CN103392094B - 紧凑可调的led照明装置以及长期运行的方法和*** - Google Patents

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Abstract

提供一种照明***，由此能够通过考虑应用需求、LED的特点、包含所述LED的固定装置的特点、所需的工作小时数以及–通过获得的关系–以迭代的方法对LED供电来合理确保长的工作寿命。通过设想的补偿方法学和有效的灯具设计，可在预定工作小时数（可能更长）内保证相对恒定的光照水平；即使工作条件变化，LED的已知性能被证明在未经测试的时间段内是不真实的，或者将会以其它方式导致过早地结束寿命并阻碍该***满足所需的工作小时数的其它一些情况发生，也还是这样。

Description

紧凑可调的LED照明装置以及长期运行的方法和***
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119要求2011年2月25日提交的美国临时申请序列No.61/446,915的优先权，所述申请整体上在此处通过引用并入。
发明领域
本发明总体上涉及发光二极管（LED），更具体地说，涉及以使LED的好处最大化的方式使用以满足难解的照明需求的照明装置及照明***的设计。
背景技术
现在，众所周知的是，LED在普通照明应用中的使用产生实质性的好处：最主要的是长工作寿命、高功效以及精确的光控制。然而，还众所周知的是，为了最好地利用LED，必须考虑多项因素：例如温度（环境和结点）以及灯具（luminaire）设计。LED正迅速成为建筑或美学照明应用（例如，立面照明、节日照明、室内跑道照明等）的首选光源，但一直较缓慢地意识到其在长期的大规模照明应用中的有用性。这是由于，至少部分地由于需要巨大的努力来控制环境温度和结温以及灯具设计的效率。从本质上讲，由于操作LED的好处与具体照明应用紧密相关，所以没有标准的大型LED照明固定装置。只有将这与对本行业基本了解结合才知道LED可以有效地操作多长时间，并且可以看出，本领域中存在巨大的改进空间。
考虑横跨一定长度并在两个方向上容纳一定数量车道的户外桥梁；假设此桥梁在白天和夜间均被大量使用。为了夜间驾驶员的安全，桥梁上的道路必须被照亮，这里就存在体现了当代照明设计师所面临的挑战的应用。成本效益建议，照明固定装置应固定至现有结构特征（例如，以便避免支撑结构的成本以及关闭多个车道以建立所述结构的成本）；但是，必须考虑所述固定装置的安装高度和朝向以不会造成眩光或产生其它有害的驾驶条件（这因为在两个方向上的交通流量而更加剧了困难）。照明设计师必须考虑到固定装置的放置、固定装置的重量以及固定装置的外观设计，以确保目标区域上或附近足够的光分布以及在杆（pole）上的应力分布（例如，由于风加载）。在任何时候都有竞争性的设计考虑。例如，LED提供长寿命的益处（有利于成本效益），但必须使用大量LED来产生所需的光（损害成本效益）。多个光源意味着从其投射的复合光可以精确地控制以适合于目标区域，但它也意味着对于每个光源来说额外的光学元件（从而增加了每个固定装置的成本和重量）。
此外，在开始设计照明***时对长期使用具有既定兴趣；在上述的示例中，在***的整个生命周期中关闭多个车道以进行维护、换灯等仅在经济上就是不可行的。因此，LED是一个自然的选择，它们的长寿命消除了长期维护的一些顾虑。然而，由于LED具有这样长的寿命，因此它们没有得到充分测试；因此，LED能够工作多长时间以及输出的光会由于热损失和光衰而随着时间的推移降而恶化得多严重都没有明确的答案（不是谈及由于驱动器无效和灯具设计而导致的初始效率损失）。北美照明工程学会（Illuminating EngineeringSociety of North America）（IESNA）最近推荐测试LED（见IES LM–79）和测量光衰（IESLM–80）的标准，但范围有限，并且没有定义或提供LED寿命的评估。
本领域处于缺失状态；在完全测试LED的时间中，将对技术进行改进而数据不是特别有用。与此同时，假如可以保证长的寿命，则存在可能受益于LED的长寿命的照明应用。所需要的是用于以下述方式合理保证LED的长寿命的装置，所述方式可靠且与目前的维护策略不同，其对于像前述桥梁的应用来说是成本有效的。此外，所需要的是用于合理保证在所述寿命期间可接受的光照水平的装置，如果允许光线降低到无用的地步，则对于长期维护LED照明***是很少益处的。更进一步，所需要的是开发能够与所述用于保证LED的长寿命以满足当前需求的装置一起使用的大型LED固定装置–特别是适合户外使用的固定装置的标准化方法。因此，在本领域中存在改进空间。
发明内容
由于多种原因，对于许多应用，特别是对于希望长寿命的应用，发光二极管（LED）是对于传统光源（例如，金属卤化物、白炽灯、荧光灯、高压钠灯）来说有吸引力的替代方案。话虽这么说，但是许多大型户外照明应用要基于预算进行，并且在进行维护之前或在***已经达到其寿命终点（EOL）之前，预算承担（assume）一定的工作小时数。这是有问题的，因为LED的长寿命高度依赖于工作条件–其中许多工作条件不能严密控制–从而限制了预测或保证一定工作小时数的能力。另外，LED没有被充分特征化，所以它们的性能长期没有得到很好了解。
因此，本发明的主要目的、特征、优点或方面是对本领域的状态进行改进和/或解决本领域中的问题、难题或不足。
根据本发明，提供一种照明***，从而对于LED和固定装置的特定组合来说，可以合理地确保工作小时数。通过设想的功率补偿方法学和有效的灯具设计，对于***的限定寿命可以保证相对恒定的光照水平；即使工作条件改变、在未经测试的时间内已知的LED性能被证明是不合标准的或以其它方式导致EOL提前并阻碍***满足所需的工作小时数的其它一些情况发生，情况也还是这样。
本发明的进一步的目的、特征、优点或方面可包括下面中的一个或多个：
a.可定制的LED模块，用于安置在可定制的LED固定装置中，使得所述固定装置适用于各种大型应用；
b.将所述模块和所述固定装置对准以在目标区域上、在目标区域处或在目标区域附近产生定制的复合光束图案的方法；
c.用于确保在预定的时长内相对恒定的光输出的装置；
d.用于提供作为所述定制的复合光束图案的附加或者作为所述复合光束图案的一部分的向上照明的装置；
e.适合户外使用的可靠的灯具设计；以及
f.用以调整不希望的工作条件以便帮助确保LED固定装置中的LED的长寿命的装置。
参照随附的说明书和权利要求，本发明的这些和其它目的、特征、优点或各个方面将变得更加明显。
附图说明
将在此说明内容中将不时地参考由图号指示并且概括如下的附图。
图1A示出了根据本发明的各方面的LED模块的装配透视图。
图1B以分解透视图示出了图1A的模块。
图1C示出了沿图1A的剖面线A–A截取的图1A和B的模块。
图2示出了图1A–C的LED板的放大的单独的前视图。
图3A–E示出了图1A–C的壳体的多个单独的视图。
图4A–C示出了图1A–C的透镜的多个放大的单独的视图。
图5A–D示出了图1A–C的遮护件（visor）的多个单独的视图。
图5E–I示出了与图1A–C的LED模块一起使用的一些可能的遮护件的单独的透视图。
图6A示出了用在根据本发明的各方面的图1A–C的LED模块中的枢转接头的一种可能的设计的单独的装配透视图。
图6B以分解透视图示出了图6A的枢转接头。
图6C和D示出了图6A和B的枢转接头在其工作时可能出现的多个视图。
图6E示出了用在图1A–C的LED模块中的替代的枢转接头的装配侧视图。
图6F和G示出了用在图1A–C的LED模块中的再一个替代的枢转接头的多个视图。
图6H示出了用在图1A–C的LED模块中的再一个替代的枢转接头的装配透视图。
图7示出了根据本发明的各方面的将模块条（module bar）对准在固定装置壳体内的两个可能的方法。
图8A–G示出了根据本发明的各方面的模块条的多个单独的视图。
图9示出了安装了多个图1A–C的模块的图8A–G的模块条的放大的单独的透视图。
图10A–C示出了根据本发明的各方面的固定装置壳体（与水平面成30°向下定向）的多个单独的视图。
