CN102472896A - 颜色组合照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种照明装置包括产生具有第一光谱分布的第一光束的第一光源和产生具有第二光谱分布的第二光束的第二光源。第一二向色反射器定位在第一光束中，传送第一光束的部分并且反射第二光束的部分。第一和第二光束起初沿着光轴主要在第一方向上传播，并且反射构件朝向二向色反射器反射第二光束。光源、二向色反射器和反射构件相互配置，使得第二光束在通过反射构件反射之后主要在与第一方向大致相反的第二方向上并且朝向第一光源传播，并且使得第二光束在通过二向色反射器反射之后大致在第一方向上传播。

Description

颜色组合照明装置
技术领域
本发明涉及用于将来自产生不同颜色的光束的不同光源的光组合为一个光束的照明装置。本发明还涉及显示装置和包括这种照明装置的移动头。
背景技术
因为闸门具有受限的开口面积A并且成像光学构件仅收集来自受限的立体角Ω的光，所以诸如仿形灯或投影仪等光学系统在输出上受到集光率E＝A*Ω的限制。对于光源来说能够以相同的方式计算集光率，其中A为辐射面积，而Ω为光源辐射的立体角。
基本上仅可以有效地利用与这种类型的光学系统中的成像光学构件相同或更低集光率的光源。因此，如果光源的集光率与成像系统的集光率紧匹配，则由于光源的集光率大于成像系统的集光率并且因此成像系统不能够收集到光而使得在利用多个光源来提高光输出(强度/流明)方面不存在增益。
然而，这种情况的例外是：当光源具有不同颜色时，其中所述不同颜色具有仅极少光谱成分的光谱重叠的光谱成分。然后，可以通过布置适当设计的二向色带通/带阻(反射)滤波器来组合不同的光源(颜色)。这是LCD投影仪的公知原理，其中“颜色立方体”用于将红色、绿色和蓝色组合为白色，这种颜色立方体系统示于图1b中。对于照明系统而言，还可利用二向色反射器/滤波器的薄板来组合红色、绿色和蓝色，例如图1a、图1c和图1d中所示的照明系统。
这种已知的颜色组合器解决方案的一个缺点是不能够高效地组合具有重叠光谱的光源。对于LED的白色而言，磷光转换的LED具有最高的功效并且因此对于有效的颜色混合耳光至关重要。此外，与简单的RGBLED解决方案相比，磷光转换的白色和琥珀色LED的宽光谱能够有助于提高颜色渲染指标。
已知的颜色组合器的另一缺点是由于光源的三个平面以及要求大量空间的成角度组合器滤波器导致制造的复杂性。
US 7,239,449公开了用于颜色的照明模块，优选地用于数据或视频投影仪以及背投电视机，其中来自基础颜色红色、绿色和蓝色的至少三个发光二极管(LED)或LED阵列的光在设置以用于与显示单元连接并且范围在照明模块的光轴上的点处被校准。束路径(Lr)沿显示单元的方向取向的基础颜色的LED或LED阵列布置在照明模块的光轴上。为了颜色混合的目的，其它基础颜色的LED或LED阵列以这样的方式附接：它们的束路径(Lg，Lb)在小于90度的输入角(α，β)按顺序横向输入到第一基础颜色的束路径(Lr)中。
例如，WO2008/072197公开了与图1b中所示的颜色立方体系统相似的颜色立方体系统。EP0985952公开了液晶投影仪的实施例，所述液晶投影仪使用与图1b中所示的颜色立方体系统相似的颜色立方体系统，并且在两种光形式的光源反射90度的情况下不同的光源在进入颜色立方体之前由反射镜反射90度。JP2006-139044公开了与图1b中所示的颜色立方体系统相似的颜色立方体系统以及利用与图1a和图1c中所示的系统相似的二向色反射器/滤波器的连续单薄板的颜色组合系统。WO2006/054969图示了基于类似于图1b所示的颜色立方体系统的颜色立方体系统的移动头灯具以及基于与图1a和图1c所示的系统相似的二向色反射器/滤波器的连续单薄板的另一移动头灯具。
发明概述
本发明的目的是解决上述问题。这可通过如独立权利要求所限定的本发明来实现，并且在图示本发明的附图的详述中公开了本发明的益处和优点。
