用于大规模建筑照明的基于led的灯具的制作方法

专利名称：用于大规模建筑照明的基于led的灯具的制作方法
用于大规模建筑照明的基于LED的灯具
背景技术：
数字照明技术(即基于例如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照明)提供了 对传统荧光灯、HID灯和白炽灯提供了可行的替换。LED的功能优点和益处包括高能量转换 和光学效率、耐用性、较低的操作成本以及许多其他优点。LED技术方面的最新发展已经提 供了在许多应用中实现各种照明效果的高效和具有鲁棒性的全光谱照明源。一些包含这些 源的照明装置的特征在于照明模块，其包括一个或多个能够产生不同颜色(例如红色、绿 色和蓝色)的LED和用于独立控制LED的输出以便产生各种颜色和颜色变化照明效果的处 理器，如美国专利No. 6016038和6211626中详细讨论的。特别地，采用高通量LED的灯具正在快速兴起作为传统光装置的高级替换，因为 它们具有更高的总体发光效率并且具有产生各种照明图案和效果的能力。这些灯具的设 计和操作中涉及的一个重要问题是热管理，因为LED在更冷的温度操作时以更高效力执 行并且持续更长时间。高通量LED倾向于特别地对操作温度敏感，因为驱散由这些LED 产生的热的效率显著相关于LED光源的操作寿命、性能和可靠性。因此，保持最优结温 (junction temperature)在开发高性能照明系统方面是重要考虑因素。然而，当所述照明 装置(fixture)的尺寸和LED光源的密度和通量增加时高效的散热可能面临挑战。例如那 些用于外部应用的更大照明装置所涉及的问题也是操作和安装的安全性以及耐用性。基于LED的灯具的一个期望应用(特别是那些采用高通量LED的灯具)是照明大 型建筑物表面和对象，在特定方向上聚集光。常规的投影装置已经为此目的在各种剧场、电 视、建筑和通用照明应用(例如高射投影、聚光灯照明、机场跑道和高层建筑的照明等等) 中使用了许多年。典型地，这些照明装置包括邻近凹面反射器安装的白炽灯或气体放电灯， 该凹面反射器将光反射穿过透镜组件以将窄光束朝目标对象投射相当大的距离。近年来，基于LED的照明装置(lighting fixture)也被用在某些类型的投影照明 装置中、被配置为用于内部或外部应用以改进三维对象的清晰度的灯具、以及提供聚光灯 照明或用于建筑表面的墙洗(wall-washing)照明效果。特别地，单个或多个LED的表面安 装或板载芯片组件已经在用于要求与窄光束生成相结合的高亮度(以提供照明的密集聚 焦/低几何扩展)的应用的产业中引起注意。“板载芯片”(COB)LED组件通常是指一个或 多个其中制作了一个或多个LED结(junction)的半导体芯片(或“管芯”)，其中芯片(一 个或多个)直接安装(例如粘附)到印刷电路板(PCB)。随后，芯片(一个或多个)电线地 结合到PCB，之后可以使用一团(glob)环氧树脂或塑料来覆盖芯片(一个或多个)和电线 连接。一个或多个这种LED组件(或“LED组”)又可以安装到照明装置的公共安装板或衬 底。对于一些包含LED芯片或管芯的窄束应用，光学元件可以与LED板载芯片组件一 起使用以方便所产生的光的聚焦以创建窄束准直或准准直的光。用于准直可见光的光学结 构(通常被称为“准直器透镜”或“准直器”)在本领域是公知的。这些结构捕获或重定向 光源所发射的光以改进其方向性。一种这样的准直器是全内反射(“TIR”)准直器。TIR 准直器包括反射性内表面，其被定位以捕获由与所述准直器对向的光源发射的大量光。常规TIR准直器的反射性表面典型地是圆锥形的，即其是由抛物线、椭圆或双曲线获得的。因此，在本领域中，存在对具有改进的光提取和散热特性的高性能基于LED的灯 具的需要。特别期望的是适合用于大规模照明应用的基于LED的窄束灯具，所述大规模照 明应用例如大对象和结构的聚光灯照明或用于外部建筑表面的墙洗照明效果。

发明内容
在其各种实施例和实现方式中，本文所公开的本发明总体涉及采用能够在长距离 上投射光并且提供具有高流明输出的很多种照明效果的基于LED的光源的外部建筑装置。 更特别地，本发明针对适合用于大规模正面洗涤并且用于照明大型建筑结构(例如摩天大 楼、娱乐场所和零售企业)的建筑照明装置。在各种实现方式中，建筑灯具或照明装置包括至少两个基于LED的照明单元，每 个照明单元包括多个基于LED的光源。在一个示范性实现方式中，每个照明单元包括“LED 组”或板载芯片组件形式的大量LED源，其可以被配置为产生多种辐射光谱的任一种。灯具 的照明单元被配置为使得形成在照明单元之间具有空气间隙的“分离壳体”结构以方便散 热，并且每个照明单元装配有散热鳍片以进一步方便散热。在另一方面，所述照明装置可以 包括电源和控制电路，其设置在耦合到所述分离照明装置壳体的单独控制器壳体中以便允 许控制器壳体与分离照明装置壳体之间的空气间隙。在又一个方面，根据本发明的各种实施例的建筑灯具进一步可以包括多个分离反 射器光学器件，其用于将由每个照明单元的LED组产生的光准直为具有例如大约5度束角 的窄束。在各种实现方式中，每个反射器光学器件具有顶部和底部，其限定了单一的反射性 表面。所述顶部的最大直径大于或等于所述底部的最大直径(包含其安装脚)，以允许反射 器光学元件的密集包装配置。本文为本公开的目的使用的术语“LED”应当被理解为包括任何电致发光二极管或 其他类型的能够响应于电信号产生辐射的基于载体注入/接合的系统。因此，术语LED包括 但不限于各种响应于电流发光的基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、 电致发光带(strip)等等。特别地，术语LED是指可被配置为产生在红外光谱、紫外光谱和可见光谱各个部 分中的一个或多个中的辐射(通常包括从大约400纳米到大约700nm的辐射波长)的所有 类型(包括半导体和有机发光二极管)发光二极管。LED的一些实例包括但不限于各种类 型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白 色LED (下面将进一步讨论)。还应当理解，LED可以被配置和/或控制以产生对于给定光 谱(例如窄带宽、宽带宽)具有各种带宽(例如半高全宽或FWHM)和给定通用颜色分类内 的多种主波长的辐射。例如，被配置为产生基本白色光的LED (例如白色LED)的一种实现方式可以包括 多个管芯，其分别发射电致发光的不同光谱，其组合地混合以形成基本白色光。在另一种实 现方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换为具有不同的第二光谱的磷光 体材料相关联。在该实现方式的一个实例中，具有相对较短的波长和窄带宽光谱的电致发 光“泵浦(pump) ”磷光体材料，其又发射具有稍微更宽光谱的更长波长的辐射。还应当理解，术语LED不限于物理和/或电封装类型的LED。例如，如上所讨论，
5LED可以指具有多个被配置为分别发射不同辐射光谱的管芯(例如其可以或不可以单独可 控)的单个发光设备。LED也可以与被认为是LED(例如，某些类型的白色LED)的组成部 分(integralpart)的磷光体相关联。一般地，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、 表面安装的LED、板载芯片LED、T-封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某些类 型的包装(encasement)和/或光学元件(例如，发散透镜)的LED等等。术语“光源”应当被理解为是指包含但不限于基于LED的源(包括如上所定义的 一个或多个LED)、白炽源、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如，钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤 素灯)和其他源的多种辐射源中的任意一种或多种。给定的光源可以被配置为产生可见光 谱内、可见光谱外或二者的组合中的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可互换 地使用。此外，光源可以包括作为集成部件的一个或多个滤波器(例如，滤色器)、透镜或 其他光学部件。