ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ АРМАТУРА НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДОВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННАЯ ДЛЯ ОСВЕЩЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ, С УЛУЧШЕННЫМ РАССЕИВАНИЕМ ТЕПЛА И ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬЮ
LED-BASED LIGHTING FIXTURE PURPOSED FOR SURFACE ILLUMINATION WITH IMPROVED HEAT DISSIPATION AND FABRICABILITY

Предпосылки к созданию изобретения
Цифровые осветительные технологии, т.е. освещение, основанное на полупроводниковых источниках тепла, таких как светоизлучающие диоды (LED), предлагают жизнеспособную альтернативу традиционным флуоресцентным лампам, разрядным лампам высокой интенсивности (HID) и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды светодиодов включают в себя высокую эффективность преобразования энергии и оптическую эффективность, прочность, более низкие эксплуатационные затраты и многое другое. Светодиоды особенно подходят для областей применения, требующих осветительной арматуры с низкими профилями. Меньшие размеры, длительный срок службы, низкое потребление энергии и долговечность светодиодов делают их выбор особенно удобным в случаях, когда важное значение имеет пространство. Например, линейная арматура на основе светодиодов может быть выполнена в форме светильников заливающего света для внутреннего и наружного освещения, обеспечивающих омывающие или скользящие эффекты освещения стен для архитектурных поверхностей и улучшения выявления трехмерных объектов.
В частности, светильники с применением светодиодов высокой интенсивности быстро внедряются в качестве альтернативы, превосходящей обычную осветительную арматуру, благодаря своей более высокой общей световой отдаче и способности генерировать различные картины освещения. Однако одна серьезная проблема, касающаяся конструкции и эксплуатации этих светильников, заключается в системе отвода тепла, поскольку светодиоды высокой интенсивности чувствительны к теплу, генерируемому в процессе эксплуатации. Поддержание оптимальной температуры перехода является важным компонентом в разработке эффективной осветительной системы, поскольку светодиоды работают с более высокой световой отдачей и служат дольше, работая при более низких температурах. Использование активного охлаждения с помощью вентиляторов и других механических систем перемещения воздуха, однако, обычно не приветствуется в осветительном хозяйстве в целом в первую очередь из-за присущего ему шума, затрат и большой потребности в техническом обслуживании. Соответственно рассеивание тепла часто является важной задачей при проектировании.
Кроме того, светильники на основе светодиодов собирают из многих компонентов, имеющих различные показатели теплового расширения, обычно с использованием адгезивных материалов для крепления этих компонентов друг к другу. Однако обычные адгезивные материалы могут выделять газы во время эксплуатации светильника, ухудшая показатели его работы. Кроме того, прилипшие компоненты обычно не могут быть отделены и должны поэтому удаляться совместно даже в случае отказа или необходимости замены только одного из прилипших компонентов. Более того, различные показатели теплового расширения/сжатия отдельных компонентов часто накладывают ограничения на конструкцию светильника. К другим недостаткам известных светильников на основе светодиодов относятся недостаточная гибкость при установке и позиционировании, так же как нежелательные тени между различными элементами арматуры, соединенными в линейные группы.
Таким образом, в технике существует потребность в высокоэффективном осветительном устройстве на основе светодиодов с улучшенной обслуживаемостью и технологичностью, так же как с показателями выделения света и рассеивания тепла. Особенно желательной является линейная арматура на основе светодиодов, пригодная для обеспечивающих омывающие или скользящие эффекты освещения стен, позволяющая избежать недостатков известных технических решений.
Сущность изобретения
Заявитель настоящим признает и принимает во внимание, что по меньшей мере некоторые из недостатков, перечисленных выше, могут быть устранены за счет уменьшения или исключения использования адгезивов при сборке светильника и уменьшения различий в тепловом расширении между его компонентами. Исходя из сказанного, различные варианты реализации настоящего изобретения относятся в целом к осветительному устройству на основе светодиодов, в котором по меньшей мере некоторые компоненты осветительного устройства располагаются относительно друг друга и конфигурированы таким образом, что механическое и/или тепловое сопряжение между соответствующими компонентами осуществляется по меньшей мере частично на основании применения усилия и/или передачи давления от одного компонента на другой.
Один вариант реализации настоящего изобретения направлен на осветительное устройство, содержащее:
теплоотвод, имеющий первую поверхность;
печатную плату светодиода, имеющую вторую и третью противоположные поверхности, из которых вторая поверхность располагается на первой поверхности теплоотвода, а третья поверхность имеет по меньшей мере один светодиодный источник света, расположенный на ней;
интегрированный элемент с линзой, имеющий прозрачную верхнюю стенку, расположенную таким образом, чтобы принимать свет, который испускает по меньшей мере один светодиодный источник света;
передающий давление элемент, имеющий опорную структуру, проходящую в целом по направлению от печатной платы светодиода до прозрачной верхней стенки интегрированного элемента с линзой и дополнительно имеющий передающую давление поверхность, соединенную с опорной структурой, причем опорная структура ограничивает отверстие, при этом передающая давление поверхность располагается на третьей поверхности указанной печатной платы светодиода поблизости от светодиодного источника света; и
оптический элемент, расположенный в отверстии, ограниченном опорной структурой передающего давление элемента,
в котором интегрированный элемент с линзой соединен посредством сдавливания с передающим давление элементом, так что усилие, приложенное к интегрированному элементу с линзой, передается через передающий давление элемент к передающей давление поверхности таким образом, чтобы прижать печатную плату светодиода к первой поверхности теплоотвода, так, чтобы обеспечить перенос тепла от печатной платы светодиода к теплоотводу.
В различных случаях выполнения осветительное устройство согласно по меньшей мере некоторым вариантам реализации, описанным здесь, конфигурированы так, что физическое строение устройства облегчает прилегание одного к другому, а вторичные оптические элементы обеспечивают смешивание света от прилегающих устройств, создавая таким образом непрерывную линейную группу из множества устройств без любых промежутков в испускании света, заметных наблюдателю.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой имеет противоположные боковые стенки с прозрачной верхней стенкой, и в котором противоположные боковые стенки соединяются с теплоотводом таким образом, чтобы генерировать усилие, прилагаемое интегрированным элементом с линзой к передающему давление элементу.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой соединяется с теплоотводом не являющимся клеящим соединением.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой соединяется с оптическим элементом без сдавливания.
Предпочтительно, осветительное устройство содержит также податливый элемент, помещенный между интегрированным элементом с линзой и опорной структурой передающего давление элемента.
Предпочтительно, податливый элемент содержит термопластовый эластомер.
Предпочтительно, прозрачная верхняя стенка интегрированного элемента с линзой имеет внутреннюю поверхность, имеющую по меньшей мере один соединительный штифт, и также содержащую светодиффузионный слой, расположенный на внутренней поверхности прозрачной верхней стенки, причем соединительный штифт предназначен для удержания светодиффузионного слоя на внутренней поверхности прозрачной верхней стенки.
Предпочтительно, осветительное устройство содержит также термический промежуточный слой, помещенный между печатной платой светодиода и передней поверхностью теплоотвода.
Предпочтительно, термический промежуточный слой содержит графит.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой имеет также противоположные торцовые стенки, смежные с прозрачной верхней стенкой.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой содержит пластмассу.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой содержит поликарбонат.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой состоит по существу из пластмассы.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой состоит по существу из поликарбоната.
Предпочтительно, наименьшее расстояние между передающей давление поверхностью и светодиодным источником света меньше приблизительно 2 миллиметров.
Более предпочтительно, наименьшее расстояние между передающей давление поверхностью и светодиодным источником света меньше приблизительно 1 миллиметра.
Предпочтительно, минимальная толщина интегрированного элемента с линзой составляет около 3 миллиметров.
Предпочтительно, передающий давление элемент является непрозрачным.
Предпочтительно, интегрированный элемент с линзой содержит первую и вторую противоположные литые торцевые стены, смежные с противоположными боковыми стенками и прозрачной верхней стенкой.
Предпочтительно, оптический элемент содержит оптику с полным внутренним отражением.
Изобретение также направлено на линейное осветительное устройство, содержащее первое и второе вышеуказанные осветительные устройства, в котором интегрированный элемент с линзой содержит первую и вторую противоположные литые торцевые стены, смежные с противоположными боковыми стенками и прозрачной верхней стенкой, при этом первая литая торцевая крышка первого осветительного устройства противостоит второй литой торцевой крышке второго осветительного устройства.
Предпочтительно, расстояние между первой литой торцевой крышкой первого осветительного устройства и второй литой торцевой крышкой второго осветительного устройства меньше приблизительно 3 миллиметров, образуя таким образом зазор между первым и вторым осветительными устройствами.
Изобретение также относится к осветительному устройству на основе светодиодов, содержащему:
теплоотвод;
узел светодиодов, содержащий множество светодиодов, расположенных на подложке;
множество оптических элементов, причем каждый оптический элемент из множества оптических элементов содержит первичный оптический элемент, помещенный внутри передающего давление элемента, где каждый оптический элемент помещен над другим светодиодом из числа множества светодиодов; и
вторичный оптический элемент, помещенный выше и соединенный посредством сдавливания с множеством оптических элементов, так что усилие, прилагаемое вторым оптическим элементом, передается передающими давление элементами таким образом, чтобы прижать узел светодиодов к теплоотводу для того, чтобы облегчить перенос тепла от узла светодиодов к теплоотводу.
Предпочтительно, теплоотвод образует первую часть корпуса для узла светодиодов, и вторичный оптический элемент образует вторую часть корпуса для узла светодиодов.
Предпочтительно, узел светодиодов прикреплен к корпусу без адгезива.
Предпочтительно, вторичный оптический элемент не прикладывает напрямую усилие к любому первичному оптическому элементу.
