专利名称：灯具组件的制作方法
灯具组件
背景技术：
实质上，所有类型的商业和私有飞行器都包括外灯，例如滑行灯和着陆灯，以确保飞行器在广泛的自然照明条件下的适当可见性。决定这种灯的数量和配置的要求，除了别的外，通常体现在与适航性标准有关的规则中，例如Code of Federal Regulations中的Title 14,Part 23。外部飞行器灯通常利用白炽灯丝技术。由于大涌流和暴露于高程度的振动，白炽灯丝灯具在飞行器环境中特别容易发生故障，并且与在没那么恶劣的环境中使用的相似灯具的操作寿命相比，飞行器上的白炽灯丝灯具的操作寿命可能相对较短。该相对较短的操作寿命可能至少涉及可观的维修成本，并且，在飞行器操作期间发生灯具故障的情况下，可能危及飞行器和乘客安全。
发明内容
在一个总的方面中，本申请公开了一种灯具组件，其包括一个或多个发光二极管 (LED)阵列和用于向所述一个或多个发光二极管阵列输出电流的控制器电路。每个发光二极管阵列包括至少一个发光二极管，并限定出具有第一中心轴线的空间辐射模式。所述灯具组件还包括使从所述一个或多个发光二极管阵列接收到的光变向的透镜阵列、基座和透光性盖子。对于所述一个或多个发光二极管阵列中的每一个，所述透镜阵列包括限定出与相应发光二极管阵列的第一中心轴线对齐的第二中心轴线的全内反射(TIR)透镜。全内反射透镜构造成从全内反射透镜的输出面分配从发光二极管阵列接收到的光，以使被分配的光限定出相对于第二中心轴线收敛、发散或者平行的光路。所述基座包括接收所述一个或多个发光二极管阵列、控制器电路和透镜阵列的第一表面。基座还包括构造成被灯具座可拆卸地接收的第二表面。透光性的盖子附接至所述基座，并设置在其第一表面上，使得所述一个或多个发光二极管阵列、所述控制器电路和所述透镜阵列容纳在所述盖子与所述基座之间。
图1A、1B和IC分别是根据一个实施例的灯具组件的前视、后视和侧视透视图；图2是图1A-1C的灯具组件的透视截面图；图3是图1A-1C的灯具组件的分解视图；图4A示出了图3的发光二极管(LED)阵列和控制器电路的物理布置；图4B示出了根据一个实施例的图4A的印刷电路板(PCB)基板的构造；图5A和5B示出了根据各种实施例的图3的LED阵列的构造；图6是根据一个实施例的图3的LED阵列和控制器电路的框图；图7A和7B是根据各种实施例的图3的LED阵列和控制器电路的电路布置；图8A、8B和8C分别是图3的透镜阵列的前视图、后视图和截面图；图9A、9B和9C示出了根据各种实施例对于不同全内反射(TIR)透镜由光源发射的光的重新取向；
图10A、10B和IOC分别是图3的基座的前视图、后视图和透视侧视图；图IlA和IlB是根据一个实施例的图3的一组电气连接器之一的透视图；图12A、12B和12C分别是图3的盖子的前视图、后视图和透视侧视图；图13A和13B不出了根据各种实施例的扩散光学系统；而图14示出了根据一个实施例的图1A-1C的灯具组件的已安装的构造。
具体实施例方式在详细说明各种实施例前，应该注意的是实施例在应用或者用途上并不局限于在附图和描述中示出的部分的配置和构造的详情。所示实施例可以实施或者包含在另一些实 施例、变更和变型中，并且可以以各种技术实践或实施。以下所公开的灯具组件构造只是示例性的，并非旨在限制其范围或者应用。此外，除非另有指明，本文所采用的术语或者表述方式被选择用于描述示例性实施例的目的，以方便读者，并非用于限制其范围。图1A、1B和IC分别是根据一个实施例的灯具组件5的前视、后视和侧视透视图。图2是灯具组件5的透视截面图，而图3是灯具组件5的分解视图，示出了它的部件。如下面将详细论述的，灯具组件5的实施例利用发光二极管(LED)技术来生成光输出。LED不呈现白炽灯丝的大涌流特征，并且基本不受振动的影响。因此灯具组件5在恶劣机械环境中提供显著更长的操作寿命，例如飞行器、摩托车和道外车辆(例如，Baja 500)环境或者类似环境，这是比起使用白炽灯丝技术能够实现的来说的。灯具组件5的优点并不局限于在恶劣操作环境中增长的耐久性和寿命，应该理解的是，灯具组件5可以用于其它操作环境，例如汽车正向照明环境、海洋(例如，水下)环境和舞台照明操作环境等。因为灯具组件5的实施例可以利用全内反射(TIR)透镜阵列来从LED取光，与用于外部飞行器照明和其它应用的非TIR光处理元件相比，光能够更有效地会集和变向。此外，因为灯具组件5的实施例可以符合于若干现有白炽灯丝灯具中的任一个的某些机械、电气和/或光输出规格，飞行器、摩托车、道外车辆和其它设备(车辆或者非车辆)可以以灯具组件5改良安装，而不用对相关联设备的实质性修改(如果有的话)。参考图3，灯具组件5可以包括一个或多个发光二极管(LED)阵列10、与LED阵列10电气地耦合的控制器电路15、透镜阵列20、基座25和盖子30。