CN105114830B - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

用于灯具的灯具部件，所述部件包括：(i)LED模块，其位于第一印刷电路板(PCB)上，所述第一PCB具有前部面，所述LED模块位于所述前部面上；(ii)第二PCB，其安装于所述第一PCB的前部面之前；(iii)连接元件，其适于将所述第二PCB连接至所述第一PCB。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及一种智能灯具，尤其涉及用于将传感器安装到不同灯具部件以及完整灯具中，以及将来自那些传感器的数据与本地或分散网络通信的方法。

背景技术

已知有包括运动传感器或与运动传感器连接的灯具或灯饰，当有人存在时，这些灯具或灯饰用于使得灯具中的灯进行照明是相当有用的。当某个区域空置时，这是节能的方便途径，用于消除夜间大楼内的灯开关，以及用于户外通道照明非常方便。

对于温控器也研究了相似的途径，该温控器包括运动传感器或光传感器，或与所述运动传感器或光传感器连接。这些在日长，居住状态和能源使用中收集数据。

已知有利用不同类型传感器的入侵警报。这些传感器包括PIR检测器，压力开关，以及检测门窗打开的开关。每个这些传感器具有特定的功能，且它们与警报控制器连接。

此外，可利用用于智能家用的装置数量，它们可被控制并包括恒温器，危险检测单元，入口接入装置，智能开关，包括智能墙壁开关，智能公用设施接口，以及其它服务界面，例如：壁插接口，以及各种各样的智能、多感测的联网装置，包括电冰箱，电视机，洗衣机，干衣机，灯光，音响***，对讲***，机械致动器，墙壁空调器，游泳池加热单元，灌溉***以及许多其它的智能电器和***。这些可通过智能电话来远程控制，但需要用于每个功能的专用传感器，或适配装置，例如具有PIR或光传感器的恒温器。然而，房子一般只具有一个恒温器，且较大的办公楼对于每层或每个办公区域需要一个恒温器。这意味着恒温器所收集的数据限于这些位置的即时环境。

当前，传感器，例如运动检测传感器，需要在灯具的朝向房间的表面上，以便可检测灯具附近或环境的活动情况。这构成了用于将电力提供至传感器以及获得来自传感器数据的问题，特别是灯具配件需要为IP(侵入防护)等级或防火等级时。这还意味着传感器在灯具的外表面上为可见的，导致了较差的美学外观并对装修和清洁带来麻烦。

发明内容

本发明涉及一种“智能”灯具部件，以及完整的“智能”灯具，其包括检测器，所述检测器感应关于本地环境的信息，且将该信息与处理器通信。这些新型灯具提供了收集关于它们所处的环境的数据的方法。这解决了与特定位置的专用传感器有关的问题，例如恒温器，其仅覆盖了有限的区域，因为大厦或楼房会包含许多不同类型的灯具，每个都会收集数据。与通过其它途径收集的数据相比，通过本发明灯具所收集的数据因此具有更高的精细度，并因此更有用。近场通信(NFC)或射频识别(RFID)协议以及类似的通信协议，例如在传感器装置和灯具之间的蓝牙(RTM)或蓝牙LE会导致改善的设计，其对于生产来说更简单，更便宜。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于灯具的灯具部件，所述部件包括：

(i)LED模块，其位于第一印刷电路板(PCB)上，所述第一PCB具有前部面，所述LED模块位于所述前部面上；

(ii)第二PCB，其向前地安装于所述第一PCB的前部面处；

(iii)连接元件，其适于将所述第二PCB与所述第一PCB进行连接。

通过提供将第二PCB安装于支撑PCB的第一LED的前部，并远离所述第一LED，可首次成功地将新的功能引入灯具中，例如通过将一个或多个数据通信装置合并到第二PCB上。

优选地，该数据通信装置包括无线通信装置。

优选地，该灯具部件还包括传感器装置，所述传感器装置包含有一个或多个传感器。

优选地，该灯具部分还包括用于将由LED模块发射的光进行聚焦的光学***/透镜。有多种用于将来自LED的光进行聚焦的光学***，一般来说当前的LED灯具使用透镜。

优选地，该灯具部件还包括一个或多个天线。

优选地，该传感器装置位于透镜处，或与所述透镜相关联，且更有优选地，可位于朝外延伸的透镜凸缘之上或之内。

在特定的实施例中，该灯具部件还包括接箍。在本发明的背景下，术语接箍具有非常广泛的意义，且不需要为大致圆形或具有连续的形状和结构。优选地，该接箍支撑第二PCB，且优选地，该传感器装置位于该接箍处，或与所述接箍连接。

优选地，所述传感器装置位于所述接箍的外部边缘，或与所述接箍的外部边缘连接，并因此距离LED模块最远。

优选地，所述接箍还包括发射器组件，其适于发送由传感器装置获得的数据。优选地，所述接箍还支撑所述透镜。

优选地，该灯具部件还包括第二连接元件，其适于将传感器装置连接至第二PCB。通过直接将传感器装置与第二PCB连接，该传感器装置可提供有电力，并在不需要无线通信的情况下将其所收集的数据进行输送，尽管无线或电力线通信对于将数据从远离灯具部件，以及因此从灯具之处进行传输是非常必要。

优选地，该灯具部件包含了一个或多个天线。优选地，天线包括第一天线，所述第一天线用于产生适用于启动传感器装置的磁场或电场，并优选地，天线包括第二天线，所述第二天线用于将来自第一天线的磁场或电场转化成用于启动传感器装置的电力。这些天线可位于任何合适的位置。例如，一个天线可位于接箍上或与所述接箍连接，而第二天线可位于透镜凸缘上或与所述透镜凸缘连接。

优选地，第二PCB包括柔性PCB，以及更优选地，包括粘性柔性PCB。

优选地，连接元件提供了第一PCB和第二PCB之间的电力连接和/或数据连接。这些连接元件有多种不同的形式，根据合适的设计者来确定。例如，连接元件可包括多个阳性和阴性的销连接件，或包括一个或多个电接触点，其在第二PCB上或与所述第二PCB连接，其与对应的第一PCB上的电接触点接触。

