專利名稱：圓形光斑變為橢圓形光斑的led照明燈及光學設計方法
技術領域：
本發明涉及一種LED照明燈，更具體地說，涉及一種光斑能夠由圓形變換為橢圓形的LED照明燈及其光學設計方法。
背景技術：
隨著LED作為光源越來越多的應用在各個領域的照明燈具中，對LED照明燈的照明要求也越來越高。比如，有的應用場合需要圓形的照射光斑，有的應用場合需要方形的照射光斑，也有的應用場合需要橢圓形照射光斑，等等。對于具有單一照射光斑形狀的LED照明燈及其光學設計方法在目前的LED照明領域出現的較多，比如實現單一圓形或者橢圓形光斑。但在有的應用場合，則需要照射光斑能夠做一定規律的變化。比如一種新出現的鐵路信號燈，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行變換的功能要求在一個燈具上實現，目前在LED照明領域還很少出 現。

發明內容
本發明為解決上述技術問題，提供一種圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈，能夠實現在一個燈具結構上實現不同光斑形狀之間的變換，以滿足特殊的使用要求。本發明還提供一種圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈的光學設計方法，通過該方法，可以實現任意所需變換的橢圓光斑形狀，簡單方便。為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下
圓形光斑變為橢圓形光斑的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、光強由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內做翻轉，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，且其中兩個圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側移動，實現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運動的LED光源模組位于所述固定不動的LED光源模組的兩側位置，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光源模塊的數量和組成相同。所述LED光源模組的翻轉是通過一翻轉機構來實現的，所述翻轉機構包括絲桿、絲桿外的絲套，所述絲桿下端設置一用于帶動LED光源模組的一端運動的運動機構，所述運動機構能夠隨絲桿做上下運動，從而帶動LED光源模組的一端上下運動；在所述絲套下端、所述運動機構的外圍設置一用于連接LED光源模組旋轉樞軸的連接座，所述LED光源模組的一端隨絲桿的旋擰做上下移動的同時，所述LED光源模組能夠繞所述旋轉樞軸做上下翻轉。
還包括用于控制每組LED光源模組輸入電流的電流控制器。圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈的光學設計方法，采用上述的LED照明燈，通過所述三組LED光源模組所形成的圓形光斑的移動來實現圓形光斑變為橢圓形光斑的效果，設計步驟如下
首先，通過調整所述兩組LED光源模組的翻轉角度，使所述三組LED光源模組所形成的三個初始圓形單光斑均重合在預先確定的照明燈的初始圓形光斑上；
然后，翻轉所述兩組LED光源模組，使三個圓形光斑在移動過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圓形光斑分別沿所述直線向所述固定不動的那組LED光源模組所形成的固定圓形光斑的相向兩側移動； 在上述的光斑移動過程中，根據所需要變換的橢圓形光斑的大小來確定所述兩個圓形光斑相對于所述固定圓形光斑向相向兩側移動的移動量。在要求變換成的橢圓形光斑的長軸相對于燈具的夾角為^燈具與被照面的距離為Z初始圓形光斑的半徑為r時，所述兩個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移動時的移動量s = S -『。本發明所采用的技術方案，在形成初始圓形光斑時，首先通過調整兩組LED光源模組在垂直方向上翻轉的角度，使得三個圓形光斑重合在一起。然后使形成中心照射光斑的一個LED光源模組固定不動，使另外兩個LED光源模組所形成的照射光斑相對于中心光斑向相向兩側相向移動，移動時使三個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。這種光斑的移動也是通過在燈具上設計一定的結構使LED光源模組在一定角度內做翻轉來實現的。該翻轉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系。因此，本發明所提供的設計方法可以使得這種光斑的變換是無極變換形式，也可以是固定量值的變換形式。同時，為了使變換過程中光斑的照度不至于出現突亮或突暗的情況，三個LED光源模組形成的圓形光斑按照發光強度由中心向外圍遞減的規律。同樣，上述規律也是通過對LED光源模組翻轉的角度進行控制來實現的，也可以同時采用控制LED光源模組上的輸入電流的方法來配合實現。為了減少LED照明燈具的結構以及光學設計的復雜性，使三組LED光源模組圍成一圓形燈盤，其中兩組能夠翻轉運動的LED光源模組各自所包含的LED光源模塊彼此相鄰安裝。即，每組能夠翻轉的LED光源模組中的LED光源模塊靠近安裝。


