專利名稱:用于大規(guī)模建筑照明的基于led的燈具的制作方法
用于大規(guī)模建筑照明的基于LED的燈具
背景技術(shù):
數(shù)字照明技術(shù)(即基于例如發(fā)光二極管(LED)之類的半導(dǎo)體光源的照明)提供了 對(duì)傳統(tǒng)熒光燈、HID燈和白熾燈提供了可行的替換。LED的功能優(yōu)點(diǎn)和益處包括高能量轉(zhuǎn)換 和光學(xué)效率、耐用性、較低的操作成本以及許多其他優(yōu)點(diǎn)。LED技術(shù)方面的最新發(fā)展已經(jīng)提 供了在許多應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)各種照明效果的高效和具有魯棒性的全光譜照明源。一些包含這些 源的照明裝置的特征在于照明模塊,其包括一個(gè)或多個(gè)能夠產(chǎn)生不同顏色(例如紅色、綠 色和藍(lán)色)的LED和用于獨(dú)立控制LED的輸出以便產(chǎn)生各種顏色和顏色變化照明效果的處 理器,如美國(guó)專利No. 6016038和6211626中詳細(xì)討論的。特別地,采用高通量LED的燈具正在快速興起作為傳統(tǒng)光裝置的高級(jí)替換,因?yàn)?它們具有更高的總體發(fā)光效率并且具有產(chǎn)生各種照明圖案和效果的能力。這些燈具的設(shè) 計(jì)和操作中涉及的一個(gè)重要問題是熱管理,因?yàn)長(zhǎng)ED在更冷的溫度操作時(shí)以更高效力執(zhí) 行并且持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。高通量LED傾向于特別地對(duì)操作溫度敏感,因?yàn)轵?qū)散由這些LED 產(chǎn)生的熱的效率顯著相關(guān)于LED光源的操作壽命、性能和可靠性。因此,保持最優(yōu)結(jié)溫 (junction temperature)在開發(fā)高性能照明系統(tǒng)方面是重要考慮因素。然而,當(dāng)所述照明 裝置(fixture)的尺寸和LED光源的密度和通量增加時(shí)高效的散熱可能面臨挑戰(zhàn)。例如那 些用于外部應(yīng)用的更大照明裝置所涉及的問題也是操作和安裝的安全性以及耐用性?;贚ED的燈具的一個(gè)期望應(yīng)用(特別是那些采用高通量LED的燈具)是照明大 型建筑物表面和對(duì)象,在特定方向上聚集光。常規(guī)的投影裝置已經(jīng)為此目的在各種劇場(chǎng)、電 視、建筑和通用照明應(yīng)用(例如高射投影、聚光燈照明、機(jī)場(chǎng)跑道和高層建筑的照明等等) 中使用了許多年。典型地,這些照明裝置包括鄰近凹面反射器安裝的白熾燈或氣體放電燈, 該凹面反射器將光反射穿過透鏡組件以將窄光束朝目標(biāo)對(duì)象投射相當(dāng)大的距離。近年來(lái),基于LED的照明裝置(lighting fixture)也被用在某些類型的投影照明 裝置中、被配置為用于內(nèi)部或外部應(yīng)用以改進(jìn)三維對(duì)象的清晰度的燈具、以及提供聚光燈 照明或用于建筑表面的墻洗(wall-washing)照明效果。特別地,單個(gè)或多個(gè)LED的表面安 裝或板載芯片組件已經(jīng)在用于要求與窄光束生成相結(jié)合的高亮度(以提供照明的密集聚 焦/低幾何擴(kuò)展)的應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)中引起注意?!鞍遢d芯片”(COB)LED組件通常是指一個(gè)或 多個(gè)其中制作了一個(gè)或多個(gè)LED結(jié)(junction)的半導(dǎo)體芯片(或“管芯”),其中芯片(一 個(gè)或多個(gè))直接安裝(例如粘附)到印刷電路板(PCB)。隨后,芯片(一個(gè)或多個(gè))電線地 結(jié)合到PCB,之后可以使用一團(tuán)(glob)環(huán)氧樹脂或塑料來(lái)覆蓋芯片(一個(gè)或多個(gè))和電線 連接。一個(gè)或多個(gè)這種LED組件(或“LED組”)又可以安裝到照明裝置的公共安裝板或襯 底。對(duì)于一些包含LED芯片或管芯的窄束應(yīng)用,光學(xué)元件可以與LED板載芯片組件一 起使用以方便所產(chǎn)生的光的聚焦以創(chuàng)建窄束準(zhǔn)直或準(zhǔn)準(zhǔn)直的光。用于準(zhǔn)直可見光的光學(xué)結(jié) 構(gòu)(通常被稱為“準(zhǔn)直器透鏡”或“準(zhǔn)直器”)在本領(lǐng)域是公知的。這些結(jié)構(gòu)捕獲或重定向 光源所發(fā)射的光以改進(jìn)其方向性。一種這樣的準(zhǔn)直器是全內(nèi)反射(“TIR”)準(zhǔn)直器。TIR 準(zhǔn)直器包括反射性內(nèi)表面,其被定位以捕獲由與所述準(zhǔn)直器對(duì)向的光源發(fā)射的大量光。常規(guī)TIR準(zhǔn)直器的反射性表面典型地是圓錐形的,即其是由拋物線、橢圓或雙曲線獲得的。因此,在本領(lǐng)域中,存在對(duì)具有改進(jìn)的光提取和散熱特性的高性能基于LED的燈 具的需要。特別期望的是適合用于大規(guī)模照明應(yīng)用的基于LED的窄束燈具,所述大規(guī)模照 明應(yīng)用例如大對(duì)象和結(jié)構(gòu)的聚光燈照明或用于外部建筑表面的墻洗照明效果。
發(fā)明內(nèi)容
在其各種實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式中,本文所公開的本發(fā)明總體涉及采用能夠在長(zhǎng)距離 上投射光并且提供具有高流明輸出的很多種照明效果的基于LED的光源的外部建筑裝置。 更特別地,本發(fā)明針對(duì)適合用于大規(guī)模正面洗滌并且用于照明大型建筑結(jié)構(gòu)(例如摩天大 樓、娛樂場(chǎng)所和零售企業(yè))的建筑照明裝置。在各種實(shí)現(xiàn)方式中,建筑燈具或照明裝置包括至少兩個(gè)基于LED的照明單元,每 個(gè)照明單元包括多個(gè)基于LED的光源。在一個(gè)示范性實(shí)現(xiàn)方式中,每個(gè)照明單元包括“LED 組”或板載芯片組件形式的大量LED源,其可以被配置為產(chǎn)生多種輻射光譜的任一種。燈具 的照明單元被配置為使得形成在照明單元之間具有空氣間隙的“分離殼體”結(jié)構(gòu)以方便散 熱,并且每個(gè)照明單元裝配有散熱鰭片以進(jìn)一步方便散熱。在另一方面,所述照明裝置可以 包括電源和控制電路,其設(shè)置在耦合到所述分離照明裝置殼體的單獨(dú)控制器殼體中以便允 許控制器殼體與分離照明裝置殼體之間的空氣間隙。在又一個(gè)方面,根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例的建筑燈具進(jìn)一步可以包括多個(gè)分離反 射器光學(xué)器件,其用于將由每個(gè)照明單元的LED組產(chǎn)生的光準(zhǔn)直為具有例如大約5度束角 的窄束。在各種實(shí)現(xiàn)方式中,每個(gè)反射器光學(xué)器件具有頂部和底部,其限定了單一的反射性 表面。所述頂部的最大直徑大于或等于所述底部的最大直徑(包含其安裝腳),以允許反射 器光學(xué)元件的密集包裝配置。本文為本公開的目的使用的術(shù)語(yǔ)“LED”應(yīng)當(dāng)被理解為包括任何電致發(fā)光二極管或 其他類型的能夠響應(yīng)于電信號(hào)產(chǎn)生輻射的基于載體注入/接合的系統(tǒng)。因此,術(shù)語(yǔ)LED包括 但不限于各種響應(yīng)于電流發(fā)光的基于半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、發(fā)光聚合物、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)、 電致發(fā)光帶(strip)等等。特別地,術(shù)語(yǔ)LED是指可被配置為產(chǎn)生在紅外光譜、紫外光譜和可見光譜各個(gè)部 分中的一個(gè)或多個(gè)中的輻射(通常包括從大約400納米到大約700nm的輻射波長(zhǎng))的所有 類型(包括半導(dǎo)體和有機(jī)發(fā)光二極管)發(fā)光二極管。LED的一些實(shí)例包括但不限于各種類 型的紅外LED、紫外LED、紅色LED、藍(lán)色LED、綠色LED、黃色LED、琥珀色LED、橙色LED和白 色LED (下面將進(jìn)一步討論)。還應(yīng)當(dāng)理解,LED可以被配置和/或控制以產(chǎn)生對(duì)于給定光 譜(例如窄帶寬、寬帶寬)具有各種帶寬(例如半高全寬或FWHM)和給定通用顏色分類內(nèi) 的多種主波長(zhǎng)的輻射。例如,被配置為產(chǎn)生基本白色光的LED (例如白色LED)的一種實(shí)現(xiàn)方式可以包括 多個(gè)管芯,其分別發(fā)射電致發(fā)光的不同光譜,其組合地混合以形成基本白色光。在另一種實(shí) 現(xiàn)方式中,白光LED可以與將具有第一光譜的電致發(fā)光轉(zhuǎn)換為具有不同的第二光譜的磷光 體材料相關(guān)聯(lián)。在該實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)實(shí)例中,具有相對(duì)較短的波長(zhǎng)和窄帶寬光譜的電致發(fā) 光“泵浦(pump) ”磷光體材料,其又發(fā)射具有稍微更寬光譜的更長(zhǎng)波長(zhǎng)的輻射。還應(yīng)當(dāng)理解,術(shù)語(yǔ)LED不限于物理和/或電封裝類型的LED。例如,如上所討論,
5LED可以指具有多個(gè)被配置為分別發(fā)射不同輻射光譜的管芯(例如其可以或不可以單獨(dú)可 控)的單個(gè)發(fā)光設(shè)備。LED也可以與被認(rèn)為是LED(例如,某些類型的白色LED)的組成部 分(integralpart)的磷光體相關(guān)聯(lián)。一般地,術(shù)語(yǔ)LED可以指封裝的LED、未封裝的LED、 表面安裝的LED、板載芯片LED、T-封裝安裝LED、徑向封裝LED、功率封裝LED、包括某些類 型的包裝(encasement)和/或光學(xué)元件(例如,發(fā)散透鏡)的LED等等。術(shù)語(yǔ)“光源”應(yīng)當(dāng)被理解為是指包含但不限于基于LED的源(包括如上所定義的 一個(gè)或多個(gè)LED)、白熾源、熒光源、磷光源、高強(qiáng)度放電源(例如,鈉蒸汽、汞蒸汽和金屬鹵 素?zé)?和其他源的多種輻射源中的任意一種或多種。給定的光源可以被配置為產(chǎn)生可見光 譜內(nèi)、可見光譜外或二者的組合中的電磁輻射。因此,術(shù)語(yǔ)“光”和“輻射”在本文中可互換 地使用。此外,光源可以包括作為集成部件的一個(gè)或多個(gè)濾波器(例如,濾色器)、透鏡或 其他光學(xué)部件。還應(yīng)當(dāng)理解,所述光源可被配置用于多種應(yīng)用,包括但不限于指示、顯示和 /或照明?!罢彰髟础笔翘貏e地配置為產(chǎn)生具有足夠強(qiáng)度以有效照亮內(nèi)部或外部空間的輻射 的光源。在該上下文中,“足夠強(qiáng)度”是指足以提供環(huán)境照明的空間或環(huán)境中產(chǎn)生的可見光 譜中的充足的輻射功率(就輻射功率或“光通量”而言,單位“流明”通常用于表示在所有 方向上來(lái)自光源的總光輸出)。術(shù)語(yǔ)“光譜”應(yīng)當(dāng)被理解為指由一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生的輻射的任意一個(gè)或多個(gè)頻 率(或波長(zhǎng))。相應(yīng)地,術(shù)語(yǔ)“光譜”不僅指可見范圍內(nèi)的頻率(或波長(zhǎng)),而且還指紅外、 紫外和整個(gè)電磁光譜的其他區(qū)域中的頻率(或波長(zhǎng))。