本發(fā)明涉及一種用于顏色隨位置變化的光源的準(zhǔn)直器、包括準(zhǔn)直器的照明裝置以及相關(guān)的方法。

背景技術(shù)：

許多應(yīng)用需要發(fā)出統(tǒng)一白光的光源。一些光源通過不同顏色的光的混合來提供白光。實(shí)際上，由這些類型的光源發(fā)出的光在光源作為點(diǎn)光源出現(xiàn)的遠(yuǎn)場中通常不是統(tǒng)一的白色，并且用于顏色校正的各種技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。例如，wo2013/035036a1公開了具有旋轉(zhuǎn)對稱表面段的準(zhǔn)直器，所述表面段設(shè)計(jì)為用于校正所謂的“顏色隨角度”(coa)變化。簡而言之，coa變化源自于發(fā)射光的顏色取決于發(fā)射角。

可能發(fā)生的不期望的顏色變化的另一示例被稱為“顏色隨位置”(cop)變化，其指發(fā)射光的顏色取決于光源上的發(fā)射位置的情況?？梢允褂脺?zhǔn)直器來減少cop變化，但與coa變化的情況相比，必須滿足不同的技術(shù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供一種能夠減少來自光源的遠(yuǎn)場光的不期望的顏色變化的改進(jìn)的或替代的準(zhǔn)直器將是有利的。特別感興趣的一個(gè)方面是準(zhǔn)直器校正cop變化的能力。

為了更好地解決這個(gè)問題，在本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于cop光源的準(zhǔn)直器。該準(zhǔn)直器包括：焦點(diǎn)(f)；包含焦點(diǎn)(f)的光軸；圍繞光軸布置或布置在光軸上的成像元件；以及圍繞光軸布置的多個(gè)光擴(kuò)展元件，用于接收來自成像元件的至少一個(gè)圖像。光擴(kuò)展元件具有不同的光束變寬特性，并且所述光擴(kuò)展元件中的每個(gè)光擴(kuò)展元件的光束變寬特性取決于光擴(kuò)展元件相對于焦點(diǎn)(f)的位置。光擴(kuò)展元件適于使撞擊光擴(kuò)展元件的光在包括光軸的第一平面中擴(kuò)展。

“cop光源”是指具有cop變化的光源。也就是說，由光源發(fā)射的光的顏色取決于光源上發(fā)光的位置。

為準(zhǔn)直器提供與位置相關(guān)的光擴(kuò)展元件——成像元件在其上形成至少一個(gè)圖像——改善了具有不同顏色的光的混合，并且因此可以減少來自cop光源的遠(yuǎn)場光的不期望的顏色變化。

在一個(gè)實(shí)施例中，成像元件被配置用于一維成像。根據(jù)另一實(shí)施例，成像元件被配置用于二維成像。根據(jù)預(yù)期應(yīng)用的技術(shù)要求或者出于成本原因，一種類型的成像元件可能相對于另一種是優(yōu)選的。

每個(gè)光擴(kuò)展元件的光束變寬特性可以取決于從焦點(diǎn)到光擴(kuò)展元件所測量的光路長度。每個(gè)光擴(kuò)展元件的光束變寬特性可以取決于從光軸到光擴(kuò)展元件的正交距離。準(zhǔn)直器通常具有的形狀使得這些類型的位置相關(guān)性導(dǎo)致遠(yuǎn)場中不同顏色的光的良好混合。

在一個(gè)實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件適于使撞擊光擴(kuò)展元件的光在第一平面和第二平面兩者中擴(kuò)展，其中第二平面與第一平面正交并且具有與光軸正交的法線。將光在兩個(gè)平面中擴(kuò)展而不是僅僅一個(gè)平面中擴(kuò)展可以改善遠(yuǎn)場中不同顏色的光的混合。

在一個(gè)實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件是微透鏡或小面。在一些實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件是漫射元件。這些類型的光擴(kuò)展元件容易制造成具有特定應(yīng)用所需的光束變寬特性。

在一個(gè)實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件適于擴(kuò)展撞擊光擴(kuò)展元件的光，使得撞擊了不同光擴(kuò)展元件的光束在空間中相同地?cái)U(kuò)展開。這種光擴(kuò)展元件有助于確保沒有特定顏色的光在遠(yuǎn)場中占主導(dǎo)。

在一個(gè)實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件設(shè)置在準(zhǔn)直器的光重定向表面上。這種準(zhǔn)直器特別適用于具有中等功率發(fā)光二極管的應(yīng)用。

在一個(gè)實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件設(shè)置在準(zhǔn)直器的光出射表面上。

