專利名稱：Led照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED照明裝置，具體地說，涉及一種戶外使用的以LED 作為光源的LED照明裝置。
背景技術(shù)：
常規(guī)上來講，與戶內(nèi)使用的照明裝置的強(qiáng)度相比，戶外使用的普通 照明裝置需要發(fā)射更高的強(qiáng)度(增大的發(fā)射光通量)。然而，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度增 大的同時(shí)可能伴隨著更高的功耗。為了抑制功耗并縮減運(yùn)行成本，在嘗 試獲得高節(jié)能效果的同時(shí)，已經(jīng)提出了多種照明裝置。這種照明裝置的例子包括具有可以根據(jù)外部光控制信號(hào)或人工操作 來對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行控制的高壓放電燈的照明裝置(例如，參見曰本專利申 請(qǐng)?zhí)亻_No. JP2007-149520A1)，和具有用于控制諸如接通或斷開的各種 開關(guān)定時(shí)從而增大或減小其光強(qiáng)度等的定時(shí)器的照明裝置(例如，參見 日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. JP2003-168575A1 )。發(fā)明內(nèi)容一般來說，要設(shè)置在交通設(shè)施中的照明裝置包括道路照明、行人照 明、停車場(chǎng)照明。這些照明裝置具有取決于它們所設(shè)置的場(chǎng)所的相應(yīng)特 定配光特性。而且，即使將相同類型的照明裝置設(shè)置在同一地點(diǎn)，這些 照明裝置的周圍環(huán)境狀況也彼此不同(例如，周圍環(huán)境的取決于建筑物 等、降雨量、霧密度，以及其它環(huán)境因素)。因此，其配光特性將會(huì)與特 定相應(yīng)設(shè)置地點(diǎn)相對(duì)應(yīng)地彼此不同。如果滿足這些特性，則這些照明裝 置的功能可以得到改進(jìn)。與此相反，日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. JP2007-149520A1和 JP2003-168575 Al中所公開的照明裝置可以控制諸如接通或斷開的各種開關(guān)定時(shí)，從而增大或減小其強(qiáng)度，但沒有提供可控的配光特性。下面針對(duì)道路照明，來闡明為什么應(yīng)當(dāng)根據(jù)諸如周圍環(huán)境狀況(例如，周圍環(huán)境的取決于建筑物等的亮度、降雨量、霧密度，以及其它環(huán)境因素)的幾個(gè)參數(shù)來控制照明光的配光特性，以及配光控制的可行性。 也就是說，在夜間行迸時(shí)，從沿路肩設(shè)置的照明裝置發(fā)出的光可以被路面反射，進(jìn)入駕駛員的眼睛，從而駕駛員可以在視覺上確認(rèn)行進(jìn)車輛前方的路面狀況。這是因?yàn)閺恼彰餮b置發(fā)出的光會(huì)經(jīng)受細(xì)微凹凸?fàn)畹牟黄教孤访娴穆瓷?這就是所謂的"朗伯反射")，使得被反射和漫射的光可以圍繞其鄰域進(jìn)行散射，散射光可以進(jìn)入駕駛員的眼睛，由此，他/她可以看到路面的亮度增大。當(dāng)車輛在雨夜行進(jìn)時(shí)，駕駛員可能會(huì)因路面上的積蓄的雨水而體驗(yàn) 到充當(dāng)鏡面的路面。這種鏡面路面可以反射從照明裝置發(fā)來的光。因此， 從照明裝置(如圖19所示，定位在行進(jìn)車輛前方)發(fā)出的、恰好沿更靠 近行進(jìn)車輛的方向向下的光被因雨水而形成的道路的鏡面表面而朝向該 車輛反射，從而進(jìn)入駕駛員的眼睛。由此，駕駛員可以識(shí)別明亮的路面。另一方面，從照明裝置發(fā)出的、恰好沿遠(yuǎn)離行進(jìn)車輛的另一方向(與 車輛相對(duì)的一側(cè)，或車輛的行進(jìn)方向)向下的光可以被道路的鏡面表面 反射向該車輛的相對(duì)側(cè)。由此，這些光不能進(jìn)入駕駛員的眼睛。g卩，從照明裝置發(fā)出的、恰好沿與車輛相對(duì)的另一方方向向下的光并不能對(duì)駕 駛員對(duì)路面的可見度做出貢獻(xiàn)。鑒于這些和其它問題并且結(jié)合常規(guī)技術(shù)而設(shè)計(jì)了本發(fā)明。本發(fā)明的一個(gè)方面可以提供一種以LED作為光源的照明裝置(或LED照明裝置)。 本發(fā)明的LED照明裝置可以根據(jù)周圍環(huán)境狀況來控制發(fā)射光的配光特 性，從而可以改進(jìn)照明裝置的功能，并且可以獲得高節(jié)能效果。