用于led照明設(shè)備的改進(jìn)的均化系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】用于LED照明設(shè)備的改進(jìn)的均化系統(tǒng)
[0001]相關(guān)串請
[0002]本申請要求2013年I月14日提交的美國臨時申請序列號為61/752，006的申請的優(yōu)先權(quán)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大致涉及用于控制來自在光束產(chǎn)生照明設(shè)備中使用的LED陣列的光輸出的方法，具體涉及與將多種顏色的LED組合為單一均勻化的光束有關(guān)的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]高功率LED通常用在(例如)建筑照明行業(yè)(如商店、辦公室和商業(yè)機(jī)構(gòu))以及娛樂行業(yè)(如劇院、電視演播室、音樂會、主題公園、夜總會及其它場所)的照明設(shè)備中。這些LED也用在具有自動和遠(yuǎn)程控制功能的自動發(fā)光照明設(shè)備中。對于顏色控制，常見的是使用一組不同顏色的LED。例如，常見的配置是使用紅色、綠色和藍(lán)色LED的混合。該配置允許用戶通過將恰當(dāng)量的三種顏色進(jìn)行混合來創(chuàng)建他們期望的顏色。例如，點亮紅色和綠色LED而熄滅藍(lán)色會產(chǎn)生呈現(xiàn)黃色的輸出。類似地，紅色和藍(lán)色會產(chǎn)生洋紅色(magenta)，以及藍(lán)色和綠色會產(chǎn)生藍(lán)綠色(cyan)。通過明智地控制這三個控制，用戶可以實現(xiàn)他們期望的幾乎任何顏色。還可使用多于三種顏色，并且將琥珀色(amber)、藍(lán)綠色或?qū)毸{(lán)色(royalblue)LED增加到紅色、綠色和藍(lán)色以增強(qiáng)顏色混合并改善可用的色域是已知的。
[0005]不同顏色的LED可在照明設(shè)備中布置為陣列，其中每個LED之間存在物理間隔，并且與每種顏色的模具大小和放置上的區(qū)別相聯(lián)結(jié)的這種間隔可影響各自的顏色的傳播并導(dǎo)致組合的混合的彩色輸出光束的不期望的溢散光和彩色邊紋。通常在每個LED的前方使用透鏡或其它光學(xué)設(shè)備來控制輸出光束的光束形狀和角度；然而，這些光學(xué)設(shè)備通常對不同的顏色有不同的影響，并且在輸出光束中可能見到彩色邊紋或其它色像差。還已知的是使用二向色反射濾光器以將三種單一顏色的LED組合為一個光束。然而，這些系統(tǒng)不提供用于混合多于三種顏色的LED的方式。因此，具有這樣一個系統(tǒng)是有利的，其提供使多于三種顏色的LED成為單個輸出光束的良好的均勻化作用。
[0006]需要用于基于LED陣列的照明設(shè)備的均化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)提供用于包括四個或更多個不同顏色的LED的LED系統(tǒng)的均勻化方面的改進(jìn)。
【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢，現(xiàn)結(jié)合附圖參考如下描述，其中相同的附圖標(biāo)號指示相同的特征，其中:
[0008]圖1示出改進(jìn)的LED光均化器的實施例；
[0009]圖2示出圖1所示的LED光均化器的第一 LED陣列的實施例；
[0010]圖3示出圖1所示的LED光均化器的第二 LED陣列的實施例；
[0011]圖4示出圖1所示的LED光均化器的第三LED陣列的實施例；
[0012]圖5示出透射的/反射的二向色濾光器的現(xiàn)有技術(shù)使用；
[0013]圖6示出圖1和/或圖8所示的LED光均化器的實施例中的透射的/反射的二向色濾光器的改進(jìn)的使用；
[0014]圖7示出改進(jìn)的光均化器的可替換的實施例；
[0015]圖8示出本發(fā)明的可替換的實施例，以及；
[0016]圖9示出LED光均化器的另外的實施例。
【具體實施方式】
[0017]附圖中示出了改進(jìn)的LED光均化器的實施例，相同的附圖標(biāo)記用于指示各個附圖的相同和相應(yīng)的部分。
[0018]本發(fā)明大致涉及控制來自在光束產(chǎn)生照明設(shè)備中使用的LED陣列的光輸出的方法，具體涉及與提供用于包括不同顏色的LED的LED系統(tǒng)的均化方面的改進(jìn)有關(guān)的方法。
[0019]圖1示出改進(jìn)的LED光均化器10的實施例的示意圖。第一 LED陣列20可包括具有離散較長的波長峰值的LED (如紅色和琥珀色LED)的布置。第二 LED陣列30可包括具有離散短波長峰值的LED (如藍(lán)色和藍(lán)綠色LED)的布置。第三LED陣列40可包括具有離散中波長峰值的LED (如黃色和綠色LED)的布置。每個陣列20、30和40均具有布置在布局中的相關(guān)聯(lián)的LED，以使顏色被很好地分布并穿過所述陣列混合。在所示的實施例中，LED陣列20、30和40由電氣性連接14到LED陣列20、30和40的控制器12控制。
