CN102869918A - Led设备和用于精确透镜对准的方法 - Google Patents

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Abstract

LED设备和用于精确透镜对准的方法。一种类型的LED设备，包含：（a）有LED支承表面（31）的安装板，该支承表面上有LED装置（11）；和（b）该LED装置之上的在其间建立光通路（21）的透镜单元（20）。该创造性LED设备包含透镜对准单元（40），该透镜对准单元有前和后表面（41、42），并定义接纳LED装置从其中通过的小孔（43），这样使该LED装置凸出于该前表面之外。该透镜单元包含透镜部分（22）和在其周围的凸缘（23），该凸缘被附着于透镜对准单元的前表面，这样使该透镜部分实质上包围该凸出的LED装置。该透镜对准单元有第一配对部件（44），被定位并被布置以便与安装板（30）的第二配对部件（34）配对啮合，从而通过使该透镜对准单元与该安装板精确地对准，使该透镜单元在LED装置之上精确地对准。本发明的其他方面是一种用于LED设备组装的方法和一种用于制作透镜化的LED阵列模块的定制高效LED的方法。

Description

LED设备和用于精确透镜对准的方法
技术领域
本发明涉及照明灯具，尤其涉及组装具有LED发射器类型的照明灯具的方法。
背景技术
近年来，用于各种不同公共照明目的的发光二极管（LED）的使用已经增加，而这一趋势随着LED和LED阵列承载装置中已经取得的进步正在加速，该LED阵列承载装置常常被称为“LED模块”。的确，过去被使用高强度放电（HID）灯和其他光源的灯具担任的照明应用，现在正日益被LED模块担任。这类照明应用，除了好的许多其他应用外，包含道路照明、停车场照明和车间照明。创造性工作持续在利用LED模块的照明灯具方面发展。后者的领域正是本发明涉及的。
使用LED模块作光源的高亮度灯具，尤其给出挑战性问题。当高亮度、可靠性和耐久性对产品成功是必不可少时，由于高复杂性产生的高成本变成尤其困难的问题。保持LED和LED支承的电子装置在水/空气不透过的环境中，还可以是成问题的，尤其是当灯具，如路灯之类总是被暴露于这些元素中时。多个LED模块的使用给出更多的挑战。
再另一个涉及成本的挑战，是获得高水平的适应性以便满足广泛的各种各样不同亮度要求的问题。换句话说，要适合于特定应用，提供认为合适的能够适合给出显著大的或小的亮度量的灯具是困难的。灯具适应性是LED灯具的重要目标。
灯具的产品安全性创建困难的另外区域，而该灯具被最经常要求遵守诸如保险业实验室公司（UL（Underwriters Laboratories Inc.））的组织推荐的标准，以便在市场中获得接受。一组这样的标准是应付灯具的电有源零件在操作期间的可接近性，而且尤其重要的是在加于灯具的应力的周期时期，诸如在灯具的一些元件失火情况期间被兼顾。该UL“手指试验”命令某些“标准”尺寸的人类手指（在NMX-J-324-ANCE，UL1598，2004年12月30日，图19.22.1，231页中定义）在这种条件下，应当不能与灯具的任何电活性零件接触。该标准还对这类产品的封闭体建立某些材料限制，全都与灯具内的电压和功率电平有关。
增加的产品安全性能够以高代价获得，而在许多情形中，降低的光学效率可以是改进产品安全性的结果。例如，将灯具放置在玻璃后面以提供增加的安全性，能够导致光学效率高达10%的损失。
对基于LED的照明灯具，电源的成本是整个灯具成本的重要部分。当大量LED被用于提供必要的照度等级时，使用提供更高电压和更高功率级的单一电源，是有利的，但这又要求更严格的安全性标准。尤其是，有二类（Class 2）电源额定值的电源被限制于按最大60伏（如果在湿条件下，是30伏）的100瓦。有大量LED的基于LED的照明灯具，通过使用一类（Class 1）电源能够是有利的（在成本和效率两方面），其中二类电源的功率和电压限制二者都被超过。如果照明灯具的功率要求高于二类限制，则多个二类电源被要求（这能够是代价高昂的），除非使用一类电源造成的更严格按全性标准能够被达到。
如上所述，这类更严格的要求，包含满足某些失火条件下的“手指试验”，在某些失火条件期间，照明模块元件诸如由聚合物材料制成的透镜可以被移除。例如，在有玻璃制成的初级透镜和聚合物材料制成的次级透镜的LED装置中，必需在模块的整个电学部分（LED装置被安装于其上）之上提供封闭体屏障，初级透镜之上除外。假设在这些情况下，聚合物的次级透镜将在失火中被破坏，留下被暴露的初级透镜。同样作为例子，如果用单一聚合物透镜代替初级和次级透镜二者，那么在该单一透镜不再在原位的情况下，该封闭体屏障必须防止“标准手指”接近电学元件。
因此，存在对改进的LED照明灯具的需求，这些LED照明灯具能够更好地满足一般照度照明灯具要求并能提供市场要求和/或推荐的安全性及成本效益二者。
简而言之，照明工业中对制作使用LED的照明灯具的改进，解决上面指出的问题和关心，存在重大的需求。
发明内容
