā)出，通過聚焦鏡頭8和光學鏡頭23，產(chǎn)生非常均勻的圓形光斑。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對于led芯片10在0-1.2×f2之間移動。f1是光學鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對距離是0×f2和光錐角是1.2°)，另一位置叫最寬光束位置(相對距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產(chǎn)生均勻光斑。當光學鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近led芯片10，從led芯片10發(fā)出的光束，將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然，此射燈適用于遠近照明。當聚焦鏡頭8在成像位置時，光錐角最小，在led芯片10處的圖像如圖40a將被投影在遠處。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑如圖40b將被投影在遠處。當聚焦鏡頭8在成像位置及最寬光束位置之間，將會見到一個不那么均勻和較小的光斑。視乎光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和光學室c2的形狀，光斑可以是任何形狀，本實施例絕不是要限制任何光斑形狀。
根據(jù)圖39a，調(diào)焦機制c3包括調(diào)焦手輪31和一組外磁石73。調(diào)焦手輪31包圍著射燈主體74并可旋轉，射燈主體74突出的一端裝有防水保護鏡22，o型圈311用來密封防水保護鏡22和射燈主體74接合黠。防水保護鏡22和o型圈311靠擰緊鎖定環(huán)312鎖定。外磁石73固定在調(diào)焦手輪31內(nèi)壁上，外磁石73和內(nèi)磁石27具有相反極性。當手輪31轉動，外磁石73的磁吸引力會牽引內(nèi)磁石27，曲線管72將同步轉動，把其約束著的導向銷24沿導向槽251前后推動，鏡頭室21會跟著前后移動，從而調(diào)整焦點。
圖39c是一個外觀圖，放大了圖39a射燈的調(diào)焦手輪31和主室c1，并抽起了手輪一部分外殼以露出曲線管72的形狀，曲線管72是刻鑄成一個非常大的上升角度。當調(diào)焦手輪31轉動，外磁石73將吸引曲線管72與內(nèi)磁石27同步轉動。曲線管72的大上升角度保證了大部分的磁引力是推動導向銷24沿著聚焦鏡頭8光軸方向移動，只有很小的分力分在垂直于聚焦鏡頭8光軸方向。聚焦鏡頭8光軸方向的引力將鏡頭室21迅速地沿位置導向槽251直線移動。根據(jù)圖39c，曲線管72的上升角是θ，聚焦鏡頭8在鏡頭光軸方向的最大移動距離是h和導向銷24所需要移動的距離l有一個關系：tanθ＝h/l，調(diào)焦手輪31最大轉動角度ω可以通過ω＝l/(πd)的關系來確定，其中d是鏡頭室21的直徑。在一個實施例中，設計成只要把調(diào)焦手輪31轉動70°(ω)，鏡頭室21即可移動最大距離(l)，即是聚焦鏡頭8焦距f2的1.2倍，調(diào)焦手感非常均勻和快速。根據(jù)鏡頭室21的直徑和聚焦鏡頭8焦距f2和前述的關系，得出以下的實際數(shù)據(jù)：ω＝70°，θ＝37.42°，h＝15毫米，l＝19.6毫米。根據(jù)射燈的大小和鏡頭室21最大移動距離所需的調(diào)焦手輪31轉動角度ω，進行了不同的試驗，曲線管72的上升角θ可以是30°到60°之間的任何角度。本文的具體例子僅用作說明，而不是限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍是由后附的權利要求限定的。
電源控制機制是另一個做成漏水或漏氣的脆弱部分。如果用按鈕、切換式按鈕、滑動型開關或任何類型的按鈕作為電源控制機制，會很難密封。我們的防水電源控制機制使用了磁石和手輪。根據(jù)圖39a，電源室c4包含電池76、電池室77和電池室蓋75。o型圈411用來密封電池室蓋75和電池室77擰在一起的位置。電池室蓋75有一個接觸彈簧431把電池76緊密壓在接觸點上。
根據(jù)圖39a，光源室c5包含有連接管59，led芯片10，連接管59內(nèi)的led芯片電路板11和電池室77內(nèi)的電源控制電路板54。電源控制電路板54的一端連接并密封到射燈主體74，而另一端則連接和密封到電池室77。led芯片10，通過led芯片的電路板11連接到電源控制電路板54，電源控制電路板54焊接到正極接觸板541和負極接觸板542。正極接觸板541連接到電池76的正極，射燈關閉時，電池室77內(nèi)壁和負極接觸板542之間有一間隙。負接觸板542上有一磁石5421。