為了解決這些問題，權(quán)利要求1要求保護(hù)的本發(fā)明是一種LED照明 裝置，該LED照明裝置包括-具有不同配光特性的一組LED光學(xué)單元，每一個(gè)LED光學(xué)單元都 包括用于形成對(duì)應(yīng)配光特性的至少一個(gè)LED光學(xué)模塊，所述LED光學(xué)5模塊包括用作光源的LED和沿該LED光源的照明方向布置的配光控制 透鏡，安裝在同一LED光學(xué)單元上的LED光學(xué)模塊為同一類型，而安 裝在不同LED光學(xué)單元上的LED光學(xué)模塊彼此不同，其中，所述LED照明裝置還包括光控制單元，該光控制單元包括環(huán)境狀況檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述LED照明裝置的周圍環(huán)境； LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元，用于控制每一個(gè)所述LED光學(xué) 單元的光學(xué)輸出；以及光學(xué)輸出控制單元，用于向所述LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元遞 送光學(xué)輸出控制信號(hào)，該光學(xué)輸出控制信號(hào)與來自所述環(huán)境狀況檢測(cè)單 元的檢測(cè)信號(hào)相對(duì)應(yīng)，并且其中，基于來自所述環(huán)境狀況檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)，通過受從所述 光學(xué)輸出控制單元遞送來的光學(xué)輸出控制信號(hào)控制的所述LED光學(xué)單元 驅(qū)動(dòng)/控制單元對(duì)每一個(gè)所述LED光學(xué)單元的光學(xué)輸出進(jìn)行分別控制，從 而可以控制所述LED照明裝置的配光特性。權(quán)利要求2的本發(fā)明是權(quán)利要求1的LED照明裝置，其中，所述配 光控制透鏡包括來自所述LED的光入射到其上的入射表面和向外部發(fā)射 光的光發(fā)射表面，所述入射表面和所述光發(fā)射表面都沿照明方向相對(duì)于 所述LED彎曲，以形成大致凸?fàn)钶喞?；所述配光控制透鏡的焦點(diǎn)位于所述LED所放置之處或其附近；并且 所述光發(fā)射表面包括形狀不同的多個(gè)連續(xù)自由彎曲表面。 權(quán)利要求3的本發(fā)明是權(quán)利要求2的LED照明裝置，其中，所述配光控制透鏡的所述光發(fā)射表面具有根據(jù)來自所述配光控制透鏡的焦點(diǎn)的 光的入射角以連續(xù)方式沿指定方向?qū)膺M(jìn)行折射的形狀。權(quán)利要求4的本發(fā)明是權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)的LED照明裝置， 其中，所述LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元包括恒定電流電路。權(quán)利要求5的本發(fā)明是權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)的LED照明裝置， 其中，所述環(huán)境狀況檢測(cè)單元至少包括亮度檢測(cè)器和/或用于檢測(cè)降雨量 的降雨量檢測(cè)器。本發(fā)明可以提供一種具有一組配光特性不同的(例如，三種類型的)LED光學(xué)單元的LED照明裝置，每一個(gè)LED光學(xué)單元都包括用于形成 特定配光特性的至少一個(gè)LED光學(xué)模塊，該LED光學(xué)模塊包括LED光 源和采用用于形成該配光特性的特定形狀的配光控制透鏡。在這種構(gòu)造 中，該LED照明裝置還包括光控制單元，使得可以根據(jù)環(huán)境狀況來分離 地控制每一個(gè)LED光學(xué)單元的光學(xué)輸出，由此，可以控制該LED照明 衣旦n'JHL兒w i工o
結(jié)果，該照明裝置可以具有例如符合要照明的寬廣區(qū)域的特定分段
區(qū)域的特定配光特性。這可以增強(qiáng)其功能。而且，該LED照明裝置可以 提供出色的節(jié)能效果。


根據(jù)下面參照附圖的描述，本發(fā)明的這些和其它特性、特征以及優(yōu) 點(diǎn)將變得明了，其中
圖1是本發(fā)明的示范性LED光學(xué)模塊的分解立體圖2是圖1的LED光學(xué)模塊的立體圖3是圖2的LED光學(xué)模塊的局部截面圖4是圖2的LED光學(xué)模塊的局部截面圖5是示出圖3的LED光學(xué)模塊的光學(xué)系統(tǒng)的例示截面圖6示出了 LED光學(xué)模塊的不同配光控制透鏡的光線跟蹤圖7是窄LED光學(xué)模塊的立體圖8是中間LED光學(xué)模塊的立體圖9是寬LED光學(xué)模塊的立體圖10是示出圖7的窄LED光學(xué)模塊的配光特性的圖形；
圖11是示出圖8的中間LED光學(xué)模塊的配光特性的圖形；
圖12是示出圖9的寬LED光學(xué)模塊的配光特性的圖形；
圖13是本發(fā)明的示范性LED光學(xué)單元的分解立體圖14是圖13的LED光學(xué)單元的立體圖15是本發(fā)明的示范性LED照明裝置的示意性正視圖16是示出被圖15的LED照明裝置的各個(gè)LED光學(xué)單元照明的
7區(qū)域的示意圖17是例示了本發(fā)明的光控制電路的框圖18是示出了本發(fā)明的LED照明裝置的方向特性的圖形； 圖19是示出了該LED照明裝置在路面上的配光特性的圖形; 圖20是示出了該LED照明裝置的方向特性的圖形；而 圖21是示出了該LED照明裝置在路面上的配光特性的圖形。
標(biāo)號(hào)說明1LED光學(xué)模塊
la窄LED光學(xué)模塊
lb中間LED光學(xué)模塊
lc寬LED光學(xué)模塊
2導(dǎo)熱片
3導(dǎo)熱板
4電路基板
配光控制透鏡
6凸部(boss)
7凸插銷
8裝配螺釘
9螺孔
10螺孔
11用于填充粘合劑的凹槽
12凸部孔
13凸插銷孔
14LED
15基板連接器
16法蘭
17螺孔
18窗口