Некоторые из преимуществ, предлагаемые осветительным устройством и способами сборки согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения включают в себя улучшенное рассеивание тепла и понижение рабочих температур светодиодных источников света из-за того, что: (i) сжимающее усилие прикладывается непосредственно к участку генерирования тепла печатной платы узла светодиодов, что ведет к понижению теплового сопротивления и (ii) равномерное распределение удерживающего усилия от интегрированного вторичного оптического элемента генерирует сравнительно высокую сжимающую нагрузку в дополнительном термическом прокладочном материале, помещенном между печатной платой и теплоотводом. Другое преимущество заключается в упрощении обслуживаемости и технологичности светильника за счет уменьшения числа технологических операций и составляющих деталей. В частности, (i) печатная плата (с термическим прокладочным материалом и прикрепленными передающими давление элементами) ориентируется и крепится на месте интегрированным вторичным оптическим элементом, так что никакие крепежные изделия не несут исключительную ответственность за прикрепление печатной платы; и (ii) никаких адгезивов или крепежных изделий не требуется для прикрепления передающих давление элементов к печатной плате.
Соответствующая терминология
Применяемые здесь с целью настоящего описания изобретения термины «светодиод» или «светодиодный источник света» должны рассматриваться как включающие любой светоизлучающий диод или систему инжекции носителей с базовым переходом другого типа, способную генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Таким образом, термин «светодиод» включает в себя, не ограничиваясь ими, различные полупроводниковые структуры, которые испускают свет в ответ на воздействие тока, светоизлучающие полимеры, органические светоизлучающие диоды (OLED), электролюминесцентные полосы и тому подобное. В частности, термин «светодиод» относится к светоизлучающим диодам всех типов (включая полупроводниковые и органические светоизлучающие диоды) которые могут быть приспособлены для генерирования излучения в одном или более спектре из числа инфракрасного спектра, ультрафиолетового спектра и различных частей спектра видимого света (обычно включая излучение с длиной волн от приблизительно 400 нанометров до приблизительно 700 нанометров). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, не ограничиваясь ими, различные типы инфракрасных светодиодов, ультрафиолетовых светодиодов, красных светодиодов, голубых светодиодов, зеленых светодиодов, желтых светодиодов, янтарных светодиодов, оранжевых светодиодов и белых светодиодов (рассматриваются дополнительно ниже). Следует знать, что светодиоды могут быть приспособлены и/или контролироваться для генерирования излучения, имеющего различный диапазон частот (например, полную ширину на полувысоте, или FWHM) для данного спектра (например, узкий диапазон частот, широкий диапазон частот), и многообразие доминирующих длин волн в пределах данной общей цветовой классификации. Например, один вариант выполнения светодиода, который предназначен для генерирования исключительно белого света (например, белый светодиод), может включать в себя ряд кристаллов, которые излучают соответственно различные спектры электролюминесцентного света, которые в сочетании смешиваются для формирования исключительно белого света. В другом варианте реализации светодиод белого цвета может быть связан с фосфорным материалом, который преобразует электролюминесценцию с первым спектром в иной второй спектр. В одном примере электролюминесценция с относительно короткими волнами и узким диапазоном частот спектра «накачивает» фосфорный материал, который в свою очередь испускает излучение с большей длиной волн и с несколько более широким спектром.
Следует также понимать, что термин «светодиод» не ограничивает тип физического или электрического корпуса светодиода. Например, как рассмотрено выше, термин «светодиод» может относиться к единственному светоизлучающему устройству, имеющему множество кристаллов, которые предназначены для соответствующего испускания различных спектров излучения (например таких, которыми можно или нельзя управлять по отдельности). Кроме того, светодиод может быть связан с фосфором, который рассматривается как интегральная часть светодиода (например, некоторые виды белых светодиодов). В общем, термин «светодиод» относится к корпусированным светодиодам, некорпусированным светодиодам, светодиодам с поверхностным монтажом, светодиодам с поверхностным монтажом кристаллов, светодиодам с Т-образным монтажом, светодиодам с радиальным монтажом, светодиодам с блоком электропитания, светодиодам, включающим в себя кожух определенного типа и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и т.д.
Термин «спектр» должен рассматриваться как относящийся к любой одной или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, произведенного одним или больше источников света. Соответственно термин «спектр» относится как к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но и к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультразвуковой и других частях всего спектра электромагнитного излучения. Кроме того, данный спектр может иметь относительно узкую полосу частот (например, полную ширину на полувысоте, имеющую по существу немного компонентов по частоте или длине волны), или относительно широкую полосу частот (несколько компонентов по частоте или длине волны, имеющих различную относительную мощность). Следует также понимать, что данный спектр может быть результатом смешивания двух или больше других спектров (например, смешивания излучения, соответственно испускаемого многими источниками света).
В целях настоящего описания термин «цвет» используется взаимозаменяемо с термином «спектр». Однако термин «цвет» обычно используется в первую очередь в отношении свойства излучения, которое воспринимает наблюдатель (хотя такое использование не предполагает ограничить границы термина). Соответственно термин «различные цвета» неявно относится ко множеству спектров, имеющих компоненты с различной длиной волны и/или полосы частот. Следует также понимать, что термин «цвет» может использоваться как в связи с белым, так и с не являющемся белым светом.
Термин «температура цвета» обычно используется здесь в связи с белым светом, хотя такое использование не предполагает ограничение рамок этого термина. Температура цвета по существу относится к конкретному содержанию цвета или оттенку (например, красноватому, голубоватому) белого света. Температура цвета данного образца излучения обычно характеризуется согласно температуре в градусах Кельвина (К) излучателя черного тела, который излучает по существу такой же спектр, что и рассматриваемый образец излучения. Температуры цвета излучателя черного тела обычно оказываются в диапазоне от приблизительно 700 градусов К (которые обычно считаются первыми, видимыми человеческому глазу) до более чем 10000 градусов К; белый свет обычно воспринимается при температурах цвета свыше 1500-2000 градусов К.
Более низкие температуры цвета в общем обозначают белый свет, имеющий более значительную красную составляющую, или «более теплое ощущение», в то время как более высокие температуры цвета в общем обозначают белый свет, имеющий более значительную голубую составляющую, или «более холодное ощущение». В качестве примера можно указать, что пламя имеет температуру цвета, равную приблизительно 1800 градусам К, обычная лампа накаливания имеет температуру цвета, равную приблизительно 2848 градусам К, дневной свет ранним утром имеет температуру цвета, равную приблизительно 3000 градусам К, и затянутое облаками небо в середине дня имеет температуру цвета, равную приблизительно 10000 градусам К.
Термин «контроллер» используется здесь в общем для описания различных устройств, имеющих отношение к эксплуатации одного или нескольких источников света. Контроллер может быть внедрен различными путями (например, так, как специализированная аппаратура) для выполнения различных рассматриваемых здесь функций. «Процессор» является одним из примеров «контроллера», в котором применяются один или больше микропроцессоров, которые могут быть запрограммированы с использованием программного обеспечения (например, микрокода) для осуществления применения процессора, и может также быть внедрен как сочетание специализированной аппаратуры, предназначенной для выполнения некоторых функций, и процессора (например, одного или больше запрограммированных микропроцессоров и соответствующих схем) для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые могут применяться в различных вариантах реализации настоящего описания, включают в себя, не ограничиваясь ими, обычные микропроцессоры, применение определенных интегральных схем (ASIC), и программируемых в условиях эксплуатации логических матриц (FPGA).
В различных случаях процессор или контроллер может быть связан с одним или несколькими носителями данных (обычно упоминающихся здесь как «память», например энергозависимая или энергонезависимая компьютерная память, такая как оперативная память (ОЗУ), программируемая постоянная память (ПЗУ), стираемая программируемая постоянная память (СППЗУ) и электронно-перепрограммируемая постоянная память (ЭСППЗУ), дискеты, компакт-диски, оптические диски, магнитная лента и т.д.). В некоторых случаях носитель данных может быть закодирован одной или более программами, которые при выполнении на одном или нескольких процессорах и/или контроллерах выполняют по меньшей мере некоторые из функций, рассмотренных здесь. Различные носители данных могут быть помещены в процессоре или контроллере, или же могут быть транспортабельными, так что одна или больше программ, хранящихся в них, могут быть загружены в процессор или контроллер таким образом, чтобы выполнить различные аспекты описания, рассмотренные здесь. Термин «программа» или «компьютерная программа» используется здесь в обобщенном смысле для обозначения любого типа компьютерного кода (например, программного обеспечения или микрокода), который может быть применен для программирования одного или больше процессоров или контроллеров.
Следует понимать, что все сочетания изложенных принципов и дополнительные принципы, рассмотренные более подробно ниже (при условии, что такие принципы не являются взаимно несовместимыми) рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого здесь. В частности, все сочетания заявленного объекта изобретения, появляющиеся в конце этого описания, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого здесь. Следует также понимать, что терминология, детально применяемая здесь, которая также может появиться в любом описании, добавленном в качестве ссылки, должна согласовываться со значением, в наибольшей степени совпадающим с определенными принципами, раскрытыми здесь.
