CN202813153U - 模块化照明设备 - Google Patents

Abstract

一种照明设备，其特征在于，所述照明设备包括：印刷电路板；LED光源，安装在所述印刷电路板上；光导向装置，用于将所述LED光源产生的光引导至预定方向；其中，所述印刷电路板具有第一定位结构，所述光导向装置具有第二定位结构，通过所述第一定位结构和第二定位结构的直接配合使得所述光导向装置三维地固定所述印刷电路板。

Description

模块化照明设备

技术领域

本实用新型涉及一种照明设备，具体涉及一种模块化照明设备。本实用新型特别涉及一种使用大功率LED作为光源的车灯。

背景技术

传统的车用前照灯光源有白炽灯、卤素灯及高强度气体放电灯(High Intensity Discharge Lamps，HID)，白炽灯和卤素灯的使用寿命一般只有几百个小时，HID的使用寿命也只有几千个小时。LED光源安全可靠性强，能精确控制光型及发光角度，光色柔和，无眩光，不含汞、钠元素等可能危害健康的物质。因此，大功率LED是车用前照灯的下一代光源。然而，对于高端市场，LED前照灯的应用主要受限于由LED、驱动器、热沉和光学元件组成的LED模块的高额成本。

根据联合国欧洲经济委员会汽车法规（ECE）113号法规，摩托车前照灯使用了若干类别（A、B、C、D、E）进行划分。由于对道路照明以及LED光源最小光通量的不同要求，对于不同的摩托车前照灯类别通常需要单独的设计，因此造成了高昂的生产成本和低的系统灵活性。

实用新型内容

为符合ECE 113号法规的要求，机械系统的精确度对于光学设计的实现将是非常重要的。通常，热沉是介于LED和反射器之间的尺寸链中的一个组成环。在现有的设计中，LED安装在印刷电路板（PCB）上，利用该PCB的边缘或者相应的紧固装置将其定位在热沉上，然后再通过另一套定位装置将该热沉连接到反射器上。这样，在尺寸链中就存在额外的组成环（热沉），而且通过普通的制造工艺也很难获得高精确度的PCB边缘。这意味着，为了PCB和反射器的高精确度定位，需要昂贵的热沉。这样的热沉需要由计算机数控（Computer Numerical Control，CNC）机器在定位特征上钻孔，效率较低，且不易大规模生产。

本实用新型提出了一种使用了模块化反射器的设计，提高了印刷电路板相对于反射器的定位精度，从而间接提高了安装在印刷电路板上的LED光源相对于反射器的定位精度。进一步的可实现的优势是，在需要改变LED光源数量、类型、相对于反射器的位置等的场景下，通过提供高精度的印刷电路板与发射器之间的高精度定位，从而简化了光源与发射器之间的定位精度的要求，并且可以利用已知的在印刷电路板上精确安装LED光源的技术，实现最终的LED光源相对于反射器的高精度定位。

为达到上述目的，本实用新型提供一种照明设备，其特征在于：所述照明设备包括：

印刷电路板；

LED光源，安装在所述印刷电路板上；

光导向装置，用于将所述LED光源产生的光引导至预定方向；其中，

所述印刷电路板具有第一定位结构，所述光导向装置具有第二定位结构，通过所述第一定位结构和第二定位结构的直接配合使得所述光导向装置三维地固定所述印刷电路板。

本实用新型的照明设备通过印刷电路板与光导向装置的直接结合，从而避免了以往需要通过热沉中介连接而引入的额外误差，并且有利于提高LED相对于光导向装置的定位精度。

根据本实用新型的一个方面，该照明设备进一步包括一个热沉，所述热沉位于所述印刷电路板之下。

根据本实用新型的另一个方面，所述的照明设备进一步包括一个第二印刷电路板，所述两个印刷电路板通过三明治方式将所述热沉夹在中间。

将热沉与印刷电路板叠置以形成模块化的层叠结构，并使之与模块化的光导向装置相互配合，使得能够灵活地根据LED光源的亮度级别、数量和/或类型做出调整，以满足所有摩托车前照灯类别的光度测定要求，从而大大提高了设计的灵活性并减少了系统的复杂度。

根据本实用新型的又一个方面，其中，所述第一定位结构包括第一和第二定位孔，所述第二定位结构包括第一和第二定位销，所述两个定位销分别和所述两个定位孔同轴定位，所述两个定位销根部形成一个凹坑，从而避免所述两个定位销根部的圆角阻碍所述光导向装置与所述印刷电路板的紧密接触。优选地，所述照明设备进一步包括两个固定装置，用于固定所述第一定位结构和第二定位结构，以达到所述光导向装置与所述印刷电路板在垂直方向上的定位。优选地，所述热沉上设置有紧固装置，以与所述印刷电路板上的对应装置配合，使得所述印刷电路板三维地固定所述热沉。

