星空顶用的闪烁光机

文档序号:1950079 发布日期:2021-12-10 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 星空顶用的闪烁光机 (Twinkling light machine for starry sky top ) 是由 李海帆 赵学锋 路秋菊 唐媛媛 张晓琛 常有刚 于 2021-09-26 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种星空顶用的闪烁光机,包含壳体、LED灯板及电路板和光纤集束器,光纤集束器从外部装配到壳体上,其他部件位于壳体之内,其特征在于,LED灯板包含4个或4个以上可以单独控制的灯珠,灯珠在灯板上均匀分布,照射面积覆盖光纤集束器的整个光纤耦合面,灯板和光纤耦合面之间设置反光壁,反光壁在光纤耦合面上为每个灯珠划分出面积大致相等的互不影响的照亮范围。通过控制灯板上的灯珠亮度单独变化,可以实现闪烁的效果。该方案可靠性高、设计自由度大、效果更好。(The invention relates to a twinkling ray machine for a starry sky top, which comprises a shell, an LED lamp panel, a circuit board and an optical fiber buncher, wherein the optical fiber buncher is assembled on the shell from the outside, and other components are positioned in the shell. The brightness of the lamp beads on the lamp panel is independently changed through control, so that the flickering effect can be realized. The scheme has high reliability, large design freedom and better effect.)

星空顶用的闪烁光机

技术领域

本申请属于星空顶技术领域,具体是一种星空顶所用的闪烁光机。

背景技术

星空顶可以是室内装修的吊顶,也可以是汽车内饰顶棚,是用光机把光投射到光纤上,再通过光纤把光传导到室内装修的吊顶上,或者汽车内饰顶棚上,形成星空效果。光机是一组带有电路板的LED灯珠,控制LED灯珠的亮度和色彩,实现需要的效果。

光机最常见的功能是呼吸,也就是缓慢的明灭变换。对于彩色的LED灯珠来说,还包括颜色变化,这里面又有红绿蓝直接切换和渐变等方式。但是,对于光机来说,最为出彩的是闪烁方式,也就是部分星星进行呼吸,就像星星眨眼睛。

目前的光机闪烁通常是在LED灯珠之外加设电机驱动的挡片来实现。挡片上带有随机的开孔,位于光纤耦合面之前,通过挡片上未镂空的部分逐渐遮挡光纤实现光点的逐渐熄灭,挡片上的未镂空部分逐渐避开,露出光纤,光点逐渐点亮。

有一种室内装修所用的星空顶光机,是电机直接驱动挡片,遮挡光纤耦合面。挡片的形状如图1所示,直径达到光纤集束直径的两倍以上,挡片的旋转轴靠近光纤集束头,从而在旋转过程中实现部分光纤的遮挡,达到光点闪烁的效果。但是这种挡片的尺寸太大,导致光机的尺寸大,不适合汽车内饰顶棚上使用。

汽车内饰顶棚上所使用的光机,通常不能直接使用电机驱动挡片来遮挡光纤,而是如图2所示,把一个长条形挡片作为连杆机构,一端连接在电机驱动的偏心轴上,另一端用一个槽套在一个定位柱上,通过电机驱动偏心轴转动,带动挡片做往复运动,从而实现挡片的运动,实现部分光点明灭的闪烁效果。通过这种转动到往复运动的转换,可减小光机的尺寸,特别是减小光机的厚度,便于在汽车内饰星空顶上使用。

但是,汽车行业特别强调可靠性,这种往复运动机构必然需要运动部件之间存在一定的间隙,并且会因为长时间的动作造成的部件的磨损,造成异响以及可靠性下降,是汽车行业所不希望的。

所以,目前需要一种适合在汽车行业使用的光机,体积小,而且可靠性高。

发明内容

本申请的内容是提供一种星空顶闪烁光机,克服现有闪烁光机包含运动部件、可靠性低的问题。

本申请的技术方案如下:

一种星空顶用的闪烁光机,包含壳体、LED灯板及电路板和光纤集束器,光纤集束器从外部装配到壳体上,其他部件位于壳体之内,其特征在于,LED灯板包含4个或4个以上可以单独控制的灯珠,灯珠在灯板上均匀分布,照射面积覆盖光纤集束器的整个光纤耦合面,灯板和光纤耦合面之间设置反光壁,反光壁在光纤耦合面上为每个灯珠划分出面积大致相等的互不影响的照亮范围。

