一種隱形遠光燈的製作方法
2023-04-30 14:18:57 4
本發明涉及一種照明燈具，具體地說是一種隱形遠光燈。
背景技術：
迄今為止，人們所使用的遠距離照明燈具仍以滷鎢燈、疝氣燈及光學聚焦led燈為主，然而，這類燈具普遍存在大量的光能散射和眩光。當採用這類燈具用作車燈，當車輛在會車時，由於己方車燈照射到物體後的反光強度弱於對方車燈直接照射的燈光強度，因此，由對方車燈發出的向斜上方射出的這部分光線會直接射向己方汽車駕駛員的眼睛，形成強眩光刺激，使駕駛員無法看清自己車燈照射前方的路面路況及周邊的其他情況，由此引發的交通事故時有發生，在已發生的交通事故中佔有很大的比例。同時，大量的光線散射，無效輻照面積大，光能量嚴重損耗。
此外，現有的燈具照射範圍廣，具有明顯的光束，可以十分容易地確定光線的來源及位置，在隱蔽事件中還極易被發現，安全性較差。
技術實現要素：
本發明的目的就是提供一種隱形遠光燈，以解決現有遠光燈具有強眩光刺激、安全性差和能量利用率低的問題。
本發明的目的是這樣實現的：一種隱形遠光燈，包括殼體以及安裝在所述殼體中的三個單基色光源系統和三基色光源驅動電路：在所述殼體中開有三個容納倉，在每個所述容納倉中安裝一個單基色光源系統；所述三基色光源驅動電路分別與三個所述單基色光源系統電連接，用以驅動三個單基色光源系統發出三基色光；三個單基色光源系統發出的三基色光在隱形遠光燈的前方形成匯聚點。
所述單基色光源系統包括：
內殼體，為一端封口的筒體，在筒體內壁上分布有若干用以遮擋散射眩光的遮光環；
光源片，設置在所述內殼體的封口端的內側面，用於發出三基色之一的單基色光；
球形玻璃透鏡，設置在所述光源片的前方，用於匯集光源片發出的單基色光；以及
反光罩，為前、後端敞口且母線為拋物線形的罩殼，用於聚攏球形玻璃透鏡發出的單基色光並以平行光的形式發出單基色光光束；在所述反光罩的前埠處設置有凸透鏡，所述球形玻璃透鏡設置在所述反光罩的後埠處，所述球形玻璃透鏡的焦點位於所述反光罩的焦點處。
所述單基色光源系統發射的單基色光束向殼體軸心線方向偏移的偏心角為1~10°，以在隱形遠光燈的前方形成共聚點。
在所述內殼體的封口端外側面設置有散熱片。
在所述殼體的前端設置有封擋單基色光源系統的防塵玻璃罩。
本發明隱形遠光燈中的所述三基色光源驅動電路包括：
自動升降壓開關電源電路，分別與綠色光源恆流供電開關電源電路、紅色光源恆流供電開關電源電路和藍色光源恆流供電開關電源電路相接，用於對輸入的供電電壓進行自動調整，輸出穩定不變的供電電壓，以適應多種輸入電壓的供電環境；
綠色光源恆流供電開關電源電路，分別與所述自動升降壓開關電源電路和發綠色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出綠色光源；
紅色光源恆流供電開關電源電路，分別與所述自動升降壓開關電源電路和發紅色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出紅色光源；以及
藍色光源恆流供電開關電源電路，分別與所述自動升降壓開關電源電路和發藍色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出藍色光源。
本發明隱形遠光燈具是三個單基色光源系統的組合體，能夠發射三基色光，並通過照射在可視目標處，合成為可視的暖白色光，這樣，在系統光線的照射角之外呈現的是不可見光段，因而具有較強的隱形效果；而在系統光線的照射角範圍內，所看到的只是由紅、綠、藍三基色光點，其眩光與刺目強度遠小於一般燈具發出的白色光；如果恰好在三基色光的匯聚點位置上則呈現刺目炫光，此特點可應用於反恐或對敵致盲；如果是應用於汽車遠光燈，則三基色匯聚點是在地面上，則只能在地面呈現橢圓形暖白光，而對面司機的眼部位置是遠高於地面的，因此不會受到影響。同時，由於白色光是寬頻帶的合成光，難以避免光的散射，而與白色光相比，單色光的頻帶窄，在各種傳導介質或系統器件的誤差存在時，其包括折射與反射在內的散射都是最小的，遠遠小於白色光；因而單色光可以照射更遠的距離，從而形成隱形遠光燈具。
