CN101263338B - 用于导航的新型照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有高输出光强和精确光束控制，易于快捷安装和重组的导航用发光二极管(LED)照明装置。该照明装置包括一系列高亮度LED单元，其输出光束经二级光学系统单独控制。经变换后的光束按预定方式叠加以产生具有所需光强分布的照明模式。该LED照明装置还包括一微控制器，一系列传感器，以及一无线收发器用于远程监控。该照明装置可采用充电电池供电以用于临时或半永久性照明，也可采用标准输电线供电以用于永久性照明。

Description

用于导航的新型照明装置
相关申请
本申请要求申请号为60/595,566、申请日为2005年7月15日、名称为“便携式机场照明系统”的美国临时申请的在先权利。并要求申请号为60/767,489、申请日为2006年4月11日、名称为“用于夜视导航的红外LED照明装置”的美国临时申请的在先权利。在此我们申明上述两项美国临时申请在美国专利法35USC§119(e)之下的利益，并且上述申请在此被引作参照。
技术领域
本发明涉及一种照明装置，特别是一种用于导航的发光二极管照明装置。
背景技术
照明系统是飞机，船舶和其他交通工具的重要导航设备，起到引导，信令和标界等作用。半导体发光器件，例如发光二极管(LEDs)有望取代现有导航系统中的传统白炽灯光源。这一趋势取决于LED光源与传统白炽灯光源相比具有的许多优势。这些优势包括但不限于高能量转换效率，较长的使用寿命，低维护成本，提高的可靠性和耐久性，以及没有由光滤波器带来的亮度损耗等等。
以下列举出一些与LED导航照明装置有关的发明专利和专利申请。
在颁发给Schmidt等人的美国发明专利6,489,733中，提出一种用于机场，道路等的多用途照明系统。该照明系统由一组白炽灯或LED光源组成，并通过一中央控制单元和内置于光源中的微处理器以有线通信的方式监测和控制光源的工作状态。
在颁发给Rizkin等人的美国发明专利6,902,291中，提出一种埋入式定向LED照明装置，其中采用多个以热电冷却方式控温的高亮度LED单元，并利用一非成像光束变换元件进行光束的聚焦和定向。
在颁发给Rizkin等人的美国发明专利6,932,496中，提出一种基于LED的高架全方向机场照明装置。LED光源发出的一部分光通过一光束变换元件形成具有预期光强分布和限定发散角的全方向照明模式，另一部份光则沿一半球面发散。
在颁发给Arimura等人的美国发明专利5,224,773中，提出一种利用LED阵列作为光源的航标灯。其中利用一具有较高透光率的柱状菲涅尔(Fresnel)透镜将LED光束会聚到水平方向上。该透镜由一具有微型棱镜面的片状线性菲涅尔(Fresnel)透镜卷成圆筒而成。
在颁发给McDermott等人的美国发明专利6,048,083中，提出一种具有弯曲聚焦线的电光源作为信号或照明装置。其中光由多个LED单元产生，并通过一成型产生多个焦点的光学透镜进行高效地收集和发射。
其它与LED导航灯有关的专利和专利申请还包括Rhodes的美国发明专利6,354,714，Jorba Gonzalez的美国发明专利6,753,762，McDermott的美国发明专利6,030,099，Mohacsi的美国发明专利7,021,801，Hutchisson的美国发明专利5,608,290，Petrick的美国发明专利6,464,373，Takeyasu等人的美国发明专利6,905,228，Rizkin等人的美国发明专利6,543,911，Lash等人的美国发明专利6,086,220，Erni等人的美国发明专利6,168,294，以及Fredericks等人的美国专利申请2005/0110649，Trenchard等人的美国专利申请2004/0095777等等。
