照射方向和照明样式可控的LED灯具

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。

照射方向和照明样式可控的LED灯具\n技术领域\n[0001] 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。\n背景技术\n[0002] 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。\n[0003] 现今的LED灯具一般采用以下几种形式：\n[0004] 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。\n[0005] 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。\n[0006] 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。\n[0007] 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。\n[0008] 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：\n[0009] 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。\n发明内容\n[0010] 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。\n[0011] 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。\n利用可插拔的光源模组增加灯具的灵活性和可扩展性。\n[0012] 本发明的技术解决方案如下：\n[0013] 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；\n[0014] 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；\n[0015] 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；\n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；\n[0016] 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；\n[0017] 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。\n[0018] 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。\n[0019] 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。\n[0020] 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。\n[0021] 与先前技术相比，本发明具有以下优点：\n[0022] 机械结构简单，集成度高；\n[0023] 照明部件模块化，安装简单；\n[0024] LED的光能利用率高；\n[0025] 可以灵活控制灯光的照明方向和空间光分布样式；\n[0026] 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。\n附图说明\n[0027] 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。\n[0028] 图2为光源模组侧视图。\n[0029] 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。\n[0030] 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\n[0031] 图5为本发明灯具的结构俯视图。\n具体实施方式\n[0032] 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\n7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。\n[0033] 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。\n[0034] 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。