燈具的電動變焦組件設計*

王艷春，吳育林，梁 明

（1.廣東職業技術學院，廣東 佛山 528041；2.廣東凱西歐光健康有限公司，廣東 佛山 528000）

0 引言

燈是生活中隨處可見的照明工具，很多特定的場合經常會用到可以調焦的燈具，比如車站、碼頭、廣場、工程施工、特種機械等場所，以及用于城市景觀、建筑物立面作美化照明的燈具通常都具備調焦功能。燈具的調焦一般是在燈源前面安裝一個變焦組件，變焦組件包括有變焦透鏡，通過改變變焦透鏡與燈源的距離實現調焦功能。現有燈光調焦方式比較常見的是手動調節，如吳育林等[1]研發的LED變焦燈模組，具有獨特的旋轉無級調焦的結構，運用帶有旋升斜槽轉動機構，透鏡部分的凸點可在斜槽內滑動，通過轉動旋升斜槽轉動環實現透鏡部分上下滑動，實現手動無極調節。王紅印等[2]提出利用透鏡組變焦原理來設計陣列光源變焦透鏡系統，提高光角度的變化范圍。魏永綱等[3]的發明專利“一種可變焦的LED燈（CN101334144）”中采用的技術方案是，可調整光斑大小的可變焦的LED燈具由變焦后座、帶基板的LED、燈身、透鏡、限位螺釘、透鏡支架、調節環零件組成，零件較多，裝拆麻煩。自動調采用電動驅動調節，變焦組件主要是通過設置單獨的驅動機構，改變變焦透鏡與燈源的距離，這樣的變焦組件零件較多，結構復雜，不方便安裝使用。劉鑫等[4]在光電經緯儀中設計的調焦機構，選用直線步進電機調焦，機構內設計有滑架和導軌，用電機螺旋桿帶動負載實現自動調焦。針對燈具體積小，不便使用結構復雜的變焦機構，以及燈具通常掛在高空，人工調焦不方便的問題，本文介紹的電動變焦組件結構簡單，裝卸方便，容易實現自動變焦，解決現有燈具變焦問題。

1 電動變焦組件結構

1.1 電動變焦組件

電動變焦組件如圖1所示[5]，主要由導向環、變焦透鏡、調焦環組成。導向環、變焦透鏡和調焦環裝配在一起，組成電動變焦組件。導向環與燈筒連接，燈源向電動變焦組件的一側發出燈光，燈光穿過變焦透鏡向外射出，通過調整變焦透鏡與燈源的距離調整焦距，達到調焦的目的[6]。

1.2 電動變焦組件部件設計

（1）導向環

導向環如圖2所示，由齒輪、電機、環體組成。環體上設計有定位條、固定框、導向環扣位、導向槽。齒輪安裝在電機的輸出端，電機轉動帶動齒輪轉動，電機固定在固定框當中。在環體圓周上均勻分布3個定位板，其作用是當圖1電動變焦組件安裝在燈具上時，其與燈具上的相應位置配合，方便電動變焦組件快速準確定位。環體圓周上均勻分布3個導向環扣位，其作用是將圖1電動變焦組件固定在燈筒上。豎直的導向槽設在導向環的內側，其作用是讓圖3的變焦透鏡做上下運動，控制變焦透鏡與燈源的遠近[7]。

圖1 電動變焦組件

圖2 導向環

（2）變焦透鏡

變焦透鏡如圖3所示，邊緣設計有向外凸起的短凸柱和長凸柱，短凸柱有2個，分別與圖4調焦環上的第二螺旋槽和第三螺旋槽卡合，而長凸柱穿過圖4調焦環上的第一螺旋槽，并伸入圖2導向環的導向槽內，在導向槽內做上下運動。

圖3 變焦透鏡

（3）調焦環

調焦環如圖4所示，調焦環壁上設計有第一螺旋槽、輪齒、第二螺旋槽、調焦環扣位、第三螺旋槽。輪齒與圖2的導向環齒輪嚙合，導向環電機驅動導向環齒輪轉動時，帶動調焦環輪齒轉動。調焦環圓周上均勻分布3個調焦環扣位，其作用是與圖2導向環連接。

圖4 調焦環

2 電動變焦組件工作原理

將圖3中變焦透鏡的2個短凸柱和長凸柱裝入圖4中調焦環對應的第二螺旋槽、第三螺旋槽和第一螺旋槽中，長凸柱對準圖2導向環的導向槽安裝，圖4調焦環扣位與圖2導向環連接。導向環、變焦透鏡和調焦環組裝在一起變成電動變焦組件，實現自動變焦功能。

