专利名称：圆形光斑变为椭圆形光斑的led照明灯及光学设计方法
技术领域：
本发明涉及一种LED照明灯，更具体地说，涉及一种光斑能够由圆形变换为椭圆形的LED照明灯及其光学设计方法。
背景技术：
随着LED作为光源越来越多的应用在各个领域的照明灯具中，对LED照明灯的照明要求也越来越高。比如，有的应用场合需要圆形的照射光斑，有的应用场合需要方形的照射光斑，也有的应用场合需要椭圆形照射光斑，等等。对于具有单一照射光斑形状的LED照明灯及其光学设计方法在目前的LED照明领域出现的较多，比如实现单一圆形或者椭圆形光斑。但在有的应用场合，则需要照射光斑能够做一定规律的变化。比如一种新出现的铁路信号灯，要求从最初的圆形照射光斑能够按照要求变换为椭圆形照射光斑。这种能够在不同光斑形状之间进行变换的功能要求在一个灯具上实现，目前在LED照明领域还很少出 现。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供一种圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，能够实现在一个灯具结构上实现不同光斑形状之间的变换，以满足特殊的使用要求。本发明还提供一种圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯的光学设计方法，通过该方法，可以实现任意所需变换的椭圆光斑形状，简单方便。为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下
圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，主要是由三组LED光源模组组成，所述每组LED光源模组的照射光斑均为大小相同、光强由中心向外围递减的圆形，所述每组LED光源模组是由一个以上的LED光源模块组成，其中一组LED光源模组固定不动，其余两组LED光源模组能够在一定角度内做翻转，从而使三组LED光源模组所形成的圆形光斑的圆心位于一条直线上，且其中两个圆形光斑能够沿所述的直线向相向两侧移动，实现圆形光斑与椭圆形光斑之间的变换。所述三组LED光源模组围成一圆形灯盘，其中两组能够做翻转运动的LED光源模组位于所述固定不动的LED光源模组的两侧位置，且各自所包含的LED光源模块彼此相邻安装。所述每组LED光源模组所包含的LED光源模块的数量和组成相同。所述LED光源模组的翻转是通过一翻转机构来实现的，所述翻转机构包括丝杆、丝杆外的丝套，所述丝杆下端设置一用于带动LED光源模组的一端运动的运动机构，所述运动机构能够随丝杆做上下运动，从而带动LED光源模组的一端上下运动；在所述丝套下端、所述运动机构的外围设置一用于连接LED光源模组旋转枢轴的连接座，所述LED光源模组的一端随丝杆的旋拧做上下移动的同时，所述LED光源模组能够绕所述旋转枢轴做上下翻转。
还包括用于控制每组LED光源模组输入电流的电流控制器。圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯的光学设计方法，采用上述的LED照明灯，通过所述三组LED光源模组所形成的圆形光斑的移动来实现圆形光斑变为椭圆形光斑的效果，设计步骤如下
首先，通过调整所述两组LED光源模组的翻转角度，使所述三组LED光源模组所形成的三个初始圆形单光斑均重合在预先确定的照明灯的初始圆形光斑上；
然后，翻转所述两组LED光源模组，使三个圆形光斑在移动过程中其圆心始终位于一条直线上，且该两组LED光源模组所形成的两个圆形光斑分别沿所述直线向所述固定不动的那组LED光源模组所形成的固定圆形光斑的相向两侧移动； 在上述的光斑移动过程中，根据所需要变换的椭圆形光斑的大小来确定所述两个圆形光斑相对于所述固定圆形光斑向相向两侧移动的移动量。在要求变换成的椭圆形光斑的长轴相对于灯具的夹角为^灯具与被照面的距离为Z初始圆形光斑的半径为r时，所述两个圆形光斑分别沿所述直线向所述固定圆形光斑的相向两侧移动时的移动量s = S -『。本发明所采用的技术方案，在形成初始圆形光斑时，首先通过调整两组LED光源模组在垂直方向上翻转的角度，使得三个圆形光斑重合在一起。然后使形成中心照射光斑的一个LED光源模组固定不动，使另外两个LED光源模组所形成的照射光斑相对于中心光斑向相向两侧相向移动，移动时使三个圆形光斑的圆心始终位于一条直线上。从而使初始圆形光斑变换为椭圆形光斑。这种光斑的移动也是通过在灯具上设计一定的结构使LED光源模组在一定角度内做翻转来实现的。该翻转的角度范围与所需要变换的椭圆形光斑的大小之间建立起相互关系。因此，本发明所提供的设计方法可以使得这种光斑的变换是无极变换形式，也可以是固定量值的变换形式。同时，为了使变换过程中光斑的照度不至于出现突亮或突暗的情况，三个LED光源模组形成的圆形光斑按照发光强度由中心向外围递减的规律。同样，上述规律也是通过对LED光源模组翻转的角度进行控制来实现的，也可以同时采用控制LED光源模组上的输入电流的方法来配合实现。为了减少LED照明灯具的结构以及光学设计的复杂性，使三组LED光源模组围成一圆形灯盘，其中两组能够翻转运动的LED光源模组各自所包含的LED光源模块彼此相邻安装。即，每组能够翻转的LED光源模组中的LED光源模块靠近安装。