优选地，该灯具部件还包括接收器，其适于接收来自传感器装置的数据，以及/或发射器，其适于发射由传感器装置获得的数据。

应当理解，本发明还可根据任何前述的权利要求而延伸包括具有灯具部件的灯具。

因此，本发明指向灯具部件，其包括传感器或多个传感器，用于处理来自传感器数据的处理器或多个处理器，以及环境控制器。该环境控制器与另一个用于启动的装备连接。

收集的数据可进行收集和存储，或可进行处理以控制在照明灯具中的灯具或灯是如何操作的，以监控灯具/灯的状态，或其可用作处理以控制其它远程装备。

智能家用环境可包括多个智能，多方感应，网络连接装置。这些智能家用装置相互通信，并在智能家用环境内合并到一起。这些智能家用装置还可与云基智能家用控制和/或数据处理***通信，以便分散控制功能，以进入更高的容量和更可靠的计算功能，并将特定的智能家合并到多个家或几何智能家庭装置基的聚合中。

一般来说，智能家用装置包括一个或多个不同类型的传感器，一个或多个控制器和/或启动器，以及一个或多个通信界面，其将智能家用装置与其它智能家用装置，本地智能家庭环境中的路由器，网桥和集线器，本地计算机***中的不同类型连接，并与网络连接。尽管这种智能家用装置可与云计算服务器和其它远程计算***通信。数据通信可一般使用大量不同类型的通信中介和协议的任何一种或它们的结合，包括无线协议，例如Wi-Fi,ZigBee,6LoWPAN，蓝牙和不同类型的有限协议，包括CAT6以太网，家用插座和其它电线通信(PLC)协议，以及不同的其它的通信协议和技术。智能家用装置本身可操作为用于其它智能家用装置的中间通信装置，例如重复器。该智能家用环境可额外地包括大量不同的传统家电，且其缺少通信截面和处理器基控制器。

本发明的灯具部件包括适用于室内使用的灯具的部件，例如：卫生间的照明、橱柜和展厅照明、商业照明、射灯、应急照明、低层次的照明、带材、柔性和模块化照明、表面照明、轨道照明、上照、标记灯、和墙壁灯具。这些包括防火射灯、射灯、LED平板面板、LED高托架、吊灯、射灯、轨道***、舱壁、LED灯条、LED标牌模块、橱柜照明、卫生间的照明、应急照明灯、洗墙灯、低层次的照明、凹进地面照明、悬浮照明、天花板灯、商业照明、灯具、灯泡及室内照明设备配件。

本发明的灯具部件还包括适用于户外的灯具的部件，例如柔性户外灯的选择包括：天花板/顶板照明、海岸照明、泛光照明、低层次的照明、通道照明、凹进地面照明、聚光照明、带材、柔性和模块化照明、脚底照明、壁灯、墙面泛光和掠过方法。这些方法包括：户外舱壁、户外洗墙灯、户外LED灯条、LED标牌模块、通道照明、洗墙灯、泛光照明、户外射灯、潜水和海岸照明、户外低水平照明、户外地面凹陷照明、户外天花板/顶板照明。

应当理解本发明可延伸覆盖具有根据本发明部件的完整灯具，包括上述列举的，以及灯(灯泡)。本发明的灯包括LED，CFL，荧光灯，卤素灯和HID灯，包括恒定电流LED驱动器，恒定电压LED驱动器，变压器，和HID镇流器。

环境控制器包括在智能家庭和自动环境中直接与光环境互动的控制器。这些包括：RGB照明控制器，旋转调光器，照明场景控制器与特定照明控制，它们使节能和光***安全得到最大化。

附图说明

本发明仅通过实施例，结合附图来进行详细描述。

图1展示了本发明的灯具100，其包括用于灯的配件102和传感器104.

图2展示了射灯灯具。

图3和4分别为具有支撑有传感器的凸缘或边框的灯具的侧面透视和前视图。

图5展示了具有支撑传感器的可拆卸边框的灯具，以及边框和灯具主体之间有线连接的分解透视图。

图6展示了印刷芯的接触和信号路径。

图7展示了本发明的灯具是如何串联起来的。

图8展示了另一个灯具类型的分解透视图。

图9展示了边框的侧面和前部，其中传感器设置在所述边框的前部，以及图6所示类型的电接触和信号路径。

图10为灯具边框的前部，后部以及侧部视图，以及传感器装置的四合一简要图。

图11展示了在边框中大致透明玻璃盘的不同视图，该边框包含有天线。

图12简要地展示了包含天线的透镜。

图13简要地展示了包含本发明传感器技术的整体的射灯或轨道灯的代表。

图14简要地展示了灯泡(灯)，其包含有本发明的传感器技术。

图15简要地展示了包含两个传感器的透镜，其中该两个透镜为背对背的结构。

图16简要地展示了两个射频芯的位置，以及用于处理来自传感器数据的两个可能的光引擎结构。

图17简要地展示了数据是如何从根据本发明的灯具部件处传输至云，以及从云处进行传输；以及

图18展示了在第一PCB上形成LED光引擎/模块，包含有第二PCB的接箍，以及透镜的分解图；且

图20以分解图的形式展示了另一个实施例。

具体实施方式

图1展示了本发明的灯具100，其包括用于灯和传感器104的配件102。在图1中，展示了包含在所述灯具100的壳体内的虚线，但传感器104应当理解为处于，至少部分地位于该壳体的外侧。配件102可固定用于发射灯光的任何类型的装置，例如白炽灯，荧光灯，发光二极管，或LED光引擎。术语灯具应当理解为包括例如灯饰以及灯配件等术语。而术语灯应当理解为包括例如灯泡，灯具或LED光引擎。LED光引擎为一个或多个LED模块与连接的电控制装置或LED驱动器在一起的结合。LED模块包括一个或多个LED，与其它的部件，但不包括控制装置。