还应当理解，所述光源可被配置用于多种应用，包括但不限于指示、显示和 /或照明。“照明源”是特别地配置为产生具有足够强度以有效照亮内部或外部空间的辐射 的光源。在该上下文中，“足够强度”是指足以提供环境照明的空间或环境中产生的可见光 谱中的充足的辐射功率(就辐射功率或“光通量”而言，单位“流明”通常用于表示在所有 方向上来自光源的总光输出)。术语“光谱”应当被理解为指由一个或多个光源产生的辐射的任意一个或多个频 率(或波长)。相应地，术语“光谱”不仅指可见范围内的频率(或波长)，而且还指红外、 紫外和整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。给定的光谱也可以具有相对较窄的 带宽(例如，本质上具有很少频率或波长成分的FWHM)或相对较宽带宽(具有各种相对强 度的若干频率或波长成分)。还应当理解，给定光谱可以是两个或更多其他光谱混合的结果 (例如混合分别从多个光源发射的辐射)。为了本公开的目的，术语“颜色，，可以与术语“光谱，，互换地使用。然而，术语“颜 色”一般用于主要指可由观察者感知的辐射的属性(尽管该用途不意在限制该术语的范 围)。相应地，术语“不同颜色”暗示地指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应 当理解，术语“颜色”可以结合白色和非白色光使用。术语“色温”在本文中一般结合白光使用，尽管该用途没有限制该术语的范围。色 温基本上指白光的特定颜色内容或阴影(shade)(例如，淡红色、淡蓝色)。给定辐射样本的 色温通常根据黑体辐射器的绝对温度(degrees Kelvin) (K)表征，黑体辐射器发射与所讨 论的辐射样本基本相同的光谱。黑体辐射器色温一般落在从大约700度K(通常被认为是 人眼睛可见的)到10000度K的范围内；白光一般被感知处于高于1500-2000度K的色温。较低的色温一般指示具有更显著的红色成分或“更暖的感觉”的白光，而较高的色 温一般指示具有更显著的蓝色成分或“更冷感觉”的白光。通过实例，火具有大约1800度K 的色温，常规白炽灯泡具有大约2848度K的色温，早晨的日光具有大约3000度K的色温， 阴天中午的天空具有大约10000度K的色温。在具有大约3000度K的色温的白光下观看 的彩色图像具有相对微红的色调，而在具有大约10000度K色温的白光下观看相同的彩色 图像具有相对微蓝的色调。术语“照明装置”在本文中用于指一个或多个照明单元以特定形状因子、组装或封 装的实现方式或布置。术语“照明单元”在本文中用于指包括一个或多个相同或不同类型 的光源的装置(apparatus)。给定的照明单元可以具有多种用于光源(一个或多个)的安装布置、机壳/外壳布置和形状和/或电气和机械连接配置中的任何一种。此外，给定的照 明单元可选地可以与相关于光源(一个或多个)的操作的各种其他组件(例如，控制电路) 相关联(例如，包括、耦合到和/或与其一起封装)。“基于LED的照明单元”是指单独地或 结合其他不基于LED光源地包含一个或多个如上所讨论的基于LED的光源的照明单元。“多 通道”照明单元是指包含至少两个被配置为分别产生不同辐射光谱的光源的基于LED或不 基于LED的照明单元，其中每个不同源光谱可以被称为所述多通道照明单元的“通道”。术语“控制器”在本文中一般用于描述相关于一个或多个光源的操作的各种装置。 控制器可以以多种方式(例如，用专用硬件)实现以执行本文所讨论的各种功能。“处理器” 是控制器的一个实例，其使用一个或多个用软件(例如，微码)编程以执行本文所讨论的各 种功能的微处理器。控制器可以采用处理器或不采用处理器实现，并且也可以实现为执行 一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关 联的电路)的组合。在本公开的各种实施例中可以使用的控制器组件的实例包括但不限于 常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质(在本文中一般 被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，如RAM、PROM、EPROM和EEPR0M、软 盘、压缩盘、光盘、磁带等等)相关联。在一些实现方式中，所述存储介质可以用一个或多个 程序来编码，所述程序在一个或多个处理器和/或控制器上运行时执行至少一些本文中所 讨论的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或可以是可转移的，从而使得所 述一个或多个存储在其上的程序可以被装载到处理器或控制器内以便实现本文所讨论的 本公开的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以通用意义用于指可以被用于 编程一个或多个处理器或控制器的任意类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。术语“可寻址的”在本文中用于指一种设备(例如，通常的光源、照明单元或装置、 与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关设备等等)，其被 配置为接收用于多个设备(包括其本身)的信息(例如数据)并且有选择地响应于用于它 的特定信息。术语“可寻址的”通常结合联网环境(或下面进一步讨论的“网络”)使用，其 中多个设备经由一些通信介质或媒质耦合在一起。在一个网络实现方式中，耦合到网络的一个或多个设备可以充当用于(例如以主 /从的关系)耦合到所述网络的一个或多个设备的控制器。在另一个实现方式中，联网的 环境可以包括一个或多个被配置为控制一个或多个耦合到网络的设备的专用控制器。一 般地，耦合到网络的多个设备的每一个都可以访问通信介质或媒质上存在的数据；然而，给 定的设备可以是“可寻址的”，因为它被配置为基于例如一个或多个分配给它的特定标识符 (例如“地址”)有选择地与网络交换数据(即从网络接收数据和/或向网络发送数据)。本文中使用的术语“网络”是指两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任意 互连，其方便了信息在耦合到网络的任意两个或更多设备和/或在连接到网络的多个设备 之间的传输(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等等)。应当容易理解，适合用于互 连多个设备的网络的各种实现方式可以包括多种网络拓扑中任意一种并且可以使用多种 通信协议中任意一种。此外，在根据本公开的各种网络中，两个设备之间的任何一个连接可 以表示这两个系统之间的专用连接，或可替换地表示非专用连接。除了携带用于这两个设 备的信息之外，这种非专用连接可以携带不必用于这两个设备中任何一个的信息(例如开放网络连接)。而且，应当容易理解，如本文所讨论的设备的各种网络可以使用一个或多个 无线、有线/电缆和/或光纤连接以方便遍及网络的信息传输。本文所使用的术语“用户接口”是指人类用户或操作者与一个或多个设备之间的 接口，其实现了该用户与设备(一个或多个)之间的通信。在本公开的各种实现方式中可 以使用的用户接口的实例包括但不限于开关、电位计、按钮、表盘、滑块、鼠标、键盘、键区、 各种类型的游戏控制器(例如，操纵杆)、跟踪球、显示屏、各种类型的图形用户接口(GUI)、 触摸屏、麦克风和其他类型的可以接收一些形式的人类产生的刺激并响应于此产生信号的 传感器。应当理解，本文明确使用的、也可以出现在下面通过引用合并于此的任何公开中 的术语应当被赋予与本文所公开的特定发明构思最一致的意义。


在附图中，遍及不同的视图，相似的附图标记一般是指相同的部件。而且，附图不 必是按比例的，而重点一般放在图示本文所公开的技术原理和相关的发明构思上。图1是示出适合用于本文所公开的建筑灯具的可控的基于LED的照明单元的示意 图；图2是示出图1的基于LED的照明单元的联网系统的示意图；图3A-3G示出根据本发明的一些实施例的建筑灯具的各种视图，其中一些是局部 视图；图4A-4B示出根据本发明的技术的各种实现方式的图3A-3G的建筑灯具的电源和 控制器外壳；图5A-5E示出适合用于图3A-3G的建筑灯具的反射器光学元件；图6A-6C示出用于在图3A-3G的建筑灯具安装图5A-5E的反射器光学元件的方 法；图7示出根据本发明技术的可替代实现方式的建筑灯具。
