CN101784940A

CN101784940A - 照明设备

Info

Publication number: CN101784940A
Application number: CN200880102841A
Authority: CN
Inventors: R·P·范戈科姆; C·G·A·霍伦; M·范阿斯; C·A·H·A·穆特萨尔斯; H·库伊曼斯
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2028-08-04
Also published as: JP2010536138A; KR20100065324A; RU2010108531A; EP2179320A1; JP5341086B2; US20110228527A1; KR101588029B1; CN101784940B; US8393752B2; WO2009022259A1; TW200928436A; RU2491585C2

Abstract

公开了一种照明设备(100，200，300，400)。该设备包括多个提供不同波长的光的光源(111，119，120，211，219，220)、具有接收端(103，203，407)和输出端(114，214，409)的准直装置(104，204)，其中所述光源设置在所述接收端处。所述准直装置包括一组波长选择滤波器(109，110，115，116，117，118，215，217)，所述波长选择滤波器被设置为所述多个光源中的每一个的子准直器(106，107，108，206，207，208)，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波长选择滤波器对于来自不同波长的邻近光源的光半透明，其中所述波长选择滤波器为高通或低通滤波器。

Description

照明设备

技术领域

本发明涉及照明设备。特别地，本发明涉及具有一组波长选择滤波器的照明设备，所述波长选择滤波器被设置为对来自多个光源的光准直的子准直器。

背景技术

WO2006/129220A1公开了一种包括准直装置的发光设备，该准直装置包括朝准直装置的输出区域反射具有特定特性的光的滤波器。如WO2006/129220A1中所公开的发光设备尤其在大的光散布(spread)角度下可能存在变色效应。因此，希望提供改进的照明设备。

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，目的在于尤其针对照明设备中波范围内的颜色降低变色。在这里，中波范围应当被解释为照明设备发射的光的总波长范围内的一定波长范围，其中中波具有相邻的波长范围，这些相邻的波长范围分别具有比中间范围的波长范围内的波长更长和更短的波长。

本发明基于以下理解：中波范围内的颜色将由于带通或带阻波长选择滤波器的不完美而造成变色。本发明还基于以下理解：低通或高通滤波器有可能提供更精确的滤波特性。

依照本发明的第一方面，提供了一种照明设备，其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波长选择滤波器，所述波长选择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波长选择滤波器对于来自不同波长的邻近光源的光半透明(translucent)，其中所述波长选择滤波器为高通或低通滤波器。在这里，高通滤波器应当被解释为透射具有比该滤波器的阈值波长更短的波长(即更高的频率)的光并且反射具有比所述阈值波长更长的波长(即更低的频率)的光。类似地，低通滤波器应当被解释为透射具有比该滤波器的阈值波长更长的波长(即更低的频率)的光并且反射具有比所述阈值波长更短的波长(即更高的频率)的光。应当理解的是，这是关于滤波器的理想的看法。实际的滤波器通常具有频率衰减特性，在阈值附近具有有限的陡度。

通过波长选择滤波器的特性与其作为子准直器的设置的结合，提供了更少的变色。

与具有更长波长的另一光源邻近的光源的任何所述子准直器的波长选择滤波器可以为低通滤波器，并且与具有更短波长的另一光源邻近的光源的任何所述子准直器的波长选择滤波器可以为高通滤波器。

通过这种设置，光源及其子准直器可以无干扰地堆叠在一起，从而提供更小的单元以及更佳的颜色混合。

光的波长可以基本上处于可见光的波长范围内。然而，本发明也可以适用于其他辐射，例如红外、紫外或者x射线辐射。

所述光源可以包括固态光源。固态光源可以包括发光二极管。

所述光源可以包括三个分别发射基本上红色、绿色和蓝色的光的光源。

所述光源可以以波长顺序设置。这将允许避免使用带通或带阻滤波器。

所述照明设备还可以包括第二组波长选择滤波器，该第二组波长选择滤波器包括补偿滤波器，其被设置成使得来自所述光源的任何光在到达所述输出端之前透射通过两个滤波器。因此，在子准直器中在由于平坦的入射角而引起的反射方面实现了更佳的对称性。

所述补偿滤波器中的每一个可以具有以下特性：基本上通过与它们分别存在于其中的子准直器或多个子准直器关联的波长。

所述准直装置还可以包括环绕反射器。

所述滤波器可以与总的光输出方向具有3-30度、优选地5-15度、优选地9-11度、优选地大约10度的角度。

设置在最靠近所述接收端的部分处的那些所述滤波器或者滤波器的部分可以与总的光输出方向具有15-30度、优选地20-25度、优选地21-22度的角度，并且设置在最靠近所述输出端的部分处的那些所述滤波器或者滤波器的部分可以与总的光输出方向具有3-15度、优选地4-10度、优选地5-6度的角度。

