一种模块化LED照明设备的制作方法

本发明涉及照明设备领域，特别是led照明领域，尤其涉及电影或舞台制作和其它应用(其可能包括水下应用)中的高强度led照明。本发明是一种具有多个可互换led灯头的通用灯组件。

本发明的专利所有者拥有多项led照明设备的专利，特别是用于水下应用的led照明设备的专利。参见，例如，美国专利no.9,239,512、美国专利no.9,188,292和美国专利no.8,864,326。另外，参见由同一受让人持有并涉及地上led照明设备的专利no.8,770,808、no.8,733,989、no.8,545,069和no.8,070,308。

高功率led灯，其中led聚集在一起，特别是那些输出4000流明、8000流明甚至更高流明的led灯，面临严重的冷却问题。在专利no.8,864,326中，描述了一种水下潜水灯，其具有用于使水进入灯组件以接触led驱动器pc板的开口，使得周围的水循环通过照明设备并冷却led。在地面上时，形势更为严峻，因为只有空气可用于冷却led。如果放任其过热，led将无法正常工作并且最后会降级。

本发明可以改变光的色温，这一点在影视工作中往往是至关重要的，且非常简单和高效。相比之下，先前提及的舞台照明包括带有多色led的灯头，其中在3200k和5600k光输出中混合以在这两个端点之间产生不同的色温输出。该方案的主要问题在于，无论何时，无论选择何种色温，实际上led阵列中只有一半led可以通电，使得产生带有控制复杂且成本高的控制装置的体积更大，重量更重的灯。另外，众所周知，市场上称为“双色”的可变色头是不稳定的，这意味着由于控制大量led比较复杂，因此主动混合不是高度可重复的并且偏离设置。具有出厂设置色温的固定头非常稳定，并且其颜色设置比可变控制led阵列要好得多。

技术实现要素：

本发明体现为一种紧凑的便携式led照明设备，其具有包含电池和相关电路的一主体，以及一系列不同的led头，其中任何一个led头都可以附接到主体上，优选地通过螺纹前框附接到主体上，该螺纹前框将led头固定到其中插有螺纹前框的主体上。各种led头提供不同光线的光和不同的光特性，特别是不同的照明色温(尽管可以选择其它参数，例如投射角)，并且这些各种形式的灯可用于舞台制作、电视和其它电影和视频录制节目中。优选但非必要地，该组led组件可包括一个或多个水下led组件，其中led头包括用于允许水进入组装的照明设备以冷却led的装置。

一些风冷的前led组件包括一风扇，使得空气在包括散热片的散热器上方流动；风扇可以内置在led/散热器单元或灯体内。还包括前led组件，散热片由自然空气对流冷却，不带风扇。对于水下应用，前led单元可具有一小散热器，周围的水直接接触该小散热器。

本发明的主要目的在于提供一种便携式紧凑型led照明，其具有通用性以满足不同照明需求和照明场景，具有高输出led灯，其中应用可包括水下应用。从以下结合附图描述的优选实施例的描述中，本发明的这些和其它目的、优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1是侧视图的分解图，示出了本发明的模块化led照明设备，其具有空气冷却的led头和一包含电池的主体，led头可固定到该主体上。