在灯具组件5的组装状态下，如图2所示，LED阵列10、控制器电路15和透镜阵列20可以被接收到基座25的前表面195上，而盖子30设置在前表面195上方并附接至基座25。LED阵列10、控制器电路15和透镜阵列20因此可以被可保护地封装在盖子30与基座25之间。灯具组件5可以附加地包括一组电气连接器35，这组电气连接器35设置成在基座25的前表面195与基座25的后表面200之间穿过基座25。如下面将更详细地描述的，电气连接器35允许位于灯具组件5外的电能系统(例如，飞行器电能系统)电气地连接至LED阵列10和控制器电路15，并向其供给电能。图4A示出了图3的LED阵列10和控制器电路15的物理布置。如图所示，LED阵列10和控制器电路15可以安装在印刷电路板(PCB)基板40的前表面上，LED阵列10在基板40的外周缘上对称地分隔开，并且控制器电路15被容纳在基板40的大体居中位于LED阵列10之间的部分上。在某些实施例中，并且如图4A所示，灯具组件5可以包括四个LED阵列10，但是应该理解的是，通常可以使用任意数量的LED阵列10，这取决于例如特定照明应用的光输出需求和LED阵列10的通量特征。在某些实施例中，并且参考图4B，基板40可以呈金属芯印刷电路板(MCPCB)的形式，其包括层叠在一起的金属基座41 (例如，铜或铝)、介电层42和电路层43 (例如，铜)。在基板40的前表面上安装有LED阵列10的每个位置处，可以穿过介电层和电路层42、43限定出切口 44，使得每个LED阵列10的至少一部分(例如，LED阵列10的电绝缘金属散热器46)与金属基座41直接热接触。在一个实施例中，例如，散热器46可以经由切口 44焊接至金属基座41。这样，能够在LED阵列10与基座25之间建立直接的热路径。在某些实施例中，并且如图所示，金属基座41可以被冲孔或者略微凹入，使得穿过每个切口暴露的金属基座41的部分大致与基板40的前表面平齐。LED阵列10和控制器电路15可以通过电导体(未示出)电气地连接，例如使用已知电路形成技术(例如，光刻)形成于电路层43中的电导体。
基板40的前表面可以包括居中于前表面上并且从那里正交地延伸的对齐支柱45。当被接收到透镜阵列20的相应对齐开口 150 (图8C)中时，对齐支柱45确保透镜阵列20与LED阵列10的恰当对齐。基板40可以限定出若干适当地定位的开口 50，用于使基板40和透镜阵列20附接至基座25，使用的是例如穿过开口 50引入的紧固件(例如，螺丝)，其被保持在由基座25限定出的开口 205、215中(图10A)。基板40可以附加地包括呈由基板40限定出的开口 55的形式的一组电气输入连接点，每个开口 55的导电性周缘电气地耦合至控制器电路15的相应输入端。在灯具组件5的组装状态下，并且参考图2，穿过每个开口 55被接收的紧固件(例如，螺丝)可以被相应电气连接器35的端部保持，从而将电气连接器35机械地锚定至基板40，并且经由开口 55的导电性周缘将电气连接器35电连接至LED阵列10和控制器电路15。图5A和5B示出了根据各种实施例的图3的LED阵列10的构造。在某些实施例中，并且参考图5A，LED阵列10可以包括四个LED模具，或者“LED” 60 (D1-D4), LED 60安装到基板65(其可以与也可以不与基板40相同)上，所述基板65在从它们的发光面观察时呈正方形的总体形状。在一个实施例中，LED阵列10的所有LED 60构造成以大致相同的波长，或者以大致相同的若干波长照射电磁能。在另一实施例中，LED 60中的至少一个可以构造成以不被LED阵列10的LED 60的至少另一个发射的一个或多个波长照射电磁能。LED阵列10的特定光谱输出可以适合于用于现有的白炽灯丝灯具应用，例如飞行器、摩托车和道外车辆(例如，Baja 500)应用、等等。向LED 60的电气连接可以通过常规的电气接触件进行。虽然图5A的LED阵列10包括配置成正方形构造的四个LED 60，但是应该理解的是，LED阵列10可以大体包括一个或多个LED 60，并且所述一个或多个LED 60可以安装到基板65上，以形成若干几何形状(例如，圆形、线条、矩形、三角形、菱形或者任意适当的多边形形状)中的任一种，这取决于例如LED 60的数量和期望的光分布。应该进一步理解的是灯具组件5的每个LED阵列10中的LED 60的数量可以相同也可以不同。例如，在一个实施例中，所有LED阵列10均可以包括四个LED 60，而在另一实施例中，第一 LED阵列10可以包括四个LED 60，而第二 LED阵列10可以包括多于或者少于四个的若干LED 60。相似地，应该理解的是，每个LED阵列10的整体光谱输出可以与也可以不与灯具组件5的其它LED阵列10的光谱输出相同。在某些实施例中，并且参考图5B，LED阵列10可以使用市售的LED封装70来实施。