快速定量调节照明装置光束角的方法及系统

技术领域

本发明属于照明技术领域，具体涉及一种快速定量调节照明装置光束角的方法及系统。

背景技术

光束角(beam angle)是照明装置的一个重要参数。根据标准，一般将光束角定义为光强达到法线光强的1/2处，两边所形成的夹角。光束角反应在被照面上就是光斑的大小和照度的强弱。相同的光源，光束角越大，中心光强越小，被照面的光斑越大，被照面中心照度越弱。

随着用户追求高品质照明环境需求的不断提升，对不同光束角的配光需求越来越多。小光束角小光斑适用于重点照明；大光束角大光斑适用于环境照明。用户还会希望随着照亮场景的不同，连续调节光束角的大小实现所需要的照明效果。

传统的调节光束角的方法有三种：1.由灯具外部的旋转调节结构实现光束角的调节；2.由灯具尾部调节结构实现光束角的调节；3.由灯具局部部件拨动调节结构实现光束角的调节。

上述结构可以通过手动实现，也可以通过电动实现。然而无论是手动还是电动方式都属于机械调节，原理是通过改变光源与透镜之间的距离来调节光束角大小及光斑大小。机械调节的结构设计难度大，容易造成灯具体积较大，且机械调节还存在一致性差、可控性低、调节不够精准、易磨损、机械结构寿命短、调节速度慢、调节过程有噪声等缺点，会严重影响用户在使用过程中的体验。

传统的通过控制多路光源进行混光实现光束角变化的设备只能实现定性地改变光束角，无法快速精准定量地对光束角进行调节，也会严重影响用户在使用过程中的体验。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的一个目的是提供一种快速定量调节照明装置光束角的方法；

本发明的另一目的是提供一种快速定量调节照明装置光束角的系统。

为此，本发明的技术方案如下：

一种快速定量调节照明装置光束角的方法，所述照明装置由至少两个光源组成，每个光源均与光学元件耦合，所述光源各由一组LED发光原件组成，每组LED发光原件均布在一个环形面上，且这些环形面同心，该方法包括以下步骤：

S1，根据实际场景，确定目标光束角，利用输入设备，将所述目标光束角发送至照明装置；

S2，照明装置的接收器接收所述目标光束角并将所述目标光束角发送至照明装置的控制器；

S3，照明装置的控制器根据所述目标光束角和存储在照明装置本地ROM或云端的参数表确定所述每个光源的目标功率；

S4，所述驱动器驱动每个光源按相应的目标功率发光，辐射出的光线在被照明空间内发生混合，使光束角发生变化，根据光强叠加原理，获得目标光束角，

其中，所述参数表为记录照明装置的光束角与所述至少两个光源的对应功率的关系表。

在本发明的一个实施例中，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，在额定功率下，所述参数表通过以下方法获得：

所述第一光源的空间光强分布数据表示为：

其中：

I

所述第二光源的空间光强分布数据表示为：

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，灯的整体功率为W，则：

W

从而计算出第一光源的输入功率W

根据上述算法，针对不同的光束角A

在本发明的另一实施例中，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，在额定功率下，基于离散点，所述参数表通过以下方法获得：

第一光源的空间光强分布数据表示为：

I

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据表示为：

I

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，灯的整体功率为W，则：

W

从而计算出第一光源的输入功率W

根据上述算法，针对不同的光束角A

在本发明的又一实施例中，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，在不改变灯的中心光强的情况下，所述参数表通过以下方法获得：

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

根据上述算法，针对不同的光束角A

另外，在针对不同的光束角A

在本发明的一个实施例中，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，在不改变灯的中心光强的情况下，基于离散点，所述参数表通过以下方法获得：

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据表示为：

I

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据表示为：

I

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

根据上述算法，针对不同的光束角A

另外，针对不同的光束角A

优选的是，所述照明装置还包括距离传感器，所述控制器根据所述距离传感器获得的距离信息和默认的照度值E自动计算中心光强B，进而根据目标光束角值查阅所述参数表，确定第一光源和第二光源的目标功率。

本发明还提供一种快速定量调节照明装置光束角的系统，其中所述照明装置至少由两个光源组成，每个光源均与光学元件耦合，所述系统包括：

电源，用于为系统中的接收器、控制器和驱动器供电；

输入设备，用于将目标光束角要求发送至照明装置；

接收器，用于接收来自输入端设备的目标光束角指令；

控制器，用于接收来自接收器接收的目标光束角指令，并通过计算或查阅参数表确定每个光源的功率；

驱动器，用于根据每个光源的功率驱动相应的光源发光，获得目标光束角；

优选的是，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，所述第一光源和第二光源各由一组LED发光原件组成，两组LED发光原件各均布在一个环形面上，且这两个环形面同心，所述光学元件为耦合在环形面上的环形透镜；或者，两组LED发光原件布置在一个环形面上，第一光源和第二光源的LED发光原件交替布置，每个光源的光学原件有多个且与分别耦合在各自的LED发光原件所在位置处。