圖I是本發明LED照明燈的結構示意 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LED光源模組分別照射時的單光斑示意 圖4 (2)是圖3中兩組LED光源模組位于位置a時照射的初始圓形光斑不意 圖5 (I)是圖4 (I)的單光斑光強分布 圖5 (2)是圖4 (2)的初始圓形光斑光強分布 圖6是圖3中兩組LED光源模組位于位置b時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時照射的橢圓形光斑不意圖；圖8是圖7的橢圓形光斑光強分布 圖9是確定光斑移動量的方法示意圖。
具體實施例方式以下通過附圖和具體實施例對本發明所提供的LED照明燈以及光學設計方法做一詳細的說明。圖I、圖2是本發明公開的圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈的結構示意圖。由三組LED光源模組組成。本實施例中每組LED光源模組11、12均是由兩個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的數量可根據燈具的功率大小以及尺寸要求來定。在三組LED光源模組中，其中一組LED光源模組11固定不動，其余兩組LED光源模組12通過燈具上設置的翻轉機構10能夠在一定角度內做翻轉運動。該兩組能夠做翻轉 運動的LED光源模組12所包含的LED光源模塊I彼此相鄰靠近安裝，以減少燈具結構的復雜性，并方便對其進行控制。圖3所示，翻轉機構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的下端連接一個運動機構4。運動機構4上固定LED光源模組12的一個端頭。在旋擰絲桿2在絲套3內上下運動時，運動機構4能夠隨著絲桿2上下運動，但運動機構4不隨絲桿2做旋轉運動。運動機構4的上下運動帶動LED光源模組的一端上下運動。在絲套3的下端、運動機構4的外圍安裝一個連接座5。連接座5用來安裝LED光源模組12的旋轉樞軸6。在絲桿2上下運動過程中連接座5固定不動，LED光源模組12的一端隨絲桿2的旋擰做上下移動時，能夠繞旋轉樞軸6做上下的翻轉運動。圖3所示意的三個LED光源模組翻轉的不同位置表示了光斑由圓形變為不同形狀的橢圓形時的三個狀態。為了更清楚的表示出在LED光源模組12翻轉的過程中光斑的變化，圖4 (I)是給出了三個LED光源模組分別單獨照射時的單光斑示意圖。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)中三個單光斑的疊加。即三個LED光源模組的三個初始圓形單光斑均與燈具的初始圓形光斑重合在一起。該初始狀態是通過翻轉兩組LED光源模組12在一個合適的角度上來實現的，如圖3中所示的a位置。圖5 (I)是圖4 (I)的單光斑光強分布圖，為了避免在光斑形狀變換過程中出現突亮或突暗的現象，其分布按照發光強度由中心向外圍遞減的規律變化。圖5 (2)是圖4
(2)的初始圓形光斑光強分布圖，是圖4 (I)中三個單光斑的疊加，因此，也是按照發光強度由中心向外圍遞減的規律變化。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時照射的兩種橢圓形光斑示意圖。通過翻轉機構翻轉兩組LED光源模組12，使這兩組LED光源模組12形成的兩個圓形光斑發生移動。且使三個圓形光斑在變化的過程中其圓心始終位于一條直線上。兩個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平移。翻轉的角度不同，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分布圖，圖中，外部的曲線表不橢圓形光斑的長軸上的光強分布，內部的曲線表不橢圓形光斑的短軸上的光強分布。其中，短軸上的光強分布同單光斑的光強分布圖，長軸上的分布規律為發光強度由中心向外圍逐漸遞減。圖中橫坐標5表示初始圓形光斑的半徑相對于燈具的夾角。本實施例中燈具與被照面的距離為20米遠。圖9是根據具體要求來確定光斑移動量的方法不意圖。由于LED燈具在使用時，其尺寸大小相對于其與被照面的距離來說非常小，幾乎可以忽略不計，因此，可以將LED燈具近似的作為點光源。若所要求的橢圓形光斑的長軸相對于燈具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移動時的移動量s = d *ig& - r。上述具體實施方式
