照明设备 【技术领域】
本发明涉及照明设备。
背景技术
不同的技术已经用于提供具有希望的色温的白色光。一个实例是如WO2006/129220A1中所公开的那样使用二向色混合器和准直器，其中二向色滤波器用于混合和准直来自发射具有不同颜色的光的多个发光二极管的光。聚集的混合输出光具有所有的所述不同颜色，并且因而能够被看作白色光。然而，仍然成为问题的是，所提供的光图案上的颜色分布可能不均匀，从而造成该光图案的一些部分中的变色(discoloration)。
【发明内容】
鉴于以上所述，本发明的目的是解决或者至少减少上面讨论的问题。特别地，目的在于在减小的变色的意义下提供改进的光图案。
本发明基于以下理解：在混合棒中其中也提供准直的第一颜色混合与第二颜色混合的组合是特别有利的，因为第一颜色混合的准直特征改善了第二颜色混合中的颜色混合。因此，总的颜色混合的惊人效果在于，依照本发明的照明设备的总混合特征优于根据被看作单个元件的混合棒和二向色混合器的混合特征的相加所能预期的效果。作为附加但可选的特征，本发明人已经发现，使混合棒具有比其接收区域更小的出射区域是可能的，因为接收的光由第一颜色混合器进行了一定程度的准直。尽管混合棒的该特征提供了一定的去平行性，但是可以使得混合棒更短，并且取决于第二可选准直器的使用和类型，该第二准直器将更易于应用，该第二准直器的尺寸也可以减小。
依照本发明的第一方面，提供了一种照明设备，该照明设备包括：多个提供不同波长的光的光源，具有接收端和输出端的第一准直装置，其中所述光源设置在所述接收端处，并且所述准直装置包括一组二向色滤波器，所述二向色滤波器被设置为所述多个光源中的每一个的子准直器，使得对于每个光源，所述子准直器对来自它的光源的光准直，并且所述每个光源的所述二向色滤波器对于来自不同波长的邻近光源的光半透明(translucent)，从而在所述输出端处可以输出混合且准直的光；具有接收端和输出端的混合棒，其中所述第一准直装置被设置成使得允许实现光从所述第一准直装置的所述输出端耦合到所述混合棒的所述接收端，从而在所述混合棒的所述输出端处可以输出颜色混合的光；以及设置在所述混合棒的所述输出端处的第二准直装置。
相比于仅仅使用类似尺寸的混合棒或二向色混合器，这提供了改进的颜色混合。
这提供了来自所述照明设备的准直的光输出。
所述混合棒可以在沿着总的光传播方向的一定位置处具有比在所述混合棒的所述接收端处的截面面积更小的截面面积。截面面积在这里应当被视为混合棒在垂直于总的光方向的方向上的光学操作部分的截面的面积。其中所述截面面积小于所述混合棒的所述接收端处的截面面积的位置可以在所述混合棒的所述输出端处。
所述混合棒可以具有刻面(facet)。该混合棒可以被折叠、弯折(bend)或弯曲(curve)，使得通过所述混合棒的光传播长度长于该混合棒的外尺寸。
总的说来，除非本文另有明确限定，权利要求书中使用的所有术语都应当依照它们在本技术领域中的普通含义来解释。除非另有明确说明，对于“一/一个/该[元件、设备、部件、装置、步骤等等]”的所有引用都应当被开放式地解释成引用所述元件、设备、部件、装置、步骤等等的至少一个实例。除非有明确说明，本文公开的任何方法的步骤都不必以所公开的确切顺序来执行。
本发明的其他目的、特征和优点根据下面的详细公开、根据所附从属权利要求以及根据附图将显现出来。
附图说明 通过以下参照附图对于本发明优选实施例的说明性且非限制性的详细描述，将能够更好地理解本发明的上述以及附加的目的、特征和优点，在附图中，相同的附图标记将用于相似的元件，其中：
图1和图2示意性地示出了二向色混合器的实例；
图3‑10示意性地示出了混合棒的实例；
图11‑13示意性地示出了准直器的实例；
图14和图15示意性地示出了二向色混合器的可替换实施例；
图16示意性地示出了依照本发明的照明设备的原理；
图17‑19示出了依照本发明的照明设备的示例性实施例；以及
图20‑22示出了卡塞格伦(Cassegrain)准直器的可替换实施例。
