CN103765082B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种照明装置，所述照明装置包括壳体，所述壳体包括至少一个光学模块。所述光学模块具有设置在反射镜内的多个发光二极管。所述反射镜包括对立的弯曲纵向壁和对立的弯曲端壁。

Description

照明装置
技术领域
本发明涉及照亮器材，并且更具体来说，涉及用于光在地面上的分布模式的户外照亮器材。这些照亮器材可以用于区域照亮，包括道路、停车场、走道、自行车道或其他类似应用。
背景技术
大体上，道路照亮器材由灯或其他光源、透镜和用于折射和/或反射来自所述光源的光的反射镜组成。反射镜、透镜和任何遮蔽物通常限定光分布模式。
公路和道路照亮在历史上使用白炽灯，并且最近使用高强度放电（HID）灯，这种高强度放电灯可以提供充足量的光，但是却具有若干缺点，包括：频繁的灯故障和对道路表面的分布不均的照亮。白炽灯和HID灯是全向光源并且对光具有相对较差的控制，这导致较低的利用率。不受控制的光可能浪费在道路（并且有可能在人行道）周围的不需要光的照亮区域中，并且促成可能干扰对夜间环境的保护的侵入光和光污染。
因为已经提高了如发光二极管（LED）的光源的质量和能量效率上的进步，所以它们的生产成本已经降低。因此，LED更常用于户外照亮应用。将LED结合到照亮器材中的最初努力已涉及将LED改装到常规照明装置中或改装到常规照亮照明装置的外形上或内部。
LED提供实现定向照明的有效装置。然而，需要仔细地设计照明装置包装。光能在区域上作为距离的函数进行传播。遥远区域的照度因此随离所述光源的距离的平方而反比地变化。另外，因为照亮器材将光引导至相对大的目标区域，所以光源比待照明的区域小许多倍。因此，由每个器材产生的光源必须强度相对强以便覆盖较大的区域。
图1A至图1G示出道路照明模式的类型。这些类型被设计成提供各种条件的有效照明。此外，仅举出一些示例性要求，道路照明装置应该能够照明一条或若干条车道道路，应该适应各种杆距，并且可能需要其提供对人行道的向后照明。北美照明工程协会（IESNA）是照明方面公认的技术权威并且为五种主要类型的道路照明制定了规格。
分类类型由相对于街道侧横向（穿过路）安装高度的半最大等光强度（iso-candela）线来限定。这独立于纵向（沿着路）能力，所述纵向能力由投影最大光强度与纵向安装高度的关系来限定。类型分类代表分布的向前射程（throw）的量，并且可以大体等同于车道的数量或覆盖的距离。
类型I照明：图1A是在沿道路方向的两个方向上的直接照明，其中灯柱可以居中地安装在相反的交通流之间，和/或如图1B中所示，以直线定向模式安装在交叉部分处。图1C示出穿过整个交叉路的全向照亮模式。图1D示出在两个方向上亦或如图1E中所示在四个方向上与法线成角度（不对称）地引导光的照亮器材：类型II照明。图1F中的类型III照明示出与类型II（图1D）相比离法线更大角度的照明。类型IV照明（图1G）具有离法线更宽角度的照明。如以上所描述，希望这些照明模式实现各种应用条件的照亮。
有另外的问题呈现给照亮设计师。首先，为在遥远目标区域处维持给定光级，光源必须产生高等级的光强度。这可能对观看器材的那些人造成眩光问题。溢散（spill）和眩光是对光的低效使用并且经常是令人讨厌的。溢散光主要是浪费能量，因而应该使其最小化，尽管一些受控的溢散光对提供梯度和照亮道路周边设备所必要的。溢散导致对区域的广泛照亮，这使得实际道路与周围区域的区别不明显。另外，缺少控制还在许多应用中转化成对更多灯杆和照亮器材的利用，这是昂贵的并且消耗大量的资源。
具有可适配以提供大量的光分布模式的光引擎允许对光的精确控制。本发明的一个优点在于：通过提供可适配的模块化照亮器材，容易地选择具有适合的光分布和方向以适当地照亮几乎任何区域的器材模块是可行的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种照明装置，其包括壳体，所述壳体包括至少一个光学模块，所述光学模块由设置在反射镜内的细长光源组成，所述反射镜由对立的弯曲纵向壁和对立的弯曲端壁组成，所述端壁相对于所述光源所在的平面而取向成90°或更小。