根據(jù)圖39a，電源控制機制c6包含一個電源控制手輪61和外磁石62。電源控制手輪61包著連接管59。電源控制手輪61從連接管59伸出的一端，包著電池室77，外磁石62固定在電源控制手輪61的內(nèi)壁。外磁石62與負極接觸板542上的內(nèi)磁石5421極性相反。位置鎖緊環(huán)611把電源控制手輪61緊固到電池室77。當電源控制手輪61轉動到on的位置時，外磁石62與極性相反的內(nèi)磁石5421正好相對，外磁石62吸引內(nèi)磁石5421，磁引力會令負極接觸板542彎曲并接觸電池室77的內(nèi)壁，形成一個電路關閉，射燈亮起。當電源控制手輪61轉動至off的位置時，外磁石62離開內(nèi)磁石5421，磁引力減弱，負極接觸板542將反彈至空擋位置，不再觸及電池室77內(nèi)壁，電路斷開，射燈熄滅。在本實施例中電池，一次充電可以持續(xù)供電22小時。如此設計，水份完全沒有機會接觸到電源部件，射燈變得完全防水。因為燈的高強度、可調(diào)焦和長使用時間，使這個實施例成為應急和救援任務的理想照明設備，它也可以用作潛水燈或防爆燈。
在另一個實施例中，圖41和圖42展示一個有多粒led并可調(diào)焦遠程高強度射燈。本實施例可以看作是把七盞如圖39a所示的實施例射燈放在一起，本實施例并不是要限制使用多少led芯片的數(shù)量。射燈包含以下部份：主室c1、光學配件室c2、調(diào)焦機制c3、電源室c4、光源室c5和電源控制機制c6。電源室c4包含著安裝在射燈的底部的充電池。電源是通過密封電纜連接到光源室c5。下面的討論將集中在調(diào)焦機制c3的功能和如何與光學配件室c2和光源室c5配合使用。
在一個實施例(圖42)，光學配件室c2包含鏡頭室21、光學鏡頭23、聚焦鏡頭8、導向銷24、導向管25、曲線管72和一組內(nèi)磁石27。鏡頭室21可在射燈主體74的主室c1內(nèi)移動。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8都裝在鏡頭室21內(nèi)。導向銷24固定在鏡頭室21外壁上，導向管25包圍著鏡頭室21，其上刻有位置導向槽251。曲線管72包圍導向管25，導向銷24沿位置導向槽251移動。內(nèi)磁石27固定于曲線管72的外壁上。
一組組的光學鏡頭23、聚焦鏡頭8和led芯片10放置在同一軸在線。led芯片10通過led芯片基板11連接到電源控制電路板54。光從led芯片10發(fā)出，通過聚焦鏡頭8和光學鏡頭23，產(chǎn)生非常均勻的圓形光斑。光學鏡頭23和聚焦鏡頭8之間的距離為f1。聚焦鏡頭8可以相對于led芯片10在0-1.2×f2之間移動。f1為光學鏡頭23的焦距，f2是聚焦鏡頭8的焦距。在該段相對距離0-1.2×f2之間，有一位置叫成像位置(相對距離是0×f2和光錐角是1.2°)，有另一位置叫最寬光束位置(相對距離是1.2×f2和光錐角是80°)。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，產(chǎn)生均勻光斑。當光學鏡頭23和聚焦鏡頭8逐漸靠近led芯片10，從led芯片10發(fā)出的光束將逐漸集中和光錐角變小，反之亦然。當聚焦鏡頭8在成像位置時，光錐角最小，由led芯片10產(chǎn)生的光，將投射到很遠距離。當聚焦鏡頭8在最寬光束位置，光錐角最大，均勻光斑投影在遠處。此射燈遠近照明皆宜。
根據(jù)圖42，調(diào)焦機制c3包括一個調(diào)焦手輪31和一組外磁石73。調(diào)焦手輪31包圍著射燈主體74并可以轉動，由射燈主體74伸出的一端，內(nèi)置防水保護鏡頭22。o環(huán)311用以密封保護鏡頭22和射燈主體74的接合處。防水保護鏡頭22和o形環(huán)311靠擰緊鎖定環(huán)312鎖定。外磁石73固定在手輪31的內(nèi)壁上，外磁石73和內(nèi)磁石27具有相反極性。轉動調(diào)焦手輪31，外磁石73的引力將牽引內(nèi)磁石27，曲線管72將同步轉動，推動被約束著的導向銷24，沿位置導向槽251前后移動，鏡頭室21亦隨之前后移動，從而調(diào)整焦點。利用磁力的專門設計，把電源室和光源室與可調(diào)焦的光學配件室完全隔離密封，令射燈絕對防水。
在另一個實施例中，圖43展示出另一種使用手動聚調(diào)焦機制的防水和防爆射燈。內(nèi)配件室的螺紋匹配到鏡頭基板9的傳動螺栓60。內(nèi)配件室有三個內(nèi)磁石27，以120°角分開。調(diào)焦手輪31有相反極性的三個外磁石73，放置于與內(nèi)磁石27相對應的位置。兩組磁石27、73之間存在吸力，內(nèi)配件室和調(diào)焦手輪31被防水板65隔離，防水板65緊壓在散熱罩66上，以o形環(huán)311作為密封。調(diào)焦手輪31轉動時，磁引力會帶動內(nèi)配件室同步地向同一方向轉動，鏡頭基板9將來回移動，改變光束焦點。這個射燈的結構是高度密封的，足以防水和防爆。非常適合在深水或美國國家電氣規(guī)范(unitedstatesnationalelectricalcode)定義為class1類型和division1條件的危險地點應用。
實施例7、其它應用范圍
此外，本發(fā)明的led射燈可廣泛地應用在許多其它范圍，包括但不謹限于以下應用范圍：飛機、大卡車、服務車、越野車、雪車、農(nóng)用車、工程車、火車、監(jiān)控、軍用、燈塔、體育場館和大堂、特殊效果的室內(nèi)照明、用于美化室外和表演用燈。