19 粘合劑20 高導(dǎo)熱化合物
21 隆起部分
22 端表面
23 電路板表面
24 光入射表面
25 光發(fā)射表面
26 LED光學(xué)單元
26a窄LED光學(xué)單元 26b 中間光學(xué)單元 26c 寬光學(xué)單元
27 防水帽
28 殼體
29 固定螺釘
30 外部連接器
31 配線連接器
32 延長(zhǎng)部
33 外部透鏡
34 LED照明裝置 34a LED照明裝置 34b LED照明裝置
35 殼體
40 光控制單元
41 恒定電流電路
42 光輸出控制器
43 定時(shí)器
44 亮度檢測(cè)器
45 降雨量檢測(cè)器
46 路面區(qū)域
具體實(shí)施例方式
下面參照?qǐng)D1到21，對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選示范實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描 述，其中，相同標(biāo)號(hào)指相同或相似部件。應(yīng)當(dāng)明白，雖然僅按實(shí)施例的 方式呈現(xiàn)的下列示范實(shí)施方式包括不同技術(shù)特征，但除非另外規(guī)定，它 們都不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。
圖1和2分別是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范實(shí)施方式的LED光學(xué)模塊的分 解立體圖和立體圖。LED光學(xué)模塊1包括從底部起向上層疊的導(dǎo)熱片2、 導(dǎo)熱板3、電路板4以及配光控制透鏡5。
在將LED光學(xué)模塊1安裝在殼體上時(shí)，可以將設(shè)置在底部的導(dǎo)熱片 2設(shè)置成，直接接觸殼體并且用于向該殼體傳導(dǎo)由LED光學(xué)模塊1產(chǎn)生 的熱，防止LED光學(xué)模塊1的溫度上升。后面將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。 為此，導(dǎo)熱片2由具有最小熱阻的導(dǎo)熱但電絕緣的材料制成。導(dǎo)熱片2 被形成得盡可能薄，只要不喪失其物理穩(wěn)定性即可。
導(dǎo)熱板3被設(shè)置在導(dǎo)熱片2的頂部上，并且由導(dǎo)熱的硬材料(包括 諸如鋁、銅以及鐵的金屬，和陶瓷)制成。在導(dǎo)熱板3的一個(gè)側(cè)面上沿 該導(dǎo)熱板3的周邊和中央分別設(shè)置有均向上突出的一組凸部6和凸插腳 7。每一個(gè)凸部6都包括螺孔9，或者包括螺孔IO。螺孔9被用于接納將 導(dǎo)熱片板2、電路板4以及配光控制透鏡5保持在一起以裝配LED光學(xué) 模塊1的裝配螺釘8的桿。螺孔10被用于接納用于固定多個(gè)LED光學(xué) 模塊1以形成一單元的螺釘?shù)臈U。螺孔9和10都貫穿導(dǎo)熱板3而形成。
導(dǎo)熱板3還包括位于凸插腳7內(nèi)側(cè)、板中央處的閉環(huán)形式的凹槽11。 該凹槽ll用于容納粘合劑。
諸如柔性電路板的薄電路板4被設(shè)置在導(dǎo)熱板3的頂部上。電路板 4包括分別形成在與下方導(dǎo)熱板3上的凸部6和凸插腳7相對(duì)應(yīng)的位置處 的凸部孔12和凸插腳孔13，用于接納凸部6和凸插腳7。
電路板4還包括形成在凸插腳孔13內(nèi)側(cè)、其中央處的窗口 18 (參 見圖3或4)。用作光源的LED 14被安裝在電路板4上以覆窗口 18。 LED 14的電極通過導(dǎo)電材料(如焊料或?qū)щ娔z)連接至電路板4上的配線導(dǎo) 體的焊盤部。從焊盤部延伸的配線導(dǎo)體在電路板4上方經(jīng)過并且在這個(gè)
10實(shí)施例中被表示為連接至安裝在電路板4的邊緣附近的板連接器15的電 極端子。
配光控制透鏡5被設(shè)置在電路板4上。配光控制透鏡5具有法蘭16 并且用于控制從下方LED 14發(fā)射的光的分配。法蘭16包括用于接納用 于裝配LED光學(xué)模塊的裝配螺釘8的桿的螺孔17。
上述導(dǎo)熱板3、電路板4以及配光控制透鏡5通過螺釘8被裝配在 一起，以構(gòu)成如圖2所示的LED光學(xué)模塊1。
LED 14的鄰近區(qū)域可以如圖3或4所示來構(gòu)成。在圖3的示范性結(jié) 構(gòu)中，其上安裝有用于覆蓋窗口 18的LED 14的電路板4被放置在導(dǎo)熱 板3的平坦表面上。電路板4，進(jìn)而LED14通過導(dǎo)熱板3上的、穿過貫 穿電路板4而形成的凸插腳孔13的凸插腳7與導(dǎo)熱板3相對(duì)地定位。
利用加載在形成于導(dǎo)熱板3上的凹槽11中的粘合劑19將其上安裝 有LED 14的電路板4粘合/固定到導(dǎo)熱板3上。
電路板4的窗口 18填充有高導(dǎo)熱化合物20，以將LED14熱連接至 導(dǎo)熱板3。這種構(gòu)造使得LED 14所生成的熱能夠有效地散逸至導(dǎo)熱板3， 由此防止LED 14的溫度上升。
在圖4的結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)熱板3包括面積比電路板4的窗口 18要小并且 高度與電路板4的厚度大致相同的隆起部21，以使定位在電路板4的窗 口 18內(nèi)的導(dǎo)熱板3的隆起部21的端表面22，與電路板4的用于安裝LED 14的表面23大致水平。在這種構(gòu)造中，與圖3的結(jié)構(gòu)相比，LED 14直 接接觸導(dǎo)熱板3，使得LED 14生成的熱能夠更有效地散逸至導(dǎo)熱板3。 結(jié)果，更有效地防止了 LED光學(xué)模塊1的溫度升高。