图10D示出了图10A–C的固定装置壳体的沿剖面线A–A的且包括根据本发明的各方面安装的一个模块条（参见图8）和一个LED模块（参见图1–C）的放大视图。
图11A示意性地示出了现有技术的照亮道路的方法。
图11B示意性地示出了根据本发明的各方面的一种可能的照亮道路的方法。
图12以流程图形式示出了根据本发明的各方面的一种设计复合光束图案的方法。
图13以流程图形式示出了一种将示例性固定装置定向以实现根据图12的流程图设计的复合光束图案的方法。
图14A示出了根据本发明的各方面的LED固定装置的装配透视图。
图14B示出了图14A的LED固定装置的外部元件的分解透视图。
图14C示出了图14A的细节A的放大视图。
图14D示出了沿剖面线B–B的图14C的LED固定装置，为清晰起见，已省略一些阴影。
图15A示了出根据本发明的各方面的示例性照明***的多个部分。
图15B示出了图15A的示例性固定装置和示例性铰结（knuckle）的放大的单独的透视图。
图15C和D示出了15A的杆的单独的透视图，以及沿线A–A的视图
图15E示出了图15B的示例性铰结的放大的单独的装配透视图。
图15F示出了图15E的示例性铰结的局部分解视图。
图16以流程图的形式示出了根据本发明的各方面的操作图15A–F的示例性照明***的方法。
图17示意性地示出了根据本发明的各方面的一种提供向上照明和方向（即，任务）照明应用的方法。
图18A示出了图8的模块条的替代方案。
图18B示出了图9的模块条和LED模块的替代方案。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，将详细描述根据本发明的特定的示例性实施例。在本说明书中将经常提及附图。附图标记将用于指示附图中的某些部分。在整个附图中，相同的附图标记将用于表示相同的部分。
设想了用于合理保证大型户外LED照明***在规定的时间段内以相对恒定的光照水平工作的设备、方法和***。LED提供了许多好处，包括长的工作寿命、符合RoHS和LEED、没有再次停机、良好的颜色稳定性（甚至跨过变暗水平）和高功效，仅举几例。话虽如此，但是应当理解的是，本发明的各方面可以适用于其它照明应用、其它类型的光源等。此外，尽管列出了多种选择和替代方案，但是不应当被认为是限制或无所不包。
应当相信，对本发明的全面理解最好通过首先理解与设想的方法学一起形成所设想的长期LED照明***的部件来实现；除非另有说明，余下的说明书如此陈述，但并不是旨在表明具体的组件顺序或事件序列。
关于术语，应理解术语“灯具”和“固定装置”在本说明书中互换使用，并意在包含模块和相关联的外部部件的总和。分组的灯具或固定装置（通常在相同的升高结构上）被称为阵列，而术语“照明***”指的是灯具或固定装置、升高结构、用于将灯具或固定装置附接至升高结构的装置、功率调节部件、控制部件等的总和。术语“合理保证”在整个说明书中使用并且旨在意味着确保或接近确保条件、事件等，除了在极端的工作条件（例如，远远超出额定容量地驱动LED）、极端的环境条件（例如，暴风雪）、天灾（如地震）等的情况下。术语“相对恒定的光”在整个说明书中使用并且旨在意味着平均人眼所感知的光为恒定的，无论所述光从流明输出的角度来看是否是恒定的。最后，术语“光束输出图案”、“光束图案”、“输出图案”、“光图案”、“光束输出”和“光输出图案”在本说明书中可互换使用，并且旨在定义从源发出的光的形状、大小和/或性质。在某些情况下，所述源可以包括单个的LED，并且在其它情况下，所述源可以包括容纳多个LED和使从其投射的光成形的相关装置的单个固定装置；当并置时，光束通常被相应地称为“单个的”和“复合的”。
A.LED模块
所设想的LED照明***的核心是许多LED模块。从图1A–C中可以看出，模块10包括被放置在壳体300的一端的电路板200，壳体300被固定到枢转接头半体101（例如，通过所示的螺钉或以其它方式），以将电路板200封装。LED模块10还包括被放置在壳体300的大致相反端中的透镜400，透镜400进一步被遮护件500按位置固定，遮护件500可以被通过螺钉（如图所示）或以其它方式固定到壳体300。
图2更加详细地示出了电路板200。如图所示，每个LED模块10包括单个LED201安装其上的单个板200；在这个示例中，型号XP–G或XM–L可从Cree,Durham,NC,USA买到（虽然其它类型、型号和品牌的光源是可能的）并被想到。电路板200还包括按钮接线盒202（也称为戳式连接器），以帮助快速更换LED，如果其失效的话；在这个示例中，型号1–1954097–1可从Tyco Electronics,Berwyn,PA,USA买到（虽然其它型号和类型的连接器是可能的）并被想到。板200还包括切口203和孔204，以确保电路板200被正确定向在模块10内，虽然这不是对本发明的限制。如果需要的话，板200可以具有安装其上且串联连接的多个LED；这将直接影响给定的功率输入的功效，以及从其投射的光束输出图案，并且是在通过引用并入本文的临时美国申请序列No.61/539,166中进行了讨论。
图3A–E示出了壳体300的多个视图。壳体300的后表面302适合于接收电路板200并通过穿过孔301、弧形孔口203（aperture）（见图2）并进入在枢轴半体101中的螺纹盲孔（见图6A）的螺栓（或类似装置）将板200固定到位；作为一个替代方案，与通孔一起的螺母和螺栓组合（或类似装置）可用于代替半体101中的螺纹盲孔。壳体300的前表面306适合于接收穿过孔口303的透镜400，并允许其通过轨道304进行有限的旋转，以及通过穿过孔口501（见图5A）并进入孔305的螺纹切削螺钉接收遮护件500。壳体300还包括作为与LED201相关联的接线的线槽的空隙（void）308以及延伸穿过板200的孔204以确保板200的正确定向的支柱307。
如所设想的，壳体300被设计为LED模块10的锚点。例如，如果LED发生故障，则螺栓可以从孔301移除，将接线切断，移除有缺陷的板子，抵着表面302放置新的板子200，通过戳式连接器202使接线重新连接，并且将穿过孔301的螺栓通再次固定；这可以迅速发生，而不妨碍枢转接头100的精确对准或透镜400的定向。可选地，如果需要更换透镜（例如，以实现不同的光束输出图案），则可以通过将螺纹切削螺钉从现在的螺纹孔305移除来移除遮护件500，移除旧的透镜，将新的透镜400放置在表面306的孔口303中，以及通过穿过孔口501并进入螺纹孔305的螺纹切削螺钉将遮护件重新固定；这可以迅速发生，而不妨碍LED201或枢转接头100的对准。
图4A–C示出了透镜400的多个视图。至于所述的附图–其示出了典型的窄光束透镜–透镜400包括大致抛物线的外表面401、与LED相邻的面402和发光面403。如在本领域中公知的，通过全内反射（TIR），从LED201发出的光进入面402，被准直，并从发光面403向外投射。透镜400还包括突片404，以便于（i）确保正确置放在遮护件500（见图5B的附图标记506）和壳体300（见附图标记304）之间，以及（ii）允许易旋转透镜400（例如，用于现场调整）。
透镜400的确切设计会根据应用而有所不同，例如根据特定的模块10的定向、板200上的LED201的数量和布局以及所期望的光束输出而有所不同。在实践中，每个LED模块10可以具有不同的透镜400，这可能需要壳体300中的孔口303和遮护件500中的孔口505的多种尺寸和形状。对于图2中示出的电路板，作为一个示例，图4A–C中示出的透镜可能是最合适的。如果多个LED201被安装到电路板200–如在上述的美国临时申请序列No.61/539,166–透镜400的形状（但不是其功能）以及孔口303和505的形状可以期望改变。通过将本申请的图4A–C的透镜（其大小用于单个LED）与美国临时申请序列No.61/539,166的图2的透镜（大小用于成线性的或“椭圆形”阵列的两个LED）和图6的透镜（大小用于成2X2或“方形”阵列的四个LED）相比较，最好地说明了这种情况。作为另一个示例，可以使用任何数量的市售透镜。例如，可从Fraen Corporation,Reading,MA,USA购买的任何FCP系列透镜可以与光成型扩散器（例如，可从Luminit,Torrance,CA,USA购买的任何光成型扩散器）一起使用来接近于期望的光束输出图案；然而，在该示例中，遮护件500将可能需要进行修改，以便将扩散片按位置固定。
