專利名稱：照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明裝置，且特定而言涉及用于娛樂照明應(yīng)用的聚光照明裝置。
背景技術(shù)：
具有點(diǎn)形光發(fā)射的發(fā)光元件，特別是固態(tài)光發(fā)射元件(例如，LED)，更頻繁地用于各種照明裝置中，包括用于諸如影院、電視演播室照明和例如搖滾音樂會(huì)的場(chǎng)合下的光照之類的各種娛樂照明應(yīng)用的燈具。固態(tài)光發(fā)射元件具有在能效和重量方面優(yōu)于常規(guī)燈的很多優(yōu)點(diǎn)。特別是在暫時(shí)應(yīng)用中(諸如在旅行和活動(dòng)期間)所用的照明燈具，總重量的減小為固態(tài)照明系統(tǒng)的關(guān)鍵益處。在市場(chǎng)存在具有紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED的許多LED系統(tǒng)，其中每個(gè)LED具有個(gè)別透鏡以形成窄光束。由于在這些系統(tǒng)中，光并未充分混合，物體形成多個(gè)陰影。此外。 利用這種系統(tǒng)架構(gòu)，不能創(chuàng)建如在娛樂中常用的那樣的邊緣分明的光點(diǎn)。已經(jīng)證明，基于連接到一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的100-200個(gè)LED的陣列能形成無這些限制的照明系統(tǒng)。此光學(xué)系統(tǒng)對(duì)于將來自LED的朗伯光分布轉(zhuǎn)換為所需光束形狀(10°至40° 的FWHM，優(yōu)選可縮放的、明確限定的光束輪廓)而言是重要的。這樣的系統(tǒng)在US 6，200，002 中公開。將LED的朗伯光分布轉(zhuǎn)換成可用于例如娛樂應(yīng)用中的光束的光學(xué)系統(tǒng)通常包括管狀反射器，該管狀反射器具有入口孔和大于入口孔的出口孔，且入口孔直徑與出口孔直徑之間的比例在6至10的范圍。由于該系統(tǒng)的總直徑不應(yīng)變得大于數(shù)十cm，發(fā)光元件必須受限為具有大約數(shù)cm的直徑的面積。具有數(shù)cm直徑的LED陣列的輸出通量受到向環(huán)境傳熱的限制。此外，LED的量也受限于現(xiàn)存有效率的LED的包裝大小。為了在大約60 lm/W的當(dāng)前LED效能下實(shí)現(xiàn)例如 10. 000流明，需要從數(shù)cm2移除大約150W。如果這由金屬散熱器來完成，則該燈具的重量將變得較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服或至少減輕上文所提到的問題，且提供基于固態(tài)的照明裝置，該基于固態(tài)的照明裝置適用于娛樂應(yīng)用中但并不具有過大的重量。根據(jù)本發(fā)明，利用如下照明裝置來實(shí)現(xiàn)這個(gè)和其它目的，該照明裝置包括多個(gè)發(fā)光元件和具有入口孔的光束成形光學(xué)件。每個(gè)發(fā)光元件光學(xué)連接到一組光纖，每個(gè)光纖具有光學(xué)連接到發(fā)光元件的第一端和光學(xué)連接到入口孔的第二端，以便將來自發(fā)光元件的準(zhǔn)直的光引導(dǎo)至光束成形光學(xué)元件。發(fā)光元件在大于入口孔的區(qū)域上分布。通過使用光纖將發(fā)光元件連接到光束成形光學(xué)件，發(fā)光元件可在大于光束成形光學(xué)件的入口孔的表面上分布開。因此，來自發(fā)光元件的熱也可更易于利用相對(duì)較輕重量的散熱器來耗散。
改進(jìn)的冷卻以及增加的可用于布線的空間進(jìn)一步允許大的電流通過LED。因此，實(shí)現(xiàn)每面積單位的大的通量，并因此可實(shí)現(xiàn)來自小系統(tǒng)的大的通量。通過分開發(fā)光元件，便于發(fā)光元件的維修和替換。這是特別重要的，特別是對(duì)于娛樂固態(tài)照明系統(tǒng)而言，因?yàn)橛捎诖罅堪l(fā)光元件和極端操作電流所導(dǎo)致的發(fā)光元件故障的風(fēng)險(xiǎn)可相當(dāng)大。使用光纖將光從LED引導(dǎo)至光學(xué)構(gòu)件是本領(lǐng)域中已知的且描述于例如文獻(xiàn)JP 2006004862中。但是，在現(xiàn)有技術(shù)解決方案中，纖維尚未用于將來自于在較大面積上分布開的發(fā)光元件的光集中到更小的入口孔處。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光裝置可具有多于100個(gè)發(fā)光元件，且發(fā)光元件可以至少一厘米的距離彼此分開。