传感器104包括可感应关于灯具100本地环境信息的装置，被动红外("PIR")运动检测器，其它类型的运动检测器，日光检测器，扩音器或其它类型的声学检测器，电荷耦合探测器(“CCD”)或低分辨率数字照相机，环境温度传感器，热电堆或热电偶，二氧化碳传感器，水蒸气探测器，压力传感器，以及其它感应磁场或电场的场-强度传感器。临近检测器包括大范围的不同类型的传感器，包括电容，电容位移，导电，磁性，光学，热学，声纳，以及其它不同类型的传感器。PIR运动-检测器传感器基于由生物体发射的红外辐射来检测温度的突然改变。其它类型的运动传感器包括超声，微波，以及断层运动检测器。音频检测器可检测声音，且声学检测器可检测指示人存在的不同类型的声音或声音模式。低分辨率摄像机以及CCD装置可检测环境光线的改变，包括由于移动物体的环境光线的改变。热电堆或热电偶可用于检测与人或其它生物体存在相关的温度的改变。类似地，二氧化碳和水蒸气检测器可检测由人和其它生物体发出的气体，甲烷检测器可检测，例如在矿工中存在的气体。压力传感器可通过气体，检测由于门、窗口，较大物体的移动的开关所导致的环境中压力的改变，以及其它的压力改变。流量计可检测由人所主动控制的水，天然气以及其它气体和液体的流速。场强度传感器可通过环境检测与人的存在或人的运动有关的长强度的暂时改变。

处理器106接收来自传感器104的数据。处理器106根据该传感器所感应的现象来处理来自所述传感器104的信号。在文中术语“信号”应当包括数据。所述处理可包括以固定的时间点来收集并存储数据，在时间周期内使信号平均化，或增加额外的信息，例如时间戳或灯具的位置。在图1中，处理器106与灯具100成为一体，但该灯具应当可理解为处于所述灯具100的外部。还应当理解，可在灯具的内侧或外侧的任何合适位置处设置必要的处理功能。如果与灯具相连，可在灯具内的PCB上，例如，LED MCPCB,或在分开的PCB上。

控制器108与处理器106连接。控制器108用于利用由处理器106提供的数据来控制流向灯102的电流，或启动远离灯具100的装备或装置。外部装备或装置的例子包括加热，通风，空调***(HVAC)110，智能家用装备以及装置112，其它装置114以及本地计算机***116的不同类型。

控制器108还可以与数据通信118连接，该数据通信118包括本地智能家用设备内的路由器，网桥和集线器，以及英特网。数据通信一般利用大量的通信媒介以及协议，包括无线协议，例如：Wi-Fi,ZigBee,6LoWPAN，不同类型的有线协议，例如：CAT6以太网,家用电线，以及其它类型的有线协议，以及不同类型的通信协议和技术中的其中任何一种来执行。智能家用装置本身可用作中间的通信装置，例如用于其它智能家用装置的重复器。

这意味着控制器108可间接通过数据通信108来控制或启动外部装备。还意味着数据可与外部***120通信，该外部***例如为云计算服务器，通过此，例如智能家用装置可与云计算服务器和其它的具有由本发明灯具100提供的数据的远程计算***通信。控制器108还可分析所提供的数据，以确定在灯具附近区域内的一个或多个类型的实体，如人的存在可能性。

本发明还通过图2-7来描述，这些图展示了以凹陷形式的射灯配件或射灯形式的灯具的例子。这些类型的灯具几乎全部藏在天花板或其它合适的板或表面之后。在图2中，射灯单元2包括与圆柱壳体连接的散热器10。该圆柱壳体包括安装环14。该安装环14包括侧壁，所述侧壁具有下部圆周环形凸缘25，其从所述侧壁的底端朝外伸长。安装有弹簧偏压件或夹子20的支架18设置在散热器10附近。该弹簧偏压件或架子20适于将灯单元固定在凹陷内。该支架18以合适的方式固定于安装环14的上部圆周凸缘处。

图3和4展示了射灯配件或射灯3，其中的凸缘25适于包括将信号提供至处理器/控制器30,106/108的传感器42,104。在该实施例中的传感器42,104为PIR传感器，且来自传感器42,104的信号用于提供至PIR处理器回路106，并以此至控制器108。当处于灯具附近的人被PIR传感器/处理器检测到时，该控制器引发流向灯的电流。

图5展示了灯3的两个部分的变形例，其包括灯部分3A和边框部分3B，该两个部分适于通过例如推动适配来接和在一起，其中的夹子53与凹陷54接和。已知用于将边框与灯具接和的替代配置，例如通过围绕着灯具3A的下部周围的螺丝，以及围绕着边框部分3B的内部的对应螺纹来实现。图8展示了将两个部件接和的另一个例子，该两个部件包括卡口式扭转以及锁机构，该锁机构包括具有径向延伸的销72的阳性侧，该销72通过匹配的L形槽74与对应的阴性接纳处接和。电线51可随后与电线52连接，以与供应图3和4中灯具3的相同方式来供应灯具。对于无线连接，随着边框被推向，旋紧至或扭转锁入灯具时，将边框上的一个或多个电和信号接触点与灯具上对应的电接触点接触。这些电/信号接触通过将两组接触在随着边框3B适配到灯具部分3A时的压力之下推到一起来形成，其方式类似于，例如：图6中所示类型的印刷机印刷头上的接触，随着芯的适配，而与印刷芯60的表面62上的接触50相接和。图6展示了来自印刷头的信号是如何通过接触路径58来输送到印刷芯的。该两部分结构促进了维修，并还通过根据用户的需要设有或不设有传感器，允许了边框的不同颜色和风格独立于光引擎和灯部分来存放，从而减少了潜在的存货。这类的结构在以下的图9中有详细描述。