LED照明设备的缺陷之一是LED光源的亮度相对较低。虽然LED技术近期不断发展，单只LED的亮度目前还无法赶上传统白炽灯或弧光灯。因此通常需要采用LED阵列来产生与国家或国际标准(例如FAA，NOAA，ICAO，UK-CAA或NATO等导航灯标准)相匹配的光亮度。特别是用于民用或军用机场的跑道侧灯，着陆指示灯，跑道起止指示灯等等。另一方面，多数标准还要求导航光束在发散角、光强分布、仰角等方面满足一定要求。由于LED阵列不能看作是一个点光源，这些要求对LED光束的控制来说是一个严重挑战。在以上引述的发明专利或专利申请中，整个LED阵列产生的光束由一特殊设计的透镜或光束变换元件统一控制，其结构复杂且难于制造。更重要的是，这些特殊设计的透镜或光束变换元件限制了标准化和大规模生产，而这两点正是降低照明设备成本的重要因素。
另外，在某些军事或紧急导航应用中，需要照明设备能够快捷安装和重组且具有红外发射能力以进行夜视或热成像导航。还需要照明设备中具有传感器以自动随环境条件变化监控其工作状态。以上引述的发明专利或专利申请没有解决这些问题。
因此，需要一种改进的导航用LED照明装置，其采用模块化设计以易于生产，安装和重组，且具有精确的光束控制。
发明内容
本发明提出一种模块化设计，具有高输出光强和精确控制光束特性的导航用发光二极管(LED)照明装置。该照明装置包括一系列高亮度LED单元用于产生一系列光束，及一系列光束变换元件，每一变换元件置于该一系列光束之一的路径上，用于单独地控制该光束的一组参数以产生一变换光束，其中该一系列高亮度LED单元及光束变换元件均按预先设定的位置置于该照明装置中，使得所有变换光束相互叠加以产生所需的照明模式。该照明装置还包括一与该一系列高亮度LED单元相连接的微控制器，该微控制器用于接收现场或远端的指令以控制一组可控参数并处理现场信息。该照明装置另外还包括一与该一系列高亮度LED单元和微控制器有电气连接的直流电源用于提供电能。
本发明提出一种生产模块化设计，易于快捷安装和重组的导航用发光二极管(LED)照明装置的方法。该方法包括：提供一系列高亮度LED单元用于产生一系列光束，并提供一系列光束变换元件，每一变换元件置于该一系列光束之一的路径上，用于单独地控制该光束的一组参数以产生一变换光束，其中该一系列高亮度LED单元及光束变换元件均按预先设定的位置置于该照明装置中使得所有变换光束相互叠加以产生所需的照明模式。该方法还包括提供一与该一系列高亮度LED单元相连接的微控制器，该微控制器用于接收现场或远端的指令以控制一组可控参数并处理现场信息。该方法另外还包括提供一与该一系列高亮度LED单元和微控制器有电气连接的直流电源用于提供电能，及将以上各元件按预定方式组装。
附图说明
附图中，在不同视图中相同的参考标号指代相同的或功能类似的元件，附图与以下描述一起构成本说明书的一部分，用于进一步说明各个实
例，以解释本发明所具有的各种原理和优点。
图1显示了一典型LED照明装置的构成框图；
图2描绘了一典型LED照明装置的结构图；
图3描绘了一个由各种类型LED照明装置构成的典型机场照明系统；
图4显示了对图3机场照明系统中LED照明装置进行控制和重组的方框图；和
图5描述了本发明的流程图。
熟练技术人员会意识到，图中的元件只是以简洁明了的方式展示，并不必完全按照实物比例绘制。例如，图中某些元件的尺寸相对于其他元件可能会夸大，以增进对本发明实施例的理解。
具体实施方式
在描述基于本发明的这些具体实施例之前，需要说明的是，这些实施例主要涉及与用于导航的LED照明装置有关的方法步骤和装置元件。因而，在图中，装置元件和方法步骤在适当的时候会以常规符号表示，只显示出与理解本发明实施例有关的特定细节，而不写入那些对本领域普通技术人员显而易见的细节以免淡化说明书，从而使说明书具有此优点。