相比于使用印刷电路板的边缘进行定位，使用定位孔、定位销等装置进行定位，易于实现印刷电路板的精确定位，能够在低装配成本的条件下确保定位的高精度。并且，在相对于光导向装置固定了LED光源/印刷电路板的位置之后，将热沉连接至LED光源或光导向装置，不仅将热沉等器件所构成的组成环从LED光源和光导向装置之间的尺寸链中移除，减少了组成环的数目，避免了尺寸链中额外的组成环所导致的额外误差；而且能够进行有效散热，保证系统的稳定运行；同时，还可以有利地避免车辆震动所可能导致的热沉的移位和失效。

根据本实用新型的再一个方面，其中，所述第一定位结构包括第一和第二定位槽，所述第二定位结构包括第一和第二定位筋，其中，所述第一定位筋通过所述第一定位槽将所述印刷电路板三维地固定于所述光导向装置。可选地，第二定位筋可以通过第二定位槽将所述印刷电路板二维地定位，即将印刷电路板在其所在的平面上定位。优选地，所述光导向装置在后端形成一个空腔，所述两个定位筋位于所述空腔内，所述印刷电路板从后端以插入方式进入空腔，使得其两个定位槽与光导向装置的两个定位筋紧密接触。更优选地，所述热沉上设置有紧固装置，以与所述光导向装置上的对应装置配合，并将所述热沉固定于所述空腔内。

本实用新型的有益效果是：从LED光源和光导向装置之间的尺寸链中移除了热沉等器件所构成的组成环，减少了组成环的数目，避免了尺寸链中额外的组成环所导致的额外误差；使用模块化的组件，尤其是可以从后端的空腔插入的定位筋、定位槽方式，提高了安装的效率和方便性。

根据下文描述的实施例，本实用新型的这些和其它方面将是清楚的，并将参照这些实施例而得以阐述。

附图说明

下面将通过参考附图来示例性地说明本实用新型的具体实施方式，该说明并不以任何方式对本实用新型进行限制，在附图中：

图1示出了根据本实用新型第一实施例的照明设备的截面示意图；

图2示出了根据本实用新型第一实施例的照明设备的示意图；

图3A-3C示出了根据本实用新型第二实施例的照明设备的示意图；以及

图4A-4E示出了根据本实用新型第三实施例的照明设备的示意图。

具体实施方式

现在将详细参考本实用新型的示例性实施例，其示例在附图中进行阐述。

本领域的技术人员应当理解：提供下述说明是为了举例说明的目的而非限制。本领域的技术人员应当明白本实用新型可以以脱离这些具体细节的其它实现方式来实现。而且为了不模糊本实用新型，在当前的说明中省略了已知的功能和结构的并非必要的细节。

图1和图2示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的照明设备。在该实施例中，照明设备100包括：印刷电路板101；LED光源（未示出），安装在所述印刷电路板101上；光导向装置102、103，用于将所述LED光源产生的光引导至预定方向；其中，所述印刷电路板101具有定位孔104作为第一定位结构，所述光导向装置102、103具有定位孔105作为第二定位结构，通过所述第一定位结构和第二定位结构的直接配合使得所述光导向装置102、103三维地固定所述印刷电路板101。通过印刷电路板与光导向装置的直接结合，避免了以往需要通过热沉中介连接而引入的额外误差，并且有利于提高LED光源相对于光导向装置的定位精度。

对于该实施例和本实用新型的其他实施例而言，所述印刷电路板101上的第一定位结构和所述光导向装置102、103上的第二定位结构可以是但不限于定位孔、定位销、定位槽、或定位筋。例如，若第一定位结构是定位孔/定位销，则第二定位结构可以是与之相应的定位孔或定位销；若第一定位结构是定位槽/定位筋，则第二定位结构可以是与之相应的定位槽或定位筋。只要第一定位结构和第二定位结构能够直接配合使得光导向装置能够三维地固定印刷电路板即可。在该实施例中，还使用两个紧固螺栓106作为固定装置用于固定定位孔104、105，以实现印刷电路板上表面与光导向装置接触的Z向定位。