图2是led头的透视图。

图2a是主体上的另一种形式的灯头的俯视图。

图2b是组装好的装置的侧视图，其中光成形工具附接在装置前面的遮光板上。

图3是组装好的图1的装置的透视图。

图4是类似于图1的组件的分解透视图。

图5是图4组件的另一个分解透视图。

图6和7是修改后的组件的分解透视图。

图8是示出具有反射器装置的组装好的灯的透视图，该反射器装置是许多光修改器中的一个，其被压配合或固定在光的面上以控制或修改用于电影操作的光。

图9是图8组件的分解图。

图10是具有不同可互换led头的主体的分解侧视图。

图11是另一个分解侧视图，示出了具有一第三可互换led头和较小遮光板的主体，对该头进行优化，用于水下使用并由环境水冷却。

图12-14是模块化led照明设备的另一种形式的视图，其中使用远程电源。

图15示出了图1的照明设备的后端。

图16示出了当通过使用不同的组合调节光色时，本发明的实施例中的四个led灯单元的组件。

具体实施方式

图1示出了本发明的led照明设备10的实施例的分解图。该设备包括一壳体或主体12，壳体或主体12包含一电池和电子器件。主体12可以与专利no.9,188,292和no.8,864,326中所示的水下灯体相同或相似。壳体或主体12包括用于固定任何各种支架或安装装置的固定件14，用于根据照明设备10所应用的情况固定到照相机、落地支架或其它装置。图1示出了具有旋转接头18的支架16，示出了一“c”支架接收器，该支架接收器通常用于将灯固定在三脚架式支架上并允许光旋转并向后枢转并锁定就位。也可以使用其它支架或接收器类型，因为不同位置的灯架的标准不同。图1还示出了开关19，如专利no.9,188,292中所述，其可以是防水滑动开关，与内部开关触点的磁耦合。多按钮开关可以用作替代方案，其仍然是防水的并且优选地磁耦合，如下面进一步说明的。

在图1的分解图中，led头20示出为通过前遮光板22固定到主体12上，一旦头已经与主体的前部连接接触，前遮光板22就会接合led头，其中前遮光板22与led头的接合通过螺纹24和在遮光板22内部形成的配对的螺纹(未示出)将遮光板22拧到主体上来实现。也可以使用其它类型的连接。在这种情况下，led头具有散热器26，散热器26包括大量金属引脚，例如超过100个这样的引脚26a，引脚26a从金属前环28向后延伸，该散热器组件在图2中更好地示出。

如图2所示，在该实施例中，小风扇30结合在led头20中。风扇在平行于灯体12和从头20和遮光板22的轴向中心线偏移的轴上旋转。例如，在直径约为90毫米(3.5英寸)的led头20上，风扇的直径可以约为40毫米(1.6英寸)。风扇30仅需要小型电动机，例如由加利福尼亚州cofanusaoffremont制造的型号为f-4008h12bjv的电动机。低压电动机可以通过led/凹头20的连接集线器32供电。如图所示，在集线器内是一系列电连接器引脚34，用于与前体12上的接收集线器36中的插座连接，如图4所示。集线器连接为头的密封窗口38后面，led头内的阵列(未示出)中的led供电。集线器本身与接收集线器36形成水密封关系，并具有一o形环密封件。

或者，风扇可以由来自主体(未示出)的导线供电，该导线插入到引脚连接器集线器32右侧所示的小索环39中。风扇被设计成允许用户在风扇短路或发生故障的情况下对风扇进行更换。整个头和主体组件完全防水，但风扇不防水，并且一旦风扇变湿，它就可能会短路；易于更换的风扇是该产品的一个特征。

优选地，紧凑组件10在遮光板22处的直径不大于约3.5英寸，或者在3英寸至3.8英寸的范围内。

图2a示出了图1和2中所示的一些特征的替代方案。在图2a中，风扇30a位于垂直于头的贯穿轴线和整个组件的轴上，使得空气在整个散热器上流动，实现更有效的冷却流动。风扇产生垂直于led阵列的气流，该led阵列安装在头的前部，恰好在该视图中示出的光漫射器圆顶37的后面。在图2a中，散热器引脚26a示出为与主体12上的散热器引脚26b分开，包括用于冷却包含在主体中的led驱动器和电池。当移除遮光板22时，led模块以与前述相同的方式拔出。

图2a还示出了多个按钮开关41，其可用于照明控制，代替如上所述的图1的滑动开关。

图2b示出了遮光板22，遮光板22可被配置为根据需要接收光成形工具，例如在43处示出的光成形工具。

图5以不同角度示出了组件的分解图，显示了风扇30(其具有沿轴向方向的旋转轴)。

在图3的组装视图中也部分地看到的小风扇30，小风扇30有效地使空气通过散热器引脚26a并在散热器引脚26a中移动，以带走led中足够的热量，头可以提供来自直径例如仅为90毫米的小照明设备的至少10,000流明的光输出。图8的透视图还示出了完全组装完成的装置，同时具有一附加配件40，附加配件40附接到遮光板的前部，提供可调节的反射器，用于在拍摄中更好地控制光线。