所述照明设备还可以在所述输出端处包括漫射器。该漫射器可以为全息漫射器。这将进一步最小化强度和/或颜色不均匀性。

所述波长选择滤波器中的任何一个都可以是二向色滤波器。

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，应当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示意性地示出了依照本发明实施例的照明设备；

图2示意性地示出了依照本发明实施例的照明设备；

图3示意性地示出了依照本发明实施例的照明设备；

图4示意性地示出了依照本发明实施例的照明设备；以及

图5示出了由于平坦的入射角而引起的朝照明设备滤波器的可能的反射。

具体实施方式

图1示意性地示出了包括多个光源102的照明设备100，每个光源具有不同的波长范围，使得照明设备100能够提供具有希望的颜色特性的光，例如彩色光或者具有优选的色温的白光。选择和控制光源102以实现光的优选色温或颜色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设置在照明设备100的准直装置104的接收端103处。

因此，照明设备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可以是波长选择滤波器，例如二向色滤波器。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所示的紧凑的结构。在这里，准直元件109需要反射红色光，但是也可以反射其他颜色的光，例如可以为宽带反射器，例如金属或被涂敷的金属。另一方面，准直元件110需要对于绿色和蓝色光半透明。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SiO₂和Ta₂O₅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。因此，对于蓝色光的特性在这里不是关键的。如下面将要解释的，准直元件115传统上为带阻型滤波器并且因而也透射蓝色光，例如每侧具有14层SiO₂和Ta₂O₅滤波器的玻璃板，但是依照本发明，准直元件115为透射红色光但是反射绿色光的低通滤波器。它可能反射蓝色光，但这并不是必需的特性。

按照类似的方式，来自光源119的光(例如绿色光)在正好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)在正好穿过相邻的准直元件110、116的时候由准直元件117和118准直。在这里，可以看出准直元件116需要反射绿色光并且透射蓝色光，而对于红色光的特性是任意的。类似地，可以看出准直元件117需要反射蓝色光但是透射红色和绿色光，并且准直元件118需要反射蓝色光，而对于绿色和红色光的特性是任意的，并且因而准直元件118可以为宽带反射器，例如金属或者被涂敷的金属。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SiO₂和Ta₂O₅滤波器的玻璃板。

如上所述，中间子准直器107不必包括带阻型滤波器。这可以通过考虑什么波长存在于相邻的子准直器并且因而必须穿过所述准直元件来实现。因此，准直元件115可以为仅通过红色光而反射绿色和蓝色光的低通滤波器，并且准直元件116可以为仅通过蓝色光而反射红色和绿色光的高通滤波器。其优点在于，提供适当的低通或高通滤波器比提供在阻带任一侧上具有良好的通带特征的带阻型滤波器更容易。因此，仅仅使用低通和高通滤波器将改善照明设备100的性能，例如在光图案的边界处具有更少的变色。

独立于滤波器特性的是，在光朝滤波器的真正平坦的入射下，至少不可忽略的光量被反射。该无意反射的光可以使提供的光图案恶化并且造成变色。本发明人已经认识到，特别是所述变色归因于准直器的不对称。因此，依照本发明的实施例，可以提供补偿滤波器以减小这种不对称以及因而变色。图2示意性地示出了依照本发明实施例的具有这样的补偿滤波器的照明设备200。原则上，该实施例的照明设备200包括结合图1公开的实施例中阐述的特征，并且共有的元件将仅在提及该实施例的特殊技术特征所需时才加以讨论。同时并行地参照图5，所述图5示出了与图2所示照明设备类似的照明设备中的光线的示例性反射。应当指出的是，图5所示的原理同样可应用到具有补偿滤波器的任何实施例。

考虑从照明设备200的光源211发射的示例性光，假设该光透射通过相邻的准直元件215，但是由于朝该相邻的准直元件215的平坦的入射，至少该光的不可忽略的一部分被该相邻的准直元件215反射，例如如图5中的光线500所示。比如，光源211提供具有红色光的波长范围的光，那么除非经过补偿，否则由照明设备提供的光图案将“向左”提供太多的红色。因此，为了补偿相邻的准直元件215最靠近照明设备200的准直装置204的接收端203的部分，补偿滤波器222被设置成在与光源211关联的子准直器206中提供对称性。补偿滤波器222的特性优选地例如通过具有相同的滤波特性而与准直元件215的特性匹配。因此，提供“向右”的相应反射，如图5中的光线502所示。图5也示出了其中可能出现不希望的反射的其他示例性光线以及补偿滤波器中的相应补偿反射。类似地，为了补偿下一个相邻的准直元件217中的反射并且因而补偿该下一个相邻的准直元件217最靠近准直装置204的输出端214的、与子准直器206共享空间的部分中的反射，与所述下一个相邻的准直元件217最靠近输出端214的该部分对称地提供补偿滤波器224。

