提供从若干光源混合的光的照明装置的制作方法

本发明涉及一种通过从若干光源混合的光的照明装置。

背景技术：

包括发光二极管(LED)的灯或照明装置可以包含多种色彩的LED以便允许色彩调整或实现较高的显色指数(CRI)。针对此类装置期望提供一种光，该光在远场中(例如，在正在被此类装置照亮的表面、物体或房间处)而且在近场中(例如当观察者注视该装置时)在色彩和强度方面均匀的光。然而，为了使用不同色彩的多个LED来实现高效的CRI，使用若干反射器或准直器是常见的，而这导致在近场中观察到不同的色彩。此特定问题的解决方案是使用利用附加混合部件对来自若干LED的光进行准直的单个准直器。一个已知解决方案由全内反射(TIR)准直器组成，其在出口孔上具有小平面以便漫射光，在某些情况下这是不够的，因而在全内反射表面上或者甚至包括TIR准直器的主体内的扩散元件使用小平面。

然而，即使在使用单准直器的装置中，色彩的混合仍是不完善的，使得当观察近场(例如注视准直器内部时)不同的色彩仍是可见的。此外，小平面提供了来自准直器的宽射束，这将不会实现窄的混合光束，即将存在很强的展度弱化。

US 6,139,166提出了使用分束器将来自发射不同色彩的光的LED的光混合。然而，若干源的色彩混合要求超过一个混合级，并且提出的装置使用了包括可以导致损耗的反射镜的棱镜块。

因此，仍需要一种可以在近场和远场两者中在将来自若干光源的光混合的同时提供窄射束的照明装置。

技术实现要素：

关于照明装置的上述期望性质，本发明的一般目的是提供一种可以提供包括来自若干光源的光的均匀混合的窄射束的照明装置。

根据本发明的第一方面，利用一种照明装置来实现这些及其它目标，该照明装置包括准直器，其具有入口孔和出口孔；交叉分束器，其包括第一表面元件和垂直于所述第一表面元件布置的第二表面元件，所述第一表面元件和第二表面元件被配置成分别地透射和反射入射在所述第一表面元件和第二表面元件上的光的近似相等部分；以及至少四个照明单元，每个所述照明单元包括光源和聚焦元件，该聚焦元件具有被布置成从所述光源接收光的入口孔和出口孔，聚焦元件被配置成使光朝着所述分束器聚焦。交叉分束器被布置成接收来自每个所述照明单元的光并被配置成将来自每个光源的光分离成四个射束，并且进一步被布置和配置成使得所述四个射束指向所述准直器的所述入口孔。准直器被配置成与所述射束相交互以提供四个图像，每个图像包括来自每个照明单元的光的四分之一。

就照明装置而言，应理解的是本装置的目的是提供用于全面照明或局部照明的照明。

在本文中应将每个表面元件理解为能够将来自照明单元的入射光分离成基本上相等比例的透射部分和反射部分。就相等比例而言，应理解的是在入射到分束器上的光之中，约一半被透射，且约一半被反射。

准直器应被理解成反射并混合通过入口孔进入准直器的光，并且通过出口孔发出准直或聚焦的光。此外，准直器被配置成使得离开准直器的光在出口孔中的每个点处包括来自每个光源的光的基本上相等部分，并且造成当在远场中观察时来自不同光源的光的均匀混合的结果。从而，应理解的是，来自不同光源的已在分束器中被分离的透射部分和反射部分将到达准直器并被混合，因为准直器被配置成使得将来自一个照明单元的光的透射部分与来自其余照明单元的光的反射部分混合。这将造成在出口孔中的每个点处来自每个光源的基本上相等部分的光的结果。换言之，近场中的光的强度分布可能是不均匀的，但是近场中的每个点应包括来自每个光源的相等部分的光。通过准直器的配置，远场中的强度分布显示出基本上均匀的强度分布以及来自不同光源的光的均匀混合。

照明单元包括光源和聚焦元件。该光源是在使用中发射并提供光的装置的组件。光源也可以是较小源的阵列。聚焦元件从光源接收光并使光朝着分束器聚焦。

本发明是基于这样的认识，即通过使用使来自光源的光聚焦到分束器的聚焦元件以及被配置成将透射和反射部分混合的准直器，其中所述分束器被布置成使得光的透射部分和反射部分两者指向准直器的入口孔，可以提供包括来自不同光源的光的混合物的窄光束。本发明因此实现了窄光束，该窄光束包括在远场中将观察到的由光源产生的光混合，并且在近场中可以在出口孔中的每个点处观察到来自每个光源的相等部分的光。因此，在近场中也将观察到由光源产生的光混合。此外，照明装置不要求光经历将会促使光损失通量和或辉度的多次反射。本发明的另一优点是照明单元和分束器小到足以允许使用照明装置作为当前照明夹具(诸如标准PAR灯照明器或爱迪生螺纹底座(E17、E27等))的改装型。另一优点是不要求附加的混合装置或组件，因为光的混合是在准直器中发生的。

