專利名稱：圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的led照明燈及光學(xué)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED照明燈，更具體地說(shuō)，涉及一種光斑能夠由圓形變換為橢圓形的LED照明燈及其光學(xué)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著LED作為光源越來(lái)越多的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的照明燈具中，對(duì)LED照明燈的照明要求也越來(lái)越高。比如，有的應(yīng)用場(chǎng)合需要圓形的照射光斑，有的應(yīng)用場(chǎng)合需要方形的照射光斑，也有的應(yīng)用場(chǎng)合需要橢圓形照射光斑，等等。對(duì)于具有單一照射光斑形狀的LED照明燈及其光學(xué)設(shè)計(jì)方法在目前的LED照明領(lǐng)域出現(xiàn)的較多，比如實(shí)現(xiàn)單一圓形或者橢圓形光斑。但在有的應(yīng)用場(chǎng)合，則需要照射光斑能夠做一定規(guī)律的變化。比如一種新出現(xiàn)的鐵路信號(hào)燈，要求從最初的圓形照射光斑能夠按照要求變換為橢圓形照射光斑。這種能夠在不同光斑形狀之間進(jìn)行變換的功能要求在一個(gè)燈具上實(shí)現(xiàn)，目前在LED照明領(lǐng)域還很少出 現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)燈具結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不同光斑形狀之間的變換，以滿足特殊的使用要求。本發(fā)明還提供一種圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈的光學(xué)設(shè)計(jì)方法，通過(guò)該方法，可以實(shí)現(xiàn)任意所需變換的橢圓光斑形狀，簡(jiǎn)單方便。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，主要是由三組LED光源模組組成，所述每組LED光源模組的照射光斑均為大小相同、光強(qiáng)由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個(gè)以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動(dòng)，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內(nèi)做翻轉(zhuǎn)，從而使三組LED光源模組所形成的圓形光斑的圓心位于一條直線上，且其中兩個(gè)圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側(cè)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓形光斑與橢圓形光斑之間的變換。所述三組LED光源模組圍成一圓形燈盤，其中兩組能夠做翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的LED光源模組位于所述固定不動(dòng)的LED光源模組的兩側(cè)位置，且各自所包含的LED光源模塊彼此相鄰安裝。所述每組LED光源模組所包含的LED光源模塊的數(shù)量和組成相同。所述LED光源模組的翻轉(zhuǎn)是通過(guò)一翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括絲桿、絲桿外的絲套，所述絲桿下端設(shè)置一用于帶動(dòng)LED光源模組的一端運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠隨絲桿做上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)LED光源模組的一端上下運(yùn)動(dòng)；在所述絲套下端、所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的外圍設(shè)置一用于連接LED光源模組旋轉(zhuǎn)樞軸的連接座，所述LED光源模組的一端隨絲桿的旋擰做上下移動(dòng)的同時(shí)，所述LED光源模組能夠繞所述旋轉(zhuǎn)樞軸做上下翻轉(zhuǎn)。
還包括用于控制每組LED光源模組輸入電流的電流控制器。圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈的光學(xué)設(shè)計(jì)方法，采用上述的LED照明燈，通過(guò)所述三組LED光源模組所形成的圓形光斑的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的效果，設(shè)計(jì)步驟如下
首先，通過(guò)調(diào)整所述兩組LED光源模組的翻轉(zhuǎn)角度，使所述三組LED光源模組所形成的三個(gè)初始圓形單光斑均重合在預(yù)先確定的照明燈的初始圓形光斑上；