具体实施例方式下面描述本发明的各种实施例和实现方式，包括与投影照明、特别是对大型对象 和结构的聚光灯照明和建筑表面的墙洗相关的特定实现方式。然而，应当理解，本公开不限 于任何特定形式的实现方式，并且本文所明确讨论的各种实施例主要用于说明的目的。例 如，本文所讨论的各种构思可以适当地在具有不同形状因子和光输出且适合用于内部和/ 或外部照明的多种装置中实现。一般地，在一些方面，本发明涉及能够在朝向目标对象的相当大距离上投射窄光 束并且适合用于照明大型建筑结构(例如大楼和桥)的高输出照明系统。这些“远程投 掷”照明系统集成了高效和紧凑的电源和用于驱动高强度LED以大规模实现各种各样照明 效果的控制组件。图1示出根据本公开许多实现方式的适合与照明系统一起使用的照明 单元100的一个实例。可以例如在2000年1月18日发布的标题为“Multicolored LED Lighting Method and Apparatus” 的美国专利 No. 6016038 和 2001 年 4 月 3 日发布的标 题为“IlluminationComponents”的美国专利No. 6211626中找到与下面结合图1描述的那些相似的基于LED的照明单元的一些通用实例。在各种实施例中，图1中示出的照明单元 100可以单独地或与其他相似的照明单元一起用于照明单元的系统(例如，如下面结合图2 进一步讨论的)中。参照图1，在许多实施例中，照明单元100包括一个或多个光源104A、104B、104C和 104D(共同被显示为104)，其中一个或多个光源可以是包含一个或多个LED的基于LED的 光源。所述光源的任意两个或更多可以适于产生不同颜色(例如，红色、绿色、蓝色)的辐 射；在该方面，如上所讨论，每个不同颜色的光源产生构成“多通道”照明单元的不同“通道” 的不同源光谱。尽管图1示出四个光源104A、104B、104C和104D，但是应当理解，该照明单 元不限于这个方面，因为适于产生多种不同颜色(包括基本白色光)的辐射的不同数量和 各种类型的光源(所有基于LED的光源、基于LED和不基于LED的光源的组合等)可以用 在照明单元100中，如下面进一步讨论的。如图1进一步所示，照明单元100也可以包括被配置为输出一个或多个控制信号 以驱动光源以便从光源产生各种强度的光的控制器105。例如，在一种实现方式中，控制器 可以被配置为针对每个光源输出至少一个控制信号以便独立地控制由每个光源产生的光 的强度(例如，以流明为单位的辐射功率)；可替换地，控制器可以被配置为输出一个或多 个控制信号以同样地共同控制一组两个或更多光源。可以由控制器产生以控制光源的控 制信号的一些实例包括但不限于脉冲调制信号、脉宽调制信号(PWM)、脉冲幅度调制信号 (PAM)、脉冲编码调制信号(PCM)、模拟控制信号(例如电流控制信号、电压控制信号)、上述 信号的组合和/或调制或其他控制信号。在一个方面，特别地结合基于LED的光源，一个或 多个调制技术使用应用于一个或多个LED的固定电流水平来提供可变控制，使得减轻在使 用可变LED驱动电流的情况下LED输出中可以出现的潜在的不想要的或不可预测的变化。 在另一方面，控制器105可以控制其他专用电路(图1中未示出)，其又控制光源以便改变 它们相应的强度。一般地，由上述一个或多个光源产生的辐射的强度(辐射输出功率)与在给定时 间段上传递给光源(一个或多个)的平均功率成比例。因此，一种用于改变由所述一个或 多个光源产生的辐射的强度的技术涉及调制传递给光源(一个或多个)的功率(即，操作 功率)。对包括基于LED的光源的一些类型的光源，这可以使用脉宽调制(PWM)技术有效地 实现。在PWM控制技术的一个示范性实现方式中，对于照明单元的每个通道，在构成通 道的给定光源的两端上周期性地施加固定的预定电压v_rce。电压vs。urce的施加可以经由受 控制器105控制的一个或多个开关(未示出)来实现。当电压Vswra被施加到电源两端上 的同时，允许预定的(例如，由电流调节器(图1中也未示出)确定的)固定电流Iswra流 过光源。再次回想，基于LED的光源可以包括一个或多个LED，使得可以将电压Vstjuree施加 到构成光源的一组LED，并且电流Is。urce可以被该组LED汲取(drawn)。在通电时光源两端 的固定电压Vswrce和在通电时光源所汲取的经调节电流Is_。e确定了光源的瞬时操作功率 Psource的量(ps。m。e = Vsource-Isource)。如前所述，对于基于LED的光源，使用调节的电流减轻 在使用可变LED驱动电流的情况下可能出现的LED输出中潜在的不想要的或不可预测的变 化。根据PWM技术，通过周期性将电压Vsource施加到光源并改变在给定开关循环期间施加电压的时间，可以调制传递给光源的时间上的平均功率(平均操作功率)。特别地， 控制器105可以被配置为将电压Vsource以脉冲模式(例如通过输出操作一个或多个开 关以施加电压到光源的控制信号)、优选地以大于能够被人眼检测到的频率(例如大于大 约100Hz)施加至给定光源。以此方式，由光源产生的光的观察者不会感知离散的开关循环 (通常被称为“闪烁效果”)，而相反地，眼睛的综合功能感知到基本连续的光产生。通过调 节控制信号的开关循环的脉冲宽度(即，接通时间或“占空比”)，控制器改变在任意给定的 时间段中通电光源的平均时间量，并且因此改变光源的平均操作功率。以此方式，又可以改 变从每个通道产生的光的感知的亮度。如下面更详细讨论的，控制器105可以被配置为控制多通道照明单元的每个不同 光源通道处于预定的平均操作功率以提供每个通道所产生的光的相应辐射输出功率。可替 换地，控制器可以从多种来源(例如用户接口 118、信号源124或一个或多个通信端口 120) 接收指令(例如，“照明命令”)，其为一个或多个通道指定规定的操作功率，并且因此指定由 相应的通道产生的光的相应的辐射输出功率。通过改变用于一个或多个通道的规定的操作 功率(例如，依据不同的指令或照明命令)，照明单元可以产生不同感知颜色和亮度水平的 光。在照明单元100的一个实施例中，如上所述，图1中所示的一个或多个光源104A、 104B、104C和104D可以包括由控制器105—起控制的一组多个LED或其他类型的光源(例 如，LED或其他类型光源的各种并联和/或串联连接)。此外，应当理解，一个或多个光源可 以包括适于产生具有多种光谱(即，波长或波长带)的任意一种的辐射的一个或多个LED， 所述辐射包括但不限于各种可见颜色(包括基本白光)、各种色温的白光、紫外光或红外 光。具有多种光谱带宽(例如，窄带、更宽的带)的LED可以用在照明单元的各种实现方式 中。照明单元100可以被构造并设置为产生宽范围的可变颜色辐射。例如，在各种实 现方式中，照明单元可以特别地被设置为使得由两个或更多光源产生的可控的可变强度 (即，可变辐射功率)光结合以产生混合颜色光(包括具有多种色温的基本白色光)。特别 地，所述混合颜色光的颜色(或色温)可以通过(例如响应于一个或多个由控制器105输 出的控制信号)改变光源的一个或多个相应的强度(输出辐射功率)来改变。而且，控制 器可以特别地被配置为向一个或多个光源提供控制信号以便产生多种静态的或随时间变 化(动态的)的多颜色(或多色温)照明效果。为此，在一个实施例中，控制器可以包括处 理器102 (例如，微处理器)，其被编程以向一个或多个光源提供这种控制信号。处理器可以 被编程为响应于照明命令或响应于各种用户或信号输入而自动提供这种控制信号。因此，照明单元100可以包括各种组合形式的很多种颜色的LED，包括红色、绿色 和蓝色LED中的两个或更多以产生颜色混合，以及包括一个或多个其他LED以创建改变颜 色和色温的白光。例如，红色、绿色和蓝色可以与琥珀色、白色、UV、橙色、IR或其他颜色的 LED混合。此外，具有不同色温的多个白色LED (例如，一个或多个产生对应于第一色温的第 一光谱的第一白色LED，和一个或多个产生对应于与第一色温不同的第二色温的第二光谱 的第二白色LED)可以在全白色LED照明单元中或与其他颜色的LED组合使用。