發(fā)光元件可包括適于發(fā)射不同顏色光的發(fā)光元件。在典型娛樂系統(tǒng)中，使用4-8 種不同顏色。在此情況下，每組光纖可在光束成形光學(xué)件入口孔處與其它組的光纖混合。這改進(jìn)了顏色混合。優(yōu)選地，光纖布置于光束成形光學(xué)件的入口孔處以使得引導(dǎo)相同LED顏色的纖維基本上均等地分布。該照明裝置還可包括控制器，其用于控制所述發(fā)光元件的通量；以及光傳感器， 其連接到控制器，其中每組光纖還包括至少一個(gè)光纖，該至少一個(gè)光纖的第一端光學(xué)連接到發(fā)光元件且其第二端光學(xué)連接到光傳感器。該光傳感器可檢測(cè)來自發(fā)光元件或成組發(fā)光元件的通量，且此信息可反饋到通量控制器。特別地，這樣的反饋可用于顏色系統(tǒng)中來檢測(cè)不同顏色的相對(duì)通量。在此情況下， 光傳感器可受到控制以在時(shí)間上循序地檢測(cè)不同顏色。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)在于，該反饋對(duì)于光傳感器的老化或劣化并不敏感。或者，可存在多個(gè)光傳感器，且每個(gè)光傳感器可僅連接到與具有相同顏色的發(fā)光元件連接的光纖。每個(gè)發(fā)光元件還可包括準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器被布置成使得發(fā)射自發(fā)光元件的光準(zhǔn)直，在此情況下，每個(gè)光纖的第一端光學(xué)連接到準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直器將提供光的第一準(zhǔn)直，便于入射耦合到光纖內(nèi)。根據(jù)一實(shí)施例，光束成形光學(xué)件包括管狀反射器，其具有反射性內(nèi)表面，反射器的第一端形成入口孔且反射器的第二端形成大于入口孔的出口孔。應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明涉及在權(quán)利要求中所陳述的特點(diǎn)的所有可能組合。


現(xiàn)將參考示出本發(fā)明的實(shí)施例的附圖來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這方面和其它方面。在所有附圖中，相似的附圖標(biāo)記指代相似的特點(diǎn)。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的照明裝置的示意圖。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的照明裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明可應(yīng)用于各種類型的照明系統(tǒng)中，且將參考適于例如娛樂應(yīng)用的照明裝置來進(jìn)行描述。這樣的照明裝置通常適于提供相當(dāng)大的光輸出，例如在10000與100000流明之間，且優(yōu)選地包括能使光束成形的光學(xué)件。
圖1中的照明裝置包括布置于基底2上的多個(gè)發(fā)光元件(通常為固態(tài)光元件，且在圖示情況下為LED 1)。LED可為hGaN LED，其可以以比許多其它LED (諸如AlInGaP LED) 更高的溫度(電流)運(yùn)行。基底2具備電路(未圖示)以用于向LED提供電力和任何控制信號(hào)，且還具備散熱器3，LED熱連接到該散熱器3。散熱器適于耗散由LED生成的熱。在圖示情況下，散熱器3由布置于基底2的背側(cè)的相對(duì)較薄的鋁冷卻鰭片來形成。在典型應(yīng)用中，該裝置包括100-200個(gè)LED，但該數(shù)量也可在該范圍之外。LED以一定的距離彼此分開，該距離足夠大以允許由散熱器3來進(jìn)行充分散熱。作為實(shí)例，LED可由厘米量級(jí)(例如Icm)的距離分開。如果裝置包括例如布置成矩形(正方形)的11X11 的陣列的121個(gè)LED，此可導(dǎo)致IOcmX IOcm的大小。該裝置還包括布置于每個(gè)發(fā)光元件頂部的多個(gè)準(zhǔn)直器4。每個(gè)準(zhǔn)直器4被布置成使得來自相對(duì)應(yīng)LED 1的光準(zhǔn)直為具有合適的角范圍，通常小于士30°，且具有合適面積 (通常具有數(shù)mm的直徑)。作為實(shí)例，準(zhǔn)直器可為單個(gè)單元式LED集中器透鏡。適用于標(biāo)準(zhǔn) LED的這樣的集中器透鏡例如能容易地從Polymer Optics購買到。若干柔性光波導(dǎo)(諸如光纖5)連接到每個(gè)準(zhǔn)直器透鏡4，每個(gè)光纖具有在透鏡4的焦平面中的第一端。