进一步的,反光壁一端与灯板接触,另一端到达光纤集束器的光纤耦合面。

进一步的,所述的反光壁的外部带有散热翅片,灯板装配到反光壁上。

进一步的,所述的反光壁为铝型材制成。

进一步的,所述的光纤集束器包含光纤装配管和壳体连接件,光纤装配管内设有与灯板上反光壁位置对应的避让筋板,壳体连接件把光纤装配管连接到壳体上。

进一步的,反光壁和光纤装配管为同样的型材制成。

进一步的,所述的反光壁和光纤装配管上带有定位凸棱或凹沟,壳体连接件上设有与凸棱或凹沟相对应的结构。

进一步的,反光壁和光纤装配管为不断开的一体型材,灯板装配到反光壁上,光纤装配管暴露在外的部分设有散热翅片。

进一步的,灯珠为7个,一个位于中心,其余6个均匀分布在其周围,反光壁的外轮廓为圆形,内部分成大致相等的7块区域,每个区域有一个灯珠位于中心。

进一步的,灯珠为9个,整齐地排成3行3列,反光壁的外轮廓为正方形,内部分成9个正方形的区域,每个区域有一个灯珠位于中心。

通常来说,星空顶棚除了包含顶棚本体,主要包含光纤和光机,光机主要包括壳体、电路板、灯板、光纤集束器,光纤集束器包含壳体连接件和光纤装配管,壳体连接件把光纤装配管连接到壳体上,光纤装配到光纤装配管中,靠近灯板的一面光纤被修剪成平面,作为光的输入面,称为光纤耦合面。

如背景技术所述,闪烁是一项非常出彩的功能,为了实现闪烁,光机中必须使用电机驱动的挡片。挡片的旋转带来隐患,是汽车行业所不希望的。

相对于通过挡片实现闪烁的方案,本申请的方案通过电路板控制部分灯珠明暗变化,使其对应的光纤的出光端发生明暗变化,从而实现闪烁效果,取消了运动部件,大大提高了系统的可靠性。

为了达到这个目标,必须把光纤分成很多组,每组形成一个小的集束,占据一块区域,该区域内必须有一个灯珠,灯珠大致位于该区域的中心,实现均匀的亮度,而且该区域要尽量接近圆形,避免狭长的形状。所以,灯珠在灯板上应该是均匀分布。

为了防止灯珠之间互相干扰,必须把各个灯珠的光线隔离开来,所以,反光壁是必须的。另外,反光壁可以提高光的利用效率,增加亮度。

当灯珠数量太少的时候,每个灯珠对应的光纤所占比例太高,调整自由度小,效果不好,所以最少是4个。

这里的LED灯珠,可以是单芯片的白光灯珠,也可以是RGB三芯片灯珠,还可以是RGBW四芯片灯珠。

反光壁必须有一定的高度才有效果,最好是达到光纤耦合面,才能防止光线越界,避免相邻的独立控制的照明区域互相影响。受灯珠的发光角度所限,靠近灯板的部位几乎没有直接的光线,但是为了实现部件之间的连接,反光壁的底部与灯板接触是比较好的方案。

当然,灯板和反光壁接触之后还有改善灯板散热的效果。当反光壁的外部带有散热片,这种效果就更加明显。这时候,反光壁的体积一般较大,把灯板装配到反光壁上是优选方案。

铝型材,更常见的是铝合金型材,反射率高,截面形状稳定,切割成段后,是反光壁的理想选择。

把反光壁做到光纤耦合面的高度,足以防止相邻的发光区域光线互相干扰。但是,当反光壁的厚度太大,就容易产生光纤被壁厚遮挡的情况,从而导致某些光点的亮度一直很低。所以,为了避免这种情况,光纤装配管也应该设有与反光壁相对应的内部结构——避让筋板,从而让光纤避开反光壁的对应位置,确保每根光纤都在某一LED灯珠的照射范围之内。

当反光壁和光纤装配管都设有内部分隔之后,其实选用同样规格的型材是首先考虑的选择,不过二者的切割长度可能不同,甚至需要不同的后续加工处理。

为了解决反光壁和光纤装配管的内部分隔相对应的问题,在型材的外部设置定位凸棱或凹沟是比较好的选择,特别是外轮廓是圆形的时候。壳体连接件上设置与凸棱或凹沟相对应的结构,二者都与连接件相配合,借助定位凸棱或凹沟很容易实现二者的对齐。

反光壁与光纤装配管本来是同样的型材制成,如果作为不断开的一体材料,更加有利于传热,并可利用光纤装配管的大部分体积在壳体之外的优势,把壳体之内的热量传导到壳体之外来散热,会大大提高散热效率。这时候,灯板一定要装配到反光壁上,通过紧密接触来提高传热效率。而光纤装配管暴露在壳体之外的尾部,设置散热片,更加有利于提高散热效率,降低壳体内的温度,延长灯珠的使用寿命。