这种不同 颜色LED和/或不同色温白色LED在照明单元100中的组合可以方便精确再现照明条件的 许多(a host of)期望光谱，所述照明条件的实例包括但不限于一天的不同时间处各种外部日光等效物、各种内部照明条件、用于模拟复杂的多颜色背景的照明条件等等。其他期望 的照明条件可以通过除去可以特别地在特定环境中被吸收、衰减或反射的特定段(Piece) 光谱来创建。例如，水易于吸收并衰减大多数非蓝色和非绿色光，所以水下应用可以受益于 被定制(tailored)以相对于其他光谱元素强调或衰减一些光谱元素的照明条件。如图1所示，照明单元100还可以包括存储器114以存储各种数据。例如，该存储 器可以用于存储由处理器102执行的一个或多个照明命令或程序(例如以产生用于光源的 一个或多个控制信号)，以及对产生可变颜色辐射有用的各种类型数据(例如，下面进一步 讨论的校准信息)。该存储器还可以存储可以本地或在系统级上使用以识别照明单元的一 个或多个特定标识符(例如，序列号、地址等)。在各种实施例中，这种标识符可以由例如制 造商预编程并且其后可以是(例如经由定位在照明单元上的某种类型的用户接口、经由由 照明单元接收的一个或多个数据或控制信号，等等)可变的或不可变的。可替换地，这种标 识符可以在本领域中在开始使用照明单元的时间处确定，并且其后再次可以是可变的或不 可变的。在另一个方面，也如图1所示，照明单元100可选地可以包括被提供以方便多个用 户可选设置或功能的任何一个(例如，一般地控制照明单元100的光输出、改变和/或选择 将由照明单元产生的各种预编程的照明效果、改变和/或选择所选照明效果的各种参数、 设置特定标识符，例如照明单元的地址或序列号，等)的一个或多个用户接口 118。用户接 口与照明单元之间的通信可以通过有线或电缆或无线传输实现。在各种实施例中，照明单元的控制器105监控用户接口 118并至少部分基于接口 的用户操作来控制一个或多个光源104A、104B、104C和104D。例如，控制器可以被配置为 通过产生一个或多个用于控制一个或多个光源的控制信号响应于用户接口的操作。可替换 地，处理器102可以被配置为通过选择存储在存储器中的一个或多个预编程的控制信号、 改变通过执行照明程序产生的控制信号、选择并执行来自存储器的新照明程序或相反地影 响由一个或多个光源产生的辐射来作出响应。特别地，在一种实现方式中，用户接口 118可以构成一个或多个开关(例如，标准 墙壁开关)，其中断了到控制器105的功率。在本实现方式的一个方面，控制器被配置为监 控由用户接口所控制的功率，并且又至少部分地基于由用户接口的操作导致的功率中断的 持续时间来控制一个或多个光源。如上所讨论，控制器可以特别地被配置为例如通过选择 存储在存储器中的一个或多个预编程控制信号、修改通过执行照明程序产生的控制信号、 选择并执行来自存储器的新照明程序或相反地影响由一个或多个光源产生的辐射来响应 功率中断的预定持续时间。照明单元100可以被配置为从一个或多个其他信号源124接收一个或多个信号 122。在一种实现方式中，照明单元的控制器105可以单独地或与其他控制信号(例如，通 过执行照明程序产生的信号、来自用户接口的一个或多个输出，等等)组合地使用信号(一 个或多个)122，从而以与上面结合用户接口讨论的相似的方式控制一个或多个光源104A、 104B、104C和104D。可以被控制器105接收并处理的信号(一个或多个)的实例包括但不 限于音频信号、视频信号、功率信号、各种类型的数据信号、表示从网络(例如因特网)获得 的信息的信号、表示一个或多个可检测的/感测的条件的信号、来自照明单元的信号、由调 制的光构成的信号，等等。在各种实现方式中，信号源124可以定位在远离照明单元100的地方，或作为照明单元的组件被包含于其中。在一个实施例中，来自一个照明单元的信号可 以在网络上被发送到另一个照明单元。仍然参照图1，照明单元可以包括一个或多个光学元件130以光学地处理由光源 104A、104B、104C和104D产生的辐射。例如，一个或多个光学元件可以被配置为使得改变所 产生的辐射的空间分布和传播方向中的一个或两个。特别地，一个或多个光学元件可以被 配置为改变所产生的辐射的扩散角。在该实施例的一个方面，一个或多个光学元件130可 以被特别地配置为可变地改变所产生的辐射的空间分布和传播方向中的一个或两个(例 如，响应于一些电气和/或机械的刺激)。可以包含在照明单元100中的光学元件的实例 包括但不限于反射性材料、折射性材料、半透明材料、滤波器、透镜、镜子和光纤。光学元件 130还可以包括发磷光材料、发光材料或其他能够响应于所产生的辐射或与之相互作用的 材料。照明单元100可以包括一个或多个通信端口 120以方便将照明单元耦合到多种其 他设备中的任意一种。例如，一个或多个通信端口可以方便将多个照明单元耦合在一起作 为联网的照明系统，其中至少一些照明单元是可寻址的(例如，具有特定的标识符或地址) 并且对在网络各处上传输的特定数据做出响应。特别地，在联网的照明系统环境中，如下面更详细地讨论的(例如结合图2)，当数 据经由网络传输时，耦合到网络的每个照明单元的控制器105可以被配置为对属于它的特 定数据(例如，照明控制命令)作出响应(例如，在一些情况下，由联网照明单元的相应标 识符指示)。一旦给定的控制器识别旨在用于它的特定数据，它便可以读取该数据并且例如 根据所接收的数据改变由其光源产生的照明条件(例如，通过产生适合用于光源的控制信 号)。在一个方面，耦合到网络的每个照明单元的存储器114可以例如装载有例如照明控制 信号的表，照明控制信号对应于控制器的处理器102接收的数据。一旦处理器从网络接收 到数据，该处理器可以查阅所述表以选择对应于所接收的数据的控制信号，并且相应地控 制照明单元的光源。在该实施例的一个方面，给定的照明单元的处理器102(无论耦合到网络与否)可 以被配置为解释以DMX协议(如在美国专利6016038和6211626中所讨论的)接收的照明 指令/数据，该DMX协议是在用于一些可编程照明应用的照明工业中常规使用的照明命令 协议。例如，在一个方面，现在考虑基于红色、绿色和蓝色LED的照明单元(即，“R-G-B”照 明单元)，DMX协议中的照明命令可以指定红色通道命令、绿色通道命令和蓝色通道命令中 的每一个作为表示0-255的值的8位数据(即，数据字节)。针对任意一个颜色通道的最大 值255命令(instruct)处理器控制相应光源(一个或多个)以针对该通道的最大可用功 率(即100%)操作，由此产生针对所述颜色的最大可用辐射功率(这种用于R-G-B照明单 元的命令结构通常被称为24位颜色控制)。因此，格式[R，G，B] = [255,255,255]的命令 将导致照明单元产生针对红色、绿色和蓝色光中每一个的最大辐射功率(由此产生白光)。然而，应当理解，适合用于本公开的目的照明单元不限于DMX命令格式，因为根据 各种实施例的照明单元可以被配置为对其他类型的通信协议/照明命令格式做出响应，以 便控制它们的相应光源。一般地，处理器102可以被配置为响应多种格式的照明命令，所述 多种格式表达了根据表示用于每个通道的零到最大可用操作功率的一些标度规定的用于 多通道照明单元的每个不同通道的操作功率。
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照明单元100可以包括和/或耦合到一个或多个电源108。在各个方面，电源(一 个或多个)的实例包括但不限于AC电源、DC电源、电池、基于太阳能的电源、基于热电或机 械的电源等等。此外，在一个方面，电源(一个或多个)可以包括或与一个或多个功率转换 设备相关联，功率转换设备将被外部电源接收的功率转换为适合照明单元操作的形式。给定的照明单元还可以具有多种用于光源(一个或多个)的多种安装设置、部分 或完全封闭光源的机壳/外壳设置和形状、和/或电气和机械连接配置中的任何一种。特 别地，在一些实现方式中，照明单元可以被配置成作为替换或“改型”以电气地和机械地接 合在常规插座或固定装置(fixture arrangement)(例如，爱迪生型的螺旋口插座、卤素固 定装置、荧光固定装置等等)中此外，如上所讨论的一个或多个光学元件可以部分地或全部地与照明单元的机壳 /外壳设置集成。而且，上面所讨论的照明单元的各种部件(例如，处理器、存储器、电源、用 户接口等等)以及其他可以在不同实现方式中与照明单元相关联的部件(例如传感器/换 能器，方便传输到单元和从单元传输的其他部件，等等)可以以多种方式封装；例如，在一 个方面，各种照明单元部件以及其他可以与照明单元相关联的部件的任意子集或全部可以 被封装在一起。