图7展示了灯具3的另一个变形例，其包括灯部分3A和边框部分3B，它们可通过另一条电线53来相互连接。这意味着一个灯的控制器30，108可与另一个灯的控制器30，110通信。

图9展示了根据本发明的边框90，其包括用于可拆卸安装到上述类型的灯部分的固定元件92，边框90包括传感器93，该传感器可感应关于灯具100,2,3的本地环境的信息，该边框可拆卸地与该灯具100,2,3安装和拆卸。在图9中，为了简单，值使用了一个传感器，但多个传感器可类似地安装到所述边框的朝外的***环中。边框还可包括电接触元件95，在此以一组接触系列来展示。当与灯具电接触元件95适配时，提供了该边框90和灯部分之间的电和信号连接。有利地，该电接触元件95为无线的，也就是说，在除了边框部分安装之外的需要分开连接的边框部分和灯部分之间没有分开的电线连接。如上所述，对于无线连接来说，随着边框90被推动，旋紧至，或扭转锁紧到灯具上时，在边框90上的一个或多个电/信号接触点95与灯具2,3上的对应的电/信号接触点接触。在图5中，这些电/信号接触通过两组在随着边框3B与灯部分3A适配的压力下而推到一起来形成，其方式类似于，例如：随着芯的适配，印刷机印刷头上的接触与图6所示类型的印刷芯60的表面62上的接触50接和。图6还展示了来自印刷头的信号是如何通过接触路径58来输送到印刷芯的。该边框90还包括处理器94，其用于分析从传感器93接收的信号，并用于提供关于环境特点的数据，处理器94通过电接触元件95接收来自灯具的电功率。

传感器技术发展迅速，且目前对越来越小的传感器的设计，以及可测量多个环境条件的传感器有较大的兴趣。这种小型化提供了灯具中传感器装置位置，以及与传感器的通信或者来自传感器的通信的更新可能性。这种例子在图10中展示。

图10A展示了根据本发明另一个实施例的灯具边框225的前视图。该边框设计为利用上述或类似的任何一种方法来安装于灯具的灯部分。为了清楚，并没有展示安装元件。该边框的中心包括玻璃盘226，尽管可使用其它的大致透明的材料来替代玻璃，例如：聚碳酸酯，如BPA。玻璃盘226的外部圆周包括镶饰的环状环227。在该镶饰具有较小，大致透明的窗口或空隙228，其适于容纳传感器242。该传感器优选地位于玻璃的内部，并通过该玻璃来得到保护。在该实施例中，可使用整个PCB尺寸上的测量接近3mm乘以3mm的有源像素传感器测量。其适配与所提供的窗口或空隙228内。应当理解可根据合适的技术，并根据需要测量或检测的环境参数，使用任何合适类型的传感器。

传感器的电力由射频识别(RFID)，近场通信(NFC)，BLE或其它合适的无线技术和协议来提供。这些会需要天线，所述天线229位于边框230之上，并围绕着所述边框230的内部圆周，如图10B所示。这种配置便利地允许了天线的多个环，其与合适的发射器/射频芯(未图示)连接，并因此与传感器242连接。在该实施例中，天线使用了RFID感应，来产生1-2mA区域，来驱动传感器/发射器结合。该天线能够获取从灯具的灯部分的第一天线发出的磁场，并将该磁场转化成较小电流，以驱动传感器装置以及用于从传感器装置中传输数据的连接射频芯。该天线可埋入玻璃内，或印刷到玻璃表面上，并以多个环圆圈地围绕着所述盘的外部圆周。该射频芯的天线可选择性地印刷到边框本身的内表面上，例如这种天线可通过如丝网印刷，喷墨印刷，或在简单图案液态金属填充的微流体，如偶极子和环来生产。也可使用其它的印刷途径，例如：基于气溶胶喷射技术的全方位印刷，其为利用导电纳米银油墨来印刷保形天线的数字方法。这种印刷方法精确地控制了放置物的位置，几何形状以及厚度，并产生了平滑的如镜子表面的抛光，以确保优化的天线性能(Optomec,Albuquerque,New Mexico)。这些方法与标准的注塑塑料一起使用，不需要特别的添加剂或涂层。

图10C为边框225截面侧视图。其展示了传感器242位于玻璃盘的边缘后方。其还展示了凸透镜230，其位于玻璃内，以便伸展传感器的检测角度。

图10D简要地展示了有源像素传感器是如何***成不同的部分，在该实施例中有源像素传感器上的过滤器***成四个大致等同的四分体。每个四分体或部分可过滤不同的光波长，例如UV过滤器可用于感应日光，而IR过滤器可用于检测例如人的体温的运动。其它过滤器可用作被特定材料所确定。

上述解释了主要射灯以及类似物的发明的应用，但应当明白，其它形状的灯具100对于本领域的技术人员来说是明显的。包括球形，椭圆形，多边形，或直线形。面板灯，其形状一般为四边形，具有如：1200x 1200mm,600x 600mm以及300x 300mm的尺寸。面板具有边框，一般为5mm，且天线可位于面板的角落，边框上，边框***上，或面板灯具的扩散器上。该天线可埋入扩散器内或印刷到扩散器表面上，并圆圈地围绕着该扩散器的***圆周。用于射频的该天线可替代地印刷到边框本身的内表面上。对于直线灯具，例如灯管可利用类似的途径。

应当明白本发明可使用能设想的不同类型的无线通信，可在传感器装置的任何位置处使用与传感器装置连接的射频芯。这种射频芯配置的例子如图11B所示。对应的射频芯或接收器在任何的合适位置处位于灯具中。其可例如位于LED MCPCB或灯具中其它位置的分离的PCB上，只要其位于距离天线和发射器的建议扫描距离之内，该发射器与设计用于通信的传感器装置连接。