图I是本发明LED照明灯的结构示意 图2是图I的主视 图3是图2沿B-B向的剖面 图4 (I)是图2中三个LED光源模组分别照射时的单光斑示意 图4 (2)是图3中两组LED光源模组位于位置a时照射的初始圆形光斑不意 图5 (I)是图4 (I)的单光斑光强分布 图5 (2)是图4 (2)的初始圆形光斑光强分布 图6是图3中两组LED光源模组位于位置b时照射的椭圆形光斑不意 图7是图3中两组LED光源模组位于位置c时照射的椭圆形光斑不意图；图8是图7的椭圆形光斑光强分布 图9是确定光斑移动量的方法示意图。
具体实施例方式以下通过附图和具体实施例对本发明所提供的LED照明灯以及光学设计方法做一详细的说明。图I、图2是本发明公开的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯的结构示意图。由三组LED光源模组组成。本实施例中每组LED光源模组11、12均是由两个LED光源模块I组成，且三组LED光源模组围成一圆形灯盘。具体使用的LED光源模块I的数量可根据灯具的功率大小以及尺寸要求来定。在三组LED光源模组中，其中一组LED光源模组11固定不动，其余两组LED光源模组12通过灯具上设置的翻转机构10能够在一定角度内做翻转运动。该两组能够做翻转 运动的LED光源模组12所包含的LED光源模块I彼此相邻靠近安装，以减少灯具结构的复杂性，并方便对其进行控制。图3所示，翻转机构10包括丝杆2、丝杆2上带有螺纹7，丝杆2外套装有丝套3。丝杆2的下端连接一个运动机构4。运动机构4上固定LED光源模组12的一个端头。在旋拧丝杆2在丝套3内上下运动时，运动机构4能够随着丝杆2上下运动，但运动机构4不随丝杆2做旋转运动。运动机构4的上下运动带动LED光源模组的一端上下运动。在丝套3的下端、运动机构4的外围安装一个连接座5。连接座5用来安装LED光源模组12的旋转枢轴6。在丝杆2上下运动过程中连接座5固定不动，LED光源模组12的一端随丝杆2的旋拧做上下移动时，能够绕旋转枢轴6做上下的翻转运动。图3所示意的三个LED光源模组翻转的不同位置表示了光斑由圆形变为不同形状的椭圆形时的三个状态。为了更清楚的表示出在LED光源模组12翻转的过程中光斑的变化，图4 (I)是给出了三个LED光源模组分别单独照射时的单光斑示意图。图4 (2)是图3中两组LED光源模组12位于位置a时灯具照射的初始圆形光斑示意图。图4 (2)所示的初始圆形光斑是图4 (I)中三个单光斑的叠加。即三个LED光源模组的三个初始圆形单光斑均与灯具的初始圆形光斑重合在一起。该初始状态是通过翻转两组LED光源模组12在一个合适的角度上来实现的，如图3中所示的a位置。图5 (I)是图4 (I)的单光斑光强分布图，为了避免在光斑形状变换过程中出现突亮或突暗的现象，其分布按照发光强度由中心向外围递减的规律变化。图5 (2)是图4
(2)的初始圆形光斑光强分布图，是图4 (I)中三个单光斑的叠加，因此，也是按照发光强度由中心向外围递减的规律变化。图6和图7是图3中两组LED光源模组12分别位于位置b和c时照射的两种椭圆形光斑示意图。通过翻转机构翻转两组LED光源模组12，使这两组LED光源模组12形成的两个圆形光斑发生移动。且使三个圆形光斑在变化的过程中其圆心始终位于一条直线上。两个圆形光斑沿着这条直线分别向固定LED光源模组11所形成的圆形光斑的相向两侧平移。翻转的角度不同，形成的椭圆形光斑的形状不同。图8是图7的椭圆形光斑的光强分布图，图中，外部的曲线表不椭圆形光斑的长轴上的光强分布，内部的曲线表不椭圆形光斑的短轴上的光强分布。其中，短轴上的光强分布同单光斑的光强分布图，长轴上的分布规律为发光强度由中心向外围逐渐递减。图中横坐标5表示初始圆形光斑的半径相对于灯具的夹角。本实施例中灯具与被照面的距离为20米远。图9是根据具体要求来确定光斑移动量的方法不意图。由于LED灯具在使用时，其尺寸大小相对于其与被照面的距离来说非常小，几乎可以忽略不计，因此，可以将LED灯具近似的作为点光源。若所要求的椭圆形光斑的长轴相对于灯具P的夹角为P,灯具P与被照面的距离为；初始圆形光斑的圆心0，半径为r，那么，两个圆形光斑分别沿其圆心所在的直线向固定圆形光斑的相向两侧移动时的移动量s = d *ig& - r。上述具体实施方式
