专利名称：改进性能的聚光灯的制作方法
改进性能的聚光灯
背景技术：
发光二极管(LED)技术相比起传统的白炽灯或卤素灯来在效率和使用寿命上体现了优势。典型的LED灯的设计方法使用了平面阵列的LED，其具有一个或多个准直光学系统以实现期望的光度分布。许多用作抛物型含铝反射器(PAR)灯替代物的LED灯，与他们所要替代的传统的灯相比，不能满足给定的正面区域的光度性能，特别是对于需要特别高的峰值亮度的应用，诸如PAR64飞机着陆灯或娱乐舞台灯。
发明内容
代替可能通常用作PAR灯替代物的简单的朝前面对的平面阵列，本发明使用封装深度以增加总的峰值亮度。一层或多层的LED照射进入椭圆反射镜的阵列中。每个椭圆反射镜具有在一个焦点上的LED并且与准直光的更大的抛物线反射镜共用第二焦点。得到的系统在抛物线反射镜的中心处有一个洞，具有或没有准直光学系统的附加的多层LED放置在该洞中以进一步增加系统的亮度。这个构造允许通过改变LED的种类或数量，椭圆、抛物线和准直光学系统的焦距来为应用(波长、峰值亮度和光束发散)调整分布。本发明的一个方面，为了更高的功率应用，LED被分离以将热量负载散布到更大的表面面积上。本发明的另一个方面，通过用红外(IR)LED代替一些可见光LED并改进驱动电子装置以单独地控制这些顶LED，来提供在相同的占地面积内的双模式能力。本发明的又一个方面，系统通过适当地设置各种不同的带颜色的LED(例如红色、 绿色、蓝色、琥珀色和/或白色)和用于每组带颜色的LED的单独的驱动电子装置以允许颜色混合，来提供各种不同的颜色输出。
本发明的优选和替换性实施例将在下面参照附图详细描述图1描述了根据本发明的一个实施例形成的灯组件的透视图；图2描述了图1中示出的灯组件的分解视图；图3是图1示出的灯组件的横截面图；图4-6是图1示出的灯组件的部件的透视图；和图7是示出了图1示出的灯组件的光产生和反射的光线图。
具体实施例方式图1示出了根据本发明的一个实施例形成的灯组件30的透视图。比起由具有相当的前部尺寸的传统的发光二极管(LED)组件产生的光来说，该灯组件30能够产生更大的光强度。灯组件30包括壳体34，其一端被透镜58盖住。在壳体34内部是大的抛物线型反射镜36和多个具有椭圆型反射镜和/或抛物线型反射镜的LED层40、42、44。由LED产生的光或者直接穿过大的抛物线型反射镜36的端部或者大的抛物线型反射镜36准直从椭圆型反射镜接收的光。图2示出了灯组件30的分解图。在这个实施例中，灯组件30包括三个LED层40、 42、44。第一和第二 LED层40、42都是环形的，第三LED层44的尺寸适合配装在第二 LED 层42的开口内。第一 LED层40经由第一壳体部分50和第二壳体部分52在壳体34内被保持在适当位置。第二和第三LED层42、44在第二壳体部分52和第三壳体部分M之间被保持在适当位置。不同的壳体部分50、52、M根据应用的热、密封或振动要求而通过合适的方式(紧固件、粘合剂和/或相当的材料)紧固在一起。在一个实施例中，当组件由提供显著的夹紧力以增强热性能的紧固件组合时，部分50、52、M —个接一个的连接在一起。透镜58将抛物线型反射镜36固定在第一壳体部分50内。透镜58可以以很多方法连接至第一壳体部分50，例如螺接在第一部分50和透镜38的相对表面上或环氧树脂或其他的相当的紧固件。图3示出了在图1和2中示出的灯组件30的横截面图。抛物线型反射镜36包括第一和第二开口端。第一开口端具有比第二开口端更大的直径。第一开口端包括环绕开口的环状凸缘60。凸缘60与形成在第一壳体部分50的第一开口端处的环状平台61接触。 透镜58，当连接到第一壳体部分50时，通过在凸缘60上施加压力将抛物线型反射镜36固定在适当位置。抛物线型反射镜36设置在第一壳体部分50内形成的空腔中。第一壳体部分50也包括第一和第二开口端，其中第一开口端具有比抛物线型反射镜36的第一开口端稍微大一些的直径，并且第二开口端具有比抛物线型反射镜36的第二开口端稍微大一些的直径。形成在壳体部分50的第二开口端的底表面上的第二平台62支撑LED板74，其是第一 LED层40的一部分。LED板74可以通过紧固件或其他相当的方式连接至壳体部分50。 如果使用金属紧固件(例如，螺钉)，那么壳体部分50对LED板74内的金属层来说作用为散热器。第一 LED层40包括第一和第二开口端。第一开口端包括环状凸缘64。该环状凸缘64和LED板74的一部分固定地设置在第二壳体层52的第一表面66和第二平台62之间。这允许第一 LED层40固定地设置在第二壳体部分52形成的空腔内。相似类型的狭缝形成在第二壳体部分52的第二表面68和第三壳体部分M的第一表面70之间。