在另一个方面，封装的部件的子集可以以多种方式电气地和/或机械地耦 合在一起。图2示出根据本公开的一个实施例的联网照明系统200的实例，其中与上面结合 图1所讨论的相似的多个照明单元100被耦合在一起以形成联网的照明系统。然而，应当 理解，图2中所示的照明单元的特定配置和设置仅仅用于图示目的，并且本公开不限于图2 所示的特定系统拓扑。此外，尽管在图2中没有明确示出，但是应当理解，联网的照明系统200可以被灵 活地配置成包括一个或多个用户接口以及一个或多个信号源，例如传感器/换能器。例如， 一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源(例如传感器/换能器)(如上面结合图1所 讨论)可以与联网的照明系统200的照明单元的任意一个或多个相关联。可替换地(或除 了上述情况)，一个或多个用户接口和/或一个或多个信号源可以在联网的照明系统中被 实现为“独立”部件。无论独立部件还是特别地与一个或多个照明单元100相关联的部件， 这些设备可以被联网的照明系统的照明单元“共享”。换种说法，一个或多个用户接口和/ 或一个或多个信号源(例如传感器/换能器)可以构成联网的照明系统中的“共享资源”， 其可以结合控制系统的照明单元的任意一个或多个来使用。如图2的实施例中所示，照明系统200可以包括一个或多个照明单元控制器(下 面称为“1^(”)2084、2088、208(和208D，其中每个LUC负责与耦合到它的一个或多个照明单 元100通信并一般地控制它们。尽管图2示出耦合到每个LUC的一个照明单元100，但是应 当理解，本公开不限于这个方面，因为不同数量的照明单元可以使用多种不同的通信介质 和协议以各种不同配置(串联连接、并联连接、串联和并联连接的组合，等等)耦合到给定 的LUC。每个LUC又可以耦合到被配置为与一个或多个LUC通信的中央控制器202。尽管 图2示出经由通用连接204(其可以包括任意数量的各种常规耦合、开关和/或联网设备) 耦合到中央控制器的四个LUC，但是应当理解，根据各种实施例，不同数量的LUC可以耦合 到中央控制器202。此外，根据本公开的各种实施例，LUC和中央控制器可以使用多种通信 介质和协议以各种配置耦合在一起以形成联网的照明系统200。而且，应当理解，LUC和中央控制器的互连以及照明单元到相应LUC的互连可以以不同方式来实现(例如使用不同配 置、通信介质和协议)。例如，根据本发明的一个实施例，图2所示的中央控制器202可以被配置为实现与 LUC的基于以太网的通信，并且反过来所述LUC可以被配置为实现与照明单元100的基于 DMX的通信。特别地，在该实施例的一个方面，每个LUC可以被配置为可寻址的基于以太网 的控制器并且因此可以使用基于以太网的协议经由特定唯一地址(或唯一一组地址)由中 央控制器识别。以此方式，中央控制器202可以被配置为支持遍及耦合的LUC的网络的以太 网通信，并且每个LUC可以响应于针对它的那些通信。而每个LUC可以例如基于与中央控 制器的以太网通信经由DMX协议将照明控制信息传输到耦合到它的一个或多个照明单元。更特别地，根据一个实施例，图2示出的LUC 208A、208B和208C可以被配置为“智 能的”，因为中央控制器202可以被配置为将更高等级的命令传输到LUC，这些命令需要在 照明控制信息可被转发到照明单元100之前由LUC解释。例如，照明系统操作者可以想要 产生颜色变化效果，倘若照明单元相对于彼此放置在特定位置，则该效果针对不同的照明 单元改变颜色使得产生颜色的传播彩虹外观(“彩虹追逐”)。在该实例中，操作者可以向 中央控制器提供简单指令以实现这一点，并且反过来该中央控制器可以使用基于以太网的 协议将高等级命令传输到一个或多个LUC以产生“彩虹追逐”。例如，所述命令可以例如包 含定时、强度、色调(hue)、饱和度或其他相关信息。当给定的LUC接收这种命令时，它可以 随后解释该命令并使用DMX协议将其他的命令传输到一个或多个照明单元，响应于此，照 明单元的相应源通过各种信号发送技术中的任意一种(例如，PWM)来控制。再次应当理解，在根据本公开的一个实施例的照明系统中使用多个不同的通信实 现方式(例如，以太网/DMX)的上述实例的目的仅仅是图示，并且本公开不限于该特定实 例。根据前述，可以理解，如上面讨论的一个或多个照明单元能够产生在宽颜色范围上高度 可控的可变颜色光，以及在宽色温范围上的可变色温白光。现在参照图3A-3D，描绘了根据本发明的一些实现方式的高输出建筑照明装置 (或灯具)300的前、后、侧和顶透视图。照明装置300使用固定地牢固处于照明装置内的若 干照明单元(例如，图3A示出的两个单元301、302，它们相对彼此成角度地设置并能够朝向 目标对象在相当大的距离上投射窄光束。如下面详细讨论的，所述照明装置被配置为获得 充分有利的光提取和散热属性。照明装置300可以进一步是如前面参照图1-2所述的照明 装置的联网系统的一部分。如图3A-3D所示，在一些实施例中，照明装置300包括由一对附接到轭基(yoke base) 315的轭臂310构成的定位系统。该轭臂可以由铝例如通过浇铸制成。该轭基可以由 钢例如通过冲压制成。该轭臂进一步经由一对支架(support) 320附接到相应的基于LED 的照明单元301、302以便形成分离的装置外壳316。在许多实施例中，所述支架(support)可以由铝制成，固定地相对于彼此取向照 明单元并提供轭的枢轴点。所述支架(support)附接到外壳旋转组件323，其允许分离的照 明装置外壳旋转，同时所述轭臂保持固定。所述旋转组件包括装置保持托架(bracket) 325， 其永久栓系到所述支架，并且进一步包括精细旋转指示器328。在本发明的其他实施例中，照明单元301、302被固定地设置在框架329中并且所 述轭臂经由例如外壳旋转组件323或经由侧锁定螺栓(未示出)直接附接到该框架，而无需支架320，如图3E中所示。后一种实施例让终端用户使用标准扳手(wrench)可靠地使照 明单元301、302相对于轭臂牢固。在操作前，照明装置300经由轭基315的安装脚335安装在期望的位置处。特别 地参照图3B，安装脚335包括多个弧形槽338以用于安装并实现全360°旋转，以及粗略对 准照明装置。在一些实施例中，分离的照明装置外壳316可以使用旋转组件323旋转以引 导光横跨建筑表面，该建筑可以为大约300-500英尺长。再次参照图3A-3D，照明装置300进一步包括控制器外壳330，其容纳用于向光源 供电且控制照明单元的光输出的电源和控制电路。如图3A所示，尽管外壳安装在照明装置 的后面，但是由于照明单元之间存在间隙332，所以可以从前侧看见它。如将关于图3G更详 细讨论的，所述间隙在照明装置的热管理方面是有用的。电源和数据源(未示出)优选地经由防水电源-数据连接器340连接到照明装 置300。观看图3B连同图3C，分离的照明装置外壳316的每个照明单元包括多个散热鳍 片345，其限定了能够由铝或其他导热材料通过浇铸、模制或冲压制成的单一结构(unitary structure)。鳍片345用于驱散在照明装置300操作期间由基于LED的照明单元产生的 热。在一种实现方式中，鳍片345被配置为延伸到以光滑设计(sleek design)与控制器外 壳330的表面匹配的复合曲面，如图3A-3G所示。以此方式，鳍片345也用于保护控制器外 壳的大部分，由此例如防护外壳免受意外的影响或在安装期间粗略处理。在一些实施例中，照明装置300的每个照明单元包括防护框架350，其可以由塑料 (例如丙烯腈_ 丁二烯丙烯-苯乙烯(“ABS”))通过模制制成。该框架350经由多个锁 (latch) 355固定到每个照明单元的鳍片345。如下面进一步详细讨论的，在本发明的各个方面，照明装置300被配置并设置为 使得其组成部分耦合到一起以方便显著的空气流动。在一些示范性实施方式中，照明单元 301,302和控制器外壳330 (其中设置了电源和控制电路)以这样的方式由两个支架320机 械地耦合在一起(或直接耦合到轭臂)使得实现每个照明单元与控制器外壳330之间显 著的空气间隙以方便散热。