专利名称：一种用于远距离照明的大功率led舞台灯的制作方法
技术领域：
本实用新型的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，属于光学照明设计技术领域。
背景技术：
作为21世纪的节能新光源-半导体照明技术迅速发展，其在显示，景观照明等方面应用很广泛。若要将现有半导体LED作为照明光源，与通用性光源相比，无论是发光效率或是光通量等等都还有一定差距。因此，LED要在照明领域发展，关键是要将其发光效率、 光通量提高至现有照明光源的等级。要实现这个目的，首先要提高LED本身的质量，要研制高功率LED器件，另外要对 LED照明器具进行优化设计，提高LED的使用质量。因此研究大功率LED光源二次光学配光设计，满足大面积投光和泛光照明配光需求尤为迫切。
实用新型内容本实用新型的目的是为解决现有技术中用于远距离照明舞台灯的输出效率低、均勻度不足以及加工难度大的问题，提出了一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯.本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，包括反光碗、透镜、反光棱镜和勻光棒。所述的反光碗为面型是抛物面的反光碗，其中小口为入光口，大口为出光口。所述的反光棱镜为一个五面体的反光棱镜。所述的勻光棒为进口大、出口小的勻光棒。其连接关系为反光碗入光口向外、出光口向内，四个出光口两两相对，两两垂直， 中心线需在同一平面内，使光线汇聚；紧贴每个反光碗的出口处，各放置一片透镜，使透镜与反光碗的光轴重合，透镜半径不得小于反光碗出口的半径；在中心处放置一个五面体的棱镜，其中棱镜的四个镜面朝向四个透镜，用来反射经过透镜汇聚的光线，并改变四个方向光线的光路，使四个方向的光线汇合在一起；在光线的汇合处，放置一根勻光棒，将勻光棒的进口处正对光线汇合处，让光线在勻光棒中发生2到3次全反射后，在出口处折射出来； 在勻光棒的出口处，放置一个反光碗，反光碗的入光口正对勻光棒的出口处，并将勻光棒的出口放置于反光碗的焦点处，使得光线经过反光碗的反射后，出射角接近于0°。其工作过程如下(a)首先，将一个均勻发光的LED面光源放置于一个面型为抛物面的反光碗的焦点处，其中面光源与反光碗的轴线垂直；(b)使用光学设计软件ZEMAX，优化得到反光碗的曲率半径，使得光源经过反光碗的反射后，出射角接近于0° ；(c)紧贴反光碗的出口处，放置一片透镜，透镜与反光碗的光轴重合，透镜半径不
3小于反光碗出口的半径，使趋近于平行的光线汇聚；(d)将四个这样放置的光源、反光碗和透镜以机械结构的方式连接起来，让光源两两相对，两两垂直，四个光源的主光线在同一平面内；(e)在组合后的装置的中心，放置一个五面体的棱镜，其中棱镜的四个镜面朝向四个光源，反射经过透镜汇聚的光线，改变四个方向光线的光路，使四个方向的光线汇合在一起；(f)在光线的汇合处，放置一根进口大、出口小的勻光棒，让四个光源的光线在勻光棒中发生2到3次全反射后，在出口处折射出来；(g)在勻光棒后，放置一个面型为抛物面的反光碗，并将勻光棒的出口放置于反光碗的焦点处，使得光线经过反光碗的反射后，出射角接近于0°。有益效果本实用新型的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，使用四个光源，提升了总光通量；能在30米远处，形成一个较为均勻的光斑，并且输出效率达到25%以上，其中输出效率为光斑能量与光源光通量的比值；结构简单、紧凑，加工成本低，便于制造。
图1为本实用新型的大功率LED舞台灯的结构侧面示意图；图2为本实用新型的大功率LED舞台灯的结构底部示意图；图3为本实用新型的大功率LED舞台灯的结构45°俯视示意图；图4为舞台灯在30米处的辐照度图；图5为舞台灯在30米处的辐照度图曲线。图中，1-第五反光碗、2-勻光棒、3-第一透镜、4-第一反光碗、5-第二透镜、6_第二反光碗、7-第三透镜、8-第三反光碗、9-第四透镜、10-第四反光碗、11-第四反光棱镜、12-第一反光棱镜、13-第二反光棱镜、14-第三反光棱镜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。本实施例的大功率LED舞台灯采用两个部分组成，共使用5个反光碗、4片透镜、1 根勻光棒、1个五面体反光棱镜，如图1、图2所示。反光碗1和勻光棒2为第一部分，其余的4片透镜、4个反光碗和1个五面体反光棱镜组成第二部分，如图3所示。本实用新型使用了 LAK8作为主要的透镜材料，H-zf52a作为勻光棒的所用材料。第一部分包括第五反光碗1、勻光棒2。第二部分包括第一透镜3、第一反光碗4、第二透镜5、第二反光碗6、第三透镜7、第三反光碗8、第四透镜9、第四反光碗10、第一反光棱镜12、第二反光棱镜13、第三反光棱镜 14和第四反光棱镜11。为满足结构参数的要求，并进一步提高像质，对系统进行持续优化，经过优化后各个表面的半径于厚度间隔发生变化，本实施例的的具体优化措施为应用光学设计软件构造优化函数，逐步得到现有结果。
