Led照明装置的制作方法

专利名称：Led照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明装置，具体地说，涉及一种户外使用的以LED 作为光源的LED照明装置。
背景技术：
常规上来讲，与户内使用的照明装置的强度相比，户外使用的普通 照明装置需要发射更高的强度(增大的发射光通量)。然而，实现强度增 大的同时可能伴随着更高的功耗。为了抑制功耗并縮减运行成本，在尝 试获得高节能效果的同时，已经提出了多种照明装置。这种照明装置的例子包括具有可以根据外部光控制信号或人工操作 来对光强度进行控制的高压放电灯的照明装置(例如，参见曰本专利申 请特开No. JP2007-149520A1)，和具有用于控制诸如接通或断开的各种 开关定时从而增大或减小其光强度等的定时器的照明装置(例如，参见 日本专利申请特开No. JP2003-168575A1 )。发明内容一般来说，要设置在交通设施中的照明装置包括道路照明、行人照 明、停车场照明。这些照明装置具有取决于它们所设置的场所的相应特 定配光特性。而且，即使将相同类型的照明装置设置在同一地点，这些 照明装置的周围环境状况也彼此不同(例如，周围环境的取决于建筑物 等、降雨量、雾密度，以及其它环境因素)。因此，其配光特性将会与特 定相应设置地点相对应地彼此不同。如果满足这些特性，则这些照明装 置的功能可以得到改进。与此相反，日本专利申请特开No. JP2007-149520A1和 JP2003-168575 Al中所公开的照明装置可以控制诸如接通或断开的各种开关定时，从而增大或减小其强度，但没有提供可控的配光特性。下面针对道路照明，来阐明为什么应当根据诸如周围环境状况(例如，周围环境的取决于建筑物等的亮度、降雨量、雾密度，以及其它环境因素)的几个参数来控制照明光的配光特性，以及配光控制的可行性。 也就是说，在夜间行迸时，从沿路肩设置的照明装置发出的光可以被路面反射，进入驾驶员的眼睛，从而驾驶员可以在视觉上确认行进车辆前方的路面状况。这是因为从照明装置发出的光会经受细微凹凸状的不平坦路面的漫反射(这就是所谓的"朗伯反射")，使得被反射和漫射的光可以围绕其邻域进行散射，散射光可以进入驾驶员的眼睛，由此，他/她可以看到路面的亮度增大。当车辆在雨夜行进时，驾驶员可能会因路面上的积蓄的雨水而体验 到充当镜面的路面。这种镜面路面可以反射从照明装置发来的光。因此， 从照明装置(如图19所示，定位在行进车辆前方)发出的、恰好沿更靠 近行进车辆的方向向下的光被因雨水而形成的道路的镜面表面而朝向该 车辆反射，从而进入驾驶员的眼睛。由此，驾驶员可以识别明亮的路面。另一方面，从照明装置发出的、恰好沿远离行进车辆的另一方向(与 车辆相对的一侧，或车辆的行进方向)向下的光可以被道路的镜面表面 反射向该车辆的相对侧。由此，这些光不能进入驾驶员的眼睛。g卩，从照明装置发出的、恰好沿与车辆相对的另一方方向向下的光并不能对驾 驶员对路面的可见度做出贡献。鉴于这些和其它问题并且结合常规技术而设计了本发明。本发明的一个方面可以提供一种以LED作为光源的照明装置(或LED照明装置)。 本发明的LED照明装置可以根据周围环境状况来控制发射光的配光特 性，从而可以改进照明装置的功能，并且可以获得高节能效果。为了解决这些问题，权利要求1要求保护的本发明是一种LED照明 装置，该LED照明装置包括-具有不同配光特性的一组LED光学单元，每一个LED光学单元都 包括用于形成对应配光特性的至少一个LED光学模块，所述LED光学5模块包括用作光源的LED和沿该LED光源的照明方向布置的配光控制 透镜，安装在同一LED光学单元上的LED光学模块为同一类型，而安 装在不同LED光学单元上的LED光学模块彼此不同，其中，所述LED照明装置还包括光控制单元，该光控制单元包括环境状况检测单元，用于检测所述LED照明装置的周围环境； LED光学单元驱动/控制单元，用于控制每一个所述LED光学 单元的光学输出；以及光学输出控制单元，用于向所述LED光学单元驱动/控制单元递 送光学输出控制信号，该光学输出控制信号与来自所述环境状况检测单 元的检测信号相对应，并且其中，基于来自所述环境状况检测单元的检测信号，通过受从所述 光学输出控制单元递送来的光学输出控制信号控制的所述LED光学单元 驱动/控制单元对每一个所述LED光学单元的光学输出进行分别控制，从 而可以控制所述LED照明装置的配光特性。