LED封装70可以例如呈表面安装技术(SMT)部件的形式，并且包括安装到基板65上的若干LED 60、设置在LED 60上的透镜75、与LED 60热连通的散热器(未示出)和电气地连接至每个LED 60的一组销子或者引线80。在一个这种实施例中，例如，LED封装70可以使用可从北卡罗来纳州Durham城的Cree购买到的XI..amp芯:MC-E LED封装。LED阵列10可以限定出具有中心轴线85的空间辐射模式，围绕中心轴线85，由LED阵列60发射的光以大体对称的方式分配。参考图5B，例如，中心轴线85可以居中定位在LED 60之间，并且从基板65正交地延伸。在某些实施例中，中心轴线85可以与LED阵列10的视角重合(例如,0度)，在该视角，LED阵列10的相对发光强度最大。图6是根据一个实施例的图3的LED阵列10和控制器电路15的框图。在灯具组件5的操作期间，控制器电路15用作电流源，以输出电压Vtm和输出电流ILED的形式向LED阵列10提供操作电能。在某些实施例中，并如上所述，灯具组件5可以包括四个LED阵列10，每个LED阵列10包括四个LED 60。在图6的实施例中，LED阵列10和每个LED阵列10中的LED 60以串联构造连接，以限定出16-LED串。因为LED阵列10需要恒定电流来生成具有恒定亮度的光输出，所以控制器电路15可以包括DC-DC控制器90，例如DC-DC转换控 制器，作为恒定电流源进行操作。在某些实施例中，DC-DC控制器90可以使用市售的DC-DC转换控制器封装来实施，例如可从加利福尼亚州Milpitas城的Linear Technology获得的LT3755DC-DC转换控制器(图7A和7B)。在某些实施例中，控制器电路15可以构造成用于双极操作，以确保恰当极性的操作电压施加至DC-DC控制器90的输入端，而与施加至控制器电路15的输入端的输入电压Vin的极性无关。在一个实施例中，例如，控制器电路15可以包括桥式整流电路95，用于接收处于任一极性的输入电压Vin,并输出恒定极性的电压，以用作DC-DC控制器90的操作电压(V’IN)。桥式整流电路95可以包括例如以桥式整流器构造连接的四个二极管。在某些实施例中，桥式整流电路95的二极管可以包括较低的电压下降(即，Schottky 二极管)，使得电路95的电能消耗降低，但是应该理解的是，也可以使用其它类型的二极管。桥式整流电路95因此确保恰当极性的操作电压V’ IN被施加至DC-DC控制器90，而不管施加至控制器电路15的输入电压Vin的极性如何，从而简化灯具组件5的安装和保护部件免受损坏，这可能以其它方式由输入电压Vin的反向极性引起。在某些情况下，并且尤其是在LED阵列10和LED 60以串联构造连接的情况下，驱动LED 60所需的正向电压可能超过可获得的输入电压Vin。例如，驱动图6的16-LED链所需的正向电压可以为约45-70VDC的范围，而输入电压Vin的名义值可以大致为14或28VDC (例如，在飞行器照明应用的情况下)。因此，在某些实施例中，DC-DC控制器90可以构造成以升压模式操作，由此，控制器电路15的输出电压Vott被适当地增大高于经由桥式整流电路95供给至DC-DC控制器90的输入端的操作电压V’ IN(例如，大致14或28VDC)，使得输出电压Vot满足LED 60的正向电压需求(例如，45-70VDC)。为了适应Vin从其名义值的意外波动，控制器电路15可以构造成在输入电压Vin值的一个范围内维持适当的输出电压VQUT。在一个实施例中，例如，控制器电路15可以设计成基于14或28VDC的名义输入电压生成适当的输出电压Vqut，但是可以对于大致4. 5-40VDC范围内的输入电压Vin维持适当的输出电压VOTT。应该理解的是，上述Vin和Vott的值只是通过示例提供的，并且控制器电路15的实施例可以大体构造成使用不同的Vin和Vott值进行操作，所基于的是(除了别的外)可获得的输入电压Vin、LED阵列10的数量、每个阵列中的LED 60的数量和LED阵列10/LED 60被连接的方式(例如，串联构造，并联构造，或者其组合)。根据各种实施例，例如，DC-DC控制器90可以构造成以降压模式(buck mode)操作(例如，在驱动LED阵列10所需的正向电压小于Vin的情况下)，或者以降压-升压模式(buck-boost mode)操作(例如，在Vin可以最初大于驱动LED阵列10所需的正向电压但是接下来降低到所需正向电压以下的情况，例如可能在电池供电型LED应用中出现的)。根据各种实施例，控制器电路15可以包括至少一个控制输入端，用于接收信号以选择性地控制LED 60中的电流Imi的量，从而实现LED 60的调光性(dimmability)。