用于聚光照明的装置 |
|||||||
| 申请号 | CN201180043563.3 | 申请日 | 2011-09-05 | 公开(公告)号 | CN103097805B | 公开(公告)日 | 2016-05-04 |
| 申请人 | 皇家飞利浦电子股份有限公司; | 发明人 | R·库尔特; T·W·图克尔; M·E·J·塞普克斯; | ||||
| 摘要 | 提供一种用于聚光照明的装置(14)。该装置提供改进的 准直 和色彩混合单元，其包括LED阵列(1)、凸面体形反射体(15a)、场透镜(21)以及系统出口孔处的附加圆柱形反射体(15b)。在与可以包括至少两个附加变焦透镜和栅(其中可以插入若干遮光罩、遮光布或遮光板)的光学投影系统相结合的情况下，该系统允许在包括经常用以获得软边缘聚光的焦外变焦设置的扩展操作范围中进行色彩混合。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于聚光照明的装置(14，22)，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 用于聚光照明的装置技术领域[0001] 本发明总体上涉及一种用于聚光照明的装置。更具体地，本发明总体上涉及一种具有管状反射体的用于聚光照明的装置，该管状反射体具有两个部分。 背景技术[0002] 彩色光在许多重视场景设置和气氛营造的应用中得以使用。应用的示例尤其存在于剧院照明、建筑照明(尤其用于城市美化)、商店、酒店、餐厅、医院、学校、办公场所等领域。如今这主要是通过将白色光源与滤色器相结合以便获得所期望的色彩来实现的。 [0003] 作为替换，可以使用具有多色彩LED的系统。这样的系统是具有吸引力的，因为它们在没有滤色器的情况下生成所期望的色彩。这具有效率优点，并且更重要地，可以通过电子器件来改变色彩：不需要改变滤色器以改变色彩；所有色彩通过尤其将多个不同原色的LED相结合是可直接获得的。具有电子调节的色彩允许使用各种自动编程方法来控制照明系统，并且省略了滤色器这一事实导致了更简单的供应链(无需去除滤色器)和色彩一致性(替换的滤色器可能引入变化)。这些系统的市场随着LED性能的改进而正在快速增长。 [0004] 在诸如CDM替换聚光和(用于剧院/游览/舞台/工作室的应用的)多色彩娱乐聚光的多通道高通量LED应用中，可能需要大量LED并且LED应当以鲁棒的方式被封装在小型阵列上。诸如Rebels之类的单独LED封装的组装件的性能经常是有限的。另一方面，诸如Enfis、LEDEngine公司所制造的专用大型LED阵列天生具有低产量并且它们对于许多应用而言过于昂贵。因此，需要一种能够以高产量和高的校准鲁棒性进行制造和/或装配的可扩展的解决方案。 [0005] US60200002公开了一种所谓的准直喇叭反射体，其为LED光源提供极佳的色彩混合，并且尤其是为如剧院场所中所使用的硬边缘聚光灯固定装置提供有效的准直。然而，照明设计师可能希望使用相同的固定装置来投影焦外光阑以得到软边缘。特别是在舞台照明中，经常需要创建具有锐利边缘的受控光束。这经常是使用所谓的硬边缘聚光发光体(也称作轮廓灯或椭圆轮廓斑聚光)来实现的。硬边缘聚光发光体可以包括排列在光学路径或轴线中的障碍物，该障碍物可以被硬边缘聚光发光体的透镜或光学器件投射到目标表面上。这些障碍物可以包括遮光板或所谓的遮光布，例如一块具有光所通过的带图案孔洞的材料，这块材料被放置在光束中以便仅所期望的光“形状”或图案通过这块材料，而其余光则被阻挡，由此在被照射的平面中实现特定的阴影/光图案。在相同应用中，经常还需要或期望创建冲洗光束(wash beam)，即具有软边缘的灯束。这经常是通过将硬边缘聚光发光体的透镜或光学器件置于焦点之外来实现的，由此可以提供软边缘效果。