給定的光譜也可以具有相對(duì)較窄的 帶寬(例如,本質(zhì)上具有很少頻率或波長(zhǎng)成分的FWHM)或相對(duì)較寬帶寬(具有各種相對(duì)強(qiáng) 度的若干頻率或波長(zhǎng)成分)。還應(yīng)當(dāng)理解,給定光譜可以是兩個(gè)或更多其他光譜混合的結(jié)果 (例如混合分別從多個(gè)光源發(fā)射的輻射)。為了本公開的目的,術(shù)語(yǔ)“顏色,,可以與術(shù)語(yǔ)“光譜,,互換地使用。然而,術(shù)語(yǔ)“顏 色”一般用于主要指可由觀察者感知的輻射的屬性(盡管該用途不意在限制該術(shù)語(yǔ)的范 圍)。相應(yīng)地,術(shù)語(yǔ)“不同顏色”暗示地指具有不同波長(zhǎng)成分和/或帶寬的多個(gè)光譜。還應(yīng) 當(dāng)理解,術(shù)語(yǔ)“顏色”可以結(jié)合白色和非白色光使用。術(shù)語(yǔ)“色溫”在本文中一般結(jié)合白光使用,盡管該用途沒有限制該術(shù)語(yǔ)的范圍。色 溫基本上指白光的特定顏色內(nèi)容或陰影(shade)(例如,淡紅色、淡藍(lán)色)。給定輻射樣本的 色溫通常根據(jù)黑體輻射器的絕對(duì)溫度(degrees Kelvin) (K)表征,黑體輻射器發(fā)射與所討 論的輻射樣本基本相同的光譜。黑體輻射器色溫一般落在從大約700度K(通常被認(rèn)為是 人眼睛可見的)到10000度K的范圍內(nèi);白光一般被感知處于高于1500-2000度K的色溫。較低的色溫一般指示具有更顯著的紅色成分或“更暖的感覺”的白光,而較高的色 溫一般指示具有更顯著的藍(lán)色成分或“更冷感覺”的白光。通過實(shí)例,火具有大約1800度K 的色溫,常規(guī)白熾燈泡具有大約2848度K的色溫,早晨的日光具有大約3000度K的色溫, 陰天中午的天空具有大約10000度K的色溫。在具有大約3000度K的色溫的白光下觀看 的彩色圖像具有相對(duì)微紅的色調(diào),而在具有大約10000度K色溫的白光下觀看相同的彩色 圖像具有相對(duì)微藍(lán)的色調(diào)。術(shù)語(yǔ)“照明裝置”在本文中用于指一個(gè)或多個(gè)照明單元以特定形狀因子、組裝或封 裝的實(shí)現(xiàn)方式或布置。術(shù)語(yǔ)“照明單元”在本文中用于指包括一個(gè)或多個(gè)相同或不同類型 的光源的裝置(apparatus)。給定的照明單元可以具有多種用于光源(一個(gè)或多個(gè))的安裝布置、機(jī)殼/外殼布置和形狀和/或電氣和機(jī)械連接配置中的任何一種。此外,給定的照 明單元可選地可以與相關(guān)于光源(一個(gè)或多個(gè))的操作的各種其他組件(例如,控制電路) 相關(guān)聯(lián)(例如,包括、耦合到和/或與其一起封裝)?!盎贚ED的照明單元”是指單獨(dú)地或 結(jié)合其他不基于LED光源地包含一個(gè)或多個(gè)如上所討論的基于LED的光源的照明單元?!岸?通道”照明單元是指包含至少兩個(gè)被配置為分別產(chǎn)生不同輻射光譜的光源的基于LED或不 基于LED的照明單元,其中每個(gè)不同源光譜可以被稱為所述多通道照明單元的“通道”。術(shù)語(yǔ)“控制器”在本文中一般用于描述相關(guān)于一個(gè)或多個(gè)光源的操作的各種裝置。 控制器可以以多種方式(例如,用專用硬件)實(shí)現(xiàn)以執(zhí)行本文所討論的各種功能?!疤幚砥鳌?是控制器的一個(gè)實(shí)例,其使用一個(gè)或多個(gè)用軟件(例如,微碼)編程以執(zhí)行本文所討論的各 種功能的微處理器。控制器可以采用處理器或不采用處理器實(shí)現(xiàn),并且也可以實(shí)現(xiàn)為執(zhí)行 一些功能的專用硬件和執(zhí)行其他功能的處理器(例如,一個(gè)或多個(gè)編程的微處理器和相關(guān) 聯(lián)的電路)的組合。在本公開的各種實(shí)施例中可以使用的控制器組件的實(shí)例包括但不限于 常規(guī)微處理器、專用集成電路(ASIC)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。在各種實(shí)現(xiàn)方式中,處理器或控制器可以與一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)(在本文中一般 被稱為“存儲(chǔ)器”,例如,易失性和非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器,如RAM、PROM、EPROM和EEPR0M、軟 盤、壓縮盤、光盤、磁帶等等)相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)現(xiàn)方式中,所述存儲(chǔ)介質(zhì)可以用一個(gè)或多個(gè) 程序來(lái)編碼,所述程序在一個(gè)或多個(gè)處理器和/或控制器上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行至少一些本文中所 討論的功能。各種存儲(chǔ)介質(zhì)可以固定在處理器或控制器內(nèi)或可以是可轉(zhuǎn)移的,從而使得所 述一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)在其上的程序可以被裝載到處理器或控制器內(nèi)以便實(shí)現(xiàn)本文所討論的 本公開的各個(gè)方面。術(shù)語(yǔ)“程序”或“計(jì)算機(jī)程序”在本文中以通用意義用于指可以被用于 編程一個(gè)或多個(gè)處理器或控制器的任意類型的計(jì)算機(jī)代碼(例如,軟件或微代碼)。術(shù)語(yǔ)“可尋址的”在本文中用于指一種設(shè)備(例如,通常的光源、照明單元或裝置、 與一個(gè)或多個(gè)光源或照明單元相關(guān)聯(lián)的控制器或處理器、其他非照明相關(guān)設(shè)備等等),其被 配置為接收用于多個(gè)設(shè)備(包括其本身)的信息(例如數(shù)據(jù))并且有選擇地響應(yīng)于用于它 的特定信息。術(shù)語(yǔ)“可尋址的”通常結(jié)合聯(lián)網(wǎng)環(huán)境(或下面進(jìn)一步討論的“網(wǎng)絡(luò)”)使用,其 中多個(gè)設(shè)備經(jīng)由一些通信介質(zhì)或媒質(zhì)耦合在一起。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式中,耦合到網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備可以充當(dāng)用于(例如以主 /從的關(guān)系)耦合到所述網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備的控制器。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中,聯(lián)網(wǎng)的 環(huán)境可以包括一個(gè)或多個(gè)被配置為控制一個(gè)或多個(gè)耦合到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的專用控制器。一 般地,耦合到網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)設(shè)備的每一個(gè)都可以訪問通信介質(zhì)或媒質(zhì)上存在的數(shù)據(jù);然而,給 定的設(shè)備可以是“可尋址的”,因?yàn)樗慌渲脼榛诶缫粋€(gè)或多個(gè)分配給它的特定標(biāo)識(shí)符 (例如“地址”)有選擇地與網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)(即從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)和/或向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù))。本文中使用的術(shù)語(yǔ)“網(wǎng)絡(luò)”是指兩個(gè)或更多設(shè)備(包括控制器或處理器)的任意 互連,其方便了信息在耦合到網(wǎng)絡(luò)的任意兩個(gè)或更多設(shè)備和/或在連接到網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)設(shè)備 之間的傳輸(例如,用于設(shè)備控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換等等)。應(yīng)當(dāng)容易理解,適合用于互 連多個(gè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的各種實(shí)現(xiàn)方式可以包括多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲腥我庖环N并且可以使用多種 通信協(xié)議中任意一種。此外,在根據(jù)本公開的各種網(wǎng)絡(luò)中,兩個(gè)設(shè)備之間的任何一個(gè)連接可 以表示這兩個(gè)系統(tǒng)之間的專用連接,或可替換地表示非專用連接。除了攜帶用于這兩個(gè)設(shè) 備的信息之外,這種非專用連接可以攜帶不必用于這兩個(gè)設(shè)備中任何一個(gè)的信息(例如開放網(wǎng)絡(luò)連接)。而且,應(yīng)當(dāng)容易理解,如本文所討論的設(shè)備的各種網(wǎng)絡(luò)可以使用一個(gè)或多個(gè) 無(wú)線、有線/電纜和/或光纖連接以方便遍及網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“用戶接口”是指人類用戶或操作者與一個(gè)或多個(gè)設(shè)備之間的 接口,其實(shí)現(xiàn)了該用戶與設(shè)備(一個(gè)或多個(gè))之間的通信。在本公開的各種實(shí)現(xiàn)方式中可 以使用的用戶接口的實(shí)例包括但不限于開關(guān)、電位計(jì)、按鈕、表盤、滑塊、鼠標(biāo)、鍵盤、鍵區(qū)、 各種類型的游戲控制器(例如,操縱桿)、跟蹤球、顯示屏、各種類型的圖形用戶接口(GUI)、 觸摸屏、麥克風(fēng)和其他類型的可以接收一些形式的人類產(chǎn)生的刺激并響應(yīng)于此產(chǎn)生信號(hào)的 傳感器。應(yīng)當(dāng)理解,本文明確使用的、也可以出現(xiàn)在下面通過引用合并于此的任何公開中 的術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)被賦予與本文所公開的特定發(fā)明構(gòu)思最一致的意義。
在附圖中,遍及不同的視圖,相似的附圖標(biāo)記一般是指相同的部件。而且,附圖不 必是按比例的,而重點(diǎn)一般放在圖示本文所公開的技術(shù)原理和相關(guān)的發(fā)明構(gòu)思上。圖1是示出適合用于本文所公開的建筑燈具的可控的基于LED的照明單元的示意 圖;圖2是示出圖1的基于LED的照明單元的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖;圖3A-3G示出根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的建筑燈具的各種視圖,其中一些是局部 視圖;圖4A-4B示出根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)的各種實(shí)現(xiàn)方式的圖3A-3G的建筑燈具的電源和 控制器外殼;圖5A-5E示出適合用于圖3A-3G的建筑燈具的反射器光學(xué)元件;圖6A-6C示出用于在圖3A-3G的建筑燈具安裝圖5A-5E的反射器光學(xué)元件的方 法;圖7示出根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的可替代實(shí)現(xiàn)方式的建筑燈具。