然后，翻轉(zhuǎn)所述兩組LED光源模組，使三個(gè)圓形光斑在移動(dòng)過(guò)程中其圓心始終位于一條直線上，且該兩組LED光源模組所形成的兩個(gè)圓形光斑分別沿所述直線向所述固定不動(dòng)的那組LED光源模組所形成的固定圓形光斑的相向兩側(cè)移動(dòng)； 在上述的光斑移動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)所需要變換的橢圓形光斑的大小來(lái)確定所述兩個(gè)圓形光斑相對(duì)于所述固定圓形光斑向相向兩側(cè)移動(dòng)的移動(dòng)量。在要求變換成的橢圓形光斑的長(zhǎng)軸相對(duì)于燈具的夾角為^燈具與被照面的距離為Z初始圓形光斑的半徑為r時(shí)，所述兩個(gè)圓形光斑分別沿所述直線向所述固定圓形光斑的相向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量s = S -『。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，在形成初始圓形光斑時(shí)，首先通過(guò)調(diào)整兩組LED光源模組在垂直方向上翻轉(zhuǎn)的角度，使得三個(gè)圓形光斑重合在一起。然后使形成中心照射光斑的一個(gè)LED光源模組固定不動(dòng)，使另外兩個(gè)LED光源模組所形成的照射光斑相對(duì)于中心光斑向相向兩側(cè)相向移動(dòng)，移動(dòng)時(shí)使三個(gè)圓形光斑的圓心始終位于一條直線上。從而使初始圓形光斑變換為橢圓形光斑。這種光斑的移動(dòng)也是通過(guò)在燈具上設(shè)計(jì)一定的結(jié)構(gòu)使LED光源模組在一定角度內(nèi)做翻轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該翻轉(zhuǎn)的角度范圍與所需要變換的橢圓形光斑的大小之間建立起相互關(guān)系。因此，本發(fā)明所提供的設(shè)計(jì)方法可以使得這種光斑的變換是無(wú)極變換形式，也可以是固定量值的變換形式。同時(shí)，為了使變換過(guò)程中光斑的照度不至于出現(xiàn)突亮或突暗的情況，三個(gè)LED光源模組形成的圓形光斑按照發(fā)光強(qiáng)度由中心向外圍遞減的規(guī)律。同樣，上述規(guī)律也是通過(guò)對(duì)LED光源模組翻轉(zhuǎn)的角度進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也可以同時(shí)采用控制LED光源模組上的輸入電流的方法來(lái)配合實(shí)現(xiàn)。為了減少LED照明燈具的結(jié)構(gòu)以及光學(xué)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使三組LED光源模組圍成一圓形燈盤，其中兩組能夠翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的LED光源模組各自所包含的LED光源模塊彼此相鄰安裝。即，每組能夠翻轉(zhuǎn)的LED光源模組中的LED光源模塊靠近安裝。


圖I是本發(fā)明LED照明燈的結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I的主視 圖3是圖2沿B-B向的剖面 圖4 (I)是圖2中三個(gè)LED光源模組分別照射時(shí)的單光斑示意 圖4 (2)是圖3中兩組LED光源模組位于位置a時(shí)照射的初始圓形光斑不意 圖5 (I)是圖4 (I)的單光斑光強(qiáng)分布 圖5 (2)是圖4 (2)的初始圓形光斑光強(qiáng)分布 圖6是圖3中兩組LED光源模組位于位置b時(shí)照射的橢圓形光斑不意 圖7是圖3中兩組LED光源模組位于位置c時(shí)照射的橢圓形光斑不意圖；圖8是圖7的橢圓形光斑光強(qiáng)分布 圖9是確定光斑移動(dòng)量的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所提供的LED照明燈以及光學(xué)設(shè)計(jì)方法做一詳細(xì)的說(shuō)明。圖I、圖2是本發(fā)明公開(kāi)的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈的結(jié)構(gòu)示意圖。由三組LED光源模組組成。本實(shí)施例中每組LED光源模組11、12均是由兩個(gè)LED光源模塊I組成，且三組LED光源模組圍成一圓形燈盤。具體使用的LED光源模塊I的數(shù)量可根據(jù)燈具的功率大小以及尺寸要求來(lái)定。在三組LED光源模組中，其中一組LED光源模組11固定不動(dòng)，其余兩組LED光源模組12通過(guò)燈具上設(shè)置的翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)10能夠在一定角度內(nèi)做翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該兩組能夠做翻轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)的LED光源模組12所包含的LED光源模塊I彼此相鄰靠近安裝，以減少燈具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并方便對(duì)其進(jìn)行控制。圖3所示，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)10包括絲桿2、絲桿2上帶有螺紋7，絲桿2外套裝有絲套3。絲桿2的下端連接一個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4上固定LED光源模組12的一個(gè)端頭。在旋擰絲桿2在絲套3內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4能夠隨著絲桿2上下運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4不隨絲桿2做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)LED光源模組的一端上下運(yùn)動(dòng)。