通过将分束器提供为包括透射和反射入射在表面上的光的近似相等部分的表面元件，提供了薄且简单的分束器设计。从而，可以以低成本、利用廉价的材料制造分束器。

有利地，本发明还通过添加垂直于第一表面的分束器的第二表面，而允许来自四个照明单元并因而来自四个不同光源的光的混合。四个光源可以实现较高的CRI或期望的色彩。此外，四个照明单元还将提供更多的光并照亮准直器的出口孔的较大部分。通过照亮准直器的出口孔的较大部分，从照明装置提供较高的轴上强度。

根据本发明的另一实施例，光源可以发射不同波长的光。通过使用不同波长(即色彩)的光源，来自每个光源的光的混合将使得光能够成为光源的色彩的混合。从而，照明装置将在远场和近场两者中均具有期望的色彩。

根据本发明的一个实施例，聚焦元件可以是TIR元件。TIR元件被用作用于光源的聚焦元件，以实现在使用中从光源发出的光到小区域中的高效引导和聚焦。

根据本发明的另一实施例，所述光源可以是发光二极管。发光二极管被用作光源，因为其是能量高效的。应将发光二极管理解为LED管芯、LED子组合件或封装LED。

根据本发明的一个实施例，准直器可以是抛物面反射镜。从入口孔将来自分束器的光聚焦并引导至远处目标的抛物面反射镜是具有众所周知的性质的简单构造，并且因此可以被配置到一定的距离或聚焦程度。

根据本发明的另一实施例，准直器可以是TIR菲涅耳透镜。TIR菲涅耳透镜是薄的，并且因此使得照明装置能够更小。此外，TIR菲涅耳透镜可以具有大孔径，其在照明装置将被用于全面照明的情况下是有利的。还可以使用其它类型的光学元件来具体实现本发明的准直器，诸如RXI光学件、UFO透镜、折射菲涅耳透镜或板条准直器。

根据本发明的一个实施例，准直器的出口孔可以是圆形的。优选地使用圆形出口孔以便允许照明布置或装置充当对当前使用的聚光灯或类似灯的替换。

根据本发明的另一实施例，准直器的出口孔可以包括漫射元件。为了进一步将由照明装置发射的光混合，在准直器的出口孔上提供漫射元件。

根据本发明的一个实施例，聚焦元件的出口孔可以包括漫射元件。不同色彩的光源的照度分布可以是不同的。通过在聚焦元件的出口孔上提供漫射元件，实现了更好的混合。

根据本发明的另一实施例，每个光源可以发射来自以下群组的波长的光：465nm、520nm、575nm或630nm。上述波长的均匀混合将产生在美感上令人喜欢且可以产生高CRI的光。

当研究所附权利要求及以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到在没有背离本发明范围的情况下，可以将本发明的不同特征组合以产生除下面描述的那些之外的实施例。

附图说明

现在将参考示出本发明的不同实施例的附图来更详细地描述本发明的这些及其它方面。

图1是根据本发明的一个实施例的照明装置的横截面侧视图；

图2是根据本发明的另一实施例的照明装置的横截面顶视图；

图3是根据本发明的另一实施例的照明装置的分解透视图；以及

图4A和4B分别地示出了近场和远场中的根据本发明的一个实施例的来自照明装置的光的照度分布。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考被设计为改装型的照明装置来讨论根据本发明的照明装置的实施例。应注意的是这绝不限制本发明的范围，其在例如具有其它类型或设计的照明装置的其它环境中也适用。此外，主要使用抛物面反射镜作为准直器来讨论本发明；然而，本发明在准直器是适合于提供局部照明或全面照明的照明装置的任何其它类型的情况下也适用。此外，在附图中所示的光源的布置仅仅是示意性表示。在使用中，数目、浓度及其它此类细节将由每个应用决定。

现在将参考附图来描述本发明，在附图中首先将注意力指向结构且然后其次是功能。

图1是照明装置100的横截面侧视图。照明装置100包括具有入口孔和入口孔的抛物面反射镜形式的准直器112。还可以使用其它类型的光学元件来体现准直器112，诸如TIR菲涅耳透镜、RXI光学件、UFO透镜、折射菲涅耳透镜或板条准直器。照明装置100还包括布置在准直器112的入口孔处的分束器106。此外，照明装置100包括两个照明单元，每个照明单元包括聚焦元件104和光源102。聚焦元件104可以例如是TIR元件。光源102可以是任何固态光源，诸如LED管芯、LED子组合件或封装LED形式的发光二极管。聚焦元件104使来自光源102的光朝着分束器106聚焦。

分束器106被布置成从每个照明单元接收光并被配置成将光分离成透射部分110和反射部分108。分束器106被配置成将大约一半的光分离成透射部分110，并将一半的光分离成反射部分108。用透射和反射那些入射在表面元件上的光的近似相等部分的基本上平面的表面元件来体现本文中的分束器106。可以用包括反射区域的部分和透射区域的部分的半反射层来实现分束器106。反射区域将反射入射在其上面的光，并且透射区域将允许入射在其上面的光被透射，从而导致入射在分束器106上的光的反射和透射部分。半反射层因此可以包括针对透明背景被隔离的反射区域的阵列。此外，还可以用射束分离箔(诸如然后被层压到透明载体上的部分镜面塑料)来实现分束器106。此外，可以通过直接地用铝或银涂布箔载体板，且然后在涂层中提供适当狭缝来实现分束器106。