图5A–D示出了遮护件500的多个视图。如所设想的，遮护件500包括中心孔口505，从透镜400发射的光传输通过中心孔口505；所述光被重定向离开反射表面507并朝向目标区域。遮护件500还包括短边和长边（附图标记分别为504和503），以便对投射至模块10的任一侧的光提供独特的隔断（distinct cutoff）（例如，以便防止在来自一个模块的光撞上另一个模块时可能发生的遮蔽）。为了进一步确保光被精确控制，边缘503和504以及顶部508具有变黑的肋502；在理想情况下，遮护件500的除了反射表面507的所有表面都被黑化（例如，由黑色聚碳酸酯形成）。如在本技术领域中众所周知的，控制不良的光不仅能够限制以想要的方式照亮目标区域的有效性，而且还能够造成眩光。虽然使遮护件500（除了表面507）黑化对于某些应用是足够的眩光控制，但已经发现，即使是黑化的表面在高入射角时也具有有点高的反射率。肋502有效地捕获和吸收可能会导致眩光（也被称为内部发光（internal glow））的任何剩余的光。
在实践中，遮护件500可由黑色聚碳酸酯模制而成或以其它方式形成，然后表面507被金属化（例如，可在从Mold–Tech,Windsor,Ontario,Canada购买的抛光机MT–11000中使用铝抛光）。可选地，遮护件500可以由高反射率材料（例如，抛光铝）形成，并且除了507以外的所有表面被黑化，或遮护件500可以由低成本聚合物形成，被黑化，并且高反射率材料条带被***遮护件500以生成表面507。如果可行的话，模块10的除了反射表面507、透镜400、以及LED201以外的所有的组件都可以黑化。表面507本身可以被涂布，喷丸，或者以其它方式形成，以根据应用需要提供镜面反射、漫反射、发散反射、或任何其它性质的反射。
与透镜400一样，遮护件500的确切设计可以根据应用、希望的光束输出以及模块10的定向而变化。例如，遮护件可以有两个长边（见附图标记503）或两个短边（见附图标记504）。遮护件500可能比所示的（图5A中示出的遮护件大约3英寸长）长或短，或者可以是圆的且没有肋。图5E–I中示出一些可能的遮护件设计。
图6A–D示出了用在模块10中的枢转接头的一种可能的设计。一般情况下，枢转接头100A包括与LED相邻的部分101、与固定装置相邻的部分102和稳定部分103。在实践中，枢转接头100A通过螺栓107、垫圈104和105以及螺母106被组装并固定到模块条50（也见图8A–G）。通过拧松螺栓107，LED模块10可绕沿部分101的圆形部分115的长度延伸的第一轴线（见图6C中的轴线B）枢转，并且可绕沿螺栓107的长度延伸的第二轴线（见图6C中的轴线A）枢转；如设想的，绕轴线B枢转确定垂直定向角，而绕轴线A枢转确定水平定向角（见表1），但是这可能会有所不同。螺栓107、垫圈104和105以及螺母106的构造确保只需要一只手就可拧紧或松开所述组件，从而释放另一只手以调整模块10；如果模块10必须在现场重新定向，则这是非常有用的。枢转接头100A的另一个重要特征是螺栓107；可以看出，螺栓107的侧面加工成平面。这可确保一旦螺栓107***模块50的狭槽51中（见图6C和图8D、G）并且模块10移动到它的正确位置并被定向，则将枢转接头100A拧紧将不会使螺栓107意外地旋转和改变模块10的精确对准；类似地，与LED相邻的部分101上的辐板114防止枢转接头100A在拧紧期间的横向运动，而该横向运动也会意外地影响模块10的精确对准。然而，枢转接头100A的另一个重要特征是与LED相邻的部分101的设计；部分101的圆形背面部115确保模块10可以安装成右侧在上或上侧在下（这将在后面讨论），并且部分101的平坦表面确保用于任何数量或类型的光源的通用的安装表面（例如，部分101可以接收更传统类型光源的插座）。最后，如所设想的，接头由铝或一些其它的热传导材料形成；这提供了用于模块10中的LED201的热沉的益处。
当然，枢转接头的其它设计是可能的，并可以设想枢转接头的其它设计。例如，图6E示出了在模块条50包括突起53时可能更适合的枢转接头。替代的枢转接头100B还包括与固定装置相邻的部分102和与LED相邻的部分101；但是，现在通过调节两个螺栓107A和107B（与图6B的螺栓107相反）来实现模块10的枢转。再一个替代的枢转接头l00C示于图6F和G。在这个替代方案中，也通过螺栓107A和107B实现了模块10的枢转（类似于枢转接头100B），但接头本身是更大的实质上的热沉；如果在每个模块10中使用多芯片LED或多个LED，则这可能是有益的。再一个替代的枢转接头100D示于图6H。在这个替代方案中，模块10（当安装在枢转接头半体101上时）可以沿着替代的模块条50的通道55移动，直到达到所期望的位置。枢轴半体101然后可绕第一轴线（沿径向穿过部分102延伸）枢转，同时至少部分地包含在部分102中的槽口内，和/或部分102可绕第二轴线（沿纵向穿过部分102延伸）在通道55内旋转，直到达到所希望的定向方向。于是稳定部分103可以被固定（例如，通过孔口54中的螺钉107）以便将模块10沿所需取向按位置固定。如果模块紧紧地装在固定装置壳体中，则枢转接头100D可能是更可取的–因为在定向/重新定向时没有必要达到枢转接头的周围、下方或后方来固定模块–或者如果模块必须安装或定向到位而不是然后安装在固定装置壳体中的模块条上。
与枢转接头100的精确设计无关，如果接头(i)在模块10和固定装置壳体之间建立散热路径，(ii)允许模块10的宽范围的定向角，(iii)允许快速且容易的组装，以及（iv）设计紧凑以允许将模块10更有效地装在固定装置中，则将是有益的。
B.LED固定装置
如所设想的，一定数量的LED模块10被定向和安装在固定装置中，固定装置也被定向和安装（通常在一个杆或其它升高结构上）；模块的确切数目和每个模块的定向位置可根据应用、固定装置的大小、复合光束输出图案等进行变化。首先讨论模块安装在固定装置壳体中的力学，之后描述设计复合光束输出以适合应用的一种可能的方式以及将固定装置和其中的模块定向以实现复合光束输出的一种可能的方式。
每个LED固定装置被设计为包含一个或多个模块条50（见图8A–G），一个或多个LED模块10固定到每个模块条50（见图9）。如所设想且示于图7的，模块条可平行于地面（A）或平行于反射器壳体的定向轴线（B）地安装到反射器壳体中，以确保LED模块10的高效封装–虽然模块条可以以任何方式安装在反射器壳体中。一般而言，大型的户外照明固定装置1000包括某种形式的升高结构80、某种形式的壳体70以及包含在其中的一定数量的模块条（不论它们是如何定向）。
图8A–G中示出了模块条50的示例性设计。可以看出，模块条50被弯曲以与反射器壳体60的示例性设计的内部相匹配（见图10A–D）并且包括孔52和孔口51。如前所述，在实践中，模块10可以通过穿过枢转接头100A和孔口51的螺栓和螺母组合（或类似装置）固定至模块条50；然后所述模块可以沿孔口51的长度移动，直到到达所需的位置。模块条50可以通过穿过孔52并进入壳体60中互补的螺纹盲孔的螺栓（或类似装置）固定到反射器壳体60。当然，模块10可以直接固定在壳体60上，但是这将需要把每个LED模块10定向到位，这可能是耗时的且假如壳体60已被设计为包含大量高效安装的模块则将是困难的。
反射器壳体60的示例性设计示于图10A–D中；如示出的，壳体60从水平方向向下30°（即，30°的竖直定向角）定向，但是这是通过举例的方式而不是通过限制的方式进行的。壳体60包括线槽61，线槽允许接线从每块板200离开每个模块壳体300（通过空腔308）并且离开固定装置壳体60到达位于远处的电子器件外壳110（见图15A中的110A和110B）；理想的情况下，接线从来不暴露至元件，以使设想的固定装置可靠并适合于户外用途。壳体60还包括用于将壳体60固定至杆或其它升高结构80的螺纹盲孔62（或类似的特征）；在这个示例中，是通过与通过引用并入本文中的美国专利申请序列No.12/910,443中描述的相似的一个可调节的支架（见图15A–F）。
