具有光输出的均匀混合的基于led的直视照明装置制造方法
【专利摘要】所提供的是用于在直视照明装置中产生混合光的方法和装置。所述照明装置包括多个光源（132），其组合地被配置成生成多个不同颜色的光；第一光混合腔（110）；以及与第一混合腔通过至少一个开口（134）光通信的至少一个第二光混合腔（120）。至少一个直接可见的出光表面（112）耦合到第一光混合腔。光源包含在（多个）第二光混合腔中，所述第二光混合腔被配置成防止从光源发射的光直接撞击在（多个）出光表面上。第一光混合腔和（多个）出光表面被配置成混合从光源发射的光，使得离开（多个）出光表面的所有光在亮度和颜色上基本均匀。
【专利说明】具有光输出的均匀混合的基于LED的直视照明装置
【技术领域】
[0001]本发明一般地针对通过LED光源提供混合光的装置和方法。更具体地，本文所公开的各种发明方法和装置涉及从基于LED的颜色混合照明装置生成在亮度和颜色上基本均匀的光。
【背景技术】
[0002]数字照明技术(即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的光照)提出对传统荧光、HID和白炽灯的可行替换。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、较低操作成本和很多其他功能优点和益处。LED技术中的最新进展业已提供高效且鲁棒的全光谱照明源，其使得能够在很多应用中实现多种照明效果。包含这些源的其中一些灯具的特征在于照明模块，其包括能够产生不同颜色(例如，红、绿和蓝)的一个或多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成各种颜色和颜色改变的照明效果的处理器，例如本文中通过引用而并入的如在美国专利N0.6，016，038和N0.6，211，626中详细讨论的。
[0003]在包含能够产生特定色点和色温处的光的一个或多个LED的很多照明灯具(或“照明装置”)中，可能期望在光输出离开基于LED的照明灯具之前对这样的LED的光输出进行适当的混合。LED的适当混合可以减少照明灯具的光输出中任何不期望的色彩不均匀性的存在并且提供更合期望的光输出特性。在实现混合的解决方案中，很多照明灯具采用多个大混合腔和/或仅从单个平面出光开口提供光照。这样的配置可能导致不合期望的大混合解决方案和/或实用性有限的混合解决方案。
[0004]而且，所开发的用于在远场中混合来自LED光源的光的各种技术(B卩，用具有均匀亮度或颜色的光来光照远处的表面)并未令人满意地致力于直视照明装置的颜色混合、均匀性或点亮的外观。具体来说，直视照明装置的一个重要特性是发射光的表面的均匀外观。均匀外观是其中没有亮或暗区域或光的颜色变化(诸如泛绿或泛粉的点)的一种外观。优选地，观察者应当不能简单地通过注视照明装置而分辨各个光源(或其行)或辨别各个颜色(例如,红、绿或蓝)。
[0005]颜色均匀性是重要的，这是因为建筑师和照明设计师为了美学的诉求而竭尽全力地遮掩照明装置上的各个亮点和颜色变化。例如，灯具可以安装在凹进处内(或离壁较远的距离处)以隐藏扇形效应和直接眩光。当照明装置展现出不得不使用其他技术来隐藏的突出颜色或亮度非均匀性时，在壁上创建均匀颜色的产品的价值大大降低。
[0006]在照明装置中使用的彩色LED光源的离散性质使得更难以为基于LED的直视照明装置提供均匀的亮度和颜色。之前的方案通常采用附加硬件(例如，二次透镜)来尝试获得外观上的均匀性。然而，这些方案并未提供具有所期望的光输出特性和美学诉求的照明装置。
[0007]因此，在本领域中存在对提供基于LED的直视照明装置的需求，所述照明装置从多个LED产生令人满意的光输出混合，使得其发光表面在亮度和颜色上看起来基本均匀，而无需使用二次透镜或其他技术，并且可以可选地克服现有混合解决方案的一个或多个缺陷。
【发明内容】
[0008]本公开针对用于在直视照明装置中产生在亮度和颜色上基本均匀的混合光的发明方法和装置。 申请人:已经认识并领会到直视照明装置的发光表面的均匀性可以通过采用混合腔的组合而得到改善。在一个实施例中，照明装置包括多个光源，其组合地被配置成生成多个不同颜色的光(例如，使用不同颜色LED的群组)。照明装置还包括第一光混合腔，以及与第一光混合腔光通信的一个或多个第二光混合腔。例如，一个或多个小光混合腔可以与大光混合腔光通信。在该示例中，至少一个直接可见的出光表面耦合到大光混合腔。光源包含在(多个)小光混合腔中，所述小光混合腔被配置成防止从光源发射的光直接撞击在(多个)出光表面上。光从(多个)小光混合腔行进通过(多个)开口以光照大光混合腔。大光混合腔和(多个)出光表面被配置成混合从光源发射的光，使得离开(多个)出光表面的所有光在亮度和颜色上基本均匀。
[0009]一般地，在一个方面中，照明装置包括:多个光源，其组合地被配置成生成多个不同颜色的光；第一腔，其被配置成混合所述多个不同颜色的光；至少一个出光表面，其耦合到所述第一腔且被配置成进一步混合从光源发射的光；以及第二腔，其包含光源且具有至少一个壁和与所述第一腔通信的开口。所述壁被配置成防止从光源发射的光直接撞击到出光表面上。所述开口被配置成准许从光源发射的光通过开口从第二腔行进到第一腔。第一腔和出光表面一起被配置成混合从光源发射的光，使得离开所述至少一个出光表面的所有光在亮度和颜色上基本均匀。
[0010]在一些实施例中，出光表面包括至少一个直接可见的表面。在至少一个实施例中，出光表面包括至少一个漫透射表面。
