專利名稱：用于聚光照明的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于聚光照明的照明系統(tǒng)，其包括管狀反射鏡和光源陣列。
背景技術(shù)：
在聚光照明應(yīng)用(諸如舞臺(tái)設(shè)置或其它氛圍營造照明)中，已經(jīng)大規(guī)模使用了具有彩色濾光片的白光源。最近，作為備選，已經(jīng)開發(fā)了具有彩色光源(諸如發(fā)光二極管LED)的照明系統(tǒng)。在具有彩色光源的系統(tǒng)中，可以通過電子控制來改變色彩，并且總是可以獲得全部可用色彩。在聚光照明應(yīng)用中，所發(fā)射光的均勻性(homogeneity)是非常重要的。在US6200002中描述了用于聚光照明的照明系統(tǒng)的一個(gè)示例，其中管狀準(zhǔn)直儀校準(zhǔn)來自布置在該準(zhǔn)直儀入口中的光源陣列的光。雖然US6200002與現(xiàn)有技術(shù)相比提供了改善的均勻性，但是將希望進(jìn)一步改善所發(fā)射光的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上，本發(fā)明的一般目的在于提供一種用于聚光照明的改進(jìn)的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供對(duì)由該照明系統(tǒng)所發(fā)射的光的改善的均勻性。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于聚光照明的照明系統(tǒng)，包括具有反光內(nèi)表面的管狀反射鏡，該管狀反射鏡具有入口孔和比該入口孔更大的出口孔；光源陣列，包括被布置為在該管狀反射鏡的該入口孔處向該管狀反射鏡中發(fā)射光的多個(gè)光源；以及被布置為擴(kuò)散由該照明系統(tǒng)所發(fā)射的光的光擴(kuò)散光學(xué)元件，其中，該光擴(kuò)散元件被配置為隨著與該照明系統(tǒng)的光軸的距離的增加而展現(xiàn)增加的擴(kuò)散能力。本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)由具有出口孔比入口孔大的管狀反射鏡的照明系統(tǒng)所輸出的光通常展現(xiàn)較高的均勻性，即，靠近該照明系統(tǒng)的光軸比遠(yuǎn)離該照明系統(tǒng)的光軸具有更高的空間統(tǒng)一度。本發(fā)明人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，通過布置光擴(kuò)散光學(xué)元件來擴(kuò)散該照明系統(tǒng)所輸出的光并且將該光擴(kuò)散光學(xué)元件配置為隨著與該照明系統(tǒng)的光軸的距離的增加而展現(xiàn)增加的擴(kuò)散能力，可以實(shí)現(xiàn)該照明系統(tǒng)的輸出效率與該照明系統(tǒng)輸出的光的均勻性之間的有益的折衷。因此，將光擴(kuò)散集中在其具有最大影響的地方，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)該照明系統(tǒng)所輸出的光的改善的均勻性，同時(shí)將由該光擴(kuò)散光學(xué)元件的散射和/或吸收所導(dǎo)致的光學(xué)輸出效率的降低最小化。該光擴(kuò)散光學(xué)兀件可以有利地通過散射來擴(kuò)散在其上入射的光，其中隨著與該照明系統(tǒng)的光軸的距離增加，散射增加。為了提供足夠程度的強(qiáng)度以及(當(dāng)適用時(shí))色彩統(tǒng)一性，同時(shí)抑制光擴(kuò)散光學(xué)元件中的光損失，該光擴(kuò)散光學(xué)元件可以取決于該光源陣列和管狀反射鏡的特性而對(duì)入射光進(jìn)行高達(dá)大約±10°的散射。對(duì)于光源陣列和/或管狀反射鏡被如此配置以提供光的良好混合的照明系統(tǒng)，大約±5°的最大散射可能是足夠的。
最大散射可以有利地發(fā)生在靠近該管狀反射鏡的邊緣處，并且在靠近該光軸處相當(dāng)?shù)退降纳⑸淇赡苁亲銐虻?。例如，在該光軸處的散射可以是±1°或者甚至0°。擴(kuò)散能力隨著與該光軸的距離的增加而增加可以基本上連續(xù)或以步進(jìn)的方式發(fā)生。此外，該光擴(kuò)散元件可以包括具有可控的擴(kuò)散特性的設(shè)備。此類設(shè)備的一個(gè)示例是可開關(guān)I3DLC層。并且，該照明系統(tǒng)可以有利地進(jìn)一步包括被布置為對(duì)由該照明系統(tǒng)所發(fā)射的光進(jìn)行聚焦的聚焦光學(xué)元件，從而可以降低該照明系統(tǒng)所輸出的光的角展度。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的各種實(shí)施方式中這可能是特別有利的，因?yàn)樵摴鈹U(kuò)散光學(xué)元件一般可以增加通過該光擴(kuò)散光學(xué)元件的光的角展度。