本文中，相对词，例如：第一和第二，顶部和底部，以及类似的用语，只是用于将一个实体或动作与另一个实体或动作相区分，并不必然是要求或暗示着任何实体或动作间实际的此种关系或顺序。词语“包括”或任何其它变化形式，是开放式包含，因此包括一系列组成部分的一个过程、方法、物件或装置并不只是包括那个已列入的组成部分，还可能包括其他的未列入的、或在这些过程或方法或物件或装置中不是固有的组成部分。一个组成部分前面有“一”字并不排除多个同样的组成部分包括在其过程、方法、物件或装置中。
根据本发明的一个方面，本发明提出一种导航照明装置，它包括至少一个、优选为一个阵列的高亮度LED。其中每一只LED所产生的光束都单独地被一个光束变换元件所控制，该光束变换元件精确定义其光强分布、发散角和其他相关参数。
根据本发明的另一方面，LED阵列中LED单元的相对位置或空间分布和方位角被精确控制，从而使变换光束按预定方式叠加以产生具有所需光强分布的照明模式。
这种离散式LED光束控制方法消除了对复杂透镜设计的需求。而如果象在现有技术中所描述的那样，LED阵列中所有这些LED单元所产生的光是以整体方式进行控制，则这种复杂透镜是必须的。本发明还提供了可产生相对复杂照明模式的灵活性。
根据本发明的又一方面，该LED照明装置可以包括红外LED单元用于夜视或热成像导航。红外LED单元的光强可以进行调制以产生一频闪模式。该频闪模式由光强调制的频率和占空比决定，从而用作特殊的信令。
根据本发明的又一方面，该LED照明装置具有如下快捷安装和重组的特点。(i)该LED照明装置包括高容量充电电池用于驱动LED单元。因此该照明装置可以在无外部电力的情况下连续工作很长时间。充电电池可以通过交流/直流转换器由交流输电线充电或通过太阳能电池/燃料电池充电以进行长期工作。(ii)该LED照明装置包括微处理器和无线收发器以进行远程监控。(iii)该LED照明装置可以包括具有不同波长(颜色)和/或频闪模式的LED单元。通过切换LED单元的波长和/或频闪模式可以进行功能重组。
根据本发明的又一方面，该LED照明装置可以包括一或多个传感元件对其工作状态进行监视。传感元件可以包括光探测器以监测LED光强和杂散光强度，热敏电阻以监测LED和环境温度，以及摄像机或运动传感器以监测周围环境中的可能外来物体。
参见图1-5，以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
图1显示了一典型LED照明装置的构成框图。该照明装置100包括一个阵列的高亮度LED单元102，其采用板上芯片直装(COB)的封装形式以获得提高的发光效率和散热能力。该LED单元102可以产生一或多个波长(颜色)的光束。每一LED单元的光束由一光束变换元件(将在后面讨论)控制以获得导航标准所要求的特定光强分布，发散角，仰角等。LED单元102由一驱动电路板122驱动，后者由一微处理器124和一外部开关126控制以调节LED单元102的输出光强，波长(颜色)，频闪模式，和开关状态。驱动电路板122和微处理器124由一或多个充电电池128，优选为高容量锂电池，提供电能，后者可通过交流/直流转换器130由外部交流输电线132充电或通过太阳能电池或燃料电池134充电。照明装置100中装有多种传感元件136用于监测LED单元102和周围环境的状态。这些传感元件可以包括光探测器以监测LED光强和杂散光强度，热敏电阻以监测LED和环境温度，以及摄像机或运动传感器以监测周围环境中的可能外来物体。微处理器124采集传感信息并通过一无线收发器138发送到远程控制中心。无线收发器138同时用来接收远程控制中心的指令和在不同LED照明装置之间发送/接收同步信令。在该照明装置的一个略微不同的变形中，充电电池128可以被省略。LED照明装置100通过交流/直流转换器130由交流输电线132直接驱动。该LED照明装置既可以快捷安装以作为临时/紧急导航辅助设备，也可以安装在场地内以作为永久性导航辅助设备。