图9示出了图8的组件，但是组件已被分解。反射器附件40可具有一环形基部42，该环形基部42螺纹地固定到遮光板22的前部44中。还示出了一o形环46，其提供用于安装各种光修改器的摩擦力，光修改器包括附图中所示的挡光板。其它修改器包括50度光斑、25度光斑和圆顶(如图2a所示)，圆顶具有用于散射光的漫射器。当前实施例使用压接附件，压接附件具有o形环，o形环产生压缩以将修改器保持在适当位置。可替代地，可以使用诸如卡口式固定架的螺纹接口。

图6和7的分解透视图示出了类似于图4和5的组件，但是风扇30固定在主体12上，而不是结合到led/散热器头20a中。引脚连接器集线器32,36的偏移位置再次为风扇30腾出了空间，并且如前所述，在制造组件时散热器引脚26a不存在于由风扇30占据的空间中。

在一个实施例中，风扇马电动机在主体内部，仅有密封轴延伸穿过主体并在其外端支撑风扇30。因此，即使主体12的前部暴露于水，电动机也不会受到影响，因为电动机被密封在主体内。所以装置仍然是防水的。如果将主体放入水中，则传感器(未示出)指示风扇不需要打开。因此，主体12在地上和水下使用中都是通用的，包括仅在头需要更多冷却时才起作用的风扇。在水中头不会要求更多的冷却。

在图1-9的实施例中包括风扇30，以允许led头输送大约10,000流明或更多流明的输出。当用户在主体12中的电子器件的控制下选择5000流明输出时，变速风扇优选地开启。在头20中可以包括诸如温度感测电子器件或热敏电阻器的电子器件，用于控制风扇。如果风扇在主体内，则控制是通过头与主体的通信来实现的。风扇将以低至约7000流明的速度运行，在大约7000流明的情况下切换到高速。风扇变化允许用户在风扇关闭或处于低功率的情况下以安静模式运行灯，这在一些应用中是优选的，这些应用与一直让风扇持续运行的应用相反。一个示例是当灯安装在用于进行现场采访的相机上时，风扇噪音会干扰录制的声音。

注意，模块化系统的每个头可以具有一识别引脚，作为在头和主体之间延伸的引脚连接器之一。这告诉主体头附接在什么部件上，由此必须向其供电。

连接在led头和主体之间的一个引脚是一识别引脚，识别引脚用不同的电阻编码，从而指示主体需要驱动的模型头。带风扇的头可以接受更高的电流并提供更多的流明。主体将传出更高的输出并读取产品后部的屏幕(图14,15)上的头的流明输出及在那输出处的剩余电池使用寿命。不允许不带风扇的头具有与主动冷却的头一样多的电流。另外，3200k的头在给定功率下具有比5600k头更低的流明输出，因为5600kled阵列比更暖的色温头更有效。所有这些校准都在灯体侧的灯光固件中进行管理。该头只是告知主体连接了哪一头，以及由此告知主体输出和功率水平将是多少。

图10示出了相同的灯体壳体12，但具有不同的led/散热器头50，led/散热器头50可与上述led/散热器头20互换。在这种情况下，散热器可包括一系列大致为盘的散热片52，散热片52径向向外延伸。该头50以被动方式由环境空气冷却，无需用到风扇。

具有该头的照明设备10a可以输出高达约5000流明的输出。注意，两个对准销54包括在头50的后部，在中心线的外侧，用于在散热器50与主体或驱动器12之间进行连接时对准头。主体具有用于对准销54的接收器56，以确保适当地进行非对称连接。在一个变型中，连接器可以是对称的，以便更容易进行对准，但是在所示的实施例中，连接集线器32偏心(如图9所示)，以允许空气更好地流过散热片。带有径向鳍片的头是冷却头的一种方式。这种设计完全是被动的，因此无法输出主动冷却头的相同流明输出，但具有简单、成本低和安静的性能的优点。led阵列尽可能靠近散热器组件的表面放置，以实现最宽的光束角度并将光损失降到最低。