具體實(shí)施例方式下面描述本發(fā)明的各種實(shí)施例和實(shí)現(xiàn)方式,包括與投影照明、特別是對(duì)大型對(duì)象 和結(jié)構(gòu)的聚光燈照明和建筑表面的墻洗相關(guān)的特定實(shí)現(xiàn)方式。然而,應(yīng)當(dāng)理解,本公開不限 于任何特定形式的實(shí)現(xiàn)方式,并且本文所明確討論的各種實(shí)施例主要用于說(shuō)明的目的。例 如,本文所討論的各種構(gòu)思可以適當(dāng)?shù)卦诰哂胁煌螤钜蜃雍凸廨敵銮疫m合用于內(nèi)部和/ 或外部照明的多種裝置中實(shí)現(xiàn)。一般地,在一些方面,本發(fā)明涉及能夠在朝向目標(biāo)對(duì)象的相當(dāng)大距離上投射窄光 束并且適合用于照明大型建筑結(jié)構(gòu)(例如大樓和橋)的高輸出照明系統(tǒng)。這些“遠(yuǎn)程投 擲”照明系統(tǒng)集成了高效和緊湊的電源和用于驅(qū)動(dòng)高強(qiáng)度LED以大規(guī)模實(shí)現(xiàn)各種各樣照明 效果的控制組件。圖1示出根據(jù)本公開許多實(shí)現(xiàn)方式的適合與照明系統(tǒng)一起使用的照明 單元100的一個(gè)實(shí)例。可以例如在2000年1月18日發(fā)布的標(biāo)題為“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” 的美國(guó)專利 No. 6016038 和 2001 年 4 月 3 日發(fā)布的標(biāo) 題為“IlluminationComponents”的美國(guó)專利No. 6211626中找到與下面結(jié)合圖1描述的那些相似的基于LED的照明單元的一些通用實(shí)例。在各種實(shí)施例中,圖1中示出的照明單元 100可以單獨(dú)地或與其他相似的照明單元一起用于照明單元的系統(tǒng)(例如,如下面結(jié)合圖2 進(jìn)一步討論的)中。參照?qǐng)D1,在許多實(shí)施例中,照明單元100包括一個(gè)或多個(gè)光源104A、104B、104C和 104D(共同被顯示為104),其中一個(gè)或多個(gè)光源可以是包含一個(gè)或多個(gè)LED的基于LED的 光源。所述光源的任意兩個(gè)或更多可以適于產(chǎn)生不同顏色(例如,紅色、綠色、藍(lán)色)的輻 射;在該方面,如上所討論,每個(gè)不同顏色的光源產(chǎn)生構(gòu)成“多通道”照明單元的不同“通道” 的不同源光譜。盡管圖1示出四個(gè)光源104A、104B、104C和104D,但是應(yīng)當(dāng)理解,該照明單 元不限于這個(gè)方面,因?yàn)檫m于產(chǎn)生多種不同顏色(包括基本白色光)的輻射的不同數(shù)量和 各種類型的光源(所有基于LED的光源、基于LED和不基于LED的光源的組合等)可以用 在照明單元100中,如下面進(jìn)一步討論的。如圖1進(jìn)一步所示,照明單元100也可以包括被配置為輸出一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào) 以驅(qū)動(dòng)光源以便從光源產(chǎn)生各種強(qiáng)度的光的控制器105。例如,在一種實(shí)現(xiàn)方式中,控制器 可以被配置為針對(duì)每個(gè)光源輸出至少一個(gè)控制信號(hào)以便獨(dú)立地控制由每個(gè)光源產(chǎn)生的光 的強(qiáng)度(例如,以流明為單位的輻射功率);可替換地,控制器可以被配置為輸出一個(gè)或多 個(gè)控制信號(hào)以同樣地共同控制一組兩個(gè)或更多光源??梢杂煽刂破鳟a(chǎn)生以控制光源的控 制信號(hào)的一些實(shí)例包括但不限于脈沖調(diào)制信號(hào)、脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)、脈沖幅度調(diào)制信號(hào) (PAM)、脈沖編碼調(diào)制信號(hào)(PCM)、模擬控制信號(hào)(例如電流控制信號(hào)、電壓控制信號(hào))、上述 信號(hào)的組合和/或調(diào)制或其他控制信號(hào)。在一個(gè)方面,特別地結(jié)合基于LED的光源,一個(gè)或 多個(gè)調(diào)制技術(shù)使用應(yīng)用于一個(gè)或多個(gè)LED的固定電流水平來(lái)提供可變控制,使得減輕在使 用可變LED驅(qū)動(dòng)電流的情況下LED輸出中可以出現(xiàn)的潛在的不想要的或不可預(yù)測(cè)的變化。 在另一方面,控制器105可以控制其他專用電路(圖1中未示出),其又控制光源以便改變 它們相應(yīng)的強(qiáng)度。一般地,由上述一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生的輻射的強(qiáng)度(輻射輸出功率)與在給定時(shí) 間段上傳遞給光源(一個(gè)或多個(gè))的平均功率成比例。因此,一種用于改變由所述一個(gè)或 多個(gè)光源產(chǎn)生的輻射的強(qiáng)度的技術(shù)涉及調(diào)制傳遞給光源(一個(gè)或多個(gè))的功率(即,操作 功率)。對(duì)包括基于LED的光源的一些類型的光源,這可以使用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)有效地 實(shí)現(xiàn)。在PWM控制技術(shù)的一個(gè)示范性實(shí)現(xiàn)方式中,對(duì)于照明單元的每個(gè)通道,在構(gòu)成通 道的給定光源的兩端上周期性地施加固定的預(yù)定電壓v_rce。電壓vs。urce的施加可以經(jīng)由受 控制器105控制的一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電壓Vswra被施加到電源兩端上 的同時(shí),允許預(yù)定的(例如,由電流調(diào)節(jié)器(圖1中也未示出)確定的)固定電流Iswra流 過光源。再次回想,基于LED的光源可以包括一個(gè)或多個(gè)LED,使得可以將電壓Vstjuree施加 到構(gòu)成光源的一組LED,并且電流Is。urce可以被該組LED汲取(drawn)。在通電時(shí)光源兩端 的固定電壓Vswrce和在通電時(shí)光源所汲取的經(jīng)調(diào)節(jié)電流Is_。e確定了光源的瞬時(shí)操作功率 Psource的量(ps。m。e = Vsource-Isource)。如前所述,對(duì)于基于LED的光源,使用調(diào)節(jié)的電流減輕 在使用可變LED驅(qū)動(dòng)電流的情況下可能出現(xiàn)的LED輸出中潛在的不想要的或不可預(yù)測(cè)的變 化。根據(jù)PWM技術(shù),通過周期性將電壓Vsource施加到光源并改變?cè)诮o定開關(guān)循環(huán)期間施加電壓的時(shí)間,可以調(diào)制傳遞給光源的時(shí)間上的平均功率(平均操作功率)。特別地, 控制器105可以被配置為將電壓Vsource以脈沖模式(例如通過輸出操作一個(gè)或多個(gè)開 關(guān)以施加電壓到光源的控制信號(hào))、優(yōu)選地以大于能夠被人眼檢測(cè)到的頻率(例如大于大 約100Hz)施加至給定光源。以此方式,由光源產(chǎn)生的光的觀察者不會(huì)感知離散的開關(guān)循環(huán) (通常被稱為“閃爍效果”),而相反地,眼睛的綜合功能感知到基本連續(xù)的光產(chǎn)生。通過調(diào) 節(jié)控制信號(hào)的開關(guān)循環(huán)的脈沖寬度(即,接通時(shí)間或“占空比”),控制器改變?cè)谌我饨o定的 時(shí)間段中通電光源的平均時(shí)間量,并且因此改變光源的平均操作功率。以此方式,又可以改 變從每個(gè)通道產(chǎn)生的光的感知的亮度。如下面更詳細(xì)討論的,控制器105可以被配置為控制多通道照明單元的每個(gè)不同 光源通道處于預(yù)定的平均操作功率以提供每個(gè)通道所產(chǎn)生的光的相應(yīng)輻射輸出功率??商?換地,控制器可以從多種來(lái)源(例如用戶接口 118、信號(hào)源124或一個(gè)或多個(gè)通信端口 120) 接收指令(例如,“照明命令”),其為一個(gè)或多個(gè)通道指定規(guī)定的操作功率,并且因此指定由 相應(yīng)的通道產(chǎn)生的光的相應(yīng)的輻射輸出功率。通過改變用于一個(gè)或多個(gè)通道的規(guī)定的操作 功率(例如,依據(jù)不同的指令或照明命令),照明單元可以產(chǎn)生不同感知顏色和亮度水平的 光。在照明單元100的一個(gè)實(shí)施例中,如上所述,圖1中所示的一個(gè)或多個(gè)光源104A、 104B、104C和104D可以包括由控制器105—起控制的一組多個(gè)LED或其他類型的光源(例 如,LED或其他類型光源的各種并聯(lián)和/或串聯(lián)連接)。此外,應(yīng)當(dāng)理解,一個(gè)或多個(gè)光源可 以包括適于產(chǎn)生具有多種光譜(即,波長(zhǎng)或波長(zhǎng)帶)的任意一種的輻射的一個(gè)或多個(gè)LED, 所述輻射包括但不限于各種可見顏色(包括基本白光)、各種色溫的白光、紫外光或紅外 光。具有多種光譜帶寬(例如,窄帶、更寬的帶)的LED可以用在照明單元的各種實(shí)現(xiàn)方式 中。照明單元100可以被構(gòu)造并設(shè)置為產(chǎn)生寬范圍的可變顏色輻射。例如,在各種實(shí) 現(xiàn)方式中,照明單元可以特別地被設(shè)置為使得由兩個(gè)或更多光源產(chǎn)生的可控的可變強(qiáng)度 (即,可變輻射功率)光結(jié)合以產(chǎn)生混合顏色光(包括具有多種色溫的基本白色光)。特別 地,所述混合顏色光的顏色(或色溫)可以通過(例如響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)由控制器105輸 出的控制信號(hào))改變光源的一個(gè)或多個(gè)相應(yīng)的強(qiáng)度(輸出輻射功率)來(lái)改變。而且,控制 器可以特別地被配置為向一個(gè)或多個(gè)光源提供控制信號(hào)以便產(chǎn)生多種靜態(tài)的或隨時(shí)間變 化(動(dòng)態(tài)的)的多顏色(或多色溫)照明效果。為此,在一個(gè)實(shí)施例中,控制器可以包括處 理器102 (例如,微處理器),其被編程以向一個(gè)或多個(gè)光源提供這種控制信號(hào)。處理器可以 被編程為響應(yīng)于照明命令或響應(yīng)于各種用戶或信號(hào)輸入而自動(dòng)提供這種控制信號(hào)。因此,照明單元100可以包括各種組合形式的很多種顏色的LED,包括紅色、綠色 和藍(lán)色LED中的兩個(gè)或更多以產(chǎn)生顏色混合,以及包括一個(gè)或多個(gè)其他LED以創(chuàng)建改變顏 色和色溫的白光。例如,紅色、綠色和藍(lán)色可以與琥珀色、白色、UV、橙色、IR或其他顏色的 LED混合。此外,具有不同色溫的多個(gè)白色LED (例如,一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于第一色溫的第 一光譜的第一白色LED,和一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于與第一色溫不同的第二色溫的第二光譜 的第二白色LED)可以在全白色LED照明單元中或與其他顏色的LED組合使用。這種不同 顏色LED和/或不同色溫白色LED在照明單元100中的組合可以方便精確再現(xiàn)照明條件的 許多(a host of)期望光譜,所述照明條件的實(shí)例包括但不限于一天的不同時(shí)間處各種外部日光等效物、各種內(nèi)部照明條件、用于模擬復(fù)雜的多顏色背景的照明條件等等。