導(dǎo)熱板3的隆起部21的高度可以小于電路板4的厚度。在這種情況 下，電路板4的窗口 18內(nèi)所形成的空間可以填充有高導(dǎo)熱化合物20，以 將LED 14熱連接至導(dǎo)熱板3。
下面，對(duì)該LED光學(xué)模塊的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行描述。圖5是形成LED 光學(xué)模塊的光學(xué)系統(tǒng)的示范性LED光源和配光控制透鏡的示意性截面 圖。
配光控制透鏡5圍繞著從LED 14向前延伸的光學(xué)軸X而定位。配光控制透鏡5的面對(duì)LED 14的表面(光入射表面24)和配光控制透鏡5 的相對(duì)表面(光發(fā)射表面25)向前彎曲(相對(duì)于LED)，形成了大致凸 狀的透鏡輪廓。在這種排布結(jié)構(gòu)中，配光控制透鏡5的光入射表面24的 焦點(diǎn)F位于LED 14的發(fā)光部的附近。
從LED 14徑向發(fā)射并且到達(dá)配光控制透鏡5的光入射表面24的光 從光入射表面24進(jìn)入配光控制透鏡5并通過配光控制透鏡5被導(dǎo)引至光 發(fā)射表面25,從光發(fā)射表面25離開配光控制透鏡5。
因?yàn)榕涔饪刂仆哥R5用于將LED 14的配光特性轉(zhuǎn)換成希望的配光特 性，所以其設(shè)計(jì)被確定如下。
將被特定LED光學(xué)模塊照明的區(qū)域分成多個(gè)部分，并針對(duì)每一個(gè)部 分來確定希望的配光特性。接著，確定配光控制透鏡的光發(fā)射表面的形 狀，以使入射光能夠被折射并且在出射時(shí)被進(jìn)一步折射，從而該透鏡發(fā) 射了具有對(duì)應(yīng)配光特性的光，作為折射光。
配光控制透鏡的光發(fā)射表面的形狀是基于該配光控制透鏡的光入射 表面的形狀(在這個(gè)示范性實(shí)施方式中是半徑為50 mm的球面)、基于 LED光源與配光控制透鏡的光入射表面之間的距離，以及基于形成配光 控制透鏡的材料的折射率來確定的。光入射表面的任何指定點(diǎn)處的光入 射角都可以根據(jù)光入射表面的形狀和LED光源與光入射表面之間的距離 來確定。
通過基于上述條件利用如日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_No. JP2004-87179A1中 描述的設(shè)計(jì)方案，可以確定光發(fā)射表面的形狀。在這樣設(shè)計(jì)的配光控制 透鏡中，從LED光源徑向發(fā)射且已經(jīng)到達(dá)配光控制透鏡的光入射表面處 并被折射接著通過該配光控制透鏡被導(dǎo)引的光在出射點(diǎn)處被折射，從而 折射光被引導(dǎo)至指定方向。
根據(jù)本發(fā)明，光發(fā)射表面具有特定形狀，從而使發(fā)射光對(duì)于照明區(qū) 域的每一部分提供配光特性，并且該配光特性從一個(gè)部分到相鄰部分是 連續(xù)的。
換句話說，配光控制透鏡的光發(fā)射表面具有根據(jù)來自配光控制透鏡 的焦點(diǎn)的光的入射角，以連續(xù)方式使光沿指定方向折射的形狀。下面，對(duì)LED光學(xué)模塊的光學(xué)特性進(jìn)行描述?？紤]以下三種LED 光學(xué)模塊具有窄方向性的窄LED光學(xué)模塊；具有寬方向性的寬LED 光學(xué)模塊；以及具有處于窄LED光學(xué)模塊與寬LED光學(xué)模塊之間的中 間方向性的中間LED光學(xué)模塊。
下面，考慮具有不同方向性的各個(gè)LED光學(xué)模塊的不同配光控制透 鏡，并對(duì)每一種透鏡執(zhí)行光束跟蹤(參見圖6A到6C)。應(yīng)注意到，每一 個(gè)配光控制透鏡都被設(shè)計(jì)成具有球形光發(fā)射表面，該球形光發(fā)射表面相 對(duì)于LED向前凸出，并且具有50mm的半徑。
如圖6A到6C所示，每一個(gè)配光控制透鏡5的光發(fā)射表面25的曲 率都與從光發(fā)射表面25發(fā)射出的光線的發(fā)散度相關(guān)聯(lián)。具體來說，隨著 光發(fā)射表面25的曲率從圖6A的透鏡到圖6B的透鏡，接著從圖6B的透 鏡到圖6C的透鏡逐漸變小，光束被發(fā)散的程度變大。由此，針對(duì)窄LED 光學(xué)模塊的配光控制透鏡優(yōu)選地具有主要由大曲率球形或非球形表面或 這種表面的組合所構(gòu)成的光發(fā)射表面。針對(duì)寬LED光學(xué)模塊的配光控制 透鏡優(yōu)選地具有主要由小曲率球形或非球形表面或這種表面的組合所構(gòu) 成的光發(fā)射表面。針對(duì)中間LED光學(xué)模塊的配光控制透鏡優(yōu)選地具有主 要由中間曲率球形或非球形表面或這種表面的組合所構(gòu)成的光發(fā)射表 面。
基于根據(jù)光線跟蹤的結(jié)果所確定的配光控制透鏡的基本結(jié)構(gòu)，分別 如圖7、 8以及9所示設(shè)計(jì)了三種LED光學(xué)模塊。這三種LED光學(xué)模塊 僅在它們的配光控制透鏡方面彼此不同(具體來說，配光控制透鏡的光 發(fā)射表面的形狀彼此不同)。