其中，该光导向装置可以是模块化的组件，且可以例如包括远光反射器102和近光反射器103（然而，本领域技术人员能够理解，光导向装置也可以是例如光折射元件、或者光反射元件与光折射元件的组合）。所述远光反射器102和近光反射器103可以依据LED光源与反射面的位置关系的不同而导致的不同照射距离来进行划分。所述远光反射器102和近光反射器103可以分别包括用于夹持所述印刷电路板101的表面，如图1和2所示。其中，除了在该表面上设置所述第二定位结构之外，该表面在对应于LED光源的位置上还设有通孔，使得从LED光源出射的光能够穿过所述通孔而被所述远光反射器102和近光反射器103反射。当然，也可以将该表面邻近于所述LED光源的部分去除，直接暴露出印刷电路板101上的LED光源。所属领域技术人员能够理解，用于驱动所述LED光源的驱动器和必要的电路可以设置在所述印刷电路板101上，也可以设置在与所述印刷电路板101相连接的外围电路中。将热沉与印刷电路板叠置以形成模块化的层叠结构，并使之与模块化的光导向装置相互配合，使得能够灵活地根据LED光源的亮度级别、数量和/或类型做出调整，以满足所有摩托车前照灯类别的光度测定要求，从而大大提高了设计的灵活性并减少了系统的复杂度。

为了获得良好的器件性能，照明设备100还可以包括用于散热的热沉107，如图1和2所示。事实上，根据LED光源与光导向装置102、103的搭配关系，可以将所述印刷电路板101分别叠置在热沉107的上表面或下表面以形成层叠结构，也可以使两个印刷电路板通过三明治方式将热沉夹107在中间。因此，所述远光反射器102和所述近光反射器103可以分别利用所述第二定位结构固定至所述层叠结构上表面的印刷电路板101和/或所述层叠结构下表面的印刷电路板101。

然而，在由光导向装置三维地固定了印刷电路板101之后，所述热沉107并未被有效地约束，随着在使用中车辆的震动，热沉107将可能发生移位甚至失效。因此，可以进一步将热沉约束至光导向装置或印刷电路板。图3A-3C示出了根据本实用新型第二实施例的照明设备的示意图，其中印刷电路板三维地固定热沉。

在图3A-3C中，安装有LED光源308的印刷电路板301被分别叠置在热沉307的上表面和下表面以形成层叠结构；光导向装置可以例如包括远光反射器302和近光反射器303；印刷电路板301上作为第一定位结构的定位孔304直接配合光导向装置上的定位销305（第二定位结构），使得印刷电路板301被光导向装置三维地固定。所述第二定位结构305（定位销）可以穿透所述印刷电路板301而深入所述热沉307中，也可以不穿透所述印刷电路板301。其中，由于不可避免的机械加工误差，为确保印刷电路板被光导向装置三维地固定，同时避免过约束，可以采用如下的设置方式：

印刷电路板上可以设有圆形定位孔和腰形定位孔作为第一定位结构。其中圆形定位孔与光导向装置的定位销同轴过渡配合，定位销根部有一浅圆凹坑（未在图中示出），避免定位销根部的圆角阻碍光导向装置与印刷电路板上表面的良好接触，保证Z向的精确定位；此定位销与定位孔配合可保证XYZ三个维度的定位，光导向装置的定位销直径可控制在2~3mm，以保证光导向装置的成形需求。印刷电路板的腰形定位孔与前述定位孔类似，该孔在Y向上与定位销间隙配合，XZ向上紧密接触，从而保证XZ两个自由度定位。

采用上述方式的配置，所述圆形定位孔和与之配合的定位销可以实现垂直于印刷电路板方向（即Z方向）的定位；同时，所述腰形定位孔和与之配合的定位销可以采用类似设计，同样实现该垂直方向（Z方向）的精确定位。然而，在优选的实施例中，所述腰形定位孔和与之配合的定位销只需实现XY方向的定位，以避免Z方向上可能的过约束状态的发生。

当定位销305穿透所述印刷电路板301而深入所述热沉307中时，为容纳所述定位销305，所述热沉307在对应于所述定位销305的位置上也可以设置具有一定公差的槽或孔，以避免直接地被所述定位销305约束。

图3B是沿图3A中虚线方向的截面示意图。如图3A和3B所示，所述印刷电路板301还具有定位孔309作为紧固装置，且所述热沉307具有定位孔310作为紧固装置；该紧固装置仅用于对印刷电路板301和所述热沉307进行相互固定。所述定位孔309和定位孔310直接配合，通过螺栓或铆钉等器件的紧固，可以使得所述印刷电路板301和所述热沉307通过紧固装置实现相互的接触。