形成在第二和第三壳体部分52和M之间的狭缝容纳第二 LED层42的外圆周凸缘72和第三壳体部分M的LED板76的一部分。这允许第二 LED层42固定地设置在第三壳体部分M内形成的空间的一部分中。第三壳体部分M还包括第二空间部分，其容纳第三LED层44。第三LED层44的基部使用一个或多个紧固件、粘合剂或相当的部件紧固在第三壳体部分M的内部基部上。图4-1和4-2示出了第一 LED层40的透视图。第一 LED层40包括环状LED板74 和安装至LED板74的第一侧的多个椭圆型的反射镜94。多个LED92也安装至LED板74的第一侧。椭圆型反射镜94被安装成使得单个的椭圆形反射镜94设置在相应的单个的LED92 的周围。椭圆型反射镜94被设置成使得从LED92发出的光被反射离开椭圆型反射镜94并通过LED板74上的开口。从椭圆型反射镜94反射出的光从抛物线型反射镜36的预定的部分反射出。这将在下面参照附图7更详细的描述。如果椭圆形反射镜94不是通过柔性粘合剂夹在配合的壳体部分之间，那么椭圆型反射镜94通过任意数量的技术连接至LED板 74 (也就是，印刷线路板)。在反射镜中存在一个关键特征来保证与LED的适当对准以实现适合的聚焦。图5-1和5-2示出了第二 LED层42的透视图。第二 LED层42包括环状LED板76 和多个安装至LED板76的第一侧的多个椭圆形反射镜104。多个LED 102也安装至LED板 76的第一侧。椭圆形反射镜104安装使得单个的椭圆形反射镜104设置在相应的单个的 LED102的周围。椭圆型反射镜104设置使得来自LED102的光通过LED板76的开口端从椭圆型反射镜104反射出。从椭圆型反射镜104反射出的光然后通过抛物线型反射镜36准直。这将参照附图7在下面更详细描述。附图6-1和6-2示出了第三LED层44的透视图。第三LED层44包括LED板110、 多个安装至LED板110的LEDl 12和具有多个抛物线型反射镜114的多反射镜单元116。在反射镜单元116中的每个抛物线型反射镜114包括第一和第二开口端。第一开口端具有比第二开口端大的直径。当反射镜单元116通过一个或多个紧固件、环氧树脂或相当的方式安装至LED板110时，第二开口端安装在LED板110附近。反射镜单元116被安装为使得每个安装在LED板110上的LED112经由相应的反射镜114的第二开口端暴露出来。第三 LED层44包括抛物线型反射镜而不是椭圆型反射镜，因为从LED112发出的光直接通过抛物线型反射镜36的两个开口端反射并且不从抛物线型反射镜36反射出。这在附图7中详细示出。在一个实施例中，反射镜94、104、114都是通过注塑成型工艺形成的单个的单元。 反射镜94、104、114之后被反射涂层涂敷，例如但不局限于铝或银。其他反射装置也可以使用。例如，一个或多个抛物型反射镜36、114可以是没有涂敷的反射性的白色塑料，例如由 Bayer生产的。而且，板74、76、110可以是印刷电路板，其包括将LED92、102、112电连接至设置在壳体部分50、52、M上或嵌入壳体部分50、52、M的电线或迹线。在一个实施例中， 线束(未示出)连接至在安装LED的同时锡焊在电路板上的安装好的端板(未示出)。布线通道和穴(未示出)包含在每个壳体部分50、52、M中以容纳线束和安装好的端板。如附图7示出的，由LED112产生的光从第三LED层44的抛物线型反射镜114反射出，并且直接通过抛物线型反射镜36。第一和第二 LED层40、42的椭圆型反射镜94、104 与抛物线型反射镜36共用一个焦点。这样，由第一 LED层40产生的光比由第二 LED层42 产生的光从抛物线型反射镜36的更低/后的部分反射出。在这个例子中，灯组件30从大约37个LED产生光，其中由每个LED产生的光的大百分比或从抛物线型反射镜36反射出或经由其自己的与该LED相关联的抛物线型反射镜直接通过抛物线型反射镜36。在这个例子中，光的角度发散大约11°到12°，产生700000 坎德拉。光的亮度和角度发散可通过改变任意数量的变量来调整反射镜的焦距、LED的数量和种类等。在另一个实施例中，不同的LED构造可以用在灯组件内。接下来是不同的LED构造的非限制性的例子。白光和红外光被包含以形成可见光和非可见光。在一个实施例中，使用的LED都是单色的(红色、琥珀色、绿色、蓝色等)。在一个实施例中，系统包括分布在LED板74、76、110上的带有独立的驱动电子装置(未示出)以产生可变颜色输出的不同颜色的LED(红色、绿色、蓝色、琥珀色和/或白色)。驱动电子装置独立控制每个颜色组的亮度，产生颜色混合。