权利要求2的本发明是权利要求1的LED照明装置，其中，所述配 光控制透镜包括来自所述LED的光入射到其上的入射表面和向外部发射 光的光发射表面，所述入射表面和所述光发射表面都沿照明方向相对于 所述LED弯曲，以形成大致凸状轮廓；所述配光控制透镜的焦点位于所述LED所放置之处或其附近；并且 所述光发射表面包括形状不同的多个连续自由弯曲表面。 权利要求3的本发明是权利要求2的LED照明装置，其中，所述配光控制透镜的所述光发射表面具有根据来自所述配光控制透镜的焦点的 光的入射角以连续方式沿指定方向对光进行折射的形状。权利要求4的本发明是权利要求1到3中任一项的LED照明装置， 其中，所述LED光学单元驱动/控制单元包括恒定电流电路。权利要求5的本发明是权利要求1到4中任一项的LED照明装置， 其中，所述环境状况检测单元至少包括亮度检测器和/或用于检测降雨量 的降雨量检测器。本发明可以提供一种具有一组配光特性不同的(例如，三种类型的)LED光学单元的LED照明装置，每一个LED光学单元都包括用于形成 特定配光特性的至少一个LED光学模块，该LED光学模块包括LED光 源和采用用于形成该配光特性的特定形状的配光控制透镜。在这种构造 中，该LED照明装置还包括光控制单元，使得可以根据环境状况来分离 地控制每一个LED光学单元的光学输出，由此，可以控制该LED照明 衣旦n'JHL儿w i工o
结果，该照明装置可以具有例如符合要照明的宽广区域的特定分段
区域的特定配光特性。这可以增强其功能。而且，该LED照明装置可以 提供出色的节能效果。


根据下面参照附图的描述，本发明的这些和其它特性、特征以及优 点将变得明了，其中
图1是本发明的示范性LED光学模块的分解立体图2是图1的LED光学模块的立体图3是图2的LED光学模块的局部截面图4是图2的LED光学模块的局部截面图5是示出图3的LED光学模块的光学系统的例示截面图6示出了 LED光学模块的不同配光控制透镜的光线跟踪图7是窄LED光学模块的立体图8是中间LED光学模块的立体图9是宽LED光学模块的立体图10是示出图7的窄LED光学模块的配光特性的图形；
图11是示出图8的中间LED光学模块的配光特性的图形；
图12是示出图9的宽LED光学模块的配光特性的图形；
图13是本发明的示范性LED光学单元的分解立体图14是图13的LED光学单元的立体图15是本发明的示范性LED照明装置的示意性正视图16是示出被图15的LED照明装置的各个LED光学单元照明的
7区域的示意图17是例示了本发明的光控制电路的框图18是示出了本发明的LED照明装置的方向特性的图形； 图19是示出了该LED照明装置在路面上的配光特性的图形; 图20是示出了该LED照明装置的方向特性的图形；而 图21是示出了该LED照明装置在路面上的配光特性的图形。
标号说明1LED光学模块
la窄LED光学模块
lb中间LED光学模块
lc宽LED光学模块
2导热片
3导热板
4电路基板
配光控制透镜
6凸部(boss)
7凸插销
8装配螺钉
9螺孔
10螺孔
11用于填充粘合剂的凹槽
12凸部孔
13凸插销孔
14LED
15基板连接器
16法兰
17螺孔
18窗口
19 粘合剂20 高导热化合物
21 隆起部分
22 端表面
23 电路板表面
24 光入射表面
25 光发射表面
26 LED光学单元
26a窄LED光学单元 26b 中间光学单元 26c 宽光学单元