圖7所示LED光學(xué)模塊la是窄LED光學(xué)模塊。其配光控制透鏡5 具有由多個(gè)(這種情況下為八個(gè))形狀不同的連續(xù)自由彎曲表面組成的 光發(fā)射表面25 。該光發(fā)射表面25具有相對(duì)于配光控制透鏡的中心軸Z(或 LED的光軸X)大致點(diǎn)對(duì)稱的形狀。
圖8所示LED光學(xué)模塊lb是中間LED光學(xué)模塊。其配光控制透鏡 5具有由多個(gè)(這種情況下為四個(gè))形狀不同的連續(xù)自由彎曲表面組成的 光發(fā)射表面25。該光發(fā)射表面25具有相對(duì)于配光控制透鏡的中心軸Z(或
13LED的光軸X)大致點(diǎn)對(duì)稱的形狀。
圖9所示LED光學(xué)模塊lb是寬LED光學(xué)模塊。其配光控制透鏡5 具有由多個(gè)(這種情況下為四個(gè))形狀不同的連續(xù)自由彎曲表面組成的 光發(fā)射表面25。該光發(fā)射表面25具有相對(duì)于配光控制透鏡的中心軸Z(或 LED的光軸X)大致點(diǎn)對(duì)稱的形狀。
在每一個(gè)配光控制透鏡都是沿著包括配光控制透鏡的中心軸Z的平 面切割并從該中心軸徑向延伸的情況下，對(duì)每一個(gè)都在中心軸Z附近具 有最大曲率的光發(fā)射表面25的截面進(jìn)行彼此比較，光發(fā)射表面的曲率按 圖9的寬LED光學(xué)模塊lc、圖8的中間LED光學(xué)模塊lb、圖7的窄LED 光學(xué)模塊la的次序增大。
圖6A的窄LED光學(xué)模塊表現(xiàn)出了如圖10所示的配光特性。圖6B 的中間LED光學(xué)模塊表現(xiàn)出了如圖11所示的配光特性。圖6C的寬LED 光學(xué)模塊表現(xiàn)出了如圖12所示的配光特性。從這些配光特性可以看出， 生成較窄配光特性的LED光學(xué)模塊具有曲率較大的光發(fā)射表面。
每一個(gè)配光控制透鏡中的具有不同形狀的多個(gè)自由彎曲表面中的每 一個(gè)都發(fā)射針對(duì)在LED光學(xué)模塊所照明的區(qū)域中限定的多個(gè)部分中的一 個(gè)部分提供配光特性的光。由此，形成每一個(gè)LED光學(xué)模塊的配光控制 表面的光發(fā)射表面的不同形狀的多個(gè)連續(xù)自由彎曲表面的數(shù)量與在LED 光學(xué)模塊所照明的區(qū)域中限定的多個(gè)部分的數(shù)量相同。
雖然這三種類型的LED光學(xué)模塊可以單獨(dú)使用，但也可以將相同類 型或不同類型的多個(gè)模塊進(jìn)行組合，以根據(jù)對(duì)LED照明裝置的希望規(guī)范 (例如，照明、要照明區(qū)域等)來構(gòu)造LED光學(xué)單元。
圖13是示出包括三個(gè)寬LED光學(xué)模塊lc的寬LED光學(xué)單元26c 的分解立體圖，而圖14是其立體圖。LED光學(xué)單元26c是將三個(gè)寬LED 光學(xué)模塊lc安裝在底部帶有散熱片和防水帽27的殼體28上而構(gòu)成的。 每一個(gè)LED光學(xué)模塊lc與殼體28之間都放置有導(dǎo)熱板(未示出)。通 過將固定螺釘29的桿穿過寬LED光學(xué)模塊lc的螺孔10并將其旋入形 成在殼體28上的對(duì)應(yīng)螺孔中，而將每一個(gè)寬LED光學(xué)模塊lc固定到殼 體28上。殼體28上還安裝有外部連接器30，用于從外部電源向該光學(xué)單元 提供電力。電纜將外部連接器30連接至配線連接器31，進(jìn)而又連接至寬 LED光學(xué)模塊lc上的板連接器15。
設(shè)置延伸部32來覆蓋除了寬LED光學(xué)模塊lc以外的其余區(qū)域，并 將外部透鏡33固定在殼體28上，從而完成寬LED光學(xué)單元26c。
殼體28由熱的良導(dǎo)體形成并且可以是鋁模制殼體。
類似的是，包括三個(gè)中間LED光學(xué)模塊lb的中間LED光學(xué)單元26b 和包括三個(gè)窄LED光學(xué)模塊la的窄LED光學(xué)單元26a也是如上所述來 設(shè)計(jì)的。
如圖15所示排列了總計(jì)九個(gè)LED光學(xué)單元26(包括兩個(gè)窄LED光 學(xué)單元、六個(gè)中間LED光學(xué)單元以及一個(gè)寬LED光學(xué)單元)，以構(gòu)成本 示范實(shí)施方式的LED照明裝置34。如圖16所示，這種排布結(jié)構(gòu)旨在利 用沿路肩每隔35 m按高度10 m設(shè)置并且被指配了要照明的道路區(qū)域的 每一個(gè)LED光學(xué)單元26來照明雙車道公路。
在這種構(gòu)造中，LED照明裝置34具有如圖17的框圖所示的光控制 電路40，從而可以分離地控制每一個(gè)LED光學(xué)單元26的光輸出。
光控制單元40包括一個(gè)接一個(gè)地連接至對(duì)應(yīng)LED光學(xué)單元26的恒 定電流電路41、每一個(gè)恒定電流電路41的輸入端子所連接至的光學(xué)輸出 控制器42、定時(shí)器43 (為外部設(shè)置單元)、亮度檢測(cè)器44，以及降雨量 檢測(cè)器45 (其被稱為環(huán)境狀況檢測(cè)單元)。光學(xué)輸出控制器42的輸入端 子連接至定時(shí)器43、亮度檢測(cè)器44以及降雨量檢測(cè)器45。