这种配置，以及如图11-14所示的其它配置，提供了边框部分之间不再需要直接电连接的优势，该边框部分包括传感器装置以及灯具的灯部分，所述灯具包括第一天线和接收器。这意味着环(未图示)，例如硅橡胶或氯丁橡胶的平坦垫圈或密封圈可***到边框以及灯部分之间。也就是说，与灯部分中的其它结构性配置一起，确保可获得必要的IP级别。

图11展示了替代性边框配置，其中的天线位于玻璃盘内。玻璃盘326位于边框***325的中心区域。在该实施例中，天线329埋入玻璃盘的磨砂圆周内。如前述实施例所示，可使用NFC,RFID,BLE，或其它任何需要天线的，或在使用天线可提供性能的任何合适的无线通信协议。可提供终端点340来用于将天线与射频芯以及传感器/传感器系列连接。该磨砂的抛光，在不必要的时候有助于隐藏天线的平视可见性。该天线可埋入玻璃内，或印刷到玻璃表面上(例如，如上所述)，并以多个环来圆圈地围绕着盘的***圆周。

传感器以及连接的发射器射频芯可位于任何的合适位置，例如边框的外侧上，或如上所述的玻璃盘的内粗或外侧，设有或不设有凸透镜的配置

应当明白通过传感器收集的数据必须进行存储和处理。这可在多个位置处进行。这些位置在灯具内非限制地包括：通过在灯具内包括必要的处理功能，远程地在集线器，或在所谓的“云”内。数据可通过使用大量不同的已知技术和协议，例如PLC,Wi-Fi,Bluetooth,ZigBee,DALI，或上述类似物来从灯具输送到需要的终点，如以下所述的图16和17所示。

一个优选的协议为低能量蓝牙，CSR Plc进来发展了一种网络协议，其在网络中利用蓝牙智能来发送消息至其它蓝牙智能装置，该其它蓝牙智能装置反过来向前发送这些消息。消息可到达单独的装置或装置组。装置还可以属于多于一个组。控制器通过标准的蓝牙智能来实现例如灯开关的电器，或通过大量的今天使用的智能手机或可用的平板来实现。人们希望通过在每个灯具中安装必要的蓝牙部件/芯片来采用这种或其它类似的网络化技术，使得灯具可相互无线通信，并将数据输送到远程集线器，即使对于直接传输数据来说，该集线器距离大多数的远程灯具来说非常远。在装置之间进行太远距离的通信的问题可成为大厦，例如办公区，仓库以及生产区域中特别的问题。

在图12中，其展示了用于传感器装置的边框以及连接的天线/发射器的替代位置。图12A展示了一种透镜，用于聚焦来自LED光引擎的光。图12涉及一种LEDCHROIC(RTM)透镜，其具有茶杯-状或大致截头圆锥状的固体透镜的特别设计，且在围绕着透镜(未图示)的外部弯曲表面上具有高密度的成型小平面。然而，这种技术并非限于使用LEDCHROIC(RTM)透镜，并可用于实际上的任何类型的透镜。该LED位于透镜的较窄或顶部的腔402(未图示)内，其方位如图12A所示，且来自LED的光通过小平面，利用总的内部反射来聚焦，以产生理想的光束角度，并从包括凸缘的透镜的最宽末端处发射出去。该透镜可由玻璃或合适的塑料材料制成，其在围绕着其最宽，光发射末端处具有朝外延伸的凸缘401，围绕着其最宽，光发射末端，且其凸缘提供了天线429和传感器/芯配置442的合适位置。

因此，天线可埋入凸缘，或位于凸缘的表面上，并类似于上述地圆圈围绕着透镜凸缘的***圆周。该用于射频芯的天线可替代地如上所述地印刷在凸缘本身的内表面上。该凸缘可进行磨砂，并磨砂有抛光，当不必要时，可遮盖天线的任何平视可见性。可提供终端点440，用于射频芯和传感器系列的连接。

如上所述的示例中，可使用NFC,RFID,BLE，或需要天线的，或使用天线可改善性能的任何无线通信协议。

如之前的实施例中，传感器系列/射频芯可安装在任何合适的位置处。在该实施例中，射频芯安装在***边缘或凸缘的顶侧上，或埋入透镜内，该射频芯远离该透镜地被导向，并因此远离该灯具，以便感应到灯具之下/下方环境的特征，例如环境光，运动等。

图13和14展示了本发明的其它应用。图13简要地展示了整体的射灯或轨道灯，其中使用了相同的NFC,RFID,BLE，或其它合适的无线通信协议。传感器装置可如上所述地位于边框上，直接在LED光引擎上，在位于沿着LED光引擎或在该LED光引擎之上的子板上，或作为灯具壳体内或外部的模块装置。这在图中展示为选择542(a)至(d)。再次说明，距离与传感器装置相连的射频芯的建议扫描距离在放置各自的射频芯是必须要记住，该传感器装置设计用于通信。

图14展示了这种技术如何用于灯或灯泡，尤其是LED灯或灯泡。大量不同的灯现在可通过大量不同的灯架配件来使用。然而，这些灯泡区域具有共同的特征，例如覆盖灯前部和LED光引擎的相同种类的透镜。这些提供了用于传感器装置的有用位置，如图14中的642(a)和642(b)所示。该传感器还可位于642(c)的子板上。所有的这些位置朝向灯的前部，并因此可检测灯前部的环境。

这些灯/灯泡可装入大量不同的位置内，例如天花板的射灯容器，或地板放置的桌灯。该技术因此可用于大量不同的灯，包括MR16,GU10,PAR20,PAR30,PAR38,AR111,GLS和LED管。因此，应当理解，在本发明的背景中，术语“灯具”具有广泛的意义，并延伸包括可适配到灯配件中的灯或灯泡。

RFID和NFC是两种密切相关的无线通信技术，它们可在大量不同的应用中广泛使用。作为NFC前驱的RFID可实现单向无线通信，其一般在未启动的RFID和启动的RFID阅读器之间。RFID以射频频率范围操作，每个都处于它们自己设置的标准和协议。