Родственные патенты и патентные заявки
Следующие патенты и патентные заявки, относящиеся к настоящему описанию и любым принципам изобретения, содержащимся в нем, настоящим включаются в него в качестве ссылки:
Патент США №6016038, выданный 18 января 2000 г, озаглавленный «Multicolored LED Lighting Method and Apparatus (Способ и устройство для освещения многоцветным светодиодом»);
Патент США №6211626, выданный 3 апреля 2001 г, озаглавленный «Illumination Components» («Компоненты освещения»);
Патент США №6975079, выданный 13 декабря 2005 г, озаглавленный «Systems and Methods for Controlling Illumination Sources» («Системы и способы контроля источников освещения»);
Патент США №7014336, выданный 21 марта 2006 г, озаглавленный «Systems and Methods for Generating and Modulating Illumination Conditions» («Системы и способы для генерирования и моделирования условий освещения»);
Патент США №7038399, выданный 2 мая 2006 г, озаглавленный Method and Apparatus for Providing Power to Lighting Devices»(«Способ и прибор для подачи энергии на осветительные устройства»);
Патент США №7256554, выданный 14 августа 2007 г, озаглавленный «LED Power Control Methods and Apparatus («Способы и прибор контроля мощности светодиода»);
Патент США №7267461, выданный 11 сентября 2007 г, озаглавленный «Directly Viewably Luminaire («Непосредственно наблюдаемый светильник»);
Опубликованная заявка на патент США №2006-0022214, опубликованная 2 февраля 2006 г. под заголовком «LED Package Method and Systems» («Способы и системы монтажа светодиода»);
Опубликованная заявка на патент США №2007-0115665, опубликованная 24 мая 2007 г. под заголовком Methods and Apparatus for Generating and Modulating White Light Illumination Conditions» («Способы и устройство для генерирования и моделирования условий освещения белым светом»);
Предварительная заявка на патент США №60/916496, поданная 7 мая 2007 г. под заголовком «Power Control Methods and Apparatus («Способы и устройство для контроля мощности»);
Предварительная заявка на патент США №60/916511, поданная 7 мая 2007 г. под заголовком LED-Based Linear Lighting Fixtures for Surface Illumination» («Линейная осветительная арматура на основе светодиодов, предназначенная для освещения поверхностей»); и
Заявка на патент США №11/940926, поданная 15 ноября 2007 г. под заголовком «LED Collimator Having Spline Surfaces And Related Methods» («Коллиматор светодиода, имеющий сплайновые поверхности и соответствующие способы»).
Краткое описание чертежей
На чертежах одинаковыми числовыми позициями в целом обозначены одинаковые детали с различных позиций наблюдения. Кроме того, чертежи необязательно выполнены в масштабе, и вместо этого особое внимание уделяется иллюстрации принципов изобретения, описанных здесь.
На фиг.1А показан перспективный вид осветительного устройства согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.1В показан вид сбоку в вертикальной проекции двух осветительных устройств с фиг.1А, образующих линейную группу;
на фиг.1С-1Е изображена линейная группа с фиг.1В, установленная на стенку;
на фиг.2 показан вид с разделением на детали, иллюстрирующий часть осветительного устройства с фиг.1А, включающий интегрированный вторичный оптический элемент и множество передающих давление элементов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.3 показан перспективный вид сверху, иллюстрирующий оптические блоки, размещенные на печатной плате светодиода согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.4-6 проиллюстрированы перспективный вид, вид сверху и вид снизу оптических блоков с фиг.3 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.7 показан вид осветительного устройства с фиг.1А в поперечном разрезе, выполненном по линии 7-7, показанной на фиг.1А;
на фиг.8 показан вид осветительного устройства в поперечном разрезе, выполненном по линии 8-8, показанной на фиг.1А;
на фиг.9 показан частичный вид сверху осветительного устройства согласно одному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг.10 показан вид сбоку в вертикальной проекции линейного осветительного устройства, имеющего множество интегрированных вторичных оптических элементов согласно одному варианту реализации настоящего изобретения; и
на фиг.11-15 показаны принципиальные схемы энергоснабжения, предназначенного для подачи энергии на осветительные устройства согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.
Подробное описание
Ниже помещены более подробные описания различных принципов и вариантов реализации, относящихся к осветительной арматуре на основе светодиодов и способам сборки согласно настоящему изобретению. Следует понимать, что различные аспекты вариантов реализации изобретения, очерченные выше и подробно рассмотренные ниже, могут быть воплощены любым из различных путей, поскольку настоящее изобретение не ограничивается любым определенным способом осуществления. Примеры конкретных осуществлений предложены только в целях иллюстрации.
Различные варианты реализации настоящего изобретения относятся в целом к осветительному устройству на основе светодиодов и способам сборки, при которых по меньшей мере некоторые компоненты осветительного устройства располагаются относительно друг друга и конфигурированы таким образом, что механическое и/или термическое соединение соответствующих компонентов выполняется по меньшей мере частично на основе применения и передачи усилия от одного компонента на другой. Например, в одном варианте реализации печатная плата, включающаяся в себя множество светодиодов («узел светодиодов») располагается в термической связи с теплоотводом, который образует часть корпуса. Первичный оптический элемент, помещенный внутри передающего давление элемента, располагается выше и оптически выравнивается с каждым светодиодом. Совмещенный вторичный оптический элемент (общий для множества светодиодов), образующий другую часть корпуса, располагается выше и соединяется со сдавливанием с передающими давление элементами. Усилие, приложенное вторым оптическим элементом, передается через передающие давление элементы таким образом, чтобы прижать узел светодиодов к теплоотводу, облегчая таким образом передачу тепла. В одном аспекте узел светодиодов крепится к корпусу без необходимости использования адгезивов. В другом аспекте вторичный оптический элемент не прикладывает непосредственно давления к любому первичному оптическому элементу, но вместо этого прикладывает давление к передающим давлением элементам, вмещающим в себя каждый первичный оптический элемент, уменьшая таким образом оптическое отклонение.
На фиг.1А проиллюстрировано осветительное устройство 100 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Осветительное устройство включает в себя корпус 105, содержащий верхнюю часть 120, предназначенную для поддержки или размещения осветительной системы (например, источник света, содержащий один или больше светодиодов и соответствующую оптику, как подробно рассмотрено ниже) и нижнюю часть 108, которая включает в себя отсек для электроники 110. В отсеке для электроники помещается источник питания и схемы управления, предназначенные для питания осветительного устройства и контроля испускаемого им света, как описано более подробно ниже со ссылкой на фиг.11-15.
Корпус выполнен из прочного теплопроводного материала, такого, как экструдированный или отлитый под давлением алюминий. Как показано на фиг.1А, в некоторых вариантах осуществления верхняя часть 120 и нижняя часть 108 являются единым смежным изделием, экструдированным из алюминия. В альтернативных вариантах осуществления верхняя и нижняя части являются отдельными составляющими деталями, изготовленными по отдельности и затем соединенными вместе любым способом, известным в технике, например, крепежными изделиями.
Предпочтительно корпус изготавливают для создания сдвига 109 между краем отсека для электроники 108 и краем 122 верхней части. Сдвиг создает пространство для взаимно соединяемых кабелей, передающих энергию и данные, позволяя светоизлучающим частям осветительного устройства прилегать одна к другой и обеспечивая таким образом превосходную однородность света и смешивание в области прилегания между соседними осветительными устройствами. Таким образом, непрерывные линейные группы светильников могут быть размещены без каких-либо разрывов в испускании света, заметных наблюдателю, как показано на фиг.1В.
Отсек для электроники 110 включает в себя приспособления для рассеивания тепла, которое генерируется источником питания и схемами управления во время эксплуатации осветительного устройства. Например, эти приспособления включают в себя ребра и выступы 114, отходящие от каждой из противоположных сторон отсека для электроники, как показано на фиг.1А.
Как показано также на фиг.1А-1В, отсек для электроники включает также в себя входную и выходную торцевые крышки 116, которые выполнены из отлитого под давлением алюминия и предназначены для соединения осветительного устройства с источником энергии и дополнительно образуют одну или больше линий передачи данных к другим осветительным устройствам. Например, в некоторых областях применения стандартное сетевое напряжение подводится к распределительной коробке, а соединительная коробка соединяется с первым осветительным устройством ведущим кабелем. Таким образом, первое осветительное устройство имеет торцевую крышку, предназначенную для соединения с ведущим кабелем. Противоположная торцевая крышка первого осветительного устройства приспособлена для соединения с соседним осветительным устройством посредством соединяющего приборы кабеля 144. Таким образом может быть соединен ряд соединительных устройств для формирования линейного осветительного устройства нужной длины. Последняя торцевая крышка в ряду осветительных устройств, находящаяся дальше всего от источника питания и/или линии (линий) передачи информации, является вспомогательной торцевой крышкой, поскольку из последнего блока не должны передаваться ни энергия, ни данные. Верхняя часть 120 (которая также упоминается в описании как «теплоотвод») также обладает возможностями рассеивания тепла, которое генерируется осветительной системой во время эксплуатации осветительного устройства 100. Возможности рассеивания тепла включают в себя ребра 124, которые отходят от противоположных сторон теплоотвода 120. Как будет описано более подробно ниже со ссылкой на фиг.2-8, осветительная система, включая генерирующие свет компоненты и оптические элементы, располагается на поверхности 126 теплоотвода 120.
Интегрированный вторичный оптический элемент 130 соединяется с теплоотводом, помещая в себе множество оптических блоков 140 (показанных на фиг.1А пунктирными линиями и рассмотренных более подробно ниже). Интегрированный вторичный оптический элемент включает в себя верхнюю стенку 132, пару отлитых торцевых стенок 134 и пару противоположных боковых стенок 136. По меньшей мере часть верхней стенки 132 является прозрачной, ограничивая линзу, предназначенную для пропуска света, который генерируют источники света осветительной системы. В различных вариантах реализации интегрированный вторичный оптический элемент является единой структурой, выполненной из пластмассы, такой как поликарбонат, для улучшения ударного сопротивления и способности противостоять погодным условиям.
В одном виде осуществления литые торцевые стенки 134 являются плоскими и по существу помещенными заподлицо с краями 122 теплоотвода 120. Эта конфигурация позволяет приложить другое осветительное устройство 100 к краям 122 с образованием линейной группы с небольшими зазорами между прилегающими торцевыми стенками или совсем без них. Например, как показано на фиг.1В, расстояние 142 между первой противостоящей литой торцевой крышкой первого осветительного устройства и второй противостоящей литой торцевой крышкой второго осветительного устройства составляет около 0,5 миллиметров. Отдельное осветительное устройство может быть, например, длиной один фут (0,3 м) или несколько футов при измерении между противоположными краями 122. Состоящая из многих блоков линейная осветительная группа заданной длины может быть сформирована путем сборки нужного количества отдельных устройства способом, описанным выше. Осветительное устройство может быть установлено, например, на стене или потолке с помощью монтажных устройств, таких как зажимы, прикрепленные к нижней части 108, как показано на фиг.1С-1Е.