【具体实施方式】
参照图1‑15，用于构造依照本发明的照明设备的元件。给出了大量实例，但是为了简明起见，仅显式公开了不同元件的示例性变型，但是本领域技术人员应当容易理解的是，所给出的元件的其他的构象(constellation)以及所给出的元件的变型(例如按照其他但类似的几何结构等等)同样可以作为参照图16‑19讨论的依照本发明的照明设备的实施例。
图1示意性地示出了包括多个光源102的光单元100，每个光源具有不同的波长范围，使得光单元100能够提供具有优选的色温的基本上白色的光。选择和控制光源102以实现所述优选的色温在本领域中是已知的，并且不是本发明的一部分。然而，为了更好的理解，应当指出的是，光源102有利地可以包括例如分别提供红色、绿色和蓝色光的发光二极管(LED)。光源102设置在光单元100的准直装置104的接收端103处。
因此，光单元100包括准直装置104，该准直装置包括用于每一个光源102的子准直器106、107、108。为了理解本发明，考虑子准直器106。子准直器106包括准直元件109、110，其对于从相应光源111发射的光是反射的。准直元件109、110优选地为二向色滤波器。因此，这些滤波器(即准直元件109、110)可以对于其他颜色的光半透明，从而允许实现图1所示的具有在空间中重叠的子准直器的紧凑结构。如果例如光源111发射红色光，那么准直元件被设置成反射红色光，但是或多或少对于绿色和蓝色光半透明。这种滤波器可以由每侧具有16层SiO
2和Ta
2O
5滤波器的玻璃板实现。这将反射波长大约稍大于600nm的光(即红色光)，但是透射波长短于此的可见光(即绿色和蓝色光)。如果考虑来自光源111的两条示例性光线112、113，那么图1中左边的光线 112将由相应的准直元件109反射并且在准直装置104的输出端114处出射，图1中右边的光线113将透射通过相邻的准直元件115、被相应的准直元件110反射、透射通过下一个相邻的准直元件117并且在准直装置104的输出端114处出射。根据相邻的准直元件115、117的特性，红色光能够通过它们。例如，准直元件115能够反射绿色光，但是对于红色是透射的。如下面将要解释的，准直元件115可选地可以为带阻型滤波器并且因而也透射蓝色，例如每侧具有14层SiO
2和Ta
2O
5滤波器的玻璃板。
按照类似的方式，来自光源119的光(例如绿色光)在刚刚穿过相邻的准直元件110、117的时候由准直元件115和116准直，来自光源120的光(例如蓝色光)在刚刚穿过相邻的准直元件110、116的时候由准直元件117和118准直。因此，具有希望的特性的聚集的光在准直装置104的输出端114处发射。准直元件因而可以对于蓝色光是反射的并且对于红色和绿色光是透射的，例如为每侧具有12层SiO
2和Ta
2O
5滤波器的玻璃板。
图2示意性地示出了与参照图1讨论的光单元类型类似但是具有稍微更紧凑的结构的光单元200。图2所绘实施例中的所有子准直器具有公共的输出区域，即在光单元200的输出端处重叠是完全的，而不是如图1所示的仅仅部分重叠。
图1和图2示出了也在WO2006/12920A1中公开的用于光的二向色混合和准直的原理，并且因此这里为了简明起见不给出对于几何结构和版本的进一步阐述，而是参考上述文献。然而，参照图13和图14，下面公开了二向色混合器的附加实施例。
图3‑10以透视图示出了混合棒(即光学延伸元件)的不同实施例，其中光沿着其通过混合棒的路径借助于重复的内反射而混合。混合棒可以由其中反射依赖于全内反射(TIR)的半透明材料制成，或者由反射壳制成，或者由半透明材料与反射环绕壳(例如反射涂层)的组合制成。
图3示出了圆柱形混合棒。图4示出了具有刻面的混合棒，其在这里示为六边形混合棒。然而，刻面的数量及其分布可以以任何适当的方式来选择。