如所述的，每个LED固定装置的精确设计会有所不同，这取决于许多因素。然而，与固定装置的设计、应用的性质或其它这样的因素无关，建立固定装置以适合应用需求的示例性方法是相同的，这种方法示于图12中。马上将在大型的户外照明***（特别是桥梁照明***）的上下文中讨论示例性方法2000；但是，可以被理解的是，方法2000可以被应用到其它应用，并且下面的内容仅是实践本发明的各个方面的一种方式。
示例性方法2000通过确定照明应用的需求（见附图标记2001）开始。对于桥梁照明应用，一些可能的需求可能包括以下内容，但并不限于这些内容。
1.目标区域的大小和形状
a.虽然跨越桥梁的道路是最重要的，但是目标区域可能还包括与道路相邻的区域（如人行道）和/或道路上方的限定空间（例如，为审美目的而照亮的结构特征件）。
2.光照水平
a.目标区域可以具有指定的最小照度（例如，以水平和/或垂直尺烛光测量）、指定的照明均匀性（例如，最大照度与最小照度的比率，平均亮度与最小亮度的比率）等。
b.通过引用并入本文的飞利浦照明公司照明手册（Philips Lighting CompanyLighting Handbook）详细解释了光的性质以及如何表征和测量光；假设了本领域普通技术人员熟悉这些概念，并且因此在本文中不讨论基本的光测量原理。
3.特殊需求
a.如前所述，特别具有挑战性的桥梁照明应用是其中道路包括多条车道的桥梁照明应用，其中多条车道中的至少一些在相反的方向上延伸。因此，设计者必须考虑的不仅是针对道路照明的照明需求，而且也必须考虑眩光和司机所经历的其它照明条件。
b.通过引用并入本文的上述的飞利浦照明公司照明手册的第13章讨论了道路照明的许多细节。
c.通过引用并入本文的美国专利申请序列No.12/887,595讨论了具有相反的车道的独特的照明应用需求以及用于解决这些需求的装置和方法。
知道了照明应用的需求，就可以确定限制因素（见附图标记2002）。关于方法2000和3000（见图13）中的许多步骤，对于步骤2002很少有明确的答案；相反，更多的想要的答案取决于设计人员的能力、应用的性质、预算等。假设（仅供说明目的）应用需要照明固定装置固定到现有的结构特征件上并且为了美学的目的，客户已选择了特定的大小和风格的固定装置壳体。显然，设计师、客户或管理主体（例如，IESNA）的任何偏爱将对项目施加一些限制，但在本示例中，主要的限制因素是固定装置的安装高度（因为升高结构受预先存在的的结构特征件的限制）、照明***的重量（所以不要超过预先存在的结构特征件的负载能力）、以及固定装置的数量（因为限定了固定装置壳体的大小，所以用于安装固定装置的空间被限制，并且照明***的整体重量被限制）。
知道了应用的需求，设计者就可以设计复合光束（见附图标记2003）。为了展示根据步骤2003和2004的本发明的各方面，与现有技术的照明进行比较是必要的。传统的道路灯具被悬于道路上方（例如，通过L形杆）并且将光向下投射；因为光被向下投射，所以灯具必须被安装在一定高度以上，所以一般的驾驶员不能够直接观察到光源（即，经受眩光）。然而，因为本应用具有沿相反方向延伸的车道，并且需要使用现有的结构特征件，所以传统的道路灯具不适合于该应用。可以理解，如果使用传统的道路固定装置，则多个杆可能会在道路20上方沿多个方向突出现有支撑件80的顶部以提供足够的照明，并且因此将不具有成本效益或者根据步骤2002的限制结构上不合理。因此，为了说明本发明的各个方面，比较合适的是与体育照明型固定装置作一个对比。
图11A示出了目标区域20（在这个示例中，是桥梁上的道路），因为它可能会呈现被传统的体育照明固定装置阵列900照亮。从图11A可以看出，每个阵列900从现有的结构特征件悬挂在桥梁上，并且每个阵列照亮交通流的一个方向（据推测满足步骤2002的所有主要限制因素）。如在本领域众所周知的，传统的体育照明固定装置被设计为单一的高功率光源（例如，1000瓦的金属卤化物灯），这是必要的，所以每个方向上的车道的整个宽度可以被充分照亮。图11A示出了在相对紧凑的空间中以缩短的安装高度（例如，比传统的体育照明应用短数十英尺）使用传统体育灯的两个问题。由于传统的灯具900使用单一的高功率光源，所以高强度的区域2（也被称为“热点”）发生在支撑结构80正下方并且泄漏光区域1照射道路20以外的区域；这两种效果都是不希望的且浪费了光。利用本发明的方面的大型户外照明固定装置1000解决了这些不足之处，至少部分地解决了这些不足之处，因为从多个精确控制的光源发射的光可以被用来建立满足照明应用的需求而不浪费光的复合光束（见图11B）。往回看方法2000的步骤2003，图11B中的复合光束可以根据下述内容开发，但不局限于这样的内容。
1.从步骤2001考虑到所需的光照水平、均匀性和/或其它特征，可以开发最初的复合光束图案。
2.从步骤2002考虑到限制因素，可以确定固定装置的安装位置和数量并且识别出潜在的热点。
3.具有了来自步骤1和2的信息并且知道了平方反比定律（Inverse Square Law）的原理，复合光束可以分解成离确定的安装位置最远投射的窄光束和离确定的安装位置最近投射的宽光束。
a.假设了照明设计领域的普通技术人员熟悉平方反比定律，并且因此在本文中不讨论这种数学方程式/关系。
b.术语“窄光束”和“宽光束”通常用来描述光束图案的形状/大小，并在本领域中被广泛使用。
c.组成复合光束图案的每个单独的光束图案可能会需要与相邻的光束图案叠置以保证满足每个步骤2001的均一性、指定的光照水平或其它方面的考虑。示例性方法是使每个光束图案在它的光束角的80％处重叠，其中光束角定义了在50％的最大发光强度处光束图案的形状/大小。
一旦开发出合适的复合光束图案并且所述复合图案包括许多合适的单独的光束图案，根据方法2000的步骤2004，每个单独的光束图案可被分配给所述固定装置（见上述步骤2）。同样，对于步骤2004也没有一个正确的判定；而是，更可取的判定取决于多种因素。作为示例，在所述固定装置的高度，出于美观的考虑，可能有益的是，对每个固定装置分配相同数量的单独光束图案（例如，以确保每个固定装置包含相同数量的模块），或根据特定的布局分配单独的光束图案（例如，以确保每个固定装置以相同的角度定向，而不管安装在每个固定装置内的模块的定向角）。作为示例，在所述模块高度，两个单独的光束图案可以分配给两个模块，其中每个模块在其中包含单一LED，或者两个单独的光束图案可以被分配给单一模块，其中单一模块在其中含有多个LED。
最终，步骤2004的复杂性将由所述固定装置可以被定制的程度决定。通过例如选择（固定装置、模块和模块条的，如果需要的话）定向角、光传播元件（例如，透镜400的尺寸和设计）、光阻挡元件（例如，遮护件500的尺寸和设计）以及光重新定向元件（例如，反射表面507的尺寸和设计），可以对定制进行调整。然而，值得注意的是，根据在步骤2002中确定的限制因素，步骤2004可以在步骤2003之前完成（即，首先决定固定装置的细节，之后根据步骤2001和2002建立并检查所得的复合光束）。
一旦每个单独的光束图案已被根据偏好、限制或以其它方式分配给固定装置，则每个固定装置可以根据图13中的方法3000适当地构建和定向。第一步是确定固定装置的需求（见附图标记3001）；如前所述，整个LED照明***是高度可定制的，所以很可能***中的每个固定装置都具有独特的需求。对于上述桥梁照明应用，一些可能的固定装置需求可能包括以下内容，但不局限于这样的内容。
1.固定装置壳体60的定向角
2.固定装置的色彩和光洁度
3.特殊安装注意事项
4.壳体60内的模块条50的数量、安置和取向
a.模块条50的确切数目与壳体60必须包含的模块10的数量直接相关，这与多少单独的光束图案与特定的固定装置相关联直接相关。如果需要的话，复合光束可以细分成许多单独的光束图案，使得每个模块10都与单独的光束图案相关联，尽管假设从单一的模块10发射的输出图案相当小–特别是相对于目标区域20–这多少有些不切实际。
5.模块10在壳体60内的安置和定向