[0011]在一些实施例中，第一腔包括至少一个光反射表面。在至少一个实施例中，光反射表面被配置成将从光源发射的光的至少一部分朝着所述至少一个出光表面漫反射。在至少一个实施例中，第一腔被配置成混合光，使得若干不同颜色的光在到达出光表面之前重叠。
[0012]在一些实施例中，照明装置包括设置在开口中的透镜、棱镜、镜面反射器和/或光漫射器。在至少一个实施例中，照明装置包括设置在第一腔内在开口和出光表面之间的透射光漫射器。
[0013]在另一方面中，使用具有第一腔以及耦合到第一腔且包含多个光源的第二腔的照明装置来产生光照的方法包括:在第二腔内生成多个不同颜色的光、在第一和第二腔之间配置开口使得准许从光源发射的光通过所述开口从第二腔行进到第一腔中、使用至少一个壁来阻挡从光源发射的光直接撞击到出光表面上、以及组合地使用第一腔和出射表面来混合所述多个不同颜色的光，使得离开出光表面的所有光在亮度和颜色上基本均匀。在至少一个实施例中，出光表面是直接可见的。
[0014]在一些实施例中，混合所述多个不同颜色的光包括在光撞击到所述至少一个出光表面上之前漫射从光源发射的光。在至少一个实施例中，所述方法还包括使用第二腔混合从光源发射的光的至少一部分。
[0015]在又一方面中，照明装置包括:多个光源，其被配置成组合地生成多个不同颜色的光；第一腔；至少一个直视出光表面，其耦合到第一腔；第二腔，其包含光源且具有与第一腔通信的开口，所述开口被配置成准许从光源发射的光通过开口从第二腔行进到第一腔；以及用于混合从光源发射的光的工具，使得离开所述至少一个出光表面的所有光在亮度和颜色上基本均匀。
[0016]在一些实施例中，用于混合光的工具包括至少一个反射漫射器和至少一个透射漫射器。
[0017]如本文出于本公开目的而使用的，术语“LED”应被理解为包括任何电致发光二极管或能够响应于电信号而生成辐射的其他类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流而发射光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(0LED)、电致发光带等等。特别地，术语LED指所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)，其可被配置成生成在红外光谱、紫外光谱和可见光谱各个部分(一般地包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)中的一个或多个中的辐射。LED的一些示例包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED (下面进一步讨论)。还应该领会，LED可以被配置和/或控制以生成具有针对给定光谱(例如，窄带宽、宽带宽)的各种带宽(例如，半高全宽或FWHM)和在给定通用颜色类别内的各种主波长的辐射。
[0018]例如，被配置为生成基本上白色光的LED (例如，白色LED)的一种实现可以包括多个管芯，其分别发射不同的电致发光光谱，其组合地混合以形成基本上白色光。在另一种实现中，白光LED可以与磷光体材料相关联,该磷光体材料将具有第一光谱的电致发光转换为具有不同的第二光谱。在该实现的一个示例中，具有相对较短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，其进而辐射具有更宽些光谱的更长波长辐射。
[0019]还应该理解，术语LED不限制LED的物理和/或电气封装类型。例如，如上所讨论的，LED可以指具有被配置成分别发射不同辐射光谱的多个管芯(例如，其可以或可以不单独可控)的单个发光设备。而且，LED可以与磷光体相关联，该磷光体被视为LED (例如，一些类型的白色LED)的组成部分。一般而言，术语LED可以指封装的LED、未封装的LED、表面安装的LED、板载芯片LED、T-封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某种类型的包装和/或光学元件(例如，扩散透镜)的LED等等。
[0020]术语“光源”应被理解为指各种辐射源中的任何一个或多个，包括但不限于基于LED的源(包括如上所定义的一个或多个LED)、白炽源(例如白热丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯)、激光、其他类型的电致发光源、高温发光源(例如火焰)、烛发光源(例如汽灯罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、电发光源、晶体发光源、显像管发光源、热电发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射致发光源和发光聚合物。
[0021]给定的光源可以被配置成生成可见光谱内、可见光谱外或两者组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可互换地使用。此外，光源可以包括作为集成组件的一个或多个滤光器(例如滤色器)、透镜或其他光学组件。而且，应当理解光源可以被配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或光照。“光照源”是特别地配置成生成具有充足通量的辐射以有效光照内部或外部空间的光源。在该上下文中，“充足通量”是指在空间或环境中生成的在可见光谱中的充足光功率(根据辐射功率或“光通量”，通常采用单位“流明”来表示在所有方向上来自光源的总光输出)以提供环境光照(即，可以被间接感知并且可以例如在被完全或部分感知之前被反射离开各种居间表面中的一个或多个的光)。