而且，特别地参照图3D，在该技术的各种实现方式中，在每个照 明单元中，在相邻的散热鳍片345之间存在间隙360以用于方便遍及照明装置的空气流以 用于冷却。照明装置300被制定尺寸以达到高优化性能，并且在许多实现方式中与相似类型 的常规LED照明装置相比具有相对较大的尺寸。例如，在一种实现方式中，照明装置300 重约40磅(大约18. 2kg)并具有如下尺寸大约24英寸(大约61cm)长、24英寸(大约 61cm)宽以及24英寸(大约61cm)高。如图3E所示，照明装置300的每个照明单元进一步包括第一透镜365，其可以由丙 烯酸片通过模制制成。透镜365被配置为改进例如由照明装置发射的光的均勻性。光扩散 膜(例如，全息膜)也可以设置在第一透镜的内表面上，以提供其他的束成形光学功能。在 每个照明单元中，第一透镜通过第二框架370被固定到散热鳍片345的单一结构，该第二框 架370可以由铝例如通过浇铸制成。框架370包括多个孔375以用于使用螺钉从前表面拧 紧框架。上述框架进一步包括围绕其外部边缘的多个凹口 380，以用于部分地接收/定位框 架350的钩和碰锁355。第二框架与第一透镜之间的衬垫(未示出)保护给定照明单元的 内部部件免受周围环境影响。透镜框架370使用螺钉392固定到散热鳍片345。透镜框架
15进一步包括透镜保持边缘395，其从透镜365的一部分上突出，由此保持它。在本发明的特定实现方式中，透镜365可以是容易互换的8°、13°、23°、40°、 63°和不对称的5° X17°角的发散透镜，使得实现了用于大量应用的各种光度分布，所 述应用包括聚光照明、墙掠(wall grazing)和不对称墙洗(wall washing) 0图3F中描绘的是沿着如图3D所示的切面线3F-3F截取的照明装置300的部分横 截面。在所述技术的许多实现方式中，在每个照明单元301、302与外壳330之间存在间隙 385，以用于允许周围空气进入该照明装置。电源和控制电路390定位在控制器外壳330内。 在例如美国专利No. 7233831和7253566中可以找到本文所公开的用于控制照明装置的方 法和设备(apparatus)。而且，在许多示范性实现方式中，所述电源和控制电路基于接受AC 线电压并提供DC输出电压从而向一个或多个LED以及与这些LED相关联的其他电路提供 功率的电源配置。在各种方面，合适的电源可以基于开关电源配置并且特别地被配置为提 供相对较高的功率因数(power factor)校正的电源。在一个示范性实现方式中，可以采用 单个开关阶段(stage)来完成以高功率因数向负载提供功率。例如在美国专利No. 7256554 中提供了至少部分相关于或适合于本公开的电源结构和构思的各种实例。参照图3G，描绘了沿着如图3D所示的切面线3F-3F截取的照明装置300的部分 横截面透视图。提供图3G中的视图以方便对利用环境空气冷却照明装置300的机制的理 解。图3G中的横截面是穿过一对定位在不同的照明单元100上的相对的散热鳍片345的主 体截取的。电源外壳330与照明单元100之间的间隙385与照明单元100之间的间隙332 连接，由此为环境空气流过照明装置提供无阻碍路径，如箭头401所示。环境空气也流入每 个子单元的相邻鳍片之间的间隙360(未示出)中，如箭头402所示，并且也可以经由间隙 385和332耗尽。一般地，本文所公开的技术设想在单独地或结合与减少的热阻相关的其他 因素使用的照明装置内创建和维持“烟囱效应”，所述其他因素例如散热元件减少的表面积 和照明装置的LED(—个或多个)与一个或多个散热元件之间的改进的热耦合。所得到的 高流速、自然对流冷却系统能够高效地从外部建筑照明装置驱散废热而不需要例如通过使 用风扇的主动冷却。在照明装置的操作期间，空气间隙在基本垂直的方向上取向，以便在照 明装置中创建烟 效应，从而增大沿散热器/鳍片的空气流。在各种方面，增加的照明装置 表面积、增加的远离LED和相关联的电子器件的热通量以及“烟囱效应”的组合分别促进了 LED与环境之间的热阻的减少。所述散热结构被配置为具有足够的表面积以用于有效地方 便热流动和“烟 效应”。技术人员将容易认识到，“烟 效应”(也被称为“堆叠效应”)是 由浮力驱动的空气进入或离开结构(例如建筑物或容器)的移动，所述浮力是温度和湿度 差异所造成的内部和外部空气密度之间的差异所引起的。本文所公开的技术使用该效应来 方便在照明装置300操作时的散热。如图3G中的箭头401和402所示，当照明装置300被定位成向上沿着大型建筑表 面“扔”光(重力g的方向由箭头420指示)时，冷的环境空气被汲取通过间隙360和385 进入照明装置。随后冷却空气通过间隙332耗尽。以此方式，由基于LED的照明单元产生 的热流过鳍片345并且被冷却环境空气驱散。提高的散热效率反过来导致改善的能量转换 和基于LED的照明单元更好的性能和长的寿命。因此，通过经由例如散热鳍片的大表面积 之类的特征的组合减少LED照明单元与环境空气之间的热阻并且经由特定照明装置设计 创建“烟囱效应”，增强了照明装置的可靠性和性能。
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如图3G进一步所示，每个照明单元包括其中设置了多个基于LED的光源104的隔 间397，每个光源提供有相应的反射器光学器件400并与之对准，该反射器光学器件被设计 用于反射并引导由光源发射的光。每个照明单元的LED光源/反射器光学器件对的数量被 选择以提供用于照亮大型建筑结构所需的输出/流明。在一些示范性实现方式中，给定照 明单元中的一些或所有光源可以是“板载芯片”(COB)LED组件，即一个或多个半导体芯片 (或“管芯”)(其中制造了一个或多个LED结)，其中所述芯片(一个或多个)被直接安装 (例如，粘合)到印刷电路板(PCB)。随后，所述芯片(一个或多个)通过电线结合到PCB， 之后可以使用一团(glob)环氧树脂或塑料来覆盖芯片(一个或多个)和电线连接。在该实 现方式的一个方面，充当相应的光源104的多个这样的组件可以安装到照明单元的公共安 装板或衬底。在其他方面，充当光源的LED COB组件可以被配置为产生各种辐射光谱，如下 面进一步讨论。用于以高强度发射白色或彩色光的合适的LED可以从Durham，NC的Cree， Inc.或San Jose，CA的PhilipsLumileds获得。在一种实现方式中，照明装置300包括密 集包装布置的大约108个LED源，并且在距照明装置300大约300-500英尺范围内的距离 处能够提供大约5000流明和大约一尺烛光(大约10勒克斯)的总输出。用于操作这样的 大量LED光源的功率量为LED光源单独耗费的大约250瓦特，和整个照明装置耗费的大约 350瓦特。因为LED源不会辐射地驱散热，所以该热必须由传导和对流来驱散，并且照明装 置被如上所示地配置以成功地这样做。因此，照明装置300提供优秀的光输出，并且它能够 操作大约30000-80000小时而无需替换LED光源104，这至少部分地因为如上所讨论的改进 了的照明装置的热管理属性。如图3G进一步所示，电源外壳330的外半部分403和内半部分404使用多个螺钉 405彼此附接。图4A示出外壳330的外半部分403的透视图，包括电源和控制电路390的配置。 外半部分403具有用于接纳螺钉405的孔422。图4B描绘了沿着如图4A所示的切面线 4B-4B截取的外半部分403的横截面视图。电源外壳330的外半部分进一步包括多个支座 (Stand0ff)425，其将电源和控制电路390升起使之离开外壳，从而在其间限定了间隙427， 这提高了照明装置300的安全性并降低了电路390与外壳330之间电短路的风险。外半部 分403进一步包括壁430，其与电源和控制电路热而非电接触，以用于朝向外壳将来自电路 的热驱散到环境空气。在上述技术的各种实现方式中，分离的照明装置外壳316内的照明单元具有相同 的配置，包括LED光源104的布局和它们的光谱输出。在其他实现方式中，一个照明单元的 光谱属性不同于其他照明单元的光谱属性。照明单元301、302也可以同时且一致地或彼此 独立地被寻址和控制，如参照图1详细讨论的，从而提供色域和颜色呈现的改进的多功能 性(versatility)，特别是当来自两个照明单元的光谱输出组合以照亮目标对象。例如，照 明单元301可以提供红色、绿色和蓝色光(RGB)，而照明单元302仅仅提供白色光或祖母绿 或青色。