在光控制電路40中，光學(xué)輸出控制器42在接收到來自定時(shí)器43、 亮度檢測(cè)器44以及降雨量檢測(cè)器45的檢測(cè)信號(hào)時(shí)可以生成光學(xué)輸出控 制信號(hào)，并將該光學(xué)輸出控制信號(hào)遞送至相應(yīng)恒定電流電路41。在接收 到該控制信號(hào)時(shí)，恒定電流電路41都生成一控制電流，從而可以分離地 控制每一個(gè)LED光學(xué)單元26的光學(xué)輸出。
圖18是例示了根據(jù)如上所述LED照明裝置34的光學(xué)仿真的方向特 性的圖形。該圖包括了將100W的額定值施加至所有LED光學(xué)單元26來 獲取最大光學(xué)輸出時(shí)的方向特性的圖形(用(f)標(biāo)示)和將50°/。的額定
15值施加至所有LED光學(xué)單元26來獲取光學(xué)輸出時(shí)的方向特性的圖形(用
(h)標(biāo)示)。如該圖所示，當(dāng)整個(gè)光學(xué)輸出(h)減小得小于(f)時(shí)，該
LED照明裝置34的方向特性(h)的形狀與方向特性(f)的形狀幾乎相 同。
圖19例示了將具有上述方向特性的多個(gè)LED照明裝置34每隔35 m (D)以高度10m(H)沿路肩排列時(shí)路面上的光學(xué)仿真亮度分配的結(jié)果。 如圖所示，將LED照明裝置34沿車輛的行進(jìn)方向設(shè)置。如該圖所示， 每一個(gè)LED照明裝置34都可以利用具有對(duì)稱配光的、沿更靠近車輛的 方向和沿遠(yuǎn)離行進(jìn)車輛的方向發(fā)射的光來照明路面。即，對(duì)于定位在相 鄰LED照明裝置34之間的路面區(qū)域46來說，從一個(gè)LED照明裝置34a 發(fā)射出的沿更靠近行進(jìn)車輛的方向的光與從另一LED照明裝置34b發(fā)射 出的沿遠(yuǎn)離行進(jìn)車輛的方向的光彼此交疊。這種交疊的光被路面漫射和 反射，進(jìn)入駕駛員的眼睛，從而幫助駕駛員識(shí)別路面狀態(tài)。
當(dāng)車輛在無雨的夜間行進(jìn)時(shí)，駕駛員可以通過用具有如上所述的配 光的光來照明的道路視覺確認(rèn)車輛前方的路面狀況。這可以確保以高可 見度來安全行進(jìn)。
另一方面，當(dāng)車輛在雨夜行進(jìn)時(shí)，從LED照明裝置34b發(fā)射出的沿 遠(yuǎn)離車輛的方向(與車輛相對(duì)的方向)的光可以被因累積雨水而造成的 鏡面朝向與車輛相對(duì)的方向反射。這意味著，反射光可能不會(huì)進(jìn)入駕駛 員的眼睛。即，僅從LED照明裝置34a發(fā)射出的沿更靠近車輛的方向的 光才可以從位于相鄰LED照明裝置34之間的路面區(qū)域46反射并進(jìn)入駕 駛員的眼睛。與在沒有降雨的情況下行進(jìn)的情況相比，駕駛員必須利用 路面亮度降低的路面狀況來進(jìn)行視覺確認(rèn)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，這可能會(huì)影響安 全駕駛。
應(yīng)注意到，每一個(gè)LED照明裝置34a (34b)要照明的照明強(qiáng)度(發(fā) 射光通量)始終是恒定的，而與是否降雨無關(guān)。然而，在下雨期間，從 每一個(gè)LED照明裝置34a (34b)發(fā)射出的沿與車輛相對(duì)的方向的光不能 對(duì)駕駛員對(duì)路面的可見度做出貢獻(xiàn)，這意味著不能有效地使用該光。因 此，生成了無用光同時(shí)消耗了一定量的能量。鑒于這種常規(guī)問題，該LED照明裝置可以對(duì)改進(jìn)路面可見度做出貢
獻(xiàn)，而不會(huì)浪費(fèi)從LED照明裝置發(fā)射的光，從而確保駕駛員的高安全性。
而且，可以抑制任何無用光的生成以及浪費(fèi)的能耗，同時(shí)獲得高節(jié)能效 果。
具體來說，如圖17所示，可以通過安裝在LED照明裝置內(nèi)的光控 制電路40的定時(shí)器43、亮度檢測(cè)器44以及降雨量檢測(cè)器45來實(shí)時(shí)地檢 測(cè)道路狀況(周圍環(huán)境)，以將檢測(cè)到的信號(hào)遞送至光學(xué)輸出控制器42。
光學(xué)輸出控制器42基于三個(gè)檢測(cè)信號(hào)的組合來生成光學(xué)輸出控制 信號(hào)并將它們遞送至各自的恒定電流電路41 。恒定電流電路41可以生成 控制電流(恒定電流)以將它們遞送至相應(yīng)的LED光學(xué)單元26。因此， 可以分離地控制LD光學(xué)單元26的光學(xué)輸出。即，本發(fā)明的LED照明裝 置可以根據(jù)周圍環(huán)境狀況分離地控制構(gòu)成LED照明裝置的相應(yīng)LED光 學(xué)單元的光學(xué)輸出。因此，可以提供適于當(dāng)前周圍環(huán)境狀況的配光特性 來進(jìn)行照明。
圖20例示了在下雨或沒有下雨的情況下，根據(jù)基于LED照明裝置 的配光特性的光學(xué)仿真而導(dǎo)出的LED照明裝置34的方向特性。該圖包 括了在沒有下雨的情況下將100%的額定值施加至所有LED光學(xué)單元26 來獲取最大光學(xué)輸出時(shí)的方向特性的圖形(用(f)標(biāo)示)，和在降雨期間 分離地控制相應(yīng)LED光學(xué)單元26以提供對(duì)應(yīng)的特定光學(xué)輸出時(shí)的方向 特性的圖形(用(c)標(biāo)示)。