a.每个模块的精确定向例如将取决于固定装置壳体60的安装高度、壳体60的定向角、模块条50相对于壳体60的定向角的取向以及单独的光束图案相对于壳体60的位置。
一旦根据方法3000的步骤3001确定了固定装置的需求，就可以根据步骤3002将固定装置壳体本身定向（也见图10A）；再次，在上述美国专利申请序列No.12/887,595中讨论了将固定装置壳体定向以满足其中具有多个相反车道的道路照明的一些方法。
一旦根据方法3000的步骤3002定向了固定装置壳体60，就可以根据步骤3003构建第一模块条/LED模块组件（也见图9）。每个已分配模块10将具有特定的光学元件组合（例如，遮护件500的大小和形状以及透镜400的类型），并被分配模块条50上的特定位置；这与在通过引用并入本文的美国专利No.7874055中讨论的组装定制的反射器所采取的做法不同。
一旦LED模块10安装在模块条50上，就可根据方法3000的步骤3004对每个LED模块定向。如前所述，将单独的光束图案分配给每个LED模块可能是不切实际的；更可能的是，复合光束会被分解成足够的单独的光束，其中一排或多排LED模块（见图9）与单独的光束图案相关联（尽管这可能不同）。知道了固定装置壳体60相对于复合光束图案（即，相对于目标区域）的定向角度和位置，知道了模块条50在壳体60内的取向和位置，知道了在复合光束内的单独的光束的位置，并且知道了哪些模块10被分配给哪些单独的光束，可以确定安装在杆50上的每个模块10的精确定向；表1示出了一个示例。可以看出，每个模块都与特定的模块条相关联，在所述模块条上具有特定的位置，具有特定的垂直定向角度和水平定向角度，具有特定的LED数目和型号，并具有特定的透镜类型（例如，“椭圆形V”的意思是具有沿垂直方向的细长轴线的椭圆形透镜–作为适合于与安装在单块电路板上的多个LED一起使用的椭圆形透镜的一个示例，见上述的临时美国申请序列No.61/539,166）。值得注意的是，为了简洁起见，每个模块的附加选项（例如，具体大小、形状和遮护件的隔断角（cutoff angle））已被省略，并且表1只是为了说明与建立所设想的LED固定装置相关的一些因素。
表1
从表1中的示例可以看出，每个模块10可能需要绕图6C中所示的一个或两个轴线枢转。另外，模块可能需要它的遮护件和/或透镜旋转以产生所需的效果。如前所述，透镜400的突片404安放在遮护件500的凹槽506中，这允许人员将遮护件和透镜一起沿壳体300的轨道304枢转指定的量；在这个示例中，孔口501限定的圆弧为大约60°（其完整的旋转可能需要从孔305除去一个或多个螺栓），但是通过安放在单独的凹槽506中透镜本身可以旋转90°（这对于定向椭圆形透镜是非常有用的）。
已经讨论了将模块10定向的力学，但为了以快速和可重复的方式这样做，如果与单独的光束图案相关的所有模块都被与公共基准对准–对于组装者而言可轻易看到–同时被固定至模块条50（但在模块条50被安装在固定装置壳体60之前），则将是有益的。通过引用并入本文的美国专利申请序列No.12/534,335讨论了将多个对象定向至公共基准的方法，但其它的方法是可能的和可设想的。在实践中，每个单独的模块都可以具有安装在其上的激光器，并且模块枢转直到从安装的激光器投射的光束与投射到墙壁或地板上的目标点的位置相匹配。这种相同的方法可以应用到模块条上，因为激光器可以被安装到所述条上并且被定向至基准点，并且一旦所述条被定向，则安装至所述模块条的每个LED模块就被认为是准确的。用同样的方法也能保证固定装置壳体的定向。当然，不需要使用激光器；可以使用传感器/接收器设置。存在LED模块10可以被精确地定向的多种方法，并且尽管可能在安装在固定装置壳体60中之前将LED定向是最容易的方法，但是它不偏离将模块定向到位的本发明的各个方面。
一旦将模块条/LED模块组件完全建立并定向，就可以根据方法3000的步骤3005将它安装在固定装置壳体60中。理想的情况下，一旦固定到壳体60的内部，就不需要对组件进行额外地定向或修改。对于给定的固定装置中的所有模块根据步骤3006重复该过程，之后根据步骤3007将外部组件（见图14B）固定以形成示例性固定装置5000。一般情况下，步骤3007根据下面的内容（见图14A–D）进行，但并不限于这样的内容。
1.将垫圈45放置在壳体60的开口中互补的凹槽中。
a.垫圈45对于确保固定装置5000适用于户外使用以及确保没有单独密封的模块10的完整性是必要的。
b.固定装置壳体60和透镜框40的独特设计（见图14D）保护垫圈45免于阳光直射（例如，如果在户外使用）和从光源（例如，LED201）发出的光，否则这可能使垫圈45过早地退化。
c.如果需要的话，固定装置5000还可以包括一个通风器（例如，可从W.L.Gore&Associates,Inc.,Newark,D购买的任何型号的防护通风器），以帮助维持固定装置5000内适当的内部压力（例如，在环境变化的情况下）。
这样的通风器在本技术领域是众所周知的。
2.外部透镜30被定位在壳体60的开口上。
a.如所设想的那样，外部透镜30包括防反射涂层–就如通常在光学元件领域中使用的那样–以将内部反射从8％减少至约2％。
3.透镜框40定位在透镜30上。
4.螺钉41穿过透镜框40的突片43拧入壳体60以将外部透镜30压紧在透镜框40和壳体60之间。
5.外部遮护件90被定位在透镜框40的互补凹槽中。
a.在所讨论的桥梁照明应用中，每个固定装置5000对准交通流，并且包含在其中的每个模块10精确定向使得外部遮护件90不是设计为提供独特的隔断（如设计的，遮护件90向下倾斜约20°，尽管这可以有所不同）；而是遮护件90被设计为减少内部发光（即，降低可感知的光源亮度）和减少加载在固定装置5000上的风的影响。然而，由于纯粹审美的原因，外部遮护件90可以被设计为提供独特的隔断，或以其它方式设计。
6.螺钉42旋入透镜框40的突片44，以固定外部遮护件90。
C.LED照明***
图15A–F示出了被设计为满足如前面所述的桥梁照明应用的示例性LED照明***的各部分。根据本发明的各方面，多个示例性固定装置5000（为清楚起见，只示出一个）被通过支架（见图15B、E–F）固定到示例性杆81（见图15C），并且对准交通流以在目标区域20产生示例性的复合光束输出图案21（为清楚起见，只示出光输出图案的一部分）。如设想的，每个固定装置5000需要一个或多个驱动器111来为多个LED201提供电力；在这个示例中，每个固定装置需要每个额定功率为150瓦的三个驱动器来使约80个、每个LED在0.7和1.4安培之间的XP–G Cree LED（例如，可从Thomas Research Products,Huntley,Illinois,USA购买的型号TRC–150S140DT）工作，但是这根据应用可以有所不同。外壳110B容纳用于固定装置5000的驱动器111，而类似的外壳110A容纳控制器112和对于遵循安全要求很有必要的设备113；在这个示例中，设备113包括主断开开关、接线盒、保险丝盒和电涌抑制器，但是这根据应用可以有所不同。如果需要的话，外壳110A和110B可以安装在杆80的内部或道路20下面，例如，用于美观的目的，或以其它方式安装。
外壳110A和和110B的确切内容物将根据应用需求变化。例如，有益的是，控制器112能够使灯变暗，并响应于一些命令把灯打开和关掉。所述命令可能在现场比较方便（例如，通过上述的主开关断开）或被从远程位置接收（例如，从如在通过引用并入本文的美国专利No.7778635中所述的控制中心接收）。如果希望是后者，则必须考虑将在多个杆上的多个固定装置5000联网的装置。有线网络可以利用电力线通信以连接每个杆位，并把整个***放置成与远程控制中心通信。另外，如果希望是无线网络（例如，基于ZigBee平台），则控制器112可包括进行相应操作的功能；LED照明***的无线控制的示例在通过引用并入本文的美国专利申请序列No.12/604,572中进行了讨论。虽然如果在示例性照明***中的多个装置5000通过无线网状网络连接并且其中的控制器112能够与位于远处的控制中心进行通信并执行方法4000（见图16），则是有益的，但是在最低限度，控制器112应能控制对装置5000的供电以及保持运行时间的轨迹；后者对于确保***的长寿命和光输出的方法学是必要的。