对于该实施例和本实用新型的其他实施例而言，设置在所述印刷电路板301和设置在所述热沉307上的紧固装置可以是但不限于定位孔、定位销、定位槽、或定位筋等构件。只要相应的紧固装置能够直接配合使得印刷电路板三维地固定热沉即可。在相对于光导向装置固定了LED光源的位置之后，将热沉定位至LED光源或光导向装置，不仅将热沉等器件所构成的组成环从LED光源和光导向装置之间的尺寸链中移除，避免了尺寸链中额外的组成环所导致的额外误差；而且能够进行有效散热，保证系统的稳定运行；同时，也有利地避免了车辆震动所可能导致的热沉的移位和失效。

图4A-4E示出了根据本实用新型第三实施例的照明设备的示意图。在该实施例中，所述照明设备400包括：LED光源408，用于产生照明的光；印刷电路板401，用于安装所述LED光源408；光导向装置402，该光导向装置402可以是模块化的组件，且可以包括远光反射器和近光反射器，用于将所述LED光源408所产生的光引导至预定方向。所述光导向装置402可以类似于本实用新型第一实施例中的光导向装置，依据LED光源与反射面的位置关系的不同而导致的不同照射距离来进行划分。可以将腔411的上部反射器和下部反射器分别设置为远光反射器和近光反射器。也可以按照如图4A中自左向右的方向将所述光导向装置402分为三部分，将腔411的中央部分的上部反射器和下部反射器均设置为远光反射器/近光反射器，并将腔411的其余部分的上部反射器和下部反射器均设置为近光反射器/远光反射器。

所述印刷电路板401具有第一和第二定位槽404作为第一定位结构；所述照明设备400还包括热沉407，且所述热沉407的上表面和/或下表面叠置有印刷电路板401以形成层叠结构；所述光导向装置402可以是模块化的一体化构件，并在其后端设置有用于容纳所述层叠结构的腔411，如图4A、4B所示。

所述光导向装置402具有设置在腔411内的第一和第二定位筋405作为第二定位结构。如图4C所示的第一和第二定位筋405可以例如优选地设置在腔411的内壁上侧。所述定位筋可以是附至所述光导向装置402的单独构件，也可以优选地与所述光导向装置402一体化形成，在图4C和图4D中仅为了说明的方便而单独示出所述第一和第二定位筋405。

第一和第二定位筋405可以具有朝向印刷电路板401的阻挡件，用于在X方向定位印刷电路板401；然而也可以在腔411的内壁上设置类似的阻挡件，用以在X方向定位印刷电路板401。同时，利用第一或第二定位筋405的宽度与第一或第二定位槽404的宽度直接配合，可以在Y方向定位印刷电路板401。第一和第二定位筋405的高度限定了印刷电路板401在Z方向上的位置。

当所述层叠结构从后端插入腔411中时，所述第一和第二定位槽404分别和所述第一和第二定位筋405直接配合，使得所述光导向装置402三维地固定所述印刷电路板401，如图4D所示。

使用模块化的光导向装置并采用从后端直接插入的方式安装印刷电路板，进一步简化了照明设备的组装工艺。相对于现有的照明设备，该实施例所提供的照明设备能够灵活地根据LED光源的亮度级别、数量和/或类型做出调整，不仅保证了定位精度，也提高了设计的灵活性并减少了系统的复杂度。

对于该实施例和本实用新型的其他实施例而言，所述印刷电路板401上的第一定位结构404和所述光导向装置402上的第二定位结构可以是但不限于定位孔、定位销、定位槽、或定位筋。例如，若第一定位结构是定位孔/定位销，则第二定位结构可以是与之相应的定位孔或定位销；若第一定位结构是定位槽/定位筋，则第二定位结构可以是与之相应的定位槽或定位筋。只要第一定位结构和第二定位结构能够直接配合使得光导向装置能够三维地固定印刷电路板即可。

其中，由于不可避免的机械加工误差，为确保印刷电路板被光导向装置三维地固定，同时避免过约束，可以采用如下的设置方式：

印刷电路板可以设有窄定位槽和宽定位槽作为第一定位结构。窄定位槽与光导向装置上的定位筋为过渡配合，定位筋厚度可控制在1.5~2.5mm之间，保证窄定位槽XYZ与相应定位筋的良好接触，实现XYZ三个自由度的精确定位。印刷电路板的宽定位槽只须保证XZ两个自由度定位，与之配合的定位筋厚度与前者一致即可。