Как показано на фиг.1С-1Е, в случае применения для скользящего освещения стен отдельные устройства 100 и/или взаимно соединенные линейные группы устройств устанавливаются рядом с освещаемой поверхностью, например, на расстоянии около 4-10 дюймов (102-254 мм) от поверхности, с использованием кронштейнов 146, прикрепленных к соединителями 148. В вариантах осуществления соединители 148 могут также применяться для механического и электрического взаимного соединения отдельных устройств. Как показано на фиг.1D, для лучшей ориентации и позиционирования устройства относительно освещаемой архитектурной поверхности, также как для сведения к минимуму профиля устройства, соединители 148 могут поворачиваться относительно секций источников питания 108 и, в частности, могут поворачиваться вокруг компонентов электрической проводки (например, соединительного кабеля 144, показанного на фиг.1В). Как показано на фиг.1Е, торцевой установочный соединитель 150 соединяется с возможностью вращения с последним осветительным устройством в группе. За счет по меньшей мере минимального, если он вообще имеется, зазора между блоками линейная осветительная группа обеспечивает превосходную однородность освещения по всей длине группы при практическом отсутствии разрывов в испускании света, заметных наблюдателю. Кроме того, многокамерная конфигурация линейной осветительной группы смягчает эффект различных коэффициентов теплового расширения теплоотвода 120 и интегрированного вторичного оптического элемента 130. То есть расширение интегрированного вторичного оптического элемента 130 относительно теплоотвода 120 на каждом осветительном устройстве в группе поглощается по меньшей мере частично на стыках между отдельными вторичными оптическими элементами составляющих осветительных устройств.
На фиг.2 проиллюстрирован с разделением на детали перспективный вид осветительной системы 106, образующей часть осветительного устройства 100, показанного на фиг.1А, согласно одному варианту реализации настоящего изобретения. Осветительная система 106 располагается на поверхности 126 теплоотвода 120. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления термический промежуточный слой 160 может быть прикреплен к поверхности 126. Хотя это и не требуется при сборке, но в некоторых вариантах осуществления процесс изготовления может быть дополнительно облегчен путем прикрепления промежуточного слоя к поверхности 126 посредством, например, тонкой пленки адгезива. Термический промежуточный слой облегчает передачу тепла теплоотводу 120. Во многих вариантах осуществления термический промежуточный слой представлен тонкой графитовой пленкой толщиной около 0,01 дюйма (0,25 мм). В отличие от силиконовых прокладок в зазорах графитовый материал не вымывается из промежуточного слоя с течением времени, не допуская затуманивания оптических компонентов осветительного устройства. Кроме того, графитовый материал неограниченно сохраняет свою теплопроводность, в то время как обычный композитный материал прокладок в зазорах с течением времени ухудшается в этом отношении.
Как показано также на фиг.2, на термическом промежуточном слое 160 располагается печатная плата 164, имеющая множество светодиодных источников света 168, размещенных на ней, например, линейно. Подходящие светодиоды для испускания белого или цветного света высокой интенсивности можно получить у фирмы Cree. Inc. из Дургема, шт.Сев.Каролина, или фирмы Philips Lumileds из Сан Хосе, шт.Калифорния. В одном варианте осуществления печатная плата имеет длину в один фут и содержит светодиодные источники 12 XR-E 7090 от Cree 168, каждый из которых испускает белый цвет при температуре цвета или 2700 Кельвина, или 4000 Кельвина. В различных вариантах осуществления настоящего изобретения печатная плата светодиода не устанавливается непосредственно и не закрепляется на промежуточном слое и теплоотводе, но скорее удерживается на месте и крепится с определенной ориентацией путем сжимающего действия интегрированного вторичного оптического элемента 130, как описано более подробно ниже.
Электрические соединения выполнены от источника питания и схемы управления в отсеке для электроники 110 (см. фиг.1А) к печатной плате светодиода 164 посредством штырьковых выводов (не показаны), которые отходят от отсека для электроники 110 через донный соединитель в печатной плате светодиода 164, обеспечивая таким образом питание и контроль светодиодных источников света 168. В некоторых приведенных в качестве примера вариантах осуществления источник питания и схемы управления основываются на конфигурации источника питания, который принимает напряжение от линии переменного тока и выдает на выходе напряжение постоянного тока для подачи питания на один или больше светодиодов, так же как и на другие схемы, которые могут быть связаны со светодиодами. В различных аспектах подходящие источники питания могут основываться на переключении конфигурации источника питания и в особенности приспособлены для получения источника питания с относительно высоким коэффициентом мощности. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления единственная ступень коммутации может применяться для выполнения подвода мощности для нагрузки с высоким коэффициентом мощности. Различные примеры структуры подвода питания и принципы, которые по меньшей мере частично соответствуют или подходят для настоящего описания, представлены, например, в заявке на патент США №11/079904, поданной 14 марта 2005 г. и озаглавленной «LED Power Control Methods and Apparatus» («Способы и приборы для регулирования мощности светодиода»), в заявке на патент США №11/225377, поданной 12 сентября 2005 г. и озаглавленной «Power Control Methods and Apparatus for Variable Loads (Способы и приборы для регулирования мощности при переменных нагрузках») и в заявке на патент США №11/429715, поданной 8 мая 2006 г. и озаглавленной «Power Control Methods and Apparatus» («Способы и приборы для регулирования мощности»), которые все включены сюда в качестве ссылок. Принципиальные схемы для дополнительных примеров структуры подвода питания, особенно пригодные для осветительного устройства, описанного здесь, помещены на фиг.11-15.
Некоторые общие примеры осветительных блоков на основе светодиодов, включая конфигурацию светодиодных источников света с питанием и управляющими компонентами, можно найти, например, в патенте США №6016038, выданном 18 января 2000 г. Мюллеру и др., и озаглавленном Multicolored LED Lighting Method and Apparatus («Способ и устройство для освещения многоцветным светодиодом») и в патенте США №6211626, выданном 3 апреля 2001 г. Лису и др. и озаглавленном Illumination Components» («Компоненты освещения»), каковые патенты оба включаются сюда в качестве ссылок. Кроме того, некоторые общие примеры цифровой обработки мощности и интегрирования управления мощностью и информацией внутри светодиодной арматуры, пригодные для использования в сочетании со светильниками согласно настоящему описанию, можно найти, например, в патенте США №7256554 и предварительной заявке на патент США №60/916496; все, включенное сюда в качестве ссылки, упоминается выше в разделе «Родственные патенты и патентные заявки».
Как показано на фиг.3 и с продолжением ссылки на фиг.2, осветительная система 106 включает также в себя множество оптических блоков 140, размещенных вдоль печатной платы светодиода 164, например, линейно. Оптические блоки будут описаны более подробно со ссылкой на фиг.4-8. В общем, один оптический элемент центрируется поверх каждого светодиодного источника света 168 и ориентирован на пропуск света в направлении прозрачной части или линзы в верхней стенке 132 интегрированного вторичного оптического элемента 130. Каждый оптический блок включает в себя первичный оптический элемент 170 и передающий давление элемент 174, который служит держателем первичного оптического элемента. Передающий давление элемент включает в себя несущую структуру/стенку 175, ограничивая отверстие 176, и выполнен из непрозрачного прочного материала, такого как формованная пластмасса. Во многих вариантах осуществления первичный оптический элемент является коллиматором с полным внутренним отражением (TIR), предназначенным для контроля направленности, или коллимирования света, испускаемого соответствующим светодиодным источником света 168. Некоторые примеры коллиматоров, пригодные в качестве первичных оптических элементов, описанных здесь, раскрыты в находящейся одновременно на рассмотрении заявке на патент США №11/940926, включенной сюда в качестве ссылки.
В некоторых приведенных в качестве примера вариантах осуществления настоящее изобретение предусматривает использование голографической рассеивающей пленки с целью увеличения расстояния смешивания и улучшения однородности освещения при сохранении высокой эффективности. Например, как показано на фиг.2, светорассеивающий слой 178 располагается рядом с внутренней поверхностью верхней стенки 132 интегрированного вторичного оптического элемента 130. Светорассеивающий слой может быть поликарбонатной пленкой толщиной около 0,1 дюйма (2,5 мм) (или другой подходящей пленкой из «формирующих свет диффузоров», поставляемых фирмой Luminit LLC, http://www.luminico.com), и может далее структурирован на стороне, близкой к верхней стенке. Другой подход подходит для улучшения однородности освещения за счет вспомогательного рассеивающего слоя, как описано в патенте №7256554, выданном 14 августа 2007 г, и озаглавленном «LED Power Control Methods and Apparatus» («Способы и прибор контроля мощности светодиода»).
Как показано на фиг.4-6, передающий давление элемент 174 оптического блока 140 имеет несущую структуру или стенку 175, идущую в общем в направлении от печатной платы светодиода 164 в направлении верхней стенки 132 интегрированного вторичного оптического элемента 130. Первичный оптический элемент 170 помещается в отверстии 176 передающего давление элемента 174 и удерживается, например, защелкой. Передающий давление элемент включает также в себя (i) множество внутренних ребер 184, предназначенных для поддержки первичного оптического элемента 170 в отверстии 176 и (ii) пару податливых элементов 186, расположенных на верхнем ободе передающего давление элемента. Податливые элементы выполнены из податливого материала, выбранного за счет его способности восстанавливаться после сжатия и сопротивления сжатию и т.д. Это позволяет прикладывать к несущей структуре 175 последовательные силы в течение продолжительных периодов циклического температурного воздействия (т.е. включения и выключения осветительного устройства). В различных вариантах осуществления податливым элементом является термопластовый эластомер, и он изготавливается путем инжекции податливого материала в расплавленном виде в небольшое отверстие в несущей структуре 175.