图15B、E–F中示出了支架的示例性设计，其功能类似于在通过引用并入本文的上述美国专利申请序列No.12/910,443和美国专利申请序列No.11/333,996中描述的功能。当然，支架的其它设计是可能的和可设想的。一般来说，支架600包括铰结板610、铰结半体620和铰结半体630（见图15E）。支架600的目的是将固定装置5000以下述方式固定至杆81：（i）允许固定装置5000相对杆81枢转以及（ii）允许接线从固定装置5000延伸至81杆的内部而不将所述接线暴露至元件（例如，使照明***适合于户外使用）。
如设想的，每个杆81包括一个或多个支柱83（见图15C），每个支柱83通常是中空的，并且包括用以从固定装置5000接收接线的中心孔口84和设计成接收带肋颈螺栓86（或类似装置）的孔口85。在这个示例中，每个支柱83包括四个孔口85以适应板610的任何定向，尽管在实践中对于任何板610来说只使用两个螺栓86。在实践中，螺栓86延伸穿过部分611中的月牙状孔口并接合螺母618（见前面提到的美国专利申请序列No.11/333,996）。杆81还包括带有相关联的盖82以允许进入杆81的内部–其通常是中空的–的手孔，以便进行必要的连接来完成驱动器111和LED201之间的回路（例如，将线束连接）。应当指出，杆81的确切设计可以根据应用的需要而有所不同。例如，作为伸出杆81的侧部（即，向交通流前面伸出）的支柱83的替代，杆81可以包括在杆81的顶部的更传统的横臂。作为另一个示例，作为使用现有的结构特征件的替代，可以设计和安装定制杆。
图15F示出了支架600的更多细节。可以看出，铰结半体630一般包括多个具有相关联的垫圈637的螺钉以将部分631固定至固定装置5000（例如，通过拧入孔62）。在实践中，护环636接收来自固定装置5000的接线且接线的路径穿过部分631的主体并进入部分621的本体，在此处它终止于连接器626。当部分621和611进行操作连接时（即，当螺栓和垫圈628接合内螺纹六角螺母614时），连接器626（其被用螺钉625固定至部分621）与连接器613配合。在这个示例中，护环636包括用于12根导线的空间（每个驱动器两根导线加上六根额外的用于辅助装置如光电池（稍后讨论）的导线）；可以理解的是，护环636以及连接器626和613可以被设计成适应任何数量的导线。除了保持导线的轨迹，护环636–与构件635一起–用于将部分631与固定装置5000密封。类似构件（见附图标记612、615、617、622和623）确保了支架600的各部分彼此抵靠密封，以及板610抵靠支柱83密封，而不损坏接线或将所述接线暴露至元件；所述密封构件可能由如在许多O型圈中发现的典型的聚合物材料（例如，）制成–或由可适合于应用的一些其它材料形成–并且，如果合适的话，可以对其刷涂（paint）、栽放（pot）或以其它方式固定到位（具体见附图标记615，其中在安装支架600之后很少有原因使其是可移除的）。
支架600的另一个重要特征是它提供了连续的接地路径，使得特别是在户外应用中，电荷（例如，来自雷击的电荷）可以消散到地表中，这通过接地弹簧616、624和634来确保。当然，这假定固定装置5000、支架600以及杆81全是导电的，但是这不是对本发明的限制。
为了便于固定装置5000相对于杆81的定向，固定装置5000可绕沿螺栓633的长度延伸的轴线枢转。如美国专利申请序列No.12/910,443中所讨论的，当实现了所希望的取向时，螺栓633和相关联的垫圈和螺母627可被拧紧，以便将负荷通过摩擦环632引导。同样，固定装置5000可以绕沿带肋的颈螺栓86的轴线延伸的第二轴线枢转。如美国专利申请序列No.11/333,996中所讨论的，当实现了所希望的取向时，螺栓86和相关的螺母618可以被拧紧。
D.长期运行
如前所述，对于大型户外照明***，如图15A–F所示和这里讨论的大型户外照明***，以传统方式对***进行维护不是简单地不实际的。关闭车道以更换故障LED需要很高的成本，但按照传统做法超安全标准设计该***（例如，提供比需要的多很多的光，使得当一些LED总是故障时，***仍然会产生充足的光）也需要很高的成本。即使是超安全标准设计照明***的传统方法也不能确保LED照明***的长寿命，因为LED本身还没有得到充分的测试且它们的在很长一段时间内的性能最多是推理出的。话虽这么说，但仍然需要使大型户外LED照明***长期运行并且和当前可从LED得到的数据是非常有用的。在图16中示出并且当前讨论了示例性方法4000，该方法建立在LED的现成可用的数据上以合理保证所述LED在规定的工作时间内的长寿命，并在所述工作时间期间提供相对恒定的光。
制造商通常会提供LED的多种数据；最感兴趣的是预测的每上述LM–80标准的寿命（EOL）数据（也被称为在通过IESNA已确定EOL到光输出为初始的70％时的点时的L70数据）、功耗数据（例如，基于输入电流的每个LED的功率）以及热阻数据。第一步（见附图标记4001）是热表征该固定装置，以便了解特定的固定装置和LED的组合将如何影响LED的寿命；在本质上，以便确定作为特定的LED的热沉的特定固定装置设计是如何起作用的。在实践中，软件包（例如，可从Qfinsoft Technology,Inc.,Rossland,British Columbia,Canada购买的Qfin4.0）被用来分析固定装置5000的热特性，所得结果与所提供的在固定装置5000中使用的XP–G Cree LED的功耗数据相结合，并且获得正向电流（If）、LED功率（WL）、固定装置功率（Wf）和LED壳体温度（Ta）之间的关系。了解了这种关系，并知晓了LED的热阻数据，可以获得使LED结温（Tj）与If相关的公式以及使Ta与If相关的公式。
下一个步骤（见附图标记4002）是将光源光度地表征，以便了解特定的LED的光输出如何受电流和温度的影响。在实践中，XP–G Cree LED在各种条件下进行测试，以便开发将Tj和If的组合与光通量（Φ）互相关联的阵列；标准光度测试程序在本领域是众所周知的（例如见IESNA标准LM–79），因此在本文中不进一步讨论。
从步骤4001和4002获得信息对于帮助确定方法4000的每一步骤4003的限制因素是必要的。类似于方法2000的步骤2002，确定限制因素需要对应用有一些了解。例如，了解应用的照明需求决定了，至少部分地决定了使用什么型号的LED及使用的数量。知道了LED的型号、LED的数量以及任何其它特定应用的功率需求（例如UL列名的要求）决定了，至少部分地决定了LED驱动器的型号和数量。最后，知道了每个LED驱动器的性能和每个LED的性能决定了，至少部分地决定了每个LED的最大正向电流（IFM）。IFM被定义为在固定装置5000中的每个XP–G Cree LED在预定工作时期所需结尾的希望的电流（这可以根据应用而变化）。然而，本发明的一个重要方面是有些违反直觉的；LED驱动器的型号和数量也必须被选择，使得在固定装置5000中的每个XP–G Cree LED可能超过IFM，如果有必要的话；这允许在纠正不利的工作条件时很大的灵活性，这些不利工作条件中的一些已经讨论过了。
一般来说，希望对于就瓦数、电流等而言的预定负载严密匹配驱动器。如果驱动器和负载不匹配，则驱动器效率较低；这个概念在本领域是众所周知的。于是，在本发明中故意使驱动器和负载不匹配是有悖常理的；但是，它允许方法4000（以及作为一个整体的本发明）的灵活性，以合理保证可以达到预定的工作小时数。在这种方式下，LED***整体上花费的成本比传统***花费的高，但与如果***将过早达到EOL变得很明显而将接近EOL的所有驱动器进行更换的成本相比，该LED***将花费较少的成本。在实践中，选择的驱动器是这样的驱动器：驱动器（i）可调光，（ii）能够使LED在IFM下运行，（iii）能够使LED在IFM以上运行，及（iv）能够使LED远低于IFM（IL）运行，其中IL不低于上面在（iii）中所述电流的50％（例如，以限制驱动器的低效率）。因为已知的是，当通过减少占空比实现调光时驱动器效率受到损害，所以如果所选择的驱动器能够线性调光（即，在100％占空比时调光）是有益的，但这不是对本发明的限制。