图5示出了一种混合棒，其具有比输出区域更大的接收区域，这增强了混合。这在本发明中是可能的，因为如下面将要参照图16‑19进一 步阐述的，混合棒接收的光已经由二向色混合器进行了一定程度的准直。图5中的混合棒也具有刻面，但是具有比输出区域更大的接收区域以便增强混合的特征也适用于没有刻面的混合棒。
图6示出了一种混合棒，其具有比沿着该混合棒的一定位置处的区域更大的接收区域，这也增强了混合。图6中的混合棒也具有刻面，但是具有比沿着该混合棒的所述位置处的区域更大的接收区域以便增强混合的特征也适用于没有刻面的混合棒。沿着混合棒的所述位置可以被选择成沿着该混合棒的任何适当的位置。
图7示出了一种混合棒，其具有比输出区域更大的接收区域以便增强混合，类似于图5中示出的混合棒，但是在这里该混合棒还具有笔直的部分。图8也示出了一种混合棒，其具有比输出区域更大的接收区域以便增强混合并且具有笔直部分，类似于图7中示出的混合棒，但是在这里该混合棒具有圆形截面。
图9示出了一种混合棒，其具有比沿着该混合棒的一定位置处的区域以及比输出区域更大的接收区域，这也增强了混合。该混合棒在所述第一位置与输出之间的第二位置处也具有更大的截面面积。图9中的混合棒具有圆形截面，但是具有比沿着该混合棒的第一位置处的区域更大的接收区域、在第一位置与输出之间的沿着该混合棒的第二位置处具有更大的截面面积以便增强混合的特征也适用于具有刻面的混合棒。沿着该混合棒的第一和第二位置可以被选择成沿着该混合棒的任何适当的位置。
图10示出了一种混合棒，其具有折叠的光路以便使得通过所述混合棒的光传播长度长于该混合棒的外尺寸。图10示出了具有刻面并且具有比输出区域更大的接收区域的混合棒。然而，将光路折叠可以与参照图3‑9讨论的混合棒的任何特征一起应用。为了实现通过所述混合棒的光传播长度长于该混合棒的外尺寸，也可以将该混合棒弯折或弯曲。
图11‑13示出了在希望准直的光作为来自依照本发明的照明设备的输出的情况下要应用的可选准直器的实例。像针对混合棒的情况一样，准直器可以由其中反射依赖于全内反射(TIR)的半透明材料制成，或者由反射壳制成，或者由半透明材料与反射环绕壳(例如反射涂层)的组合制成。
图11以透视图示出了抛物面准直器。图12以截面图示出了卡塞格 伦准直器。图20‑22中示出了卡塞格伦准直器的另外的实例。图20示出了包括抛物面镜2002和光反射锥2004的卡塞格伦准直器2000。对于该准直器2000，光接收端2006处接收的光需要至少稍微被准直，否则一些光可能错过反射锥2004。示例性光线2008被示出。图21示出了包括抛物面镜2102和弯曲镜2104的卡塞格伦准直器2100。对于该准直器2100，光接收端2106处接收的光需要至少稍微被准直，否则一些光可能错过弯曲镜2104。示例性光线2108被示出。图22示出了包括抛物面镜2202、玻璃或丙烯酸玻璃体2203以及反射镜2204的卡塞格伦准直器2200。对于该准直器2300，光接收端2206处接收的光不一定需要被准直，因为提供了凹陷或者至少折射表面2207。示例性光线2208被示出。图13以截面图示出了准直透镜。本领域技术人员可以容易理解的是，该透镜可以是比图13中所示更复杂的折射元件结构。
图14和图15示出了二向色混合器的附加实施例，其具有与参照图1和图2讨论的以及WO2006/129220A1中的二向色混合器类似的功能。然而，本发明人已经发现，由于该混合器的紧凑性以及由于来自该二向色混合器的光输出的质量的原因，有利的是基于二维方法而不是基于参照图1和图2讨论的以及WO2006/129220A1中的一维分布放置光源。在参照图14和图15讨论的实施例中，使用了三个光源以及六边准直装置。然而，任何适当数量的光源和准直装置的边都是适用的，例如四个光源和四边准直装置、四个光源和八边准直装置等等。便利的是，光源的数量和边的数量是彼此的倍数(1、2、3、...倍)。