4[0033]具体参数如下第一反光碗、第二反光碗、第三反光碗、第四反光碗的曲率半径都为7. 824mm，入光口端半径为10mm，出光口端半径为37mm，总长为92mm ；第五反光碗的曲率半径为7. 824mm, 入光口端半径为7mm，出光口端半径为67mm，总长为217mm ；第一透镜、第二透镜、第三透镜、 四透镜的前表面曲率半径都为180. 054mm，后表面的曲率半径为-143.沈7讓，半径为38mm， 采用折射率为1. 716的LAK8作为玻璃；勻光棒长150mm，进口半径为10mm，出口半径为5mm， 使用折射率为1. 75的玻璃H-ZF52A ；五面体棱镜边长为110mm，倾斜角度为50°，表面为镜 下表格为zemax中的具体参数，能够更清楚地描述出本实施例中元件的位置关系
半径1半径2参照物X轴的位置Y轴 肉位置光源1000反光碗17. 824000透镜1180.054-143.267300反光镜1400光源2200反光碗27. 824500透镜2180.054-143.267200反光镜289. 5光源321600反光碗37. 8242-165.0740透镜3180.054-143.267800反光镜31200光源40-1600反光碗47. 8240-165.0740透镜4180.054-143.2671100反光镜41600匀光棒400Z轴的位置关于X轴倾斜关于Y轴倾斜关于Z轴倾斜conicr"l0000-3. 957000-0. 977- 0. 15210000000455000155. 50006. 100180-0. 977- 0. 152581800000- 9-1800000-90000900-0. 977- 0. 152
权利要求1.一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，其特征在于包括反光碗、透镜、反光棱镜和勻光棒；其连接关系为反光碗入光口向外、出光口向内，四个出光口两两相对，两两垂直，中心线需在同一平面内，使光线汇聚；紧贴每个反光碗的出口处，各放置一片透镜，使透镜与反光碗的光轴重合，透镜半径不得小于反光碗出口的半径；在中心处放置一个五面体的棱镜，其中棱镜的四个镜面朝向四个透镜，使四个方向的光线汇合在一起；在光线的汇合处，放置一根勻光棒，将勻光棒的进口处正对光线汇合处，让光线在勻光棒中发生2到3 次全反射后，在出口处折射出来；在勻光棒的出口处，放置一个反光碗，反光碗的入光口正对勻光棒的出口处，并将勻光棒的出口放置于反光碗的焦点处，使得光线经过反光碗的反射后，出射角接近于0°。
2.如权利要求1所述的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，其特征在于所述的反光碗为面型是抛物面的反光碗，其中小口为入光口，大口为出光口。
3.如权利要求1所述的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，其特征在于所述的反光棱镜为一个五面体的反光棱镜。
4.如权利要求1所述的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，其特征在于所述的勻光棒为进口大、出口小的勻光棒。
专利摘要本实用新型的一种用于远距离照明的大功率LED舞台灯，属于光学照明设计技术领域。包括反光碗、透镜、反光棱镜和匀光棒。该实用新型首先通过反光碗和透镜将光线汇聚，然后通过匀光棒将汇聚的光线以更大的出射角度和更小的光源面积出射，最后再利用反光碗反射光线，使得光线尽量平行出射。同时在光路中引入反光棱镜，在不改变成像质量的前提下改变光路，以便能使用多个光源。各个透镜及反光碗的半径、厚度间距在优化中进行改变以更好的补偿像差并得到良好的结构参数。最终能在20至25米远处，得到一个直径为6米左右的圆形光斑，输出效率超过25％。该舞台灯结构紧凑、成像质量优良，各个透镜全部使用球面，降低了加工难度。
文档编号F21S8/00GK202209596SQ20112034806
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者李林, 肖思, 陈慧毅, 黄一帆 申请人:北京理工大学