CN113556849A - 具有旋转led发射器组的可拆卸led模组 - Google Patents

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J·瓦尔查
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Abstract

本发明提供了LED模组和灯具。LED模组包括LED电路板，所述LED电路板具有由电连接器供电的LED阵列。LED阵列包括两个或更多个LED。第一多个LED相对于第二多个LED旋转。旋转量不是90°的整数倍。第一多个LED中的LED不相对于彼此旋转，并且第二多个LED中的LED也不相对于彼此旋转。LED模组可以通过下述方式从灯具的光学***中移除：使LED电路板与灯具电去耦并且使LED模组与灯具机械去耦，而不是将光学***的其他元件从灯具中移除。

Description

具有旋转LED发射器组的可拆卸LED模组
技术领域
本公开大体上涉及自动化灯具，更具体地，涉及一种用于自动化灯具的具有旋转发光二极管(LED)发射器组的可拆卸LED模组。
背景技术
具有自动和远程可控功能的灯具(也称为自动化灯具)在娱乐和建筑照明市场上为公众所周知。这类产品通常用于剧院、电视演播室、音乐会、主题公园、***以及其他场所。典型的产品通常提供对灯具的摇摄和倾斜功能进行控制，使得操作者能够控制灯具指向的方向，从而控制光束在舞台上或演播室中的位置。通常，这种位置控制是通过控制灯具在两个正交旋转轴(通常称为摇摄和倾斜)上的方向来完成的。许多产品提供对诸如强度、焦点、光束尺寸、光束形状以及光束图型之类的其他参数的控制。具体地，通常对输出光束的颜色进行控制，这可以通过控制在光束间***二向色滤光器来实现。
发明内容
在第一实施例中，LED模组包括LED电路板和电连接器，其中，LED电路板具有LED阵列，电连接器为LED阵列供电。LED阵列包括两个或更多个LED。第一多个LED中的LED沿着垂直于LED电路板的平面的轴旋转。该旋转与两个或更多个LED中的第二多个LED中的LED有关。该旋转的量不是90°的整数倍。第一多个LED中的LED不相对于彼此旋转，并且第二多个LED中的LED也不相对于彼此旋转。LED模组被配置成通过下述方式从灯具的光学***中移除：使LED电路板与灯具电去耦并且使LED模组与灯具机械去耦，而不是将光学***的其他元件从灯具中移除。
在第二实施例中，灯具包括控制器和光学***，光学***包括LED模组，LED模组具有电耦接至控制器的LED电路板。LED电路板包括LED阵列，LED阵列包括两个或更多个LED。第一多个LED中的LED沿着垂直于LED电路板的平面的轴旋转。该旋转与两个或更多个LED中的第二多个LED中的LED有关。该旋转的量不是90°的整数倍。第一多个LED中的LED不相对于彼此旋转，并且第二多个LED中的LED也不相对于彼此旋转。LED模组被配置成通过下述方式从灯具中移除：使LED电路板与控制器电去耦并且使LED模组与灯具机械去耦，而不是将光学***的其他元件从灯具中移除。
附图说明
为了更完整地理解本公开内容，现在参考下面的结合了附图的简要描述，在附图中，相同的附图标记指示相同的特征。
图1示出了根据本公开的多参数自动化灯具***的示意图；
图2示出了根据本公开的用于灯具的控制***的框图；
图3示出了根据本公开的LED光学***的分解正交图；
图4示出了根据本公开的光学***的示意图；
图5示出了根据本公开的光测量过程的流程图；
图6A示出了未安装LED电路板的灯具的正交后视图；
图6B示出了安装了LED电路板的灯具的正交后视图；
图7示出了图6A和图6B的灯具以及根据本公开的LED模组的正交侧视图；
图8示出了图7的LED模组的正交视图；
图9示出了图6A、图6B和图7中的LED电路板的正交视图；
图10和图11示出了根据本公开的变焦光学***按照相应的第一配置和第二配置的光线轨迹视图；
图12和图13示出了根据本公开的第二变焦光学***按照相应的第一配置和第二配置的光线轨迹视图；
图14示出了根据本公开的第二LED电路板的平面图；以及
图15示出了根据本公开的第三LED电路板的斜视图。
具体实施方式
附图中示出了优选实施例，相似的附图标记用于指示各个附图中的相似和相应的部分。
图1示出了根据本公开的多参数自动化灯具***10的示意图。多参数自动化灯具***10包括根据本公开的多个灯具12。每个灯具12包含车载光源、颜色改变装置、光调制装置、用于控制灯具12的头部的方向的摇摄和/或倾斜***。控制灯具12的参数的机械驱动***包括耦接至控制电子设备的电动机或其他合适的致动器，这将参考图2进行更详细地描述。
除了直接或通过配电***连接至外部电源之外，每个灯具12还通过数据链路14串联或并联连接至一个或多个控制台15。在操作者启动时，控制台15可以经由数据链路14发送控制信号，其中控制信号由一个或多个灯具12接收。接收控制信号的一个或多个灯具12可以通过改变接收信号的灯具12的一个或多个参数来作为响应。控制台15可以使用DMX-512、Art-Net、ACN(控制网络体系结构)、流式ACN或其他合适的通信协议将控制信号发送至灯具12。