NFC以13.56MHz来操作，并可进行双向通信，但限于接近的距离，一般为5cm或更少。然而，由于不同的灯具部件，如使该技术可用于灯具位置处的发射器和接收器都位于灯具或灯之内或之上，该范围的限制并没有出现上述的问题。

正如所理解的一样，RFID和NFC标记需要启动的发射器和接收器，以便于将电力提供至所谓的标记，并从所述标记处接收回信息或数据。因此，事实上，第一天线位于灯具内，在标记以及连接天线的接近5厘米处。该发射器无线地提供电力至标记。第二天线位于标记之上，或与所述标记连接，并从第一天线处将信号转化成电力。发射器与标记/传感器装置连接，并将数据发送回灯具中的接收器。都优选地位于灯具内的第一天线和接收器或阅读器，可结合到收发器或射频芯中。都位于传感器系列上或与所述传感器系列连接的发射器和第二天线，可结合到单一射频芯内。由灯具中的收发器或阅读器所收集的数据通过合适的无线协议或合适的电力线通信协议被再次传送到处理器处，该处理器处理本地数据，或将其传输到集线器处，如果需要的话，随后输送到云内，用于存储和必要的进一步处理，如下所述。

现在讨论传感器和射频芯的微型化。在该实施例中，Stanford工作组设置了装有传感器，可计算单元以及只有Wi-Fi天线的十分之一大小的天线的射频，其可增加来自将信号运载到其接收天线的相同电磁波所需的所有电力。其在24GHz和60GHZ带中操作，适于在几十厘米上进行通信。该射频建立在测量为3.7x 1.2mm的单一硅件上，其包括天线，且工程师们设想一天内，数以万亿的对象将会通过微小的射频而与英特网连接，应当理解，只要这种微型射频为商业可用，本发明便可利用它们，使得可分配分离的天线。

再看图15，其展示了与图12中类似类型的透镜相关联的传感器装置的另一个实施例，图15A简要地展示了透镜500，其可由玻璃或合适的塑料材料制成，其具有朝外延伸的凸缘501，围绕着其最宽，光发射端，该凸缘提供了天线529的合适位置，该位置在本实施例中设置在凸缘501的灯具朝向侧。图15B展示了包含传感器装置562，552和554的图15A中的放大部分，并展示了天线529埋入到凸缘501中。在替代的配置中，射频芯562和电容器543埋入透镜(未图示)内。一般来说，该NFB芯为类似3mm x 3mm。

图15B还展示了两个背对背配置的传感器552和554，其中一个传感器552朝下，也就是说，其朝向远离灯具和光源，并进入灯具之下的环境中，且如上所述地设计用于感应例如背景灯的灯具之下的环境信息和占用情况。其位于形成于玻璃内的凸透镜530之上，以便伸展该传感器检测角度。传感器552一般为光学传感器，具有过滤层，其可阅读例如运动，背景日光以及光色。相反，传感器554面朝上，也就是说，其面向LED光源，并可测量直接来自LED芯的光的特点，例如照明输出，比色温度以及显色指数(CRI)，有时称为颜色保留指数。通过这种方式，每个灯具的性能可在时间上进行监控，并与标准的，以及其第一操作而来的照明的单独性能作比较。

应当理解，两种传感器552，554不需要背对背的结构，但可隔开并合适地定位，以便获得优化的性能。同样，传感器的数量不必限于两个。取决于要测量的标准，以及需要的传感器的种类，和所使用的单独的传感器的数量。

具有朝向LED光源的传感器系列提供了特别重要的功能，其中的照明输出或灯具的比色温度是非常关键的。其可例如在产品光非常关键的零售环境下。因此，在选择灯具组中的每个灯具的单独状态可在实时基础上进行报道，该灯具具有朝后的传感器。如果一个或多个灯具的性能在预设阈值之下，或完全出现故障，会产生特定灯需要改变的警报，并详细说明出现故障的灯。这避免了灯具的常规检测，以及灯具输出，组中每个灯具的比色温度或CRI的详细检测的需要。

还可以基于来自特定灯具的朝后传感器而来的单独信息，特定LED光引擎的控制IC可“过度驱动”该LED，因此增加了光输出。这当然是在牺牲LED的寿命的情况下产生的，该LED寿命会因此减少。

该新的功能还可以是重要的应用。LED灯具具有预估的寿命。然而，这一般是直到完全故障，或到某个性能的百分水平的平均时间的估计，但如今，这不是基于在特别或特定工作环境下操作的灯具的实际测量。使用来自这些朝后传感器所收集的数据，可收集到在特定工作环境下LED光源引擎的寿命，且其可用于提供更多的精确预测寿命。

一般在之前的实施例中，接近3mm x 3mm的传感器的例子，一般优选为有源像素传感器芯。传感器552和554展示为分开的装置，但它们可合并到单一的装置中，该单一的装置具有朝上传感器和朝下传感器。此外，只需要一个射频芯来报道回来自两个传感器的数据，且传感器552和554以及射频芯562可合并到单一装置中。

图15C展示了透镜500的简要俯视图，其包括磨砂圆周502，其具有位于透镜的***区域之内或之上的天线529。天线529在此可被印刷或被固定例如到清晰贴纸内。其中还展示了射频芯562以及传感器552，554堆。可选择地，电容器543，优选地安装在凸缘501的灯具朝向侧，该电容器543可提供稳定由天线529提供的至传感器552，554和射频芯562的电流。

因此，双重传感器装置的特点是只可能获得关于灯具之下或周围的有关环境的信息，但还可监控灯本身的特点，灯具光输出的强度。尤其地，可检测灯的光通量，以及光输出的量，例如输出的比色温度。

其中的一个优点在于LED光引擎的光输出强度可通过调节提供至灯内LED的电流/电压来在其整个有用寿命期间进行控制。此外，比色温度可在一定范围内保持。例如，如果灯包括两个(或更多)LED的不同比色温度，每个的强度可调节成给予大致恒定的比色温度输出。