27 防水帽
28 壳体
29 固定螺钉
30 外部连接器
31 配线连接器
32 延长部
33 外部透镜
34 LED照明装置 34a LED照明装置 34b LED照明装置
35 壳体
40 光控制单元
41 恒定电流电路
42 光输出控制器
43 定时器
44 亮度检测器
45 降雨量检测器
46 路面区域
具体实施例方式
下面参照图1到21，对本发明的几个优选示范实施方式进行详细描 述，其中，相同标号指相同或相似部件。应当明白，虽然仅按实施例的 方式呈现的下列示范实施方式包括不同技术特征，但除非另外规定，它 们都不对本发明构成限制。
图1和2分别是根据本发明一个示范实施方式的LED光学模块的分 解立体图和立体图。LED光学模块1包括从底部起向上层叠的导热片2、 导热板3、电路板4以及配光控制透镜5。
在将LED光学模块1安装在壳体上时，可以将设置在底部的导热片 2设置成，直接接触壳体并且用于向该壳体传导由LED光学模块1产生 的热，防止LED光学模块1的温度上升。后面将对此进行更详细的描述。 为此，导热片2由具有最小热阻的导热但电绝缘的材料制成。导热片2 被形成得尽可能薄，只要不丧失其物理稳定性即可。
导热板3被设置在导热片2的顶部上，并且由导热的硬材料(包括 诸如铝、铜以及铁的金属，和陶瓷)制成。在导热板3的一个侧面上沿 该导热板3的周边和中央分别设置有均向上突出的一组凸部6和凸插脚 7。每一个凸部6都包括螺孔9，或者包括螺孔IO。螺孔9被用于接纳将 导热片板2、电路板4以及配光控制透镜5保持在一起以装配LED光学 模块1的装配螺钉8的杆。螺孔10被用于接纳用于固定多个LED光学 模块1以形成一单元的螺钉的杆。螺孔9和10都贯穿导热板3而形成。
导热板3还包括位于凸插脚7内侧、板中央处的闭环形式的凹槽11。 该凹槽ll用于容纳粘合剂。
诸如柔性电路板的薄电路板4被设置在导热板3的顶部上。电路板 4包括分别形成在与下方导热板3上的凸部6和凸插脚7相对应的位置处 的凸部孔12和凸插脚孔13，用于接纳凸部6和凸插脚7。
电路板4还包括形成在凸插脚孔13内侧、其中央处的窗口 18 (参 见图3或4)。用作光源的LED 14被安装在电路板4上以覆窗口 18。 LED 14的电极通过导电材料(如焊料或导电胶)连接至电路板4上的配线导 体的焊盘部。从焊盘部延伸的配线导体在电路板4上方经过并且在这个
10实施例中被表示为连接至安装在电路板4的边缘附近的板连接器15的电 极端子。
配光控制透镜5被设置在电路板4上。配光控制透镜5具有法兰16 并且用于控制从下方LED 14发射的光的分配。法兰16包括用于接纳用 于装配LED光学模块的装配螺钉8的杆的螺孔17。
上述导热板3、电路板4以及配光控制透镜5通过螺钉8被装配在 一起，以构成如图2所示的LED光学模块1。
LED 14的邻近区域可以如图3或4所示来构成。在图3的示范性结 构中，其上安装有用于覆盖窗口 18的LED 14的电路板4被放置在导热 板3的平坦表面上。电路板4，进而LED14通过导热板3上的、穿过贯 穿电路板4而形成的凸插脚孔13的凸插脚7与导热板3相对地定位。
利用加载在形成于导热板3上的凹槽11中的粘合剂19将其上安装 有LED 14的电路板4粘合/固定到导热板3上。
电路板4的窗口 18填充有高导热化合物20，以将LED14热连接至 导热板3。这种构造使得LED 14所生成的热能够有效地散逸至导热板3， 由此防止LED 14的温度上升。
在图4的结构中，导热板3包括面积比电路板4的窗口 18要小并且 高度与电路板4的厚度大致相同的隆起部21，以使定位在电路板4的窗 口 18内的导热板3的隆起部21的端表面22，与电路板4的用于安装LED 14的表面23大致水平。在这种构造中，与图3的结构相比，LED 14直 接接触导热板3，使得LED 14生成的热能够更有效地散逸至导热板3。 结果，更有效地防止了 LED光学模块1的温度升高。