Как описано более подробно со ссылкой на фиг.8, податливый элемент полезен для суммирования допусков по различным направлениям на стыке оптического блока 140 и интегрированного вторичного оптического элемента 130, который соединяется посредством сдавливания с передающим давление элементом 174. Это означает, что благодаря допускам на размеры во время изготовления каждого из компонентов, которые собраны на поверхности 126, конфигурация каждого оптического блока относительно интегрированного вторичного оптического элемента 130 может несколько варьироваться по печатной плате светодиода. Податливый элемент предназначен для коррекции этих различий, что выражается в применении приблизительно одинаковой силы на печатной плате светодиода в возможном диапазоне сжатий, приложенных интегрированным вторичным оптическим элементом. Таким образом, осветительное устройство согласно настоящему изобретению имеет улучшенную структурную целостность и обеспечивает большее постоянство и улучшенную предсказуемость условий эксплуатации. В некоторых вариантах осуществления податливый элемент не крепится к передающему давление элементу, но скорее приспособлен для обеспечения контакта с передающим давление элементом для достижения функций, описанных выше.
Как показано на фиг.6, передающий давление элемент 174 дополнительно включает в себя передающую давление поверхность 190 и противостоящие выравнивающие ребра 194, расположенные на конце противоположных податливых элементов 186. Передающая давление поверхность 190 соприкасается с несущей структурой 175 и в целом перпендикулярна к ней. Передающая давление поверхность приспособлена для того, чтобы лежать на печатной плате светодиода 164 рядом со светодиодным источником света 168. В некоторых вариантах реализации противостоящие выравнивающие ребра являются частью передающей давление поверхности, причем противостоящие выравнивающие ребра в общем находятся в одной плоскости с передающей давление поверхностью и служат для приложения давления способом, сходным со способом, типичным для передающей давление поверхности 190; в других вариантах реализации противостоящие выравнивающие ребра не находятся в одной плоскости с передающей давление поверхностью 190 и не прикладывают давление к печатной плате светодиода. В последних вариантах реализации противостоящие выравнивающие ребра предназначены для зацепления первичного оптического элемента 170 и должного ориентирования первичного оптического элемента относительно светодиодного источника света. Передающая давление поверхность 190 приспособлена для взаимодействия со светодиодным источником света и надлежащего ориентирования передающего давление элемента 174 относительно светодиодного источника света. Интегрированный вторичный оптический элемент соприкасается с передающим давление элементом в податливых элементах 186.
Как показано далее на фиг.7, вид в поперечном разрезе иллюстрирует осветительное устройство 100, будучи выполнен по линии разреза 7-7 на фиг.1А. Поперечный разрез выполнен в области между соседними оптическими блоками 140. Интегрированный вторичный оптический элемент 130 ограничивает отверстие 200, в котором размещаются оптические блоки, и далее ограничивает противостоящие боковые стенки 136. Противоположные боковые стенки прилегают к верхней стенке 132. Литые торцевые стенки 134 (см. фиг.1А) прилегают к противостоящим боковым стенкам. Таким образом, интегрированный вторичный оптический элемент может быть выполнен путем экструдирования одного куска пластмассы. В некоторых вариантах реализации изобретения интегрированный вторичный оптический элемент прозрачен только в прозрачной верхней стенке, в то время как противостоящие боковые стенки и торцевые стенки являются непрозрачными. Во многих вариантах реализации изобретения интегрированный вторичный оптический элемент соединяется с теплоотводом не являющимися клейкими соединителями, такими как винты, зажимы и/или другие механические крепежные изделия. Например, интегрированный вторичный оптический элемент может быть соединен с теплоотводом 120 парами винтов 204 и гаек 208, размещенных вдоль по длине интегрированного вторичного оптического элемента, как показано на фиг.7. Таким образом, осветительное устройство, описанное здесь, не требует адгезивных слоев, толщину которых может быть трудно контролировать, что ведет к непредсказуемости показателей переноса тепла. Осветительное устройство согласно изобретению можно также легко разобрать, допуская доступ к отдельным компонентам для ремонта или замены, уменьшая таким образом количество отходов и реализацию более удобной для защиты окружающей среды арматуры.
Кроме того, как показано на фиг.7, осветительное устройство включает также в себя формованную прокладку 212, которую помещают в неглубокий паз по периметру интегрированного вторичного оптического элемента. Паз проходит по каждой из боковых стенок и торцевых стенок, по поверхности, которая прилегает к поверхности 126 теплоотвода. При затягивании винтов 204 интегрированный вторичный оптический элемент прикладывает обращенное вниз усилие в направлении печатной платы светодиода 164. Линза включает в себя детали, которые при сборке достигают предела при нужном сжатии прокладки, прижимая таким образом прокладку к теплоотводу для получения уплотнения и предотвращения избыточного сжатия. В различных вариантах реализации интегрированный вторичный оптический элемент имеет минимальную толщину, выбранную для получения оптимальной огнестойкости. В некоторых вариантах реализации минимальная толщина t составляет около 3 миллиметров. Как проиллюстрировано также на фиг.7, светорассеивающий слой 178 располагается на внутренней поверхности 214 верхней стенки интегрированного вторичного оптического элемента.
Как показано далее на фиг.8, вид в поперечном разрезе иллюстрирует осветительное устройство 100, будучи выполнен по линии разреза 8-8 на фиг.1А, которая проходит через передающий давление элемент 174 и первичный оптический элемент 170. В целом противостоящие боковые стенки 136 соединяются с теплоотводом таким образом, чтобы генерировать усилие, приложенное интегрированным вторичным оптическим элементом 130 к передающему давление элементу 174. Как показано на фиг.8, а также на фиг.7, печатная плата светодиода 164 и термический промежуточный слой 160 удерживаются на теплоотводе 120 усилием, приложенным интегрированным вторичным оптическим элементом за счет действия винтов 204 и гаек 208, каковое усилие передается через податливые элементы 186 и передающий давление элемент 174. Это означает, что интегрированный вторичный оптический элемент соединяется посредством сдавливания с передающим давление элементом, так что усилие, приложенное интегрированным вторичным оптическим элементом, передается через передающий давление элемент на передающую давление поверхность 190 таким образом, чтобы прижать печатную плату светодиода и промежуточный слой к поверхности 126 теплоотвода. Эта конфигурация обеспечивает улучшенную передачу тепла от печатной платы светодиода к теплоотводу во время эксплуатации осветительного устройства, таким образом продлевая срок службы и повышая эффективность осветительного устройства.
Как показано также на фиг.8, интегрированный вторичный оптический элемент 130 может быть конфигурирован таким образом, чтобы прижимать податливые элементы 186, которые могут быть сжаты, а также чтобы передавать нагрузку на передающий давление элемент 174 (который служит также держателем оптики). Таким образом, различия в размерах между сходными компонентами поглощаются на податливых элементах. Однако, во многих вариантах реализации интегрированный вторичный оптический элемент не соединяется посредством сдавливания с первичным оптическим элементом 170. То есть интегрированный вторичный оптический элемент не нажимает на оптический элемент. Эта конфигурация в сочетании с податливостью податливых элементов, уменьшает степень наклона или смещения оптических элементов, улучшая таким образом контроль и однородность направленности света, испускаемого осветительным устройством в процессе его работы.
В различных вариантах реализации, и как дополнительно показано на фиг.8, первичный оптический элемент 170 подвешен в отверстии 176, ограниченном передающим давление элементом 174, опираясь на планку/несущую поверхность 222 несущей структуры 175 передающего давление элемента. Оптический элемент может удерживаться несущей структурой за счет посадки с натягом (не показана). Далее на фиг.8 показана боковая стенка 224, ограниченная несущей структурой, которая противостоит наружной вертикальной поверхности 225 по окружности первичного оптического элемента 170. Поскольку передающий давление элемент не прозрачен, такая конфигурация блокирует свет, выходящий через поверхность 225 во время работы осветительного устройства.
В некоторых вариантах реализации, и как показано на фиг.8, внутренняя поверхность 214 верхней стенки 132 включает также в себя множество соединительных штифтов 226, которые могут соприкасаться с верхней стенкой 132. Во время сборки интегрированного вторичного оптического элемента 130 со светорассеивающим слоем 178 соединительные штифты первоначально приспосабливаются для вкладывания в отверстия 228 в светорассеивающем слое. Первоначально соединительным штифтам придают форму для их пропуска через отверстия в светорассеивающем слое. Так, первоначально они являются прямыми и достаточно длинными для того, чтобы проходить несколько дальше внутренней поверхности 230 светорассеивающего слоя. Например, соединительные штифты могут выступать приблизительно на 2 миллиметра дальше внутренней поверхности 230. Затем выступающие концы соединительных штифтов подвергают постоянной деформации, такой как путем нагрева с помощью акустического рупора или вибрации, создавая таким образом на соединительном штифте удерживающую головку 232. Удерживающие головки 232 и податливые элементы 186 совместно удерживают светорассеивающий слой возле интегрированного вторичного оптического элемента.
Во многих вариантах осуществления и реализации, как дополнительно показано на фиг.8, передающая давление поверхность 190 передающего давление элемента 174 простирается до светодиодного источника света 168 таким образом, чтобы описать самое короткое расстояние d между передающей давление поверхностью и светодиодным источником света, которое меньше приблизительно 2 миллиметров. В некоторых вариантах реализации самое короткое расстояние составляет около 1 миллиметра.
Располагаясь близко к светодиодному источнику света, передающая давление поверхность гарантирует, что во время эксплуатации осветительного устройства при нагреве и тенденции к расширению или сжатию поверхности 126 не существует и не возникает никаких зазоров между печатной платой светодиода 164, термическим промежуточным слоем 160 и поверхностью 126. Таким образом обеспечивается превосходная передача тепла от светодиодного источника света к теплоотводу 120, каковое тепло в конечном счете рассеивается с ребер 124.