在PMMA纖維的情況下，對(duì)于每個(gè)LED而言，適量可為10-100個(gè)，或者在具有大約50 μ m直徑的玻璃纖維的情況下，對(duì)于每個(gè)LED而言，適量可為大約10000。每個(gè)纖維5的第二端布置于光束成形光學(xué)件7的入口孔6處，使得來自所有LED的光由纖維引導(dǎo)至光束成形光學(xué)件內(nèi)，以便提供具有滿意品質(zhì)的光束。光束成形光學(xué)件7可布置成使得來自發(fā)光元件的光進(jìn)一步準(zhǔn)直(作為由準(zhǔn)直器4提供的任何準(zhǔn)直的附加)。作為實(shí)例，發(fā)出的光束可具有大約10°至40°的半最大值全寬。光束成形光學(xué)件7也可使得光束縮放且使得光束成形(例如，“沖刷(wash)”光束，“邊緣分明的光點(diǎn)”束等)。這樣的光學(xué)件的實(shí)例由US 6，200，002提供，其以引用的方式結(jié)合到本文中。在此情況下，光束成形光學(xué)件7為管狀反射器，其第一端形成入口孔6且其另一端形成較大出口孔13。管狀反射器的截面可為多邊形截面，例如六邊形、七邊形或八邊形。當(dāng)從光學(xué)軸線進(jìn)行觀察，每個(gè)壁區(qū)段的表面可為凸出的。用于娛樂應(yīng)用的常規(guī)光束成形光學(xué)件的入口直徑(入口孔6的直徑)與出口直徑(出口孔13的直徑)之間的比率通常為大約6-10。照明裝置的總直徑通常限制為大約 30cm，其繼而限制了光學(xué)元件的出口直徑。入口孔因此將具有大約3-5厘米的直徑。根據(jù)本發(fā)明，由發(fā)光元件1的入口所占據(jù)的基底2的面積可大于光束成形光學(xué)件7的孔6。換言之，纖維5從更大面積收集光，且將光集中到進(jìn)入孔6的更小面積內(nèi)。根據(jù)一實(shí)施例，發(fā)光元件包括不同顏色的元件，例如紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED 以允許生成白光。在典型娛樂照明應(yīng)用中，需要4-8種不同顏色來能夠生成可變顏色光。顏色控制器8可被布置成控制該裝置的顏色混合。在此情況下，來自各種LED的纖維優(yōu)選地與來自不同顏色的LED的纖維進(jìn)行混合，使得第一顏色混合由纖維提供。在圖1中，此由兩個(gè)LED Ia和Ib和纖維fe和恥來進(jìn)行說明，其確保來自兩個(gè)LED的光在光束成形光學(xué)件 7的入口孔6處已經(jīng)彼此混合?；旌峡蔀殡S機(jī)化的，即，從所有LED引導(dǎo)的大量纖維將在入口孔處隨機(jī)地混合。光束成形光學(xué)件可適于進(jìn)一步改進(jìn)由混合纖維提供的顏色混合。根據(jù)一實(shí)施例，該裝置還包括顏色反饋，以便顏色控制器能夠?qū)⒉煌伾腖ED的相對(duì)光通量保持為等于在壽命中的校準(zhǔn)值且作為溫度的函數(shù)。此處的反饋包括顏色傳感器，例如光電二極管9，來自每個(gè)LED的纖維10、10b之一連接到該光電二極管9。光電二極管9的光通量然后可反饋到顏色控制器8，且可用于控制每種顏色的通過LED的電流。這可以以至少兩種不同的方式來實(shí)施。根據(jù)第一方案(在圖1中示出)，來自每個(gè) LED的一個(gè)纖維10a、IOb連接到一個(gè)單個(gè)光傳感器9，其被布置成在時(shí)間上循序地測(cè)量每種顏色的輸出。此實(shí)施方式具有不受光傳感器老化影響的優(yōu)點(diǎn)。在光電二極管的情況下，兩個(gè)不同的傳感器可具有不同的老化特征。由于該同一傳感器用于所有的顏色，除了波長相關(guān)的老化之外，相對(duì)強(qiáng)度將不會(huì)改變。根據(jù)在圖2中示出的第二方案，為每種顏色布置一個(gè)傳感器9a、9b以允許進(jìn)行持續(xù)的通量監(jiān)視。連接到相同顏色的LED的所有纖維IlaUlb連接到相同的傳感器9a、9b。 這種實(shí)施方式需要更少的控制電路，因?yàn)闊o需循序的時(shí)序控制。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明絕不限于上文所述的優(yōu)選實(shí)施例。相反，在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，許多修改和變化是可能的。例如經(jīng)由一個(gè)或兩個(gè)二色鏡在一個(gè)纖維中插入2種或3種顏色來在入口孔6處進(jìn)一步增加每mm2的通量。