灯珠的布置,一个优选方案是把圆形拆分成7个相对均匀的区域,中间一个,外围6个。外部轮廓可以仍然是圆形,内部轮廓可以是一个圆形加上分成六段的环形,也可以是一个六边形加上被平均分成6块的剩余部分。

另一个优选方案是3×3排列的正方形,外轮廓也是正方形。排列整齐、对齐也方便。相对来说,2×2的排列光纤分组太少,4×4的排列又稍微复杂,3×3的排列是比较折中的方案。

传统的光机,光纤耦合面都是圆形的,所以现有的光纤固定方法,是用电工胶布缠绕或捆扎光纤束,光纤束基本呈圆形,然后装配到光纤装配管。采用正方形截面的光纤装配管,光纤束不能提前缠绕或捆扎,因为这样的操作会使光纤束接近圆形,无法把光纤装配管填满。本申请的方案中,即使光纤耦合面的总体轮廓是圆形,由于中间被避让筋版分成了多个区域,这些区域几乎都不是圆形的,所以也不能用电工胶布缠绕或捆扎的方法来提前处理光纤束。一种建议的做法是把光纤放入光纤装配管上的一个个被分隔好的区域内,如果有较多的空间则继续放入短光纤,当光纤基本填满之后,向光纤装配管里挤入楔形的小部件,使光纤之间受到一定的挤压力,从而防止光纤窜动或脱落。

这种通过控制多个灯珠单独变化亮度的方式,既可以实现闪烁,也可以全部发光,而且当某些灯珠不发光的时候,消耗的电能会减少,产生的热量也会减少。对于挡光片方案的光机来说,实现闪烁是容易的,但是无论任何时刻总有部分光纤会被挡光片所遮挡,所以不能实现所有光点同时全部点亮。从另一个角度说,当某些光纤被挡住的时候,灯珠的发光并没有变化,消耗的电能也不会减少,对于光机的寿命是不利的。

在本申请的方案中,我们还可以控制参加闪烁的灯珠的数量,来实现更加丰富的变化,比如让全部灯珠参与,只要有一定的相位差,看起来就是很好的闪烁效果;也可以只让一少部分灯珠参与闪烁,更接近真实的星空。这种变化,用传统的挡光片方案是无法实现的。

所以说,本申请的方案,除了解决闪烁光机中存在运动部件、可靠性低的问题,室内装潢用光机体积大的问题,还有节能效果,而且变化更加丰富、设计自由度更大,所以除了用于汽车内饰,用于室内装潢也是没有问题的。

附图说明

图1为现有室内装修用星空顶闪烁光机的挡片示意图;

图2为现有汽车内饰顶棚用星空顶闪烁光机的挡片示意图;

图3为本申请的光机关键部件结构示意图;

图4为本申请的一种方案的灯板及反光壁示意图;

图5为本申请的一种方案的灯板及反光壁示意图;

图6为本申请的一种方案的灯板及反光壁示意图。

具体实施方式

实施例1

如图3所示,光机包含灯板1和光纤集束器2,以及图中未示出的电路板和壳体。灯板1上设有灯珠11,光纤集束器2包含光纤装配管21,光纤装配管21内装配光纤3,在光纤装配管21的前端,光纤3修剪成整齐的平面,作为光的输入面,称为光纤耦合面。在灯板1和光纤集束器的光纤耦合面之间设有反光壁12,反光壁12底部与灯板1接触,顶部达到光纤耦合面。反光壁把灯板上的灯珠分隔开,把光纤耦合面划分成一个个单独的照明区域,防止互相干扰,所以每个灯珠所对应的光纤亮度是可以单独控制的。当我们控制某一个灯珠亮度逐渐降低再逐渐恢复亮度,就会导致该灯珠对应区域内的光纤亮度产生相应变化,最终在所对应的光点产生眨眼睛的效果,也就是闪烁。

为了避免位于内部的反光壁遮挡部分光纤,所以在与中间的反光壁相对应的位置,光纤装配管21上也设有避让筋板22,从而让装配到其中的光纤避开反光壁。

如图4所示,灯板呈圆形,灯板上布置7个RGBW四芯片灯珠,其中一个居于中心,周围6个均匀地分散布置。反光壁的外轮廓为圆形,中间部分轮廓为六边形,另外还包含从六边形的顶点与外轮廓相连的辐射状轮廓,整个轮廓把灯板上氛围7个大致相等的区域,每个灯珠位于各自区域的大致中心位置。在反光壁的外轮廓之外,设有定位凸棱3组,均匀分布在反光壁的外围,反光壁每组两条,除了可以起到定位的作用,让反光壁的内轮廓与光纤装配管的内轮廓(避让筋板)相对应,还可以用于实现螺钉紧固,比如把反光壁装配到灯板上,或者把灯板装配到反光壁上。