本發明隱形遠光燈具有照射距離遠、無散射、無眩光、不刺眼等特點，並具有燈光來源隱形的使用效果，可用於汽車遠光燈、高杆燈、探照燈、醫學手術照明燈和遠光手電筒等廣泛的應用場合，具有廣闊的應用前景。
此外，本發明隱形遠光燈具的照射範圍窄，沒有明顯的光束，不易確定光線來源和位置，使用安全性強，可廣泛適用於國防、反恐等隱蔽性強的領域中。
附圖說明
圖1是本發明隱形遠光燈做手電筒的結構示意圖。
圖2是圖1的a-a向剖面圖。
圖3是單基色光源系統的結構示意圖。
圖4是三基色光源驅動電路的電路框圖。
圖5是自動升降壓開關電源電路的電路原理圖。
圖6是三基色光源恆流供電開關電源電路的電路原理圖。
圖中，1、殼體，2、手柄，3、電池倉，4、三基色光源驅動電路，5、單基色光源系統，6、防塵玻璃罩，7、內殼體，8、光源片，9、球形玻璃透鏡，10、反光罩，11、凸透鏡，12、遮光環，13、容納倉，14、散熱片。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步的闡述，下述實施例僅作為說明，並不以任何方式限制本發明的保護範圍。
如圖1所示，以本發明隱形遠光燈原理製作的手電筒，包括殼體1、安裝在殼體1中的三個單基色光源系統以及在殼體1中的三基色光源驅動電路。
其中，殼體1為圓柱形的長筒結構，用鋁合金材料製作成型，在殼體1的前半部沿軸向開有三個圓柱形的容納倉13，三個容納倉13呈三角形分布（圖2），在每個容納倉13中固定一個單基色光源系統5。殼體1的後半部有細柄段，構成便於握持的手柄。在細柄段的內部設有電池倉3，用以安裝電池，電池為三個單基色光源系統5提供電力。電池可採用3.7v、3.3ah的聚合物鋰電池三節串聯使用，組合電壓值為12v。採用該形式，可供三個單基色光源系統5連續照明1.2h，斷續照明2~8h。
在殼體1的前埠封接有防塵玻璃罩6。在殼體1的後部腔體中安裝有三基色光源驅動電路4，該驅動電路分別與電池和三個單基色光源系統5電連接，用以驅動三個單基色光源系統5對應發出紅、綠、藍三基色光，並且，三個單基色光源系統5發出的三基色光在隱形遠光燈的前方應形成匯聚點。
如圖3所示，單基色光源系統5包括內殼體7、光源片8、球形玻璃透鏡9、反光罩10和凸透鏡11等部分。鋁合金制的內殼體7呈圓柱形筒體，其前端為敞口端，後端為封口端。在內殼體7的內壁上沿軸向分布有若干等間距的遮光環12，遮光環12向內腔的軸心線突出，形成魚鱗狀結構，這種遮光環的作用是用以形成黑洞效應，以避免內殼體7對散射光產生反射而使對面人員產生側視眩光，從而有效消除單基色光源系統的散射眩光。在內殼體7的筒底內側面上固定有光源片8，光源片8為紅色、綠色或藍色的led高效光源，其光效選為150lm/w。在內殼體7的封口端外側面設置有散熱片14，用以散發光源片8發光時所產生的熱量。球形玻璃透鏡9設置在光源片8的前方，用於全角度收集光源片發出的單基色光，並將光能聚焦到球頂附近。在內殼體7中還設置有反光罩10。反光罩10為前、後端敞口的母線為拋物線形的罩殼，在反光罩10的前埠設置有凸透鏡11，球形玻璃透鏡9設置在反光罩10的後埠處，並且，球形玻璃透鏡9的焦點位於反光罩10的焦點處。反光罩10用於聚攏球形玻璃透鏡發出的單基色光並以平行光的形式發出單基色光光束。凸透鏡11將平行光束進一步聚焦，以產生具有設定射角的發射光束。
