可调节的照明装置的制作方法

专利名称：可调节的照明装置的制作方法
可调节的照明装置
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2008年5月25日提交的美国临时专利申请61/055,991的优先权， 其全部内容通过引用包含于此。技术领域
本专利申请涉及具有可调节的光束大小和光束方向的照明装置。
技术背景
大多数现有的照明装置在安装时很少考虑到使能量浪费最小化。经常一个房间 内的所有灯只能一起打开和关闭，或一起调亮和调暗。当房间的仅一个区域需要照明， 而房间的其它部分由于现有照明装置的不灵活性也被照明时，发生过照明。多种方法用 于处理该问题。一方法是重新安装具有类似舞台照明的新照明系统，以便使用户能够控 制每单个灯的照明(即光输出、光束大小和光束方向)。然而，安装的高成本会阻止大 多数用户以此方法操作。另一方法是安装DIY型的家庭自动化产品，其具有远程控制单 元，与位于插入式灯和墙壁电源插座之间的适配器一起用于控制每个插入式灯单独地工 作于开/关/调光模式。照明器材可以利用墙壁安装的调光控制单元按组进行控制。然 而，对于用户而言，安装此DIY型照明产品是相当复杂的。因此，有必要生产改进的可 调节的照明装置，其应简单、易于安装且比较便宜。
上述背景技术的说明是用于帮助理解可调节的照明装置的，而非承认是描述或 构成本专利申请中公开的可调节的照明装置的相关现有技术，或者将任何引用文献作为 材料考虑本专利申请的权利要求的专利性。发明内容
一种可调节的照明装置，包括光源、用于反射来自所述光源的光的反射器、缠 绕所述反射器的非线性螺纹线圈和与所述非线性螺纹线圈接合的驱动部件。所述驱动部 件用于驱动所述非线性螺纹线圈旋转以调节所述反射器的位置。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈与所述驱动部件摩擦接合，且所述非线性 螺纹线圈被所述驱动部件通过摩擦力驱动而旋转。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈被所述驱动部件通过齿轮机构驱动而旋转。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈包括螺旋槽，所述驱动部件的凸起沿所述 螺旋槽接合。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈包括螺旋凸起，所述驱动部件的槽沿所述 螺旋凸起接合。
在一实施例中，所述驱动部件为可旋转的驱动轮。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈包括多个连接到所述非线性螺纹线圈的加固杆部件。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈固定连接到所述反射器的表面。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈的一端固定安装到所述反射器上。
在一实施例中，所述非线性螺纹线圈嵌入所述反射器的外表面。
所述可调节的照明装置还可以包括与所述驱动部件一起为所述非线性螺纹线圈 提供三点支撑的两个支撑部件。
所述可调节的照明装置还可以包括用于支撑所述光源的轴和用于沿所述轴的轴 向驱动所述轴以移动所述光源进出所述反射器的焦点的马达。


下面结合附图借助示例对本专利申请公开的可调节的照明装置的具体实施例进 行说明，附图中
图1是依据本专利申请公开的实施例的可调节的照明装置的透视图2是图1所示可调节的照明装置的侧视图3是安装在可调节的照明装置的反射器上的非线性螺纹线圈的侧视图4是图3所示非线性螺纹线圈和反射器的前视图5是沿图4所示非线性螺纹线圈和反射器的线A-A的剖面图6是图3所示非线性螺纹线圈和反射器的底视图7是可调节的照明装置的非线性螺纹线圈的侧视图8是图7所示非线性螺纹线圈的前视图9是沿图8所示非线性螺纹线圈的线A-A的剖面图10是图7所示非线性螺纹线圈的底视图11是带加固杆部件的非线性螺纹线圈的透视图12是光源在“点模式(spotmode)，，位置的可调节的照明装置的剖面图13是光源在“泛光模式(floodmode)，，位置的可调节的照明装置的剖面图14是反射器旋转0度的可调节的照明装置的剖面图15是反射器旋转650度的可调节的照明装置的剖面图16是反射器旋转1390度的可调节的照明装置的剖面图17是依据本专利申请的另一可调节的照明装置的透视图18是表示由相应倾斜角度的圆表现的每一旋转的图表；