优选的是，所述第一光源和第二光源的空间光强分布数据通过空间分布式光度计获得，用于确定参数表以及计算第一控制功率和第二控制功率。

本发明具有以下有益效果：

本发明的快速定量调节照明装置光束角的方法，由于使用混光算法对光束角定量计算并利用电子控制，因此光束角调节精准、速度快且一致性高、可控性高；相对于机械式调节光束角的产品来说，其调节过程中不产生噪声，且使用寿命长。

本发明的快速定量调节照明装置光束角的系统，由于无需增加任何机械结构，只需要增加一路光源模块和特定的混光算法，因此，适用于对目前市面上很多类型的照明装置进行升级改造。

附图说明

图1是本发明的一个实施例中第一光源的空间光强分布曲线示意图；

图2是本发明的一个实施例中第二光源的空间光强分布曲线示意图；

图3是本发明中方向角和光源面的关系示意图；

图4是图1和图2中两个不同光源的光束角混出的中间光束角示意图；

图5是本发明的快速定量调节照明装置光束角的系统组成图；

图6是本发明的快速定量调节照明装置光束角的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的快速定量调节照明装置光束角的方法和系统进行详细说明。

实施例一

参见图6，本发明的快速定量调节照明装置光束角的方法包括以下步骤：

S1，根据实际场景，确定目标光束角，利用输入设备，将所述目标光束角发送至照明装置；

S2，照明装置的接收器接收所述目标光束角并将所述目标光束角发送至照明装置的控制器；

S3，照明装置的控制器根据所述目标光束角和存储在照明装置本地ROM或云端的参数表确定所述每个光源的目标功率；

S4，所述驱动器驱动每个光源按相应的目标功率发光，辐射出的光线在被照明空间内发生混合，使光束角发生变化，根据光强叠加原理，获得目标光束角，

其中，所述参数表为记录照明装置的光束角与所述至少两个光源的对应功率的关系表。

所述计算过程可以在照明装置本机MCU内进行，也可以在云端进行。

以下的实施例二～五为不同情况下获得参数表的方法。

实施例二

本实施例的照明装置，其光源由两个LED发光元件，即第一光源和第二光源组成，第一光源的光束角小于第二光源的光束角。

在不改变灯的整体功率W(即额定功率)的情况下，目标光束角与第一光源和第二光源的目标功率的关系见以下参数表，该参数表储存于照明装置的存储介质中：

上表中，W

上述参数表体现了在灯的某一整体功率下，光束角A与两个光源的控制功率W

上述参数表中的参数值通过以下方法计算得到：

本实施例中，以第一光源和第二光源的空间光强分布数据为朗伯型光源空间光强分布数据为例进行说明。

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，灯的整体功率为W，则：

W

从而计算出第一光源的输入功率W

在灯的整体功率确定的情况下，针对不同的光束角A

在灯的整体功率确定的情况下，针对不同的光束角A

针对更一般的场景(空间光强分布数据无法用解析式表达时)，基于离散点的计算方法如下：

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，灯的整体功率为W，则：

W

从而计算出第一光源的输入功率W

在灯的整体功率确定的情况下，针对不同的光束角A

在灯的整体功率确定的情况下，针对不同的光束角A

实施例三

本实施例对不改变灯的照度(中心光强)的情况下，获得参数表的方法进行说明。

本实施例的照明装置，其光源由2个LED发光元件，即第一光源和第二光源组成。对于每个照明装置，其参数表可以表示为：

上表中，W

上述参数表体现了在某一中心光强B下，光束角A与两个光源的控制功率W

上述参数表中的参数值通过以下方法计算得到：

本实施例中，以第一光源和第二光源的空间光强分布数据为朗伯型光源空间光强分布数据为例进行说明。

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

在中心光强B不变的情况下，针对不同的光束角A

在中心光强B不变的情况下，针对不同的光束角A

针对更一般的场景(空间光强分布数据无法用解析式表达时)，基于离散点的计算方法如下：

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

在中心光强B不变的情况下，针对不同的光束角A

在中心光强B不变的情况下，针对不同的光束角A

上述中心光强B可以由手工输入的照度E值确定，如以距离灯d＝1米的正下方为参考接收面，实现E＝500勒克斯的照度，则为：B＝Ed

优选的是，系统根据距离传感器获得的距离信息和默认的照度值自动计算中心光强B，并根据存储的参数表确定第一光源和第二光源的目标功率。例如，根据相关照明标准，适合读写作业的照度为500勒克斯，根据距离传感器获得的距离信息d，计算出心光强B，进而进而根据目标光束角值查阅所述参数表，确定第一光源和第二光源的目标功率。