例如，这种配置可以用于实现乳脂染料(creamier pastel)。可替换地，一个照明 单元可以提供RGB，而其他照明单元提供另一个三个一组的颜色/波长，包括琥珀色、紫外 光等。这种配置对提供更大的色域是有用的。此外，照明装置的分离设计支持照明配置的各种组合。利用可单独寻址和可控的 照明装置的每个照明单元，可以在照明单元处使用不同的透镜。例如，在一些实施例中，一种类型的发散透镜可以用在照明装置的下部单元上以在街道路面高程(street level)处 用颜色照亮大的正面，并且用不同的发散透镜以将对比或补充颜色向上投射好几百英尺到 大楼的墙。在其他实施例中，照明单元可以以预定角定位在照明装置内，使得由它们产生的 束一般地在距照明装置300期望的范围内重叠。如前所述，该配置适合用于在照明以上述 范围设置的对象时提供更大的色域和光通量。如上所述，期望将光束投射大约数百英尺的距离。然而，由于TIR光学元件 的循环时间，很难获得窄束角，例如5°的束，这是由于该部分的尺寸造成的。因此， 现在参照图5A-5E，反射器光学器件400被设计为提供LED照明单元的密集包装配置 (densely-packedconfiguration)并且产生非常窄的束角，例如5度束角。然而，更窄的束 角可能导致相对较大尺寸的光学器件。本公开的反射器光学器件被唯一地配置成多个部 分，以提供必需的尺寸，同时最优化LED照明单元的密度并最小化对位于反射器光学器件 中的次要光学器件的损害。特别地参照图5A，在本发明的各个实施例中，反射器光学器件400包括具有内表 面445的顶部440和底部450。在该顶部和底部的中间是第二透镜455，其可以由纯净的聚 碳酸酯通过例如模制制成。在模制期间，所述透镜优选地被中心浇口(center-gated)以利 用模流(mold flow)最小化不期望的问题。也可以使用其他材料，例如丙烯酸材料、其他类 型的塑料或冲压的/成形的/切割金属。所述顶部和底部可以由聚碳酸酯例如通过模制制成，并且被涂覆反射性材料，例 如铝、银、金或其他合适的反射性材料，以用于反射由LED照明单元发射的光。利用后续组 件将反射器光学器件分离为两个部分不仅简化了在LED光源上的透镜安装，而且提高了涂
覆质量。第二透镜经由三个固定臂460固定在所述顶部和底部之间。所述反射器光学器件 进一步包括安装脚463，其限定了三个弧间隙465，以用于利用螺钉将反射器光学器件安装 到具有LED的印刷电路板(PCB)。所述顶部和底部是可以在单独时间安装的单独件，从而获 得了参照图6A-6C更详细描述的益处。参照图5B-5D，底部450的表面470涂覆有反射性材料，并且与表面445对准以提
供平滑表面。顶部440包括突出的边缘475，其被配置为扣入底部450的三个隔水壁480。所述 底部在每个隔水壁480与相邻的支撑壁486之间限定了深凹口 485。三个支撑壁中的每一 个都具有顶表面487，其限定了浅凹口 490，第二透镜455的固定臂460之一被放置在该浅 凹口中。特别地参照图5D，隔水壁480能够如箭头495所示地径向移动以啮合(engage) 顶部的突出边缘。底部450包括壁496，其限定了反射性表面470。壁496与支撑壁486相 邻，使得壁496的顶表面498与支撑壁486的表面487共同延伸。底部450进一步包括底 表面500，其限定了孔505，在照明装置组装期间将单独的LED光源设置于孔505中。所述 底表面进一步限定了槽510和四个柔性构件515，以用于紧贴地啮合LED光源。所述柔性构 件可以通过箭头520所示的方式弯曲以针对各个LED照明源之间尺寸的差异进行调节。现在特别地参照图5E，描绘了沿着如图5A和5D所示的切面线5E-5E截取的反射 器光学器件400的横截面视图。在各种实施例中，顶部440的直径D大约等于底部450的直径d，并且等于约1.4英寸(3. 5厘米)；反射器光学器件的高度H约为1.3英寸(3. 25厘 米)；且底部的高度h大约为0. 5英寸(1. 25厘米)。参照图6A-6C，反射器光学元件400被安装以实现LED光源/COB组件的密集包装 配置，由此改进建筑灯具的光输出和“扔”。至少部分地因为所述分离配置包括顶部440和 底部450，所以所述反射器光学器件可以通过紧固件(例如多个螺钉552)安装，从而消除 了对粘合剂的需要。通过使用螺钉，反射器光学器件容易被移除和替换，从而允许接近LED PCB以便于替换/修理，同时最小化废物的产生。特别地参照图6A，在照明装置300的构造中，反射器光学器件的底部450首先通 过螺钉522安装到LED PCB上。每个底部的底表面500被对准以接纳孔505内的LED光源 104(例如，COB组件)的至少一部分，例如环氧树脂/塑料主透镜。在放置在LED源上之 后，每个底部附着到PCB。如图6B所示，在多个反射器光学器件的底部450被安装使得相邻的反射器光学 器件在安装脚463处相互毗邻之后，第二透镜455被安装到底部上，使得固定壁460安置 (rest)在顶表面487的凹口 490 (图6A所示)中。随后，如图6C所示，顶部440扣入(snap into)到底部450，以定义接口 525，其中每个较低部分的顶表面498 (图6B所示)与其对 应的顶部毗邻。如果反射器光学器件不具有分离设计，则沿着安装脚接近安装特征将是非 常困难的(如果不是不可能)，除非在相邻光学器件的基底(base)之间提供间隙。以此方 式，本公开的灯具允许密集包装配置，其不需要使用粘合剂并且其改进了照明装置的每个 单元面积的光输出。在各种其他实施例中，一种粘合剂可用于将反射器光学器件粘附到LED PCB。本公开的反射器光学器件的分离配置提供对第二透镜455的改进的处理的其他优点。 即，第二透镜455可以以以下方式定位在反射器光学器件400内最小化第二透镜的刮擦和 破损并且防止表面445上的涂层的刮擦。在各种实施例中，取代使用螺钉将底部450附接到到LED PCB,安装脚463中的每 一个弧间隙465被配置为提供到附着到LED PCB的引脚(pin)的扣合连接。该弧间隙可以 被配置为扣合到该引脚上，同时关于底部的中心轴旋转该底部。可替换地，所述弧间隙可以 被配置为通过向下朝LED PCB按压底部来扣合到引脚上。在本发明的各种实施例中，反射器光学器件的最终轮廓是优化的样条曲面 (spline surface)，而不是抛物线以改进光学提取。参照图7，根据本公开的可替代实现方式的建筑照明装置600包括安装基底615和 分离的LED外壳616，该外壳616包括两个子单元618。子单元618具有相互稍有不同的配 置。特别地，距离安装基底最远的子单元具有嵌入在多个散热鳍片645之间的手柄/吊钩 619，其用于手动提升照明装置600。一对支架620限定了孔621，其为环境冷却空气提供了 另一个入口(除了子单元与电源-控制电路外壳630之间的间隙685之外)并且可以也可 以用于提升照明装置。分离的LED外壳可关于设置在安装基底与较低子单元618的散热鳍 片之间的旋转组件623旋转。根据本公开的外部建筑照明装置具有用于外部建筑应用中大规模正面冲洗 (washing)的优秀的光输出和质量。所述唯一设计实现了热学、光学和美学特征，其结果是 用于高效且可控地照明最大的、最显著的外部结构的高级照明装置。尽管本文已经描述并图示了本发明的各种实施例，但是本领域技术人员将容易想象多种用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或一个或多个本文所描述的优点的其 他装置和/或结构，并且这种变形和/或修改中的每一个都被认为处于本文所描述的本发 明的实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员容易理解，本文中描述的所有参数、尺寸、 材料和配置的意思是示范性的并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将依赖于本发明的 教导所用于的特定应用。本领域技术人员将认识到或仅仅使用常规实验能够确定本文所描 述的本发明的特定实施例的许多等效物。因此，应当理解，仅仅通过实例呈现前述实施例， 并且在所附权利要求及其等效物的范围内可以以不同于如特别描述和要求保护的方式实 践本发明的实施例。