图2描绘了一典型LED照明装置100的结构图。该照明装置100产生一全方向照明光束，可以用作高架机场跑道侧灯或航海浮标灯。LED照明装置100包括12只高亮度可见光LED单元102，在垂直方向上安装为相邻的三层。每层包括4只LED单元，相邻LED单元在水平面内角间隔为90度。相邻层LED沿顺时针方向错开30度角以获得更均匀的照明。每一LED单元102包括一表面封装的，或换言之，板上芯片直装(COB)式封装的高亮度可见光LED芯片，安装在金属或陶瓷热沉106上。一非成像透镜108置于LED芯片104的发光路径上用于收集LED芯片104产生的光束并将其准直为垂直和水平方向上发散角(2θ1/2)为10°乘10°的光束。一薄膜全息散光片110置于非成像光学透镜108的相对边，使LED光束的光强分布均匀化，并使光束在水平和垂直方向上的发散角各向异性地分别扩张为90°和10°。每层所有LED单元安装在一四边形金属固定物112的外表面上以进一步散发热量。金属固定物112的坡度同时决定了LED单元102的仰角，可以根据不同导航需要定制。
非成像光学透镜108包含一衍射光学元件和一反射光学元件，元件的几何形状经过优化设计以进行有效的光束收集。该非成像光学透镜108的光收集效率可以达到85％以上的水平。全息散光片110可以采用Lieberman等人在美国发明专利6,446,467中提出的全息散光片，该专利在此引作参考。该全息散光片110的特点是在其表面上有利用激光散斑写入的微观结构(散光颗粒)。与表面随机粗化的光学散光片(例如毛玻璃)不同，全息散光片中散光颗粒的尺寸和形状可以在制造过程加以控制，从而良好地定义输出光束的发散角度。这一特点一方面使其获得很高的透光率(＞85％)，另一方面使输出光束的发散角可以按以下方式精确控制：θo 2＝θi 2+θd 2，其中θo是出射光的发散角，θi是入射光的发散角，θd由散光片的视角决定。在本实施例中，θi约为10°(水平方向)×10°(垂直方向)，θd约为90°(水平方向)×5°(垂直方向)，θo约为90°(水平方向)×10°(垂直方向)。这样，每层4只LED单元在水平面上形成360°全方向均匀照明。高输出光强COB LED单元102与高集光率的非成像光学透镜108和高透光率的全息散光片110的结合，使该LED照明装置100获得很高的发光强度。通过简单地采用更多数量或更高亮度的LED，该照明装置的发光强度可以进一步提高。
在本实施例中，每一变换后LED光束的光强分布和发散角以及各LED单元的空间位置和取向都通过光学追迹软件进行精确设计以取得水平面内不同方向上的均匀照明。因采用上述离散式LED光束控制方法，发光强度在不同角度上的均匀度达到±10％以内。本实施例所采用的三层LED结构有助于解决“点失效”问题，即，当某只LED出现问题，通过增加其它LED单元，例如垂直方向上相邻LED单元的驱动电流也可以基本维持LED照明装置的发光强度和均匀性不变。
在金属固定物112的上方还装有一个阵列的红外LED单元114(可采用COB封装或标准T-pack封装)及其驱动电路板116以用于夜视或热成像导航，其对象可以是带有夜视镜或前视红外线系统的飞行员。整个LED模块封装在一密闭防水的透明保护罩118中。透明保护罩118下面的电路隔室142装有充电电池128和LED驱动电路板122，后者包括一微控制器124和一无线收发器138。可见光LED单元102和红外LED单元114的光强，频闪模式，及开关状态可通过一组开关126手动控制，也可通过无线收发器138和发射天线140以无线通信的方式为远程控制中心所控制。充电电池128可以通过充电接口144和交流/直流转换器130从交流输电线充电。在本实施例的一个略微不同的变形中，红外LED单元114可以采用与可见光LED单元104类似的封装形式并与其集成在一起形成混合LED阵列。对于可见光LED照明装置来说，LED单元的波长(颜色)可以用作特殊的信令。对于红外LED照明装置来说，类似功能可以通过调制LED单元的光强以产生特殊的频闪模式来实现。