灯具12可以包括步进电机，以提供内部光学***的运动。这种光学***的示例可以包括遮光轮、效果轮和混色***以及棱镜、光圈、快门和镜头移动。
尽管多参数自动灯具***10包括移动轭式灯具12，但是本公开不限于此。在其他实施例中，根据本公开的自动化灯具可以是移动反射镜自动化灯具或静态自动化灯具。
在一些实施例中，灯具12包括基于LED的光源和相关的光学***。这种LED光源可以包含发射相同颜色例如白色的光的LED，或者可以包含发射不同颜色的光的LED。这种不同颜色的LED的子集可以单独控制，以便提供LED输出的附加颜色混合。
一些自动化灯具包括LED光源，所述LED光源按照一种方式与相关光学***物理集成使得技术人员难以独立于光学***的其余部分来维护和更换LED。在这种自动化灯具中，很难比较两个或更多自动化灯具中的LED光源的光输出的退化。根据本公开的灯具12提供了更容易移除的LED模组和相关联的LED电路板，以及用于测量和非易失性存储由LED模组的LED发射器产生的光输出的***。LED发射器还可以简称为LED。
图2示出了根据本公开的用于灯具12的控制***200的框图。控制***(或控制器)200适合与根据本公开的LED模组一起使用。控制***200还适合于控制自动灯具***10的其他控制功能。在一些实施例中，控制***200由外部电源(图2中未示出)供电。
控制***200包括电耦接至存储器204的处理器202。处理器202由硬件和软件实现。处理器202可以被实现为一个或多个中央处理单元(CPU)芯片、内核(例如，作为多核处理器)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)以及数字信号处理器(DSP)。
处理器202还电耦接至通信接口206并与之通信。通信接口206耦接至数据链路14并配置成至少经由数据链路14进行通信。处理器202还经由控制接口208耦接至一个或多个传感器、电动机、致动器、控件和/或其他设备。在一些实施例中，这些设备包括光照水平传感器。处理器202被配置成经由通信接口206从数据链路14接收控制信号，并且作为响应，经由控制接口208控制灯具12的机制。
在一些实施例中，处理器还耦接至近场通信(NFC)模块210。以下参考图5进一步描述NFC模块210的使用。
处理器202还电耦接至LED电路板230并与之通信。如参考控制***200所述，LED电路板230可以包括处理器和存储器。在一些实施例中，LED电路板230还包括NFC模块232。在各种实施例中，处理器202可以直接控制LED电路板230的功能(例如单个LED或LED组的亮度)，可以向LED电路板230的处理器请求存储在处理器的存储器中的信息(例如光测量数据)，并且可以请求LED电路板230中的处理器存储由处理器202提供的信息(例如通过执行参考图5描述的光测量过程500而产生的光测量数据)。
控制***200适用于实现过程、模块控制、光学设备控制、摇摄和倾斜移动、参数控制、LED亮度控制以及本文公开的其他功能，这些功能可以实现为存储在存储器204中并由处理器202执行的指令。存储器204包括一个或多个磁盘和/或固态驱动器，并且可以用于存储在程序执行期间进行读取和写入的指令和数据。存储器204可以是易失性和/或非易失性的，并且可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、三态内容寻址存储器(TCAM)和/或静态随机存取存储器(SRAM)。类似地，LED电路板230可以包括处理器和存储器，该存储器至少包括可写非易失性存储器，例如闪存，其在断电时保留其内容。
图3示出了根据本公开的LED光学***(或光引擎)300的分解正交视图。LED电路板301包括排列成阵列并安装在平面基板302上的多个LED(或LED管芯)304。LED电路板301还包括电连接器306，可以通过电连接器306为LED 304供电。LED电路板301还包括耦接至电连接器306的电子电路(图3中未示出)，用于供电和通信。
LED 304都发射白光。在其他实施例中，LED 304发射多种颜色的光。在任一实施例中，LED 304可以被配置成根据灯具的需求被控制为单组、多组或单独控制。每个LED 304与主光学器件相关联，主光学器件可以包括反射器、全内反射透镜(TIR)和/或用于保护LED和控制其发射光分布的其他合适的光学器件。每个LED 304还与透镜阵列(准直光学器件)308和312上相应的一对准直小透镜相关联。在一些实施例中，与每个LED相关联的这对准直小透镜可以是LED的主光学器件的一部分，也就是说，这对准直小透镜可以被制造为LED管芯的一部分，可以被单独制造并附接至LED管芯，或者可以是以透镜阵列的形式被安装至一个或多个LED管芯或者(直接或间接)安装至平面基板302。在其他实施例中，这种主光学器件是根据本公开的LED模组例如参考图7和图8描述的LED模组700的一部分。
在一些实施例中，LED 304是简单的LED。在其他实施例中，LED 304包括与磷光体耦接的LED发射器。在其他实施例中，LED 304包括带有或不带有相关磷光体的LED激光二极管。
在图3所示的实施例中，所有LED 304都发射白光，然而其他实施例可以包括不同颜色的LED 304。