进一步的，所述壳体包括至少两个光学模块。
进一步的，其中所述至少两个光学模块具有不同形状的弯曲纵向壁。
进一步的，其中所述至少两个光学模块具有至少大体等同形状的端壁。
进一步的，其中所述光源包括多个LED。
进一步的，其中所述至少两个光学模块具有位于相反方向上的光轴。
进一步的，其中所述纵向壁中的至少一个包括反射性夹单元。
进一步的，其中所述夹单元压缩配合到所述壁的边缘上。
进一步的，其中所述夹单元由所述照明装置壳体支撑。
进一步的，其中所述对立的端壁在水平方向和垂直方向中的每一个方向上是弯曲的。
进一步的，其中所述纵向壁比所述端壁长。
进一步的，其包括至少三个光学模块。
进一步的，其中所述纵向壁中的每一个相对于所述光源所在的所述平面而取向成90°或大于90°。
根据本发明的另一个实施例，提供一种照明装置，其包括壳体，所述壳体包括电子设备模块和至少一个光学模块，所述光学模块由包括多个发光二极管的印刷电路板PCB和围绕所述印刷电路板的反射镜组成，所述发光二极管布置成至少三个阵列，第一阵列邻近所述PCB的第一端而布置，第二阵列邻近所述PCB的第二端而布置，并且第三阵列被布置在所述第一阵列与第二阵列之间。
进一步的，其中由所述第三阵列所射出的光的至少约40%作为非反射光离开所述壳体。
进一步的，其中由所述第一阵列和所述第二阵列所射出的光的至少50%作为反射光离开所述壳体。
进一步的，其中约1%与约25%之间的由所述第一阵列和所述第二阵列所射出的光作为非反射光离开所述壳体。
进一步的，其包括至少两个光学模块。
根据本发明的又一个实施例，提供一种照明装置，其由包括至少两个光学模块的壳体组成，所述光学模块由设置在反射镜内的多个发光二极管组成，所述反射镜具有对立的弯曲侧壁和对立的弯曲端壁。
进一步的，其中所述端壁既水平地弯曲又垂直地弯曲。
进一步的，提供一种照明装置，其由包括至少两个光学模块的壳体组成，所述光学模块由设置在反射镜内的多个发光二极管组成，所述反射镜具有对立的弯曲侧壁和对立的弯曲端壁；其中所述端壁既水平地弯曲又垂直地弯曲；其中所述侧壁提供大体上向下和向前的照明模式。
进一步的，提供一种照明装置，其由包括至少两个光学模块的壳体组成，所述光学模块由设置在反射镜内的多个发光二极管组成，所述反射镜具有对立的弯曲侧壁和对立的弯曲端壁；其包括两个光学模块，所述两个光学模块具有大体上等同的侧壁和端壁，所述光学模块中的每一个具有主光轴，并且其中所述两个光学模块的所述光轴是相反的。
附图说明
图1A至图1G示出道路照明模式的类型；
图2是道路照明装置的透视图；
图3是单灯模块的透视图；
图4(a)、图4(b)、图4(c)和图4(d)是示范四个不同反射镜形状的横向截面图；
图5是示出适用于长杆距环境的反射器的纵向截面图；
图6是示出适用于短杆距环境的反射器的纵向截面图；
图7是四模块照明装置设计的侧截面图；
图8示范所述照明装置经由图7的光模块的反转方向所实现的适应性；
图9是被设计成实现向后照明的反射夹的截面图。
具体实施方式
LED道路照明装置可以通过它们的利用系数（CU）来评估。对于给定的流明量来说，希望的是：所述LED器材将光精确地引导到需要光的地方并且向上或在周围区域中浪费非常少的光。本发明的照明装置具有特别良好受控的光分布和优越的CU。
还希望的是具有高适应性照明装置，该照明装置可以用有限数量的必需部件来适应各种照亮要求。本道路照明装置是通过最小数量的可交换部件来提供最大设计灵活性的模块化系统。必要部件的低数量允许对供应链容易维护，并且为顾客提供短的交货时间。
在这点上，本发明的照明装置被设计成包括一个或多个光学模块。所设想的是：在一个与四个模块之间对于大多数应用来说将会是足够的。每个光学模块可以由包围被布置在印刷电路板上的多个LED的反射镜组成。