如該圖所示，沒有下雨的情況下LED照明裝置34的方向特性(f) 的形狀相對(duì)于作為中心的方向角0。幾乎對(duì)稱或相似。與此相反，在降雨 期間LED照明裝置34的方向特性(c)的形狀相對(duì)于作為中心的方向角 0。不對(duì)稱。在這種情況下，將從LED照明裝置34發(fā)射的光束指配成相 對(duì)于作為中心的方向角O。， 一側(cè)(在該圖中用"+"方向角表示)多于另一 側(cè)(在該圖中用"-"方向角表示)。
圖21例示了在將LD照明裝置34設(shè)計(jì)成具有這種方向特性時(shí)，路 面上的光學(xué)仿真亮度分配的結(jié)果。在圖20中，當(dāng)以LED照明裝置34為 中心時(shí)，用"+"方向角表示的一側(cè)對(duì)應(yīng)于圖21的更靠近車輛的方向，而用"-"方向角表示的一側(cè)對(duì)應(yīng)于與車輛相對(duì)的方向。即，各個(gè)LED照
明裝置34a和34b可以沿更靠近車輛的方向發(fā)射較多的光束，而沿與車 輛相對(duì)的方向發(fā)射較少的光束。
因此，投射到路面上的光束主要包括從各個(gè)LED照明裝置34a和34b 發(fā)射的沿更靠近車輛的方向的光束，而抑制了沿與車輛相對(duì)的方向的光 束。因此，即使車輛在雨夜行進(jìn)并且因累積雨水而在路面上形成鏡面表 面，從各個(gè)LED照明裝置34a和34b發(fā)射的幾乎所有光束都被鏡面狀面 有效地反射而進(jìn)入駕駛員的眼睛，從而浪費(fèi)了很少量的光束。由于抑制 了生成無助于改進(jìn)駕駛員可見度的浪費(fèi)光束，因而LED照明裝置可以被 設(shè)置成提供高節(jié)能效果。
在一個(gè)示范實(shí)施方式中，由于分離地控制了構(gòu)成LED照明裝置的每 一個(gè)LED光學(xué)單元，因而，可以將可以沿更靠近車輛的方向發(fā)射光的LED 光學(xué)單元控制成發(fā)射最大光學(xué)輸出的100%到50%(相對(duì)于所施加的最大 額定值為100%時(shí)的光學(xué)輸出)，同時(shí)可以將可以沿與車輛相對(duì)的方向發(fā) 射光的LED光學(xué)單元控制成發(fā)射最大光學(xué)輸出的50%到0%。另選的是， 根據(jù)特定周圍環(huán)境狀況，所有LED光學(xué)單元都可以提供100%光學(xué)輸出。
如所闡述的，LED光源和配光控制透鏡形成了供本發(fā)明的LED照 明裝置中所使用的LED光學(xué)模塊中使用的光學(xué)系統(tǒng)。這種構(gòu)造免除了使 用將來自光源的光定向至希望照明方向的反射器，得到了諸如縮減部件 數(shù)量、高裝配精度以及縮減照明裝置重量等優(yōu)點(diǎn)。
配光控制透鏡的球形光入射表面環(huán)繞著LED光源，用于增大通過光 入射表面進(jìn)入到配光控制透鏡中的光量與從LEG光源徑向發(fā)射并到達(dá)光 入射表面的光量的比率。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了光的有效使用。
在本發(fā)明的LED光學(xué)模塊中，配光控制透鏡的光發(fā)射表面由形狀不 同的多個(gè)連續(xù)自由彎曲表面構(gòu)成，從而使得從每一個(gè)自由彎曲表面發(fā)射 的光都能夠?qū)υ谡彰鲄^(qū)域中限定的多個(gè)部分中的每一個(gè)部分提供配光特 性。這種構(gòu)造使得能夠詳細(xì)設(shè)置LED光學(xué)模塊的配光特性，由此，顯著
地增加了設(shè)計(jì)配光特性的自由度。
根據(jù)本發(fā)明，可以通過替換配光控制透鏡來構(gòu)成具有不同配光特性的不同類型的LED光學(xué)模塊，以及將具有相同或不同配光特性的多個(gè)
LED光學(xué)模塊進(jìn)行組合來構(gòu)成LED光學(xué)單元。與單獨(dú)模塊相比，這種 LED光學(xué)單元可以提供更大量的照明光。與單一LED光學(xué)模塊類似的是， 這種構(gòu)造也可以詳細(xì)設(shè)置LED光學(xué)單元的配光特性，由此顯著地增加了 設(shè)計(jì)配光特性的自由度。
根據(jù)本發(fā)明，將具有相同或不同配光特性的多個(gè)LED光學(xué)單元進(jìn)行 組合來構(gòu)成LED照明裝置。在這種構(gòu)造中，較大照明區(qū)域中限定的多個(gè) 部分中的每一個(gè)部分都可以通過特定LED光學(xué)單元來指配特定配光特 性。就像是在具有LED光學(xué)單元的情況下，這種構(gòu)造不僅能夠在較大照 明區(qū)域上詳細(xì)地設(shè)置LED照明裝置的配光特性，而且能夠確保遍及該照 明區(qū)域的均勻亮度。因而，顯著地改進(jìn)了設(shè)計(jì)配光特性的自由度。
本發(fā)明的LED照明裝置可以根據(jù)當(dāng)前周圍環(huán)境狀況并且與之相適應(yīng) 地提供各種配光特性。由于減小了無助于照明裝置的功能的浪費(fèi)光束， 因而可以將LED照明裝置設(shè)置成提供高節(jié)能效果。
當(dāng)將本發(fā)明的LED照明裝置用作道路照明時(shí)，其可以在下雨期間以 高于常規(guī)照明裝置的亮度來照明路面。因此，本發(fā)明的LED照明裝置可 以增強(qiáng)駕駛員可見度的安全性。而且，當(dāng)僅通過簡(jiǎn)單地增加總光學(xué)輸出 來改進(jìn)可見度時(shí)，可以將消耗功率減小大約常規(guī)消耗功率的50%或以下。