在某些实施例中，例如DC-DC控制器90使用LT3755DC-DC转换控制器来实施的实施例，例如，DC-DC控制器90可以包括第一控制输入端100，用于接收脉冲宽度调制(PWM)波形(例如，图6中的VpJ，以控制DC-DC控制器90的切换占空比，使得输出电流Imi可以基于PWM波形的PWM调光比被调制成大致处于零与全电流之间。PWM调光比可以作为最大PWM周期对最小PWM脉冲宽度的比值，并且可以具有例如1500:1的最大值。在某些实施例中，并且如图6所示，控制器电路15可以包括PWM控制器105，用于向DC-DC控制器90的第一控制输 入端100输出用户可控的(例如，使用耦合至PWM控制器105的跳线或者电位计)PWM波形。在另一些实施例中，PWM波形可以从位于灯具组件5外的用户可控PWM波形源供给。另外或者作为使用PWM波形经由第一控制输入端100来控制输出电流Imi的替代，控制器电路15的某些实施例，例如DC-DC控制器90使用LT3755DC-DC转换控制器来实施的实施例，例如，可以包括第二控制输入端110，用于基于施加至第二控制输入端110的直流电压信号VCT[控制LED 60中的电流Imi的量。例如，当Vem被维持成高于阈值(例如，I. IVDC)时，电流Iled可以由LED 60的组合电阻Rled决定，例如，Iled为约100mV/RLED。当Vctel降低成低于阈值时，电流可以由Rm和V■两者的值决定，例如，Imi约为(Vcm-IOOmV)/RlED。根据该示例，对于I. IVDC的阈值，电流可以通过分别在约IOOmVDC与约I. IVDC之间适当地改变Vcm，而大致在零与全电流之间变化。在某些实施例中，控制器电路15可以包括电压控制器115，用于从控制器电路15内存在的另一电压(例如，Vin)得到Vem的值。在一个实施例中，例如，电压控制器115可以使用电位计来实施，以允许通过用户对VemW而对进行手动调节。在另一实施例中，电压控制器115可以使用热敏电阻器来实施，以基于在灯具组件5内传感到的温度来自动地调节Vem(图7B)。例如，NTC(负温度系数)热敏电阻器可以耦合至第二控制输入端110，使得减小的热敏电阻器的电阻(表明增大的温度)引起Vcm减小，从而减小Im。相反地，增大的热敏电阻器电阻(表明减小的温度)可以引起Vem增大，从而增大1_。这样，如果灯具组件5内的温度由于例如环境条件变得过高，控制器电路15可以通过降低输出电流Imi进行抵消，以降低由LED阵列10和控制器电路15驱散的热量，从而维持灯具组件5的可靠性和操作寿命。在LED阵列10和LED 60以串联构造连接的实施例中，例如图6的实施例，应该理解的是，如果例如LED在开路模式中失效，则单个LED 60的故障可能引起整个LED链的故障。因此，由于开路LED导致的LED链的故障类似白炽灯丝的故障。为了正面确认输出光的缺乏是由于开路LED，控制器电路15可以包括故障指示器120，用于指示该状态的存在。在控制器电路15的某些实施例中，例如DC-DC控制器90使用LT3755DC-DC控制器来实施的那些实施例，例如，DC-DC控制器90可以包括开路LED输出端125 (例如，开路漏极状态输出端)，其在DC-DC控制器90检测到开路LED故障时电气地转接(例如，拉低)。开路LED输出端125的转接可以用于控制故障指示器120的操作。在一个实施例中，例如，开路LED输出端125的转接可以使控制器电路15的驱动器电路(未示出)对故障指示器120的低电能LED给予电能，所述故障指示器120穿过透镜阵列20和盖子30是可见的，以提供开路LED故障的视觉指示。在另一实施例中，故障指示器120可以不是灯具组件5的部件，而是可以定位远离灯具组件5，例如位于操作员可见的仪表盘或者显示器上。根据各种实施例，DC-DC控制器90可以构造成在控制器电路15的输入电压Vin (或者DC-DC控制器90的输入电压V’ IN)跌破预定断开阈值时断开，并且接下来在输入电压Vin上升高于预定接通阈值时重新开始操作。在一个实施例中，例如，虽然使用处于大致4. 5-40VDC范围内的输入电压Vin来操作控制器电路15是可行的，但是控制器电路15可以构造成在输入电压Vin跌破例如10VDC (断开阈值)时断开，并且接下来在输入电压Vin上升至高于断开阈值的预定值时重新开始操作，例如10. 5VDC (接通阈值)。在控制器电路15的某些实施例中，例如DC-DC控制器90使用LT3755DC-DC转换控制器来实施的那些实施例，例如，断开和接通阈值可以使用连接至DC-DC控制器90的停机/欠压控制输入端(图7A 和7B)的外部电阻分压器来得到编程。这样，当电能系统的电压跌破预定值(例如，由于电气故障或者低电池电量)时，由DC-DC控制器90和LED 60代表的电气负载可以从电能系统去除。图7A是根据一个实施例的图3的LED阵列10和控制器电路15的电路布置。