本发明的一个目的，是提供一种用于组装用于照明灯具中的高效LED模块的改进的方法，这种改进的方法克服现有技术的一些问题和缺点，包含上面指出的那些。
本发明的另一个目的，是提供一种有高效率LED光分布的降低成本的LED设备。
本发明的再另一个目的，是提供一种LED设备的高效并精确的组装。
本发明的又另一个目的，是提供一种制作有高效率LED光分布的LED设备的降低成本的方法。
本发明的另一个目的，是提供一种降低成本制作LED设备的方法，该LED设备提供各种各样不同类型的LED光分布。
这些和其他目的如何实现，将从下面的描述和附图变得清楚易见。
本发明是在一种类型的LED设备中的改进，该LED设备有定义光发射轴的LED装置和被定位在该LED装置之上并在其间建立光通路的透镜单元。该LED装置是在有LED支承表面的安装板上。
现有的LED装置有包含反射器和包围LED的初级透镜的类型的LED封装。这种封装可以增加制作LED设备的材料成本。在被封装的LED装置中反射器的存在，由于在控制被反射LED光的取向中增加的复杂性，还可以降低光输出效率。另一方面，当该反射器是包围LED的铝环形式时，这样的反射器可以用作使透镜单元在LED装置之上对准的参考。
本发明的LED设备提供的重要优点在于，它能够利用非常小的LED装置，该LED装置包含被配置成照射实质上白色的光，且最好不用反射器或基本的初级透镜的LED。LED装置的一些例子，有一个或多个发光LED。这样的多个LED可以发射有相同波长的光并产生共同颜色的光。另外，多个二极管可以发射不同波长从而不同颜色的光，这些光可以被混合以获得需要颜色的光。本领域熟练技术人员应当了解广泛的各种各样可供使用的LED装置。
该创造性LED设备，包含有前和后表面并定义小孔的透镜对准单元。该小孔最好被配置成接纳LED装置从其中通过，这样使LED装置凸出于该前表面之外。该透镜单元最好包含透镜部分和在其周围的凸缘。透镜单元的凸缘被附着于透镜对准单元的前表面，这样使透镜部分实质上包围该凸出的LED装置。透镜对准单元最好有被定位并被布置的第一配对部件，以便与安装板的第二配对部件配对啮合。该第一和第二配对部件通过使透镜对准单元与安装板精确地对准，使透镜单元在LED装置之上精确地对准。
在优选实施例中，透镜对准单元的后表面紧靠安装板的LED支承表面。第一配对部件最好是从透镜对准单元的后表面延伸的凸出部。第二配对部件是在安装板的LED支承表面中形成的并接纳该凸出部的互补空腔。每一透镜对准单元的后表面和安装板的LED支承表面，可以有一对配对部件。
透镜对准单元前表面最好有从该前表面延伸并有侧向表面与透镜单元凸缘的边缘啮合的导向凸台。
透镜对准单元的前表面最好包含被配置成紧贴地接纳该凸缘于其中的凹座。该导向凸台最好以它们的侧向表面沿凹座的壁从该前表面伸延。该凹座壁和侧向表面最好与透镜单元凸缘的边缘啮合。
创造性LED设备的优选实施例，还包含定义与光通路对准的开口的盖。衬垫最好在该盖和安装板之间与透镜对准单元压紧，从而使透镜单元紧固在LED装置之上。这样的实施例还可以包含基座单元。该基座单元和盖一道最好定义LED设备内部，该LED设备内部在该盖和基座单元之间封闭和压紧该衬垫与透镜对准单元和安装板。这种衬垫布置最好在LED装置周围提供防风雨密封。该基座单元最好是散热器，在操作期间提供从LED装置的热消散。
在一些实施例中，该创造性LED设备通过满足封闭体的一组严格安全标准，提供电的安全性，在该封闭体中，这种LED设备被包装，并按有成本效益的方式进行。在这种实施例中，透镜对准单元是有足够厚度的防火安全屏障，用作安装板上电学元件的封闭体。该小孔被做成一定大小，以允许来自LED装置的光从其中通过，并通过在该LED装置之上的透镜单元的透镜部分，以便防止当透镜部分不存在时，安装板上的电学元件的手指接触。
在LED设备的一些实施例中，该屏障包含金属层，而在更可取的实施例中，该屏障还包含被定位在安装板和金属层之间的绝缘层。在一些这些实施例中，该金属层和绝缘层形成叠层片。
该安全屏障最好包含金属层和绝缘层。这样的层可以被叠层在一起，形成叠层片。或者，这样的层也可以是分开的层。在某些UL标准中，该金属层可以由平的未增强的铝片制成，厚度至少0.016英寸。这样的金属层的最小厚度要求，取决于金属层的结构和成分，如在上面指出的具体UL标准中所陈述。如果透镜对准单元安全屏障是叠层片，该叠层片的不同层可以或不可以有相同宽度和长度尺寸。
绝缘层可以起电隔离安装板上的金属层与电学元件的作用。在一些实施例中，这些电学元件可以用安装板上的共形涂层与金属层隔离。这种共形涂层可以是许多可用涂层的任一种，诸如由HumiSealDivision of Chase Specialty Coatings of Pittsburgh，PA.制造的丙烯酸涂层1B73。