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，可以按照這樣一種方式來配置該管狀反射鏡和該光源陣列中的至少一個(gè)，該方式使得該光源陣列的每個(gè)對(duì)稱狀態(tài)與該管狀反射鏡的任何對(duì)稱狀態(tài)不同。在本申請(qǐng)的上下文中，“對(duì)稱狀態(tài)”可以理解為一種與初始狀態(tài)不同的、導(dǎo)致與初始狀態(tài)相同的配置的狀態(tài)?？梢酝ㄟ^任意類型的變換(諸如旋轉(zhuǎn)、平移、鏡像等等)來實(shí)現(xiàn)對(duì)稱狀態(tài)。通過避免重合的對(duì)稱狀態(tài)，可以降低所發(fā)射光的優(yōu)選方向的發(fā)生，從而可以改善關(guān)于所發(fā)射光的強(qiáng)度以及(當(dāng)適用時(shí)的)色彩的空間均勻性。如果存在管狀反射鏡的對(duì)稱狀態(tài)，則可以通過例如管狀反射鏡的物理配置來控制管狀反射鏡的對(duì)稱狀態(tài)，并且如果存在光源陣列的對(duì)稱狀態(tài)，則可以通過該光源陣列中所包括的光源的布置來控制該光源陣列的對(duì)稱狀態(tài)。根據(jù)各種實(shí)施方式，可以通過配置該管狀反射鏡和該光源陣列中的至少一個(gè)以使其不具有對(duì)稱狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)該光源陣列和該管狀反射鏡的非重合對(duì)稱狀態(tài)。例如，可以隨機(jī)布置該光源，并且/或者該管狀反射鏡可以具有不規(guī)則的截面。備選地，該管狀反射鏡可以展現(xiàn)第一數(shù)量的具有相同配置的狀態(tài)，并且該光源陣列可以展現(xiàn)第二數(shù)量的具有相同配置的狀態(tài)，并且該第一數(shù)量與該第二數(shù)量之間的比值可以是非整數(shù)。該布置提供非重合對(duì)稱狀態(tài)。具有相同配置的狀態(tài)的數(shù)量等于該初始狀態(tài)加上對(duì)稱狀態(tài)的數(shù)量，S卩，對(duì)稱狀態(tài)的數(shù)量加一。此外，通過將該照明系統(tǒng)配置為使得該第一數(shù)量和該第二數(shù)量的最大公約數(shù)等于一，可以更進(jìn)一步降低所發(fā)射光的優(yōu)選方向的發(fā)生，從而可以更進(jìn)一步改善所發(fā)射光的均勻性。此外，該第一數(shù)量，即由該管狀反射鏡展現(xiàn)的對(duì)稱狀態(tài)的數(shù)量可以是大于二的質(zhì)數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于該光源陣列中的該光源的布置的更大的設(shè)計(jì)自由度，因?yàn)楦俚墓庠磁渲脤⒄宫F(xiàn)與這樣的管狀反射鏡配置重合的對(duì)稱狀態(tài)。根據(jù)各種實(shí)施方式，此外，該管狀反射鏡和該光源陣列中的至少一個(gè)可以展現(xiàn)關(guān)于該照明系統(tǒng)的光軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。該管狀反射鏡可以具有基本上多邊形的截面。在本申請(qǐng)的上下文中，“多邊形的截面”應(yīng)當(dāng)理解為一種由在至少三個(gè)點(diǎn)連接的線條的閉合路徑所界定的截面，該至少三個(gè)點(diǎn)形成多邊形的截面的角。線條可以是直的或彎曲的。例如，多邊形的角之間的每個(gè)路徑可以關(guān)于該多邊形截面而凹陷或者凸起。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，該多邊形截面可以是七邊形(7個(gè)邊)或九邊形(9個(gè)邊)。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式，該管狀反射鏡的該截面可以具有基本上圓的或橢圓的形狀。為了進(jìn)一步改善該照明系統(tǒng)所發(fā)射的光的均勻性，可以用這樣一種方式配置該照明系統(tǒng)，以使得該光源陣列中所包括的該光源的總面積可以等于該管狀反射鏡的該入口孔的面積的至少5%。該光源的總面積應(yīng)該理解為該光源的總發(fā)射表面，即可以發(fā)射光的面積。通過提供總發(fā)射面積與該入口孔的面積的足夠的比例，可以進(jìn)一步改善該照明系