LED阵列10使用可从Cree获得的XI.anip:K:MC-E LED封装来实施，而DC-DC控制器90使用可从Linear Technology获得的LT3755 DC-DC控制器来实施。图7A的控制器电路15使用约8-约40VDC范围内的输入电压Vin是可操作的，并且在约70VDC的输出电压Vqut下输出约505mA的调控电流1_。断开和接通阈值分别约为8和9VDC，并且使用连接至SHDN/UVL0控制输入端的外部电阻分压器(Rl和R4)被编程。图7B是根据另一实施例的图3的LED阵列10和控制器电路15的电路布置。DC-DC控制器90使用LT3755DC-DC控制器来实施，而两个LED阵列10各自包括七个LED。图7B的控制器电路15使用约8VDC-约40VDC范围内的输入电压Vin是可操作的，并且在约50VDC的输出电压Votit时输出约IOOOmA的调控电流1_。LED 60中的电流Imi经由PWM控制输入端是用户可调节的，以控制LED调光。电流Im还基于通过包括连接至CTRL控制输入端的NTC热敏电阻器的电阻桥的温度得到控制。断开和接通阈值使用连接至SHDN/UVL0控制输入端的外部电阻分压器被编程，并且分别约为7和8VDC。图8A、8B和8C分别是图3的透镜阵列20的前视图、后视图和截面图。透镜阵列20对于每个LED阵列10可以包括全内反射(TIR)透镜130，用于沿光路使从LED阵列10接收的光变向，所述光路相对于由TIR透镜130限定出的中心轴线135是收敛、发散或者大致平行的。例如，对于如图3的实施例所示的包括四个LED阵列10的灯具组件5,透镜阵列20可以包括四个TIR透镜130。在某些实施例中，透镜阵列20可以呈圆盘的总体形状，并且使用适当的光学材料(例如，塑料、玻璃)一体地形成，但是应该理解的是，在另一些实施例中，透镜阵列20的每个TIR透镜130可以形成为分离的元件。在灯具组件5的组装状态下，并且参考图2-3，透镜阵列20可以设置在LED阵列10上，使每个TIR透镜130定位在相应LED阵列10上，并通过形成于透镜阵列20的后表面的周缘上的支座(standoff) 140与之分离。每个支座140可以限定出穿过其中的开口 145，以允许透镜阵列20使用例如紧固件(例如，螺丝、铆钉、咬合件)附接至基座25，所述紧固件从透镜阵列20的前表面延伸穿过开口 145，以被由基座25的前表面195限定出的相应开口 205保持。为了确保TIR透镜130与LED阵列10的恰当对齐，透镜阵列20的后表面可以限定出居中定位的对齐开口150，所述对齐开口 150构造成只在TIR透镜130与LED阵列10恰当地对齐时接收基板40的对齐支柱45 (图4)。换言之，对齐开口 150可以相对于对齐支柱45偏向。在一个实施例中，TIR透镜130与相应LED阵列10的恰当对齐通过LED阵列10(图5B)的中心轴线85与TIR透镜130 (图8C)的中心轴线135的对齐而确定。参考图8C，每个TIR透镜130可以包括多个同心地配置的环形小平面155，所述环形小平面155的末端160逐渐靠近正交于中心轴线135的平面165。每个小平面155可以包括入射面170和TIR面175，每个TIR透镜130可以包括具有例如凸面的出射面180。图9A、9B和9C对于各种TIR透镜构造示出了位于平面165与中心轴线135交点处的光源185 (例如，LED阵列10)所发射的光的变向。在图9A中，从光源185射出的光线190穿过入射面170，朝TIR面175折射，并被反射向并穿过出射面180。在某些实施例中，并且如图9A所示，小平面155的翘曲度可以形成为使得光线相对于中心轴线135是收敛的。在另一 些实施例中，小平面155的翘曲度可以形成为使得光线相对于中心轴线135是发散的(图9B)或者平行的(图9C)。因此，应该理解的是TIR透镜130可以用于形成离开TIR透镜130的出射面180的光的均匀分布。适用于透镜阵列20的附加TIR透镜构造在例如属于Popovich等人的美国专利No. 4, 337, 759、属于Parkyn, Jr等人的5, 404, 869和属于Pelka等人的5，655，832中公开，它们中每一个的内容通过引用整体并入本文。图10A、10B和IOC分别是图3的基座25的前视图、后视图和透视侧视图。基座25可以在从正面和背面观察时在形状上大体呈圆形，并且包括用于接收LED阵列10和控制器电路15(例如，经由基板40)的前表面195和透镜阵列20。基座25还可以包括与前表面195相反的后表面200，所述后表面200构造成由灯具座可拆卸地接收，例如白炽灯座。为了在操作期间维持灯具组件5的适当温度，基座25可以构造成接收和驱散由LED阵列10和控制器电路15生成的热。基座25因此可以包括具有适当高的热传导性的材料，例如铝或铜等。然而，应该理解的是，基座25可以附加地或者替代地包括其它材料，例如热塑性塑料等。