只是用于說明本發明的設計方法，并不能用來限定本發明的保 護范圍。對于在本發明技術方案的思想指導下的變形和轉換，都應該歸于本發明保護范圍以內。
權利要求
1.圓形光斑變為橢圓形光斑的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、光強由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內做翻轉，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，且其中兩個圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側移動，實現圓形光斑與橢圓形光斑之間的變換。
2.根據權利要求I所述的圓形光斑變為橢圓形光斑的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運動的LED光源模組位于所述固定不動的LED光源模組的兩側位置，且各自所包含的LED光源模塊彼此相鄰安裝。
3.根據權利要求I所述的圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，所述每組LED光源模組所包含的LED光源模塊的數量和組成相同。
4.根據權利要求I所述的圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈，其特征在于，所述LED光源模組的翻轉是通過一翻轉機構來實現的，所述翻轉機構包括絲桿、絲桿外的絲套，所述絲桿下端設置一用于帶動LED光源模組的一端運動的運動機構，所述運動機構能夠隨絲桿做上下運動，從而帶動LED光源模組的一端上下運動；在所述絲套下端、所述運動機構的外圍設置一用于連接LED光源模組旋轉樞軸的連接座，所述LED光源模組的一端隨絲桿的旋擰做上下移動的同時，所述LED光源模組能夠繞所述旋轉樞軸做上下翻轉。
5.根據權利要求I所述的圓形光斑變為橢圓形光斑的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.圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈的光學設計方法，其特征在于，采用如權利要求I至5中任一所述的LED照明燈，通過所述三組LED光源模組所形成的圓形光斑的移動來實現圓形光斑變為橢圓形光斑的效果，設計步驟如下 首先，通過調整所述兩組LED光源模組的翻轉角度，使所述三組LED光源模組所形成的三個初始圓形單光斑均重合在預先確定的照明燈的初始圓形光斑上； 然后，翻轉所述兩組LED光源模組，使三個圓形光斑在移動過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圓形光斑分別沿所述直線向所述固定不動的那組LED光源模組所形成的固定圓形光斑的相向兩側移動； 在上述的光斑移動過程中，根據所需要變換的橢圓形光斑的大小來確定所述兩個圓形光斑相對于所述固定圓形光斑向相向兩側移動的移動量。
7.根據權利要求6所述的圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈的光學設計方法，其特征在于，在要求變換成的橢圓形光斑的長軸相對于燈具的夾角為4燈具與被照面的距離為z初始圓形光斑的半徑為r時，所述兩個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移動時的移動量s d。
全文摘要
本發明公開一種圓形光斑變為橢圓形光斑的LED照明燈及光學設計方法,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、光強由中心向外圍遞減的圓形，所述每組LED光源模組是由一個以上的LED光源模塊組成，其中一組LED光源模組固定不動，其余兩組LED光源模組能夠在一定角度內做翻轉，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，且其中兩個圓形光斑能夠沿所述的直線向相向兩側移動，實現圓形光斑與橢圓形光斑之間的變換。本發明照明燈及設計方法，能夠實現在一個燈具結構上實現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F21V14/02GK102840490SQ201210362759
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者陳春根, 許禮, 韓紅梅, 龐鋒軍 申請人:上海三思電子工程有限公司, 上海三思科技發展有限公司, 嘉善三思光電技術有限公司