透镜对准单元安全屏障还可以由单层聚合物材料制成，有按UL标准所陈述的最小厚度。可接受的聚合物材料包含BASF 130FR（以玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸乙二醇酯），由Engineering PlasticsDivision of BASF Corporation in Wyandotte,MI.供应。该层的最小厚度为0.028英寸。其他可接受的聚合物材料必须满足涉及材料性能，诸如热线点火、水平燃烧和强电流飞弧电阻等的某些详细的规格，所有这些都在上面指出的UL标准中陈述。该安全屏障可以是上面提到的美国专利申请序号No.11/774,422中公开的类型，本文引用该申请全部内容，供参考。然而，任何其他已知安全屏障配置也可以被使用。
该创造性LED设备可以包含安装板上多个相互间隔开的LED装置和每个与LED装置的相应之一建立光通路的多个透镜单元。在这样的实施例中，透镜对准单元定义多个小孔，每个小孔接纳LED装置的相应之一从其中通过，这样使LED装置凸出于该前表面之外。每一透镜单元被附着于透镜对准单元的前表面，以透镜部分实质上包围LED装置的相应之一。
在一些优选实施例中，透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射。在一些这样的实施例中，这种子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，以便沿共同的离轴方向折射光。在有这种类型的不同实施例中，这种子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，这样使至少两个被取向，以便沿实质上不同的离轴方向折射光。
本发明的另一方面是一种用于创造性LED设备的组装方法。该方法包含提供透镜单元、透镜对准单元和安装板的步骤。该透镜对准单元和安装板有第一和第二配对部件，被定位和被布置成相互啮合。
该透镜单元凸缘被附着于透镜对准单元的前表面。该附着可以通过机械结合方式，诸如用胶。优选的是，该凸缘最好是通过超声焊接用化学结合（chemical bond）附着于透镜对准单元。透镜对准单元前表面最好有导向单元。该附着步骤最好包含把透镜单元定位在透镜对准单元前表面上的在先步骤，这样使导向凸台的侧向表面与透镜单元凸缘的边缘啮合。
透镜对准单元被置于安装板之上，这样使LED装置通过小孔凸出于该前表面之外。该第一和第二配对部件被啮合，以便通过使透镜对准单元与安装板精确地对准，使透镜单元在LED装置之上精确地对准。该透镜部分实质上包围该凸出的LED装置，在其间建立光通路。透镜单元最好通过相对于安装板紧固透镜对准单元而被紧固在LED装置之上。
该创造性方法的优选实施例，还包含向LED装置供电和使LED设备成像以测试光输出特性的步骤。当LED设备被完全组装时，向LED发射器提供功率。然后，被供电的LED设备的像被拍摄以测试光输出特性。在优选的实施例中，LED设备的像被用于测试强度、光分布和LED装置的色温。
该创造性方法最好还包含提供衬垫单元、盖和散热器的步骤。该盖定义与光通路对准的开口。该散热器和盖一道，定义LED设备内部。相对于安装板紧固透镜对准单元的步骤，最好是通过在该盖和散热器之间压紧衬垫与透镜对准单元和安装板。这一步骤最好在LED设备内部的LED周围提供防风雨密封。该创造性方法最好包含真空测试LED设备内部的水-空气/不透过性密封的另外步骤。
在用于组装有多个间隔开的LED装置的LED设备的实施例中，透镜对准单元包含多个小孔，每个小孔被配置成接纳LED装置的相应之一从其中通过；并且多个透镜单元被提供。在这样的实施例中，透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射。在附着步骤之前，透镜单元的具体类型被选定。该选定的透镜单元被定位在透镜对准单元的前表面上。每一透镜单元的类型和它的取向最好被验证。
在一些这种实施例中，该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，以便沿共同的离轴方向折射光。在不同的各个这种实施例中，该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，这样使至少两个被取向，以沿实质上不同的离轴方向折射光。
本发明的再另一方面，是一种用于制作透镜化用于LED阵列模块类型的定制高效LED的方法，该LED阵列模块类型包含安装板，该安装板有被相互间隔的多个LED装置。在单独的分开的透镜单元的制作期间，某些高精密技术被用于制作透镜部分的外和/或内表面的精确形状。这一点在获得高效率的光输出和分布中是决定性的。当多个透镜部分按单片透镜化被形成在一起时，这类高精密技术的一些应用受到限制，这样使多个透镜部分的每一部分缺乏一些需要的高效特性。这一点导致光输出和分布的损耗效率。该创造性方法允许实现单独地制成的透镜部分的高精确度，该透镜部分被牢固地布置在一起用于把它们放置在LED阵列模块之上。
该创造性方法还允许通过缩减定制透镜化的总量使制作成本下降。这样的缩减总数也是有可能的，因为使用的单独透镜单元可以按各个不同取向和布置被定位，以适应不同的光分布模式。此外，根据LED阵列模块的侧面和安装板上LED装置的数量，该创造性方法允许不同数量的透镜单元被布置在一起。换句话说，对每一专门光分布模式，不一定要有专用的母体模具(matrix-mold)用于制作每一专门透镜配置。因此，节省用于制造大量这样的专用母体模具的每一种的刀具和最终的专门的透镜化以及用于刀具、模具和多透镜部分透镜化的储存的成本。