尽管透镜阵列308和透镜阵列312构造在两个独立的基板上，但是在其他实施例中，透镜阵列308和透镜阵列312可以制造在单个(共同的)基板的相对侧上。在一些实施例中，透镜阵列308和透镜阵列312及其基板是由包括玻璃或透明聚合物的材料模制而成的简单透镜阵列。在其他实施例中，透镜阵列308和透镜阵列312可以由多个单独的准直小透镜制成。在其他实施例中，透镜阵列308和透镜阵列312可以用TIR准直器阵列、菲涅耳透镜或单透镜阵列来代替，该单透镜阵列由玻璃或具有比透镜阵列308和312更高折射率的其他光学材料制成或者包括具有非球面轮廓的准直小透镜。
在一些实施例中，透镜阵列308和透镜阵列312可以由光学漫射体311补充。在一些这样的实施例中，光学漫射器311可以被添加至透镜阵列308和透镜阵列312，如图3所示。光学漫射器311可以包括单个漫射器元件或多个漫射器元件。
在任一实施例中，光学漫射器311被配置成进一步混合来自LED 304的光输出，而不增加任何光学像差。光学漫射器311可以包括透明或半透明的基板，该基板具有不规则的图案、主体特征或表面特征，其被设计成将朗伯散射或近似朗伯散射引入穿过光学漫射器311的光。这种漫射器可以通过使用接地基板、漫射基板或全息蚀刻基板以及通过其他技术来产生。
由准直透镜阵列312发射的准直且大体上平行的光束穿过二向色滤光器313和314，二向色滤光器313和314包括颜色混合模块315。在穿过二向色滤光器313和314之后，由准直透镜阵列312发射的所有光束产生的组合光束穿过复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320。复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320可以被称为均质或积分透镜阵列。复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320中的每个都包括多个会聚小透镜。复眼透镜阵列316，复眼透镜阵列320和会聚透镜324安装到安装板318和安装板322，以形成整体式集成模块340。
在其他实施例中，复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320可以由一个或多个不具有透镜的光学漫射器代替。在这样的实施例中，一个或多个光学漫射器和会聚透镜324可被安装到安装板318和安装板322以形成整体式集成模块340。
在另一个实施例中，可以手动地或者通过可以由用户经由数据链路14和控制器200控制的电动机和机构将复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320从光束的路径中移除。例如，复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320可以安装到耦接至电动机和机构的枢转臂上，使得复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320可以可控地从LED 304的光束路径中摆动出去或摆动进入LED 304的光束路径。当复眼透镜阵列316和复眼透镜阵列320从光束路径中移除时，来自LED的组合光输出将不再完全均匀化，而是可以具有更高的强度，并且也可以用作照明效果。
图4示出了根据本公开的光引擎450的示意图。光引擎450包括LED电路板400。LED电路板400包括安装在基板402上的多个LED 404。LED电路板400还包括电连接器408，电连接器408被配置成为LED 404供电并发送和接收数据。电子电路406也安装在衬底402上，电子电路406包括非易失性存储器和逻辑部件。在各种实施例中，电子电路406由电连接器408供电，通过与灯具12的其他连接供电，或者当其没有被安装在灯具中时，通过与外部电源的直接连接供电。在一些实施例中，参考图2描述的控制***200适合用作电子电路406。在一些实施例中，LED电路板400包括电耦接至电子电路406的NFC模块432。NFC是用于短距离、低功耗无线通信的标准协议，在手机等设备中可以得到支持。
光引擎450还包括光学设备414，该光学设备被配置成接收由LED 404发射的光束412a，并发射修改后光束412b。在一些实施例中，光学设备414包括准直和均匀化***，以及光学***，诸如遮光板、棱镜、光圈、颜色混合***、框架快门、可变焦距透镜***以及其他适用于舞台灯具的光学设备。在光学***是投影光学***的实施例中，修改后光束412b在离开灯具之前穿过投影透镜***416。
在一些实施例中，控制器200可将光传感器418定位在修改后光束412b内(在位置418a处)或修改后光束412b外(在位置418b处)，以使得能够对从LED 404输出的光进行测量(当在位置418a处时)。在其他实施例中，光传感器418可以位于光束412a中，而不是位于光束412b中。