按照类似的方式，在与光源220关联的子准直器208中提供补偿滤波器226、228。

继续其中光源211提供红色光的实例，假设光源220提供蓝色光。于是，将实现颜色为红色和蓝色的更散布的光，但是该光更均匀地散布。另一方面，在无变色地提供白色光的光图案的一些部分中，很可能缺乏光源219的颜色，例如绿色。为了对此补偿，提供补偿滤波器230、232以便使得绿色光以与红色和蓝色光相同的方式散布。这些滤波器230、232优选地透射绿色光，因为它们存在于“绿色”子准直器207中。滤波器230在蓝色光范围内的特性是任意的。然而，补偿滤波器230也存在于“红色”子准直器206中，因而需要透射红色光，并且在这里给出的实例中，补偿滤波器230优选地为透射红色和绿色光但是反射蓝色光的低通滤波器。按照相应的方式，补偿滤波器232也存在于“蓝色”子准直器208中，因而需要透射蓝色光，并且在这里给出的实例中，补偿滤波器232优选地为透射蓝色和绿色光的滤波器(例如没有被涂敷的玻璃板)，或者为透射蓝色和绿色光但是反射红色光的高通滤波器。因此，子准直器207内的完全对称性对于这些补偿滤波器230、232不存在，但是在实践中，这不是问题，因为所述反射主要取决于来自光源219的光的平坦入射，而不取决于滤波器特性。然而，补偿滤波器232需要对于绿色和红色光透明，而对于蓝色光的特性是任意的。

上面给出了其中光源211、219、220分别发射红色、绿色和蓝色光的若干实例，以便易于理解补偿滤波器的原理。然而，本领域技术人员可以容易理解的是，来自光源的发射的颜色的其他分配也是可能的。类似地，上面给出了其中使用了具有不同颜色及其关联的子准直器的三个光源的若干实例。然而，本领域技术人员同样可以容易理解的是，可以使用具有另外的颜色(即波长范围)、具有关联的子准直器的更多的光源。超过一个光源(例如LED)可以与每个子准直器关联。例如，可以在一个子准直器中提供红色和琥珀色光源。根据照明应用，本发明适用于低功率光源和高功率光源。使用补偿滤波器的原理同样适用于与波长选择滤波器不同的其他滤波器，例如偏振滤波器。为了提供依照不同要求的照明设备，不是全部所公开的补偿滤波器都需要或者不需要任一个所公开的补偿滤波器。可以添加所公开的这些可选的补偿滤波器中的一个或多个以实现具有对于由于朝向滤波器的平坦入射角而散布的光的补偿的照明设备。例如，一种选择是仅仅拥有图2中绘出的补偿滤波器222和226、仅仅图2中绘出的补偿滤波器224和228或者图2中绘出的补偿滤波器222、224、226和228。

图3a以准截面示出了依照本发明实施例的包括准直装置和光源的照明设备300。在图3a中，准直装置具有与图2中所示的准直装置相似的结构。然而，如图1中所示的结构同样可能作为可替换的实施例。如下面将要讨论的，包括更多或更少的补偿滤波器的另外的实施例同样是可能的。照明设备300还包括环绕反射器302，其可以为金属反射器。该反射器可以用来反射任何未被外准直元件304、306反射的光和/或承载准直装置。可选地，外准直元件304、306根本不是滤波器，其中反射直接在环绕反射器302上进行，其原理更具体地示于图4a中。如图3b中所示，该图以沿着直线A-A的截面示出照明设备300，反射器302也用于垂直于准直装置的准直元件的准直。可选地，可以在准直装置的输出端处提供漫射器308。漫射器308可以为全息漫射器。该全息漫射器利用全息技术制成，但是不依赖于干涉，并且因而具有非常小的色差。