图11是另一个分解视图，示出了接收第三类型led头60的同一主体或驱动器12。这种形式的头60没有散热片或引脚，但包括一较小的散热器62，基本上led阵列固定到金属基板上(阵列未示出)，灯组件10b用于水下。如在上面引用的专利no.9,188,292和no.8,864,326中那样，该头60允许环境水侵入led头中的开口64，其中通过用于水下照明设备10b的改进的遮光板68中的开口66进入。改进的遮光板68中的孔66允许水围绕铝led板60自由循环。

led板安装成具有由主体和led板之间的对准销69产生的间隙，这允许水(或空气)在led板的所有侧面、背面和面上循环。

遮光板再次通过螺纹24拧到主体上以将led/散热器头保持在密封连接件中，并且遮光板还用作外壳，外壳将在一定程度上保护用户免受散热器表面处产生的高热的影响，其中高热可高达约80℃。

涉及作为led的冷却水的环境水的进入和循环的专利no.9,188,292和no.8,864,326的公开内容通过引用并入本文。

在图11中，示出了不同类型的固定架，即球架70，其连接到固定架基座14上。这可以与水下相机外壳相配。球架是典型的水下拍摄中的高度移动应用。用于其它组件的安装设备是用于三脚架和“c”支架上的传统固定架。

可以提供其它版本的led/散热器头，具有不同的光强度、颜色和光点/广角值特性。每个头都是唯一识别的，因此当插入驱动器/主体12时，驱动器的电子元件将识别头类型并将输出适当的功率。驱动器12具有多个固件选项以驱动不同的头。

本发明的模块化可互换头灯设备具有几个重要的优点。首先，用户希望改变色温。通常用户需要匹配日光的5600k的色温，或匹配白炽灯具的3200k的色温，这取决于拍摄地点。改变色温的常规方法是(1)从日光led开始并添加“凝胶”来改变色温-这样做的优点是简单，但损耗可高达30％，大大降低光输出；(2)阵列中带有多色led的led阵列(“双色”)-这种方法的优点是用户可以拨入所需的色温，尽管led灯的功率只有所有单色温的类似尺寸的阵列的一半，因为在5600k和3200k的混合中的任何点处，至少一半led未被使用。如上所述，双色头也可能不稳定。本发明的系统允许方便更换头以获得led阵列的全部功率，优化该led阵列以输出高度准确和稳定的色温。然而，如果需要，该模块化系统可以包括作为一系列头的一部分的双色头。

此外，本发明的实施例可以包括作为一批可互换头中的一个或多个的双色led头。与其它头一样，该头将以上述一贯的方式识别到主体，并且主体将能够混合不同的色温led以从单个头产生特定的所需色温。这个头不会像专用的单色温度头那样强大，但会有其它头无法提供的一定程度的灵活性，并且是不同选择中的一部分。在这种情况下，可以在主体或头的外表面上设置不同类型的开关，例如三个单独的按钮，这三个按钮仍优选是防水的(例如，如图2a中所示)。

例如，一个开关按钮可以有效地增加光输出，而另一个开关按钮则有效地减少光输出。第三个按钮可用于改变模式，即浅色温。例如，连续按下按钮可以连续地将光从钨移向日光色温。在任何一个极端情况下，进一步按下该按钮可以扭转光颜色趋势，或者通过按下第三个按钮和其它按钮中的一个按钮可以使扭转变得有效。

随着led不断改进，模块化设计允许用户仅升级头，这是整个系统成本最低的部件，并允许用户继续完全获得主体/驱动器组件的功用。关于其它灯，人们需要更换整个灯具才能获得下一代更高功率的led。