在某些实施例中，基座25可以使用例如压铸或者注射成型工艺形成为单个元件。前表面195可以是大体平面形的，并且限定出用于保持紧固件(例如，螺丝)的若干开口 205，所述紧固件用于将LED阵列10、控制器电路15和透镜阵列20附接至前表面195。基座25可以附加地包括围绕前表面195的周缘设置以接收盖子30的唇部210。唇部210可以限定出用于保持将盖子30附接至唇部210的紧固件(例如，螺丝)的若干开口 215。唇部210可以附加地限定出沟槽220，用于接收垫衬225 (图3)，例如弹性0形圈垫衬等。在灯具组件5的组装状态下，垫衬225被设置在盖子30与基座25之间并被它们压缩，以在盖子30与基座25之间形成不透风雨的屏障。参考图10C，基座25的后表面200可以包括大体向外弯曲的几何结构，例如，圆形抛物面几何结构，其尺寸适当地形成为被灯具座可拆卸地接收，所述灯具座设计成容纳具有标准形状和尺寸的灯具。在某些实施例中，例如，后表面200的尺寸可以形成为被常规白炽灯座可拆卸地接收，所述白炽灯座设计成容纳抛物线铝反射器(PAR)灯具，例如PAR-36灯具、PAR-56灯具或者PAR-64灯具等。后表面200也可以限定出套圈230，所述套圈230设置成围绕邻近唇部210的后表面200的周缘，其至少一部分构造成在灯具组件5被接收于灯具座中时与灯具座的相应部分可拆卸地接合。在某些实施例中，套圈230的被接合部分可以适当地光滑，以在套圈230与灯具座的相对垫衬之间提供不透风雨的密封。后表面200可以附加地限定出键235，所述键235邻近套圈230，以被可拆卸地接收到灯具座的相应切口中，由此确保灯具组件5与灯具座的恰当的旋转对齐。在某些实施例中，以及如图IOB和IOC所示，前后表面195、200可以限定出多个封闭式开口 240，所述开口 240大致增大表面195、200的表面面积。开口 240的整体表面因此提供冷却结构，以增大基座25的散热性能。如图IOA和IOB所示，基座25可以限定出一组孔穴245，这组孔穴245在基座25的前后表面195、200之间延伸并连接基座25的前后表面195、200，以容纳灯具组件5的那组电气连接器35(图3)。孔穴245可以定位成使得，在灯具组件5的组装状态下，前表面195上的孔穴245的开口分别与基板40的电气输入连接点(例如，开口 55)对齐。此外，孔穴245的开口可以限定出非圆形形状(例如，六边形)，以防止相似成形的电气连接器35 在孔穴245内旋转。图IlA和IlB是根据一个实施例的灯具组件5的一组电气连接器35之一的透视图。每个连接器35可以包括呈金属棒形式的导体255，在各端限定出开口 260，构造成保持紧固构件(例如，螺丝)。连接器35可以进一步包括形成于导体255的外表面上的电气绝缘体265 (例如，尼龙树脂)，使得导体255的各端及其相应开口 260是导体255的仅有的暴露部分。电气绝缘体265可以限定出与由基座25限定出的孔穴245的形状符合的形状。例如，如图IlA和IlB所示，电气绝缘体265可以限定出六棱柱形状，其符合于图IOA和IOB的孔穴245的六棱柱形状。在灯具组件5的组装状态下，并参考图2，电气连接器35可以分别延伸穿过基座25的孔穴245，其中每个连接器35的第一端部通过例如紧固件(例如，螺丝、铆钉、咬合件)电气地耦合至控制器电路15，所述紧固件延伸穿过基板40的相应开口 55，以被保持在电气连接器35的开口 260中。这样，每个电气连接器35的第一端部可以经由开口 55的导电性周缘电气地耦合至控制器电路15。每个电气连接器35的第二端部可以从基座25的后表面200触及到，并且使用例如被保持在电气连接器35的开口 260中的紧固件(例如，螺丝)电气地连接至位于灯具组件5外的电能系统。如从图2中将理解的，每个电气连接器35的导体255通过形成于导体255的外表面上的电气绝缘体265与基座25电绝缘。在某些实施例中，在每个电气绝缘体265和其相应孔穴245的内表面之间可以设置密封剂和/或粘结材料，以在电气连接器35与基座25之间提供不透风雨的屏障，和/或在其间确保适当强的机械结合。图12A、12B和12C分别是图3的盖子30的前视图、后视图和透视侧视图。如图所示，盖子30可以呈圆盘的总体形状，并包括凸状前表面270和凹状后表面275。应该理解的是，表面270、275中的一个或多个也可以包括另一适当的表面轮廓，例如平坦轮廓等。盖子30可以由适当的透光性材料一体地形成，例如透明聚碳酸酯材料等。盖子30的直径可以形成为使得在灯具组件5的组装状态下，后表面275的周缘部分与基座25的唇部210相对。如上所述，垫衬225可以设置在盖子30与基座25之间并被盖子30和基座25压缩，从而在其间形成不透风雨的屏障。参考图12C，盖子30可以包括形成在后表面275的周缘上、在数量上与唇部210的开口 215相当的支座280。