图19是表示每个圆利用新的中心坐标转化为相应位置的图表；
图20是表示反射器焦点的示意图21是表示圆的Y和Z坐标的图表；
图22是表示利用电子表格软件经多次迭代后的圆间距的图表；
图23是表示从五个圆生成的非线性螺纹线圈的图表；
图M是表示非线性螺纹线圈关于旋转角度的图表；
图25是表示非线性螺纹线圈的开头260度为固定的、从而倾斜角度在旋转的前 20度仍为0的图沈是表示光接收平面上的相应位置的计算的图；以及5
图27和观表示光接收平面的照明区域。
具体实施方式
现在对本专利申请中公开的可调节的照明装置的较佳实施例作详细说明，其例 子也会提供在下述说明中。本专利申请中公开的可调节的照明装置的代表性实施例将被 详细描述，但对于本领域的普通技术人员显而易见的是，为简洁之目的，对可调节的照 明装置的理解并非特别重要的某些特征可能没有示出。
而且，应当理解，本专利申请中公开的可调节的照明装置并不限于以下描述的 具体实施例，在不偏离未决的权利要求的精神或范围的前提下，本领域的普通技术人员 可做多种变化和改变。例如，在该公开文本和未决权利要求的范围内，不同说明性实施 例的要素和/或特征可相互组合和/或替换。
图1是依据本专利申请中公开的实施例的可调节的照明装置10的透视图。可 调节的照明装置10可包括光源12、用于反射来自光源12的光的反射器14、缠绕反射器 14的非线性螺纹线圈16和驱动轮18形式的驱动部件，驱动轮18用于驱动非线性螺纹线 圈16与反射器14 一起螺旋和非线性地向外或向内，以调节反射器14的角度。如在此所 用，术语“螺纹”指一般螺旋或蜗旋的脊或槽结构。另外，如在此所用，术语“非线 性螺纹”指具有诸如变化的螺距和缠绕角度等非线性特征的一般螺旋或蜗旋的脊或槽结 构，相比于可将旋转运动转变为线性运动的传统线性螺纹，非线性螺纹可以将旋转运动 转变为非线性运动。
光束方向马达20和光束大小马达22可以被用于分别调节反射器14和光源12的 位置。如在此所用，术语“光束方向马达”指用于改变光源的光束方向的马达，术语“光束大小马达”指用于改变光源的光束大小的马达。电能可从普通的电接触件获取。 如在此所用，术语“电接触件”指用于从灯泡插座或照明线路获取电能并还在灯泡由有 线远程控制装置控制情况下获取控制信号的接触件。
远程控制可用来通过控制光束方向马达20和光束大小马达22而远程地调节可调 节的照明装置10的光束大小和光束方向。或者，多个开关或按钮形式的本地控制可用于 通过电线控制光束方向马达20和光束大小马达22。
图2-11是依据本发明的实施例的可调节的照明装置10的反射器14和非线性螺 纹线圈16的不同示意图。
反射器14可以为抛物面反射器形式，或棱镜和反射镜的组合形式。反射器14将 光源12的光校准以形成光束。非线性螺纹线圈16的一端固定安装到反射器14的前端。 非线性螺纹线圈16的直径可以比反射器14的直径大。非线性螺纹线圈16充分缠绕反射 器14的外表面。非线性螺纹线圈16的另一端是自由端。
非线性螺纹线圈16 —般为具有变化的缠绕角度和缠绕间距的环形线圈且具有圆 形截面。图9示出的非线性螺纹线圈16的缠绕角度随远离非线性螺纹线圈16的底部的 旋转数而增加。第1圈16’具有缠绕角度α，第二圈16”具有相对于线圈底部的缠绕 角度β。非线性螺纹线圈16在较大缠绕间距一侧具有大约42mm的高度，在较小缠绕 间距一侧具有大约12mm的高度。
依据图示实施例，圆形截面的螺旋槽46沿非线性螺纹线圈16的整个长度上整体地形成。槽46与驱动轮18的凸出圆边48摩擦接合。驱动轮18的圆边和支撑轮30、32 可由软性材料(例如硅胶)制成，以便于在旋转过程中非线性螺纹线圈16与驱动轮18、 支撑轮30、32之间的摩擦接合。
虽然已示出并说明槽46形成在非线性螺纹线圈16上，以与驱动轮18的圆边接 合，本领域的普通技术人员应当理解，其它形式的接合可被采用。例如，非线性螺纹线 圈16可具有圆形截面，与提供在驱动轮18上的朝外的环形槽摩擦接合。此外，驱动轮 18可以是任何其它合适的旋转部件形式，只要其能够与非线性螺纹线圈16接合并摩擦地 驱动非线性螺纹线圈16旋转。另外，虽然已示出非线性螺纹线圈16被驱动轮18通过摩 擦力驱动而旋转，本领域的普通技术人员应当理解，非线性螺纹线圈16可以被驱动轮18 通过诸如齿轮机构等其它可能的机构驱动。