图12-14示出了本发明的另一个实施例，其中线路电源(或远程电池)用于灯80，而不包括电池盒。图12示出了灯组件80，包括比灯头20小的小主体82，因为主体不携带电池而仅携带相对紧凑的电子设备。示出了从主体82的底部延伸的安装装置18，该安装装置可以类似于先前讨论的安装连接器。电缆86从主体延伸，其中端子88被配置为连接到由线路电源服务的电源，或者可选地，端子88被配置为连接到远程电池组。电缆可以从主体开始永久延伸，或者可以通过主体上的端口连接。当电池在主体内时(如上所述)，电池限制led输出，而不是头限制led输出。远程电源可提供比板载电池多出约20％的输出。电池有内阻，内阻增加了装置的整体加热负荷，从而限制了可以引导到led的总功率。

图13示出了灯组件80的分解图，显示了主体82的一些结构，该结构可以是如图所示的盘形，具有接收集线器36和其它特征，例如主体的先前描述的实施例中的特征。头20可以类似于上面描述的那些头，并且应当理解，主体可以支撑电动机驱动的风扇，而不是风扇位于头中，如上面参考图6和7所解释的那样。当然，在水下使用灯的情况下不使用风扇，但如果风扇包括在头中，则风扇仍然可以存在。

图14示出了图12-13的照明设备的后侧，该灯由远程光源供电。旋转拨盘90控制光的流明功率。该拨盘90优选是塑料的，手指指针92有一个封闭的磁体。当拨盘旋转时，磁体的极性通过主体内部的传感器感测并且直接与指尖相对。以这种方式，用户手动控制灯的功率设置。控制环的指尖上方是具有oled屏幕的窗口94，窗口94向用户提供关于灯的性能的信息：包括在给定功率水平下的剩余运行时间，流明以及当该设备插入电源时的电池电量百分比，告诉用户电池电量是否充满电。

如本文和权利要求中所使用的，用于为灯组件供电的术语“电源装置”旨在包括容纳在主体中的电池和用于连接到单独或远程电源(这可能是电池或线路电源)的电缆或连接端口的替代装置。

图15示出了图1的照明设备主体12的后侧，该主体具有一内部电池。后视图示出了用于对电池充电的接收器96，接收器96围绕屏幕98，类似于前述图14中的屏幕94那样，屏幕98也为用户提供信息。

在图16所示的本发明的另一个实施例中，通过利用一系列灯组件实现颜色混合，所述灯组件可选择性地安装在框架100上，框架100固定例如四个灯组件10。每个灯组件具有led，led产生一种颜色的光，例如，光可以是钨或日光。在一组优选的组件中，单元中的两个组件是5600k，两个是3200k。对于要投影的所需颜色，用户可以选择第一颜色的所有单元，第二颜色的所有单元，或者三个和一个(或反之亦然)，或者两个和两个，用于放置在框架上。可以在一个或多个单元中调制强度以调制光的颜色和亮度。此外，光度计可用于自动控制框架上的灯单元，其中光度计感测和反馈强度以及混合光色。例如，光度计可以是具有rf控制的sekonic光度计。图16示出了这种光度计装置102，用于远程无线控制(例如rf或蓝牙)以提供直接颜色管理以允许光源匹配背景光色温。sekonic光度计(型号1-478dr-u-el)就是这样一种装置，它可以直接混合四个光源，以匹配光度计测得的以及由光度计控制的环境。其它控件可以类似，但计量和调整可以在单独的设备中，一个用于测量环境色温，另一个用于调整光阵列。

本发明包括一组模块化部件或组件：一主体，提供电源；和一装置，用于安装照明设备(例如将照明设备安装在支架上)，并且该模块化部件或组件可包括用于功率控制和用于驱动led的一些电子器件；以及一系列不同的独立模块化led头，每个led头可轻松附接到主体上并可互换，并且每个led头都提供不同的光特性，以适用于不同的情况和应用。

上述优选实施例旨在说明本发明的原理，而不是限制其范围。其它实施例和这些优选实施例的变型对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且可以在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下对其它实施例和这些优选实施例的变型进行改变。