在一些实施例中，光传感器418接收由所有LED 404发射的光。在其他实施例中，光传感器418接收由LED 404的子集所发射的光(这将参考图5进行更详细地讨论)。在其他实施例中，光传感器418接收由同心区域内的多个LED 404发射的光(这将参考图14进行更详细地讨论)。在一些实施例中，光传感器418被配置成仅测量光照水平。在其他实施例中，光传感器418被配置成测量光照水平和光谱颜色信息。
在一些实施例中，光传感器418安装在诸如臂或轮的机构上，该机构被配置成将光传感器418移入到光束412b和从光束412b中移出。在其他实施例中，光传感器418被安装到多个光学装置414之一，例如棱镜，并且被配置成使得当所述光学装置414之一被***到光束412a中时，光传感器418也被移动到光束412a中。
在一些实施例中，光传感器418电连接并通信连接至灯具12的控制***200。在其他实施例中，光传感器418电连接并通信连接至LED电路板400的电子电路406。
图5示出了根据本公开的光测量过程500的流程图。光测量过程500是在LED电路板400被安装在灯具12中并在灯具12中使用时执行的。光测量过程500可以由灯具12的控制***200或者由LED电路板400的电子电路406通过控制***200来执行。在步骤502中，处理器202经由数据链路14直接或间接地接收命令，其中该命令指示灯具12执行光照水平读取。在步骤504中，处理器202经由控制接口208将光传感器418移动到修改后光束412b中的位置418a来对该命令做出反应，这参考图2和图4进行描述。一旦光传感器418处于位置418a，则在步骤506处，处理器202执行光照水平测量。在步骤508中，一旦处理器202从光传感器418接收到与修改后光束412b的强度相关的信号，处理器202将光传感器418移动至修改后光束412b之外的位置418b。最后，在步骤510中，处理器202将光照水平读数存储在LED电路板400的电子电路406的非易失性存储器中，该光照水平读数包括对应于从光传感器418接收的光照水平测量的数据。利用存储在LED电路板400上的这种光照水平读数，当用户将LED电路板400从一个灯具移动到另一个灯具，或者将一个LED电路板400替换成另一个LED电路板400时，每个LED电路板400的最新光照水平读数保持在LED电路板400上。
在包括具有多种颜色的LED管芯的LED封装的实施例中，步骤506可以包括执行多次测量。在这样的实施例中，处理器202依次为每种颜色的LED供电，对LED管芯的每种颜色子集执行光照水平测量。在这样的实施例的步骤510中，处理器202将光照水平读数和测量的子集的子集(颜色)标识符存储到LED电路板400的电子电路406的非易失性存储器中存储。不同颜色的LED可能以不同的速率损失输出，并且这样的实施例使得用户能够跟踪颜色之间的不同变化。
类似地，在同心区内包括两个或更多个LED的实施例中(这将参考图14进行更详细地讨论)，步骤506可以包括执行多次测量。在这样的实施例中，处理器202依次为每个区域的LED供电，对每个区域执行光照水平测量。在这些实施例的步骤510中，处理器202将光照水平读数和测量的区域的标识符存储到LED电路板400的电子电路406的非易失性存储器中。不同区域中的LED的使用模式可能不同，从而导致一个区域的LED以不同于另一个区域的LED的速率损失输出，并且这样的实施例使得用户能够跟踪这些区域之间的不同变化。
在一些实施例中，LED电路板400的电子电路406被配置成随着时间存储多个光照水平读数，从而创建LED 404(或不同颜色的LED的子集)的光照水平历史。在一些这样的实施例中，存储光照水平读数的顺序反映在其中存储每个光照水平读数的存储器地址中，例如，较晚的读数可以存储在比较早的读数更大的存储器地址中。在其他这样的实施例中，电子电路406在每个光照水平读数被存储时为每个光照水平读数分配递增的序列号。在其他这样的实施例中，控制器200包括时钟(或与外部时钟通信)，并确定获得对应于光照水平测量的数据的时间。在这样的实施例中，存储在电子电路406的非易失性存储器中的光照水平读数还包括与所确定的时间相关的数据(例如，时间戳)。在一些这样的实施例中，所确定的时间包括日历日期和一天中的时间。
在LED电路板400上存储当前光照水平读数对用户有许多好处。随着LED 404老化，它们的光输出减少。当当前的光照水平读数存储在LED电路板400上时，用户可以调节由LED电路板400或其相关联的灯具12发出的光照水平，使得一起使用的灯具12在亮度上彼此更加匹配。
此外，当光照水平历史被存储在LED电路板400上时，用户可以预测未来的光照水平(例如，使用时间序列回归)，使得当灯具的***12被用于长期演出(例如百老汇演出或主题公园)时，用户可以预测何时需要更换单个LED电路板400。
可以通过处理器202和数据链路14，或者经由NFC模块432从非易失性存储器中读出存储的光照水平读取数据。在存储光照水平历史的实施例中，LED电路板400的电子电路406可以被配置成选择性地读出最近存储的光照水平读数或整个光照水平历史。
在其他实施例中，LED电路板400上的电子电路406的非易失性存储器也可以用于存储与LED电路板400相关的数据，所述数据包括但不限于LED电路板400的序列号(任何格式)；使用历史；电力水平历史；命令历史；其中安装LED电路板400的灯具12的序列号；安装LED电路板400的日期(可以包括日历日期和一天中的时间)、工作时间、当前灯具12和/或先前灯具12(由灯具序列号标识)中的最后光照水平读数；基于工作时间、LED工作的强度水平以及最新(或历史)的光照水平读数的从LED输出的光的预期减少量；以及关于LED电路板400的可能对用户有用的其他数据。