上述离散式LED光束控制方法提供了一个模块化的系统设计，使其可以简便地重组和升级以适应不同导航照明应用的需求。例如，通过控制LED单元的角度取向，发散角，和相对位置或空间分布，该LED照明装置可以构成全方向，双向，或单向的导航照明设备。LED单元的发散角可以通过非成像准直透镜及全息散光片的视角来控制。通过控制照明装置中LED单元的数量和种类，该LED照明装置的发光强度可以从几十坎德拉(candela)达到几千坎德拉，甚至上万坎德拉。不同波长(颜色)和/或频闪模式的LED单元可以集成在同一照明装置中，而它们的工作状态可以由微控制器独立控制以实现导航照明设备的功能重组。图3显示了一个由各种类型LED照明装置构成的典型机场照明系统以进一步阐明这些概念。
该机场照明系统200包括全方向白色跑道侧灯202，双向白色/黄色跑道侧灯204，双向红色/绿色跑道起/止指示灯206，全方向蓝色/红色滑行道侧灯/障碍灯208，单向精确进场路线指示灯(PAPI)216，和包括稳定白色指示灯212及闪烁白色指示灯214的单向着陆指示灯210。以上所述导航灯中所有LED单元都采用与图2中LED单元102相类似的结构。
全方向白色跑道侧灯202具有与图2中LED照明装置100相似的结构。如图3中顶视图所示，它包括12只在垂直方向上安装为三层的高亮度白色LED单元201，其中每层包括4只LED单元。每只LED单元包括一全息散光片用于均匀化LED光束并使其发散角在水平和垂直方向上分别扩张为90度和10度。各LED单元按图2中所示排列在不同的方向上从而在水平面内形成360度全方向照明。
双向白色/黄色跑道侧灯204包括一组高亮度白色LED单元203和一组高亮度黄色LED单元205，这两组LED的光束朝向相反方向。如图3中顶视图所示，每组LED包括6只在垂直方向上安装为三层的LED单元，其中每层包括2只LED单元。相邻层LED在水平面内的朝向相互错开30度以形成更均匀的照明。每只LED单元的光束经非成像透镜准直并由全息散光片将其发散角在水平和垂直方向上分别扩张为60度和1度，从而使白色LED单元和黄色LED单元在其各自照明方向上分别涵盖180度照明。
全方向蓝色/红色滑行道侧灯/障碍灯208具有与全方向白色跑道侧灯202相似的LED布局，但是LED单元的亮度相对低一些。如图3中顶视图所示，该全方向蓝色/红色滑行道侧灯/障碍灯208包括6只蓝色LED单元和6只红色LED单元，在垂直方向上安装为三层，每层包括2只蓝色LED单元211和2只红色LED单元213。蓝色和红色LED单元在各层中以交错方式排列，从而使蓝光和红光在水平面内均涵盖360度照明。
用于双向跑道起/止指示灯206和单向着陆指示灯210的LED单元均为不包含散光片的准直LED单元。它们在一个较小的立体角内提供方向性的照明。跑道起/止指示灯206包括一组高亮度红色LED单元207和一组高亮度绿色LED单元209，这两组LED的光束朝向相反方向。如图3中顶视图所示，每组LED包括6只在垂直方向上安装为三层的LED单元，其中每层包括2只LED单元。着陆指示灯210中稳定指示灯212及闪烁指示灯214均包括6只高亮度白色LED单元。如图3中顶视图所示，这些LED单元在垂直方向上安装为三层，每层包括2只LED单元。稳定指示灯212中的LED单元215工作在连续状态，而闪烁指示灯214中的LED单元217工作在强度调制的闪烁状态。
精确进场路线指示灯(PAPI)216包括4只LED灯218，每只LED灯包括一安装于上层的红色LED阵列和一安装于下层的白色LED阵列。两LED阵列产生的光束均经过准直并形成同方向单向照明。LED光束的仰角用作指示正确的进场路线。红色LED光束和白色LED光束之间有一个很窄的过度区，其在垂直方向上的张角小于3分(3’)。
机场照明系统200中所有的LED照明装置均可以包括红外LED单元用于夜视或热成像导航。这时，红外LED单元可采用强度调制的方式产生一频闪模式。频闪模式由强度调制的频率和占空比决定，可以用于指示照明装置的功能。