在一個(gè)實(shí)施例中，準(zhǔn)直器包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述成像元件由第一透鏡形成，并且光擴(kuò)展元件設(shè)置在第二透鏡上。這種準(zhǔn)直器特別適用于具有大量光源的應(yīng)用，并且可以使用相對少量的材料來制造。第二透鏡可以為光束偏轉(zhuǎn)提供大的面積，并使準(zhǔn)直器具有統(tǒng)一的外觀。

在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種照明裝置，其包括根據(jù)第一方面的準(zhǔn)直器并且包括顏色隨位置變化的光源，所述光源布置在準(zhǔn)直器的焦點(diǎn)上，使得來自光源的光被準(zhǔn)直器接收。

第二方面可以具有與第一方面相同或相似的特征和技術(shù)效果，反之亦然。

在本發(fā)明的第三方面中，提出了一種用于準(zhǔn)直由顏色隨位置變化的光源發(fā)出的光的方法。該方法包括：提供如上所述的準(zhǔn)直器，將光源布置在準(zhǔn)直器的焦點(diǎn)上，以及操作光源。在光源的操作期間，光源的至少一個(gè)圖像被來自成像元件的光擴(kuò)展元件接收，并且撞擊光擴(kuò)展元件的光在包括光軸的第一平面中被擴(kuò)展。

第三方面可以具有與第一方面相同或相似的特征和技術(shù)效果，反之亦然。

應(yīng)當(dāng)注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中所述的特征的所有可能的組合。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些方面和其他方面。

圖1示出了包括準(zhǔn)直器和光源的照明裝置的實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖2示出了圖1中的照明裝置的另一示意性橫截面圖。照明裝置相對于圖1已經(jīng)圍繞光軸旋轉(zhuǎn)了90度。

圖3示出了圖1中的照明裝置的示意性俯視圖。

圖4示出了包括準(zhǔn)直器和光源的照明裝置的替代實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖5示出了包括準(zhǔn)直器和光源的照明裝置的另一替代實(shí)施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖6是用于準(zhǔn)直來自cop光源的光的方法的一些步驟的流程圖。

如圖所示，為了說明的目的，層和區(qū)域的尺寸被夸大，因此提供它們是為了說明本發(fā)明實(shí)施例的一般結(jié)構(gòu)。相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，并且不應(yīng)被解釋為局限于本文所闡述的實(shí)施例；相反，提供這些實(shí)施例是為了透徹而完整，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

圖1至圖3示出了具有cop光源2和準(zhǔn)直器3的照明裝置1。照明裝置1可以例如是聚光燈。

準(zhǔn)直器3被配置為將來自光源2的光準(zhǔn)直為在照明裝置1的一般照明方向i上傳播的光束。準(zhǔn)直器3的高度h和寬度w通常遠(yuǎn)大于光源2在任何方向上的延伸度。高度h通常在10mm至100mm之間。寬度可以是光源2的直徑的約5至20倍。光源2被布置在準(zhǔn)直器3的焦點(diǎn)(f)和光軸oa上，光軸oa是準(zhǔn)直器3的中心軸線并且與一般照明方向i平行。光源2被布置成使得由光源2發(fā)射的光被準(zhǔn)直器3接收。更具體地，由光源2發(fā)射的光被圍繞光軸oa布置的成像元件4接收。在本實(shí)施例中，成像元件4是圓形對稱的并且中心在光軸oa上。成像元件4被配置為形成光源2的兩個(gè)圖像。在其他實(shí)施例中，成像元件4可以被配置為僅形成一個(gè)圖像或形成多于兩個(gè)圖像，最合適的圖像數(shù)量取決于多個(gè)因素，例如準(zhǔn)直器3的尺寸和幾何形狀。成像元件4可以被配置用于二維成像或用于一維成像。由成像元件4形成的圖像被放大。放大率尤其地取決于圖像的數(shù)量、光源2的尺寸和光擴(kuò)展元件5的尺寸(見下文)等等，但可以例如是2.5或3。成像元件4可以例如由聚碳酸酯、硅樹脂或環(huán)烯烴共聚物制成。其他可能的材料是丙烯酸酯，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)。成像元件4可以由玻璃或塑料制成。

多個(gè)光擴(kuò)展元件5圍繞光軸oa布置，以接收成像元件4通過偏轉(zhuǎn)來自光源2的光所形成的兩個(gè)圖像。因此，成像元件4被配置為將光源2的兩個(gè)圖像聚焦在光擴(kuò)展元件5上，通常使得全部圖像都落在光擴(kuò)展元件5上。成像元件4在第一組光擴(kuò)展元件6上產(chǎn)生第一圖像，并在第二組光擴(kuò)展元件7上產(chǎn)生第二圖像，其中第一組6比第二組7遠(yuǎn)離光軸oa和光源2。第一圖像由光源2以相對于光軸以小于θ0的角度所發(fā)射的光形成，并且第二圖像由以大于θ0的角度所發(fā)射的光形成。