統(tǒng)所發(fā)射的光的均勻性。本發(fā)明人所執(zhí)行的測(cè)試顯示這樣的足夠的比例大約是該管狀反射鏡的該入口孔的面積的5%，并且更高的比例產(chǎn)生更好的結(jié)果。然而，該比例可以優(yōu)選地等于或最少10%，更優(yōu)選地等于或最少15%，并且最優(yōu)選地等于或最少20% .根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，光源陣列可以另外包括至少一組被配置為發(fā)射第一色彩的光的光源以及至少一組被配置為發(fā)射與該第一色彩不同的第二色彩的光的光源。一組光源可以是單個(gè)光源或者可以是被布置在一起的一群光源。例如，可以按照一行發(fā)光二極管(LED)的形式提供一組光源。因此，可以提供來自該照明系統(tǒng)的光的色彩可控的輸出本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)以這樣一種方式配置光源陣列對(duì)于該照明系統(tǒng)所輸出的光的均勻性是有益的，在該方式中該光源陣列包括至少三組被配置為發(fā)射第一色彩的光的光源以及至少三組被配置為發(fā)射第二色彩的光的光源。此外，該光源有利地被布置為使得相鄰的光源組之間的最大間隔小于該入口孔的橫向延伸的三分之一。因此，可以避免光源陣列中的大塊“黑暗”區(qū)域，這進(jìn)一步改善該照明系統(tǒng)所輸出的光的均勻性。將光源更進(jìn)一步均勻地分布在光源陣列中導(dǎo)致均勻性的進(jìn)一步的改善。


現(xiàn)在將參考示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式的附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些以及其他方面，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的照明系統(tǒng)的分解圖；圖2a_圖2b是沿光軸看到的截面圖，其圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的不同對(duì)稱關(guān)系；圖3示意性地圖示了示例性光源陣列配置；以及圖4示意性地圖示了圖I中的照明系統(tǒng)中所包括的擴(kuò)散元件的示例性的配置。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，參考包括光源陣列和管狀反射鏡的照明系統(tǒng)來描述本發(fā)明，其中該光源陣列展現(xiàn)第一數(shù)量的對(duì)稱狀態(tài)并且該管狀反射鏡展現(xiàn)第二數(shù)量的對(duì)稱狀態(tài)。應(yīng)該注意到這絕非意味著限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明等效應(yīng)用于光源陣列和管狀反射鏡中的一個(gè)或兩個(gè)可能沒有對(duì)稱狀態(tài)的其他照明系統(tǒng)。圖I示意性地圖示了用于聚光照明的照明系統(tǒng)，該聚光照明適用于氛圍營造燈光照明，諸如舞臺(tái)設(shè)置。照明系統(tǒng)10包括裝配在諸如印刷電路板(PCB)3之類的載體上的由諸如LED陣列之類的光源13a-13d形成的光源陣列1，其中，PCB 3布置在散熱器(heatspreader) 4上,散熱器4繼而被布置在散熱片5上。照明系統(tǒng)10還包括具有反光內(nèi)表面的管狀反射鏡2。管狀反射鏡2具有光入口孔7和比光入口孔7更大的光出口孔8。在該管狀反射鏡2的出口孔8處提供了擴(kuò)散元件，在這里該擴(kuò)散元件采取光學(xué)擴(kuò)散片9的形式。光源陣列I被布置在入口孔7處，以向管狀反射鏡2內(nèi)發(fā)射光。在圖I中示意性地圖示的示例性實(shí)施方式中，管狀反射鏡2在與照明系統(tǒng)的光軸12垂直的平面上具有多邊形的截面。
為了實(shí)現(xiàn)由照明系統(tǒng)10輸出的光的良好均勻性，光源陣列I和管狀反射鏡2應(yīng)該不具有重合的對(duì)稱狀態(tài)?，F(xiàn)在將參考圖2a_圖2b來描述滿足該條件的兩個(gè)示例性配置，圖2a-b是沿照明系統(tǒng)10的光軸12、從管狀反射鏡的出口孔8看到的截面圖。在圖2a中所示意性地圖示的第一示例性配置中，光源陣列I展現(xiàn)I個(gè)初始狀態(tài)和3個(gè)對(duì)稱狀態(tài)，即導(dǎo)致與初始狀態(tài)相同的配置的附加狀態(tài)。因此，如可以在圖2a中容易地看出的，光源陣列I因此總共具有配置相同的4個(gè)狀態(tài)。另一方面，圖2a中的管狀反射鏡2具有I個(gè)初始狀態(tài)和4個(gè)對(duì)稱狀態(tài)，總共5個(gè)配置相同的狀態(tài)。因此，圖2a中所示意性地圖示的照明系統(tǒng)配置在光源陣列I與管狀反射鏡2之間不展現(xiàn)任何重合的對(duì)稱狀態(tài)。具體而言，分別用于管狀反射鏡2的配置相同的狀態(tài)的數(shù)量與用于光源陣列I的配置相同的狀態(tài)的數(shù)量之間的比值為5/4 = I. 25，這是非整數(shù)。