实施例四

本实施例对在不同的灯照度E/中心光强B下，获得参数表的方法进行说明。

本实施例的照明装置，其光源由2个LED发光元件，即第一光源和第二光源组成。对于每个照明装置，其参数表可以表示为：

该参数表体现了照明装置的光束角及输入中心光强B与第一光源的控制功率W

上表中，A为光束角；B为输入中心光强；W为光源的输入功率，有：

W

第一光源光束角≤A

优选的是，系统根据距离传感器获得的距离信息和默认的照度值E自动计算中心光强B，并根据存储的参数表确定第一光源和第二光源的目标功率。例如，根据相关照明标准，适合读写作业的照度为E＝500勒克斯，根据距离传感器获得的距离信息d，计算出心光强B，进而根据目标光束角值查阅所述参数表，确定第一光源和第二光源的目标功率。

本实施例中，以第一光源和第二光源的空间光强分布数据为朗伯型光源空间光强分布数据为例进行说明。

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

针对不同的光束角A

针对不同的光束角A

针对更一般的场景(空间光强分布数据无法用解析式表达时)，基于离散点的计算方法如下：

在额定功率下，第一光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

其中：

I

在额定功率下，第二光源的空间光强分布数据可以表示为：

I

其中：

I

假设需要达到的光束角为A，中心光强为B，则：

I

从而计算出第一光源的输入功率W

针对不同的光束角A

针对不同的光束角A

图2所示为本发明的一个实施例中第一光源的空间光强分布曲线，该第一光源的光束角较小；图3所示为本发明的一个实施例中第二光源的空间光强分布曲线，该第二光源的光束角较大。图4所示为上述第一光源的空间光强分布曲线和第二光源的空间光强分布曲线的混光效果。从图中可以看出，通过第一光源和第二光源的不同输入功率的组合，可以获得介于第一光源光束角和第二光源光束角之间的任意光束角。

实施例五

对于多个光源，根据前面三个实施例中的两个光源的方法，可以在灯的整体功率和灯的照度(中心光强)均不变的情况下，或在灯的整体功率不变、改变灯的照度(中心光强)的情况下，改变光束角值，通过前面三个实施例的等式关系，确定多个光源的输入功率，获得参数表。

实施例六

为实现上述方法，本发明还提供一种快速定量调节照明装置光束角的系统。如图5所示，该系统包括电源、输入设备、接收器、控制器、驱动器。优选的是，所述照明装置包括两个光源。

所述电源用于为系统中的接收器、控制器和驱动器供电；

所述输入设备用于将目标光束角值发送至照明装置的接收器，也可以将目标照度值一起发送至照明装置的接收器；

所述接收器用于接收所述目标光束角值并将其发送给所述控制器；

所述控制器用于接收所述目标光束角值，并通过计算或查阅参数表确定每个光源的功率；

所述驱动器用于根据每个光源的功率驱动相应的光源发光，从而获得目标光束角；

所述接收器、控制器、驱动器均安装在所述照明装置内；

所述输入设备为手机APP、Pad或遥控器；

所述接收器为蓝牙设备或wifi设备；

所述控制器为照明装置的CPU；

所述驱动器为智能灯的驱动器。

优选的是，所述照明装置由第一光源和第二光源组成，所述第一光源和第二光源各由一组LED发光原件组成，两组LED发光原件各均布在一个环形面上，且这两个环形面同心，所述光学元件为耦合在环形面上的环形透镜。

或者，两组LED发光原件布置在一个环形面上，第一光源和第二光源的LED发光原件交替布置，每个光源的光学原件有多个且与分别耦合在各自的LED发光原件所在位置处。

优选的是，所述第一光源和第二光源的空间光强分布数据通过空间分布式光度计获得，用于确定参数表以及计算第一控制功率和第二控制功率。

以下以照明装置有两个光源为例对上述系统调节照明装置光束角的过程进行说明。

参见图5，利用所述输入设备将目标光束角发送至照明装置，照明装置的接收器接收到目标光束角指令并将该目标光束角指令发送至照明装置的控制器，照明装置的控制器通过如实施例二、实施例三或实施例四中的计算方法或查阅参数表确定第一光源的功率W1和第二光源的功率W2，第一光源和第二光源根据驱动器提供的功率发光，辐射出的光线在被照明空间内发生混合，使光束角发生变化，根据光强叠加原理获得目标光束角。

所述照明设备的输入设备和接收器可以通过有线技术通讯或无线技术通讯。