圖2中導向環電機帶動齒輪轉動，從而帶動圖4中調焦環的輪齒轉動，調焦環在輪齒的帶動下轉動，安裝在調焦環第二螺旋槽、第三螺旋槽和第一螺旋槽中的變焦透鏡的2個短凸柱和長凸柱跟隨轉動，由于長凸柱還安裝在圖2導向環的導向槽中，長凸柱只能在導向槽中做上下運動，因此，變焦透鏡僅能沿著導向槽做上下滑動，上下運動可以控制變焦透鏡與燈源的遠近，從而達到變焦的目的[8]。

3 電動變焦組件在導軌燈中的應用

該電動變焦組件零件少、體積少，電機驅動實現變焦，因此，結構簡單，容易安裝，對燈具要求低，適用范圍廣，本文以導軌燈安裝電動變焦組件為例介紹自動變焦組件的應用。

3.1 導軌燈組成

導軌燈如圖5所示，主要由導軌盒、吊臂、燈筒、電動變焦組件組成。導軌盒固定在導軌上，吊臂分別與固定導軌盒和燈筒連接，燈筒里面裝有燈源，電動變焦組件安裝在燈筒上，并且靠近燈源一側安裝，燈源向電動變焦組件的一側發出燈光，調整圖3變焦透鏡與燈源的距離就可以調整導軌燈的焦距。

3.2 自動變焦組件在導軌燈中的安裝

圖6所示為自動變焦組件在導軌燈中的安裝[9]，使用時，將電動變焦組件放入導軌燈的燈筒中，將圖2導向環的3個定位板對準燈具上的相應位置快速準確定位，再將圖2的3個導向環扣位扣合在燈筒的內壁上，導向環扣位的結構能使電動變焦組件與燈具的連接更穩定，在使用過程中不易脫落同時方便裝拆。

圖6 自動變焦組件在導軌燈中的安裝

LED燈源通過4個螺釘固定在導熱鋁板上，圖4調焦環安裝在靠近燈源的一端，用圖4調焦環扣位鉤住圖2導向環靠近燈源的一端，將調焦環和導向環兩者穩固地連接在一起，但調焦環與導向環只是連接在一起，并沒有固定，因此，當圖2導向環的電機帶動齒輪轉動，由于齒輪和圖4調焦環的輪齒嚙合，所以，齒輪帶動輪齒轉動，輪齒是調焦環的一部分，調焦環在輪齒的帶動下轉動。

圖3中變焦透鏡主要靠2個短凸柱和長凸柱插入到圖3調焦環的3個螺旋槽中和調焦環裝配在一起，調焦環轉動帶動變焦透鏡的2個短凸柱和長凸柱轉動，因此，帶動變焦透鏡轉動，由于長凸柱還安裝在圖2導向環的導向槽中，導向槽的形狀是長條形，限制了長凸柱做旋轉運動，長凸柱只能在導向槽中做上下運動，因此，長凸柱帶動變焦透鏡僅能沿著導向槽做上下滑動，上下運動可以控制變焦透鏡與導軌燈的LED燈源的遠近，實現導軌燈光束角的變化。

3.3 導軌燈的自動變焦組件控制系統

選用步進電機作為驅動電機，使用遙控器發出信號，步進電機驅動器接收信號后控制電機運行，從而控制變焦透鏡與導軌LED燈源的距離，距離遠近的改變即改變光束角的大小。

常用遙控器有紅外遙控系統和無線遙控器，都是一種用來遠程控制機器的裝置，一般有發射和接收2個部分，發射器將控制信息以一定方式編碼后去調制信號，并發射岀去，接收器收到信號經放大解調解碼相應的控制信息，再送到電路去執行相關控制。

紅外遙控器是用紅外線來傳送控制信號的，其特點是有方向性、不能有阻擋、距離一般不超過7 m、不受電磁干擾，無線電遙控器是用無線電波來傳送控制信號的，其特點是無方向性、可以不“面對面”控制、距離遠，容易受電磁干擾。因此，用戶可以根據自己的需求，選擇不同的遙控器控制LED導軌燈自動變焦。

4 結束語

本文設計的自動變焦組件主要由導向環、變焦透鏡、調焦環3個零件、1個電機和1個齒輪組成，零件數量少，結構簡單。自動變焦組件靠導向環的扣位與燈筒連接，裝卸方便，變焦組件的導向環、變焦透鏡、調焦環3個零件的裝配靠調焦環的扣位連接，3個零件之間裝卸也很方便，因此，燈具需要自動變焦就安裝，不需要可以拆下來。電機帶動齒輪運動從而帶動調焦環運動，調焦環帶動變焦透鏡做直線運動，改變變焦透鏡和燈源的距離，實現光束角的變化，該自動變焦組件，對燈具的要求低，可以應用在射燈、聚光燈、導軌燈等燈具上，應用范圍廣。