每个支座280可以限定出穿过其中的开口 285，所述开口 285在灯具组件5的组装状态下，与唇部210的相应开口 215对齐。盖子30因此可以使用例如紧固件(例如，螺丝)附接至基座25，所述紧固件从前表面270延伸穿过每个开口 285，以被保持在唇部210的相应开口 215中。根据各种实施例，灯具组件130可以包括一个或多个扩散光学系统(diffuseroptics),用于改变由TIR透镜130发射的光的分布。在某些实施例中，扩散光学系统可以形成在每个TIR透镜130的出射面180 (图8C)的表面上，如图13A所示，或者形成在盖子30的表面上。在另一些实施例中，扩散光学系统可以形成为单独的元件。如图13B所示，例如，扩散光学系统290可以形成为与TIR透镜130分离的兀件。扩散光学系统290可以构造成将从TIR透镜130射出的光塑造成符合于特定形状或者预定的视野。如图13A和13B所示，例如，扩散光学系统290进行操作，以扩散从TIR透镜130的出射面180分配的光，因此增大照明的角频谱。在某些实施例中，扩散光学系统290可以使用扩散玻璃或者塑料来 实施。在另一些实施例中，扩散光学系统290可以使用全息扩散器(又称为开诺全息扩散器)来实施。全息扩散器的示例在以下文献中有描述“An Overview of LED Applicationsfor General Illumination，，(Conference Proceedings Paper), DavidG. Pelka, KavitaPatel, SPIE 第 5186 卷，2003 年 11 月；以及 “Keen Forms of Kinoforms-Kinoform-basedDiffusers Help Lighting Designers Leverage Unique LED AdvantagesjDavid G. Pelka,OE杂志，第3卷第10号第19页，2003年10月，两者的内容通过引用并入本文。在另一些实施例中，扩散光学系统290可以使用微型透镜阵列形成，所述微型透镜阵列包括在支承基板上以二维阵列形成的多个透镜，例如纽约州Rochester城的Rochester Photonics公司制造的那些。图14示出了根据一个实施例的图1A-1C的灯具组件5的已安装的构造。如图所示，灯具组件5被改良安装到飞行器300的整流罩安装型PAR-36白炽灯座295中，以作为飞行器着陆灯进行操作。应该理解的是，灯具组件5也可以用于其它恶劣的操作环境，例如摩托车和道外车辆(例如，Baja 500)环境。尽管有在这种环境中由灯具组件5提供的增长的耐久性和寿命的优点，但是应该理解的是，灯具组件5可以用于若干其它操作环境，例如汽车正向照明环境、海洋(例如，水下)环境和舞台照明操作环境。虽然本发明的多种实施例已在本文进行了描述，但是应该清楚明了的是本领域的技术人员能够实现这些实施例的各种变型、变更和修正，并取得本发明的部分或全部优点。因此所公开的实施例旨在包括所有这种变型、变更和修正，而不背离在所附权利要求中给出的本发明的范围和精神。
权利要求
1.ー种灯具组件，包括 ー个或多个发光二极管阵列，其中所述ー个或多个发光二极管阵列中的每ー个包括至少ー个发光二极管并限定出具有第一中心轴线的空间辐射模式； 向所述ー个或多个发光二极管阵列输出电流的控制器电路； 使从所述ー个或多个发光二极管阵列接收到的光变向的透镜阵列，其中所述透镜阵列对于所述ー个或多个发光二极管阵列中的每ー个包括全内反射透镜，所述全内反射透镜限定出与相应发光二极管阵列的第一中心轴线对齐的第二中心轴线，所述全内反射透镜从全内反射透镜的输出面分配从相应发光二极管阵列接收到的光，被分配的光限定出相对于第ニ中心轴线收敛、发散或者平行的光路； 基座，包括用于接收所述ー个或多个发光二极管阵列、所述控制器电路和所述透镜阵列的第一表面，以及构造成被灯具座可拆卸地接收的第二表面；和 透光性的盖子，附接至所述基座，并设置在其第一表面上，使得所述ー个或多个发光二极管阵列、所述控制器电路和所述透镜阵列容纳在所述盖子与所述基座之间。
2.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述ー个或多个发光二极管阵列包括串联的至少两个发光二极管。
3.如权利要求2所述的灯具组件，包括四个发光二极管阵列。
4.如权利要求3所述的灯具组件，其中，每个发光二极管阵列包括四个发光二极管。
5.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于向所述ー个或多个发光二极管阵列输出电流的DC-DC转换控制器。
6.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述DC-DC转换控制器构造成以升压模式进行操作，以使所述DC-DC转换控制器的输出电压大于所述DC-DC转换控制器的输入电压。