虽然LED是本发明的主要焦点，但是所考虑到的是：荧光灯或荧光带单元可能提供类似的功能性。此外，大多数实施例将会采用可能由两个LED组成的细长光源。所述系统可以具有在所述印刷电路板上的多种LED负载，以提供多种照明水平。此外，所设想的是：加载有LED的印刷电路板的多个水平可能是可获得的；然而，所述印刷电路板优选地通常被确定大小并且被成形以允许与可获得的各种反射镜选项的可交换性。在该点上，所述系统可以包括被设计成提供各种光分布模式的多个反射镜部件。例如，所述反射镜可以被设计成提供可选的的向前引导的光和可选的向侧面引导的光。在这点上，可以取决于被照明的道路车道多少和杆间隔多远来选择适合的反射镜。示例性模块化系统可以提供多达六种不同的反射镜设计。
现参照图2，大体上眼镜蛇头（cobra-head）形的照明装置10被描绘为在灯柱12上。照明装置10由包括第一入口16和第二入口20的壳体14组成，所述第一入口提供通向光学模块室18的通道，所述第二入口提供通向电子设备模块室的通道。
尽管被显示为所述照明装置的部件，但是可以想到的是：所述电子设备模块被定位在照明装置的远处，此外，电子设备模块的关键功能是将交流电调整成直流电以供LED使用。所述电子设备模块不需要处于所述器材中来实现这个目标。类似地，提供LED以交流电流来发挥功能将会消除对电子设备模块的需要。
入口16装备有透明或半透明盖子24。半透明盖子24可以由塑料、AR涂布的玻璃、包括枕形光学器件的玻璃、模制玻璃和包括蚀刻材料或其他光传播材料的窗格玻璃构成。入口20装备有散热片26。然而，应注意的是，散热片不是必要的单元。光学模块30存在于光模块室18内。
现转到图3，光学模块30由包括印刷电路板（PCB）32的细长光源组成，所述印刷电路板包括布置在其上的多个LED34。LED34布置在三个阵列中：第一阵列36、中间阵列38和第三阵列（未示出）。这些阵列在数量、LED计数和设计上可以变化。此外，本发明预期阵列是由一个至许多个LED组成。可以采用少至两个、一个LED的阵列。然而，可能希望的是：提供对称的阵列设计以允许光学方向被翻转（flip）而不会影响在所述照明装置内提供的电连接或机械连接。另外，可以提高组装的容易度。PCB32优选地具有反射性表面或盖子并且布置在反射镜42的光轴40处。
反射镜42包括细长弯曲的对立的纵向侧壁44和46以及对立的弯曲端壁48和50。最通常地，所述侧壁将是凹的。另外，所述侧壁在纵向尺寸上通常将会是笔直的。
重要的是应注意：术语“弯曲”并不旨在暗示连续的弯曲。相反地，弯曲旨在涵盖具有相对彼此成角度的至少两个平面的段的反射镜壁。图2中的端壁48和50描绘以下这种设计：其中多个段相对彼此成角度以形成整体的侧边到侧边的曲率。类似地，所涵盖的是，所述反射镜壁可以具有散置有一个或多个弯曲部分的平面部分。另外，所涵盖的是，弯曲度可以贯穿所述壁的整个范围发生变化。
端壁48和50可以是对立的弯曲表面。另外，所述端壁可以包括从侧边到侧边（水平地）的曲线和从上到下（垂直地）的曲线这二者。如以下将会更详细地描述，选择反射镜设计以提供非反射直射光分量和反射光分量。以这种方式，可以将直射光提供在主要是在柱安装照明装置下方的地面上，并且反射光可以向前、向后和向侧面提供。总之，应注意的是：直射光和反射光的各种组合可以并且是由本发明的照明装置设计提供。类似地，应注意的是：从许多表面反射的光将会从本发明的光学模块射出。
所述端壁和所述细长侧壁协作来大体上维持对甚至来自指向所述杆之间的高角光的光束的横向控制。通过从每一端造成会聚然后发散的光束，以小的形状因数（formfactor）连同全机械切割来实现高角能量（high angle energy）。在这点上，所述端壁和侧壁协作来提供对光的线性控制，这是因为离开所述光学模块的光既在道路方向上又在侧向方向上受到控制。例如，从端壁反射并且大体上沿着路向侧面引导的光受到纵向侧壁反射镜的约束以防扩散。
所述反射镜可以由多个协作件形成。所述反射镜优选地由高反射性材料形成和/或包括高反射性涂层。所设想的是：所述反射镜可以由片状金属或另一种材料或材料的组合模制、压铸或冲压。总之，用于反射镜制造的工艺不认为是限制性的。然而，反射镜制造方法多种多样的事实提供经济优势。