在圖2b中所示意性地圖示的第二示例性配置中，光源陣列I展現(xiàn)I個(gè)初始狀態(tài)和2個(gè)對(duì)稱狀態(tài)，即導(dǎo)致與初始狀態(tài)相同的配置的附加狀態(tài)。因此，如可以在圖2b中容易地看出的，光源陣列I因此總共具有配置相同的3個(gè)狀態(tài)。另一方面，圖2b中的管狀反射鏡2具有I個(gè)初始狀態(tài)和7個(gè)對(duì)稱狀態(tài)，總共8個(gè)配置相同的狀態(tài)。因此，圖2b中所示意性地圖示的照明系統(tǒng)配置在光源陣列I與管狀反射鏡2之間不展現(xiàn)任何重合的對(duì)稱狀態(tài)。具體而言，分別用于管狀反射鏡2的配置相同的狀態(tài)的數(shù)量與用于光源陣列I的配置相同的狀態(tài)的數(shù)量之間的比值為8/3，這不是整數(shù)。在圖2a-圖2b中所示出的照明系統(tǒng)10的每個(gè)示例性配置中，上述數(shù)量的最大公
約數(shù)是一。圖3示意性地示出了包括多個(gè)光源的光源陣列I的示例性配置，其中該多個(gè)光源采取色彩不同的LED的形式。該光源陣列包括布置成行的4組紅色LED 30a_30d、布置成行的4組綠色LED 31a-31d和布置成行的4組藍(lán)色LED 32a_32d。如圖3中可以看出的，光源30a-30d、31a-31d和32a_32d被布置為光源陣列I展現(xiàn)具有導(dǎo)致相同的光源配置的兩個(gè)狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。為了提供由包括圖3中的光源陣列I的照明系統(tǒng)10輸出的光的希望的均勻性，各組光源30a-30d、31a-31d和32a_32d被布置為使得具有相同色彩的相鄰光源組之間的距離小于管狀反射鏡2的入口孔7的橫向尺寸的三分之一，這在圖3中示意性地指示。為了簡化說明，圖3中的光源陣列I已經(jīng)被描述為僅包括三原色的LED。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以容易地領(lǐng)會(huì)，通過提供被配置為發(fā)射附加原色(諸如琥珀色、青色、深紅色和/或深藍(lán)色)的LED，可以實(shí)現(xiàn)改善的色彩混合和均勻性。備選地或附加地，可以使用各種白光源，如暖白、中性白和/或冷白。可以在附加的行中提供這樣的LED，或者可以提供兩種或三種色彩的LED交替布置的行。在根據(jù)本發(fā)明的照明系統(tǒng)的各種實(shí)施方式中，由照明系統(tǒng)輸出的光在與光軸垂直的平面上通常隨著與光軸的距離的增加而變得較不均勻。為了進(jìn)一步改善由照明系統(tǒng)輸出的光的均勻性，同時(shí)保持輸出效率的降低最小化，照明系統(tǒng)10可以有利地包括被布置在管狀反射鏡2的出口孔8處的光學(xué)擴(kuò)散元件9。由于光在靠近光軸12處通常相對(duì)均勻，所以光學(xué)擴(kuò)散元件9在此處比在遠(yuǎn)離光軸12的地方具有更低的擴(kuò)散能力。這可以例如通過提供包括散射粒子35的膜來實(shí)現(xiàn)，其中，散射離子的濃度隨著與照明系統(tǒng)10的光軸12的距離的增加而增加。這在圖4中示意性地圖示出。光學(xué)擴(kuò)散元件9可以備選地在中間具有孔，并且因此在靠近照明系統(tǒng)10的光軸12處不吸收或散射由照明系統(tǒng)10輸出的任何光。作為圖4中所不意性地不出的散射尚子35的備選
或補(bǔ)充，光學(xué)擴(kuò)散元件9的擴(kuò)散能力可以使用其他裝置來實(shí)現(xiàn)，諸如通過全息圖樣和/或表面浮凸(surface relief)。例如，光擴(kuò)散元件9可以包括所謂的光成形擴(kuò)散器(LSD)箔，其例如可以從Luminit 或 Fusion Optix 獲得。另外，通過學(xué)習(xí)附圖、本文公開以及所附權(quán)利要求，在實(shí)施所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解并且實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施方式的變形。在權(quán)利要求中，詞語“包括”并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”不排除多個(gè)。單個(gè)處理器或其他單元可以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求中所述的若干項(xiàng)的功能。在彼此不同的從屬權(quán)利要求中引述特定措施的簡單事實(shí)并非指示無法有利地使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種用于聚光照明的照明系統(tǒng)(10)，包括 具有反光內(nèi)表面的管狀反射鏡(2)，所述管狀反射鏡⑵具有入口孔(7)和比所述入口孔⑵更大的出口孔⑶； 光源陣列(I)，包括被布置為在所述管狀反射鏡(2)的所述入口孔處向所述管狀反射鏡(2)中發(fā)射光的多個(gè)光源(13a-13c ;30a-30d、31a-31d、32a-32d);以及 被布置為擴(kuò)散由所述照明系統(tǒng)(10)所發(fā)射的光的光擴(kuò)散光學(xué)兀件(9), 其中，所述光擴(kuò)散元件(9)被配置為隨著與所述照明系統(tǒng)的光軸(12)的距離的增加而展現(xiàn)增加的擴(kuò)散能力。