7.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述DC-DC转换控制器构造成以降压模式进行操作，以使所述DC-DC转换控制器的输出电压小于所述DC-DC转换控制器的输入电压。
8.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述DC-DC转换控制器构造成以降压-升压模式进行操作。
9.如权利要求6所述的灯具组件，其中，所述DC-DC转换控制器的输出电压约为45VDC到70VDC，并且其中所述DC-DC转换控制器的输入电压约为4. 5VDC到40VDC。
10.如权利要求9所述的灯具组件，其中，所述DC-DC控制器的输入电压约为14VDC。
11.如权利要求9所述的灯具组件，其中，所述DC-DC控制器的输入电压约为28VDC。
12.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于向所述DC-DC转换控制器的第一控制输入端输入脉冲宽度调制波形的脉冲宽度调制控制器，其中所述DC-DC转换控制器基于向所述第一控制输入端输入的脉冲宽度调制波形来控制流向所述ー个或多个发光二极管阵列的电流。
13.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于向所述DC-DC转换控制器的第二控制输入端输入电压的电压控制器，其中所述DC-DC转换控制器基于向所述第二控制输入端输入的电压来控制流向所述ー个或多个发光二极管阵列的电流。
14.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于指示所述ー个或多个发光二极管阵列的发光二极管故障的指示器。
15.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于传感所述灯具组件的操作温度的温度传感器，并且其中所述控制器电路基于传感到的操作温度来控制流向所述ー个或多个发光二极管阵列的电流。
16.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述控制器电路的至少一部分构造成在输入所述控制器电路的输入电压小于预定阈值时断开。
17.如权利要求16所述的灯具组件，其中，所述预定阈值约为10VDC。
18.如权利要求5所述的灯具组件，其中，所述控制器电路包括用于接收具有第一极性和第二极性之一的输入电压并生成具有恒定极性的输出电压的桥式整流器电路，其中所述桥式整流器电路的输出电压是所述DC-DC转换控制器的输入电压。
19.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述盖子和全内反射透镜中的至少ー者包括扩散器。
20.如权利要求19所述的灯具组件，其中，所述扩散器包括微型透镜阵列。
21.如权利要求I所述的灯具组件，包括第一电气连接器和第二电气连接器，其中第一和第二电气连接器分别延伸穿过由所述基座限定出的第一和第二孔穴，第一和第二孔穴在所述基座的第一和第二表面之间延伸并连接该第一和第二表面，其中每个电气连接器的第一端部电气地连接至所述控制器电路，并且其中每个电气连接器的第二端部从第二表面是可触及的，并且构造成电气地连接至所述灯具座的相应电导体。
22.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述第二表面根据抛物线铝反射器灯具标准构成。
23.如权利要求I所述的灯具组件，其中，所述第一表面和第二表面中的至少ー者包括用于驱散由所述ー个或多个发光二极管阵列和所述控制器电路生成的热的冷却结构。
全文摘要
一种灯具组件，包括一个或多个发光二极管(LED)阵列和用于向LED阵列输出电流的控制器电路。每个LED阵列限定出具有第一中心轴线的辐射模式。还包括使来自LED阵列的光变向的透镜阵列、基座和透光性盖子。透镜阵列包括限定出与相应LED阵列的第一中心轴线对齐的第二中心轴线的全内反射(TIR)透镜。TIR透镜将从LED阵列接收到的光分配到收敛、发散或者平行的光路中。基座包括接收LED阵列、控制器电路和透镜阵列的第一表面，以及构造成被灯具座可拆卸地接收的第二表面。盖子附接至所述基座，使得LED阵列、控制器电路和透镜阵列容纳在盖子与基座之间。
文档编号H05B41/36GK102771191SQ201080047738
公开日2012年11月7日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者D.G.佩尔卡, G.W.帕纳戈塔科斯 申请人:泰里迪尼技术股份有限公司