相对于传统的光纤装配管,这种装配管要尽量用光纤填满每个装配空间,当光纤数量较少时,插入部分短光纤,当短光纤插入困难后,可继续插入楔形的涨紧件,使光纤装配牢固,不容易松动。甚至还可以在光纤上涂抹少量硅胶,用硅胶来实现光纤之间的粘接和光纤与型材管壁的粘接。

实施例2

如图5所示,圆形灯板上均匀分布着7个灯珠,一个位于中间,6个均匀分布在周围。反光壁把灯珠分隔成独立的照明区域,并且在外部设置了散热翅片。灯板的尺寸大于反光壁的圆形轮廓,通过三个螺钉把灯板装配到反光壁的翅片上。

反光壁与壳体的装配,也可以利用翅片,通过壳体上的孔,从外部拧入螺钉,咬合到翅片之上。

灯珠产生的热量,一方面通过灯板传导到反光壁的散热翅片上,另一方面反光壁范围内的空气通过反光壁把热量传导到散热翅片上,从而实现较好的散热效果。

实施例3

如图6所示,灯板为正方形,灯板上整齐排列着三行三列9个四芯片灯珠。反光壁的外轮廓为正方形,内部通过两纵两横的反光壁把9个灯珠隔离成9个相互独立的区域。如此,每个灯珠的亮度和色彩只影响其对应的光纤,从而容易通过控制单个灯珠来实现闪烁效果。

对应于反光壁,也可以采用同样的型材制作光纤装配管,光纤装配管再通过壳体连接件装配到壳体上。不像圆形的反光壁和光纤装配管,正方形的型材很容易对齐,所以不需要凸棱或凹沟。这种方型的外轮廓,限制了转动,使装配更容易。

实施例4

鉴于反光壁和光纤装配管的主体形状和尺寸基本一致,采用同样的型材来制作反光壁和光纤装配管是顺理成章的选择。

一个更好的方案是把反光壁和光纤装配管做成一体的结构,不进行裁断,减少了零部件数量,使其与壳体的装配更加简单。

这里面有一个问题是,光纤耦合面的形成。通常,采用分体结构时,光纤装配到光纤装配管中之后,把长度超出光纤装配管之外的光纤切断、修理平整,即可形成光纤耦合面。采用一体结构时,光纤耦合面是位于型材之中的,所以必须把光纤推送到型材的前端面出头一段长度,把型材后端的光纤初步固定,然后把超出前端面的光纤剪断修平,最后把光纤向后抽,达到合适的位置,从型材的后端把光纤固定好,形成光纤耦合面。

这里,每一颗灯珠所对应的光纤数量相对较少,所以采用灯珠自带的聚光系统,并通过反光壁实现光的均匀化,或者灯珠表面本身也不带聚光系统,直接通过反光壁来实现光的均匀化,所以光纤耦合面的位置不需要特别准确,可以通过这种光纤剪断、修平、后抽的方式形成光纤耦合面。

采用这种方式之后,型材相对于壳体的位置精度要求就更低了。灯板装配到型材(反光壁)上之后,只要确保灯板与电路板的之间的信号线、电源线连接没有问题就可以了。

由于是一体型材,灯板上的灯珠产生的热量,可以沿着型材传导到壳体之外,从而改善散热效果。为了更进一步改善散热效果,在型材的尾部设置散热翅片也是一个不错的选择。这样,型材本身是带有翅片的,中间需要与壳体或壳体连接件装配的部分可以把翅片加工去除;保留在壳体之外的翅片完全保留,用于散热;而壳体内部的型材则加工去除大部分翅片,仅保留少部分,用于灯板向型材的固定。这里的加工去除,首先要减小径向的尺寸,不然尺寸太大,可能壳体内难以容纳。另外,还可以减少翅片的数量,原来整个圆周都有分布的翅片,仅保留2-4组、每组两片,用于和灯板装配时咬合螺钉;或者保留更多一点,用于和壳体或壳体连接件的装配。

对于这种两端都带有翅片的(壳体外一端带完整翅片,壳体内一端经过加工去除大部保留一点)而中间段完全去除翅片的结构,型材与壳体的装配更加方便,可以从反光壁一端把型材装配到壳体或壳体连接件上,再进行后续的装配。

这种一体结构,改善了散热,也改善了装配,对现有光机是一个显著的改善。

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