导热板3的隆起部21的高度可以小于电路板4的厚度。在这种情况 下，电路板4的窗口 18内所形成的空间可以填充有高导热化合物20，以 将LED 14热连接至导热板3。
下面，对该LED光学模块的光学系统进行描述。图5是形成LED 光学模块的光学系统的示范性LED光源和配光控制透镜的示意性截面 图。
配光控制透镜5围绕着从LED 14向前延伸的光学轴X而定位。配光控制透镜5的面对LED 14的表面(光入射表面24)和配光控制透镜5 的相对表面(光发射表面25)向前弯曲(相对于LED)，形成了大致凸 状的透镜轮廓。在这种排布结构中，配光控制透镜5的光入射表面24的 焦点F位于LED 14的发光部的附近。
从LED 14径向发射并且到达配光控制透镜5的光入射表面24的光 从光入射表面24进入配光控制透镜5并通过配光控制透镜5被导引至光 发射表面25,从光发射表面25离开配光控制透镜5。
因为配光控制透镜5用于将LED 14的配光特性转换成希望的配光特 性，所以其设计被确定如下。
将被特定LED光学模块照明的区域分成多个部分，并针对每一个部 分来确定希望的配光特性。接着，确定配光控制透镜的光发射表面的形 状，以使入射光能够被折射并且在出射时被进一步折射，从而该透镜发 射了具有对应配光特性的光，作为折射光。
配光控制透镜的光发射表面的形状是基于该配光控制透镜的光入射 表面的形状(在这个示范性实施方式中是半径为50 mm的球面)、基于 LED光源与配光控制透镜的光入射表面之间的距离，以及基于形成配光 控制透镜的材料的折射率来确定的。光入射表面的任何指定点处的光入 射角都可以根据光入射表面的形状和LED光源与光入射表面之间的距离 来确定。
通过基于上述条件利用如日本专利申请特开No. JP2004-87179A1中 描述的设计方案，可以确定光发射表面的形状。在这样设计的配光控制 透镜中，从LED光源径向发射且已经到达配光控制透镜的光入射表面处 并被折射接着通过该配光控制透镜被导引的光在出射点处被折射，从而 折射光被引导至指定方向。
根据本发明，光发射表面具有特定形状，从而使发射光对于照明区 域的每一部分提供配光特性，并且该配光特性从一个部分到相邻部分是 连续的。
换句话说，配光控制透镜的光发射表面具有根据来自配光控制透镜 的焦点的光的入射角，以连续方式使光沿指定方向折射的形状。下面，对LED光学模块的光学特性进行描述。考虑以下三种LED 光学模块具有窄方向性的窄LED光学模块；具有宽方向性的宽LED 光学模块；以及具有处于窄LED光学模块与宽LED光学模块之间的中 间方向性的中间LED光学模块。
下面，考虑具有不同方向性的各个LED光学模块的不同配光控制透 镜，并对每一种透镜执行光束跟踪(参见图6A到6C)。应注意到，每一 个配光控制透镜都被设计成具有球形光发射表面，该球形光发射表面相 对于LED向前凸出，并且具有50mm的半径。
如图6A到6C所示，每一个配光控制透镜5的光发射表面25的曲 率都与从光发射表面25发射出的光线的发散度相关联。具体来说，随着 光发射表面25的曲率从图6A的透镜到图6B的透镜，接着从图6B的透 镜到图6C的透镜逐渐变小，光束被发散的程度变大。由此，针对窄LED 光学模块的配光控制透镜优选地具有主要由大曲率球形或非球形表面或 这种表面的组合所构成的光发射表面。针对宽LED光学模块的配光控制 透镜优选地具有主要由小曲率球形或非球形表面或这种表面的组合所构 成的光发射表面。针对中间LED光学模块的配光控制透镜优选地具有主 要由中间曲率球形或非球形表面或这种表面的组合所构成的光发射表 面。
基于根据光线跟踪的结果所确定的配光控制透镜的基本结构，分别 如图7、 8以及9所示设计了三种LED光学模块。这三种LED光学模块 仅在它们的配光控制透镜方面彼此不同(具体来说，配光控制透镜的光 发射表面的形状彼此不同)。