球形玻璃透鏡的焦點到球心的距離的計算公式為：f=n·r/2(n-1)，式中：r為球的半徑，n為玻璃材料的折射率。
每個單基色光源系統5發射的單基色光束可以是平行光束，其照射距離可達到1.5~2km，既在1.5~2km遠的前方形成共聚點。如果是作為汽車遠光燈，則單基色光源系統5發射的單基色光束也可以向殼體軸心線方向偏移，其偏心角在1~10°之間，以便於在車體前方的合適距離內的道路地面上形成共聚點。設置不同的偏移角，是為了改變合成光的照射距離。
如圖4所示，三基色光源驅動電路包括自動升降壓開關電源電路、綠色光源恆流供電開關電源電路、紅色光源恆流供電開關電源電路和藍色光源恆流供電開關電源電路。自動升降壓開關電源電路分別與綠色光源恆流供電開關電源電路、紅色光源恆流供電開關電源電路和藍色光源恆流供電開關電源電路相接，用於對輸入的供電電壓進行自動調整，輸出穩定不變的供電電壓，以適應多種輸入電壓的供電環境。綠色光源恆流供電開關電源電路分別與自動升降壓開關電源電路和發綠色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出綠色光源。紅色光源恆流供電開關電源電路分別與自動升降壓開關電源電路和發紅色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出紅色光源；藍色光源恆流供電開關電源電路分別與自動升降壓開關電源電路和發藍色光的光源片相接，用於驅動對應的光源片發出藍色光源。
綠色光源系統的恆流值為21v、1a；紅色光源系統的恆流值為20v、0.6a；藍色光源系統的恆流值為21v、0.17a。三基色光源驅動電路4可根據紅、綠、藍三種光源發光效率的不均衡現象，設置不同的光源功率，配置合成暖白色光源，優選地，其色溫為5600k。由於暖白色光在陰雨、霧霾天氣時的反射與穿透能力均優於白色光，作為汽車上的遠光燈配置時，可有效緩解在陰雨天路面上行駛時，司機對白色光的反射效率降低而產生的視盲現象。
圖5給出了自動升降壓開關電源電路的一種具體電路構成。其具體結構是：9~24v直流電壓（或9~24v蓄電池）的正極經開關an1和保險器bx1連接到穩壓器ic1第一腳；穩壓器ic1第2腳接地、第3腳經限流電阻r1連接到pmu管理晶片ic2的第7腳，並為pmu管理晶片ic2提供工作電壓，電容c3、和c4為穩壓濾波電容，pmu管理晶片ic2的5腳接地；第2腳為內部運算放大器的反相輸入端、1腳為運放輸出端，r4、c2並聯連接到1腳和2腳之間構成負反饋，2腳電壓高低可以改變輸出端6腳輸出脈衝的佔空比，進而改變輸出電壓的大小；第2腳還經電阻r3連接到r9、光耦go1、和電阻r2組成的分壓器，光耦go1(pc817)受控於輸出端電壓；ic2的8腳是5v基準電壓輸出端，經電阻r5連接到第4腳，在4腳與地之間連接電容c6形成鋸齒波電路，其翻轉時間由第2腳電壓控制；它的基準頻率由電阻r5、電容c6的時間常數決定；2腳電壓上升，佔空比減小，反之則加大；pmu管理晶片ic2第3腳是過電流保護控制取樣端，3腳經電阻r7連接到開關管q1的源極、並經限流電阻r10與地連接，當流經取樣電阻r10的峰值電流大於4a時，在電阻r10的兩端產生的壓降則大於1v，此時經電阻r7反饋至電流取樣控制端3腳，迫使輸出端6腳停止輸出，避免輸出過電流。