[0022]术语“光谱”应当被理解成是指由一个或多个光源产生的辐射的任何一个或多个频率(或波长)。因此，术语“光谱”不仅指可见范围中的频率(或波长)，还指红外、紫外和整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。而且，给定光谱可以具有相对较窄的带宽(例如具有基本上很少频率或波长成分的FWHM)或相对较宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长成分)。还应当领会，给定光谱可以是两个或更多其他光谱混合的结果(例如，混合分别从多个光源发射的辐射)。
[0023]为了本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而，术语“颜色” 一般地主要用来指由观察者可感知的辐射属性(尽管该使用并不旨在限制该术语的范围)。因此，术语“不同颜色”隐含地指具有不同波长成分和/或带宽的多个光谱。还应当领会，术语“颜色”可以结合白色和非白色光两者使用。
[0024]术语“色温”在本文中一般地结合白光使用，尽管这种使用并不旨在限制该术语的范围。色温基本上是指白光的特定颜色内容或深浅(例如，泛红、泛蓝)。给定辐射样本的色温常规地根据辐射与所讨论的辐射样本基本上相同的光谱的黑体辐射器的开尔文温度(K)来表征。黑体辐射器色温一般地落在从大约700 K (典型地视为对人眼第一可见的)到超过10，000 K的范围内；白光一般地被感知在1500-2000 K以上的色温处。
[0025]术语“照明灯具”或“照明装置”在本文中可互换地用来指以特定形状因子、组装或封装的一个或多个照明单元或多个光源的实现或布置。术语“照明单元”在本文中被用来指包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定的照明单元可以具有各种用于(多个)光源的安装布置、机壳/外壳布置和形状、和/或电气和机械连接配置中的任意一种。此外，给定的照明单元可以可选地与涉及(多个)光源的操作的各种其它组件(例如，控制电路)相关联(例如，包括、耦合到和/或与其一起封装)。“基于LED的照明单元”指单独地或与其它非基于LED的光源结合地包括如上所讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指包括被配置成分别生成不同辐射光谱的至少两个光源的基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同源光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。
[0026]术语“直视照明装置”在本文中一般用来描述各种照明灯具，其中从照明灯具发射的光在观察者直接可见的位置处离开所述灯具。直视照明装置可以包括一个或多个发光表面，其定位成使得至少一部分发光表面由观察者直接可见。应当领会到包括在直视照明装置中的光源可以被阻挡直视。
[0027]术语“控制器”在本文中一般地用于描述涉及一个或多个光源的操作的各种装置。控制器可以以许多方式(例如用专用硬件之类)来实现，以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例，其采用可以使用软件(例如微代码)编程以执行本文所讨论的各种功能的一个或多个微处理器。控制器可以用处理器或不用处理器来实现，并且也可以实现为执行一些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器(例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路)的组合。在本公开的各种实施例中可以采用的控制器组件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
[0028]在各种实现中，处理器或控制器可以与一个或多个存储媒体(在本文中一般地被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM以及EEPR0M、软盘、压缩盘、光盘、磁带等)相关联。在一些实现中，存储媒体可以用一个或多个程序来编码，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上运行时，执行本文中所讨论的功能中的至少一些。各种存储媒体可以固定在处理器或控制器内或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中以便实现本文中所讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以通用意义被用来指能够被用于对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如，软件或微代码)。
[0029]在一个网络实现中，耦合到网络的一个或多个设备可以充当用于耦合到网络的一个或多个其它设备的控制器(例如，以主/从的关系)。在另一种实现中，联网环境可以包括被配置成控制耦合到网络的设备中的一个或多个的一个或多个专用控制器。一般地，耦合到网络的多个设备中的每一个都可以访问存在于通信介质或媒体上的数据；然而，给定设备可以是“可寻址的”因为它被配置成基于例如分配给它的一个或多个特定标识符(例如，“地址”)来选择性地与网络交换数据(即，从网络接收数据和/或向网络传输数据)。