图14a示出了依照一个实施例的二向色混合器1400的侧视图。依照该实施例的二向色混合器1400可以被看作参照图1讨论的实施例的光源和滤波器的三维设置，但是其中环绕反射器1406构成子准直器的一部分。该二向色混合器具有放置光源1403所处的接收端1402以及其中可输出混合且准直的光的输出端1404。图14b为从光源侧看到的二向色混合器1400的视图。图14c为二向色混合器1400的透视图。图14d为二向色混合器1400沿着图14a中的直线A‑A的截面图，其中可以看到环绕反射器1406、工作于第一波长范围内的第一光源1408及其相应二向色滤波器1409、工作于第二波长范围内的第二光源1410及其相应二向色滤波器1411以及工作于第三波长范围内的第三光源1412及其相应二向色滤波器1413。每个二向色滤波器1409、1411、1413与环绕反 射器1406一起形成用于其关联的光源的子准直器。这可以在观察图14e时看出，图14e为二向色混合器1400沿着图14a中的直线B‑B的截面图。应当注意的是，图14d与图14e之间的关系是成相对比例的。因此，可以看出，所有的子准直器共享相同的输出区域。
图15a示出了依照一个实施例的二向色混合器1500的侧视图。依照该实施例的二向色混合器1500可以被看作参照图2讨论的实施例的光源和滤波器的三维设置，但是其中环绕反射器1506构成子准直器的一部分。该二向色混合器具有放置光源1503所处的接收端1502以及其中可输出混合且准直的光的输出端1504。图15b为从光源侧看到的二向色混合器1500的视图。图15c为二向色混合器1500的透视图。图15d示出了二向色混合器1500的三维视图，其中去除了环绕反射器的若干部分以便使得二向色滤波器1509、1511、1513可见。图15e为二向色混合器1500沿着图15a中的直线A‑A的截面图，其中可以看到环绕反射器1506、工作于第一波长范围内的第一光源1508及其相应二向色滤波器1509、工作于第二波长范围内的第二光源1510及其相应二向色滤波器1511以及工作于第三波长范围内的第三光源1512及其相应二向色滤波器1513。每个二向色滤波器1509、1511、1513与环绕反射器1506一起形成用于其关联的光源的子准直器。这可以在观察图15f时看出，图15f为二向色混合器1500沿着图15a中的直线B‑B的截面图。
图16示意性地示出了依照本发明的照明设备1600的原理，该照明设备包括向混合棒1604提供混合且准直的光的二向色光混合器1602，在所述混合棒中，光被进一步混合以便输出。如果准直的光是所希望的，那么混合棒1604将光输出到可选的准直器1606。二向色光混合器1602可以是参照图1、图2、图14或图15讨论的或者WO2006/129220中公开的任何二向色光混合器。混合棒1604可以是参照图3‑10讨论的任何混合棒，并且准直器可以是任何适当的准直器，例如参照图11‑13讨论的任何准直器。
图17‑19示出了依照结合图16所述的组合的实例。本领域技术人员应当容易理解的是，在利用了以上详细描述中所公开的内容之后，大量其他的组合和变型同样是可能的，但是为了简明起见，这些在本公开中都省略了。
图17示出了一种照明设备1700，其具有带有光源1702的二向色混 合器(例如结合图2所公开的)，以及圆柱形混合器棒1704(如结合图3所公开的混合棒)。
图18示出了一种照明设备1800，其具有例如结合图15所公开的二向色混合器1802以及在其接收端1805处比在其输出端1806处具有更大面积的混合器棒1804。在混合器棒1804的输出端1806处，附接了准直器1808以便提供准直的输出光。该准直器1808例如为结合图12所公开的卡塞格伦准直器。
图19示出了一种照明设备1900，其具有例如结合图14所公开的、向混合棒1904提供混合且准直的光的二向色混合器1902，所述混合棒具有被折叠以使外尺寸减小的光路，并且具有比接收端区域更小的输出端区域。混合棒1904提供光给准直器1906，例如抛物面准直器。
上面已经结合一些实施例大致描述了本发明。然而，本领域技术人员应当容易理解的是，与上面公开的实施例不同的其他实施例同样可能处于所附专利权利要求限定的本发明的范围之内。