在该创造性方法中，多个分开的单独的透镜单元被提供。每一透镜单元包含透镜部分和其周围的凸缘。强烈推荐该透镜部分通过使用精密技术制作，该精密技术允许对高效光分布的专门类型，精密地形成每一透镜单元折射表面。还被提供的是透镜支承单元，该透镜支承单元有前和后表面，并定义多个小孔，每一小孔被配置成接纳LED装置的相应之一从其中通过。该透镜支承单元被置于安装板之上，这样使每一LED装置通过相应的小孔凸出于该前表面之外。
该方法包含确定LED阵列模块需要的光分布的步骤。这一确定可以是根据区域照明的要求或单独的照明灯具需要的照明特性。按照确定的需要的光分布，单独的透镜单元的专门类型被选定。选定的透镜单元被定位在透镜支承单元的前表面上，以获得这种需要的光分布。每一透镜单元的透镜部分被定位，以便实质上包围LED装置的相应之一。可取的是，每一透镜单元的类型和取向被验证。另外可取的是，每一透镜单元包含机器可识别的透镜记号。在这样的实施例中，验证透镜单元的类型和取向的步骤，由视觉系统读取该机器可识别透镜记号完成。
每一透镜单元凸缘实质上永久地被附着于透镜支承单元的前表面。可取的是，该附着是通过凸缘与透镜支承单元的超声焊接所形成实质上永久的化学结合。
该透镜支承单元最好相对于安装板被紧固，使透镜单元紧固在LED装置的相应一个之上。这样的固定可以是通过压紧安装板和盖之间的衬垫。或者，透镜支承单元可以通过本领域可用的其他合适手段紧固于安装板。
在一些优选的实施例中，该盖包含多个螺丝孔。在真空测试步骤之前，该方法最好包含把螺丝插入除一个以外的所有多个螺丝孔。该盖最好还包含电源连接，该电源连接可以按各种不同形式，诸如电连接器或电线槽开口。电线槽开口的一个例子，被公开在共同拥有的美国专利No.7,566,147（Wilcox等人）中。当电源连接按电线槽开口的形式时，这种电线槽开口在真空测试步骤之前被密封。该真空测试步骤最好利用没有螺丝在其中的螺丝孔，作为真空测试的接入点。强烈推荐在螺丝插入期间，使用能控制力矩的自动螺丝起子使螺丝插入，以便控制加于盖和基座单元之间的压力。术语“基座单元”，虽然它可能被看作指相对于重力方向的较下位置，但不应被限制于由重力方向支配的意思。
该方法的一些实施例是按这样的方式进行的，以致该盖初始被放置成该盖的内表面朝上。衬垫最好按有多个小孔的衬垫层的形式，每一小孔与盖中相应的小孔和光通路的相应之一对准。在这样的实施例中，衬垫被放置在盖的内表面上。有透镜单元附着于前表面的透镜支承单元，被放置在衬垫上，以前表面对着衬垫。以LED装置面向下取向的安装板，被放置在透镜支承单元的后表面上，这样使第一和第二配对部件被啮合，以便通过使安装板与透镜支承单元精确地对准，使LED装置与透镜单元精确地对准。
可取的是，至少定位选定的透镜单元在透镜支承单元前表面上，以及验证每一透镜单元的类型和取向的步骤，由含有视觉系统的机器人执行。例如，有IRC5控制器的ABB IRB340FlexPicker机器人能够被使用。该机器人还可以执行完成LED设备全部组装的所有其他步骤，包含使LED设备成像以测试光输出特性的步骤，以及真空测试以验证LED装置周围的水-空气/不透过性密封的步骤。这种机器人最好只出现在单一第一位置上。
把LED设备组件合并进灯具中的另外步骤，可以在多个位置上被执行，每一个位置远离该第一位置。因此，该创造性方法允许在多个制作位置上通过消除机器人的需要，进一步降低制作成本。
在所述实施例的任一个中，可取的是，该方法还包含提供中央数据库的步骤，该中央数据库借此提供组装和测试参数。还可取的是，本发明的方法由从该中央数据库接收指令的自动系统执行，以便每一具体步骤由自动工具执行。该中央数据库收集和储存数据，该数据涉及如下的全部或至少之一：LED装置和LED透镜单元类型、透镜单元的选择和取向、螺丝力矩、真空测试参数、光输出和色测试程序。
更可取的是，LED设备包含唯一的机器可识别的模块标记。该机器可识别的标记能够按任何合适的形式。这类标记的一些例子可以包含文本、一组符号、条码或这些标记类型的组合。该创造性方法的步骤最好重复多次，以建立多个LED设备。该方法最好包含读取该唯一机器可识别的模块标记的另外步骤。每一唯一机器可识别的模块标记的数据与具体的单独LED设备关联。这样的数据涉及该LED设备的LED装置、诸如透镜单元的选择和取向的透镜单元的类型、以及光输出和色测试程序。
附图说明
图1是从本发明优选实施例的LED设备从上方看的分解透视图，该LED设备有附着于透镜对准单元的多个透镜单元。
图2是从图1的LED设备从下方看的分解透视图。
图3是透镜对准单元的后表面的放大片段透视图。
图4是透镜对准单元的前表面的放大片段透视图。
图5是透镜对准单元的放大片段透视侧面图。
图6是图4透镜对准单元的前表面的另一个放大片段透视图。