上面已经将LED用作实例，但是其他光源也可以使用，例如激光器、荧光灯等等。

图4a以准截面示出了依照本发明实施例的包括准直装置和光源的照明设备400。准直装置包括具有与参照图2和图5讨论的功能类似的功能的准直元件402和补偿滤波器404。如上面所讨论的，包括更多或更少的补偿滤波器的另外的实施例同样是可能的。图4a中示出的特殊特征在于，在准直元件402最靠近照明设备400的准直装置的接收端407的部分406处准直元件402以第一角度与总的光输出方向成一定角度，而在准直元件402最靠近照明设备400的准直装置的输出端409的部分408处准直元件402以第二角度与总的光输出方向成一定角度。这些角度优选地通过考虑滤波器角度依赖性来最优化。尽管对于图3a中所示准直装置的所有准直元件和可选的补偿滤波器而言，与总的光输出方向的角度优选地为3-30度、优选地5-15度、优选地8-9度，但是图4a中所示准直装置的第一和第二角度分别为15-30度、优选地20-25度、优选地21-22度以及3-15度、优选地4-10度、优选地5-6度。当然，补偿滤波器的相应角度与它们被设置用来补偿的准直元件相同。

图4b以沿着直线B-B的截面示出了照明设备400，其中环绕反射器412也用于垂直于准直装置的准直元件的准直。

可选地，可以在准直装置的输出端处提供漫射器410。漫射器410可以为全息漫射器。该全息漫射器利用全息技术制成，但是不依赖于干涉，并且因而具有非常小的色差。

上面结合图4给出其中使用了具有不同颜色及其关联的子准直器的三个光源的实例。然而，本领域技术人员同样可以容易理解的是，可以使用具有另外的颜色(即波长范围)、具有关联的子准直器的更多的光源。超过一个光源(例如LED)可以与每个子准直器关联。例如，可以在一个子准直器中提供红色和琥珀色光源。根据照明应用，本发明适用于低功率光源和高功率光源。使用补偿滤波器的原理同样适用于与波长选择滤波器不同的其他滤波器，例如偏振滤波器。为了提供依照不同要求的照明设备，不是全部所公开的补偿滤波器都需要。可以添加所公开的这些补偿滤波器中的一个或多个以实现与参照图2讨论的照明设备类似的希望的照明设备。

应当指出的是，参照图3或图4中任何一个讨论的任何实施例中的补偿滤波器是可选的，并且如参照图2所阐述的，在参照图3或图4中任何一个讨论的任何实施例中，包括一些或者不包括任何所述可选的补偿滤波器的设置的任何组合都是可行的。

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。

Claims

1.一种照明设备(100，200，300，400)，包括：

-多个提供不同波长的光的光源(102，111，119，120，211，219，220)，

-具有接收端(103，203，407)和输出端(114，214，409)的准直装置(104，204)，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：

一组波长选择滤波器(109，110，115，116，117，118，215，217)，所述波长选择滤波器被设置为所述多个光源中的每一个的子准直器(106，107，108，206，207，208)，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波长选择滤波器对于来自不同波长的邻近光源的光半透明，其中所述波长选择滤波器为高通或低通滤波器。

2.依照权利要求1的照明设备，其中与具有更长波长的另一光源相邻的光源的任何所述子准直器的波长选择滤波器为低通滤波器，并且与具有更短波长的另一光源相邻的光源的任何所述子准直器的波长选择滤波器高通滤波器。

3.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述光波长基本上处于可见光的波长范围内。

4.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述光源包括固态光源。

5.依照权利要求4的照明设备，其中所述固态光源包括发光二极管。

6.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述光源包括三个分别发射基本上红色、绿色和蓝色的光的光源。

7.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述光源以波长顺序设置。

8.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，还包括第二组波长选择滤波器，该第二组波长选择滤波器包括补偿滤波器(222，224，226，228，230，232)，其被设置成使得来自所述光源的任何光在到达所述输出端之前透射通过两个滤波器。

9.依照权利要求8的照明设备，其中所述补偿滤波器中的每一个具有以下特性：基本上通过与它们分别存在于其中的子准直器或多个子准直器关联的波长。

10.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述准直装置还包括环绕反射器(302，412)。

11.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述滤波器(109，110，115，116，117，118，215，217，222，224，226，228，230，232)与总的光输出方向具有3-30度、优选地5-15度、优选地9-11度、优选地大约10度的角度。

12.依照权利要求1-10中任何一项的照明设备，其中设置在最靠近所述接收端的部分处的那些所述滤波器或者滤波器的部分与总的光输出方向具有15-30度、优选地20-25度、优选地21-22度的角度，并且设置在最靠近所述输出端的部分处的那些所述滤波器或者滤波器的部分与总的光输出方向具有3-15度、优选地4-10度、优选地5-6度的角度。

13.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，还在所述输出端处包括漫射器(308，410)。

14.依照权利要求13的照明设备，其中所述漫射器为全息漫射器。

15.依照前面的权利要求中任何一项的照明设备，其中所述波长选择滤波器中的任何一个为二向色滤波器。