在由光导向装置三维地固定印刷电路板之后， 随着在使用中车辆的震动，热沉407有可能发生移位甚至失效，甚至可能进一步通过摩擦力作用使得印刷电路板偏移最初的位置。因此，可以进一步将热沉407约束至光导向装置402或印刷电路板401。图4E是沿图4B中虚线方向的截面示意图。在图4A、4B、4E中，热沉407上设置有定位销410作为紧固装置，印刷电路板401上设置有定位孔409作为对应的紧固装置。所述定位销410和定位孔409直接配合，以将所述热沉407固定于所述空腔411内。

同样，可选地，也可以分别在热沉407和光导向装置402上设置对应的紧固装置，例如设置在所述热沉407正对腔411的侧面上设置的定位槽。这样可以在Y方向上起到紧固和定位作用，防止定位筋和定位槽因为弹性或者震动等原因脱离或松开。

对于该实施例和本实用新型的其他实施例而言，设置在所述热沉407和所述印刷电路板401或所述光导向装置402上的紧固装置可以是但不限于定位孔、定位销、定位槽、或定位筋。只要相应的紧固装置能够直接配合使得印刷电路板或光导向装置三维地固定热沉即可。

本实用新型的照明设备仅依赖印刷电路板上的第一定位结构和光导向装置上的第二定位结构之间的直接配合，由所述光导向装置直接、三维地固定所述印刷电路板，避免了尺寸链中额外的组成环（例如，热沉）所导致的额外误差。相比于使用印刷电路板的边缘进行定位，使用印刷电路板上的通孔、定位销、定位槽、或定位筋进行定位，便于加工，易于实现印刷电路板的精确定位，有利地降低了制作成本。使用模块化的组件，能够灵活地根据光导向装置的类型和LED光源的亮度级别、数量和/或类型的不同组合而做出调整，以满足所有摩托车前照灯类别的光度测定要求，从而大大提高了设计的灵活性并减少了系统的复杂度。

最后，需要说明的是，应当理解，本实用新型权利要求书中的措辞“一”或“一个”不排除复数，其仅仅旨在叙述的方便，不应当理解为对本实用新型保护范围的限制。

除非另有限定，用在本说明书中的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属的领域中熟练的技术人员所通常理解的意义相同的意义。

应当理解，本实用新型的照明装置并不局限于上述实施例。任何本领域技术人员在阅读了本实用新型后，结合现有技术不经过创造性思考所构思出的变形或等同均涵盖在本实用新型所主张的权利要求书中。

Claims (9)

1.一种照明设备，其特征在于，所述照明设备包括：

印刷电路板；

LED光源，安装在所述印刷电路板上；

光导向装置，用于将所述LED光源产生的光引导至预定方向；其中，

所述印刷电路板具有第一定位结构，所述光导向装置具有第二定位结构，通过所述第一定位结构和第二定位结构的直接配合使得所述光导向装置三维地固定所述印刷电路板。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其进一步包括一个热沉，所述热沉位于所述印刷电路板之下。

3.根据权利要求2所述的照明设备，进一步包括一个第二印刷电路板，所述两个印刷电路板通过三明治方式将所述热沉夹在中间。

4.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中，所述第一定位结构包括第一和第二定位孔，所述第二定位结构包括第一和第二定位销，所述两个定位销分别和所述两个定位孔同轴定位，所述两个定位销根部形成一个凹坑，从而避免所述两个定位销根部的圆角阻碍所述光导向装置与所述印刷电路板的紧密接触。

5.根据权利要求4所述的照明设备，进一步包括两个固定装置，用于固定所述第一定位结构和第二定位结构，以达到所述光导向装置与所述印刷电路板在垂直方向上的定位。

6.根据权利要求4所述的照明设备，其中所述热沉和所述印刷电路板通过相应的紧固装置实现相互的接触。

7.根据权利要求2或3所述的照明设备，其中，所述第一定位结构包括第一和第二定位槽，所述第二定位结构包括第一和第二定位筋，其中，所述第一定位筋通过所述第一定位槽将所述印刷电路板三维地固定于所述光导向装置。

8.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述光导向装置在后端形成一个空腔，所述两个定位筋位于所述空腔内，所述印刷电路板从后端以插入方式进入空腔，使得其两个定位槽与光导向装置的两个定位筋紧密接触。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其中，所述热沉上设置有第三紧固装置，以与所述光导向装置上的对应装置配合，将所述热沉固定于所述空腔内。

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