图7所示LED光学模块la是窄LED光学模块。其配光控制透镜5 具有由多个(这种情况下为八个)形状不同的连续自由弯曲表面组成的 光发射表面25 。该光发射表面25具有相对于配光控制透镜的中心轴Z(或 LED的光轴X)大致点对称的形状。
图8所示LED光学模块lb是中间LED光学模块。其配光控制透镜 5具有由多个(这种情况下为四个)形状不同的连续自由弯曲表面组成的 光发射表面25。该光发射表面25具有相对于配光控制透镜的中心轴Z(或
13LED的光轴X)大致点对称的形状。
图9所示LED光学模块lb是宽LED光学模块。其配光控制透镜5 具有由多个(这种情况下为四个)形状不同的连续自由弯曲表面组成的 光发射表面25。该光发射表面25具有相对于配光控制透镜的中心轴Z(或 LED的光轴X)大致点对称的形状。
在每一个配光控制透镜都是沿着包括配光控制透镜的中心轴Z的平 面切割并从该中心轴径向延伸的情况下，对每一个都在中心轴Z附近具 有最大曲率的光发射表面25的截面进行彼此比较，光发射表面的曲率按 图9的宽LED光学模块lc、图8的中间LED光学模块lb、图7的窄LED 光学模块la的次序增大。
图6A的窄LED光学模块表现出了如图10所示的配光特性。图6B 的中间LED光学模块表现出了如图11所示的配光特性。图6C的宽LED 光学模块表现出了如图12所示的配光特性。从这些配光特性可以看出， 生成较窄配光特性的LED光学模块具有曲率较大的光发射表面。
每一个配光控制透镜中的具有不同形状的多个自由弯曲表面中的每 一个都发射针对在LED光学模块所照明的区域中限定的多个部分中的一 个部分提供配光特性的光。由此，形成每一个LED光学模块的配光控制 表面的光发射表面的不同形状的多个连续自由弯曲表面的数量与在LED 光学模块所照明的区域中限定的多个部分的数量相同。
虽然这三种类型的LED光学模块可以单独使用，但也可以将相同类 型或不同类型的多个模块进行组合，以根据对LED照明装置的希望规范 (例如，照明、要照明区域等)来构造LED光学单元。
图13是示出包括三个宽LED光学模块lc的宽LED光学单元26c 的分解立体图，而图14是其立体图。LED光学单元26c是将三个宽LED 光学模块lc安装在底部带有散热片和防水帽27的壳体28上而构成的。 每一个LED光学模块lc与壳体28之间都放置有导热板(未示出)。通 过将固定螺钉29的杆穿过宽LED光学模块lc的螺孔10并将其旋入形 成在壳体28上的对应螺孔中，而将每一个宽LED光学模块lc固定到壳 体28上。壳体28上还安装有外部连接器30，用于从外部电源向该光学单元 提供电力。电缆将外部连接器30连接至配线连接器31，进而又连接至宽 LED光学模块lc上的板连接器15。
设置延伸部32来覆盖除了宽LED光学模块lc以外的其余区域，并 将外部透镜33固定在壳体28上，从而完成宽LED光学单元26c。
壳体28由热的良导体形成并且可以是铝模制壳体。
类似的是，包括三个中间LED光学模块lb的中间LED光学单元26b 和包括三个窄LED光学模块la的窄LED光学单元26a也是如上所述来 设计的。
如图15所示排列了总计九个LED光学单元26(包括两个窄LED光 学单元、六个中间LED光学单元以及一个宽LED光学单元)，以构成本 示范实施方式的LED照明装置34。如图16所示，这种排布结构旨在利 用沿路肩每隔35 m按高度10 m设置并且被指配了要照明的道路区域的 每一个LED光学单元26来照明双车道公路。
在这种构造中，LED照明装置34具有如图17的框图所示的光控制 电路40，从而可以分离地控制每一个LED光学单元26的光输出。
光控制单元40包括一个接一个地连接至对应LED光学单元26的恒 定电流电路41、每一个恒定电流电路41的输入端子所连接至的光学输出 控制器42、定时器43 (为外部设置单元)、亮度检测器44，以及降雨量 检测器45 (其被称为环境状况检测单元)。光学输出控制器42的输入端 子连接至定时器43、亮度检测器44以及降雨量检测器45。