如图2所示，在又一实施例中，LED电路板400上的数据可以由诸如移动电话或智能手机之类的外部NFC收发器214使用射频链路222经由NFC模块432来访问。这将使得用户或(在租赁产品的情况下)产品拥有者能够在不进行直接电连接的情况下从LED电路板400快速提取历史使用和/或操作数据。NFC收发器214可以被配置成在LED电路板400被移除以进行维护时，或者在安装有LED电路板400的灯具没有耦接至外部电源时，从电子电路406的非易失性存储器读取数据。
在其他实施例中，与LED电路板400相关的一些或全部存储数据可以由处理器202从电子电路406获得并存储到存储器204中。不仅与当前安装在灯具12中的LED电路板400相关的存储数据可以存储到存储器204中，而且与先前安装在灯具12中的LED电路板400相关的数据也可以存储到存储器204中。这样的数据可以包括：对于每个这样的先前的LED电路板400的序列号以及LED电路板400安装在灯具12中的日期和/或时间。
存储在存储器204中的这种数据可以经由通信接口206和数据链路14传输到一个或多个控制台15，或者显示到灯具12的外表面上、用户可访问的显示器上。这种数据可以附加地或替代地由外部NFC收发器214使用射频链路220经由NFC模块210获得。一旦LED电路板400安装在灯具12中，当与NFC模块432的无线通信被阻断时，使用NFC模块210可能是有益的。NFC模块210可以被配置成在灯具12没有耦接至外部电源时访问存储器204。可以选择NFC模块210在灯具12内的位置，以在灯具12被安装用于操作或者被装载用于运输时实现无线通信。
图6A和图6B分别示出了没有安装和安装了LED电路板650的灯具600的正交后视图。灯具600的底盘包括围绕孔602的LED模组安装板604。底盘还包括冷却风扇608。灯具光学***的透镜和其他光学***被安装在灯具600的底盘内，并且当用户更换LED电路板650时，透镜和其他光学***保持在灯具600内。尽管为了清楚起见，灯具600被示出为移除了所有外罩，但是在一些实施例中，用户只需要移除后盖来移除和替换LED电路板650(或者LED模组700，将在下文参考图7进行描述)。
LED模组安装板604包括安装特征，以将LED电路板650的LED与灯具主体和内部光学器件精确对准。对准销606从LED模组安装板604突出并且与LED电路板650中的定位孔607配合，以使对准销与LED模组安装板604对准。LED模组安装板604上有螺纹孔610，螺纹孔610用于容纳来自LED电路板650的螺钉，以将LED电路板650固定至LED模组安装板604。在图6B中，示出了LED电路板650，其中对准销606位于LED电路板650的定位孔607中，从而将LED电路板650的LED与灯具600中的光学***精确定位。
图7示出了图6A和图6B的灯具600以及根据本公开的LED模组700的正交侧视图。LED模组700被示出处于被附接到灯具600的后部的过程中。LED模组700包括安装在散热器620上的LED电路板650。散热器620包括热管622，热管622被配置成将热量从散热器620邻近LED电路板650的一部分传递到散热器620的另一部分。散热器620被配置成从一组冷却风扇608接收冷空气，并由另一组冷却风扇608移除热空气。
尽管冷却风扇608附接至灯具600的底盘，但是在其他实施例中，LED模组700包括冷却风扇，该冷却风扇与LED电路板650和散热器620一起被安装到灯具600中和一起从灯具600中移除。
如前所述，LED电路板650包括电连接器652，电连接器652被配置成向灯具12的电力和控制***提供电耦接。在一些实施例中，如参考图4所述，LED电路板650还包括电子电路406。LED模组700被配置成通过螺钉612机械地耦接至灯具600的底盘，螺钉612连接到图6A和图6B所示的螺纹孔610。在一些实施例中，螺钉612是外加螺钉。在其他实施例中，LED模组700通过另一个合适的紧固件机械地耦接至灯具600的底盘，所述紧固件可以接合和脱离，例如为四分之一圈紧固件。
图8呈现了图7的LED模组700的正交视图。LED电路板650包括LED 654，并且与散热器620热接触。LED 654都发射白光。在其他实施例中，LED 654是内部具有多种颜色的LED管芯的LED封装件。在一些这样的实施例中，LED 654可以包括红色管芯、绿色管芯、蓝色管芯和白色管芯。在其他这样的实施例中，可以包括其他或附加的颜色，例如莱姆色、琥珀色、靛蓝色和其他颜色。
LED模组700的精确对准由定位销606(如图6A所示)提供，定位销606从LED模组安装板604(或灯具600的底盘的其它部分)突出，并与LED电路板650中的匹配的定位孔607(图8中示出了其中之一)配合。在一些实施例中，LED电路板650包括NFC电路和NFC天线651。NFC天线651被定位并配置成在无需拆卸灯具的情况下由灯具外部的NFC收发器访问。