图7是从附着于透镜对准单元前表面的透镜单元从上方看的放大片段透视图。
图8是图7的附着于透镜对准单元的透镜单元的另一个放大片段透视图。
图9是图7和8的附着于透镜对准单元的透镜单元的放大片段透视侧面图。
图10是本发明一个优选实施例的分解透视图，表明在附着于透镜对准单元之前的透镜单元。
图11是透镜单元的一种类型的放大透视图。
图12是透镜单元的另一种类型的放大透视图。
图13是本发明有圆形状的LED设备的另一个实施例的放大正视图。
图14是一个示例性照明灯具的底视图，该灯具含有该创造性LED设备，其中透镜单元被取向以使LED光沿共同的离轴方向折射。
图15是图14的照明灯具的侧视图。
图16是另一个示例性照明灯具的底视图，该灯具含有该创造性LED设备，其中透镜单元被取向以使LED光沿实质上不同的离轴方向折射。
图17是图16的照明灯具的侧视图。
图18是包含用于LED设备组装的创造性方法每个步骤的图解。
具体实施方式
图1-18示出这样类型的LED设备10的改进，该类型的LED设备有定义光发射轴12的LED装置11和被定位在该LED装置11之上的透镜单元20并在其间建立光通路21。LED装置11是在有LED支承表面31的安装板30上。
在图1和2中很好地看到，本发明的LED设备10给出的重要优点在于，它利用非常小的LED装置11，该LED装置11包含被配置成照射出实质上白色的光，且最好不用反射器或基本的初级透镜的LED。
创造性的LED设备10包含有前表面41和后表面42并定义小孔43的透镜对准单元40。图3-9很好地示出，该小孔43被配置成接纳LED装置11从其中通过，这样使LED装置11凸出于该前表面41之外。图1和7-12画出，该透镜单元20包含透镜部分22和其周围的凸缘23。如在图1和7-9所见，透镜单元20的凸缘23被附着于透镜对准单元40的前表面41，这样使透镜部分22实质上包围凸出的LED装置11。透镜对准单元40有第一配对部件44，该第一配对部件44被定位并被布置，以便与安装板30的第二配对部件34配对啮合。第一和第二配对部件44和34通过使透镜对准单元40与安装板30精确地对准，使透镜单元20在LED装置11之上精确地对准。
图9画出透镜对准单元40的后表面42紧靠安装板30的LED支承表面31。第一配对部件44，如在图2和3中很好地看到，是从透镜对准单元40的后表面42延伸的凸出部44。如在图1和2中所见，第二配对部件34是在安装板30的LED支承表面31中形成的并接纳该凸出部44的互补空腔34。图2示出，每一透镜对准单元40的后表面42和安装板30的LED支承表面31，有一对配对部件44和34。
图4-9还示出，透镜对准单元前表面41有导向凸台45，该导向凸台45从前表面41延伸并有与透镜单元凸缘23的边缘啮合的侧向表面46，如在图7-9中很好地看到的。
在图4-6中还看到，透镜对准单元40的前表面41包含被配置成紧贴地接纳凸缘23于其中的凹座47，如图7-9所示。图5和6很好地示出，导向凸台45从前表面41伸延，它们（导向凸台）的侧向表面46沿凹座46的壁48。凹座壁48和侧向表面46与透镜单元凸缘23的边缘啮合。
图1、2、10、14和16还画出，创造性LED设备10还包含定义与光通路21对准的开口51的盖50。图1、2和10中看到的衬垫60在盖50和安装板30之间与透镜对准单元40压紧，从而使透镜单元20紧固在LED装置11之上。衬垫60有每个都与相应的光通路21对准的多个衬垫小孔61，并且最好由软的闭孔硅酮或非多孔固体硅酮材料制成。
图1、2和10还画出作为散热器71的基座单元70，该散热器71在操作期间提供从LED装置11的热消散。基座单元70和盖50一道定义LED设备内部13，该LED设备内部在盖50和基座单元70之间封闭和压紧衬垫60与透镜对准单元40和安装板30。这种有衬垫60的布置在LED装置11周围提供防风雨密封。
图10还画出，创造性LED设备10通过满足封闭体的一组严格安全标准，提供电的安全性，在该封闭体中，LED装置11被包装，并按有成本效益的方式进行。图10画出，透镜对准单元40是有足够厚度的防火安全屏障，用作安装板30上电学元件的封闭体。每一小孔43被做成一定大小，以允许来自LED装置11的相应之一的光从其中通过，并通过在该LED装置11之上的透镜单元20的透镜部分22，但防止当透镜部分22不存在时，安装板30上的电学元件的手指接触。
图1、2、10和13-17画出的创造性LED设备10A-E，包含安装板30上相互间隔开的多个LED装置11和每个都与LED装置11的相应之一建立光通路21的多个透镜单元20。在图1-10中看到，透镜对准单元40定义多个小孔43，每个小孔43接纳LED装置11的相应之一从其中通过，这样使LED装置11凸出于前表面41之外。图1和7-9示出，每一透镜单元20被附着于透镜对准单元40的前表面41，以透镜部分22实质上包围LED装置11的相应之一。