在光控制电路40中，光学输出控制器42在接收到来自定时器43、 亮度检测器44以及降雨量检测器45的检测信号时可以生成光学输出控 制信号，并将该光学输出控制信号递送至相应恒定电流电路41。在接收 到该控制信号时，恒定电流电路41都生成一控制电流，从而可以分离地 控制每一个LED光学单元26的光学输出。
图18是例示了根据如上所述LED照明装置34的光学仿真的方向特 性的图形。该图包括了将100W的额定值施加至所有LED光学单元26来 获取最大光学输出时的方向特性的图形(用(f)标示)和将50°/。的额定
15值施加至所有LED光学单元26来获取光学输出时的方向特性的图形(用
(h)标示)。如该图所示，当整个光学输出(h)减小得小于(f)时，该
LED照明装置34的方向特性(h)的形状与方向特性(f)的形状几乎相 同。
图19例示了将具有上述方向特性的多个LED照明装置34每隔35 m (D)以高度10m(H)沿路肩排列时路面上的光学仿真亮度分配的结果。 如图所示，将LED照明装置34沿车辆的行进方向设置。如该图所示， 每一个LED照明装置34都可以利用具有对称配光的、沿更靠近车辆的 方向和沿远离行进车辆的方向发射的光来照明路面。即，对于定位在相 邻LED照明装置34之间的路面区域46来说，从一个LED照明装置34a 发射出的沿更靠近行进车辆的方向的光与从另一LED照明装置34b发射 出的沿远离行进车辆的方向的光彼此交叠。这种交叠的光被路面漫射和 反射，进入驾驶员的眼睛，从而帮助驾驶员识别路面状态。
当车辆在无雨的夜间行进时，驾驶员可以通过用具有如上所述的配 光的光来照明的道路视觉确认车辆前方的路面状况。这可以确保以高可 见度来安全行进。
另一方面，当车辆在雨夜行进时，从LED照明装置34b发射出的沿 远离车辆的方向(与车辆相对的方向)的光可以被因累积雨水而造成的 镜面朝向与车辆相对的方向反射。这意味着，反射光可能不会进入驾驶 员的眼睛。即，仅从LED照明装置34a发射出的沿更靠近车辆的方向的 光才可以从位于相邻LED照明装置34之间的路面区域46反射并进入驾 驶员的眼睛。与在没有降雨的情况下行进的情况相比，驾驶员必须利用 路面亮度降低的路面状况来进行视觉确认。应当认为，这可能会影响安 全驾驶。
应注意到，每一个LED照明装置34a (34b)要照明的照明强度(发 射光通量)始终是恒定的，而与是否降雨无关。然而，在下雨期间，从 每一个LED照明装置34a (34b)发射出的沿与车辆相对的方向的光不能 对驾驶员对路面的可见度做出贡献，这意味着不能有效地使用该光。因 此，生成了无用光同时消耗了一定量的能量。鉴于这种常规问题，该LED照明装置可以对改进路面可见度做出贡
献，而不会浪费从LED照明装置发射的光，从而确保驾驶员的高安全性。
而且，可以抑制任何无用光的生成以及浪费的能耗，同时获得高节能效 果。
具体来说，如图17所示，可以通过安装在LED照明装置内的光控 制电路40的定时器43、亮度检测器44以及降雨量检测器45来实时地检 测道路状况(周围环境)，以将检测到的信号递送至光学输出控制器42。
光学输出控制器42基于三个检测信号的组合来生成光学输出控制 信号并将它们递送至各自的恒定电流电路41 。恒定电流电路41可以生成 控制电流(恒定电流)以将它们递送至相应的LED光学单元26。因此， 可以分离地控制LD光学单元26的光学输出。即，本发明的LED照明装 置可以根据周围环境状况分离地控制构成LED照明装置的相应LED光 学单元的光学输出。因此，可以提供适于当前周围环境状况的配光特性 来进行照明。
图20例示了在下雨或没有下雨的情况下，根据基于LED照明装置 的配光特性的光学仿真而导出的LED照明装置34的方向特性。该图包 括了在没有下雨的情况下将100%的额定值施加至所有LED光学单元26 来获取最大光学输出时的方向特性的图形(用(f)标示)，和在降雨期间 分离地控制相应LED光学单元26以提供对应的特定光学输出时的方向 特性的图形(用(c)标示)。