然而，在硬边缘聚光发光体的透镜或光学器件被置于焦点之外时，色彩混合性能经常恶化，这会导致投射到目标表面上的阴影/光图案中不期望的彩色条纹，即沿着分隔投影图案中明亮区域和较暗区域的边界的不期望的色彩的条纹。 发明内容[0006] 已经注意到的是，根据现有技术的照明系统并没有提供充分的色彩混合，这会导致不可接受的彩色条纹。本发明的目的是提供一种用于聚光照明的装置，其能够在装置的任意聚焦设置下给出良好的色彩混合和均匀聚光。另外，还可能想要使用相同的装置来生成冲洗光束，换句话说，对焦外光阑进行投影以得到软边缘。 [0007] 通常，以上目标通过根据所附独立权利要求的用于聚光照明的装置得以实现。根据本发明的第一方面，该目标和其它目标通过一种用于聚光照明的装置得以实现，该装置包括具有反射内表面的管状反射体，该管状反射体包括具有入口孔和大于入口孔的出口孔的第一部分，以及具有大小基本上相同的入口孔和出口孔的第二部分，第二部分的入口孔与第一部分的出口孔相邻定位；光源阵列，其包括被布置为在第一部分的入口孔处将光射进管状反射体的第一部分的多个光源；以及光学聚焦元件，其临近该管状反射体的第二部分布置，其中该第一部分、第二部分、光源阵列以及光学聚焦元件因此被布置为形成要在第二部分的出口孔处输出的均匀色彩混合光的准直光束。 [0008] 有利地，这样的装置可以在装置的任意聚焦设置下给出良好的色彩混合和均匀聚光。相同的装置还可以被用来生成冲洗光束。 [0009] 根据本发明的第二方面，以上目标和其它目标通过一种包括如以上所公开的装置的灯具得以实现。 [0010] 根据本发明的第三方面，以上目标和其他目标通过一种包括如以上所公开的装置的照明系统得以实现。 [0012] 包括其特定特征和优点在内的本发明的各个方面将从以下详细描述和附图中被容易地理解，其中： [0013] 图1示出了根据一个实施例的LED阵列。 [0014] 图2-图5示出了根据一些实施例的用于聚光照明的装置。 [0015] 图6示出了一种用于根据一个实施例的装置的照明图案。 具体实施方式[0016] 随后将参考其中示出了本发明的当前优选实施例的附图对本发明进行更为全面地描述。然而，本发明可以以许多不同形式来实现并且不应当被理解为局限于这里所提出的实施例；相反，提供这些实施例是为了彻底性和完整性，以及向本领域技术人员完全传达本发明的范围。相同的附图标记通篇指代相同的元件。 [0017] 目前正在研发用于满足各种娱乐照明应用(尤其在剧院、游览和TV工作室的领域中)的需求的多通道高亮度LED光源平台。这样的LED光源平台可以具有大约10000lm的光输出和至少四个不同的色彩通道(来自具有小于30mm直径的高密度封装的LED阵列)。这样的高亮度光源为聚光应用提供了许多优点。特别地，其可以允许连同凝胶上匹配(on gel matching)功能一起实现硬边缘聚光(也被称作轮廓)。图1示出了高密度封装的LED阵列1。接合至衬底3的所示出的LED阵列具有29mm的直径D并且包括六个色彩通道以及具有120个LED 2。 [0018] 如图1中所示出的一个或多个LED阵列1可以在用于聚光照明的照明系统中使用。图2是基于高亮度LED光源的装置4的透视图。装置4适用于聚光照明。该装置包括高密度封装的LED阵列1以及混合和/或准直管状反射体5(也被称作喇叭反射体)。该管状反射体5具有入口孔6a和出口孔6b。来自LED阵列1的光在入口孔6a处被接收并且在出口孔6b处发射经混合和/或准直的光。根据图2中所示出的实施例，第一光学元件7接合至入口孔6a并且第二光学元件8经由环9接合在出口孔6b。第二光学元件8例如可以利用螺栓装置10a-10d等固定至该环。LED阵列1有效地连接至散热器11。由LED阵列1所产生的热量因此可以从LED阵列1传输至散热器11。该散热器11转而有效地连接至风扇12。