现参照图4A至图4D，可以看出：在截面中，纵向侧壁44和46在垂直方向上各自具有弯曲的形状。所描绘的光描图（light tracing）示范：大量的直射（例如，约50%）光在垂直于PCB32的平面方向离开反射镜42或在与所述PCB32的平面方向成近似40度之内的角的方向上离开反射镜42。另外，一些光从侧壁44和46中的每一个被反射以提供预设计量的向前或向后光。可以对所述弯曲壁的形状进行修改以获得在所述照明装置的光分布上的修改。此外，壁46相对所述印刷电路板具有角度α，该角度可以改变所述光模块的向前光分布。基于由一条线限定的所述壁的总倾斜度来计算所述角度，这条线在所述壁和支撑所述PCB的表面的接合点x与所述壁的终点y之间延伸。此限定是相对的，因为如以上所描述，反射镜壁的曲率在它的长度上可以发生波动。例如，在4A中，α等于近似125度并且在所述光模块的正下方提供相对更高密集度的光分布。现参照图4B，所描绘的是近似135度的α，并且因为在向前方向上从所述LED直接离开的非反射光被增加而完成额外的向前分布。现参照图4C和图4D，角度α的进一步增大（分别是143度和145度）示范：实现了来自产生LED的PCB的非反射光的、增加的前向投影（forward projection）。以这种方式，可以将光进一步投射至远离与道路的边缘邻近的灯杆的道路表面上。另外，图4C和图4D中的壁46的比较示范：修改所述曲率可以改变从壁46反射（单次反射和多次反射二者）的光的分布。
现参照纵向侧壁44，修改角度β(beta)（壁44与PCB的平面方向之间的角）也可以增加向前引导的光。更具体来说，角度β的缩小实现在由所述LED产生的光的向前方向上的更大反射率。例如，图4A中的β近似110度，而图4D中的β小于90度。光描图显示：经由图4D设计实现了增加的向前光。一般来说，图4A中的反射镜可以适用于单车道的路，图4B中的反射镜适用于双车道的路，图4C中的反射镜适用于三车道的路，并且图4D中的反射镜适用于四车道的路。
现参照图5和图6，显示了端壁48和50的功能性。此外，在图5中，端壁48和50相对于印刷电路板有近似75度的角度φ(theta)，这个角度在大体上朝向邻近灯杆的纵向方向或侧面方向上提供预选量的反射光（具体地来自端LED阵列36和37）。同样，在所述LED阵列的平面方向与在所述弯曲的反射镜壁的第一端和第二端之间延伸的线之间确定该角度。参照图6，φ近似70度，这提供在纵向方向上光的增加的反射率。以这种方式，如果灯杆彼此相距更大距离，那么端壁48和50可以被设计来提供增加的反射率，以便在相对于所述照明装置的纵向方向上实现更大的光分布。更具体来说，图5被描绘为短杆距，而图6描绘长杆距。
使得这些各种反射镜设计可供使用的灵活性允许针对图1中所描绘的必要照明模式来实现最大CU，并且针对所遇到的不同杆距模式提供最大效率。另外，如以上所提及，本发明的照明装置系统具有多种LED负载和可选的各种LED阵列布局。以这种方式，取决于对提高的均匀性或更大杆距的需要，可以增加或减少在PCB端处、邻近反射镜壁48和50所射出的光。对于增加向前或向后产生的光来说存在类似适应性。简而言之，所提供的照明装置系统是高度灵活的并且实现提高的CU，例如，在路表面上达到至少60%的CU值，并且如果将人行道表面考虑在内，则大于90%。因为所述侧壁反射镜和端壁反射镜是交互式的，所以实现了对道路表面的受控照亮。在这点上，由LED的星形阵列所射出的光的至少约40%作为非反射光离开所述光学模块。相比之下，由端阵列所射出的光的至少约50%作为反射光离开所述光学模块，而高达50%作为非反射光离开，并且在某些实施例中，约1%与约25%之间作为非反射光离开。
现参照图7，提供了本发明照明装置的另一种适应性。此外，所设想的是：所述照明装置可以包括一个与多个之间的光模块。在图7中，提供了四个光模块30。可以容易地感知到所述系统的适应性，因为模块可以在所描绘的那些模块之间和具有预选α、β和φ反射器壁角度的图4至图6之间进行定制，以实现由系统设计师所设想的任何类型的光分布。