如该图所示，没有下雨的情况下LED照明装置34的方向特性(f) 的形状相对于作为中心的方向角0。几乎对称或相似。与此相反，在降雨 期间LED照明装置34的方向特性(c)的形状相对于作为中心的方向角 0。不对称。在这种情况下，将从LED照明装置34发射的光束指配成相 对于作为中心的方向角O。， 一侧(在该图中用"+"方向角表示)多于另一 侧(在该图中用"-"方向角表示)。
图21例示了在将LD照明装置34设计成具有这种方向特性时，路 面上的光学仿真亮度分配的结果。在图20中，当以LED照明装置34为 中心时，用"+"方向角表示的一侧对应于图21的更靠近车辆的方向，而用"-"方向角表示的一侧对应于与车辆相对的方向。即，各个LED照
明装置34a和34b可以沿更靠近车辆的方向发射较多的光束，而沿与车 辆相对的方向发射较少的光束。
因此，投射到路面上的光束主要包括从各个LED照明装置34a和34b 发射的沿更靠近车辆的方向的光束，而抑制了沿与车辆相对的方向的光 束。因此，即使车辆在雨夜行进并且因累积雨水而在路面上形成镜面表 面，从各个LED照明装置34a和34b发射的几乎所有光束都被镜面状面 有效地反射而进入驾驶员的眼睛，从而浪费了很少量的光束。由于抑制 了生成无助于改进驾驶员可见度的浪费光束，因而LED照明装置可以被 设置成提供高节能效果。
在一个示范实施方式中，由于分离地控制了构成LED照明装置的每 一个LED光学单元，因而，可以将可以沿更靠近车辆的方向发射光的LED 光学单元控制成发射最大光学输出的100%到50%(相对于所施加的最大 额定值为100%时的光学输出)，同时可以将可以沿与车辆相对的方向发 射光的LED光学单元控制成发射最大光学输出的50%到0%。另选的是， 根据特定周围环境状况，所有LED光学单元都可以提供100%光学输出。
如所阐述的，LED光源和配光控制透镜形成了供本发明的LED照 明装置中所使用的LED光学模块中使用的光学系统。这种构造免除了使 用将来自光源的光定向至希望照明方向的反射器，得到了诸如縮减部件 数量、高装配精度以及縮减照明装置重量等优点。
配光控制透镜的球形光入射表面环绕着LED光源，用于增大通过光 入射表面进入到配光控制透镜中的光量与从LEG光源径向发射并到达光 入射表面的光量的比率。结果，实现了光的有效使用。
在本发明的LED光学模块中，配光控制透镜的光发射表面由形状不 同的多个连续自由弯曲表面构成，从而使得从每一个自由弯曲表面发射 的光都能够对在照明区域中限定的多个部分中的每一个部分提供配光特 性。这种构造使得能够详细设置LED光学模块的配光特性，由此，显著
地增加了设计配光特性的自由度。
根据本发明，可以通过替换配光控制透镜来构成具有不同配光特性的不同类型的LED光学模块，以及将具有相同或不同配光特性的多个
LED光学模块进行组合来构成LED光学单元。与单独模块相比，这种 LED光学单元可以提供更大量的照明光。与单一LED光学模块类似的是， 这种构造也可以详细设置LED光学单元的配光特性，由此显著地增加了 设计配光特性的自由度。
根据本发明，将具有相同或不同配光特性的多个LED光学单元进行 组合来构成LED照明装置。在这种构造中，较大照明区域中限定的多个 部分中的每一个部分都可以通过特定LED光学单元来指配特定配光特 性。就像是在具有LED光学单元的情况下，这种构造不仅能够在较大照 明区域上详细地设置LED照明装置的配光特性，而且能够确保遍及该照 明区域的均匀亮度。因而，显著地改进了设计配光特性的自由度。
本发明的LED照明装置可以根据当前周围环境状况并且与之相适应 地提供各种配光特性。由于减小了无助于照明装置的功能的浪费光束， 因而可以将LED照明装置设置成提供高节能效果。