當(dāng)將本發(fā)明的LED照明裝置用作停車場(chǎng)照明時(shí)，可以檢測(cè)包括進(jìn)入 照明區(qū)域的人或其它車輛在內(nèi)的周圍環(huán)境狀況，以增加其光學(xué)輸出以便 進(jìn)行瞬間更亮的照明，由此，確保了該區(qū)域內(nèi)的安全(也出于防盜措施 的目的)。在該人或車輛離開該區(qū)域之后，這種LED照明裝置可以通過 其控制功能來抑制光學(xué)輸出，以實(shí)現(xiàn)高節(jié)能效果。而且，當(dāng)將這種LED 照明裝置用作停車場(chǎng)照明時(shí)，可以將用于照明停車車輛的進(jìn)入方向的 LED光學(xué)單元控制成發(fā)射增加了光學(xué)輸出的光束，由此來控制該LED照 明裝置的配光特性。這可以實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的有效照明。
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權(quán)利要求
1、一種LED照明裝置，該LED照明裝置包括具有不同配光特性的一組LED光學(xué)單元，每一個(gè)LED光學(xué)單元都包括用于形成對(duì)應(yīng)配光特性的至少一個(gè)LED光學(xué)模塊，所述LED光學(xué)模塊包括用作光源的LED和沿該LED光源的照明方向布置的配光控制透鏡，安裝在同一LED光學(xué)單元上的LED光學(xué)模塊為同一類型，而安裝在不同LED光學(xué)單元上的LED光學(xué)模塊彼此不同，其中，所述LED照明裝置還包括光控制單元，該光控制單元包括環(huán)境狀況檢測(cè)單元，用于檢測(cè)所述LED照明裝置的周圍環(huán)境；LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元，用于控制每一個(gè)所述LED光學(xué)單元的光學(xué)輸出；以及光學(xué)輸出控制單元，用于向所述LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元遞送光學(xué)輸出控制信號(hào)，該光學(xué)輸出控制信號(hào)與來自所述環(huán)境狀況檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)相對(duì)應(yīng)，并且其中，基于來自所述環(huán)境狀況檢測(cè)單元的檢測(cè)信號(hào)，通過受從所述光學(xué)輸出控制單元遞送來的光學(xué)輸出控制信號(hào)控制的所述LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元對(duì)每一個(gè)所述LED光學(xué)單元的光學(xué)輸出進(jìn)行分別控制，從而可以控制所述LED照明裝置的配光特性。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED照明裝置，其中，所述配光控制透 鏡包括來自所述LED的光入射到其上的入射表面和向外部發(fā)射光的光發(fā) 射表面，所述入射表面和所述光發(fā)射表面都沿照明方向相對(duì)于所述LED 彎曲，以形成大致凸?fàn)钶喞?；所述配光控制透鏡的焦點(diǎn)位于所述LED所放置之處或其附近；并且 所述光發(fā)射表面包括形狀不同的多個(gè)連續(xù)自由彎曲表面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED照明裝置，其中，所述配光控制透 鏡的所述光發(fā)射表面具有根據(jù)來自所述配光控制透鏡的焦點(diǎn)的光的入射 角以連續(xù)方式沿指定方向?qū)膺M(jìn)行折射的形狀。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的LED照明裝置，其中，所述LED光學(xué)單元驅(qū)動(dòng)/控制單元包括恒定電流電路。
5、根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的LED照明裝置，其中，所 述環(huán)境狀況檢測(cè)單元至少包括亮度檢測(cè)器和/或用于檢測(cè)降雨量的降雨量 檢測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明涉及LED照明裝置。提供了一種以LED為光源的照明裝置。該LED照明裝置可以根據(jù)周圍環(huán)境狀況來控制發(fā)射光的配光特性，從而可以改進(jìn)該照明裝置的功能并且可以獲得高節(jié)能效果。三種類型的LED光學(xué)模塊每一種都包括LED光源和按不同形狀形成的配光控制透鏡，并且具有彼此不同的配光特性。三種類型的LED光學(xué)單元的每一個(gè)都包括多個(gè)相同類型的上述LED光學(xué)模塊。該LED照明裝置可以包括具有彼此不同的配光特性的一組LED光學(xué)單元。該LED照明裝置可以包括用于根據(jù)周圍環(huán)境狀況分離地控制相應(yīng)LED光學(xué)單元由此總體上控制配光特性的光控制單元。
文檔編號(hào)H05B37/02GK101672433SQ20091000228
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者小池輝夫, 山田光雄, 蘆沼和昭 申請(qǐng)人:斯坦雷電氣株式會(huì)社