知道了IL，人们就可以基于在步骤4002中获得的矩阵确定相应的光输出（ΦL）；再次，LED的品牌（make）和型号是明确的。使用IL作为下光输出阈值，考虑到在进行补偿之前的限定光衰，可以确定上光照水平阈值（ΦH）。在理想的情况下，光输出是恒定的；如果允许光输出降低到对于应用来说光线不足的点，则对确保LED照明***的长寿命没有什么好处。话虽这么说，但是保持真正恒定的光是不切实际的；不过，人眼不适于察觉光照水平的微小变化，因此相对恒定的光输出是允许的。在实践中，采用2％的光衰计算ΦH，但是这不是对本发明的限制。
一旦所有的限制因素被识别出，可以执行确保长寿命和在LED照明***中相对恒定的光的补偿方法（见步骤4004）。从概念上讲，LED照明***的操作使得每个LED遇到相同的电流，并且***产生整体的初始光输出。随着时间的推移，光输出将减少。当光输出已经降低特定的量时，将在特定时长内通过对LED增加特定量的电流来作出补偿。当达到特定的时长时，在另一个特定的时长内进行另一特定量的电流补偿，依此类推，直到***的累计工作时间达到预定的工作小时数。
往回参考方法4000，并且使用ΦH和IFM作为约束条件，针对If和TJ将在步骤4001中获得的公式求解。If和TJ可以回代到在步骤4001中获得的Ta方程中，并且使用由美国能源部/环保署（U.S.Department of Energy/Environmental Protection Agency）建立的能源之星（ENERGY STAR）指数方程以填充数据之间的空隙来画出Ta方程与由制造商提供的LED的具体品牌和型号（在这个示例中，从Cree购买的型号XP–G）的L70数据的曲线，但可以用其它外推方法。绘制的方程在本质上产生具体的LED的壳体温度（Ta）的新的L70曲线–其中x轴是If且y轴是小时。在这一点上，人们可以使用本领域中公知的方法分析新的L70曲线来确定时长，直到光输出在98％（即，2％的损失率）。因此，提供给固定装置5000中的每个XP–GLED的电流在从新L70曲线确定的时长上被设定在所计算出的If。一旦已经过去了规定的时长，这个过程（使用ΦH和IFM作为约束条件开始）再次开始。重复步骤4004，直到每个时间范围的总和等于或超过了预定的工作小时数（或出现一些其它所需的条件）。
如所设计的，每个步骤4004中的补偿是相对于阶段做出的（即，光相对于光输出在外推的时间范围的开始时的情况衰减2％）；然而，这不过是实施本发明的一种方式。例如，方法4000可以改变，所以测量相对于***的初始光输出的光衰。作为另一个示例，作为百分比的替代，可以基于特定的流明数来获得ΦH。
如设想的，方法4000适合于–对于固定装置和光源的特定组合–合理保证光源的长寿命，同时提供相对恒定的光。可以理解，不同类型的光源（例如，低功率的金属卤化物灯）和不同配置的固定装置可以被使用而不会偏离本发明的各个方面。此外，开发方法4000以便对于其中执行定期维护或现场维护物理存在不太实际的特别具有挑战性的照明应用而合理地确保长寿命和相对恒定的光；但是，这是通过举例，而不是通过限制来进行的。例如，可能的是，方法4000可以根据实际的光线或温度测量来更新；这些可以通过安装在固定装置5000内部且与控制器112连通的光电池或热电偶，或通过现场人员（例如，利用测光计和笔记本电脑或能够将指令告知控制器112的其它设备），或甚至通过进行光测量、将所述测量结果传达到位于远程的控制中心并且控制中心将变化传达给控制器112的现场人员来进行。
Ⅴ.选择和替代
本发明可以采取许多形式和实施例。上述实施例只是其中几个。为了给出某种意义上的选项和替代方案，下面给出几个示例。
已在本文描述了多种方法和装置以及多种替代方案。值得注意的是，这些都不是意在限制。例如，作为LED的替代，可以使用低瓦数的传统光源（例如，金属卤化物灯）。作为另一个示例，作为桥梁或道路的替代，照明应用可以包括体育领域。作为又一个示例，螺栓和螺纹盲孔可以用夹持型机构来替代。同样，本文中描述的许多连接装置（例如，螺栓、螺钉等）也可以用一些其它形式的连接件（例如，焊接、胶粘）来替代。
作为另一个示例，固定装置5000的设计可不同于所示出的。作为螺栓固定到具有台阶截面的壳体60中的模块条50的替代，板50A可以放置在基本上实心的壳体中；这样的示例示于图18A和B。在这种替代方案中，热沉更可观，但每个模块的定向角度是预定的（从而限制了任何现场的可调节性）。
作为另一个示例，在固定装置5000中的一定数目的模块10可以以相反的方式安装到其它模块（例如，使得在图6D中的顶视图变成底视图），以便提供向上照明；这个构思总体上示于图17中。可以看出，大型户外照明固定装置1000被固定到升高结构80。固定装置1000中的大多数模块定向成通过光束B1直接照射目标区域20；然而，一定数量的模块上下颠倒地安装，以便通过光束B2向上投射光；光束B2由于固定装置1000的外部遮护件仍具有一些隔断。所设想的大范围的定向角度的模块确保复合光束适合于广泛的应用；在本示例中，壳体22没有被直接照射（这可能是不希望的），而是两个目标区域20和目标区域20上方的空间被充分照亮。

Claims (31)

1.一种用于投射光以在目标区域处、在目标区域附近或在目标区域上产生定制的光束输出图案的照明***，所述定制的光束输出图案包括一个或多个单独的光束图案，并且所述照明***包括：
a.杆或其它升高结构；
b.照明固定装置，所述照明固定装置能够围绕一个或多个枢转轴线相对于所述杆或其它升高结构调节并且具有用于接收一个或多个照明模块的结构；
c.一个或多个功率调节部件，所述功率调节部件适合于向所述一个或多个照明模块提供多个功率水平；
d.所述一个或多个照明模块中的每一个均包括沿定向轴线对准的(ⅰ)在电路板上的一个或多个光源；(ⅱ)光学元件；和(iii)壳体，所述壳体具有用于附接至所述电路板并且将所述电路板夹至安装表面的第一侧，所述安装表面在所述照明固定装置上或者能够附接至所述照明固定装置，并且所述壳体具有包括用于相对于所述照明固定装置接收所述光学元件的接收器的第二侧，每个照明模块可绕着两个枢转轴线调节，每个模块的定向轴线独立地设定，并且适于通过选择下述部件的一个或多个来产生生成所述定制的光束输出图案的所述一个或多个单独的光束图案中的一个：
i.光源；
ii.遮护件；
iii.透镜；
iv.反射表面；以及
v.扩散器；
其中，所述功率调节部件适于根据预定曲线在预定时长内提供功率至所述一个或多个照明模块；以及
一旦所述光学元件被接收在所述接收器中，接收所述光学元件的接收器允许所述光学元件旋转。
2.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，在所述预定的时长内保持所述一个或多个照明模块的相对恒定的光输出。
3.根据权利要求2所述的照明***，其特征在于，所述相对恒定的光 输出包括能够由人类肉眼感知为恒定的光输出。
4.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，用于将功率提供给所述一个或多个照明模块的所述预定曲线基于(ⅰ)对所述照明固定装置的热分析和(ⅱ)对一个或多个光源的光度分析。
5.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述照明***进一步包括适于提供所述照明固定装置围绕所述一个或多个枢转轴线相对于所述杆的枢转的可调节支架。
6.根据权利要求5所述的照明***，其特征在于，通过在所述(i)照明固定装置、(ⅱ)可调节支架及(iii)杆或其它升高结构中的一个或多个内部空腔建立内部线槽。
7.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述定制的光束输出图案包括任务照明和向上照明。
8.根据权利要求1所述的照明***，其特征在于，所述照明模块进一步包括：
a.枢转接头，所述枢转接头具有一个或多个光源安装其上的安装部和适于(i)提供围绕所述一个或多个枢转轴线相对于所述照明固定装置的枢转且(ii)由所述照明固定装置接收的枢转部；
