CN101561108B - 照射方向和照明样式可控的led灯具 - Google Patents

Abstract

一种照射方向和配光分布可控的LED灯具。通过控制一个或多个光源模组的照射方向和配光分布投射出特定的光照图样，以满足特定照明条件及照明样式的需要，可用于建筑景观装饰，舞台灯光及室内装饰等照明场合。单个光源模组包括：可更换的透镜，用于控制LED发散角的大小；旋转驱动单元，控制LED的空间角度分布及其光强变化；信号控制器，接收用户的光照分布信息，并将相关指令发送给旋转驱动单元，控制其旋转角度和发光强度。

Description

照射方向和照明样式可控的LED灯具

技术领域

本发明涉及一种照明灯具，特别是一种照射方向和照明样式可控的LED灯具，主要适用于建筑物外观、舞台和室内的灯光照明与装饰。

背景技术

近年来，伴随着半导体技术的发展和大功率LED的研制成功，LED作为半导体光源在信号显示、背光照明、景观照明等方面得到了广泛的应用。随着大功率LED光效的不断提高，LED光源开始逐步进入通用照明领域。半导体照明以其节能、环保、寿命长等特点，被公认为是继白炽灯、荧光灯等之后的第三代光源。

现今的LED灯具一般采用以下几种形式：

一种是光源由多颗LED组成，以LED阵列来替代传统光源，采用传统灯具的设计思想和设计形式，只对驱动控制电路和散热器件加以调整，然后套上普通灯罩，并没有对LED的安装角度和发散角大小加以调整或设计。用这种方法可以替换现有的传统光源，而灯具外型不发生改变，但LED空间光分布特性与传统光源差别较大，用传统光源的配光方法反而会降低光的利用效率，而且LED芯片的散热也是一个很难解决的问题。

另一种是多颗LED以阵列形式组成光源，但将LED设置在弧形曲面上，以此来调整LED的角度，如中国专利CN101059228A公开的LED路灯，将LED在矩形区域内多列多行纵横排列，每一列或行的LED与基座的底平面之间都有一定夹角；中国专利CN2743676Y公开的LED投光器，将安装LED座设计为曲面形；中国专利CN2874223公开了用于车灯的非平面LED灯，采用锥形、球形、半球形及抛物面的非平面印刷电路，在其上密布LED芯片，抛物面背面设置有散热片。

还有一种采用反光罩的形式对光强的空间分布进行调整，如中国专利CN101101096A的高效槽形反光罩，槽底排列LED阵列，利用槽形反光板来调整光强空间分布。

再有一种是多颗LED以阵列形式分布，并在每颗LED上加装透镜或反光碗改变LED的发散角，如中国专利CN1821651A的大功率LED路灯，LED水平分布，且每颗LED都有相应的透镜与之对应；或者同时控制LED的安装角度和光发散角，如中国专利CN1936417A的LED路灯光源，其每一列LED所在的平面都与底面成一定的角度，且每颗LED都有相应的透镜与之配套。

上面几种方法通过多种途径提高了LED的光利用率，但也存在以下缺点：

由于LED的分布有一定的角度，因此其所附的线路板或散热器都须与底座成一定的角度，需要制作专门的模具与之相配套，但模具制作成本高，加工难度大，由于成型之后角度不可调，一套模具一般只对应于一种发光形式或应用场合，即LED灯具出厂后光强角度分布不可更改，降低了灯具的适应范围。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术的不足，提供一种照射方向和照明样式可控的LED灯具，具有机械结构简单，光能利用率高，LED的角度、发散角、光照颜色及亮度可实时控调，能产生多种光照图案，应用领域广等优点。

本发明的基本构思是：控制器通过控制电路控制每个光源模组上LED的发光强度，实现灯光的光强、颜色调节。同时，通过控制水平和竖直旋转驱动单元的方向调节部件，实现光照方向的自由调节。在LED芯片上加装透镜，控制LED的光发散角，提高光能利用率。利用可插拔的光源模组增加灯具的灵活性和可扩展性。

本发明的技术解决方案如下：

一种照射方向和照明样式可控的LED灯具，整套灯具呈轴对称结构，其整体由灯具座和可更换的光源模组组成：灯具座上表面有灯具保护罩以及固定和安装光源模组的安装孔，安装孔内壁刻有内螺纹，安装孔内有信号接口，灯具座内含有控制器；光源模组自上而下地设有聚光透镜、LED阵列、透镜固定支架、印刷电路板、散热片、竖直旋转驱动单元、连接支撑构件、水平旋转驱动单元、控制器电路板以及用以与灯具座连接的底座；

以上所述的竖直旋转驱动单元，内含与连接支撑构件相连的驱动电机；竖直旋转驱动单元固定于支架内部，支架上面安装有聚光透镜、LED阵列、印刷电路板、散热片等部件；竖直旋转驱动单元能够实现光源模组在竖直方向上90度范围内的旋转；