[0020]在一些實施例中，在陣列中有有限數(shù)量的離散峰值LED。例如在所示的實施例中，存在用于使用的三個陣列的兩個離散峰值類型:長波長陣列20有紅色和琥珀色，短波長陣列30有藍(lán)色和藍(lán)綠色并且第三中波長陣列40有綠色和黃色。在一些實施例中，來自陣列的所有LED作為一個單元被控制器12控制。在其它實施例中，不同顏色的光獨立于其它不同的顏色而被控制。因此，例如在長帶寬陣列中，與琥珀色LED相比，紅色LED作為單獨的顏色受到控制。
[0021]來自第一 LED陣列20的紅色和琥珀色的光26撞擊二向色濾光器54的后部。二向色濾光器54被設(shè)計，以使其允許紅色和琥珀色波長的光穿過而不受影響。在所示的實施例中，濾光器54可被設(shè)計為長通濾光器，其通常使長于某一截止值的波長通過。在可替換的實施例中，該濾光器可被設(shè)計為帶通濾光器，其使離散長波長的光通過，其中通過頻帶與長波長陣列20中的離散LED的峰值波長相匹配。其它波長的光不允許通過并被反射離開光束。
[0022]透射穿過濾光器54的來自第一 LED陣列20的紅色和琥珀色的光接下來撞擊二向色濾光器52的后部。二向色濾光器52還被設(shè)計，以使其允許紅色和琥珀色波長的光穿過而不受影響。下文進(jìn)一步討論了濾光器52的可替換的實施例的特征。但對于紅色和琥珀色的光，濾光器52用作用于較長的紅色和琥珀色波長的長通或帶通。因此，來自第一 LED陣列20的紅色和琥珀色的光26以光束56離開。
[0023]來自第二 LED陣列30的藍(lán)色和藍(lán)綠色的光36撞擊二向色濾光器54的前部。如上文所描述的，二向色濾光器54被設(shè)計為長通濾光器(或離散長波段帶通)并且因此會反射較短的藍(lán)色和藍(lán)綠色波長的光。
[0024]來自第二 LED陣列30的藍(lán)色和藍(lán)綠色的光接下來撞擊二向色濾光器52的后部。如上文所描述的，二向色濾光器52允許長波長通過。二向色濾光器52也允許被設(shè)計以允許短波長通過，以使其允許藍(lán)色和藍(lán)綠色波長的光穿過而不受影響。因此，來自第二 LED陣列30的藍(lán)色和藍(lán)綠色的光36也以光束56離開，疊加在來自第一 LED陣列20的任意紅色和琥珀色的光上。
[0025]來自第三LED陣列40的綠色和黃色的光46撞擊二向色濾光器52的前部。二向色濾光器52被設(shè)計，以使其反射色譜中波段的光，因此反射而不是透射綠光和黃光波長。因此，來自第三LED陣列40的綠色和黃色的光46也以光束56離開，疊加在來自第一 LED陣列20的任意紅色和琥珀色的光上和來自第二 LED陣列30的任意藍(lán)色和藍(lán)綠色的光上。
[0026]因此，通過二向色濾光器52和54的選擇性的透射和反射，LED的所有顏色(紅色、琥珀色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、綠色和黃色)可被均勻化并且疊加在單個離開的光束56中。
[0027]此處示出的示例使用六種顏色的LED:紅色、琥珀色、藍(lán)色、藍(lán)綠色、綠色和黃色，然而本發(fā)明并不受限于此，以及其它的LED顏色的混合是可能的，這將不背離本發(fā)明的精神。例如，寶藍(lán)色LED可代替(或連同)LED陣列30上的藍(lán)綠色LED被使用。針對陣列上的LED的每種選擇，必須考慮針對二向色濾光器的相應(yīng)的設(shè)計改變，以使所述二向色濾光器反射和/或透射適當(dāng)?shù)墓獠ㄩL。
[0028]圖2示出本發(fā)明的第一 LED陣列20的實施例。在該實施例中，多個紅色LED 22和多個琥珀色LED 24分布于陣列20?？蓪t色和琥珀色LED中的每個的布置和數(shù)量進(jìn)行選擇，以優(yōu)化這兩種顏色的混合及均衡。例如，如果琥珀色LED強(qiáng)度是紅色LED的兩倍，那么僅需要有紅色一半數(shù)量的琥珀色。在這種情況下，陣列包括三分之二紅色LED 22和三分之一琥珀色LED 24。示出的陣列20是圓形的，然而，本發(fā)明不受限于此，并且陣列20可以是選自(但不限于)圓形、方形、矩形、六角形或八角形的任意形狀。
[0029]圖3示出本發(fā)明的第二 LED陣列30的實施例。在該實施例中，多個藍(lán)色LED 32和多個藍(lán)綠色LED 34分布于陣列30?？蓪λ{(lán)色和藍(lán)綠色LED中的每個的布置和數(shù)量進(jìn)行選擇，以優(yōu)化這兩種顏色的混合及均衡。示出的陣列30是圓形的，然而，本發(fā)明不受限于此，并且陣列30可以是選自(但不限于)圓形、方形、矩形、六角形或八角形的任意形狀。
[0030]圖4示出本發(fā)明的第三LED陣列40的實施例。在該實施例中，多個綠色LED 42和多個黃色LED 44分布于陣列40?？蓪G色和黃色LED中的每個的布置和數(shù)量進(jìn)行選擇，以優(yōu)化這兩種顏色的混合及均衡。示出的陣列40是圓形的，然而，本發(fā)明不受限于此，并且陣列40可以是選自(但不限于)圓形、方形、矩形、六角形或八角形的任意形狀。
[0031]圖5示出均化器和光束分離器中的反射二向色濾光器的現(xiàn)有技術(shù)的使用。二向色濾光器的這種布置通常用于組合光并且