其他期望 的照明條件可以通過除去可以特別地在特定環(huán)境中被吸收、衰減或反射的特定段(Piece) 光譜來(lái)創(chuàng)建。例如,水易于吸收并衰減大多數(shù)非藍(lán)色和非綠色光,所以水下應(yīng)用可以受益于 被定制(tailored)以相對(duì)于其他光譜元素強(qiáng)調(diào)或衰減一些光譜元素的照明條件。如圖1所示,照明單元100還可以包括存儲(chǔ)器114以存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)。例如,該存儲(chǔ) 器可以用于存儲(chǔ)由處理器102執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)照明命令或程序(例如以產(chǎn)生用于光源的 一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)),以及對(duì)產(chǎn)生可變顏色輻射有用的各種類型數(shù)據(jù)(例如,下面進(jìn)一步 討論的校準(zhǔn)信息)。該存儲(chǔ)器還可以存儲(chǔ)可以本地或在系統(tǒng)級(jí)上使用以識(shí)別照明單元的一 個(gè)或多個(gè)特定標(biāo)識(shí)符(例如,序列號(hào)、地址等)。在各種實(shí)施例中,這種標(biāo)識(shí)符可以由例如制 造商預(yù)編程并且其后可以是(例如經(jīng)由定位在照明單元上的某種類型的用戶接口、經(jīng)由由 照明單元接收的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)或控制信號(hào),等等)可變的或不可變的。可替換地,這種標(biāo) 識(shí)符可以在本領(lǐng)域中在開始使用照明單元的時(shí)間處確定,并且其后再次可以是可變的或不 可變的。在另一個(gè)方面,也如圖1所示,照明單元100可選地可以包括被提供以方便多個(gè)用 戶可選設(shè)置或功能的任何一個(gè)(例如,一般地控制照明單元100的光輸出、改變和/或選擇 將由照明單元產(chǎn)生的各種預(yù)編程的照明效果、改變和/或選擇所選照明效果的各種參數(shù)、 設(shè)置特定標(biāo)識(shí)符,例如照明單元的地址或序列號(hào),等)的一個(gè)或多個(gè)用戶接口 118。用戶接 口與照明單元之間的通信可以通過有線或電纜或無(wú)線傳輸實(shí)現(xiàn)。在各種實(shí)施例中,照明單元的控制器105監(jiān)控用戶接口 118并至少部分基于接口 的用戶操作來(lái)控制一個(gè)或多個(gè)光源104A、104B、104C和104D。例如,控制器可以被配置為 通過產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)用于控制一個(gè)或多個(gè)光源的控制信號(hào)響應(yīng)于用戶接口的操作。可替換 地,處理器102可以被配置為通過選擇存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)編程的控制信號(hào)、 改變通過執(zhí)行照明程序產(chǎn)生的控制信號(hào)、選擇并執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器的新照明程序或相反地影 響由一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生的輻射來(lái)作出響應(yīng)。特別地,在一種實(shí)現(xiàn)方式中,用戶接口 118可以構(gòu)成一個(gè)或多個(gè)開關(guān)(例如,標(biāo)準(zhǔn) 墻壁開關(guān)),其中斷了到控制器105的功率。在本實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)方面,控制器被配置為監(jiān) 控由用戶接口所控制的功率,并且又至少部分地基于由用戶接口的操作導(dǎo)致的功率中斷的 持續(xù)時(shí)間來(lái)控制一個(gè)或多個(gè)光源。如上所討論,控制器可以特別地被配置為例如通過選擇 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的一個(gè)或多個(gè)預(yù)編程控制信號(hào)、修改通過執(zhí)行照明程序產(chǎn)生的控制信號(hào)、 選擇并執(zhí)行來(lái)自存儲(chǔ)器的新照明程序或相反地影響由一個(gè)或多個(gè)光源產(chǎn)生的輻射來(lái)響應(yīng) 功率中斷的預(yù)定持續(xù)時(shí)間。照明單元100可以被配置為從一個(gè)或多個(gè)其他信號(hào)源124接收一個(gè)或多個(gè)信號(hào) 122。在一種實(shí)現(xiàn)方式中,照明單元的控制器105可以單獨(dú)地或與其他控制信號(hào)(例如,通 過執(zhí)行照明程序產(chǎn)生的信號(hào)、來(lái)自用戶接口的一個(gè)或多個(gè)輸出,等等)組合地使用信號(hào)(一 個(gè)或多個(gè))122,從而以與上面結(jié)合用戶接口討論的相似的方式控制一個(gè)或多個(gè)光源104A、 104B、104C和104D。可以被控制器105接收并處理的信號(hào)(一個(gè)或多個(gè))的實(shí)例包括但不 限于音頻信號(hào)、視頻信號(hào)、功率信號(hào)、各種類型的數(shù)據(jù)信號(hào)、表示從網(wǎng)絡(luò)(例如因特網(wǎng))獲得 的信息的信號(hào)、表示一個(gè)或多個(gè)可檢測(cè)的/感測(cè)的條件的信號(hào)、來(lái)自照明單元的信號(hào)、由調(diào) 制的光構(gòu)成的信號(hào),等等。在各種實(shí)現(xiàn)方式中,信號(hào)源124可以定位在遠(yuǎn)離照明單元100的地方,或作為照明單元的組件被包含于其中。在一個(gè)實(shí)施例中,來(lái)自一個(gè)照明單元的信號(hào)可 以在網(wǎng)絡(luò)上被發(fā)送到另一個(gè)照明單元。仍然參照?qǐng)D1,照明單元可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件130以光學(xué)地處理由光源 104A、104B、104C和104D產(chǎn)生的輻射。例如,一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可以被配置為使得改變所 產(chǎn)生的輻射的空間分布和傳播方向中的一個(gè)或兩個(gè)。特別地,一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可以被 配置為改變所產(chǎn)生的輻射的擴(kuò)散角。在該實(shí)施例的一個(gè)方面,一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件130可 以被特別地配置為可變地改變所產(chǎn)生的輻射的空間分布和傳播方向中的一個(gè)或兩個(gè)(例 如,響應(yīng)于一些電氣和/或機(jī)械的刺激)??梢园谡彰鲉卧?00中的光學(xué)元件的實(shí)例 包括但不限于反射性材料、折射性材料、半透明材料、濾波器、透鏡、鏡子和光纖。光學(xué)元件 130還可以包括發(fā)磷光材料、發(fā)光材料或其他能夠響應(yīng)于所產(chǎn)生的輻射或與之相互作用的 材料。照明單元100可以包括一個(gè)或多個(gè)通信端口 120以方便將照明單元耦合到多種其 他設(shè)備中的任意一種。例如,一個(gè)或多個(gè)通信端口可以方便將多個(gè)照明單元耦合在一起作 為聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng),其中至少一些照明單元是可尋址的(例如,具有特定的標(biāo)識(shí)符或地址) 并且對(duì)在網(wǎng)絡(luò)各處上傳輸?shù)奶囟〝?shù)據(jù)做出響應(yīng)。特別地,在聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)環(huán)境中,如下面更詳細(xì)地討論的(例如結(jié)合圖2),當(dāng)數(shù) 據(jù)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí),耦合到網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)照明單元的控制器105可以被配置為對(duì)屬于它的特 定數(shù)據(jù)(例如,照明控制命令)作出響應(yīng)(例如,在一些情況下,由聯(lián)網(wǎng)照明單元的相應(yīng)標(biāo) 識(shí)符指示)。一旦給定的控制器識(shí)別旨在用于它的特定數(shù)據(jù),它便可以讀取該數(shù)據(jù)并且例如 根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)改變由其光源產(chǎn)生的照明條件(例如,通過產(chǎn)生適合用于光源的控制信 號(hào))。在一個(gè)方面,耦合到網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)照明單元的存儲(chǔ)器114可以例如裝載有例如照明控制 信號(hào)的表,照明控制信號(hào)對(duì)應(yīng)于控制器的處理器102接收的數(shù)據(jù)。一旦處理器從網(wǎng)絡(luò)接收 到數(shù)據(jù),該處理器可以查閱所述表以選擇對(duì)應(yīng)于所接收的數(shù)據(jù)的控制信號(hào),并且相應(yīng)地控 制照明單元的光源。在該實(shí)施例的一個(gè)方面,給定的照明單元的處理器102(無(wú)論耦合到網(wǎng)絡(luò)與否)可 以被配置為解釋以DMX協(xié)議(如在美國(guó)專利6016038和6211626中所討論的)接收的照明 指令/數(shù)據(jù),該DMX協(xié)議是在用于一些可編程照明應(yīng)用的照明工業(yè)中常規(guī)使用的照明命令 協(xié)議。例如,在一個(gè)方面,現(xiàn)在考慮基于紅色、綠色和藍(lán)色LED的照明單元(即,“R-G-B”照 明單元),DMX協(xié)議中的照明命令可以指定紅色通道命令、綠色通道命令和藍(lán)色通道命令中 的每一個(gè)作為表示0-255的值的8位數(shù)據(jù)(即,數(shù)據(jù)字節(jié))。針對(duì)任意一個(gè)顏色通道的最大 值255命令(instruct)處理器控制相應(yīng)光源(一個(gè)或多個(gè))以針對(duì)該通道的最大可用功 率(即100%)操作,由此產(chǎn)生針對(duì)所述顏色的最大可用輻射功率(這種用于R-G-B照明單 元的命令結(jié)構(gòu)通常被稱為24位顏色控制)。因此,格式[R,G,B] = [255,255,255]的命令 將導(dǎo)致照明單元產(chǎn)生針對(duì)紅色、綠色和藍(lán)色光中每一個(gè)的最大輻射功率(由此產(chǎn)生白光)。然而,應(yīng)當(dāng)理解,適合用于本公開的目的照明單元不限于DMX命令格式,因?yàn)楦鶕?jù) 各種實(shí)施例的照明單元可以被配置為對(duì)其他類型的通信協(xié)議/照明命令格式做出響應(yīng),以 便控制它們的相應(yīng)光源。一般地,處理器102可以被配置為響應(yīng)多種格式的照明命令,所述 多種格式表達(dá)了根據(jù)表示用于每個(gè)通道的零到最大可用操作功率的一些標(biāo)度規(guī)定的用于 多通道照明單元的每個(gè)不同通道的操作功率。