图16展示了地展示了传感器装置的可能位置，以及在LED光引擎PCB上的连接的部件的两个可能结构。灯具壳体，在该实施例中，射灯壳体700用作典型的灯具，而灯壳体701用作典型的灯或灯泡。当它们为LED灯具时，它们包括LED光引擎以及透镜。在射灯的情况下，其还包括边框。因此，第一天线702和NFC芯A703合并到LED光引擎708上。第二天线704，NFC芯B 707以及传感器装置705如上所述地合并到透镜709或边框710内，或合并到灯具的任何其它合适的部分。不同部件之间的通信如上所述地进行。

图16的右侧展示了在LED光引擎708上的部件的可能配置。结构#1展示了与NFC芯A703连接的天线702，其反过来与控制IC720连接。芯A703可将数据信号发送到控制IC720，并通过电力IC 721接收来自控制IC的电力。至控制IC以及来自控制IC的电力线通信，连同对讲器，实现了由NFC芯A接收的数据从光引擎708输出，并因此从灯具输出，且根据需要控制其它信号输送回到灯具处。

结构#2展示了类似的配置，但其具有无线通信芯730，作为电力线通信的替代，用于数据以及其它信号传输到LED光引擎708，或传输来自LED光引擎708的信号。因此，来自传感器装置705的数据转到控制IC720处，并在通过类似路径发送回到控制IC之前，随后发送到无线IC730处，用于需要的向前存储和处理。

图17展示了从LED光引擎输出的数据是否通过电力线通信或通过无线连接，必要时利用网络，是如何可从集线器741通过路由器743传输到云基***的。由于灯具一般接近于灯开关742，来自光引擎的通信可通过无线或电力线来启动输送到灯开关处，该灯开关具有理想的功能来接收这种通信，并将其向前传输到集线器741。***中不需要路由器，因为集线器可直接利用移动虚拟网络运营商和蜂窝连接745与云进行通信。

本发明的其它实施例如图18，19和20所示。再看图18，其展示了安装在PCB808，所谓接箍803以及透镜800上的LED光引擎模块806的分解图。具有不同部件安装于印刷电路板上的LED模块的配置被发现具有许多传统的射灯，灯，和其它类型的灯。来自LED模块的灯通过示例透镜800的光学***来进行收集和聚焦，该透镜800为固体塑料透镜，其通过在反射发生的外部表面上的多个小平面，利用总的内部反射来进行聚光。这种透镜一般具有凸缘801，通过该凸缘801，在该实施例中可利用接箍813将透镜安装在射灯下。然而，应当明白，还可通过其它在LED或LED系列上安装透镜或其它光学***的方法，取决于灯具的尺寸，形状以及结构。

该实施例中的接箍具有接箍之外的额外功能。例如，其可包含其本身，第二PCB。该实施例中的接箍大致为管状或圆柱形的，具有大致圆形圆柱截面。其具有前部边缘面814，朝着远离灯模块的方向，以及后边缘面815，其朝着LED灯模块PCB，并与所述灯模块PCB邻接。该大致管状接箍的侧部具有外表面816和内表面817。

术语“接箍”具有非常广泛的背景意义。其可如实施例中的为连续的形状，或为非连续的。其形状和结构将通过在特定灯具中可占有的空间来确定，且应当被理解为“接箍”可为任何理想形状，来适配到可用空间内。例如在直线LED系列的情况下，等同于荧光条灯，该“接箍”可大致在结构上为线性。还应当理解第二PCB不需要位于接箍上，尽管接箍813在特定实施例中是一种用于第二PCB的便利位置，其需要灯具部件特别的位置以包含入射灯之内。

接箍上的PCB可位于内表面817和外表面816上，并可以薄膜的形式，与接箍表面粘附的柔性PCB形式存在。现可通过印刷过程(Xerox Research Centre of Canada2660Speakman Drive Mississauga,Ontario L5K 2L1Canada)来产生PCB，且通过使用这类印刷过程，可将PCB印刷到任何合适的基体上。

可替代第，该第二PCB可为更刚性的PCB，其形状以符合接箍的表面或其它合适的表面。在另一个替代例中，接箍本身可从合适的PCB材料来形成，该合适的PCB材料例如为玻璃纤维增强环氧层压片，如FR-4，形成合适的形状，例如接箍本身为PCB。

第二PCB以远离LED PCB的方向延伸很重要，且优选地在由LED光引擎发射光的大致方向上延伸。这有效地将在第二PCB上或与该第二PCB连接的部件与LED本身隔开，使得那些部件的放置可远离由LED模块产生的干扰。

在上述替代的额外电子部件中，例如控制回路，包括集成电路(IC)，可现在位于该第二PCB上，或与接箍连接。这些部件非限制地包括驱动部件，电力管理，以及电转化部件，控制部件包括调光功能，传感器装置，通信芯以及一个或多个天线。

在接箍上的PCB可通过某些连接元件与灯模块PCB连接。这种连接元件提供了两个PCB之间的电力和/或数据通信。该连接元件可以任何形式，例如图18所示的阳性或阴性销连接件852，851，在各自PCB上的一个或多个电接触点在接箍与灯模块PCB连接时进行接触，其例如通过扭紧和锁紧固定机构来实现。这种连接元件在上述图6中有详细说明。

接箍813还可提供用于天线802的很好位置，该天线对位于透镜800内或之上的，或位于边框内或之上的一个或多个传感器805提供电力当无线通信用于传输由传感器805收集的数据时，还需要通信芯(如上所述)以及/或另一个天线804位于合适的位置处。

图19展示了图18中部件处于安装的状态，包括位于透镜凸缘中的传感器862和863。可如上所述地使用不同传感器的类型。

再看图20，其展示了另一个实施例，其中的传感器位于接箍/PCB前部朝前边缘上。在适当情况下，图20中使用与图18中类似的编号***。接箍903包括第二PCB和连接件951，952，以如上所述地将其连接至LED模块PCB908处。