图10和14-17示出的LED设备10B、D和E，有被这样配置的透镜单元24，以致它们的每一个把由它的相应LED装置11发射的光沿显著的离轴方向折射。图13示出的LED设备13C，只包含透镜单元24的子集。图7-9、10和12画出透镜单元24A的一个例子，它被用在图14-17所示类型的照明灯具中。图11画出透镜单元24B的另一个例子，它被用在图13所示类型的凹陷的照明灯具中。图13所示灯具被详细公开在共同拥有的于2009年5月26日递交的美国专利申请序列号No.12/471,881中，本文引用该申请全部内容，供参考。
图14和15画出的透镜单元24，被布置成沿共同离轴方向折射光。图13、16和17画出的透镜单元24，被布置成一定的取向，以便沿实质上不同的离轴方向折射光，这些方向在图16和17中很好地示出。
本发明的另一方面，是一种用于组装创造性LED设备10的方法。如在图10所见，该方法包含步骤：提供透镜单元20、透镜对准单元40和有LED装置11在其上的安装板30。
图7-9画出附着于透镜对准单元40的前表面41的透镜单元凸缘23。在图7-9中，凸缘23被用化学键通过超声焊接附着于透镜对准单元40，在焊接期间，图4-6中看到的附着物突出部49，被用超声方法与凸缘23焊接，如在图7-9中很好地看到。附着步骤80还包含使透镜单元20定位在透镜对准单元前表面41上的在先步骤81，这样使导向凸台的侧向表面46与透镜单元凸缘23的边缘啮合。
透镜对准单元40被置于安装板30之上，如在图9中所见，这样使LED装置11通过小孔43凸出于该前表面41之外。第一和第二配对部件44和34被啮合，以便通过使透镜对准单元40与安装板30精确地对准，使透镜单元20在LED装置11之上精确地对准。在图9中还看到，透镜部分22实质上包围凸出的LED装置11，在其间建立光通路21。由此，透镜单元20通过相对于安装板30紧固透镜对准单元40而被紧固在LED装置11之上，如刚才所示出和描述的。
如在图1和2所见，该创造性方法包含提供衬垫单元60、盖50和散热器71的另外步骤。相对于安装板30紧固透镜对准单元40的步骤，是通过在盖50和散热器71之间压紧衬垫60与透镜对准单元40和安装板30。这一步骤在LED设备内部13的LED装置11周围提供防风雨密封。该创造性方法最好包含真空测试LED设备内部13的水-空气/不透过性密封的另外步骤84。
图10还画出，遮光单元65还被提供并被定位在盖50和衬垫60之间，以便阻挡不需要的背后照明。遮光单元65是按层的形式被示出。更具体说，遮光单元65可以是2007年5月3日递交的共同拥有的美国专利申请序列号No.11/743,961中描述的类型，本文引用该申请全部内容，供参考。
示意地在图18中示出的该方法，还包含提供中央数据库15的步骤，中央数据库15借此提供组装和测试参数。还可取的是，本发明的方法由从中央数据库15接收指令的自动系统进行，以便每一具体步骤由自动工具执行。中央数据库15收集和储存数据，该数据涉及如下的全部或至少之一：LED装置11和透镜单元类型、透镜单元20的选择和取向、螺丝力矩、真空测试参数、光输出和色测试程序。SQL（结构化查询语言）数据库系统可以被用于控制和记录所有测试参数和结果。
在用于组装有多个间隔开的LED装置11和多个透镜单元20的LED设备10的实施例中，在附着步骤80之前，专门类型的透镜单元20被选定。这种选定的透镜单元20被定位在透镜对准单元40的前表面41上。每一透镜单元20的类型和其取向在步骤82被验证。
当多个LED设备被组装时，每一设备可以要求不同的透镜单元20被放置在不同位置和沿不同取向。涉及将被使用的专用透镜单元20的数据，被机器人从从数据库15接收，而已识别的透镜单元20被放进内部13。然后，每一透镜单元20被证实是正确类型的透镜单元并沿指定取向被定位。为了这种识别和验证，透镜单元20可以包含机器可识别透镜记号，该记号可以按条码、文本或指示指定取向的专用形状的形式。用于步骤82的自动装置的一个例子，是Cognex Insight5603数字视频摄像机（Digital Vision Camera），它与FlexPicker机器人关联。在透镜单元20被就位之后，该摄像机能够读出该记号。这种读出的数据被发送回数据库以便储存。
图1、2和10画出，盖50包含多个螺丝孔52。在真空测试的步骤84之前，该方法包含把螺丝14插进除一个以外的所有多个螺丝孔52的步骤85。然后，该螺丝装配的步骤85被执行以密封内部13。可取的是，有参数控制的转换式（transducerized）电子螺丝起子被使用。例如，有CS2700控制器的Chicago Pneumatic Techmotive SD25系列电螺丝起子，能够执行该步骤。涉及要使用的力矩的量的数据，被螺丝起子从数据库15接收。在螺丝装配步骤85中，最初，除一个以外的所有螺丝14被放进螺丝孔52。涉及加于紧固螺丝14的实际力矩的数据，其后被发送到数据库15以便储存。
盖50还包含按电线槽开口54形式示出的电源连接53，该电线槽开口允许导线（未画出）从照明灯具到LED设备10通过，以便向LED装置11供电。