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照明單元100可以包括和/或耦合到一個(gè)或多個(gè)電源108。在各個(gè)方面,電源(一 個(gè)或多個(gè))的實(shí)例包括但不限于AC電源、DC電源、電池、基于太陽(yáng)能的電源、基于熱電或機(jī) 械的電源等等。此外,在一個(gè)方面,電源(一個(gè)或多個(gè))可以包括或與一個(gè)或多個(gè)功率轉(zhuǎn)換 設(shè)備相關(guān)聯(lián),功率轉(zhuǎn)換設(shè)備將被外部電源接收的功率轉(zhuǎn)換為適合照明單元操作的形式。給定的照明單元還可以具有多種用于光源(一個(gè)或多個(gè))的多種安裝設(shè)置、部分 或完全封閉光源的機(jī)殼/外殼設(shè)置和形狀、和/或電氣和機(jī)械連接配置中的任何一種。特 別地,在一些實(shí)現(xiàn)方式中,照明單元可以被配置成作為替換或“改型”以電氣地和機(jī)械地接 合在常規(guī)插座或固定裝置(fixture arrangement)(例如,愛迪生型的螺旋口插座、鹵素固 定裝置、熒光固定裝置等等)中此外,如上所討論的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可以部分地或全部地與照明單元的機(jī)殼 /外殼設(shè)置集成。而且,上面所討論的照明單元的各種部件(例如,處理器、存儲(chǔ)器、電源、用 戶接口等等)以及其他可以在不同實(shí)現(xiàn)方式中與照明單元相關(guān)聯(lián)的部件(例如傳感器/換 能器,方便傳輸?shù)絾卧蛷膯卧獋鬏數(shù)钠渌考鹊?可以以多種方式封裝;例如,在一 個(gè)方面,各種照明單元部件以及其他可以與照明單元相關(guān)聯(lián)的部件的任意子集或全部可以 被封裝在一起。在另一個(gè)方面,封裝的部件的子集可以以多種方式電氣地和/或機(jī)械地耦 合在一起。圖2示出根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)200的實(shí)例,其中與上面結(jié)合 圖1所討論的相似的多個(gè)照明單元100被耦合在一起以形成聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)。然而,應(yīng)當(dāng) 理解,圖2中所示的照明單元的特定配置和設(shè)置僅僅用于圖示目的,并且本公開不限于圖2 所示的特定系統(tǒng)拓?fù)?。此外,盡管在圖2中沒有明確示出,但是應(yīng)當(dāng)理解,聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)200可以被靈 活地配置成包括一個(gè)或多個(gè)用戶接口以及一個(gè)或多個(gè)信號(hào)源,例如傳感器/換能器。例如, 一個(gè)或多個(gè)用戶接口和/或一個(gè)或多個(gè)信號(hào)源(例如傳感器/換能器)(如上面結(jié)合圖1所 討論)可以與聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)200的照明單元的任意一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)??商鎿Q地(或除 了上述情況),一個(gè)或多個(gè)用戶接口和/或一個(gè)或多個(gè)信號(hào)源可以在聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)中被 實(shí)現(xiàn)為“獨(dú)立”部件。無(wú)論獨(dú)立部件還是特別地與一個(gè)或多個(gè)照明單元100相關(guān)聯(lián)的部件, 這些設(shè)備可以被聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)的照明單元“共享”。換種說(shuō)法,一個(gè)或多個(gè)用戶接口和/ 或一個(gè)或多個(gè)信號(hào)源(例如傳感器/換能器)可以構(gòu)成聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)中的“共享資源”, 其可以結(jié)合控制系統(tǒng)的照明單元的任意一個(gè)或多個(gè)來(lái)使用。如圖2的實(shí)施例中所示,照明系統(tǒng)200可以包括一個(gè)或多個(gè)照明單元控制器(下 面稱為“1^(”)2084、2088、208(和208D,其中每個(gè)LUC負(fù)責(zé)與耦合到它的一個(gè)或多個(gè)照明單 元100通信并一般地控制它們。盡管圖2示出耦合到每個(gè)LUC的一個(gè)照明單元100,但是應(yīng) 當(dāng)理解,本公開不限于這個(gè)方面,因?yàn)椴煌瑪?shù)量的照明單元可以使用多種不同的通信介質(zhì) 和協(xié)議以各種不同配置(串聯(lián)連接、并聯(lián)連接、串聯(lián)和并聯(lián)連接的組合,等等)耦合到給定 的LUC。每個(gè)LUC又可以耦合到被配置為與一個(gè)或多個(gè)LUC通信的中央控制器202。盡管 圖2示出經(jīng)由通用連接204(其可以包括任意數(shù)量的各種常規(guī)耦合、開關(guān)和/或聯(lián)網(wǎng)設(shè)備) 耦合到中央控制器的四個(gè)LUC,但是應(yīng)當(dāng)理解,根據(jù)各種實(shí)施例,不同數(shù)量的LUC可以耦合 到中央控制器202。此外,根據(jù)本公開的各種實(shí)施例,LUC和中央控制器可以使用多種通信 介質(zhì)和協(xié)議以各種配置耦合在一起以形成聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)200。而且,應(yīng)當(dāng)理解,LUC和中央控制器的互連以及照明單元到相應(yīng)LUC的互連可以以不同方式來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如使用不同配 置、通信介質(zhì)和協(xié)議)。例如,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例,圖2所示的中央控制器202可以被配置為實(shí)現(xiàn)與 LUC的基于以太網(wǎng)的通信,并且反過來(lái)所述LUC可以被配置為實(shí)現(xiàn)與照明單元100的基于 DMX的通信。特別地,在該實(shí)施例的一個(gè)方面,每個(gè)LUC可以被配置為可尋址的基于以太網(wǎng) 的控制器并且因此可以使用基于以太網(wǎng)的協(xié)議經(jīng)由特定唯一地址(或唯一一組地址)由中 央控制器識(shí)別。以此方式,中央控制器202可以被配置為支持遍及耦合的LUC的網(wǎng)絡(luò)的以太 網(wǎng)通信,并且每個(gè)LUC可以響應(yīng)于針對(duì)它的那些通信。而每個(gè)LUC可以例如基于與中央控 制器的以太網(wǎng)通信經(jīng)由DMX協(xié)議將照明控制信息傳輸?shù)今詈系剿囊粋€(gè)或多個(gè)照明單元。更特別地,根據(jù)一個(gè)實(shí)施例,圖2示出的LUC 208A、208B和208C可以被配置為“智 能的”,因?yàn)橹醒肟刂破?02可以被配置為將更高等級(jí)的命令傳輸?shù)絃UC,這些命令需要在 照明控制信息可被轉(zhuǎn)發(fā)到照明單元100之前由LUC解釋。例如,照明系統(tǒng)操作者可以想要 產(chǎn)生顏色變化效果,倘若照明單元相對(duì)于彼此放置在特定位置,則該效果針對(duì)不同的照明 單元改變顏色使得產(chǎn)生顏色的傳播彩虹外觀(“彩虹追逐”)。在該實(shí)例中,操作者可以向 中央控制器提供簡(jiǎn)單指令以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),并且反過來(lái)該中央控制器可以使用基于以太網(wǎng)的 協(xié)議將高等級(jí)命令傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)LUC以產(chǎn)生“彩虹追逐”。例如,所述命令可以例如包 含定時(shí)、強(qiáng)度、色調(diào)(hue)、飽和度或其他相關(guān)信息。當(dāng)給定的LUC接收這種命令時(shí),它可以 隨后解釋該命令并使用DMX協(xié)議將其他的命令傳輸?shù)揭粋€(gè)或多個(gè)照明單元,響應(yīng)于此,照 明單元的相應(yīng)源通過各種信號(hào)發(fā)送技術(shù)中的任意一種(例如,PWM)來(lái)控制。再次應(yīng)當(dāng)理解,在根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的照明系統(tǒng)中使用多個(gè)不同的通信實(shí) 現(xiàn)方式(例如,以太網(wǎng)/DMX)的上述實(shí)例的目的僅僅是圖示,并且本公開不限于該特定實(shí) 例。根據(jù)前述,可以理解,如上面討論的一個(gè)或多個(gè)照明單元能夠產(chǎn)生在寬顏色范圍上高度 可控的可變顏色光,以及在寬色溫范圍上的可變色溫白光。現(xiàn)在參照?qǐng)D3A-3D,描繪了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)現(xiàn)方式的高輸出建筑照明裝置 (或燈具)300的前、后、側(cè)和頂透視圖。照明裝置300使用固定地牢固處于照明裝置內(nèi)的若 干照明單元(例如,圖3A示出的兩個(gè)單元301、302,它們相對(duì)彼此成角度地設(shè)置并能夠朝向 目標(biāo)對(duì)象在相當(dāng)大的距離上投射窄光束。如下面詳細(xì)討論的,所述照明裝置被配置為獲得 充分有利的光提取和散熱屬性。照明裝置300可以進(jìn)一步是如前面參照?qǐng)D1-2所述的照明 裝置的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的一部分。如圖3A-3D所示,在一些實(shí)施例中,照明裝置300包括由一對(duì)附接到軛基(yoke base) 315的軛臂310構(gòu)成的定位系統(tǒng)。該軛臂可以由鋁例如通過澆鑄制成。該軛基可以由 鋼例如通過沖壓制成。該軛臂進(jìn)一步經(jīng)由一對(duì)支架(support) 320附接到相應(yīng)的基于LED 的照明單元301、302以便形成分離的裝置外殼316。在許多實(shí)施例中,所述支架(support)可以由鋁制成,固定地相對(duì)于彼此取向照 明單元并提供軛的樞軸點(diǎn)。所述支架(support)附接到外殼旋轉(zhuǎn)組件323,其允許分離的照 明裝置外殼旋轉(zhuǎn),同時(shí)所述軛臂保持固定。所述旋轉(zhuǎn)組件包括裝置保持托架(bracket) 325, 其永久栓系到所述支架,并且進(jìn)一步包括精細(xì)旋轉(zhuǎn)指示器328。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中,照明單元301、302被固定地設(shè)置在框架329中并且所 述軛臂經(jīng)由例如外殼旋轉(zhuǎn)組件323或經(jīng)由側(cè)鎖定螺栓(未示出)直接附接到該框架,而無(wú)需支架320,如圖3E中所示。后一種實(shí)施例讓終端用戶使用標(biāo)準(zhǔn)扳手(wrench)可靠地使照 明單元301、302相對(duì)于軛臂牢固。在操作前,照明裝置300經(jīng)由軛基315的安裝腳335安裝在期望的位置處。特別 地參照?qǐng)D3B,安裝腳335包括多個(gè)弧形槽338以用于安裝并實(shí)現(xiàn)全360°旋轉(zhuǎn),以及粗略對(duì) 準(zhǔn)照明裝置。