Как показано на фиг.9, и как упоминалось выше, интегрированный вторичный оптический элемент 130 располагается над оптическими блоками 140, закрепляя печатную плату светодиода 164 против теплоотвода 120 при заданной ориентации. Как показано также на фиг.9, в различных вариантах осуществления между печатной платой светодиода 164 и винтами 204 помещается прокладка 212 с целью герметизации осветительной системы относительно окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность стенок 136 приспособлена для того, чтобы принимать с плотной посадкой передающие давление элементы.
Как показано на фиг.10, в некоторых вариантах осуществления описания линейное осветительное устройство 300 имеет донную часть 308, находящуюся под множеством интегрированных вторичных оптических элементов 330, расположенных на поверхности 326 верхней части 305. Таким образом экструдированная алюминиевая часть устройства является единым прилегающим изделием, в то время как каждый из интегрированных вторичных оптических элементов является отдельной структурой, лежащей на соответствующей печатной плате светодиода.
Как упоминалось выше, источник питания и схемы управления, помещенные в отсеке для электроники 110, основываются на конфигурации источника питания, который принимает переменный ток низкого напряжения и выдает на выходе постоянный ток для питания одного или больше светодиодов, а также других схем, которые могут быть связаны со светодиодами. Различные варианты осуществления осветительного устройства согласно настоящему изобретению могут давать световой выход в размере 450-550 люменов/фут (1500-1830 люменов/метр) при потреблении мощности 15 Вт/фут (50 Вт/метр). Таким образом, в случае, если устройство включает в себя четыре печатных платы светодиода длиной по одному футу (305 мм), суммарный световой выход может составлять от 1800 до 2200 люменов.
Относительно источника питания и схем управления в различных вариантах реализации питание может подаваться на светодиодный источник света 168 без необходимости в какой-либо информации обратной связи, связанной с источниками света. Для целей настоящего описания фраза «информация обратной связи, связанная с нагрузкой» относится к информации, связанной с нагрузкой (например, напряжением нагрузки или силой тока нагрузки светодиодных источников света) полученной при нормальной эксплуатации нагрузки (т.е. в то время, когда нагрузка выполняет свое функциональное назначение), каковая информация направляется обратно в источник питания, подающий питание на нагрузку, чтобы облегчить стабильную работу источника питания (например, обеспечение регулируемого напряжения на выходе). Таким образом, фраза «без необходимости в какой-либо информации обратной связи, связанной с нагрузкой» относится к вариантам осуществления, при которых источник питания, подающий питание на нагрузку, не требует какой-либо информации обратной связи для поддержания нормальной работы, как своей, так и нагрузки (т.е. в то время, когда нагрузка выполняет свое функциональное назначение).
На фиг.11 приблизительно показана принципиальная схема, иллюстрирующая пример высокого коэффициента мощности, одной ступени коммутации, источника питания 500 согласно одному варианту реализации настоящего изобретения, в котором источник питания может быть помещен в отсек для электроники 110 и подавать энергию на светодиодные источники света 168. Источник питания 500 основывается на конструкции обратноходового преобразователя, применяющего дискретный контроллер 360, осуществляемый в виде дискретного контроллера ST6561 или ST65672, поставляемых компанией ST Microelectronics. Переменный ток на входе 67 подводится к источнику питания 500 через клеммы J1 или J2 (или J3 и J4), показанные на самом левом краю схемы, а постоянный ток на выходе 32 (или напряжение питания) подается через нагрузку, которая включает в себя пять светодиодных источников света 168. В одном аспекте напряжение на выходе 32 не меняется независимо от напряжения переменного тока на входе 67, подаваемого на источник питания 500; иными словами, при данном напряжении переменного тока на входе 67 напряжение на выходе 32, приложенное к нагрузке 168, остается в основном практически стабильным и фиксированным. Следует понимать, что конкретная нагрузка представлена в первую очередь в целях иллюстрации, и что настоящее описание изобретения не ограничивается в этом отношении; например, в других вариантах реализации изобретения нагрузка может включать в себя такое же или иное количество светодиодов, соединенных между собой в виде любых последовательных, параллельных или последовательно-параллельных компоновок. Кроме того, как показано в таблице 1 ниже, источник питания 500 может быть приспособлен ко многим различным напряжениям на входе, основываясь к подходящему выбору различных компонентов схемы (показатели для сопротивления выражены в Омах).
Таблица 1
Напряжение переменного тока на входе
R2
R3
R4
R5
R6
R8
R10
R11
Q1
120 В
150 К
150 К
750 К
750 К
10,0 K
7,5 K
3,90 К
20,0 K
2SK3050
1%
1%
1%
230 В
300 К
300 К
1,5 М
1,5 М
4,99 K
11 К
4,30 К
20,0 К
STD1NK80Z
1%
1%
1%
100 В
150 К
150 К
750 К
750 К
10,0 K
7,5 К
2,49 К
10,0 K
2SK3050
1%
1%
1%
120 В
150 К
150 К
750 К
750 К
10,0 K
7,5 К
3,90 К
20,0 K
2SK3050
1%
1%
1%
230 В
300 К
300 К
1,5 М
1,5 М
4,99 K
11 К
4,30 К
20,0 K
STD1NK80Z
1%
1%
1%
100 В
150 К
150 К
750 К
750 К
10,0 K
7,5 К
2,49 К
10,0 K
2SK3050
1%
1%
1%
В одном аспекте варианта реализации, показанного на фиг.11, контроллер 360 приспособлен для применения управляющей техники без фиксации времени (FOT) для управления переключателем 20 (Q1). Управляющая техника FOT допускает использование трансформатора меньших размеров 72 для конфигурации обратного хода. Это позволяет использовать трансформатор с более постоянной частотой, что в свою очередь допускает подачу большей мощности на нагрузку при данных размерах сердечника.
В другом аспекте, в отличие от обычных схем переключения источника питания с использованием дискретных контроллеров L6561 или L6562, переключение источника питания 500, показанного на фиг.11, не требует для облегчения управлением переключателя 20 (Q1) какой-либо информации обратной связи, связанной с нагрузкой. В обычных вариантах осуществления, включающих в себя дискретные контроллеры ST6561 или ST65672, вход INV (штырь 1) этих контроллеров (инвертирующий вход внутреннего усилителя ошибки контроллера) обычно соединяется с сигналом, представляющим положительный потенциал напряжения на выходе (например, через сеть внешнего делителя напряжения и/или схему оптоизолятора) с тем, чтобы обеспечить обратную связь, связанную с нагрузкой, на дискретный контроллер. Внутренний усилитель ошибки контроллера сравнивает полученное по обратной связи напряжение на выходе с внутренним эталоном таким образом, чтобы поддерживать по существу постоянное (т.е. регулируемое) напряжение на выходе.
В отличие от этих обычных компоновок, в схеме, показанной на фиг.11, вход INV дискретного контроллера 360 соединяется с нулевым потенциалом через сопротивление R11, и никоим образом не имеет обратной связи с нагрузкой (например, не существует электрической связи между контроллером 360 и положительным потенциалом напряжения на выходе 32 в то время, когда оно подается на светодиодные источники света 168). Более обобщенно в различных вариантах реализации изобретения, описанных здесь, переключатель 20 (Q1) может контролироваться без мониторинга или напряжения на выходе 32, подаваемого на нагрузку, или тока, воспринимаемого нагрузкой в то время, когда нагрузка электрически связана с напряжением на выходе 32. Аналогичным образом, переключатель Q1 можно контролировать без регулирования или напряжения на выходе 32, подаваемого на нагрузку, или тока, воспринимаемого нагрузкой. И в этом случае на фиг.11 можно легко наблюдать, что положительный потенциал напряжения на выходе 32 (приложенного к аноду светодиода D5 нагрузки 100) не имеет электрического соединения или «обратной связи» с любым компонентом на первичной обмотке трансформатора 72.
Благодаря устранению потребности в обратной связи различные осветительные устройства согласно настоящему изобретению с использованием импульсного источника электропитания могут быть осуществлены с меньшим числом компонентов при уменьшенных размерах и стоимости. Кроме того, благодаря коррекции высокого коэффициента мощности, которую обеспечивает характер схемы, показанной на фиг.11, осветительное устройство проявляет себя как по существу резистивный элемент для приложенного напряжения на входе 67.
В некоторых приведенных в качестве примера вариантах осуществления осветительное устройство, включающее в себя источник питания 500, может быть соединено с регулятором переменного тока, причем напряжение переменного тока, приложенное к источнику питания, отводится от выхода регулятора переменного тока (который в свою очередь принимает на входе переменный ток из сети 67). В различных аспектах напряжение, которое обеспечивает регулятор переменного тока, может представлять собой, например, напряжение переменного тока, которое контролируется амплитудой напряжения или рабочими параметрами (фазой). В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления путем варьирования среднеквадратичного значения напряжения переменного тока, приложенного к источнику питания 500 через регулятор переменного тока, напряжение на выходе 32 на нагрузке может варьироваться аналогичным образом. Таким образом, регулятор переменного тока может таким образом использоваться для варьирования яркости света, который генерируют светодиодные источники света 168.
На фиг.11 приблизительно показана принципиальная схема, иллюстрирующая пример высокого коэффициента мощности, одной ступени коммутации, источника питания 500 А. Источник питания 500 А в нескольких отношениях сходен с показанным на фиг.11; однако вместо применения трансформатора в конструкции обратноходового преобразователя в источнике питания с фиг.12 применяется топология понижающего преобразователя. Это позволяет значительно уменьшить потери при такой конфигурации источника питания, при которой напряжение на выходе представляет собой долю напряжения на входе. Схема, показанная на фиг.12, подобно конструкции обратной связи, применяемой на фиг.11, достигает высокого коэффициента мощности. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления источник питания 500 А приспособлен для приема напряжения на входе 67, равного 120 В переменного тока, и для выдачи напряжения на выходе 32 в диапазоне приблизительно от 30 до 70 В постоянного тока. Этот диапазон напряжения на выходе препятствует увеличению потерь при более низком напряжении на выходе (ведущих к снижению эффективности), так же как искажению линейного тока (измеренному как увеличение гармонических волн или уменьшение коэффициента мощности) при более высоком напряжении на выходе.