如图11所示，多个加固杆部件44可连接到非线性螺纹线圈16的内表面。多个 加固杆部件44的设置固定了非线性螺纹线圈16的位置，确保槽46与驱动轮18的圆边48 在旋转过程中的精确接合。在另一实施例中，非线性螺纹线圈16可直接或间接连接到反 射器14的外表面。在又一实施例中，非线性螺纹线圈16嵌入反射器14的外表面。
光束大小马达22可包括一体的齿轮箱和多旋转编码器(multi-turn encoder)。光 束大小马达22通过齿条齿轮机构或任何其它合适的机械连接驱动导热轴24。光源12可 安装在导热轴M的一端，其能够依据光束大小马达22的旋转方向沿其轴向外或向内移 动。如果光源12位于反射器14的焦点，如图12所示，输出光束大小为“点”模式(小 光束)。光束大小可以通过从焦点向外调节光源12的位置而改变为“泛光”模式(大光 束)，如图13所示。可使用电子控制器通过比较来自多旋转编码器的位置数据和目标位 置从而相应地将电能提供给光束大小马达22来调节光束大小。
可调节的照明装置10的光源12可以是任何合适的形式。光源12的一形式可以 是高亮度LED。如图17所示，标准大小的灯泡50(例如PAR38)可用于提供嵌入方案 (drop-in solution)给希望安装可调节的照明装置10的用户，或利用本专利申请的可调节 的照明装置替换既有照明装置。这一解决方案快速且成本低，因为可以使用既有照明装 置。多个PAR38灯泡50可安装在嵌顶灯具(downlight)中，用户可以利用远程控制装置 打开和关闭单个的灯，或将灯光调节至期望的照明水平。照明区域的大小和位置可以通 过改变PAR38灯泡50的光束大小和光束方向而调节。为了优化用于不同用途的照明， PAR38灯泡50可被程式化为以不同亮度、不同光束大小和不同光束方向工作。例如，用 于厨房的“桌”模式，仅照明桌子区域；在“水槽”模式，只照明水槽。除了节能外， 本专利申请中公开的可调节的照明装置10也可以为用户带来舞台照明效果的体验。
类似于光束大小马达22，光束方向马达20也可包括一体的齿轮箱和多旋转编码 器。驱动轮18可直接安装到光束方向马达20的输出轴上，用于驱动非线性螺纹线圈16 和反射器14旋转。驱动轮18与两个其它的可自由旋转的支撑轮30、32—起，可以为非 线性螺纹线圈16和反射器14提供三点支撑。当驱动轮18旋转时，由于非线性螺纹线圈 16和轮18、30、32之间的相互作用，非线性螺纹线圈16与反射器14 一起螺旋且非线性 地向外或向内旋转，如图14-16所示。
为了保持光源12靠近反射器14并维持恒定的光束大小，光束大小马达22可与 光束方向马达20—起工作。这样，反射器14的移动不会影响光源12到反射器14的焦点的相对位置。
依据可调节的照明装置10的光效方面的要求，本专利申请中公开的非线性螺纹 线圈16可以通过包括以下步骤的方法制造(A)设定非线性螺纹线圈的直径；(B)设定 非线性螺纹线圈的高度；(C)设定反射器的最大倾斜角度；(D)设定反射器的旋转数和 圆的位置；(E)通过插入法(interpolation)生成螺纹位置；(F)计算光接收平面上的照明 位置；和(G)生成3D建模数据。上述步骤的细节将在下面说明。
A.设定非线性螺纹线圈的直径
非线性螺纹线圈16的直径可以大于反射器14的直径。例如，非线性螺纹线圈 16的直径可以比反射器14的直径大6mm，当把非线性螺纹线圈16的尺寸纳入考虑时， 这应当是足够的。
B.设定非线性螺纹线圈的高度
反射器14的直径和高度的关系可以遵循抛物线方程或其它更复杂的数学方程。 反射器14的光学要求决定反射器14的高度。非线性螺纹线圈16的高度，即非线性螺纹 线圈16的两相对端之间的距离，可以与反射器14的高度接近。
C.设定反射器的最大倾斜角度
当反射器14在其原始位置(零旋转)时，反射器14的光轴与照明装置的纵轴Z 成一条直线。当反射器14旋转到新的位置，反射器14的光轴与照明装置的纵轴Z形成 角度，光束方向改变(图14-16)。该角度即称为倾斜角度。倾斜角度以及反射器14和 光接收平面之间(例如地板)的距离一起决定照明区域的位置。例如，由30度的倾斜角 度和2000mm距离得到的照明区域的中心位于远离光接收平面的标准点2000mmXtan(30) =1154mm的位置处。考虑到具有10-30度范围的光束方向的典型的PAR38灯，30度的 最大倾斜角度是足够的。
D.设定反射器的旋转数和圆的位置