在一些實(shí)施例中,分離的照明裝置外殼316可以使用旋轉(zhuǎn)組件323旋轉(zhuǎn)以引 導(dǎo)光橫跨建筑表面,該建筑可以為大約300-500英尺長(zhǎng)。再次參照?qǐng)D3A-3D,照明裝置300進(jìn)一步包括控制器外殼330,其容納用于向光源 供電且控制照明單元的光輸出的電源和控制電路。如圖3A所示,盡管外殼安裝在照明裝置 的后面,但是由于照明單元之間存在間隙332,所以可以從前側(cè)看見它。如將關(guān)于圖3G更詳 細(xì)討論的,所述間隙在照明裝置的熱管理方面是有用的。電源和數(shù)據(jù)源(未示出)優(yōu)選地經(jīng)由防水電源-數(shù)據(jù)連接器340連接到照明裝 置300。觀看圖3B連同圖3C,分離的照明裝置外殼316的每個(gè)照明單元包括多個(gè)散熱鰭 片345,其限定了能夠由鋁或其他導(dǎo)熱材料通過澆鑄、模制或沖壓制成的單一結(jié)構(gòu)(unitary structure)。鰭片345用于驅(qū)散在照明裝置300操作期間由基于LED的照明單元產(chǎn)生的 熱。在一種實(shí)現(xiàn)方式中,鰭片345被配置為延伸到以光滑設(shè)計(jì)(sleek design)與控制器外 殼330的表面匹配的復(fù)合曲面,如圖3A-3G所示。以此方式,鰭片345也用于保護(hù)控制器外 殼的大部分,由此例如防護(hù)外殼免受意外的影響或在安裝期間粗略處理。在一些實(shí)施例中,照明裝置300的每個(gè)照明單元包括防護(hù)框架350,其可以由塑料 (例如丙烯腈_ 丁二烯丙烯-苯乙烯(“ABS”))通過模制制成。該框架350經(jīng)由多個(gè)鎖 (latch) 355固定到每個(gè)照明單元的鰭片345。如下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的,在本發(fā)明的各個(gè)方面,照明裝置300被配置并設(shè)置為 使得其組成部分耦合到一起以方便顯著的空氣流動(dòng)。在一些示范性實(shí)施方式中,照明單元 301,302和控制器外殼330 (其中設(shè)置了電源和控制電路)以這樣的方式由兩個(gè)支架320機(jī) 械地耦合在一起(或直接耦合到軛臂)使得實(shí)現(xiàn)每個(gè)照明單元與控制器外殼330之間顯 著的空氣間隙以方便散熱。而且,特別地參照?qǐng)D3D,在該技術(shù)的各種實(shí)現(xiàn)方式中,在每個(gè)照 明單元中,在相鄰的散熱鰭片345之間存在間隙360以用于方便遍及照明裝置的空氣流以 用于冷卻。照明裝置300被制定尺寸以達(dá)到高優(yōu)化性能,并且在許多實(shí)現(xiàn)方式中與相似類型 的常規(guī)LED照明裝置相比具有相對(duì)較大的尺寸。例如,在一種實(shí)現(xiàn)方式中,照明裝置300 重約40磅(大約18. 2kg)并具有如下尺寸大約24英寸(大約61cm)長(zhǎng)、24英寸(大約 61cm)寬以及24英寸(大約61cm)高。如圖3E所示,照明裝置300的每個(gè)照明單元進(jìn)一步包括第一透鏡365,其可以由丙 烯酸片通過模制制成。透鏡365被配置為改進(jìn)例如由照明裝置發(fā)射的光的均勻性。光擴(kuò)散 膜(例如,全息膜)也可以設(shè)置在第一透鏡的內(nèi)表面上,以提供其他的束成形光學(xué)功能。在 每個(gè)照明單元中,第一透鏡通過第二框架370被固定到散熱鰭片345的單一結(jié)構(gòu),該第二框 架370可以由鋁例如通過澆鑄制成??蚣?70包括多個(gè)孔375以用于使用螺釘從前表面擰 緊框架。上述框架進(jìn)一步包括圍繞其外部邊緣的多個(gè)凹口 380,以用于部分地接收/定位框 架350的鉤和碰鎖355。第二框架與第一透鏡之間的襯墊(未示出)保護(hù)給定照明單元的 內(nèi)部部件免受周圍環(huán)境影響。透鏡框架370使用螺釘392固定到散熱鰭片345。透鏡框架
15進(jìn)一步包括透鏡保持邊緣395,其從透鏡365的一部分上突出,由此保持它。在本發(fā)明的特定實(shí)現(xiàn)方式中,透鏡365可以是容易互換的8°、13°、23°、40°、 63°和不對(duì)稱的5° X17°角的發(fā)散透鏡,使得實(shí)現(xiàn)了用于大量應(yīng)用的各種光度分布,所 述應(yīng)用包括聚光照明、墻掠(wall grazing)和不對(duì)稱墻洗(wall washing) 0圖3F中描繪的是沿著如圖3D所示的切面線3F-3F截取的照明裝置300的部分橫 截面。在所述技術(shù)的許多實(shí)現(xiàn)方式中,在每個(gè)照明單元301、302與外殼330之間存在間隙 385,以用于允許周圍空氣進(jìn)入該照明裝置。電源和控制電路390定位在控制器外殼330內(nèi)。 在例如美國(guó)專利No. 7233831和7253566中可以找到本文所公開的用于控制照明裝置的方 法和設(shè)備(apparatus)。而且,在許多示范性實(shí)現(xiàn)方式中,所述電源和控制電路基于接受AC 線電壓并提供DC輸出電壓從而向一個(gè)或多個(gè)LED以及與這些LED相關(guān)聯(lián)的其他電路提供 功率的電源配置。在各種方面,合適的電源可以基于開關(guān)電源配置并且特別地被配置為提 供相對(duì)較高的功率因數(shù)(power factor)校正的電源。在一個(gè)示范性實(shí)現(xiàn)方式中,可以采用 單個(gè)開關(guān)階段(stage)來(lái)完成以高功率因數(shù)向負(fù)載提供功率。例如在美國(guó)專利No. 7256554 中提供了至少部分相關(guān)于或適合于本公開的電源結(jié)構(gòu)和構(gòu)思的各種實(shí)例。參照?qǐng)D3G,描繪了沿著如圖3D所示的切面線3F-3F截取的照明裝置300的部分 橫截面透視圖。提供圖3G中的視圖以方便對(duì)利用環(huán)境空氣冷卻照明裝置300的機(jī)制的理 解。圖3G中的橫截面是穿過一對(duì)定位在不同的照明單元100上的相對(duì)的散熱鰭片345的主 體截取的。電源外殼330與照明單元100之間的間隙385與照明單元100之間的間隙332 連接,由此為環(huán)境空氣流過照明裝置提供無(wú)阻礙路徑,如箭頭401所示。環(huán)境空氣也流入每 個(gè)子單元的相鄰鰭片之間的間隙360(未示出)中,如箭頭402所示,并且也可以經(jīng)由間隙 385和332耗盡。一般地,本文所公開的技術(shù)設(shè)想在單獨(dú)地或結(jié)合與減少的熱阻相關(guān)的其他 因素使用的照明裝置內(nèi)創(chuàng)建和維持“煙囪效應(yīng)”,所述其他因素例如散熱元件減少的表面積 和照明裝置的LED(—個(gè)或多個(gè))與一個(gè)或多個(gè)散熱元件之間的改進(jìn)的熱耦合。所得到的 高流速、自然對(duì)流冷卻系統(tǒng)能夠高效地從外部建筑照明裝置驅(qū)散廢熱而不需要例如通過使 用風(fēng)扇的主動(dòng)冷卻。在照明裝置的操作期間,空氣間隙在基本垂直的方向上取向,以便在照 明裝置中創(chuàng)建煙 效應(yīng),從而增大沿散熱器/鰭片的空氣流。在各種方面,增加的照明裝置 表面積、增加的遠(yuǎn)離LED和相關(guān)聯(lián)的電子器件的熱通量以及“煙囪效應(yīng)”的組合分別促進(jìn)了 LED與環(huán)境之間的熱阻的減少。所述散熱結(jié)構(gòu)被配置為具有足夠的表面積以用于有效地方 便熱流動(dòng)和“煙 效應(yīng)”。技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到,“煙 效應(yīng)”(也被稱為“堆疊效應(yīng)”)是 由浮力驅(qū)動(dòng)的空氣進(jìn)入或離開結(jié)構(gòu)(例如建筑物或容器)的移動(dòng),所述浮力是溫度和濕度 差異所造成的內(nèi)部和外部空氣密度之間的差異所引起的。本文所公開的技術(shù)使用該效應(yīng)來(lái) 方便在照明裝置300操作時(shí)的散熱。如圖3G中的箭頭401和402所示,當(dāng)照明裝置300被定位成向上沿著大型建筑表 面“扔”光(重力g的方向由箭頭420指示)時(shí),冷的環(huán)境空氣被汲取通過間隙360和385 進(jìn)入照明裝置。隨后冷卻空氣通過間隙332耗盡。以此方式,由基于LED的照明單元產(chǎn)生 的熱流過鰭片345并且被冷卻環(huán)境空氣驅(qū)散。提高的散熱效率反過來(lái)導(dǎo)致改善的能量轉(zhuǎn)換 和基于LED的照明單元更好的性能和長(zhǎng)的壽命。因此,通過經(jīng)由例如散熱鰭片的大表面積 之類的特征的組合減少LED照明單元與環(huán)境空氣之間的熱阻并且經(jīng)由特定照明裝置設(shè)計(jì) 創(chuàng)建“煙囪效應(yīng)”,增強(qiáng)了照明裝置的可靠性和性能。
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如圖3G進(jìn)一步所示,每個(gè)照明單元包括其中設(shè)置了多個(gè)基于LED的光源104的隔 間397,每個(gè)光源提供有相應(yīng)的反射器光學(xué)器件400并與之對(duì)準(zhǔn),該反射器光學(xué)器件被設(shè)計(jì) 用于反射并引導(dǎo)由光源發(fā)射的光。每個(gè)照明單元的LED光源/反射器光學(xué)器件對(duì)的數(shù)量被 選擇以提供用于照亮大型建筑結(jié)構(gòu)所需的輸出/流明。在一些示范性實(shí)現(xiàn)方式中,給定照 明單元中的一些或所有光源可以是“板載芯片”(COB)LED組件,即一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體芯片 (或“管芯”)(其中制造了一個(gè)或多個(gè)LED結(jié)),其中所述芯片(一個(gè)或多個(gè))被直接安裝 (例如,粘合)到印刷電路板(PCB)。隨后,所述芯片(一個(gè)或多個(gè))通過電線結(jié)合到PCB, 之后可以使用一團(tuán)(glob)環(huán)氧樹脂或塑料來(lái)覆蓋芯片(一個(gè)或多個(gè))和電線連接。在該實(shí) 現(xiàn)方式的一個(gè)方面,充當(dāng)相應(yīng)的光源104的多個(gè)這樣的組件可以安裝到照明單元的公共安 裝板或襯底。在其他方面,充當(dāng)光源的LED COB組件可以被配置為產(chǎn)生各種輻射光譜,如下 面進(jìn)一步討論。用于以高強(qiáng)度發(fā)射白色或彩色光的合適的LED可以從Durham,NC的Cree, Inc.或San Jose,CA的PhilipsLumileds獲得。在一種實(shí)現(xiàn)方式中,照明裝置300包括密 集包裝布置的大約108個(gè)LED源,并且在距照明裝置300大約300-500英尺范圍內(nèi)的距離 處能夠提供大約5000流明和大約一尺燭光(大約10勒克斯)的總輸出。用于操作這樣的 大量LED光源的功率量為L(zhǎng)ED光源單獨(dú)耗費(fèi)的大約250瓦特,和整個(gè)照明裝置耗費(fèi)的大約 350瓦特。因?yàn)長(zhǎng)ED源不會(huì)輻射地驅(qū)散熱,所以該熱必須由傳導(dǎo)和對(duì)流來(lái)驅(qū)散,并且照明裝 置被如上所示地配置以成功地這樣做。因此,照明裝置300提供優(yōu)秀的光輸出,并且它能夠 操作大約30000-80000小時(shí)而無(wú)需替換LED光源104,這至少部分地因?yàn)槿缟纤懻摰母倪M(jìn) 了的照明裝置的熱管理屬性。如圖3G進(jìn)一步所示,電源外殼330的外半部分403和內(nèi)半部分404使用多個(gè)螺釘 405彼此附接。圖4A示出外殼330的外半部分403的透視圖,包括電源和控制電路390的配置。 外半部分403具有用于接納螺釘405的孔422。圖4B描繪了沿著如圖4A所示的切面線 4B-4B截取的外半部分403的橫截面視圖。