风扇12可以提供强制空气冷却。LED阵列1可以通过一个或多个电连接器13a-13d电连接至LED驱动器等。 [0019] 图3是根据一个实施例的用于聚光照明的装置14的分解图。图3的装置14与图2的装置4相似。装置14包括形成管状反射体(或喇叭反射体)的两个部分15a、15b。管状反射体的主体可以通过将多个部件组装在一起或者作为单个部件尤其通过注塑成型或快速成型而由聚合材料制成。该管状反射体具有反射内表面16从而由该管状反射体所接收的光在反射内表面16处进行反射并且因此导致从该管状反射体所发射的输出光被混合和/或准直。例如，诸如Miro箔之类的高反射箔可以接合(例如粘合)到该管状反射体的内表面16上。 [0020] 更为详细地，管状反射体具有两个部分，第一部分15a和第二部分15b，每个部分具有各自的入口孔17a、18a以及各自的出口孔17b、18b。光源阵列1可以被布置为在第一部分15a的入口孔17a处将光射进管状反射体的第一部分15a。因此可以形成从光源阵列1朝向第二部分15b的出口孔18b的光轴19。 [0021] 管状反射体可以具有光束整形功能，该功能将来自光源阵列1的郎伯(Lambertian)光分布转变成所需要的10°-40°FWHM的光束形状并且提供色彩混合。如上文所提到的，(管状反射体的)第一部分15a具有入口孔17a和出口孔17b。第一部分15a优选地被布置和/或定向使得在入口孔17a处接收到入射光并且在出口孔17b处发射输出光。第一部分15a的出口孔17b大于第一部分15a的入口孔17a。根据优选实施例，第一部分15a大体上具有喇叭形状。更特别地，当从光轴19看去，第一部分15a可以具有凸面体形状。第一部分15a可以进一步包括多个被布置为沿光轴19形成多边形横截面的小平面20a-20c。第一部分15a的入口孔17a因此可以具有诸如六边形、七边形或八边形横截面的多边形横截面。在图3中，第一部分15a的入口孔17a具有七边形横截面。 [0022] 同样，还如以上所提到的，(管状反射体的)第二部分15b具有入口孔18a和出口孔18b。第二部分15b优选地被布置和/或定向使得在入口孔18a接收入射光并且在出口孔18b发射输出光。根据一个实施例，当从光轴19看去，第二部分15b大体上具有圆柱体形状的横截面。然而，根据另一个实施例，第二反射体15b也可具有多边形横截面，优选地与管状反射体的第一部分15a的形状相似。更特别地，第二部分15b可以具有与第一部分15a的横截面形状相对应的横截面形状。 [0023] 第二部分15b的入口孔18a和第二部分15b的出口孔18b大小基本上相同。“大小基本上相同”的说法这里应当被解释为仅在预定限度内是不同的(诸如所讨论的孔的直径相差不超过1-5％，或者处于工厂规格以内)。换句话说，第一部分15a可以具有管状形状而第二部分15b可以具有圆柱体形状。第二部分15b和第一部分15a优选地被布置使得第二部分15b的入口孔18a临近第一部分15a的出口孔17b定位。优选地，第二部分15b的入口孔18a和第一部分15a的出口孔17b具有相同的直径和/或形状。 [0024] 装置14进一步包括光学聚焦元件21。光学聚焦元件21可以是场透镜。优选地，光学聚焦元件21临近管状反射体的第二部分15b进行布置。例如，光学聚焦元件21可以接合至第二部分15b。可替换地，光学聚焦元件21和第二部分15b可以被环(未示出)或另一个(些)分隔元件分开。根据一个实施例，如图3的说明性示例中所公开的，光学聚焦元件21紧密布置在第一部分15a(即反射体的管状部分)和第二部分15b(即反射体的圆柱体部分)之间的光路中(即沿光轴19)。更一般地，光学聚焦元件21可以位于第二部分15b的入口孔18a和第一部分15a的出口孔17b之间。 [0025] 光学聚焦元件21的其它位置同样是可能的。