2.如權(quán)利要求I所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述光擴(kuò)散光學(xué)元件(9)對(duì)入射在其上的光進(jìn)行散射，其中散射隨著與所述光軸(12)的距離增加而增加。
3.如權(quán)利要求I或2所述的照明系統(tǒng)(10)，還包括被布置為對(duì)由所述照明系統(tǒng)所發(fā)射的光進(jìn)行聚焦的聚焦光學(xué)元件。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，配置所述管狀反射鏡(2)和所述光源陣列(I)中的至少一個(gè)，以使得所述光源陣列(I)的每個(gè)對(duì)稱狀態(tài)與所述管狀反射鏡(2)的任何對(duì)稱狀態(tài)不同。
5.如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述管狀反射鏡(2)展現(xiàn)第一數(shù)量的具有相同配置的狀態(tài)，并且所述光源陣列(I)展現(xiàn)第二數(shù)量的具有相同配置的狀態(tài)， 所述第一數(shù)量與所述第二數(shù)量之間的比值是非整數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述第一數(shù)量和所述第二數(shù)量的最大公約數(shù)等于I。
7.如權(quán)利要求5或6所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述第一數(shù)量是大于2的質(zhì)數(shù)。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述管狀反射鏡(2)和所述光源陣列(I)中的至少一個(gè)展現(xiàn)關(guān)于所述照明系統(tǒng)(10)的所述光軸(12)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述管狀反射鏡(2)具有基本上多邊形的截面。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述光源陣列(I)中所包括的所述光源(13a-13c ;30a-30d、31a-31d、32a-32d)的總面積等于所述入口孔(7)的面積的至少5%。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述光源陣列(I)包括至少一組被配置為發(fā)射第一色彩的光的光源(30a-30d)以及至少一組被配置為發(fā)射與所述第一色彩不同的第二色彩的光的光源(31a-31d)。
12.如權(quán)利要求11所述的照明系統(tǒng)(10)，其中，所述光源陣列(I)包括至少三組被配置為發(fā)射所述第一色彩的光的光源(30a-30d)以及至少三組被配置為發(fā)射所述第二色彩的光的光源(31a_31d)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的照明系統(tǒng)，其中，所述光源組(13a-13c;30a-30d、31a-31d、32a-32d)之中的相鄰光源組之間的最大間隔小于所述入口孔(8)的橫向延伸的三分之一。
全文摘要
一種用于聚光照明的照明系統(tǒng)(10)，包括具有反光內(nèi)表面的管狀反射鏡(2)，該管狀反射鏡(2)具有入口孔(7)和比該入口孔(7)更大的出口孔(8)；光源陣列(1)，包括被布置為在該管狀反射鏡(2)的該入口孔處向該管狀反射鏡(2)中發(fā)射光的多個(gè)光源(13a-13c；30a-30d、31a-31d、32a-32d)；以及被布置為擴(kuò)散由該照明系統(tǒng)(10)所發(fā)射的光的光擴(kuò)散光學(xué)元件(9)。該光擴(kuò)散元件(9)被配置為隨著與該照明系統(tǒng)的光軸(12)的距離的增加而展現(xiàn)增加的擴(kuò)散能力。
文檔編號(hào)F21V3/04GK102803834SQ201080026819
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者T·W·蒂克爾, E·布內(nèi)卡姆普, R·屈爾特, M·E·J·西普克斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司