電源外殼330的外半部分進(jìn)一步包括多個(gè)支座 (Stand0ff)425,其將電源和控制電路390升起使之離開外殼,從而在其間限定了間隙427, 這提高了照明裝置300的安全性并降低了電路390與外殼330之間電短路的風(fēng)險(xiǎn)。外半部 分403進(jìn)一步包括壁430,其與電源和控制電路熱而非電接觸,以用于朝向外殼將來(lái)自電路 的熱驅(qū)散到環(huán)境空氣。在上述技術(shù)的各種實(shí)現(xiàn)方式中,分離的照明裝置外殼316內(nèi)的照明單元具有相同 的配置,包括LED光源104的布局和它們的光譜輸出。在其他實(shí)現(xiàn)方式中,一個(gè)照明單元的 光譜屬性不同于其他照明單元的光譜屬性。照明單元301、302也可以同時(shí)且一致地或彼此 獨(dú)立地被尋址和控制,如參照?qǐng)D1詳細(xì)討論的,從而提供色域和顏色呈現(xiàn)的改進(jìn)的多功能 性(versatility),特別是當(dāng)來(lái)自兩個(gè)照明單元的光譜輸出組合以照亮目標(biāo)對(duì)象。例如,照 明單元301可以提供紅色、綠色和藍(lán)色光(RGB),而照明單元302僅僅提供白色光或祖母綠 或青色。例如,這種配置可以用于實(shí)現(xiàn)乳脂染料(creamier pastel)。可替換地,一個(gè)照明 單元可以提供RGB,而其他照明單元提供另一個(gè)三個(gè)一組的顏色/波長(zhǎng),包括琥珀色、紫外 光等。這種配置對(duì)提供更大的色域是有用的。此外,照明裝置的分離設(shè)計(jì)支持照明配置的各種組合。利用可單獨(dú)尋址和可控的 照明裝置的每個(gè)照明單元,可以在照明單元處使用不同的透鏡。例如,在一些實(shí)施例中,一種類型的發(fā)散透鏡可以用在照明裝置的下部單元上以在街道路面高程(street level)處 用顏色照亮大的正面,并且用不同的發(fā)散透鏡以將對(duì)比或補(bǔ)充顏色向上投射好幾百英尺到 大樓的墻。在其他實(shí)施例中,照明單元可以以預(yù)定角定位在照明裝置內(nèi),使得由它們產(chǎn)生的 束一般地在距照明裝置300期望的范圍內(nèi)重疊。如前所述,該配置適合用于在照明以上述 范圍設(shè)置的對(duì)象時(shí)提供更大的色域和光通量。如上所述,期望將光束投射大約數(shù)百英尺的距離。然而,由于TIR光學(xué)元件 的循環(huán)時(shí)間,很難獲得窄束角,例如5°的束,這是由于該部分的尺寸造成的。因此, 現(xiàn)在參照?qǐng)D5A-5E,反射器光學(xué)器件400被設(shè)計(jì)為提供LED照明單元的密集包裝配置 (densely-packedconfiguration)并且產(chǎn)生非常窄的束角,例如5度束角。然而,更窄的束 角可能導(dǎo)致相對(duì)較大尺寸的光學(xué)器件。本公開的反射器光學(xué)器件被唯一地配置成多個(gè)部 分,以提供必需的尺寸,同時(shí)最優(yōu)化LED照明單元的密度并最小化對(duì)位于反射器光學(xué)器件 中的次要光學(xué)器件的損害。特別地參照?qǐng)D5A,在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例中,反射器光學(xué)器件400包括具有內(nèi)表 面445的頂部440和底部450。在該頂部和底部的中間是第二透鏡455,其可以由純凈的聚 碳酸酯通過例如模制制成。在模制期間,所述透鏡優(yōu)選地被中心澆口(center-gated)以利 用模流(mold flow)最小化不期望的問題。也可以使用其他材料,例如丙烯酸材料、其他類 型的塑料或沖壓的/成形的/切割金屬。所述頂部和底部可以由聚碳酸酯例如通過模制制成,并且被涂覆反射性材料,例 如鋁、銀、金或其他合適的反射性材料,以用于反射由LED照明單元發(fā)射的光。利用后續(xù)組 件將反射器光學(xué)器件分離為兩個(gè)部分不僅簡(jiǎn)化了在LED光源上的透鏡安裝,而且提高了涂
覆質(zhì)量。第二透鏡經(jīng)由三個(gè)固定臂460固定在所述頂部和底部之間。所述反射器光學(xué)器件 進(jìn)一步包括安裝腳463,其限定了三個(gè)弧間隙465,以用于利用螺釘將反射器光學(xué)器件安裝 到具有LED的印刷電路板(PCB)。所述頂部和底部是可以在單獨(dú)時(shí)間安裝的單獨(dú)件,從而獲 得了參照?qǐng)D6A-6C更詳細(xì)描述的益處。參照?qǐng)D5B-5D,底部450的表面470涂覆有反射性材料,并且與表面445對(duì)準(zhǔn)以提
供平滑表面。頂部440包括突出的邊緣475,其被配置為扣入底部450的三個(gè)隔水壁480。所述 底部在每個(gè)隔水壁480與相鄰的支撐壁486之間限定了深凹口 485。三個(gè)支撐壁中的每一 個(gè)都具有頂表面487,其限定了淺凹口 490,第二透鏡455的固定臂460之一被放置在該淺 凹口中。特別地參照?qǐng)D5D,隔水壁480能夠如箭頭495所示地徑向移動(dòng)以嚙合(engage) 頂部的突出邊緣。底部450包括壁496,其限定了反射性表面470。壁496與支撐壁486相 鄰,使得壁496的頂表面498與支撐壁486的表面487共同延伸。底部450進(jìn)一步包括底 表面500,其限定了孔505,在照明裝置組裝期間將單獨(dú)的LED光源設(shè)置于孔505中。所述 底表面進(jìn)一步限定了槽510和四個(gè)柔性構(gòu)件515,以用于緊貼地嚙合LED光源。所述柔性構(gòu) 件可以通過箭頭520所示的方式彎曲以針對(duì)各個(gè)LED照明源之間尺寸的差異進(jìn)行調(diào)節(jié)?,F(xiàn)在特別地參照?qǐng)D5E,描繪了沿著如圖5A和5D所示的切面線5E-5E截取的反射 器光學(xué)器件400的橫截面視圖。在各種實(shí)施例中,頂部440的直徑D大約等于底部450的直徑d,并且等于約1.4英寸(3. 5厘米);反射器光學(xué)器件的高度H約為1.3英寸(3. 25厘 米);且底部的高度h大約為0. 5英寸(1. 25厘米)。參照?qǐng)D6A-6C,反射器光學(xué)元件400被安裝以實(shí)現(xiàn)LED光源/COB組件的密集包裝 配置,由此改進(jìn)建筑燈具的光輸出和“扔”。至少部分地因?yàn)樗龇蛛x配置包括頂部440和 底部450,所以所述反射器光學(xué)器件可以通過緊固件(例如多個(gè)螺釘552)安裝,從而消除 了對(duì)粘合劑的需要。通過使用螺釘,反射器光學(xué)器件容易被移除和替換,從而允許接近LED PCB以便于替換/修理,同時(shí)最小化廢物的產(chǎn)生。特別地參照?qǐng)D6A,在照明裝置300的構(gòu)造中,反射器光學(xué)器件的底部450首先通 過螺釘522安裝到LED PCB上。每個(gè)底部的底表面500被對(duì)準(zhǔn)以接納孔505內(nèi)的LED光源 104(例如,COB組件)的至少一部分,例如環(huán)氧樹脂/塑料主透鏡。在放置在LED源上之 后,每個(gè)底部附著到PCB。如圖6B所示,在多個(gè)反射器光學(xué)器件的底部450被安裝使得相鄰的反射器光學(xué) 器件在安裝腳463處相互毗鄰之后,第二透鏡455被安裝到底部上,使得固定壁460安置 (rest)在頂表面487的凹口 490 (圖6A所示)中。隨后,如圖6C所示,頂部440扣入(snap into)到底部450,以定義接口 525,其中每個(gè)較低部分的頂表面498 (圖6B所示)與其對(duì) 應(yīng)的頂部毗鄰。如果反射器光學(xué)器件不具有分離設(shè)計(jì),則沿著安裝腳接近安裝特征將是非 常困難的(如果不是不可能),除非在相鄰光學(xué)器件的基底(base)之間提供間隙。以此方 式,本公開的燈具允許密集包裝配置,其不需要使用粘合劑并且其改進(jìn)了照明裝置的每個(gè) 單元面積的光輸出。在各種其他實(shí)施例中,一種粘合劑可用于將反射器光學(xué)器件粘附到LED PCB。本公開的反射器光學(xué)器件的分離配置提供對(duì)第二透鏡455的改進(jìn)的處理的其他優(yōu)點(diǎn)。 即,第二透鏡455可以以以下方式定位在反射器光學(xué)器件400內(nèi)最小化第二透鏡的刮擦和 破損并且防止表面445上的涂層的刮擦。在各種實(shí)施例中,取代使用螺釘將底部450附接到到LED PCB,安裝腳463中的每 一個(gè)弧間隙465被配置為提供到附著到LED PCB的引腳(pin)的扣合連接。該弧間隙可以 被配置為扣合到該引腳上,同時(shí)關(guān)于底部的中心軸旋轉(zhuǎn)該底部??商鎿Q地,所述弧間隙可以 被配置為通過向下朝LED PCB按壓底部來(lái)扣合到引腳上。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中,反射器光學(xué)器件的最終輪廓是優(yōu)化的樣條曲面 (spline surface),而不是拋物線以改進(jìn)光學(xué)提取。參照?qǐng)D7,根據(jù)本公開的可替代實(shí)現(xiàn)方式的建筑照明裝置600包括安裝基底615和 分離的LED外殼616,該外殼616包括兩個(gè)子單元618。子單元618具有相互稍有不同的配 置。特別地,距離安裝基底最遠(yuǎn)的子單元具有嵌入在多個(gè)散熱鰭片645之間的手柄/吊鉤 619,其用于手動(dòng)提升照明裝置600。一對(duì)支架620限定了孔621,其為環(huán)境冷卻空氣提供了 另一個(gè)入口(除了子單元與電源-控制電路外殼630之間的間隙685之外)并且可以也可 以用于提升照明裝置。分離的LED外殼可關(guān)于設(shè)置在安裝基底與較低子單元618的散熱鰭 片之間的旋轉(zhuǎn)組件623旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本公開的外部建筑照明裝置具有用于外部建筑應(yīng)用中大規(guī)模正面沖洗 (washing)的優(yōu)秀的光輸出和質(zhì)量。所述唯一設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了熱學(xué)、光學(xué)和美學(xué)特征,其結(jié)果是 用于高效且可控地照明最大的、最顯著的外部結(jié)構(gòu)的高級(jí)照明裝置。盡管本文已經(jīng)描述并圖示了本發(fā)明的各種實(shí)施例,但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想象多種用于執(zhí)行所述功能和/或獲得所述結(jié)果和/或一個(gè)或多個(gè)本文所描述的優(yōu)點(diǎn)的其 他裝置和/或結(jié)構(gòu),并且這種變形和/或修改中的每一個(gè)都被認(rèn)為處于本文所描述的本發(fā) 明的實(shí)施例的范圍內(nèi)。更一般地,本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解,本文中描述的所有參數(shù)、尺寸、 材料和配置的意思是示范性的并且實(shí)際的參數(shù)、尺寸、材料和/或配置將依賴于本發(fā)明的 教導(dǎo)所用于的特定應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到或僅僅使用常規(guī)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼_定本文所描 述的本發(fā)明的特定實(shí)施例的許多等效物。因此,應(yīng)當(dāng)理解,僅僅通過實(shí)例呈現(xiàn)前述實(shí)施例, 并且在所附權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)可以以不同于如特別描述和要求保護(hù)的方式實(shí) 踐本發(fā)明的實(shí)施例。