[0030]本文中所使用的术语“网络”是指便于信息在耦合到网络的任何两个或更多设备之间和/或多个设备之中的输送(例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等)的两个或更多设备(包括控制器或处理器)的任何互连。如应当容易领会的，适于互连多个设备的网络的各种实现可以包括各种网络拓扑中的任一个并且采用各种通信协议中的任一个。此夕卜，在根据本公开的各种网络中，两个设备之间的任何一个连接可以表示两个系统之间的专用连接，或者可替换地表示非专用连接。除了承载意在用于这两个设备的信息之外，这样的非专用连接可以承载未必意在用于这两个设备中的任一个的信息(例如，开放网络连接)。另外，应当容易领会，如本文中所讨论的设备的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/电缆、和/或光纤链路来便于遍及网络的信息输送。
[0031]应领会，前述的概念与下文更详细地讨论的附加概念的所有组合(假如这样的概念并不相互矛盾)被预期作为本文中所公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开结尾处出现的所要求保护的主题的所有组合被预期作为本文中所公开的发明主题的一部分。还应领会，也可能出现在通过引用并入的任何公开中的本文明确采用的术语应当被赋予与本文中所公开的特定概念最一致的意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]在附图中，贯穿不同视图的相似参考符号一般是指相同部分。而且，附图未必按照比例绘制，而是一般将重点放在图示本发明的原理上。
[0033]图1A图示了根据实施例的照明装置的顶视图。
[0034]图1B图示了沿着切割线1A-1A的图1A的照明装置的截面侧视图。
[0035]图2图示了根据实施例的示出光行进图案的照明装置的截面侧视图。
[0036]图3图示了根据实施例的示出光行进的另一图案的图1A的照明装置的截面侧视图。
[0037]图4图示了根据实施例的示出光行进的又一图案的图1A的照明装置的截面侧视图。
[0038]图5图示了照明装置的另一实施例的截面侧视图。
[0039]图6图示了照明装置的又一实施例的截面侧视图。[0040]图7图示了照明装置的再一实施例的截面侧视图。
[0041]图8图示了照明装置的另一实施例的截面侧视图。
[0042]图9图示了照明装置的又一实施例的截面侧视图。
[0043]图10图示了照明装置的再一实施例的截面侧视图。
[0044]图11图示了照明装置的另一实施例的截面侧视图。
[0045]图12图示了照明装置的又一实施例的截面侧视图。
[0046]图13是照明装置的另一实施例的顶视图。
[0047]图14是照明装置的又一实施例的顶视图。
[0048]图15是照明装置的再一实施例的顶视图。
【具体实施方式】
[0049]如以上所讨论的，直视照明装置的一个重要特性是发射光的表面的均匀外观，其使得各个光源或不同颜色在视觉上不可辨别。用来获得直视应用中的均匀外观的已知解决方案通常是复杂且低效的。 申请人:已经认识并领会到直视照明装置的发光表面的均匀性可以通过采用混合腔的组合而得到改善。混合腔提供光混合并且防止从包括在其中的光源发射的光直接撞击在发光表面上。鉴于以上，本发明的各种实施例和实现针对用于使用第一光混合腔和至少一个第二光混合腔的组合来混合光的装置和方法。
[0050]图1A是照明装置100的一个实施例的顶视图。如图1A中所示，照明装置100包括第一光混合腔110和耦合到第一腔110的第二光混合腔120。第二腔120包括多个光源130。光源130可以被配置成组合地生成若干不同颜色的光，例如通过布置在类似或不类似颜色的群组中的一个或多个LED 132。如以下将描述的，由光源130发射的光从第二腔120行进到第一腔110中，其中光的至少一部分被混合。出光表面112耦合到第一腔110并且被配置成准许第一腔110内的至少一些光行进通过出光表面112，使得离开表面112的光由观察者直接可见。
[0051]应当领会到在一些实施例中，光源130可以包括非LED光源，诸如传统荧光灯、高强度放电(HID)灯和白炽灯。另外，任何前述光源可以单独地或者与另一个和/或与根据本发明的各种实施例的照明装置中的LED组合地采用。在一些实施例中，光源130可以包括在照明单元或多个照明单元中。在另外的实施例中，光源可以包括在多通道照明单元或多个多通道照明单元中。
[0052]图1B是沿着切割线1A-1A的图1A的照明装置100的侧视截面图。第一腔110 —般具有深度D和高度H的尺寸。在一些实施例中，高度H为大约6厘米(cm)或者更小，从而允许照明装置100具有低轮廓，尽管应当领会的是可以使用大于6cm的高度。第二腔120包括与第一腔110通信的开口 134，以及至少一个壁136。在一些实施例中，壁136以尺寸Cl1伸到第一腔110中。壁136被配置成防止由光源130发射的光(其一部分用虚线140示出)直接撞击到出光表面112上。例如，虽然从LED 132发射的光可以在若干方向上远离LED行进，但是只有在α度(如图1B中所示)的角度范围内远离LED行进的光将通过开口134从第二腔120直接行进到第一腔110中，诸如在140处指示的那部分光。在该配置中，没有从LED 132发射的光能够直接撞击到出光表面112上，这是因为在LED 132和出光表面112之间没有视线。这迫使光在到达出光表面112之前与至少第一腔110交互，在那里所述光被混合。此外，由光源130发射的一些光可以可选地在进入第一腔110之前在第二腔120中混合。