一个剩下的螺丝孔52被用于真空测试84，以确保内部13的水-空气/不透过性密封。真空测试设备的一个例子是Uson Sprint IQ多功能泄漏和流量测试器（Multi-Function Leak & Flow Tester），它能够在真空测试步骤84中被利用。在步骤84，电线槽开口54被临时密封而真空经过敞开的螺丝孔52被施加。该真空是按照来自数据库15的数据施加的。实际的真空测试结果被送回数据库15以便储存。真空测试步骤84之后，最后的螺丝14按如上所述相同方式被拧上。
该创造性方法包含向LED装置11供电和使LED设备10成像以测试光输出特性的再一个步骤83。当LED设备10已完全组装时，通过安装板30上被打印或其他方式提供的电连接，向LED发射器11供电。已供电的LED装置10的像然后被摄取，以便测试光输出特性。LED装置10的像被用于测试强度、光分布和LED装置的色温。
LED设备10的成像和分析，是通过自动系统完成的。这样的系统的一个例子，是利用LabView Developer Suite软件的NationalInstruments数字视频摄像机，它能够被用于完成数字成像步骤83。已供电的LED设备10的数字像被拍摄。该软件从该像能够分析光输出、色特性、强度和光分布。涉及这些参数的数据其后被送至数据库15以便储存。
通过该被描述的创造性方法，单独的结果能够在批量生产设定中被跟踪。在这样的批量生产设定中，每一单独的LED设备10能够包含唯一的机器可识别模块标记，该模块标记可以是有一套符号的文本和条码的组合。然后，涉及每一单独的LED设备10的、来自每一自动步骤（透镜单元定位和验证80和81、螺丝装配85、真空测试84和数字成像83）的数据，在数据库15中与该唯一的机器可识别模块标记关联。
虽然本发明的原理已经结合具体实施例被描述，但应当清楚理解，这些描述只作为例子做出，并不企图限制本发明的范围。

Claims (28)

1.在一种LED设备中，该LED设备包含：（a）有LED支承表面的安装板，该支承表面上有LED装置，该LED装置定义第一光发射轴；和（b）该LED装置之上的在其间建立光通路的透镜单元，其改进包括：
●透镜对准单元，有前和后表面，并定义接纳LED装置从其中通过使该LED装置凸出于该前表面之外的小孔；
●透镜单元，包含透镜部分和在其周围的凸缘，该凸缘被附着于透镜对准单元的前表面，这样使该透镜部分实质上包围该凸出的LED装置；和
●该透镜对准单元，有第一配对部件，该第一配对部件被定位并被布置以便与安装板的第二配对部件配对啮合，从而通过使该透镜对准单元与该安装板精确地对准，使在LED装置之上该透镜单元精确地对准。
2.权利要求1的LED设备，其中该透镜对准单元的后表面紧靠该安装板的LED支承表面。
3.权利要求2的LED设备，其中：
●该第一配对部件是从该透镜对准单元的后表面延伸的凸出部；和
●该第二配对部件是在安装板的LED支承表面中形成的并接纳该凸出部的互补空腔。
4.权利要求3的LED设备，其中每一透镜对准单元的后表面和安装板的LED支承表面，有一对配对部件。
5.权利要求1的LED设备，其中该透镜对准单元前表面有从其延伸的导向凸台，该导向凸台以侧向表面与该透镜单元凸缘的边缘啮合。
6.权利要求1的LED设备，其中该透镜对准单元的前表面包含被配置成紧贴地接纳该凸缘于其中的凹座。
7.权利要求6的LED设备，其中该透镜对准单元前表面有导向凸台，该导向凸台以侧向表面沿该凹座的壁从该前表面延伸，该凹座壁和该侧向表面与该透镜单元凸缘的边缘啮合。
8.权利要求1的LED设备，还包含：
●定义与光通路对准的开口的盖；和
●在该盖和安装板之间与透镜对准单元压紧，从而使透镜单元紧固在LED装置之上的衬垫。
9.权利要求8的LED设备，还包含基座单元，该基座单元和盖一道定义LED设备内部，该LED设备内部在该盖和基座单元之间封闭和压紧该衬垫与透镜对准单元和安装板，从而在LED装置周围提供防风雨密封。
10.权利要求9的LED设备，其中该基座单元是在操作期间提供从LED装置的热消散的散热器。
11.权利要求1的LED设备，其中该透镜对准单元是有足够厚度的防火安全屏障，用作安装板上电学元件的封闭体。
12.权利要求1的LED设备，包含：
●多个LED装置，在安装板上相互间隔开；
●多个透镜单元，每个建立与LED装置的相应之一的光通路；
●该透镜对准单元定义多个小开孔，每个小孔接纳LED装置的相应之一从其中通过，这样使LED装置凸出于该前表面之外；和
●每个透镜单元被附着于透镜对准单元的前表面，以透镜部分实质上包围LED装置的相应之一。
13.权利要求12的LED设备，其中：
●透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射；和
●该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，以便沿共同的离轴方向折射光。
14.权利要求12的LED设备，其中：
●透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射；和