照明区域上光束的螺旋路径可以通过反射器14的旋转数决定。对于螺纹螺距有 一些限制。螺纹螺距可以大于螺纹的厚度。螺纹的厚度可以大于轮18、30、32的厚度。 应当理解，仅允许与反射器14接触较小接触表面的薄轮不能提供足够的摩擦力来驱动反 射器14。反射器14的高度也对反射器14的旋转数有限制。可用于特定高度的反射器 14的最大旋转数可以利用计算机软件计算。
如图18所示，每个旋转和其倾斜角度可以用圆表示。应当理解，应当增加一个 具有较大倾斜角度的额外的圆。该额外的圆的使用是为了具有初始最大倾斜角度的旋转 的螺纹位点的生成。代表旋转的圆应具有位于同一平面(例如χ = 0平面)的中心，以 便随后螺纹生成的使用。中心的位置应利用旋转和转化方法得出，以便将反射器14的焦 点保持在由光束大小马达22驱动的轴M的轴线上。
图19是表示每个圆利用新的中心坐标转化为相应位置的图表。新的圆中心的Y 坐标用于在倾斜的圆移动到倾斜角度=0位置时补偿焦点的Y方向位移。Y方向位移= (倾斜角度O的圆和倾斜角度θ的圆之间的Z方向距离)Xtan( θ )。图20是表示反射 器的焦点F的示意图。
图21是表示圆的中心的Y和Z坐标的图表。通过使用电子表格软件，可非常 容易和快速地在数次迭代后找到好的圆间隔，如图22所示。
E.通过插入法生成螺纹位置
该步骤的目的是为了利用不同倾斜角度的圆的坐标来生成每个旋转的N组X、 Y、Z坐标。当从两相邻圆的两点插入某点的Z坐标，该点的X、Y坐标在插入之后仍 然不变。为便于理解，N可以是36的倍数。例如Solidworks 等3D实体建模软件可进 一步利用每个旋转的36个坐标来生成非常平滑的螺纹模型。生成的模型数据可以用于非 线性螺纹线圈16的实际制造。
图23是表示从五个圆生成的非线性螺纹线圈16的图表。插入法的原理是，具有 旋转角度θ (Θ)的非线性螺纹位置点位于连接具有同一角度θ的相邻圆的两点的线上。 当θ = 0，非线性螺纹点与具有较小倾斜角度的圆的点相同。当θ = 360,非线性螺纹 点与具有较大倾斜角度的圆的点相同。从具有较小倾斜角度的圆上的相应点到非线性螺 纹点的距离与旋转角度成比例。例如，230度旋转角度的Z坐标如下
Z 非线性螺纹线圈=(Zl-Zs) X23/36+Zs
其中，&是具有较大倾斜角度的圆的230度旋转角度的Z坐标，&是具有较小 倾斜角度的圆的230度旋转角度的Z坐标。
图M是表示非线性螺纹线圈关于旋转角度的图表。图25是表示非线性螺纹线 圈的开头260度为固定的、从而倾斜角度在旋转的前20度仍为0的图表。
F.计算光接收平面上的相应位置
该步骤的目的是看光接收平面(例如地板)上的照明位置是否满足用户的要求。 图沈表示光接收平面上的相应位置的计算。反射器14在点A被驱动轮18驱动，并分别 在点B和C被两个支撑轮30、32支撑。一个假象平面被加到图中，以便易于理解工作原 理。当反射器14在其原始位置时，倾斜角度是0。当反射器14旋转时，反射器14的中 心轴倾斜到由接触点A、B和C相对假象平面的高度决定的角度。对应于非线性螺纹线 圈16上接触驱动轮18的特定点的光束方向可以分解为两部分(1)由分别连接两支撑轮 30、32的接触点B、C的线的中心、驱动轮18的接触点A和倾斜角度=0的圆的平面形 成的倾斜角度；和O)由连接两支撑轮30、32的接触点B、C的线和倾斜角度=0的圆 的平面形成的倾角。
图27和观是表示光接收平面上的照明区域(单位mm)的图表。当反射器14 从其原始位置螺旋地向外旋转时，照明区域会形成螺旋路径，从该螺旋路径中心的半径 范围随着反射器14的旋转数而增加。作为一个例子，光接收平面OOOOmm远)的照明 区域的中心由X、Y坐标得出，其中X = 2000tan(倾斜角度)，Y = 2000tan(倾角)。
G.生成3D建模数据
例如Solidworks 等3D实体建模软件可利用上述生成的非线性螺纹数据生成非 常平滑的螺纹模型。
虽然结合多个较佳实施例对本专利申请中公开的可调节的照明装置进行了表示 和说明，应当注意，在不偏离未决的权利要求的范围的前提下，可做多种其它变化和修 改。9
权利要求
1.一种可调节的照明装置，其特征在于，包括 光源；用于反射来自所述光源的光的反射器；缠绕所述反射器的非线性螺纹线圈，所述非线性螺纹线圈和所述反射器为固定位置 关系；和与所述非线性螺纹线圈摩擦接合的驱动轮，所述驱动轮用于驱动非线性螺纹线圈旋 转以调节所述反射器的位置；与所述驱动轮一起为所述非线性螺纹线圈提供三点支撑的两个支撑轮； 用于驱动所述驱动轮的第一马达； 用于支撑所述光源的轴；和用于沿所述轴的轴线轴向驱动所述轴以移动所述光源进或出所述反射器的焦点的第二马达。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋槽， 所述驱动部件的凸起沿所述螺旋槽接合。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋凸 起，所述驱动部件的槽沿所述凸起接合。