在一个实施例中，系统能够提供可变温度的白色。相似于上述的颜色混合的方法， 这个实施例通过将从两个特定的“颜色”库(bin) (LED制造方法的结果)选出的白光LED组适当地定位在电路板(74、76、110)上来实现，所述库与在颜色空间内的普朗克轨迹(例如 CIE1931色度图)的附近或沿着该轨迹获悉的“黑体色温”相关联。分开的驱动电子装置单独控制LED的每个“颜色”库的亮度，这样提供了沿着通过选择的LED “颜色”库定义的两个白色端点之间的线改变输出光的色温的能力。向前述方法添加的其他白色库组生成了色温多边形(三角形、矩形等)，其边界由选择的带颜色LED的组的色点来定义。改变部件组的亮度在多边形的边界内改变了输出色单色LED组，诸如红色，替代在先前的实施例中的白色，用于制造另一个颜色空间多边形(三角形、矩形等)，其边界由选择的带颜色LED的组的色点来定义。改变部件组的亮度在该多边形的边界内改变了输出颜色和色温。该装置可以只包括具有相关联的反射镜的两层LED，并且这两层可以仅具有椭圆型反射镜或一层具有椭圆形反射镜而一层具有抛物线型反射镜。在另一个例子中，装置可以包括3个或更多LED和相关联的反射镜“环”层。更进一步，其中一层可以既包括椭圆型反射镜也包括抛物线型反射镜。而且，在一个实施例中抛物线型反射镜36可以被非-抛物线型反射镜代替。
权利要求
1.一种灯组件(30)包括 壳体(34)，其具有纵轴线；第一发光二极管(LEDs)层(40)，其设置在壳体内的纵轴线上的第一位置处； 第二 LED层(44)，其设置在壳体内的纵轴线上的第二位置处；和抛物线型反射镜(36)，其设置在壳体的发光端， 其中每一层包括多个光学反射镜(94、114)。
2.如权利要求1的组件，其中第一LED层包括多个椭圆型反射镜(94)、板(74)和多个LED(92)，其中LED安装至所述板，椭圆型反射镜定位成其接收由对应的LED产生的光并且反射接收光至抛物线型反射镜的内表面上，其中第二 LED层包括多个抛物线型反射镜 (114)、第二板(110)和第二多个LED(IU)，其中第二多个LED安装至第二板，而抛物线型反射镜定位成将第二多个LED产生的光反射通过所述壳体的光产生端，其中椭圆型和抛物线型反射镜共用共同的焦点。
3.如权利要求2的组件，进一步包括一个或多个附加LED层(42)，其中一个或多个附加LED层中的每一层包括电路板(76)、多个LED(1(^)和多个椭圆型反射镜(104)，其中一个或多个附加LED层中的多个LED安装至相关联的板上，相关联的多个椭圆型反射镜定位成使得它们接收由相应的多个LED产生的光并且将接收光反射到抛物线型反射镜的内表面上。
4.如权利要求1的组件，其中LED包括多个波长带宽的LED，进一步包括驱动部件，驱动部件构造成独立地驱动不同波长带宽的LED以改变亮度和颜色输出。
5.如权利要求1的组件，其中LED包括具有不同相关色温的两组白色LED，进一步包括驱动部件，驱动部件构造为独立驱动LED组以产生温度效应；或者LED包括至少一个红外 LED。
6.一种光产生方法，包括从位于壳体内的纵轴线上的第一位置上的第一发光二极管(LED)层生成光； 从位于壳体内的纵轴线上的第二位置上的第二 LED层生成光； 对由第一或第二 LED层中的至少一个生成的光进行准直；和椭圆地反射由第一或第二多个LED中的至少一者产生的光。
7.如权利要求6的方法，其中椭圆地反射光是由多个椭圆型反射镜产生的，并且准直的光是由抛物线型反射镜产生的，其中椭圆型反射镜和抛物线型反射镜共用共同的焦点。
8.如权利要求6的方法，进一步包括从定位在壳体内的纵轴线上的一个或多个其他位置上的一个或多个附加LED层生成光，进一步包括椭圆地反射由包含在一个或多个附加LED层中的LED生成的光；并且准直由包含在一个或多个附加LED层中的LED生成的光。
9.如权利要求6的方法，其中从LED层中的至少一层生成光，包括生成具有多个波长带宽的光，进一步包括独立驱动不同颜色的LED以输出可变颜色。
10.如权利要求6的方法，其中从LED层中的至少一层生成光，包括从具有不同的相关色温的两组白光LED生成光，进一步包括独立驱动这两组LED以产生温度效应。
全文摘要
本发明涉及改进性能的聚光灯。一种用于形成改进的发光二极管(LED)聚光灯的装置和方法。一个或多个LED层(92，102)将光照射入椭圆型反射镜阵列(94，104)中。每个椭圆型反射镜具有在一个焦点上的LED，并且与准直光的抛物线型反射镜(36)共用第二个焦点。抛物线型反射镜的中心上的洞容纳另外的LED(112)，其具有或不具有准直光学系统。
文档编号F21V19/00GK102563507SQ201110335610
公开日2012年7月11日 申请日期2011年9月20日 优先权日2010年9月21日
发明者D·巴内特, J·M·辛格, S·R·曼冈 申请人:霍尼韦尔国际公司