本公开的本发明的实施例针对本文所描述的每个单独特征、系统、项目 (article)、材料、工具包和/或方法。此外，两个或更多这种特征、系统、项目、材料、工具包 和/或方法的任意组合在这些特征、系统、项目、材料、工具包和/或方法不是相互不一致的 情况下包含在本公开的发明范围内。本文所定义和使用的所有定义应当被理解为控制在字典定义、通过引用合并于该 文献中的定义和/或所定义的术语的常用意义上。在说明书和权利要求中使用的不定冠词“一”应当被理解为表示“至少一个”，除非 清楚指示相反的意思。在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应当被理解为表示如此连接的元件 的“任意一个或两个”，即在一些情况下连接地存在的元件在其他情况下分离地存在。利用 “和/或”列出的多个元件应当以相同的方式解释，即如此连接的“一个或多个”元件。除了 由“和/或”从句特别标识的元件之外其他元件可以可选地存在，无论是否与这些特别标识 的元件相关。因此，作为非限制性实例，引用“A和/或B”在与可扩充语言例如“包括”结合 使用时，在一个实施例中可以仅表示A(可选地包括除了 B之外的元件)；在另一个实施例 中，仅表示B(可选地包括除了 A之外的元件)；在又一个实施例中，表示A和B这二者(可 选地包括其他元件)；等等。如说明书和权利要求中所使用的“或”应当被理解为具有与上面定义的“和/或” 相同的意义。例如，当在列表中分隔项目时，“或”或“和/或”将被解释为包含，即包含多 个元件或元件列表中至少一个，但也包括不止一个，并可选地包括附加的未列出的项目。仅 明确指示相反意思的术语，例如“仅仅一个”或“恰好一个”或权利要求中使用的“由...构 成”将表示包括多个元件或元件列表中的恰好一个元件。一般地，本文所使用的术语“或” 将仅仅被解释为当处于排他性术语(例如“两个中任意一个”、“其中一个”、“仅仅其中一个” 或“恰好其中一个”)之前时表示排他的替代物(即“一个或另一个，而不是两个)，当在权 利要求中使用时，“基本上由..·构成”将具有如专利法领域中使用的其常用意义。如说明书和权利要求中使用的关于一个或多个元件列表的短语“至少一个”应当 被理解为表示选自元件列表中任意一个或多个元件的至少一个元件，但是不必包括元件列 表中特别列出的每个元件中的至少一个并且不排除元件列表中元件的任意组合。该定义也 允许除了短语“至少一个”所涉及的元件列表内特别识别的元件之外可以可选地存在其他 元件，无论它们是否与特别识别的这些元件相关。因此，作为非限制性实例，“A和B的至少 一个”(或，等价地，“A或B的至少一个”或等价地“A和/或B的至少一个”)在一个实施 例中可以表示至少一个A，可选地包括不止一个A，且不存在B (且可选地包括除B之外的元 件)；在另一个实施例中可以表示至少一个B，可选地包括不止一个B，且不包括A(且可选
20地包括除A之外的元件)；在又一个实施例中可以表示至少一个A，可选地包括不止一个A， 和至少一个B，可选地包括不止一个B (且可选地包括其他元件)；等等。
还应当理解，除非清楚地指示相反的意思，在本文要求保护的包含不止一个步骤 或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必限于所叙述的该方法的步骤或动作 的顺序。在权利要求中，以及在上述说明书中，所有过渡短语，例如“包括”、“包含”、“携带”、 “具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由...组成”等等，被理解为可扩充的，即意思是包括但不 限于。只有过渡性短语“由...构成”和“基本由...构成”将分别是封闭的或半封闭的过 渡性短语。
权利要求
一种用包括第一辐射和第二辐射中至少一个的可见辐射照明目标对象的照明系统，该目标对象设置在距离所述照明系统预定范围内，该系统包括第一照明单元和第二照明单元，它们固定地设置在所述照明系统内，其间限定了第一间隙，第一照明单元和第二照明单元中至少一个包括产生具有第一光谱的第一辐射的多个第一LED光源和产生具有不同于第一光谱的第二光谱的第二辐射的多个第二LED光源；热连接到第一照明单元的背面的第一散热结构和热连接到第二照明单元的背面的第二散热结构，第一和第二散热结构被配置分别用于驱散由第一照明单元和第二照明单元产生的热，以及至少一个控制器，其设置在控制器外壳中并至少耦合到多个第一LED光源和多个第二LED光源并且被配置为独立地控制至少第一辐射的第一强度和第二辐射的第二强度，从而可控地改变至少由所述照明系统产生的可见辐射的总体可感知颜色和/或色温，所述控制器外壳用所述第一和第二散热结构限定了第二间隙，该第二间隙与第一间隙连接，从而形成用于使环境空气能流过所述照明系统的无阻碍路径，由此方便驱散由所述第一照明单元和第二照明单元产生的热。
2.权利要求1的照明系统，其中第一和第二散热结构中至少一个包括多个散热鳍片。
3.权利要求1的照明系统，进一步包括定位系统，其用于使照明系统牢固地处于安装 位置并定向照明系统，使得可见辐射被导向目标对象。
4.权利要求1的照明系统，其中第一照明单元和第二照明单元被设置在照明系统内， 使得由每个照明单元产生的辐射束基本集中在预定范围内。
5 权利要求1的照明系统，其中所述预定范围处于大约300英尺到500英尺之间。
6.权利要求1的照明系统，其中第一和第二照明单元的每一个包括总共至少100个 LED光源，其产生至少5000流明的光输出。
7.权利要求1的照明系统，其中第一和第二照明单元中至少一个进一步包括反射器光 学器件，其牢固地处于至少一个第一或第二 LED光源上并被配置为将由所述至少一个LED 光源发射的辐射准直为具有大约5°束角的束。
8.权利要求7的照明系统，其中所述发射器光学器件包括底部，被配置成用于紧固在所述LED光源上；顶部，可折卸地连接到底部；以及透镜，可移除地牢固处于底部与顶部之间。
9 权利要求8的照明系统，其中所述底部包括底表面，该底表面限定了用于当所述底 部紧固在所述光源上时接纳该光源的孔。
10.权利要求1的照明系统，其中所述至少一个控制器被配置为可寻址的控制器，其用 于接收包括与由所述第一和第二照明单元产生的可见辐射的总体可感知颜色和/或色温 相关的至少第一照明信息的至少一个网络信号。
11.权利要求1的照明系统，其中所述第二照明单元包括至少多个第三LED光源，其适 于产生具有不同于第一和第二光谱的第三光谱的第三辐射。
12.权利要求11的照明系统，其中所述至少一个控制器被配置为独立于第二照明单元 的LED光源控制所述第一照明单元的LED光源。
13.权利要求1的照明系统，其中第一照明单元和第二照明单元这两者包括多个第一LED光源和多个第二 LED光源，并且所述至少一个控制器被配置为同时并一致地控制第一 照明单元的LED光源和第二照明单元的LED光源。
14.权利要求1的照明系统，其中第一照明单元包括设置在该照明单元中的LED光源上 的第一发散透镜并且第二照明单元包括设置在该照明单元中的LED光源上的第二发散透^Mi ο
15.权利要求14的照明系统，其中第一和第二发散透镜中的至少一个是容易替换的。
16.权利要求14的照明系统，其中第一和第二发散透镜具有基本相同的光学属性。
17.权利要求14的照明系统，其中第一和第二发散透镜中的至少一个包括设置在其上 的扩散膜。全文摘要
一种用于照明设置在预定范围内的目标对象的照明系统包括第一照明单元(301)和第二照明单元(302)，其间限定了第一间隙(332)。第一和第二照明单元的每一个包括多个LED，第一照明单元产生光谱不同于由第二照明单元所产生的光谱的辐射。散热结构热连接到第一和第二照明单元的背面。控制器被设置在控制器外壳(330)中并耦合到LED光源，并且被配置为控制由所述系统产生的辐射的强度和总体可感知颜色和/或色温。所述控制器外壳(330)用第一和第二照明单元的散热结构限定了第二间隙(385)，其与第一间隙(332)连接以使得环境空气能够流过所述照明系统。
文档编号F21V29/00GK101910721SQ200880122363
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月22日 优先权日2007年12月22日
发明者E·罗思, I·利斯, R·威廉森, S·康多, T·莫尔诺 申请人:飞利浦固体状态照明技术公司