在该实施例中，传感器装置或传感器系列962位于接箍的前部边缘面，朝着光投射的方向。这些传感器与透镜900的凸缘901对齐，而透镜中的孔或灯管920允许了这些传感器安装在接箍上，以外露并捕获输入数据。这些灯管可具有额外的朝外的透镜，从而实现数据捕获的不同光束角度。如前述实施例所述，可如上述地装有大量类型和数量的传感器和传感器系列。

其它的传感器963可朝向透镜侧，以测量由LED芯发出的光的特征，例如光照输出，比色温度以及颜色保留指数(CRI)。

图20展示了天线902。取决于数据如何从灯具部件中传输，或如何通过该灯具部件来收集，可需要或不需要该天线。可使用电力线通信(PLC)或其它上述的任何无线协议来将数据从灯具部件处进行传输。然而，还可设想，可从灯具部件处提供硬线数据连接至位于远程位置的通信单元，例如：***式两部分电连接件模块。这种连接件模块在电力交换，灯工业中为已知的，并大量地被商用。这可改善以引入或包括通信功能。具有特定应用的这类连接件的例子为Aurora Limited FASTFIX(RTM)快速安装***，Scolmore InternationalLimited CLICK(RTM)***，以及GST18i连接件。在这种情况下，需要作为灯具部件的天线。

综上所述，上述的实施例提供了用于LED灯模块的模块接箍，其在电源电压或低电压处进行运作，其中的接箍保留以下部件中的一个或多个：ICs、传感器、分立部件，无源部件或天线。

这种配置延伸了LED灯引擎的功能，以增加或改善双向通信，改善了无线通信的范围，以及壳体配对部件，或通过外部感应项目的通信。通过这种新颖配置的主要优点包括：

1.由于在其PCB上的LED灯模块的尺寸，具有在PCB上的用于额外部件的有限空间。与主要PCB板连接的第二PCB提供了额外部件的额外PCB表面区域。

2.由于干扰，用于无线通信的天线需要从LED光引擎处分离，并通过任何灯具的金属结构来覆盖，且将天线从光引擎中移动可改善接收性能。

3.整个方案的成本以及功能都具有较大的改善尺寸，使得可生产单一版本的LED光引擎，其中(a)通信，(b)传感器，以及(c)天线，和/或(d)其它功能可在一座LED光引擎的顶部加入作为光学层。

可设想这种类型的接箍将取代透镜架的现有类型，该透镜架位于LED光引擎上，提供了额外的功能以及将透镜保持在位置上。

4.来自LED光引擎的通信装置的偏置允许了位于灯配件前部上的感应项目到天线(c)的减少的接近度，实现了感应装置的RF感应启动。

5.在接箍上的无线网络通信装置的加入(a.and/or c.)，其可为网状网络启动的，允许了双向通信成为可通信的本地和云。

6.接箍还可进一步用作扭转和锁紧，夹紧或固定地进行安装，用于可装有传感器(b)的LED光引擎光学***。

Claims (22)

1.用于灯具的灯具部件，所述灯具部件包括：

LED模块，其位于第一印刷电路板上，所述第一印刷电路板具有前部面，所述LED模块位于所述前部面上；

第二印刷电路板，其安装于所述第一印刷电路板的前部面之前，其中所述第二印刷电路板包括一个或多个数据通信装置；

接箍，所述接箍支撑所述第二印刷电路板；

连接元件，其适于将所述第二印刷电路板连接至所述第一印刷电路板；

传感器装置，所述传感器装置包含一个或多个传感器；

一根或多跟天线；

透镜，用于聚焦由LED模块发出的光，其中，所述传感器装置位于透镜上，或与所述透镜相关联。

2.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述接箍还包括发射器组件，所述发射器组件适用于传输由传感器装置获得的数据。

3.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述天线包括第一天线，其适于产生适于给传感器装置供电的磁场或电场。

4.根据权利要求3所述的灯具部件，其特征在于，所述天线包括第二天线，其适于将来自所述第一天线的磁场或电场转化成用于供应给传感器装置的电力。

5.根据权利要求1所述的灯具部件，所述传感器装置还位于所述接箍上，或与所述接箍相关联。

6.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述数据通信装置包括无线通信装置。

7.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述传感器装置还位于所述接箍的外部边缘上，或与所述接箍的外部边缘相关联，处在距离LED模块最远处。

8.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述透镜包含朝外延伸的凸缘，且所述传感器装置位于所述凸缘之内或之上。

9.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述接箍的结构为非圆形的。

10.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，还包括第二连接元件，所述第二连接元件适于将传感器装置连接至第二印刷电路板。

11.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述接箍支撑所述透镜。

12.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，天线位于接箍之上，或与所述接箍相关联。

13.根据权利要求4所述的灯具部件，其特征在于，所述第二天线位于透镜凸缘之上，或与所述透镜凸缘相关联。

14.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述第二印刷电路板包括柔性印刷电路板。

15.根据权利要求14所述的灯具部件，其特征在于，所述第二印刷电路板包括粘性的柔性印刷电路板。

16.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述连接元件提供第一印刷电路板和第二印刷电路板之间的电力连接。

17.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述连接元件提供第一印刷电路板和第二印刷电路板之间的数据连接。

18.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述连接元件包括多个阳性和阴性的销连接件。

19.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，所述连接元件包括一个或多个电接触点，该一个或多个电接触点位于第二印刷电路板上，或与该第二印刷电路板相关联，并与第一印刷电路板上的相应电接触点接触。

20.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，还包括接收器，其适于接收来自传感器装置的数据。

21.根据权利要求1所述的灯具部件，其特征在于，还包括发射器，其适于发射由传感器装置获得的数据。

22.包含如前面任一项权利要求所述的灯具部件的灯具。