图9示出了图6A、图6B和图7中的LED电路板650的正交视图。LED 654以阵列的形式安装到LED电路板650上，并且沿着垂直于LED电路板650的平面的轴相对于彼此旋转。LED654相对于彼此的这种旋转提高了LED 654的光输出的均匀性。
第一多个LED包括LED 654a、LED 654b、LED 654c和LED 654d，这些LED不相对于彼此旋转。第二多个LED包括LED 654e、LED 654f、LED 654g和LED 654h，这些LED也不相对于彼此旋转。然而，第一多个LED中的LED相对于第二多个LED中的LED旋转。尽管仅识别了两个多个共同旋转的LED，但是在图9中可以看出，在LED电路板650上存在另外的多个共同旋转的LED。
LED管芯通常是如图9所示的正方形的，或者是矩形的。通过将多个LED中的每一个LED的LED管芯相对于其他多个LED旋转不等于90°(90度)的整数倍的量，LED电路板650产生更圆的光束，减小了对矩形管芯的平坦侧的光束形状的影响。通过包括具有共同旋转量的多个LED(而不是LED电路板650的每个LED相对于所有其他LED单独旋转)，简化了设计LED电路板650的过程，并且使其制造过程更简单且成本更低。
为了替换LED模组700，用户首先从灯具的外壳移除后盖(或其他检修面板)以接近LED模组700。在一些实施例中，一旦检修面板从灯具上移除，检修面板就保持拴系到灯具上。经由进入孔，用户通过将电连接器652与灯具12的电力和控制***断开而将LED电路板650电断开，移除螺钉612以将LED模组700与灯具12机械地去耦接，并且通过进入孔移除LED模组700。然后可以通过反转移除过程的步骤将新的LED模组700安装到灯具12中。在另一实施例中，通过替换被移除的LED模组700上的LED电路板650并重新安装LED模组700，重新使用散热器620，进一步降低了替换灯具12中的LED电路板650的成本。
在一些实施例中，LED模组700机械地耦接至后盖或检修面板，并且移除盖或面板使LED模组700从灯具12机械地分离。
更换LED模组700只需要对灯具12进行足够的拆卸以接近且物理移除LED模组700。由于LED模组700仅包含LED电路板650和散热器620，与替换包括参考图3描述的LED光学***300的一些或所有其他光学元件的LED光学***相比，替换成本显著降低。在一些实施例中，所有光学元件和LED透镜保留在灯具12中，并且不被替换。在其他实施例中，透镜阵列308和312中的一个或两个是LED模组700的一部分。
对准销606和LED电路板650中的匹配的定位孔607提供了对准结构，该对准结构确保LED和与其相关的光学器件的精确对准。然而，本公开不限于此，在其他实施例中，在不脱离本公开的精神的情况下，还可以使用其他对准方法。例如，在其他实施例中，可以使用其他数量和形状的对准销和匹配的定位孔，同样可以使用翼片和狭槽，或者其他机械对准结构，其包括对准突起件和相应的配准插座，其被配置成确保一旦LED模组700被安装，就不需要对LED模组700进行光学对准。在所有实施例中，对准突起件可以是LED电路板650的一部分，并且配准插座可以是LED模组安装板604的一部分或者灯具600的底盘的其他部分。
图10和图11示出了根据本公开的变焦光学***800按照相应的第一配置和第二配置的光线轨迹视图。变焦光学***800包括LED光引擎850和包括透镜组804、透镜组806和透镜组808的三组变焦透镜***。LED光引擎850可以是分别参考图3和图4描述的光引擎300或光引擎450，或者可以是根据本公开的另一个光引擎。透镜组804和透镜组806可在平行于变焦光学***800的光轴812的方向上独立移动，使得操作者能够调节变焦光学***800发射的光束的焦点和光束角度。透镜组808是输出透镜组，并且相对于LED光引擎850固定就位。
尽管透镜组804、透镜组806和透镜组808在本文中被称为“组”，但是应当理解的是，透镜组804、透镜组806和透镜组808中的任何一个或全部可以包括单个透镜或多个透镜。参考图4，在一些实施例中，透镜组804、透镜组806和透镜组808是投影透镜***416的元件。在其他实施例中，透镜组804和透镜组806是光学设备414的元件，输出透镜组808是投影透镜***416的元件。
图10示出了按照第一配置的变焦光学***800，其中透镜组804和透镜组806被定位成产生广角输出光束。光线810表示源自LED光引擎850的***并形成由变焦光学***800发射的光束的***的光束。可以看到光线810落在输出透镜组808的直径内。输出光线811示出了从LED光引擎850射出的、位于***光线810和光轴812之间的光线。
图11示出了按照第二配置的变焦光学***800，其中透镜组804和透镜组806被定位成产生窄角输出光束。可以看到从LED光引擎850的***射出的光线814落在输出透镜组808的直径之外。这被称为渐晕。当变焦光学***800被安装在其外壳包围透镜组808的灯具中时，外壳会阻挡光线810和绕过输出透镜组808外部的其他光线，从而导致灯具的亮度损失并且使得灯具中由阻挡的光引起的热量增加。输出透镜组808的直径可以增大，以便捕获光线810。然而，增大透镜的直径会使其变得更重，并增加灯具的整体尺寸，这可能会限制透镜直径可以增加的量，从而限制光束***的量超过可以被捕获的量。