例如，光学聚焦元件21可以临近管状反射体的第二部分15b的出口孔18b进行定位。例如，光学聚焦元件21可以直接位于出口孔18b处。可替换地，光学聚焦元件21和出口孔18b可以被环(未示出)或另一个(些)分隔元件分开。图4中示出了这样的装置22。图4的装置22因此与图3的装置14相似。因此，装置22尤其包括光源阵列1、具有第一部分15a和第二部分15b的管状反射体(其中第一部分15a和第二部分15b中的每一个具有入口孔17a、18a以及出口孔17b、18b)以及光学聚焦元件21。从光源阵列1经过光学聚焦元件21朝向第二部分15b的出口孔18b形成光轴19。 [0026] 如以上所提到的，装置14、22包括光源阵列1，光源阵列1包括多个光源2。光源阵列1被布置为在第一部分15a的入口孔17a处将光射进管状反射体的第一部分15a。光源阵列1因此可以靠近或邻近管状反射体的第一部分15a(的入口孔17a)进行定位。 [0027] 装置14、22(包括第一部分15a、第二部分15b、光源阵列1以及光学聚焦元件21)因此被布置为形成要在第二部分15b的出口孔18b处输出的经准直的均匀色彩混合光的光束。 [0028] 图5示出了根据一个实施例的装置24。图5的装置24与图3和图4的装置14、22相似。因此，装置22尤其包括光源阵列1、具有第一部分15a和第二部分15b的管状反射体(其中第一部分15a和第二部分15b中的每一个具有入口孔17a、18a以及出口孔17b、 18b)以及光学聚焦元件21。从光源阵列1经过光学聚焦元件21朝向第二部分15b的出口孔18b形成光轴19。 [0029] 装置24进一步包括透镜组25。透镜组25被布置为可控地对在第二部分15b的出口孔18b处所发射的光进行聚焦/失焦。该透镜组包括相对于彼此间隔布置的至少两个透镜25a、25b。特别地，透镜阵列25可以在管状反射体的第二部分15b的出口孔18b之外沿光轴19进行放置。透镜组25的至少一个透镜25a、25b是可以可控地朝向和/或远离透镜组25的另一个透镜25a、25b以及/或者朝向管状反射体的第二部分15b移动的。这样的装置可以以有限的模糊和有限的彩色边缘实现高对比度。更详细地，通过这样的装置24，变焦透镜可以基本上独立于变焦因数的数值(即变焦程度)保持聚焦，或者甚至独立于变焦因数的数值完全保持聚焦。 [0030] 因此，根据一个方面，可以提供一种用于控制如以上所公开的装置(或光学系统)、包括至少一个如以上所公开的装置的灯具和/或照明系统的方法。换句话说，照明系统可以包括光源阵列1、色彩混合装置(诸如所公开的管状反射体)以及诸如所公开的透镜组25之类的可调光学系统(例如可变焦和/或可聚(失)焦投影系统)。该光学系统沿其光轴19可以包括两个部分；第一分段(诸如部分15a和/或部分15b)，色彩在其中进行混合(空间的和角度的)，以及分段部分(诸如部分15b和/或透镜阵列25)，其中色彩在第二部分的光学系统中的所有位置进行混合。因此，即使该投影系统失焦到最大限度(即独立于变焦因数的数值)，该投影系统也可以通过使第一分段和第二分段相对于彼此进行移动而被控制以便该投影系统在任意状态向处于第二分段内的焦平面进行投影，其中色彩在该第二分段中进行混合。 [0031] 此外，根据一些实施例，光源阵列1可以包括被布置为发射第一色彩的光的至少一组光源2以及被布置为发射不同于第一色彩的第二色彩的光的至少一组光源2。一组光源2可以由单个光源所定义。类似地，一组光源2可以包括按组布置在一起的两个或更多个光源。例如，一组光源2可以以一行发光二极管(LED)的形式来提供。根据一个实施例，光源包括多个LED。优选地，光源包括5到250个LED。更为优选地，光源包括20到200个LED。甚至更为优选地，光源包括70到150个LED。