以上所述的连接支撑构件，顶部含有定位齿轮，通过它与竖直旋转驱动单元连接；连接支撑构件底部固定于水平旋转驱动单元内的轴承上，并通过齿轮与驱动电机连接；

以上所述的水平旋转驱动单元，包含驱动电机与轴承，两者都固定于底座上，水平旋转驱动单元能够实现光源模组在水平方向上360度范围内的旋转；

以上所述的光源模组的底座刻有外螺纹，通过外螺纹紧固于灯具座的安装孔内。

以上所述的印刷电路板上安装有可更换的聚光透镜，印刷电路板安装在散热片之上，并通过导线与控制电路板相连。

所述的可更换聚光透镜可为前端平面，或前端中凸外凹的抛物线旋转对称折射-全反射型透镜。

所述的控制电路板上有控制电路，它通过光具座安装孔内的信号接口与控制器相连接。

与先前技术相比，本发明具有以下优点：

机械结构简单，集成度高；

照明部件模块化，安装简单；

LED的光能利用率高；

可以灵活控制灯光的照明方向和空间光分布样式；

整套系统可由控制器编程控制，并可通过有线或无线的方式，实现多组级联照明，具有很高的可扩展性和适应性。

附图说明

图1为本发明的照射方向和照明样式可控LED灯具结构剖视图。

图2为光源模组侧视图。

图3为前端平面的抛物线旋转对称折射-全反射型透镜侧视图。

图4为前端中凸外凹的抛物线旋转对称折射-全反射型透镜侧视图

图5为本发明灯具的结构俯视图。

具体实施方式

图1是本发明照射方向和照明样式可控LED灯具的结构剖视图。如图所示，本发明灯具包括光源模组和灯具座15两部分。光源模组包括：聚光透镜1、LED阵列2、透镜固定支架3、印刷电路板4、散热片5、竖直旋转支架6、驱动电机7、定位齿轮8、支撑构件9、齿轮10、轴承11、电机12、底座13以及控制电路板14；灯具座15包括：保护罩16、安装孔17、信号接口18以及控制器19。如图1、2所示，所述的光源模组，自外向内依次分别是可更换的聚光透镜1通过透镜固定支架3固定于安装有LED阵列2的印刷电路板4上。利用折射-全反射型透镜1改变LED光源的发散角，增加其光能利用率。印刷电路板4固定于散热片5上，竖直旋转支架6上部紧固散热片5，支架内部安装有驱动电机7，电机7与控制电路14连接，该电机7与固定于支撑构件9内的定位齿轮8相连，定位齿轮8位置固定，电机7运转，带动竖直支架6及上面安装的各部件绕水平轴旋转，实现LED灯具竖直方向上的照射角度控制。支撑构件9下端安装有齿轮10，该齿轮10与水平旋转驱动电机12相连，支撑机构9固定于轴承11内侧，轴承11的外侧以及水平旋转驱动电机12则固定于光源模组的底座13内部，水平旋转驱动电机12与控制电路板14连接，电机驱动齿轮10，实现LED灯具水平方向上的角度可调控制。照明模块的底座13固定于灯具座的安装孔17内，控制电路板14与信号接口18连接，控制器19固定于灯具座15内部，通过总线连接信号接口18并向各个光源模组的发送控制信号。灯具座顶部有的保护罩16，当灯具在户外使用时，起到防水、防尘的作用。如图3、4所示，所述的可更换聚光透镜可为前端平面，或前端中凸外凹的抛物线旋转对称折射-全反射型透镜，通过选择适当的透镜，可以控制光源模组出射光发散角的大小。

如图5，本发明的光源模组安装于灯具座的安装孔15内，安装孔位于灯具座上表面，且成轴对称分布。

本发明的控制器16可以采用单片机、数字信号处理器或者可编程逻辑器件等。本发明的照明方向和照明样式可控LED灯具还能通过有线或无线连接的方式外接计算机，并能通过计算机对多个灯具实时控制，实现多组灯具的级联照明，提高其可扩展性及适用范围。

Claims (4)

1.一种照射方向和照明样式可控的LED灯具，灯具主体呈轴对称结构，由灯具座(15)和可更换的光源模组组成，灯具座(15)上表面有保护罩(16)，所述的光源模组自上而下地设有聚光透镜(1)、LED阵列(2)、透镜固定支架(3)、印刷电路板(4)、散热片(5)、竖直旋转驱动单元、连接支撑构件(9)、水平旋转驱动单元、控制电路板(14)以及用以与灯具座连接的底座(13)，其特征在于：所述的灯具座(15)含固定和安装光源模组的安装孔(17)，安装孔内壁刻有内螺纹，安装孔内含信号接口(18)，灯具座内包含控制器(19)；所述的竖直旋转驱动单元包含与连接支撑构件(9)相连的第一驱动电机(7)，竖直旋转驱动单元固定于竖直旋转支架(6)内部；所述的连接支撑构件(9)顶部含有垂直齿轮(8)，通过它与竖直旋转驱动单元连接；所述的水平旋转驱动单元包含固定于底座(13)内部的第二驱动电机(12)与轴承(11)；连接支撑构件底部固定于水平旋转驱动单元内的轴承(11)上，并通过水平齿轮(10)与第二驱动电机(12)连接；所述的光源模组的底座(13)含外螺纹，通过外螺纹紧固于灯具座的安装孔(17)内。

2.根据权利要求1所述的LED灯具，其特征在于印刷电路板(4)上安装有可更换的聚光透镜(1)，印刷电路板(4)安装在散热片(5)之上，并通过总线与控制电路板(14)相连。

3.根据权利要求1所述的LED灯具，其特征是聚光透镜(1)是前端为平面，或前端为中凸外凹的抛物线旋转对称折射-全反射型透镜。

4.根据权利要求1所述的LED灯具，其特征是控制电路板(14)上有控制电路，它通过灯具座安装孔内的信号接口(18)与控制器(19)相连接。

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