b.所述光学元件包括具有发光表面和与光源相邻的表面的透镜；
c.所述壳体能够安装到所述枢转接头并且具有用于接收和定位所述透镜使得所述透镜的所述与光源相邻的表面将所述一个或多个光源封装的孔口；
d.遮护件，所述遮护件能够安装到所述壳体并且具有：
i.用于将光的一部分从所述透镜的发光表面传播的孔口；
ii.用于将所述光的一部分从所述透镜的发光表面重定向的反射表面；和
iii.设计成以预定角度阻挡来自所述透镜的发光表面的光的一部分的形状。
9.根据权利要求8所述的照明***，其特征在于，所述遮护件进一步包括被设计为吸收高入射角的、来自所述透镜的发光表面的光的一部分的多个形状特征部。
10.一种组装照明固定装置的方法，所述照明固定装置被设计为在目标区域处、在目标区域附近或在目标区域上产生定制的光束输出图案，所述定制的光束输出图案包括一个或多个单独的光束图案，所述方法包括：
a.将固定装置壳体相对于所述目标区域定向在杆或其它升高结构上，所述固定装置壳体具有外表面、开口和内部，所述内部具有旋转表面；
b.将一个或多个照明模块在模块条上安装在所述模块条上的预定位置，所述模块条具有与所述固定装置壳体的内部的旋转表面匹配的曲率；
c.将所述一个或多个照明模块中的每一个在两个轴线上沿预定方向定向使得从每个发光模块投射的光生成至少一个单独的光束图案；
d.将包含一个或多个已定向照明模块的模块条安装在已定向的固定装置壳体中使得所述模块条邻接所述固定装置壳体的内表面；以及
e.通过一个或多个功率调节部件向所述照明固定装置提供多个功率水平，使得来自所述一个或多个已定向照明模块的光产生定制的光束输出图案；
其中，所述功率调节部件适于根据预定曲线在预定时长内提供功率至所述一个或多个照明模块；以及；
所述模块条与所述目标区域或者所述固定装置壳体的定向平行。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述固定装置壳体的内部包括一个或多个额外的旋转表面。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将包含已定向照明模块的一个或多个额外的模块条安装在所述已定向的固定装置壳体中，所述一个或多个模块条具有与所述固定装置壳体的内部表面的一个或多个额外的旋转表面匹配的曲率。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将透镜和互补垫圈安装在所述固定装置壳体的开口上以密封所述固定装置壳体的内部。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：将遮护件安装在所述固定装置壳体的外表面上，使得所述遮护件至少部分地围绕所述透镜。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，每个单独的光束图案与一个或多个相邻的单独的光束图案至少部分地重叠。
16.一种确保在根据权利要求1所述的照明***中的工作小时数的方法，所述方法包括：
a.热表征所述照明***的一个或多个部分；
b.光度地表征所述照明***的一个或多个部分；
c.通过所述功率调节部件以初始功率水平为所述照明***供电；以及
d.根据预定的曲线对所述照明***增量地增加功率，直到所述照明***已经工作确保的工作小时数。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述功率的增量增加被设计为补偿光损失，以保持最小的光输出水平。
18.一种在照明固定装置中使用的照明模块，包括：
a.多个独立的部件的组件，所述组件在组装时不超过几英寸的长度、宽度和深度，所述多个独立的部件包括；
i.板或安装表面；
ii.具有光学元件接收器的光学元件壳体；和
iii.在所述板或安装表面和所述光学元件壳体之间的光源电路板；
b.所述光源电路板具有
i.安装表面；
ii.光源安装结构，所述光源安装结构用于以可移除方式接收至少一个固态光源以及将所述至少一个固态光源对准；
iii.以可移除方式安装在所述光源安装结构中的至少一个固态光源，每个光源具有光学轴线；和
iv.光源电路板对准结构；
c.所述板或安装表面具有
i.固定装置安装侧；和
ii.光源电路板侧，所述光源电路板侧具有与所述光源电路板对准结构互补的对准结构，以将所述光源电路板相对于所述板或安装表面对准；
d.所述光学元件壳体具有
i.光源电路板侧，所述光源电路板侧具有光学元件壳体对准结构，以将所述光学元件壳体相对于所述光源电路板和所述板或安装表面对准；
ii.外侧；
iii.在所述光源电路板侧和所述外侧之间的通孔，当所述光学元件壳体被相对于所述光源电路板组装时，所述通孔与在所述光源电路板上的每个光源的光学轴线对准并允许在所述光源电路板上的每个光源的光学轴线通过；
iv.接收器，所述接收器具有容纳光学元件并将所述光学元件相对于所述通孔对准的结构；和
v.光学元件，所述光学元件以可移除方式定位在所述接收器中。
19.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块与多个额外的所述照明模块组合在所述照明固定装置中安装位置，从而允许独立选择每个模块的光源、光学元件和取向。
20.根据权利要求19所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括在支撑结构上呈阵列的多个所述照明固定装置，以允许一个或多个目标区域的协调照明。
21.根据权利要求20所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括多个所述阵列，以允许所述一个或多个目标区域的协调照明。
22.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述板具有至少一个运动自由度，所述至少一个运动自由度包括在第一平面中的俯仰运动。
23.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述板具有至少一个运动自由度，所述至少一个运动自由度包括在第一平面中的俯仰运动和在第二平面中的水平运动。
24.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括遮护件，所述遮护件具有能够以可移除方式安装到在所述光学元件壳体上的遮护件安装结构的近端和远离所述近端延伸的远端。
25.根据权利要求24所述的照明模块，其特征在于，所述遮护件和所述光学元件壳体中的一个或两个包括安装结构，所述安装结构包括能够使所述遮护件相对于所述光学元件壳体以至少一个运动自由度调节的可选择调节机构。
26.根据权利要求25所述的照明模块，其特征在于，所述遮护件相对于所述光学元件壳体的至少一个运动自由度是围绕所述光学元件壳体的通孔旋转。
27.根据权利要求24所述的照明模块，其特征在于，所述遮护件包括下述部件中的至少一个：
a.在内侧上的反射部分；
b.在所述内侧或外侧上的多个部分上的光吸收表面；
c.在所述外侧上的光捕获纹理或结构。
28.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括紧固构件，所述紧固构件与所述组件的部件相关联，以将所述部件保持或夹持在一起，但是允许所述部件的快速且容易的拆卸以对所述部件、所述光源或所述光学元件进行维护、维修或替换。
29.根据权利要求18所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括操作地连接到所述光源的模块电路。
30.根据权利要求29所述的照明模块，其特征在于，所述照明模块进一步包括与所述模块电路操作连接的控制电路。
31.根据权利要求30所述的照明模块，其特征在于，所述控制电路包括下述部件中的一个或多个：
a.可调节驱动电流部件；
b.远程控制部件；
c.用以感测在所述光源处或在所述光源附近的条件或所述光源的运行参数的传感器部件。
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