只是用于说明本发明的设计方法，并不能用来限定本发明的保 护范围。对于在本发明技术方案的思想指导下的变形和转换，都应该归于本发明保护范围以内。
权利要求
1.圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，其特征在于，主要是由三组LED光源模组组成，所述每组LED光源模组的照射光斑均为大小相同、光强由中心向外围递减的圆形，所述每组LED光源模组是由一个以上的LED光源模块组成，其中一组LED光源模组固定不动，其余两组LED光源模组能够在一定角度内做翻转，从而使三组LED光源模组所形成的圆形光斑的圆心位于一条直线上，且其中两个圆形光斑能够沿所述的直线向相向两侧移动，实现圆形光斑与椭圆形光斑之间的变换。
2.根据权利要求I所述的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，其特征在于，所述三组LED光源模组围成一圆形灯盘，其中两组能够做翻转运动的LED光源模组位于所述固定不动的LED光源模组的两侧位置，且各自所包含的LED光源模块彼此相邻安装。
3.根据权利要求I所述的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，其特征在于，所述每组LED光源模组所包含的LED光源模块的数量和组成相同。
4.根据权利要求I所述的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，其特征在于，所述LED光源模组的翻转是通过一翻转机构来实现的，所述翻转机构包括丝杆、丝杆外的丝套，所述丝杆下端设置一用于带动LED光源模组的一端运动的运动机构，所述运动机构能够随丝杆做上下运动，从而带动LED光源模组的一端上下运动；在所述丝套下端、所述运动机构的外围设置一用于连接LED光源模组旋转枢轴的连接座，所述LED光源模组的一端随丝杆的旋拧做上下移动的同时，所述LED光源模组能够绕所述旋转枢轴做上下翻转。
5.根据权利要求I所述的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯，其特征在于，还包括用于控制每组LED光源模组输入电流的电流控制器。
6.圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯的光学设计方法，其特征在于，采用如权利要求I至5中任一所述的LED照明灯，通过所述三组LED光源模组所形成的圆形光斑的移动来实现圆形光斑变为椭圆形光斑的效果，设计步骤如下 首先，通过调整所述两组LED光源模组的翻转角度，使所述三组LED光源模组所形成的三个初始圆形单光斑均重合在预先确定的照明灯的初始圆形光斑上； 然后，翻转所述两组LED光源模组，使三个圆形光斑在移动过程中其圆心始终位于一条直线上，且该两组LED光源模组所形成的两个圆形光斑分别沿所述直线向所述固定不动的那组LED光源模组所形成的固定圆形光斑的相向两侧移动； 在上述的光斑移动过程中，根据所需要变换的椭圆形光斑的大小来确定所述两个圆形光斑相对于所述固定圆形光斑向相向两侧移动的移动量。
7.根据权利要求6所述的圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯的光学设计方法，其特征在于，在要求变换成的椭圆形光斑的长轴相对于灯具的夹角为4灯具与被照面的距离为z初始圆形光斑的半径为r时，所述两个圆形光斑分别沿所述直线向所述固定圆形光斑的相向两侧移动时的移动量s d。
全文摘要
本发明公开一种圆形光斑变为椭圆形光斑的LED照明灯及光学设计方法,主要是由三组LED光源模组组成，所述每组LED光源模组的照射光斑均为大小相同、光强由中心向外围递减的圆形，所述每组LED光源模组是由一个以上的LED光源模块组成，其中一组LED光源模组固定不动，其余两组LED光源模组能够在一定角度内做翻转，从而使三组LED光源模组所形成的圆形光斑的圆心位于一条直线上，且其中两个圆形光斑能够沿所述的直线向相向两侧移动，实现圆形光斑与椭圆形光斑之间的变换。本发明照明灯及设计方法，能够实现在一个灯具结构上实现不同光斑形状之间的变换，以满足特殊的使用要求。
文档编号F21V14/02GK102840490SQ201210362759
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者陈春根, 许礼, 韩红梅, 庞锋军 申请人:上海三思电子工程有限公司, 上海三思科技发展有限公司, 嘉善三思光电技术有限公司