本公開的本發(fā)明的實(shí)施例針對(duì)本文所描述的每個(gè)單獨(dú)特征、系統(tǒng)、項(xiàng)目 (article)、材料、工具包和/或方法。此外,兩個(gè)或更多這種特征、系統(tǒng)、項(xiàng)目、材料、工具包 和/或方法的任意組合在這些特征、系統(tǒng)、項(xiàng)目、材料、工具包和/或方法不是相互不一致的 情況下包含在本公開的發(fā)明范圍內(nèi)。本文所定義和使用的所有定義應(yīng)當(dāng)被理解為控制在字典定義、通過引用合并于該 文獻(xiàn)中的定義和/或所定義的術(shù)語(yǔ)的常用意義上。在說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的不定冠詞“一”應(yīng)當(dāng)被理解為表示“至少一個(gè)”,除非 清楚指示相反的意思。在說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的短語(yǔ)“和/或”應(yīng)當(dāng)被理解為表示如此連接的元件 的“任意一個(gè)或兩個(gè)”,即在一些情況下連接地存在的元件在其他情況下分離地存在。利用 “和/或”列出的多個(gè)元件應(yīng)當(dāng)以相同的方式解釋,即如此連接的“一個(gè)或多個(gè)”元件。除了 由“和/或”從句特別標(biāo)識(shí)的元件之外其他元件可以可選地存在,無(wú)論是否與這些特別標(biāo)識(shí) 的元件相關(guān)。因此,作為非限制性實(shí)例,引用“A和/或B”在與可擴(kuò)充語(yǔ)言例如“包括”結(jié)合 使用時(shí),在一個(gè)實(shí)施例中可以僅表示A(可選地包括除了 B之外的元件);在另一個(gè)實(shí)施例 中,僅表示B(可選地包括除了 A之外的元件);在又一個(gè)實(shí)施例中,表示A和B這二者(可 選地包括其他元件);等等。如說(shuō)明書和權(quán)利要求中所使用的“或”應(yīng)當(dāng)被理解為具有與上面定義的“和/或” 相同的意義。例如,當(dāng)在列表中分隔項(xiàng)目時(shí),“或”或“和/或”將被解釋為包含,即包含多 個(gè)元件或元件列表中至少一個(gè),但也包括不止一個(gè),并可選地包括附加的未列出的項(xiàng)目。僅 明確指示相反意思的術(shù)語(yǔ),例如“僅僅一個(gè)”或“恰好一個(gè)”或權(quán)利要求中使用的“由...構(gòu) 成”將表示包括多個(gè)元件或元件列表中的恰好一個(gè)元件。一般地,本文所使用的術(shù)語(yǔ)“或” 將僅僅被解釋為當(dāng)處于排他性術(shù)語(yǔ)(例如“兩個(gè)中任意一個(gè)”、“其中一個(gè)”、“僅僅其中一個(gè)” 或“恰好其中一個(gè)”)之前時(shí)表示排他的替代物(即“一個(gè)或另一個(gè),而不是兩個(gè)),當(dāng)在權(quán) 利要求中使用時(shí),“基本上由..·構(gòu)成”將具有如專利法領(lǐng)域中使用的其常用意義。如說(shuō)明書和權(quán)利要求中使用的關(guān)于一個(gè)或多個(gè)元件列表的短語(yǔ)“至少一個(gè)”應(yīng)當(dāng) 被理解為表示選自元件列表中任意一個(gè)或多個(gè)元件的至少一個(gè)元件,但是不必包括元件列 表中特別列出的每個(gè)元件中的至少一個(gè)并且不排除元件列表中元件的任意組合。該定義也 允許除了短語(yǔ)“至少一個(gè)”所涉及的元件列表內(nèi)特別識(shí)別的元件之外可以可選地存在其他 元件,無(wú)論它們是否與特別識(shí)別的這些元件相關(guān)。因此,作為非限制性實(shí)例,“A和B的至少 一個(gè)”(或,等價(jià)地,“A或B的至少一個(gè)”或等價(jià)地“A和/或B的至少一個(gè)”)在一個(gè)實(shí)施 例中可以表示至少一個(gè)A,可選地包括不止一個(gè)A,且不存在B (且可選地包括除B之外的元 件);在另一個(gè)實(shí)施例中可以表示至少一個(gè)B,可選地包括不止一個(gè)B,且不包括A(且可選
20地包括除A之外的元件);在又一個(gè)實(shí)施例中可以表示至少一個(gè)A,可選地包括不止一個(gè)A, 和至少一個(gè)B,可選地包括不止一個(gè)B (且可選地包括其他元件);等等。
還應(yīng)當(dāng)理解,除非清楚地指示相反的意思,在本文要求保護(hù)的包含不止一個(gè)步驟 或動(dòng)作的任何方法中,該方法的步驟或動(dòng)作的順序不必限于所敘述的該方法的步驟或動(dòng)作 的順序。在權(quán)利要求中,以及在上述說(shuō)明書中,所有過渡短語(yǔ),例如“包括”、“包含”、“攜帶”、 “具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由...組成”等等,被理解為可擴(kuò)充的,即意思是包括但不 限于。只有過渡性短語(yǔ)“由...構(gòu)成”和“基本由...構(gòu)成”將分別是封閉的或半封閉的過 渡性短語(yǔ)。
權(quán)利要求
一種用包括第一輻射和第二輻射中至少一個(gè)的可見輻射照明目標(biāo)對(duì)象的照明系統(tǒng),該目標(biāo)對(duì)象設(shè)置在距離所述照明系統(tǒng)預(yù)定范圍內(nèi),該系統(tǒng)包括第一照明單元和第二照明單元,它們固定地設(shè)置在所述照明系統(tǒng)內(nèi),其間限定了第一間隙,第一照明單元和第二照明單元中至少一個(gè)包括產(chǎn)生具有第一光譜的第一輻射的多個(gè)第一LED光源和產(chǎn)生具有不同于第一光譜的第二光譜的第二輻射的多個(gè)第二LED光源;熱連接到第一照明單元的背面的第一散熱結(jié)構(gòu)和熱連接到第二照明單元的背面的第二散熱結(jié)構(gòu),第一和第二散熱結(jié)構(gòu)被配置分別用于驅(qū)散由第一照明單元和第二照明單元產(chǎn)生的熱,以及至少一個(gè)控制器,其設(shè)置在控制器外殼中并至少耦合到多個(gè)第一LED光源和多個(gè)第二LED光源并且被配置為獨(dú)立地控制至少第一輻射的第一強(qiáng)度和第二輻射的第二強(qiáng)度,從而可控地改變至少由所述照明系統(tǒng)產(chǎn)生的可見輻射的總體可感知顏色和/或色溫,所述控制器外殼用所述第一和第二散熱結(jié)構(gòu)限定了第二間隙,該第二間隙與第一間隙連接,從而形成用于使環(huán)境空氣能流過所述照明系統(tǒng)的無(wú)阻礙路徑,由此方便驅(qū)散由所述第一照明單元和第二照明單元產(chǎn)生的熱。
2.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一和第二散熱結(jié)構(gòu)中至少一個(gè)包括多個(gè)散熱鰭片。
3.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),進(jìn)一步包括定位系統(tǒng),其用于使照明系統(tǒng)牢固地處于安裝 位置并定向照明系統(tǒng),使得可見輻射被導(dǎo)向目標(biāo)對(duì)象。
4.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一照明單元和第二照明單元被設(shè)置在照明系統(tǒng)內(nèi), 使得由每個(gè)照明單元產(chǎn)生的輻射束基本集中在預(yù)定范圍內(nèi)。
5 權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中所述預(yù)定范圍處于大約300英尺到500英尺之間。
6.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一和第二照明單元的每一個(gè)包括總共至少100個(gè) LED光源,其產(chǎn)生至少5000流明的光輸出。
7.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一和第二照明單元中至少一個(gè)進(jìn)一步包括反射器光 學(xué)器件,其牢固地處于至少一個(gè)第一或第二 LED光源上并被配置為將由所述至少一個(gè)LED 光源發(fā)射的輻射準(zhǔn)直為具有大約5°束角的束。
8.權(quán)利要求7的照明系統(tǒng),其中所述發(fā)射器光學(xué)器件包括底部,被配置成用于緊固在所述LED光源上;頂部,可折卸地連接到底部;以及透鏡,可移除地牢固處于底部與頂部之間。
9 權(quán)利要求8的照明系統(tǒng),其中所述底部包括底表面,該底表面限定了用于當(dāng)所述底 部緊固在所述光源上時(shí)接納該光源的孔。
10.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中所述至少一個(gè)控制器被配置為可尋址的控制器,其用 于接收包括與由所述第一和第二照明單元產(chǎn)生的可見輻射的總體可感知顏色和/或色溫 相關(guān)的至少第一照明信息的至少一個(gè)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)。
11.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中所述第二照明單元包括至少多個(gè)第三LED光源,其適 于產(chǎn)生具有不同于第一和第二光譜的第三光譜的第三輻射。
12.權(quán)利要求11的照明系統(tǒng),其中所述至少一個(gè)控制器被配置為獨(dú)立于第二照明單元 的LED光源控制所述第一照明單元的LED光源。
13.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一照明單元和第二照明單元這兩者包括多個(gè)第一LED光源和多個(gè)第二 LED光源,并且所述至少一個(gè)控制器被配置為同時(shí)并一致地控制第一 照明單元的LED光源和第二照明單元的LED光源。
14.權(quán)利要求1的照明系統(tǒng),其中第一照明單元包括設(shè)置在該照明單元中的LED光源上 的第一發(fā)散透鏡并且第二照明單元包括設(shè)置在該照明單元中的LED光源上的第二發(fā)散透^Mi ο
15.權(quán)利要求14的照明系統(tǒng),其中第一和第二發(fā)散透鏡中的至少一個(gè)是容易替換的。
16.權(quán)利要求14的照明系統(tǒng),其中第一和第二發(fā)散透鏡具有基本相同的光學(xué)屬性。
17.權(quán)利要求14的照明系統(tǒng),其中第一和第二發(fā)散透鏡中的至少一個(gè)包括設(shè)置在其上 的擴(kuò)散膜。全文摘要
一種用于照明設(shè)置在預(yù)定范圍內(nèi)的目標(biāo)對(duì)象的照明系統(tǒng)包括第一照明單元(301)和第二照明單元(302),其間限定了第一間隙(332)。第一和第二照明單元的每一個(gè)包括多個(gè)LED,第一照明單元產(chǎn)生光譜不同于由第二照明單元所產(chǎn)生的光譜的輻射。散熱結(jié)構(gòu)熱連接到第一和第二照明單元的背面??刂破鞅辉O(shè)置在控制器外殼(330)中并耦合到LED光源,并且被配置為控制由所述系統(tǒng)產(chǎn)生的輻射的強(qiáng)度和總體可感知顏色和/或色溫。所述控制器外殼(330)用第一和第二照明單元的散熱結(jié)構(gòu)限定了第二間隙(385),其與第一間隙(332)連接以使得環(huán)境空氣能夠流過所述照明系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F21V29/00GK101910721SQ200880122363
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月22日
發(fā)明者E·羅思, I·利斯, R·威廉森, S·康多, T·莫爾諾 申請(qǐng)人:飛利浦固體狀態(tài)照明技術(shù)公司