В схеме, показанной на фиг.12, используются принципы конструирования устройства, демонстрирующего довольно постоянное входное сопротивление при варьировании напряжения на входе 67. Соблюдение условия постоянного входного сопротивления может быть нарушено в случае, если 1) входное напряжение переменного тока меньше напряжения на выходе, или 2) понижающий преобразователь не используется в постоянном режиме работы. Искажение гармонических волн вызывается явлением 1) и является неизбежным. Его влияние может только быть уменьшено за счет изменения напряжения на выходе, допускаемого нагрузкой. Это устанавливает практический верхний предел напряжения на выходе. В зависимости от максимального допустимого содержания гармоник это напряжение, как кажется, допускает около 40% от ожидаемого пикового напряжения на входе. Искажение гармонических волн вызывается также явлением 2), но его влияние менее важно, поскольку размеры индуктора (в трансформаторе Т1) могут быть выбраны такими, чтобы установить переход между непрерывным и прерывистым режимом близко к напряжению, наложенному явлением 1). В другом аспекте схема, показанная на фиг.12, использует в конструкции понижающего преобразователя высокоскоростной диод Шотки из карбида кремния (диод D9). Диод D9 допускает использование с конструкцией понижающего преобразователя способа контроля без фиксации времени. Этот признак ограничивает также рабочие характеристики источника питания при пониженном напряжении. При уменьшении напряжения на выходе диод D9 вызывает дополнительное уменьшение эффективности. При заметно более низких значениях напряжения на выходе топология обратной связи, применяемая на фиг.11, может быть в некоторых случаях предпочтительной, поскольку топология обратной связи дает больше времени и более низкое обратное напряжение на выходном диоде для достижения обратного восстановления, и допускает при снижении напряжения использование более высокой скорости, однако с диодами более низкого напряжения, так же как кремниевых диодов Шотки. Тем не менее использование в схеме, показанной на фиг.12, высокоскоростного диода Шотки из карбида кремния допускает применение контроля РОТ при сохранении достаточно высокой эффективности при относительно низком уровне мощности на выходе.
На фиг.13 приблизительно показана принципиальная схема, иллюстрирующая пример высокого коэффициента мощности, одной ступени коммутации, источника питания 500 В согласно другому варианту реализации. В схеме, показанной на фиг.13, для источника питания 500 В применяется топология повышающего преобразователя. Эта конструкция использует также способ контроля без фиксации времени (FOT), и предусматривает применение диода Шотки из карбида кремния для достижения достаточно высокой эффективности. Диапазон напряжения на выходе 32 находится в пределах от уровня, несколько превышающего пиковое значение напряжения переменного тока на входе, до уровня, приблизительно в три раза превышающего это напряжение. Конкретные значения компонентов схемы, проиллюстрированной на фиг.13, дают напряжение на выходе 32, равное приблизительно 300 В постоянного тока. В некоторых вариантах осуществления источника питания 500 В источник питания конфигурирован таким образом, что напряжение на выходе номинально в 1,4-2 превышает пиковое значение напряжения переменного тока на входе. Нижнее предельное значение (с превышением в 1,4 раза) в первую очередь связано с проблемой надежности; поскольку имеет смысл избегать нестационарных схем защиты напряжения на входе из-за их стоимости, может оказаться предпочтительной достаточная величина границ напряжения до пропуска тока через нагрузку. На более высокой стороне (с превышением в 2 раза) может оказаться предпочтительным в некоторых случаях ограничить максимальное значение на выходе, поскольку потери при коммутации и на электропроводность возрастают пропорционально квадрату напряжения на выходе. Таким образом, более высокая эффективность может быть получена в случае, если это напряжение на выходе подобрано при умеренном превышении давления на входе.
На фиг.14 приблизительно показана схема источника питания 500 С согласно другому варианту реализации, основанному на топологии повышающего преобразователя, рассмотренного выше в связи с фиг.13. Из-за потенциально высоких значений напряжения на выходе, которые дает топология повышающего преобразователя, в варианте реализации, показанном на фиг.14 применяется схема защиты от перенапряжения 160 с целью гарантии того, что источник питания 500 С прекращает работу в случае, если напряжение на выходе 32 превысит определенный уровень. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления схема защиты от перенапряжения включает в себя три последовательно соединенных стабилитрона D15, D16 и D17, которые пропускают ток в случае, если напряжение на выходе 32 превышает приблизительно 350 Вольт.
В более общем смысле схема защиты от перенапряжения 160 предназначена для работы только в тех ситуациях, при которых нагрузка прекращает пропускать ток от источника питания 500 С, т.е. если нагрузка не подсоединена или испорчена и прекращает нормальную работу. Схема защиты от перенапряжения 160 в конечном счете соединяется со входом INV контроллера 360 таким образом, чтобы отключить работу контроллера 360 (и, следовательно, источника питания 500 С) в случае возникновения ситуации с перенапряжением. В этих отношениях следует понимать, что схема защиты от перенапряжения 160 не обеспечивает обратной связи, связанной с нагрузкой на контроллер 360, таким образом, чтобы облегчить регулирование напряжения на выходе 32 во время нормальной работы устройства; скорее схема защиты от перенапряжения 160 служит только для отключения/запрещения работы источника питания 500 С в случае отсутствия нагрузки, ее отсоединения или иных причин прекращения пропуска тока от источника питания (т.е. полного прекращения работы устройства).
Как показано ниже в таблице 2, источник питания 500 С, показанный на фиг.14, может быть приспособлен для многих различных значений напряжения на входе, основываясь на должном выборе различных компонентов схемы.
Таблица 2
Напряжение переменного тока
R4
R5
R10
R11
120 В
750 К
750 К
10 К 1%
20,0 K 1%
220 В
1,5 М
1,5 М
2,49 К
18,2 K 1%
1%
100 В
750 К
750 К
2,49 К
10,0 К 1%
1%
120 В
750 К
750 К
3,90 К
20,0 К 1%
1%
220 В
1,5 М
1,5 М
2,49 К
18,2 K 1%
1%
100 В
750 К
750 К
2,49 К
10,0 К 1%
1%
На фиг.15 показана схема источника питания 500D на основе топологии понижающего преобразователя, рассмотренной выше в связи с фиг.12, однако с некоторыми дополнительными признаками, относящимися к защите от перенапряжения и уменьшению электромагнитного излучения, испускаемого источником питания. Эта эмиссия может происходить как в форме излучения в атмосферу, так и путем проводимости в проводах, пропускающих напряжение на входе переменного тока 67.
В некоторых приведенных в качестве примера вариантах осуществления источник питания 500D выполнен как отвечающий стандартам Класса В на электромагнитное излучение, введенным в Соединенных Штатах Федеральной комиссией по связи, и/или соответствующий стандартам, установленным в Европейском Сообществе на электромагнитные излучения от осветительной арматуры, изложенным в документе Британских стандартов под заголовком «Limits and Methods of Measurement of Radio Disturbance Characteristics of Electrical Lighting and Similar Equipment (Предельные значения и способы измерения характеристик радиопомех электрического осветительного и сходного оборудования») EN 55015:2001, присоединенных поправках №№1, 2 и исправлении №1, полное содержание которых включено настоящим в качестве ссылок. Например, в одном варианте осуществления источник питания 500D включает в себя фильтрующий контур 90 для электромагнитных излучений ((EMI), имеющий различные компоненты, соединенные с мостовым выпрямителем 68. В одном аспекте фильтрующий контур EMI приспособлен для размещения экономичным образом в очень ограниченном пространстве; он совместим также с обычными регуляторами переменного тока, так что общая емкость находится на уровне, достаточно низком для того, чтобы избежать мерцания света, генерируемого светодиодными источниками света 168. Характеристики компонентов фильтрующего контура EMI 90 в одном приведенном в качестве примера варианте осуществления приведены ниже в таблице:
Компонент
Характеристики
С13
0,15 мкФ; 250/275 В переменного тока
С52, С53
2200 пФ; 250 В переменного тока
С6, С8
0,12 мкФ; 630 В
L1
Магнитный индуктор; 1 мГн; 0,20 А
L2, L3, L4, L5
Магнитный ферритовый индуктор; 200 мА; 2700 Ом; 100 Мгц; SM0805
Т2
Магнитный дроссельный трансформатор; обычный режим; 16,5 МН PC MNT
Как показано далее на фиг.15 (как обозначено на соединении источника питания Н3 с местным заземлением «F»), в другом аспекте источник питания 500D включает в себя экранирующее соединение, которое уменьшает также частотный шум в источнике питания. В частности, в дополнение к двум электрическим соединениям между положительным и отрицательным потенциалам напряжения на выходе 32 и нагрузки между источником питания и нагрузкой помещают третье соединение. Например, в одном из вариантов осуществления печатная плата светодиода 164 (см. фиг.2) может включать в себя несколько электропроводящих слоев, электрически изолированных друг от друга. Один из этих слоев, который включает в себя светодиодные источники света, может быть самым верхним слоем и принимать катодное соединение (с отрицательным потенциалом напряжения на выходе). Другой из этих слоев может находиться под светодиодным слоем и принимать анодное соединение (с положительным потенциалом напряжения на выходе). Третий «экранирующий» слой может находиться под анодным слоем и может быть соединен с экранирующим соединителем. Во время работы осветительного устройства экранирующий слой служит для уменьшения или устранения емкостного соединения со светодиодным слоем и подавляет таким образом частотный шум. Еще в одном аспекте устройства, показанного на фиг.15, и как показано на принципиальной схеме на соединении на массу С52, фильтрующий контур EMI 90 имеет соединение с защитным заземлением, которое может быть осуществлено через проводящий пальцевый зажим на корпус устройства (вместо провода, присоединенного винтами), что допускает более компактную и удобную в сборке конфигурацию по сравнению с обычными проводными заземлениями.