照明装置的模块化设计使该照明系统可以快捷安装。照明装置可采用充电电池供电以用于临时或半永久性照明，也可采用标准交流输电线供电以用于固定或永久性照明。照明装置可以安装于地面以上作为高架导航灯，也可以安装于机场地面以下作为路面导航设备灯。通过照明装置中内置的无线收发器和微控制器，照明系统200可以实时地和/或根据需要在光强，波长(颜色)，和/或频闪模式上进行重新配置。这一重新配置只需进行软件/固件升级，可通过无线通信完成。
图4显示了对图3机场照明系统中LED照明装置进行控制和重组的方框图。一组LED照明装置100按预定间距分布在一机场跑道304附近。各LED照明装置100可以具有不同的波长(颜色)，发光强度，光束发散角，和/或频闪模式以作为跑道侧灯202，204，着陆指示灯210，起/止指示灯206，滑行道和障碍指示灯208，精确进场路线指示灯(PAPI)216等等。LED照明装置100可以通过交流输电线302驱动以作为永久性机场照明灯，也可以通过内部电池驱动以作为紧急或临时机场照明灯。一交通控制中心306通过与照明装置100中内置的微处理器进行无线通信308来监测和控制LED照明装置100的工作状态。
无线通信308可以采用不易受干扰且难以侦测的加密扩频通信方式，以工作在较低的功率下并减小来自其它无线通讯方式的干扰。扩频系统的特点是鲁棒性强，并且不容易被干扰或检测到。监测信号可以来源于照明装置100中内置的传感元件，例如光电探测器等，以监测各LED光源的输出光强。当光强值低于或高于预设值或标准值时，监测到的信号可以作为报警信号。该光电探测器也可用来监测环境光的强度。监测值可以用来判断环境参数，如跑道可见度等，也可作为根据不同天气情况调节LED亮度的依据。
另外，传感元件可以包括(i)热敏电阻用以监测LED和环境温度；(ii)风切传感器用以监测穿越跑道的风速；和/或(iii)摄像机及运动传感器以监测周围环境中可能侵入机场的外来物体。通过无线控制，交通控制中心306可以对机场照明系统200进行重组，例如，LED照明装置100的开关，亮度调节，和/或频闪模式的选择，甚至通过激活/关闭特定LED单元以改变一多波长(颜色)照明装置100的波长(颜色)。
通过内置的微控制器，该照明装置100还可以根据传感信息对自身的状态进行智能化的自动控制/调节。例如，当输出光强低于某一设定值时，微控制器可以自动关断照明装置100和/或通知交通控制中心306。
不同照明装置100之间也可以通过无线收发器进行通信以实现例如频闪模式的同步等目的。通过无线通信，LED照明装置100也可为准备起飞或降落飞机310的飞行员所控制。图4显示的无线连接可用有线连接代替。
图5所示流程图500描述了一种生产模块化设计，易于快捷安装和重组的导航用发光二极管(LED)照明装置的方法。流程图500包括以下步骤：提供一系列高亮度LED单元用于产生一系列光束(步骤502)，和提供一系列光束变换元件(步骤504)。每一变换元件置于该一系列光束之一的路径上，用于单独地控制该光束的一组参数以产生一变换光束，其中该一系列高亮度LED单元及光束变换元件均按预先设定的位置置于该照明装置中使得所有变换光束相互叠加以产生所需的照明模式。该方法还包括提供一与该一系列高亮度LED单元相连接的微控制器，该微控制器用于接收现场或远端的指令以控制一组可控参数并处理现场信息(步骤506)。该方法进一步还包括提供一与该一系列高亮度LED单元和微控制器有电气连接的直流电源用于提供电能(步骤508)，及将以上元件按预定方式组装(步骤510)。