[0053]因为第二腔120伸到第一腔110中，所以当光源130产生光时在第一腔110内的壁136以上的区域比第一腔110的其他区域暗。另外，靠近开口 134的区域看起来比第一腔110的其他区域亮。因此，在第一腔110的不同区域中可能存在光的亮度变化。在一个实施例中，出光表面112包括光透射漫射器。在一些实施例中，出光表面112的漫射属性通过均匀地混合光补偿了第一腔110中的光的亮度变化，使得离开表面112的所有光(例如，从照明装置100直接可见的光)在亮度和颜色上基本均匀。因而，直接观看出光表面112的观察者不可辨别出各个光源(例如，LED 132)和由光源130发射的各个颜色。
[0054]如以上所讨论的，照明装置100的几何结构提供了在至少第一腔110内的光混合并且防止来自光源130的光直接撞击到出光表面112上。在一些实施例中，第一腔110大于第二腔120。第一腔110、第二腔120、壁136和光源130的组合使得照明装置100能够具有大约6cm或者更小的低轮廓，这至少是因为壁136防止光直接撞击到出光表面112上，而不管第一腔110的高度H如何。
[0055]另外，光在行进通过出光表面112之前被迫使在第一腔110中混合，这有助于均匀地产生有色和明亮的光。在一些实施例中，壁136伸到第一腔110中的深度Cl1可以根据光源130 (例如，LED 132)在第二腔120中的位置而变化。例如，深度(I1和/或光源130的位置可以变化成使得由光源130发射的光并不直接撞击到出光表面112上。
[0056]参照图2，在一个实施例中，照明装置100包括以类似于第二腔120的方式但是在第一腔110上的不同位置处耦合到第一腔110的第三光混合腔150。第三腔150包括至少一个壁156，其伸到第一腔110中。第二腔120包含光源130的第一部分，例如，LED (或多个LED) 132，并且第三腔150包含光源130的第二部分，例如，LED (或多个LED) 152。光源130的第一部分可以全部被配置成发射单个颜色的光或若干不同颜色的光。类似地，光源130的第二部分可以被配置成发射单个颜色的光(例如与第一部分相同或不同的颜色)，或者发射若干不同颜色的光。应当领会到，任何数量的光混合腔可以以类似于第二腔120和/或第三腔150的方式耦合到第一腔110。另外，在一些实施例中，每一个光混合腔可以包括一个或多个照明单元和/或多通道照明单元。在一些实施例中，一个或多个光源130(例如，各个LED)可以集成到部件中，以形成照明单元和/或多通道照明单元。
[0057]在一个实施例中，照明装置100的第一腔110包括至少一个光反射表面114。(多个)光反射表面114可以例如位于第一腔110的侧壁或底壁上或者靠近所述侧壁或底壁，并且可以一般地面朝第一腔110的内部部分，使得第一腔110内的光反射离开(多个)表面114。在一个示例中，LED 132发射由虚线指示的光142，并且LED 152发射由实线指示的光144。光142从第二腔120进入第一腔110，并且光144从第三腔150进入第一腔110。至少部分地通过在到达出光表面112之前一次或多次反射离开(多个)光反射表面114，光142和光152在第一腔110中混合。在一些实施例中,光反射表面114可以包括光漫反射表面，其通过将反射离开表面114的光散射在若干不同方向上而进一步有助于光的混合。
[0058]在另一实施例中，第二腔120和/或第三腔150包括一个或多个光反射表面(未不出)。通过反射离开其中的光反射表面，一些光142在第二腔120内混合并且一些光144在第三腔150内混合。[0059]在一个实施例中，光142是第一颜色的光，并且光144是不同于第一颜色的第二颜色的光。光142、144中的至少一些在第一腔110中被反射表面114反射，使得光142、144抵达出光表面112的公共点146，从而导致光142、144以及因此的不同颜色在公共点146处混合。光142、144的其他部分(未不出)抵达出光表面112上的不同点。
[0060]如以上所讨论的，特别地参照图2，根据一些实施例，照明装置100可以包括任何数量的光混合腔。参照图3，在一个实施例中，照明装置100包括第一腔110和第二腔120。照明装置100的第一腔110包括至少一个光反射表面114。(多个)光反射表面114可以例如位于第一腔110的侧壁或底壁上或者靠近所述侧壁或底壁，并且可以一般地面朝第一腔110的内部部分，使得第一腔110内的光反射离开(多个)表面114。在一个示例中，LED 132发射由虚线指示的光140。光140从第二腔120进入第一腔110，并且通过在撞击到出光表面112上之前一次或多次反射离开(多个)光反射表面114而在第一腔110中混合。在一些实施例中，光反射表面114可以包括光漫反射表面,其通过将反射离开表面114的光散射在若干不同方向上而进一步有助于光的混合。在另一实施例中，第二腔120包括至少一个光反射表面124。由LED 132发射的光140中的一些可以在进入第一腔110之前通过反射离开第二腔的(多个)光反射表面124而在第二腔120中混合。