光擴(kuò)展元件5具有位置相關(guān)的光束變寬特性，這意味著特定光擴(kuò)展元件的光束變寬特性取決于光擴(kuò)展元件相對于焦點(diǎn)f的位置。更具體地，每個(gè)光擴(kuò)展元件的光束變寬特性取決于從焦點(diǎn)f到光擴(kuò)展元件測得的光路長度。在該實(shí)施例中，這種相關(guān)性使得每個(gè)光擴(kuò)展元件的光束變寬特性取決于從光軸到光擴(kuò)展元件的正交距離，但在其他實(shí)施例中，情況可以是這樣或者不是這樣。光擴(kuò)展元件5可以適于通過例如反射和/或折射來擴(kuò)展光。光擴(kuò)展元件5的示例包括微透鏡和小面(facet)，這時(shí)光擴(kuò)展元件5的光束變寬特性由微透鏡或小面的曲率決定。光擴(kuò)展元件5通常具有在從10微米到幾毫米范圍內(nèi)的尺寸?？梢灾瞥晒鈹U(kuò)展元件5的材料包括諸如鋁的金屬和金屬化塑料。

每個(gè)光擴(kuò)展元件5適于在第一平面m中擴(kuò)展入射光，第一平面m將被稱為子午平面m。每個(gè)光擴(kuò)展元件5還可以適于在第二平面s中擴(kuò)展入射光，第二平面s將被稱為矢狀平面s。光擴(kuò)展元件的子午平面m是包含光擴(kuò)展元件和光軸oa的平面。光擴(kuò)展元件的矢狀平面s包含光擴(kuò)展元件，與子午平面m正交，并且具有與光軸oa正交的法線。

光擴(kuò)展元件5設(shè)置在光重定向表面8(諸如由反射鏡形成的反射表面)上。光重定向表面8是彎曲的，使得入射光通常被重定向在一般照明方向i上。光重定向表面8圍繞光軸oa并且關(guān)于光軸oa是圓形對稱的。從光軸oa到光重定向表面8的正交距離在照明裝置1的一般照明方向i上增加。光重定向表面8的前邊緣限定光出射平面p，光出射平面p垂直于光軸oa并且是光在離開準(zhǔn)直器3時(shí)通過的平面。

圖4示出了與前面關(guān)于圖2所討論的照明裝置類似的照明裝置14的實(shí)施例。然而，在該實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件8設(shè)置在準(zhǔn)直器30的光出射表面6上。光擴(kuò)展元件8可以與光出射表面15單塊形成，或者與附接在光出射表面15上的單獨(dú)的部件(例如板)相集成。在一些實(shí)施例中，光擴(kuò)展元件8適于使光漫射(diffuse)，例如通過透射所導(dǎo)致的漫射或者通過金屬反射所導(dǎo)致的漫射。

圖5示出了與前面關(guān)于圖2和圖3所討論的照明裝置類似的照明裝置9的實(shí)施例。然而，在該實(shí)施例中，準(zhǔn)直器300包括形成成像元件的第一透鏡4和設(shè)置有光擴(kuò)展元件5的第二透鏡10。在本實(shí)施例中，第一透鏡4被配置為在第二透鏡10上形成光源2的一個(gè)放大圖像，但在其他實(shí)施例中，第一透鏡4可以被配置為形成兩個(gè)或更多個(gè)圖像。第一透鏡4可以例如是平凸元件或菲涅爾透鏡。第二透鏡10可以是旋轉(zhuǎn)對稱的準(zhǔn)直透鏡。第二透鏡可以是自由形狀的菲涅爾透鏡，其允許獨(dú)立地控制來自透鏡的光出射表面的每個(gè)點(diǎn)的光的方向和擴(kuò)展，這時(shí)光擴(kuò)展元件與第二透鏡10單塊形成。第一透鏡4和第二透鏡10與光軸oa正交并且彼此平行地間隔開距離l1布置。距離l1通常在毫米或厘米范圍內(nèi)。第一透鏡4和光源2之間的距離l2通常為幾厘米。第一透鏡4的寬度w1通常小于第二透鏡10的寬度w2。寬度w1和w2通常在毫米或厘米范圍內(nèi)。

圖6是用于對來自顏色隨位置變化的光源2的光進(jìn)行準(zhǔn)直的方法的一些步驟的流程圖。在步驟s1中，提供類似于前面關(guān)于圖2至圖4所討論的準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直器3。在步驟s2中，在準(zhǔn)直器的光軸上布置cop光源2。在步驟s3中，將光源投入操作。