图12和图13示出了根据本公开的第二变焦光学***900按照相应的第一配置和第二配置的光线轨迹视图。图12和图13中的视图类似于图10和图11中的视图，但是提供了光学***900的更完整的表示。变焦光学***900包括LED光引擎950和包括透镜组904、透镜组906和透镜组908的三组变焦透镜***。LED光引擎950可以是分别参考图3和图4描述的光引擎300或光引擎450，或者可以是根据本公开的另一个光引擎。透镜组904和透镜组906可在平行于变焦光学***900的光轴912的方向上独立移动，使得操作者能够调节变焦光学***900发射的光束的焦点和光束角度。透镜组908是输出透镜组，并且相对于LED光引擎950固定就位。
图12示出了按照第一配置的变焦光学***900，其中透镜组904和透镜组906被定位成产生广角输出光束。光线910表示源自LED光引擎950的***并形成由变焦光学***900发射的光束的***的光束。可以看到光线910落在输出透镜组908的直径内。输出光线911示出了从LED光引擎950射出的、位于***光线910和光轴912之间的光线。
图13示出了按照第二配置的变焦光学***900，其中透镜组904和透镜组906被定位成产生窄角输出光束。可以看到源自LED光引擎950的***的光线914落在输出透镜组908的直径之外。如参考图11所述，这种渐晕会导致灯具亮度损失，并由于光线受阻而导致灯具热量增加。
图14示出了根据本公开的第二LED电路板1050的平面图。LED电路板1050为参考图11和图13描述的渐晕问题提供了改进的解决方案，并且适用于参考图11和图13描述的LED光引擎850和LED光引擎950。LED电路板1050中的各个LED被电连接，使得它们在同心区域中是可控的，通常由虚线1062、虚线1064和虚线1066表示。中心区域1062内的LED 1054c和多个LED中的其它LED的强度被一起控制。在中间区域1064内但在中心区域1062外的LED1054b和多个LED中的其它LED的强度被一起控制。在外部区域1066内但在中间区域1064外的LED 1054a和多个LED中的其它LED的强度被一起控制。
尽管下面的评论描述了在图10和图11的上下文中的LED电路板的特征，但是应该理解的是，这些评论也适用于在图12和图13的变焦光学***900中使用LED电路板1050。当变焦光学***800移动到图11所示的窄角度光束配置时，控制***200通过降低施加至外部区域1066中的LED的电力和增加施加至中间区域1064和中心区域1062中的LED的电力来作为响应。这通过由包括光束的非渐晕部分的LED提供更高的亮度来减少如图11所示的渐晕引起的光损失。在其他实施例中，变焦光学***800可以产生更窄角度的光束配置，并且施加至外部区域1066和中间区域1064中的LED的电力减少，并且施加至中心区域1062中的LED的电力增大。
在一些实施例中，较高电力的LED(即，能够处理较高驱动电流的LED)设置在中心区域1062中(并且在一些这样的实施例中，也设置在中间区域1064中)。在这样的实施例中，如果当光学***被缩放到窄光束角时操作者期望来自灯具12的更亮的光束，则可以增大中心区域1062(和中间区域1064)中的更高电力LED的电力，以产生明显更亮的光束。如果操作者希望光束亮度在光学***从较宽光束变焦到较窄光束时保持恒定，则可以控制中心区域1062和中间区域1064中的LED的电力，以产生所期望的恒定光束亮度。
在一些实施例中，当变焦光学***800处于图11所示的窄角度光束配置时，控制***200不向外部区域1066中的LED供电。在一些这样的实施例中，当变焦光学***800处于图10的广角和图11的窄角之间的中间配置时，控制***200向外部区域1066中的LED施加减小的电力。
在一些实施例中，如参考图4所述，LED电路板1050包括电子电路406，并且正是电子电路406减少、关闭和/或增大了区域1062、区域1064和区域1066中的LED的电力。在这样的实施例中，电子电路406被配置成从控制***200或从LED电路板1050外部的另一设备接收控制信号，该信号与变焦光学***800的光束角度配置相关。响应于接收到的信号，电子电路406确定对分配给区域1062、区域1064和区域1066的电力进行什么改变(如果有)，对哪个区域进行电力分配改变，以及将电力改变多少。在这样的实施例中，用于LED的功率晶体管可以位于LED模组(例如，参照图7和图8描述的LED模组700)中或灯具12中。
在一些实施例中，提供给LED的总电力保持恒定，但是每个区域的电力比根据期望的变焦角进行改变。如参考图15更详细地描述的，在一些实施例中，可以提供多于或少于三个的LED区域。关于同心区域1062、同心区域1064和同心区域1066，被认为在一个区域内(因此其强度被共同控制)的LED可以全部或部分地位于虚线内。通过调暗或关闭渐晕的LED区域，可以降低总电力，而不会降低光输出。这也减少了灯具12内部产生的热量，减少了灯具12内的电子器件和塑料部件上的热负荷。