[0061]如以上所讨论的，第二腔120可以包括其中的至少一个光反射表面。参照图4，在一个实施例中，以虚线146和148示出的来自LED 132的光远离LED 132在不同方向上行进并且反射离开光反射表面114和124，从而在第一腔110和/或第二腔120内混合。光146、148中的一些在公共入射点160处以相同方向(由线162不出)反射离开光反射表面114(即，光146和148在反射离开点160之后重叠)，并且抵达出光表面112上的点164。因此光162包括光146和148的组合。例如，如果光146和148是不同颜色的，则光162包括不同颜色的混合。这是可能的，因为光反射表面114 (以及，可选地光反射表面124)的反射离开是漫射的。当其他光(未不出)以类似于光162的方式抵达出光表面112的其他点时,结果是到达出光表面112的所有光或几乎所有光在颜色上基本均匀。在一些实施例中，出光表面112可以被配置成进一步混合光以提供在颜色和亮度的均匀性上的附加改善。
[0062]如以上所讨论的，光混合腔(例如，图1A和IB的第一光混合腔110和第二光混合腔120)可以用来混合光，特别是不同颜色的光。参照图5，在一个实施例中，透射漫射器170设置在第一腔110内在出光表面112和第二腔120之间。透射漫射器170被配置成通过在光到达出光表面112之前漫射在第一腔110内行进的光来在第一腔110内进一步混合光。在另一实施例(未不出)中，照明装置100可以可选地包括设置在第一腔110内在出光表面112和第二腔120之间的多个透射漫射器。在一些实施例中，透射漫射器170可以跨第一腔110的内部水平地取向或者以另一角度取向，以便以许多不同方式中的一个来混合光。在另一实施例中，透射漫射器170可以跨第一腔110的内部的一部分延伸。在各种实施例中，多个透射漫射器的使用可以起到更彻底地对出光表面112处观察到的光进行混合的作用。
[0063]如以上参照图5所讨论的，诸如透射漫射器170之类的其他光学元件可以可选地包括在照明装置100中，以改善照明装置100的光混合特性。在一些实施例中，可以使用其他类型的光学元件及其布置。参照图6，在一个实施例中，透镜、棱镜、镜面反射器或漫射器172设置在第二腔120的开口 134内。透镜、棱镜、镜面反射器或漫射器172被配置成在光到达第一腔110之前对从第二腔120向第一腔110行进的光进行混合。在另一实施例(未示出)中，透镜、棱镜或镜面反射器172可以设置到一个或多个LED 132上以在光被发射时混合或重定向所述光，例如将光定向成朝着第一混合腔中的特定的一个或多个位置，以便改善颜色混合或均匀性。在一些实施例中，第一腔Iio中的透射漫射器170 (或多个透射漫射器)可以与包括在开口 134中的元件172组合地采用。
[0064]例如图2中所示和关于图2所描述的，照明装置100可以包括一个或多个光反射表面114。在一些实施例中，(多个)光反射表面114基本上平行于第一腔110和/或其他腔(例如，第二腔120和第三腔150)的内侧、顶壁或底壁，诸如在图2中所示的那样。参照图7，在一个实施例中，第一腔110的光反射表面114中的至少一些是倾斜的。在另一实施例(未示出)中，第二腔120的光反射表面中的至少一些是倾斜的。通过倾斜各种光反射表面，对应(多个)腔中的光可以被调节成在相应光混合腔内反射若干次和/或反射在各种不同方向上，以有助于混合并提供在颜色和亮度上均匀的光。
[0065]参照图8，在另一实施例中，第一腔110的光反射表面114中的至少一些在一个或多个维度上是弯曲的。如以上就倾斜的反射表面所描述的，调节(多个)反射表面114的弯曲通过改变从其中反射的光的反射次数和/或方向而有助于混合。在一些实施例中，(多个)光反射表面114可以包括隆起和/或其他纹理(未示出)，其可以均衡地或非均衡地分布在第一腔110和/或第二腔120内。这样的隆起或纹理可以通过使用(多个)表面114的多样的反射特性而用来进一步改善光的混合。
[0066]参照图9，在一个实施例中，照明装置100的第一腔110的一个或多个侧壁是向内或向外张开的。侧壁可以是直的或弯曲的。在一些实施例中，张开的侧壁提供了与以上参照图7和8中的倾斜或弯曲的光反射表面描述的那些类似的光混合益处，如本领域技术人员将领会到的。
[0067]如以上所讨论的，在一些实施例中，第二腔120(和其他腔，诸如图2中所示的第三腔150)可以以某一距离Cl1伸到第一腔110中，例如，如在图1B的实施例中所示。各种光混合腔的其他几何配置是可能的。参照图10，在一个实施例中，第二腔120完全地包含在照明装置100的第一腔110内。在该实施例中，第二腔120的一端与第一腔110的侧壁齐平，从而允许照明装置100在大小上相对紧凑。根据所图示的实施例，壁136被配置成防止从光源(例如，LED 132)发射的光直接撞击到出光表面112上。
[0068]图11中示出另一种几何配置，其中根据一个实施例，第二腔120在照明装置100的第一腔110的外部。在该配置中，壁136并未伸到第一腔110中。参照图12，在又一实施例中，LED 132取向成面朝第一腔110的中心而不是朝上(诸如图1B的照明装置100中所示)。因此，根据一些实施例，第二腔120和/或光源(例如，包括LED 132)的位置和/或取向可以变化，从而提供照明装置100在设计、构造和性能方面的灵活性。例如，通过使LED132取向成朝着第一腔110，更多的光可以直接进入第一腔110 (取决于LED 132的发射特性)，这可以提供更高效的光使用。
[0069]图13、14和15示出具有多个第二小腔120的照明装置100的若干实施例。例如，第二腔120可以放置在第一腔110的交替侧上(如图13)、所有都在第一腔110的相同侧上(如图14)、或者在第一腔110的相对端上(如图15)。应当领会到，第二腔120的其他布置可能用于使照明装置100的大小和形状适配于不同应用(例如，将照明装置100安装在非常小或非均匀成形的空间中)、用于使照明装置100适配于提供各种方向上的光照或提供其他美学特性)。在一个实施例中，照明装置100被配置为模块化的，其中任何数量的第二腔120可以耦合到第一腔110，以例如构建在任一维度上如几厘米那样小的，或者如房间的天花板那样大的灯具。