4.一种可调节的照明装置，其特征在于，包括 光源；用于反射来自所述光源的光的反射器； 缠绕所述反射器的非线性螺纹线圈；与所述非线性螺纹线圈摩擦接合的驱动轮，所述驱动轮用于驱动非线性螺纹线圈旋 转以调节所述反射器的位置；和与所述驱动轮一起为所述非线性螺纹线圈提供三点支撑的两个支撑轮。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋槽， 所述驱动部件的凸起沿所述螺旋槽接合。
6.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋凸 起，所述驱动部件的槽沿所述凸起接合。
7.—种可调节的照明装置，其特征在于，包括 光源；用于反射来自所述光源的光的反射器； 缠绕所述反射器的非线性螺纹线圈；和与所述非线性螺纹线圈接合的驱动部件，所述驱动部件用于驱动所述非线性螺纹线 圈旋转以调节所述反射器的位置。
8.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈与所述驱动部 件摩擦接合，且所述非线性螺纹线圈被所述驱动部件通过摩擦力驱动而旋转。
9.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈被所述驱动部 件通过齿轮机构驱动而旋转。
10.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋 槽，所述驱动部件的凸起沿所述螺旋槽接合。
11.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括螺旋凸 起，所述驱动部件的槽沿所述螺旋凸起接合。
12.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈大体上为具 有变化的缠绕角度、且具有圆形截面的环形线圈的形状。
13.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述驱动部件为可旋转的驱动轮。
14.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，还包括与所述驱动部件一起为所 述非线性螺纹线圈提供三点支撑的两个支撑部件。
15.根据权利要求14所述的照明装置，其特征在于，所述支撑部件为自由旋转轮。
16.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，还包括用于支撑所述光源的轴、 和用于沿所述轴的轴向驱动所述轴以移动所述光源进出所述反射器的焦点的马达。
17.根据权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈包括多个连 接到所述非线性螺纹线圈的加固杆部件。
18.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈固定连接到所述 反射器的外表面。
19.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈的一端固定安装 到所述反射器上。
20.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述非线性螺纹线圈嵌入所述反射器 的外表面。
全文摘要
本发明公开了一种可调节的照明装置(10)，包括光源(12)、用于反射来自所述光源(12)的光的反射器(14)、缠绕所述反射器(14)的非线性螺纹线圈(16)、和与所述非线性螺纹线圈(16)接合的驱动部件(18)。所述驱动部件(18)用于驱动所述非线性螺纹线圈(16)旋转，从而调节所述反射器(14)的位置。
文档编号F21V14/02GK102027290SQ200980113819
公开日2011年4月20日 申请日期2009年4月2日 优先权日2008年5月25日
发明者陈柏明 申请人:青研科技有限公司