当将本发明的LED照明装置用作道路照明时，其可以在下雨期间以 高于常规照明装置的亮度来照明路面。因此，本发明的LED照明装置可 以增强驾驶员可见度的安全性。而且，当仅通过简单地增加总光学输出 来改进可见度时，可以将消耗功率减小大约常规消耗功率的50%或以下。
当将本发明的LED照明装置用作停车场照明时，可以检测包括进入 照明区域的人或其它车辆在内的周围环境状况，以增加其光学输出以便 进行瞬间更亮的照明，由此，确保了该区域内的安全(也出于防盗措施 的目的)。在该人或车辆离开该区域之后，这种LED照明装置可以通过 其控制功能来抑制光学输出，以实现高节能效果。而且，当将这种LED 照明装置用作停车场照明时，可以将用于照明停车车辆的进入方向的 LED光学单元控制成发射增加了光学输出的光束，由此来控制该LED照 明装置的配光特性。这可以实现停车场的有效照明。
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权利要求
1、一种LED照明装置，该LED照明装置包括具有不同配光特性的一组LED光学单元，每一个LED光学单元都包括用于形成对应配光特性的至少一个LED光学模块，所述LED光学模块包括用作光源的LED和沿该LED光源的照明方向布置的配光控制透镜，安装在同一LED光学单元上的LED光学模块为同一类型，而安装在不同LED光学单元上的LED光学模块彼此不同，其中，所述LED照明装置还包括光控制单元，该光控制单元包括环境状况检测单元，用于检测所述LED照明装置的周围环境；LED光学单元驱动/控制单元，用于控制每一个所述LED光学单元的光学输出；以及光学输出控制单元，用于向所述LED光学单元驱动/控制单元递送光学输出控制信号，该光学输出控制信号与来自所述环境状况检测单元的检测信号相对应，并且其中，基于来自所述环境状况检测单元的检测信号，通过受从所述光学输出控制单元递送来的光学输出控制信号控制的所述LED光学单元驱动/控制单元对每一个所述LED光学单元的光学输出进行分别控制，从而可以控制所述LED照明装置的配光特性。
2、 根据权利要求1所述的LED照明装置，其中，所述配光控制透 镜包括来自所述LED的光入射到其上的入射表面和向外部发射光的光发 射表面，所述入射表面和所述光发射表面都沿照明方向相对于所述LED 弯曲，以形成大致凸状轮廓；所述配光控制透镜的焦点位于所述LED所放置之处或其附近；并且 所述光发射表面包括形状不同的多个连续自由弯曲表面。
3、 根据权利要求2所述的LED照明装置，其中，所述配光控制透 镜的所述光发射表面具有根据来自所述配光控制透镜的焦点的光的入射 角以连续方式沿指定方向对光进行折射的形状。
4、 根据权利要求1到3中任一项所述的LED照明装置，其中，所述LED光学单元驱动/控制单元包括恒定电流电路。
5、根据权利要求1到4中任一项所述的LED照明装置，其中，所 述环境状况检测单元至少包括亮度检测器和/或用于检测降雨量的降雨量 检测器。
全文摘要
本发明涉及LED照明装置。提供了一种以LED为光源的照明装置。该LED照明装置可以根据周围环境状况来控制发射光的配光特性，从而可以改进该照明装置的功能并且可以获得高节能效果。三种类型的LED光学模块每一种都包括LED光源和按不同形状形成的配光控制透镜，并且具有彼此不同的配光特性。三种类型的LED光学单元的每一个都包括多个相同类型的上述LED光学模块。该LED照明装置可以包括具有彼此不同的配光特性的一组LED光学单元。该LED照明装置可以包括用于根据周围环境状况分离地控制相应LED光学单元由此总体上控制配光特性的光控制单元。
文档编号H05B37/02GK101672433SQ20091000228
公开日2010年3月17日 申请日期2009年9月9日 优先权日2008年9月9日
发明者小池辉夫, 山田光雄, 芦沼和昭 申请人:斯坦雷电气株式会社