[0070]在一些实施例中，光源130包括可调谐的白色、RGB和/或RGBWA光。例如，光源130可以包括在每组五个的三个群组中的15个LED(每个群组包含在不同的第二腔120内)。LED的每个群组可以包括琥珀色、绿色、蓝色、红色和白色LED,或者其他类型、颜色或数量的LED。LED的其他组合可能提供各种颜色和量的光输出。
[0071]根据以上所描述的实施例中的每一个，第一腔110和第二腔120的大小可以相对于另一个变化。根据一些实施例，第一腔110是相对于耦合到它的一个或多个第二腔120的大小而言的大腔。另外，在第二腔和第三腔(其每一个包括一个或多个光源)耦合到第一腔的情况下，第二腔的尺寸可以不同于第三腔的尺寸。
[0072]根据以上所描述的实施例中的每一个，一个或多个基于LED的直视照明装置100可以通过网络耦合到控制器。网络提供了控制器和每一个照明装置之间的通信路径。例如，若干照明装置可以布置成跨大空间提供光。例如，照明装置可以单独地、成组地或所有一起由控制器控制，以控制照明装置中的任何一个或多个的亮度和/或颜色。
[0073]虽然本文中已经描述并说明了若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易设想到各种其它措施和/或结构，以用于执行本文中所描述的功能和/或获得本文中所描述的结果和/或优点中的一个或多个，并且这样的变形和/或修改中的每一个被视为在本文所描述的发明实施例的范围内。更一般而言，本领域技术人员将容易领会到，本文所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都意指是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明的教导所用于的特定的一个或多个应用。本领域技术人员将认识到或仅仅使用常规实验就能够确定本文所描述的特定发明实施例的许多等同物。因此，要理解的是仅仅作为示例来呈现前述实施例，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于如特别描述和要求保护的那样的方式实践发明实施例。本公开的发明实施例针对本文所描述的每个单独的特征、系统、物件、材料、套件和/或方法。此外，两个或更多这样的特征、系统、物件、材料、套件和/或方法的任何组合都包含在本公开的发明范围内，只要这样的特征、系统、物件、材料、套件和/或方法不相互矛盾。
[0074]如本文所定义和使用的所有定义应被理解为控制字典定义、通过引用并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通意义。
[0075]如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”和“一个”应被理解为意指“至少一个”，除非明显指示相反。
[0076]如本文在说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”应被理解为意指如此连结的元件中的“任一或两者”，即在一些情况下连结存在的元件和在其它情况下分离存在的元件。用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式解释，即，如此连结的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”从句特别标识的元件之外，其它元件可以可选地存在，无论与那些特别标识的元件相关还是不相关。
[0077]如本文在说明书和权利要求中所使用的，关于一个或多个元件的列表的短语“至少一个”应被理解为意指选自元件列表中的任何一个或多个元件的至少一个元件，但是不必包括在该元件列表内特别列出的每个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。该定义还允许可以可选地存在除了短语“至少一个”所指的元件列表内特别标识的元件之外的元件，无论与那些特别标识的元件相关还是不相关。
[0078]还应当理解，除非明显指示相反，否则在本文要求保护的包括一个以上步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不必限于该方法的步骤或动作被陈述的顺序。而且，出现在权利要求中的括号中的参考数字(如果有的话)仅仅为了方便而提供，并且不应被解释为以任何方式限制权利要求。
【权利要求】
1.一种照明装置，包括: 多个光源，其被配置成组合地生成多个不同颜色的光； 第一腔，其被配置成混合所述多个不同颜色的光； 至少一个出光表面，其耦合到所述第一腔并且配置成进一步混合从所述多个光源发射的光；以及 第二腔，其包含所述多个光源并且具有至少一个壁和与所述第一腔通信的开口，所述至少一个壁被配置成防止从所述多个光源发射的光直接撞击到所述至少一个出光表面上，并且所述开口被配置成准许从所述多个光源发射的光通过所述开口从所述第二腔行进到所述第一腔， 其中所述第一腔和所述至少一个出光表面一起被配置成混合从所述多个光源发射的光，使得离开所述至少一个出光表面的所有光在亮度和/或颜色上基本均匀。
2.权利要求1的照明装置，其中所述至少一个出光表面包括至少一个直接可见的表面。