●该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，这样使至少两个被取向，以便沿实质上不同的离轴方向折射光。
15.一种用于LED设备组装的方法，包括步骤：
●提供包含透镜部分和在其周围的凸缘的透镜单元；
●提供有LED支承表面的安装板，该LED支承表面上有LED装置，该安装板有第一配对部件；
●提供有前和后表面并定义小孔的透镜对准单元，该小孔被配置成接纳LED装置从其通过，该透镜对准单元有第二配对部件，该第一和第二配对部件被定位和被布置成相互啮合；
●把透镜单元凸缘附着于透镜对准单元的前表面；
●把透镜对准单元放置于安装板之上，这样使LED装置通过小孔凸出于该前表面之外，第一和第二配对部件被啮合，从而通过使该透镜对准单元与该安装板精确地对准，使该透镜单元在LED装置之上精确地对准，这样使该透镜部分实质上包围该凸出的LED装置并在其间建立光通路；和
●相对于安装板紧固该透镜对准单元。
16.权利要求15的方法，其中该透镜对准单元的后表面紧靠该安装板的LED支承表面。
17.权利要求16的方法，其中该第一和第二配对部件是从该透镜对准单元的后表面延伸的凸出部和在安装板的LED支承表面中形成的并接纳该凸出部的互补空腔。
18.权利要求15的方法，还包含步骤：向LED装置供电和使LED设备成像以测试光输出特性。
19.权利要求15的方法，其中：
●该透镜对准单元前表面有导向单元，该导向单元有侧向表面与该透镜单元凸缘的边缘啮合；和
●该附着步骤包含在先的步骤：使透镜单元定位在透镜对准单元前表面上，以便通过该导向单元侧向表面啮合该凸缘边缘。
20.权利要求15的方法，还包含步骤：
●提供衬垫单元和定义与该光通路对准的开口的盖；和
●提供散热器，该散热器和该盖一道定义LED设备内部，其中
●该紧固步骤是通过在该盖和散热器之间，压紧该衬垫与透镜对准单元及安装板，从而在LED设备内部的LED装置周围提供防风雨密封。
21.权利要求20的方法，还包含真空测试LED设备内部的水-空气/不透过性密封的步骤。
22.权利要求15的方法，其中：
●该安装板有多个被间隔开的LED装置，每一LED装置定义一光发射轴；
●该透镜对准单元包含多个小孔，每个小孔被配置成接纳LED装置的相应之一从其中通过；
●多个透镜单元被包含，该透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射；和
●在该附着步骤之前，包含步骤：
●选择透镜单元的具体类型；
●把该透镜单元定位在透镜对准单元的前表面上；和
●验证该透镜单元的类型和它的取向。
23.权利要求22的方法，其中该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，以便沿共同的离轴方向折射光。
24.权利要求22的方法，其中该子集的透镜单元被布置在透镜对准单元上，这样使至少两个被取向，以便沿实质上不同的离轴方向折射光。
25.一种用于制作透镜化用于LED阵列模块类型的定制高效LED的方法，该LED阵列模块包含安装板，安装板上有多个被相互间隔的LED装置，每一LED装置定义光发射轴，该方法包括步骤：
●提供多个分开的透镜单元，每个透镜单元包含透镜部分和在其周围的凸缘，该透镜部分用精密技术制成，该精密技术允许用于具体类型的高效光分布的每一透镜单元折射表面的精密形成；
●提供有前和后表面并定义多个小孔的透镜支承单元，每一小孔被配置成接纳LED装置的相应之一从其中通过；
●把透镜支承单元放置于安装板之上，这样使每个LED装置通过相应的小孔凸出于该前表面之外；
●确定LED阵列模块的需要的光分布；
●选择透镜单元的具体类型，以获得需要的光分布；
●把选定的透镜单元定位在透镜支承单元的前表面上，这样使每一透镜单元的透镜部分实质上包围LED装置的相应之一；
●验证每一透镜单元的类型和取向；
●把每一透镜单元凸缘附着于透镜支承单元的前表面；和
●其后，相对于安装板紧固透镜支承单元，
由此以较低制作成本获得透镜部分配置的精确度，同时适应不同需要的光分布模式。
26.权利要求25的方法，其中：
●该透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射；和
●该子集的透镜单元被布置在透镜支承单元上，以便沿共同的离轴方向折射光。
27.权利要求25的方法，其中：
●该透镜单元的至少一个子集包含被这样配置的透镜单元，以致它们的每一个把由它的相应LED装置发射的光沿显著的离轴方向折射；和
●该子集的透镜单元被布置在透镜支承单元上，这样使至少两个被取向，以便沿实质上不同的离轴方向折射光。
28.权利要求25的方法，其中：
●至少定位和验证的步骤由含有视觉系统的机器人执行，该机器人在单个第一位置上；和
●把LED设备合并进灯具的步骤，是在远离该第一位置的多个位置上执行的，
由此通过消除在多个位置上对机器人的需要，来降低制作成本。
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