尽管LED电路板1050已经被描述为与变焦光学***800一起使用，但是在其他实施例中，LED电路板1050可以与其他可调光学元件一起使用。例如，在一些实施例中，提供给这些区域的电力可以基于光束大小的光圈的孔径大小、成帧快门的调整、所选择的遮光板或一个或多个可调光学元件的其他配置。
在一些实施例中，提供给每个区域的电力可以基于在控制器200处从控制台15或其他外部源接收的控制信号。在一些这样的实施例中，提供给区域的电力可以基于可调节光学元件的配置，除非该配置被控制器200从外部源接收的控制信号覆盖。
LED电路板1050的可调区域提供了其他益处。当变焦光学***800产生窄光束时，提供更好的输出亮度，而不增加总电力，或者以更低的总功率提供相同的输出亮度。由于上述减少的热负荷导致灯具部件、电子器件和LED的寿命增加，因此灯具12获得了更好的可靠性。这种结果对于密封灯具尤其有益。在一些实施例中，能够提供更高可能的电流的LED可以用于中心区域，以在我们的解决方案和标准解决方案之间提供更大的差异。
图15示出了根据本公开的第三LED电路板1150的斜视图。LED电路板1150具有五个同心区域1162、1164、1166、1168以及1170。每个区域内的LED由五种不同的交叉阴影图案表示。中心区域1162被相继更大的同心区域1164、1166和1168所包围，所有同心区都被外部区域1170所包围。对于LED电路板1050，LED电路板1150的每个区域中的LED的强度被一起控制，并且每个区域可以独立于其他区域而被控制。
尽管LED电路板301、LED电路板400、LED电路板650和LED电路板850在本文中被描述为与不同的光学***和灯具一起使用，但是应当理解的是，每个电路板都可以与其他描述的光学***以及其他未描述的光学***结合使用。
尽管已经针对有限数量的实施例描述了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员应当理解的是，可以设计出不偏离本文公开的范围的其他实施例。尽管已经详细描述了本公开，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种改变、替换以及更改。

Claims (10)

1.一种发光二极管(LED)模组，包括：
LED电路板，包括：
LED阵列，所述LED阵列包括两个或更多个LED，其中，所述两个或更多个LED中的第一多个LED沿着垂直于所述LED电路板的平面的轴旋转，所述旋转与所述两个或多个LED中的第二多个LED相关，所述旋转的量不是90°的整数倍，所述第一多个LED中的LED不相对于彼此旋转，并且所述第二多个LED中的LED不相对于彼此旋转；以及
电连接器，所述电连接器被配置成为所述LED阵列供电；
所述LED模组被配置成通过下述方式从灯具的光学***中移除：使所述LED电路板与所述灯具电去耦并且使所述LED模组与所述灯具机械去耦，而不是将所述光学***的其他元件从所述灯具中移除。
2.根据权利要求1所述的LED模组，其中，所述LED电路板和所述灯具中的一者还包括配准插座，所述配准插座被配置成接收所述LED电路板和所述灯具中的另一者的对准突起部，所述对准突起部和所述配准插座被配置为成所述LED电路板与所述光学***光学对准。
3.根据权利要求1所述的LED模组，还包括散热器，所述散热器机械地和热耦接至所述LED电路板。
4.根据权利要求1所述的LED模组，其中，所述LED电路板还包括电子电路，所述电子电路被配置成接收光照水平读数并将所述光照水平读数存储到非易失性存储器中，所述光照水平读数包括与所述LED阵列产生的光输出的测量值相关的数据。
5.根据权利要求4所述的LED模组，其中，所述LED电路板还包括近场通信(NFC)模块，所述LED电路板被配置成当所述LED电路板从所述灯具接收电力时以及当所述LED电路板没有从所述灯具接收电力时，从所述电子电路的非易失性存储器读取数据，并且经由所述NFC模块将所存储的光照水平读数发送到外部NFC收发器。
6.一种灯具，包括:
控制器；以及
光学***，所述光学***包括如权利要求1所述的发光二极管(LED)模组，所述控制器电耦接至所述LED电路板。
7.根据权利要求6所述的灯具，其中：
所述LED电路板还包括电子电路，所述电子电路包括非易失性存储器；以及
所述控制器被配置成获得与LED产生的光输出相关的测量值，并使所述电子电路将与所述测量值相关的数据存储到所述非易失性存储器中。
8.根据权利要求7所述的灯具，其中，所述LED阵列包括发射共同颜色的光的LED的子集，并且所述控制器还被配置成仅向所述LED的子集供电，并且将用于识别所述LED的子集的数据存储为光照水平读数的一部分。
9.根据权利要求7所述的灯具，其中，所述控制器还被配置成将光传感器定位在由所述LED阵列产生的光束中，以获得所述测量值。
10.根据权利要求9所述的灯具，其中，所述控制器还被配置成使得所述电子电路将与所述测量值被获得的时间相关的数据存储为光照水平读数的一部分。
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