В других аспектах, показанных на фиг.15, источник питания 500 D включает в себя различные схемы защиты от состояния перенапряжения в напряжении на выходе 32. В частности, в одном приведенном в качестве примера варианте осуществления выходные емкости С2 и С10 могут быть рассчитаны на максимальное номинальное напряжение приблизительно 60 В (например, 63 В) на основании ожидаемого диапазона напряжений на выходе приблизительно 50 В или ниже. Как показано выше в связи с фиг.14, в отсутствие любой нагрузки на источник питания, или при отказе нагрузки, ведущей к прекращению поступления тока от источника питания напряжение на выходе 32 должно повыситься и превысить номинальное напряжение на выходных емкостях, что ведет к возможной поломке. Для предотвращения такой ситуации источник питания 500 D включает в себя схему защиты от перенапряжения 160 А, включающую оптоизолятор ISO1, имеющий выход, который, будучи включен, соединяет вход ZCD (детектор перехода через нуль) контроллера 360 (т.е. штифт 5 в U1) с местным заземлением F. Различные характеристики компонентов схемы защиты от перенапряжения 160 А выбирают таким образом, что заземление, присутствующее на входе ZCD, прекращает работу контроллера 360, когда напряжение на выходе 32 достигает приблизительно 50 В. Как рассмотрено выше в связи с фиг.14, вновь следует учесть, что схема защиты от перенапряжения 160 А не обеспечивает обратной связи нагрузки с контроллером 360 таким образом, чтобы облегчить регулирование напряжения на выходе 32 во время обычной работы устройства; вместо этого схема защиты от перенапряжения 160 А служит только для выключения или запрещения работы источника питания 500 D в случае отсутствия нагрузки, ее отсоединения или иных причин прекращения пропуска тока от источника питания (т.е. полного прекращения работы устройства).
На фиг.15 показано также, что путь тока к нагрузке (светодиодным источникам света 168) включает в себя воспринимающие ток сопротивления R22 и R23, соединенные с контрольными точками TPOINT1 и TPOINT2. Эти контрольные точки не используются для создания обратной связи с контроллером 360 или любым другим компонентом источника питания 500D. Вместо этого контрольные точки TPOINT1 и TPOINT2 образуют точки доступа для проводящего проверку техника с целью измерения тока нагрузки во время процесса изготовления и сборки и определения, вместе с результатами измерения напряжения нагрузки, происходит или нет снижение полезной выходной мощности в рамках установленных изготовителем технических условий на устройство.
Как показано ниже в таблице 3, источник питания 500 D с фиг.15 может быть приспособлен к самым разным значениям напряжения на входе, основываясь на должном выборе различных компонентов схемы.
Таблица 3
Напряжение переменного тока на входе
R6
R8
R1
R2
R4
R18
R17
R10
C13
100 В
750 К
750 К
750 К
750 К
24,0 К
21,0 К
2,00 К
22
0,15 мкФ
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
120 В
750 К
750 К
750 К
750 К
24,0 К
12,4 К
2,00 К
22
0,15 мкФ
1%
1%
1%
1%
1%
1%
1%
230 В
1,5 М
1,5 М
1,5 M
1,5 М
27,0 К
24,0 К
пропуск
10
0,15 мкФ
1%
1%
1%
1%
1%
1%
277 В
1,5 М
1,5 М
1,5 М
1,5 М
27,0 K
10 К
пропуск
10
пропуск
1%
1%
1%
1%
1%
1%
Такое осветительное устройство согласно настоящему описанию обладает многочисленными преимуществами по сравнению с существующим уровнем техники. Интегрированный вторичный оптический элемент соединяется посредством сдавливания с передающим давление элементом и плотно размещается на теплоотводе, таким образом, чтобы плотно закрепить печатную плату светодиода на теплоотводе, уменьшая количество компонентов, уменьшая потребность в адгезивах и образуя не наносящее ущерба окружающей среде осветительное устройство, которое можно легко разобрать для ремонта или замены отдельных деталей. Осветительное устройство согласно описанию обеспечивает также превосходное рассеивание тепла от печатной платы светодиода, предотвращая таким образом перегрев и продление срока эксплуатации осветительного устройства.
В то время как здесь были описаны и проиллюстрированы различные варианты реализации изобретения, любой рядовой специалист в данной области техники легко может представить себе множество других средств и/или структур для выполнения функции и/или получения результатов и/или одного или больше преимуществ, описанных здесь, и каждый из таких вариантов и/или модификаций считается входящим в пределы объема описанных здесь вариантов реализации изобретения. В более общем смысле эти специалисты в данной области техники смогут легко определить, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные здесь, приводятся в качестве примера, и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации будут зависеть от конкретной сферы или сфер применения, в которых используется идея (идеи) изобретения. Специалисты в данной области техники распознают или смогут убедиться, с использованием не более чем обычного экспериментирования, существование многих эквивалентов конкретных вариантов реализации изобретения, описанных здесь. Поэтому следует понимать, что приведенные выше варианты реализации представлены только в качестве примеров и что в объеме прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов варианты реализации изобретения могут быть осуществлены на практике иначе, чем было специально описано и заявлено. Варианты реализации настоящего описания направлены на каждый отдельный признак, систему, изделие, материал, комплект и/или способ, описанные здесь. Кроме того, любая комбинация двух или более таких признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или способов, при условии что такие признаки, системы, изделия, материалы, комплекты и/или способы не являются взаимно несовместимыми, включается в состав объема изобретения по настоящему описанию.
Все формулировки, установленные и используемые здесь, должны пониматься как относящиеся к словарным определениям, определениям в документах, включенных сюда в качестве ссылки и/или к обычным значениям определяемых терминов.
Неопределенные артикли «а» и «an», применяемые здесь в описании и в формуле изобретения, должны, если четко не оговорено иное, пониматься как значащие «по меньшей мере один».
Фраза «и/или», применяемая здесь в описании и в формуле изобретения, должна пониматься как «одно из двух или оба» в отношении элементов, объединенных таким образом, т.е. элементов, которые совместно присутствуют в некоторых случаях и раздельно присутствуют в других случаях. Множественные элементы, перечисленные с «и/или», должны истолковываться таким же образом, т.е. «один или больше» элементов, объединенных таким образом. Возможно присутствие других элементов, иных чем специально отмеченные выражением «и/или», относящихся или не относящихся к специально обозначенным элементам. Таким образом, в качестве не ограничивающего примера ссылка на «А и/или В», используемая совместно с открытым выражением как «состоящий», может относиться, в одном варианте реализации, только к А (с возможным включением других элементов, иных чем В); в другом варианте реализации только к В (с возможным включением других элементов, иных чем А); ив еще одном варианте реализации и к А, и к В (с возможным включением других элементов); и т.д.
При использовании здесь в описании и в формуле изобретения выражение «или» должно пониматься как имеющее такое же значение, как «и/или», описанное выше. Например, при разделении предметов в списке, «и» или «и/или» должны рассматриваться как включающей, т.е. включение по меньшей мере одного, но также включающего больше одного количества или списка элементов и, возможно, дополнительных не перечисленных предметов. Только термины, ясно указывающие на противоположное, такие как «только один из», или «в точности один из» или, в случае применения в формуле изобретения, состоящий из» будет относиться к включению в точности одного элемента в количество или список элементов. В целом термин «или», применяемый здесь, должен только интерпретироваться как обозначающий исключающие альтернативы (т.е. «один или другой, но не оба»), если ему предшествуют термины исключения, такие как «любой из двух», «один из», «только один из» или в точности один из». Термин состоящий главным образом из» при использовании в формуле изобретения должен иметь обычное значение, принятое при использовании в области патентного законодательства.
При использовании здесь в описании и в формуле изобретения выражение «по меньшей мере один» со ссылкой на список из одного или больше элементов должно пониматься как означающее по меньшей мере один элемент, выбранный из числа любого одного или больше элементов в списке элементов, но необязательно включающей по меньшей мере один из каждого и любого элемента, специально включенного в список элементов и не исключающего любых сочетаний элементов в списке элементов. Это определение дополнительно допускает присутствие элементов, иных чем элементы, специально обозначенные в списке элементов, к которому относится выражение «по меньшей мере один», в не зависимости от того, относится оно или не относится к специально обозначенным элементам. Таким образом, в не ограничивающем примере выражение «по меньшей мере один из А и В» (или, равнозначно «по меньшей мере один из А или В» или, равнозначно, «по меньшей мере один из А и/или В») может относиться, в одном варианте реализации, к по меньшей мере одному, возможно включающему больше чем один А, при отсутствии В (и дополнительно включающему в себя элементы, иные чем В); в другом варианте реализации, к по меньшей мере одному, возможно включающему больше чем один В, при отсутствии А (и дополнительно включающему в себя элементы, иные чем А); и еще в одном варианте реализации к по меньшей мере одному, возможно включающему больше чем один. А, и к по меньшей мере одному, возможно включающему больше чем один, В (и дополнительно включающему другие элементы); и т.д.
Следует понимать также, что за исключением случаев, когда четко оговорено противоположное, в любом заявленном здесь способе, включающем в себя более чем один шаг или действие, порядок шагов или действий способа необязательно ограничивается порядком, в котором перечисляются шаги или действия способа.
В формуле изобретения, так же как в приведенном выше описании изобретения, все переходные фразы, такие как «состоящий», «включающий», «выполняющий», «имеющий», «содержащий», «включающий в себя», «держащий», «состоящий из» и тому подобное должны рассматриваться как открытые, т.е. включающие значение, но не ограничивающиеся им. Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий исключительно из» будут закрытыми или полузакрытыми переходными фразами соответственно, как показано в Руководстве по процедурам рассмотрения патентов Патентного Ведомства США, раздел 2111.03.