图7中所描绘的照明装置设计的另一些方面包括散热片52和布置在电子设备模块室56内的电子设备模块54。
此外，如图8中所描绘，光模块58已经在方向（相反的光轴）上反转，以便在例如其中人行道或其他交通道等需要照明的情况下提供向后照亮。此外，HID器材通常对将会照亮包括杆后面的人行道在内的周围区域的光布置具有较不精确的控制。市民和居民已经越来越习惯于使这些次要区域被照亮。就所希望的情况来说，本发明的系统可以在不牺牲CU的情况下实现该目标，而不会像在控制较差的HID光分布中那样。因为所述模块使用对称的PCB设计，所以容易实现这种可反转性功能。
现参照图9，应注意的是，与提供反转的光模块来实现向后照亮不同，为反射镜壁46提供反射夹60来增加向后反射率是可行的。所述反射夹可以被确定大小以便与所述反射镜壁形成压缩配合，或者可提供安装臂62以便将所述反射镜夹固定到所述器材壳体上。取决于所希望的反射率水平，夹子60可以延伸壁46的整个纵向尺寸，或可以仅占据其一部分。类似地，可以采用多个如反射夹的夹子。
已经参照优选实施例对示例性实施例进行描述。显然，其他人在阅读和理解前述详细描述时将会想到修改和变更。希望所述示例性实施例被理解为包括所有这类修改和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (16)

1.一种照明装置，其包括壳体，所述壳体包括至少两个光学模块，所述至少两个光学模块由设置在反射镜内的细长光源组成，所述反射镜由对立的弯曲纵向壁和对立的弯曲端壁组成，所述端壁相对于所述光源所在的平面而取向成90°或更小，其中所述至少两个光学模块中一个光学模块的弯曲纵向壁的形状不同于所述至少两个光学模块中另一个光学模块的弯曲纵向壁的形状。
2.如权利要求1所述的照明装置，其中所述光源包括多个LED。
3.如权利要求1所述的照明装置，其中所述至少两个光学模块具有位于相反方向上的光轴。
4.如权利要求1所述的照明装置，其中所述纵向壁中的至少一个包括反射性夹单元。
5.如权利要求4所述的照明装置，其中所述夹单元压缩配合到所述纵向壁的边缘上。
6.如权利要求4所述的照明装置，其中所述夹单元由所述照明装置壳体支撑。
7.如权利要求1所述的照明装置，其中所述对立的端壁在水平方向和垂直方向中的每一个方向上是弯曲的。
8.如权利要求1所述的照明装置，其中所述纵向壁比所述端壁长。
9.如权利要求1所述的照明装置，其包括至少三个光学模块。
10.如权利要求1所述的照明装置，其中所述纵向壁中的每一个相对于所述光源所在的所述平面而取向成90°或大于90°。
11.一种照明装置，其包括壳体，所述壳体包括电子设备模块和至少两个光学模块，所述至少两个光学模块由包括多个发光二极管的印刷电路板PCB和围绕所述印刷电路板的反射镜组成，所述发光二极管布置成至少三个阵列，第一阵列邻近所述PCB的第一端而布置，第二阵列邻近所述PCB的第二端而布置，并且第三阵列被布置在所述第一阵列与所述第二阵列之间；其中，所述反射镜由对立的弯曲纵向壁和对立的弯曲端壁组成，所述至少两个光学模块中一个光学模块的弯曲纵向壁的形状不同于所述至少两个光学模块中另一个光学模块的弯曲纵向壁的形状。
12.如权利要求11所述的照明装置，其中由所述第三阵列所射出的光的至少40％作为非反射光离开所述壳体。
13.如权利要求12所述的照明装置，其中由所述第一阵列和所述第二阵列所射出的光的至少50％作为反射光离开所述壳体。
14.如权利要求13所述的照明装置，其中1％与25％之间的由所述第一阵列和所述第二阵列所射出的光作为非反射光离开所述壳体。
15.一种照明装置，其由包括至少两个光学模块的壳体组成，所述至少两个光学模块由设置在反射镜内的多个发光二极管组成，所述反射镜具有对立的弯曲侧壁和对立的弯曲端壁，其中所述至少两个光学模块中一个光学模块的弯曲纵向壁的形状不同于所述至少两个光学模块中另一个光学模块的弯曲纵向壁的形状。
16.如权利要求15所述的照明装置，其中所述端壁既水平地弯曲又垂直地弯曲。
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