请注意，分束器106和照明单元被布置并配置成使得来自每个照明单元的透射光110和反射光108指向准直器112的入口孔。换言之，从每个光源102发出的光被聚焦元件104朝着分束器106聚焦，并且分束器106被布置在出口处或者以光被分束器透射和反射的方式，即由光源102发出的光到达准直器112的出口孔处。光的透射和反射部分在准直器112中被混合，因为准直器112的抛物线形状将把来自任一照明单元的光的透射部分110提供为在与来自其它照明单元的光的反射部分108相同的方向上发射。从而，离开准直器112的光在出口孔中的每个点处包括来自每个光源的光的基本上相等部分，并且导致当在远场中观察时的来自不同光源102的光的均匀混合。

因此，在使用中，光源102发射被聚焦元件104朝着分束器106聚焦的光。入射在分束器106上的光然后被分束器106分离成透射部分110和反射部分108。请注意，这将针对照明装置100的两个照明单元发生，并且因此导致离开准直器112的光在出口孔中的每个点处包括来自每个光源的光的基本上相等部分，因为来自照明单元的透射部分110在准直器112中与其它照明单元的反射部分108相混合。

现在参考图2，其为照明装置200的横截面顶视图。照明装置200与已提到的照明装置100的不同之处在于现在存在两个附加照明单元，即总共四个照明单元，其还包括聚焦元件104和光源102。分束器206的不同之处还在于其现在包括垂直地布置在第一表面元件的各侧上的第二表面元件。第一和第二表面元件因此形成被布置为十字形的分束器，此后为交叉分束器206。要求交叉分束器206是为了使离开准直器112的光在出口孔中的每个点处包括来自每个光源的光的基本上相等部分，并且因此实现在远场中观察到的来自四个照明单元的光的均匀混合。在使用中，聚焦元件104将朝着交叉分束器206的中心引导从光源102发出的光的会聚射束。在与交叉分束器206的每个交叉点204处，射束的大约一半将被透射且另一半被反射。这在图2中针对来自光源102的单个光束示出。因此，交叉分束器206将把来自光源102的光分离成在本质上垂直方向上的四个光束，该光束到达准直器112的出口孔。四个光束将在多个点208处到达准直器并与之相交互，在那里，该四个光束将被反射并通过准直器112的出口孔从照明装置200发出。所讨论的过程对于全部的四个照明单元而言是相同的，并且因此将从准直器112提供四个图像，该四个图像包括来自每个照明单元的光的四分之一。每个图像包括从光源102发出的光的均匀混合。在远场中，四个图像被聚焦并导致来自所有光源102的均匀混合。

在图3中，示出了还在图2中示出的照明装置200的分解透视图。所示的四个照明单元包括光源102和聚焦元件104。每个聚焦元件104具有出口表面308，其从光源102接收光并使光通过出口孔304朝着交叉分束器306聚焦。换言之，聚焦元件104执行与椭圆反射镜基本上相同的功能，一个焦点在光源102处且第二焦点在全部四个椭圆反射镜的公共焦点处，其标记交叉分束器306的中心位置。准直器112被示为旋转对称的抛物面反射镜112。其它类型的准直器112也可以与根据本发明的照明装置200一起使用，诸如折射或TIR菲涅耳透镜或任何其它类型的准直装置。请注意，本发明允许有准直器112的圆形出口孔，其允许照明装置200被改装为标准照明器具中的改装型。

准直器112的出口孔302还可以包括漫射元件以便进一步将离开准直器112的光混合。以类似方式，聚焦元件104的出口孔304可以包括漫射元件以便调整来自具有不同色彩的光源102的照度分布的差。

在图4A中，示出了近场(即照明装置200的出口孔302)处的照度分布。由于交叉分束器206提供四个图像，每个图像是来自每个照明单元的光的四分之一，所以在出口孔302中可以看到四个光照峰值区域。请注意，这些光照峰值区域中的光将包括来自每个照明单元的光的本质上相等部分。因此，如果光源102发出不同色彩的光，则可以在四个强度峰值区域中的每一个中看到不同色彩的混合。

在图4B中示出了照明装置200的远场处的光的强度分布。由于准直器112已使光准直或聚焦，所以远场中的强度分布显示出基本上均匀的强度分布以及来自不同光源的光的均匀混合。因此，在图4B中存在仅一个强度峰值区域。

另外，根据附图、本公开以及所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施要求保护的本发明时可以理解并实现公开实施例的变型。例如，本领域技术人员将设想在没有包括垂直于第一表面的第二表面的分束器的情况下使用超过两个的照明单元。其它类型的光源当然也是可能的，但是优选地为固态光发射器。固态光发射器的示例是发光二极管(LED)、有机发光二极管OLED或者例如激光二极管。除提到的那些之外的其它波长也将是可能的并在本发明的范围内。在权利要求中，单词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实并不表明不能有利地使用它们的组合。