為了適應多種輸入電壓供電的環境條件，本發明的輸入電壓範圍為9v~24v，而輸出電壓保持不變，且當輸入電壓高於輸出電壓時，自動轉為降壓模式；而當輸入電壓低於輸出電壓時則自動轉為升壓模式。其工作過程如下：由開關管q1、電感l1、二極體d2、二極體保護電容c9、濾波電容c10、c11組成的開關電路受控於自動調寬電源管理晶片ic2(uc3845)，ic2第6腳輸出脈寬可調的觸發脈衝加到開關管q1的柵極上，在輸出脈衝的正半周q1導通、q1的漏極連接有電感l1，而源極經電阻r10接地，電感l1的上端連接電源正極，其兩端產生上正下負的電動勢，同時電感磁芯被磁化，並以磁能形式儲存於電感上；當ic2第6腳正脈衝結束時，則電感兩端的電流出現反向突變，於是在其兩端產生上負下正的反相電壓，同時儲存在電感中的磁能產生反向電流（稱為反激式），該電流被二極體d2整流後加到濾波電容c10、c11兩端，也就是加到了負載上，而加到負載上的電壓電流的大小取決於電感儲能的大小，而儲能多少則取決於pmu管理晶片ic2輸出脈衝的佔空比（本晶片的最大脈寬是50%，可調範圍是0~50%）。
輸出電壓的自動穩定是通過反饋系統實現的，系統中二極體d3是反饋系統電源整流管；提供與負載等值的電壓，電容c12、c13是濾波電容，電阻r11、r12、r14、r13、可調穩壓器d1和電位器w1組成電壓採樣電路，並將採樣結果通過光耦來控制管理晶片ic2的第2腳電壓。其工作過程如下：當輸出電壓偏高時，採樣系統分壓器（電位器w1中點輸出）分壓值也隨之升高，穩壓器d1調整端電壓上升、導通電流增大，壓降減小、而光耦go1輸入端深度導通、輸出端同時導通，導致pmu管理晶片ic2的第2腳電壓升高、輸出端6腳脈衝佔空比減小，結果導致開關電源的輸出電壓下降，達到設定值而趨於平衡；若輸出電壓偏低時則以逆向反饋達到平衡。
三光源功率配比為3.6∶12∶21（藍、紅、綠），即可使三個單基色光源系統5的合成色溫為5600k的暖白光。
圖6給出了三基色光源恆流供電開關電源電路的一種具體電路構成。其具體結構是：電源埠（+22v）直接連接到圖5中的out+端點上；三個輸出埠藍色b、紅色r、綠色g分別連接到藍、紅、綠三個光源片上，其中，綠色光源恆流值為21v、1a；紅色光源恆流值為20v、0.6a；藍色光源恆流值為21v、0.17a。三個時基器ic3、ic4、ic5作為電流控制器件，ic6是四運放電路，在此用作電壓比較器，其各自的輸出端分別連接光耦go2、go3、go4的輸入端，光耦的輸出端分別連接三個時基器的放電端7腳，用以調整脈寬的基準信號。
以藍光恆流源電路為例，具體工作過程如下：時基器ic3（ne555）的4腳和8腳連接電源正極，1腳接地、觸發端2腳與閾值端6腳連接、7腳為放電端；當電路接通電源後電流經r23、r24對電容c15充電，c15兩端電壓由0v開始上升，當電壓上升至2/3電源電壓（vcc）時，達到6腳的閾值電壓、電路翻轉，輸出端3腳由高電平轉為低電平，同時7腳對地接通，並經電阻r24對電容c15放電，放電時間由電阻r24、和電容c15的時間常數決定，當電容兩端電壓下降至1/3vcc時、放電結束；輸出端3腳同時翻轉為高電平，（高電平的持續時間由電阻r23、r24和電容c15的時間常數決定），電路再次往復循環形成連續振蕩，而輸出端3腳輸出矩形脈衝波形。
光耦go2的輸出端串聯一小電阻後並聯於電阻r23兩端，當電路處於充電過程時（也就是輸出端為高電平時），光耦導通的深度會影響高電平的持續時間；電路中光偶的輸入端連接到電壓比較器的（ic6的輸出端b），ic6的同相輸入端經電阻r30連接取樣電阻r31，當光源片的電流高於設定值後那麼在電阻r31上的壓降將會大於反相端電壓，比較器輸出端b就會輸出高電平，光耦也會導通，並減小高電平持續時間而達到減小輸出電流的目的；反相端電壓由穩壓集成電路ic7（lm317l用作恆流控制）的恆流電阻r40（1.25v/2.9ma）與電阻r38、r39決定，電阻r39上的壓降即為ic6反相端的電壓值，也是根據光源所需電流而設定。