以下將參照圖2至圖4來描述本發(fā)明的實(shí)施例的操作。通過激活光源2，光源2發(fā)射光，所述光通過撞擊成像元件4而被準(zhǔn)直器3接收。在通過成像元件4形成在光擴(kuò)展元件5上的每個(gè)圖像中，不同顏色的光在空間上分離，使得每個(gè)光擴(kuò)展元件5不接收由光源2發(fā)射的具有所有顏色的光。在沒有成像元件4的情況下，每個(gè)光擴(kuò)展元件5將接收從光源上發(fā)射光的所有位置的光。因此，每個(gè)光擴(kuò)展元件5將接收由光源2發(fā)射的具有所有顏色的光(這是由于cop變化)。對于一些應(yīng)用，從顏色僅在一個(gè)空間方向上分離(在這種情況下，成像元件4被配置用于一維成像)或在兩個(gè)空間方向上分離(在這種情況下，成像元件4被配置用于二維成像)的意義上說，顏色的部分分離是足夠的。在一維情況下，光束的顏色在子午平面中分離。在二維情況下，光束的顏色在子午平面和矢狀平面中都分離。

由于成像元件4對顏色的分離，第一光擴(kuò)展元件11接收的光的顏色與比第一光擴(kuò)展元件11更靠近光源2的第二光擴(kuò)展元件12接收的光的顏色稍微不同。第一光擴(kuò)展元件11與光軸oa之間的正交距離為d1，并且第二光擴(kuò)展元件12與光軸oa之間的正交距離為d2。第一光擴(kuò)展元件11被第一光束10撞擊，第一光束10因此被朝向一般照明方向i重定向，并且在第一光擴(kuò)展元件11的子午平面m中，并且還可選地在矢狀平面s中擴(kuò)展。類似地，第二光束13撞擊第二光擴(kuò)展元件12，由此第二光束13被朝向一般照明方向i重定向，并且在第二光擴(kuò)展元件12的子午平面中，并且還可選地在矢狀平面中擴(kuò)展。第一光擴(kuò)展元件11使第一光束10擴(kuò)展，使得其在子午平面m中覆蓋角度θ1。第二光擴(kuò)展元件12使第二光束13擴(kuò)展，使得其在第二光擴(kuò)展元件12的子午平面中覆蓋角度θ1。第一光束10和第二光束13在它們各自的子午平面中覆蓋的角度相等或近似相等。

光線11’和11”示出了光源2的中心的成像，而光線13’和13”示出了光源2的邊緣的成像，即光源2發(fā)射不同顏色的不同位置的成像。

在第一和第二光擴(kuò)展元件11、12適于在它們各自的子午平面和各自的矢狀平面中擴(kuò)展光的那些實(shí)施例中，第一和第二光束10、13以下述方式擴(kuò)展。第一光擴(kuò)展元件11使第一光束10擴(kuò)展，使得第一光束10在子午平面m中覆蓋角度θ1，并且在矢狀平面s中覆蓋角度θ2。第二光擴(kuò)展元件12使第二光束13擴(kuò)展，使得第二光束13在第二光擴(kuò)展元件12的子午平面中覆蓋角度θ1，并且在第二光擴(kuò)展元件12的矢狀平面中覆蓋角度θ2。角度θ1和θ2可以相同也可以不同，但是第一光束10和第二光束13在它們各自的子午平面中覆蓋的角度相等或近似相等，并且第一光束10和第二光束13在它們各自的矢狀平面中覆蓋的角度相等或近似相等。

在離開準(zhǔn)直器3時(shí)，第一光束10和第二光束13因此被定向?yàn)榕c光軸oa大致平行，并且在空間中大致相同地?cái)U(kuò)展開。作為說明，應(yīng)當(dāng)注意，光擴(kuò)展元件5通過經(jīng)由曲面形成相應(yīng)的焦點(diǎn)來擴(kuò)展光束，其中具有不同焦點(diǎn)的光擴(kuò)展元件5以不同的方式擴(kuò)展入射光束。這類似于透鏡的工作方式。此外，從光擴(kuò)展元件到光源2的距離越大，光源2對于光擴(kuò)展元件則“顯得”越小。因此，如果光擴(kuò)展元件5的光束變寬特性不是依賴于位置的，則離開第一光擴(kuò)展元件11的光束將比離開第二光擴(kuò)展元件12的光束寬。第一光擴(kuò)展元件11的更強(qiáng)的光束變寬特性補(bǔ)償了更大的距離，使得第一光束10和第二光束13的寬度在準(zhǔn)直光中相互匹配，由此，一個(gè)光束的顏色不會(huì)在遠(yuǎn)場中壓制另一個(gè)光束的顏色。

本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，本發(fā)明絕不限于上述優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變型都是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)施要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究將能夠理解和實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施例的其他變型。在權(quán)利要求中，“包括”一詞并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的單一事實(shí)并不表示不能有利地使用這些措施的組合。