權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括多個(gè)發(fā)光元件(1)，以及光束成形光學(xué)件(7)，其具有入口孔(6)，每個(gè)發(fā)光元件光學(xué)連接到一組光纖( ，每個(gè)光纖具有光學(xué)連接到所述發(fā)光元件的第一端和光學(xué)連接到所述入口孔(6)的第二端，以便將來來自所述發(fā)光元件的準(zhǔn)直的光引導(dǎo)至所述光束成形光學(xué)元件(7)，其中所述發(fā)光元件在大于所述入口孔(6)的區(qū)域上分布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其還包括散熱器(3)，所述發(fā)光元件熱連接到所述散熱器⑶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的照明裝置，其中，所述發(fā)光元件與相鄰發(fā)光元件以至少 Icm的距離分開。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其包括超過100個(gè)發(fā)光元件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述發(fā)光元件(1)包括成組的發(fā)光元件(1 lb)，所述成組的發(fā)光元件(1 lb)適于發(fā)出不同顏色的光，優(yōu)選地發(fā)出至少四種不同顏色的光。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明裝置，其中在所述光束成形光學(xué)件入口孔(6)處，每一組光纖(5a)與其它組的光纖(5b)混合以便提供顏色混合。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其還包括控制器(8)，其用于控制所述發(fā)光元件的通量，以及光傳感器(9)，其連接到所述控制器(8)，其中每一組光纖(5ει，5b)還包括至少一個(gè)光纖(ΙΟει，10b; 11a, 11b)，該至少一個(gè)光纖(10a，10b; 11a, lib)的第一端光學(xué)連接到所述發(fā)光元件且其第二端光學(xué)連接到所述光傳感器(9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明裝置，其中所述控制器(8)被布置成控制具有不同顏色的發(fā)光元件的相對(duì)通量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，其中所述光傳感器(9)被布置成在時(shí)間上循序地檢測(cè)不同顏色。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明裝置，包括多個(gè)光傳感器，且其中連接到特定光傳感器 (9a, 9b)的所有光纖(11 lib)均連接到具有相同顏色的發(fā)光元件(1 lb)。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，每個(gè)發(fā)光元件包括準(zhǔn)直器 G)，所述準(zhǔn)直器(4)被布置成使得來自所述發(fā)光元件的光準(zhǔn)直，且其中每個(gè)光纖的第一端光學(xué)連接到所述準(zhǔn)直器(4)。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光束成形光學(xué)件(7)包括管狀反射器，該管狀反射器具有反射性內(nèi)表面，所述反射器的第一端形成所述入口孔(6)， 且所述反射器的第二端形成大于所述入口孔(6)的出口孔(13)。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光纖( 具有比所述纖維周圍介質(zhì)的折射率至少大0. 5的折射率η。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的照明裝置，其中，所述光纖( 包括PMMA纖維和玻璃纖維中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種照明裝置，其包括多個(gè)發(fā)光元件(1)；以及光束成形光學(xué)件(7)，該光束成形光學(xué)件(7)具有入口孔(6)。每個(gè)發(fā)光元件光學(xué)連接到一組光纖(5)，每個(gè)光纖(5)具有光學(xué)連接到發(fā)光元件的第一端和光學(xué)連接到入口孔(6)的第二端，以便將來自發(fā)光元件的準(zhǔn)直的光引導(dǎo)至光束成形光學(xué)元件(7)。該發(fā)光元件在大于所述入口孔(6)的區(qū)域上分布。
文檔編號(hào)F21S8/00GK102597606SQ201080050047
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者R.庫特, S.M.維布魯格 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司