在絲套3的下端、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的外圍安裝一個(gè)連接座5。連接座5用來(lái)安裝LED光源模組12的旋轉(zhuǎn)樞軸6。在絲桿2上下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中連接座5固定不動(dòng)，LED光源模組12的一端隨絲桿2的旋擰做上下移動(dòng)時(shí)，能夠繞旋轉(zhuǎn)樞軸6做上下的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖3所示意的三個(gè)LED光源模組翻轉(zhuǎn)的不同位置表示了光斑由圓形變?yōu)椴煌螤畹臋E圓形時(shí)的三個(gè)狀態(tài)。為了更清楚的表示出在LED光源模組12翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中光斑的變化，圖4 (I)是給出了三個(gè)LED光源模組分別單獨(dú)照射時(shí)的單光斑示意圖。圖4 (2)是圖3中兩組LED光源模組12位于位置a時(shí)燈具照射的初始圓形光斑示意圖。圖4 (2)所示的初始圓形光斑是圖4 (I)中三個(gè)單光斑的疊加。即三個(gè)LED光源模組的三個(gè)初始圓形單光斑均與燈具的初始圓形光斑重合在一起。該初始狀態(tài)是通過(guò)翻轉(zhuǎn)兩組LED光源模組12在一個(gè)合適的角度上來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖3中所示的a位置。圖5 (I)是圖4 (I)的單光斑光強(qiáng)分布圖，為了避免在光斑形狀變換過(guò)程中出現(xiàn)突亮或突暗的現(xiàn)象，其分布按照發(fā)光強(qiáng)度由中心向外圍遞減的規(guī)律變化。圖5 (2)是圖4
(2)的初始圓形光斑光強(qiáng)分布圖，是圖4 (I)中三個(gè)單光斑的疊加，因此，也是按照發(fā)光強(qiáng)度由中心向外圍遞減的規(guī)律變化。圖6和圖7是圖3中兩組LED光源模組12分別位于位置b和c時(shí)照射的兩種橢圓形光斑示意圖。通過(guò)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)翻轉(zhuǎn)兩組LED光源模組12，使這兩組LED光源模組12形成的兩個(gè)圓形光斑發(fā)生移動(dòng)。且使三個(gè)圓形光斑在變化的過(guò)程中其圓心始終位于一條直線上。兩個(gè)圓形光斑沿著這條直線分別向固定LED光源模組11所形成的圓形光斑的相向兩側(cè)平移。翻轉(zhuǎn)的角度不同，形成的橢圓形光斑的形狀不同。圖8是圖7的橢圓形光斑的光強(qiáng)分布圖，圖中，外部的曲線表不橢圓形光斑的長(zhǎng)軸上的光強(qiáng)分布，內(nèi)部的曲線表不橢圓形光斑的短軸上的光強(qiáng)分布。其中，短軸上的光強(qiáng)分布同單光斑的光強(qiáng)分布圖，長(zhǎng)軸上的分布規(guī)律為發(fā)光強(qiáng)度由中心向外圍逐漸遞減。圖中橫坐標(biāo)5表示初始圓形光斑的半徑相對(duì)于燈具的夾角。本實(shí)施例中燈具與被照面的距離為20米遠(yuǎn)。圖9是根據(jù)具體要求來(lái)確定光斑移動(dòng)量的方法不意圖。由于LED燈具在使用時(shí)，其尺寸大小相對(duì)于其與被照面的距離來(lái)說(shuō)非常小，幾乎可以忽略不計(jì)，因此，可以將LED燈具近似的作為點(diǎn)光源。若所要求的橢圓形光斑的長(zhǎng)軸相對(duì)于燈具P的夾角為P,燈具P與被照面的距離為；初始圓形光斑的圓心0，半徑為r，那么，兩個(gè)圓形光斑分別沿其圓心所在的直線向固定圓形光斑的相向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量s = d *ig& - r。上述具體實(shí)施方式
只是用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)方法，并不能用來(lái)限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍。對(duì)于在本發(fā)明技術(shù)方案的思想指導(dǎo)下的變形和轉(zhuǎn)換，都應(yīng)該歸于本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，主要是由三組LED光源模組組成，所述每組LED光源模組的照射光斑均為大小相同、光強(qiáng)由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個(gè)以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動(dòng)，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內(nèi)做翻轉(zhuǎn)，從而使三組LED光源模組所形成的圓形光斑的圓心位于一條直線上，且其中兩個(gè)圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側(cè)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓形光斑與橢圓形光斑之間的變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