3.权利要求1的照明装置，其中所述至少一个出光表面包括至少一个漫透射表面。
4.权利要求1的照明装置，其中所述第二腔被配置成混合从所述多个光源发射的光。
5.权利要求1的照明装置，其中所述第一腔包括至少一个光反射表面。
6.权利要求5的照明装置，其中所述至少一个光反射表面包括至少一个漫反射表面。
7.权利要求5的照明装置，其中所述至少一个光反射表面被配置成将从所述多个光源发射的光的至少一部分朝着所述至少一个出光表面反射。
8.权利要求7的照明装置，其中所述至少一个光反射表面是至少一个第一光反射表面，并且 其中所述第二腔包括至少一个第二光反射表面。
9.权利要求8的照明装置，其中从所述多个光源发射的光的部分是从所述多个光源发射的光的第一部分，并且 其中所述至少一个第二光反射表面被配置成将不同于所述第一部分的从所述多个光源发射的光的至少第二部分朝着所述至少一个第一光反射表面反射。
10.权利要求9的照明装置，其中所述至少一个第一光反射表面包括在其上的入射光反射点，并且 其中所述至少一个第二光反射表面被进一步配置成将所述光的第二部分朝着所述入射光反射点反射，使得所述第一光反射表面将所述光的第一和第二部分二者从所述入射光反射点朝着所述至少一个出光表面反射在相同方向上。
11.权利要求1的照明装置，还包括设置在所述开口中的透镜、棱镜、镜面反射器和光漫射器中的至少一个。
12.权利要求1的照明装置，还包括设置在所述第一腔内在所述开口和所述至少一个出光表面之间的透射光漫射器。
13.权利要求1的照明装置，其中所述多个光源包括至少一个发光二极管(LED)。
14.权利要求1的照明装置，其中所述多个光源是多个第一光源，并且 其中所述照明装置还包括与所述第一腔光通信并且包含多个第二光源的第三腔。
15.权利要求14的照明装置，其中所述多个第一光源被配置成生成第一组颜色的光，并且所述多个第二光源被配置成生成不同于所述第一组颜色的第二组颜色的光，使得所述第一组颜色和所述第二组颜色的组合提供所述多个不同颜色的光。
16.权利要求15的照明装置，其中所述第一组颜色的光是第一单个颜色的光，并且 其中所述第二组颜色的光是第二单个颜色的光。
17.权利要求1的照明装置，其中所述多个光源是多个第一光源，并且 其中所述照明装置还包括包含有所述多个第一光源的第一多通道照明单元、包含有多个第二光源的第二多通道照明单元、以及与所述第一腔光通信并且包含所述第二多通道照明单元的第三腔。
18.一种使用照明装置产生光照的方法，所述照明装置具有多个光源、第一腔、包含所述多个光源且具有至少一个壁和与所述第一腔通信的开口的第二腔、以及耦合到所述第一腔的至少一个出光表面，所述方法包括: 在所述第二腔内生成多个不同颜色的光； 配置所述开口，使得准许从所述多个光源发射的光通过所述开口从所述第二腔行进到所述第一腔中； 使用所述至少一个壁阻挡从所述多个光源发射的光直接撞击到所述至少一个出光表面上；以及 组合地使用所述第一腔和至少一个出射表面来混合所述多个不同颜色的光，使得离开所述至少一个出光表面的所有光在亮度和/或颜色上基本均匀。
19.权利要求18的方法，还包括配置所述照明装置使得所述至少一个出光表面直接可见。
20.权利要求18的方法，其中混合所述多个不同颜色的光包括在光撞击到所述至少一个出光表面之前漫射从所述多个光源发射的光。
21.权利要求18的方法，还包括使用所述第二腔来混合从所述多个光源发射的光的至少一部分。
22.权利要求18的方法，其中所述照明装置还包括设置在所述第一腔内的至少一个光反射表面，并且其中所述方法还包括在光撞击到所述至少一个光反射表面之前，使用所述第二腔来漫射从所述多个光源发射的光。
23.权利要求22的方法,其中所述至少一个光反射表面包括在其上的入射光反射点，并且 其中所述方法还包括布置所述至少一个光反射表面，使得从所述多个光源发射的光的第一部分和不同于所述第一部分的从所述多个光源发射的光的第二部分从所述入射光反射点朝着所述至少一个出光表面反射在相同方向上。
24.权利要求18的方法，其中所述照明装置还包括基于发光二极管(LED)的多通道照明单兀，并且 其中生成所述多个不同颜色的光包括用基于LED的多通道照明单元生成所述多个不同颜色的光。
25.一种照明装置，包括: 多个光源，其被配置成组合地生成多个不同颜色的光； 第一腔；至少一个直视出光表面，其耦合到所述第一腔； 第二腔，其包含所述多个光源并且具有与所述第一腔通信的开口，所述开口被配置成准许从所述多个光源发射的光通过所述开口从所述第二腔行进到所述第一腔；以及 用于混合从所述多个光源发射的光的工具，使得离开至少一个出光表面的所有光在亮度和/或颜色上基本均匀。
26.权利要求24的照明装置，其中所述第二腔具有至少一个壁，其被配置成防止从所述多个光源发射的光直接撞击到所述至少一个出光表面上。
27.权利要求24的照明装置，其中用于混合光的所述工具包括至少一个反射漫射器和至少一个透射漫射器。
28.权利要求26的照明装置，其中至少一个反射漫射器设置在所述第一腔内。
29.权利要求26的照明装置，其中至少一个透射漫射器包括在所述至少一个出光表面中。
30.权利要求26的照明装置，其中至少一个透射漫射器设置在所述第一腔内。
31.权利要求24的照明装置，还包括基于发光二极管(LED)的多通道照明单元，其包含所述多个光源。
【文档编号】F21S10/02GK103930714SQ201280056423
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月17日
【发明者】P.I.戈德斯特恩, E.A.罗斯, B.罗伯格 申请人:皇家飞利浦有限公司