在前文说明书中，描述了本发明的具体实施例。但是，本领域普通技术人员意识到，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以做出一些修改和变化。例如，全息散光片可以采用柱透镜或Sales等人在美国发明专利6,859,326中提出的微透镜阵列替代，在此该专利被引作参照。LED照明装置的电源，电子电路，及外壳均不限于以上所描述的形式。另外，本说明书中所出现的数字和材料均不具限定意义。因而，说明书和附图应解释为仅仅是说明性的而并非限定性的，所有变型均包括在本发明意图保护的范围内。文中所提到的一切好处、优点、问题解决方案或者任何可能带来的或更显著的好处、优点、问题解决方案的元件均不能解释为任何权利要求的关键的或必须的或本质的技术特征或元件。本发明的权利仅由所附权利要求书所定义，包括在申请过程中所做的任何修改，以及授权权利要求的所有等同物。

Claims (16)

1.一种模块化设计，易于快捷安装和重组的导航用发光二极管(LED)照明装置，该照明装置包括：
一系列高亮度LED单元用于产生一系列光束；
一系列光束变换元件，每一变换元件置于该一系列光束之一的路径上，用于单独地控制该光束的一组参数以产生一变换光束，其中该一系列高亮度LED单元及光束变换元件均按预先设定的位置置于该照明装置中使得所有变换光束相互叠加以产生所需的照明模式；
一与该一系列高亮度LED单元相连接的微控制器，该微控制器用于接收现场或远端的指令以控制一组可控参数并处理现场信息；及
一与该一系列高亮度LED单元和微控制器有电气连接的直流电源用于提供电能；
其中光束变换元件包括一非成像光学元件。
2.如权利要求1所述的照明装置，其电源包括一交流/直流转换器用于转换通过交流输电线提供的交流电能。
3.如权利要求1所述的照明装置，其一系列LED单元产生波长范围从可见到红外的光束。
4.如权利要求1所述的照明装置，其一组可控参数包括该一系列LED单元中每一LED单元的开关状态，输出光强，和频闪模式参数。
5.如权利要求1所述的照明装置，其光束变换元件包括一柱透镜。
6.如权利要求1所述的照明装置，其光束变换元件包括一光学散光片。
7.如权利要求6所述的照明装置，其光学散光片包括一全息光学散光片。
8.如权利要求6所述的照明装置，其光学散光片包括一微透镜阵列。
9.如权利要求1所述的照明装置，其电源包括至少一只充电电池。
10.如权利要求9所述的照明装置，其充电电池可通过交流/直流转换器从交流输电线充电或通过太阳能电池或燃料电池充电。
11.如权利要求1所述的照明装置，还包括一组手动开关用于通过微控制器控制至少以下之一的工作状态，该工作状态包括该一系列LED单元中每一LED单元的开关状态，输出光强，和频闪模式参数。
12.如权利要求1所述的照明装置，还包括一无线收发器用于接收来 源于该照明装置以外的远程控制信号以通过微控制器控制至少以下之一的工作状态，该工作状态包括该一系列LED单元中每一LED单元的开关状态，输出光强，和频闪模式参数。
13.如权利要求1所述的照明装置，还包括一系列传感元件用于监测该照明装置的状态和其周围环境的状态，监测到的状态可以发送到微控制器。
14.如权利要求13所述的照明装置，其传感元件包括至少一只光探测器。
15.一种生产模块化设计，易于快捷安装和重组的导航用发光二极管(LED)照明装置的方法，该方法包括以下步骤：
提供一系列高亮度LED单元用于产生一系列光束；
提供一系列光束变换元件，每一变换元件置于该一系列光束之一的路径上，用于单独地控制该光束的一组参数以产生一变换光束，其中该一系列高亮度LED单元及光束变换元件均按预先设定的位置置于该照明装置中使得所有变换光束相互叠加以产生所需的照明模式；
提供一与该一系列高亮度LED单元相连接的微控制器，该微控制器用于接收现场或远端的指令以控制一组可控参数并处理现场信息；
提供一与该一系列高亮度LED单元和微控制器有电气连接的直流电源用于提供电能；及
将以上元件按预定方式组装；
其中光束变换元件包括一非成像光学元件。
16.如权利要求1所述的照明装置，其LED单元包括一板上芯片直装式封装的高亮度LED。
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