，所述三組LED光源模組圍成一圓形燈盤，其中兩組能夠做翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的LED光源模組位于所述固定不動(dòng)的LED光源模組的兩側(cè)位置，且各自所包含的LED光源模塊彼此相鄰安裝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，所述每組LED光源模組所包含的LED光源模塊的數(shù)量和組成相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，所述LED光源模組的翻轉(zhuǎn)是通過(guò)一翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所述翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括絲桿、絲桿外的絲套，所述絲桿下端設(shè)置一用于帶動(dòng)LED光源模組的一端運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠隨絲桿做上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)LED光源模組的一端上下運(yùn)動(dòng)；在所述絲套下端、所述運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的外圍設(shè)置一用于連接LED光源模組旋轉(zhuǎn)樞軸的連接座，所述LED光源模組的一端隨絲桿的旋擰做上下移動(dòng)的同時(shí)，所述LED光源模組能夠繞所述旋轉(zhuǎn)樞軸做上下翻轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，還包括用于控制每組LED光源模組輸入電流的電流控制器。
6.圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈的光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求I至5中任一所述的LED照明燈，通過(guò)所述三組LED光源模組所形成的圓形光斑的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的效果，設(shè)計(jì)步驟如下 首先，通過(guò)調(diào)整所述兩組LED光源模組的翻轉(zhuǎn)角度，使所述三組LED光源模組所形成的三個(gè)初始圓形單光斑均重合在預(yù)先確定的照明燈的初始圓形光斑上； 然后，翻轉(zhuǎn)所述兩組LED光源模組，使三個(gè)圓形光斑在移動(dòng)過(guò)程中其圓心始終位于一條直線上，且該兩組LED光源模組所形成的兩個(gè)圓形光斑分別沿所述直線向所述固定不動(dòng)的那組LED光源模組所形成的固定圓形光斑的相向兩側(cè)移動(dòng)； 在上述的光斑移動(dòng)過(guò)程中，根據(jù)所需要變換的橢圓形光斑的大小來(lái)確定所述兩個(gè)圓形光斑相對(duì)于所述固定圓形光斑向相向兩側(cè)移動(dòng)的移動(dòng)量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈的光學(xué)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在要求變換成的橢圓形光斑的長(zhǎng)軸相對(duì)于燈具的夾角為4燈具與被照面的距離為z初始圓形光斑的半徑為r時(shí)，所述兩個(gè)圓形光斑分別沿所述直線向所述固定圓形光斑的相向兩側(cè)移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量s d。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種圓形光斑變?yōu)闄E圓形光斑的LED照明燈及光學(xué)設(shè)計(jì)方法,主要是由三組LED光源模組組成，所述每組LED光源模組的照射光斑均為大小相同、光強(qiáng)由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個(gè)以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動(dòng)，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內(nèi)做翻轉(zhuǎn)，從而使三組LED光源模組所形成的圓形光斑的圓心位于一條直線上，且其中兩個(gè)圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側(cè)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)圓形光斑與橢圓形光斑之間的變換。本發(fā)明照明燈及設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)在一個(gè)燈具結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)不同光斑形狀之間的變換，以滿足特殊的使用要求。
文檔編號(hào)F21V14/02GK102840490SQ201210362759
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者陳春根, 許禮, 韓紅梅, 龐鋒軍 申請(qǐng)人:上海三思電子工程有限公司, 上海三思科技發(fā)展有限公司, 嘉善三思光電技術(shù)有限公司