增加光源的数量可以增加输出光的通量(以lm为单位)。增加光源的数量还可以增加可通过该装置获得的不同色彩的数量。 [0032] 根据本发明的一个实施例，光源包括2-8种不同色彩的LED。例如，LED可以具有白色(W)、红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、琥珀色(A)、蓝绿色(C)、深红色(dR)和/或深蓝色(dB)发射光谱。通过其组合，落入由WRGBAdRdB启动LED的色坐标所构成的色空间内的任意期望光谱是可获得的。根据一个实施例，光源因此包括诸如(RGB)、(NW+WW)、(RGBA)、(RGBAW)、(RGBW)、(RGBAC)、(RGBAdR)、(RGBACdR)、(RGBACdRW)、(RGBACdRdB)等多种色彩。 [0033] 此外，可能期望光源占据尽可能小的面积而仍然允许存在大量的LED。因此，可能期望具有高密度封装的LED阵列。根据一些实施例，多个光源包括具有介于5％到70％之间的EPI密度的LED阵列。优选地，多个光源包括具有介于15％到50％之间的EPI密度的LED阵列。根据EPI密度而理解LED的发光部分的总面积与光源的面积的相对关系。 [0034] 图6示出了用于根据一个实施例的如参考图3或图4所公开的装置14、22的照明图案23。遮光布(或GOBO；来源于最初用在光源和布景之间的电影布景上的“Go Between”或GOes Before Optics)是被放入光源内部狭缝或者置于光源前面的物理模板。遮光布因此可以被用来控制从光源和/或照明系统所发射的光的形状。这样的遮光布可以位于所公开的装置14、22的准直和色彩混合光学器件的出口处。优选地，遮光布位于接近场透镜或准直透镜的位置并且将由接合至照明系统的其余部分的光学投影系统投影到屏幕上，例如墙上。可替换地或者除遮光布之外，可以提供被配置为反射、折射、吸收和/或衍射光的光掩模、波长转换元件和波束成形元件。由于在出口孔处(即接近于场透镜或准直透镜处)已经实现了非常良好的色彩混合，所以照明图案显示出没有彩色条纹或成卷边缘的锐利图案23。 [0035] 总之，已经公开了一种用于聚光照明的照明系统。该系统包括具有反射内表面的管状反射体。该管状反射体包括两个部分；具有入口孔以及大于入口孔的出口孔的第一部分(优选地具有如从系统的光轴所看到的凸面体形状)以及与第一部分相邻的第二部分，该第二部分具有大小基本上相同的入口孔和出口孔。该系统进一步包括光源阵列，该光源阵列包括被布置为在入口孔处将(优选地具有不同光谱内容和/或不同色彩的)光射进管状反射体的第一部分的多个光源。该系统进一步包括接合至管状反射体的第二部分的光学聚焦元件(诸如场透镜)。该光源阵列、场透镜、管状反射体的第一部分和第二部分因此被配置以便形成使得能够在输出光束中进行均匀色彩混合(空间的和角度的)的准直光束。 [0036] 本领域技术人员意识到本发明并不以任何方式局限于以上所描述的优选实施例。与之相反，许多修改和变化在所附权利要求的范围之内是可能的。例如，所公开的装置可以是灯具的一部分。因此，灯具可以包括一个或多个如以上所公开的装置。类似地，所公开的装置可以是照明系统的一部分。如以上所提到的，多个光源中的至少一个可以包括诸如至少一个发光二极管(LED)之类的固态光源。这样的LED可以是无机的或有机的。多个光源可以可替换地或可选择地包括一个或多个紧凑型荧光灯(CFL)、高压气体放电(HID)灯和/或卤素灯。根据图5中所示出的实施例，透镜组25包括两个透镜25a、25b。同样地设想到在透镜组25a、25b中包括任意数量的透镜(例如三个、四个、五个、六个或更多个透镜或者甚至单个透镜)的实施例。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