附图说明
图1a-1d示出了现有技术的颜色组合系统；
图2a-2f示出了根据本发明的照明装置的简化的实施方案；
图3-8示出了根据本发明的照明装置的其它实施方案；
图9示出了包括根据本发明的照明装置的成像装置的实施方案；
图10示出了使用根据本发明的照明装置的移动头灯具。
发明详述
图1a图示了由US 7,239,449公开的现有技术的颜色组合系统101a并且示出了红色LED 1，红色LED 1的光轴位于照明模块的光轴2上，其中通过会聚透镜3和4来校准光束Lr。为了将光束Lr聚焦到未进行详细描述的光混合视杆的光进入表面5上的目的，附加的会聚透镜6位于束路径中。会聚透镜3、4和6为宽带流明塑料透镜，每种会聚透镜均具有至少一个不圆的表面并且以这样的方式布置在光轴2上：会聚透镜3和4的不圆表面朝向光进入表面5取向，并且会聚透镜6的不圆表面朝向LED 1取向。
为了将颜色绿色和蓝色横向输入到光轴2上，两个二向色滤波器7和8布置在会聚透镜4和6之间，其中二向色滤波器7以这样的方式布置：二向色滤波器将由绿色LED 9发射的光束Lg输入到红色束路径Lr中。在这种连接中，二向色滤波器8承担了将由蓝色LED 10发射的光束Lb输入到包括有红色光束Lr和绿色光束Lg的已经混合的束路径中的功能。
绿色LED 9的光轴11和蓝色LED 10的光轴12被放置为相对于红色LED 1的光轴和/或相对于照明模块的光轴2的入射角为α和β，其中α和β均为75度。
通过绿色LED校准的光束Lg通过会聚透镜13和14撞击到二向色滤波器7上，并且被输入到由二向色滤波器7完全传送的光束Lr中。与光束Lg的输入相对比，由蓝色LED 10发射的光束Lb通过会聚透镜15和16撞击到二向色滤波器8上，并且与已经组合的光束Lr和Lg一起被偏转到光进入表面5中。如之前所述，混合的光束Lr、Lg和Lb借助于会聚透镜6聚焦到光混合视杆的光进入表面5中。
二向色滤波器7和8具有抗反射涂层的后表面，因此使得二向色滤波器7完全传送光束Lr并且通过二向色滤波器8完全传送光束Lr和Lg。因为实际上是光束Lg和Lb的输入的发生未导致光损耗，二向色滤波器7和8设置有特殊的薄层系统，这些薄层系统用作长通滤波器。
图1b示出了包括颜色立方体102的现有技术的颜色组合系统101b。颜色立方体用于将来自红色光源103R、绿色光源103G和蓝色光源103B的光组合为白色光束105。颜色立方体102包括：“红色”二向色反射器107，其适于反射红色光并且传送其它颜色；以及“绿色”二向色反射器109，其适于反射绿色光并且传送其它颜色。因此，红色二向色反射器和绿色二向色反射器分别反射红色光和绿色光，而蓝色光将直接通过颜色立方体。结果是，由于增加颜色混合的规则，输出的光束看起来为白色。
图1c示出了颜色组合系统101c，其中来自红色光源103R、蓝色光源103B和绿色光源103G的光组合为一种光束105。颜色被连续地添加到一起，而不是用作如图1b所示的颜色立方体。首先，利用与图1a中所示相似的绿色二向色反射器将蓝色光和绿色光组合为绿蓝色束111。其次，利用与图1a中所示相似的红色二向色反射器将绿蓝色束111和红色光组合为白色光束105。图1d示出了图1c中的颜色组合物系统101d的可行的实施方案。颜色组合系统由主光管115、蓝色光管117B、绿色光管117G和红色光管117R构成的。利用反射镜119将来自蓝色光源(未示出)的光导入蓝色光管117B并且与主光管115耦合。利用位于主光管115内部的绿色二向色反射器109将来自绿色光源(未示出)的光导入绿色光管117G并且与主光管115耦合。最后，利用位于主光管115内部的红色二向色反射器107将来自红色光源(未示出)的光导入红色光管117R中并且与主光管115耦合。由于内部反射，光在光管的内部穿行。
现有技术的颜色组合系统的一个主要缺点是如下事实：组合后的白色光束表现为白色，但是仅包括红色、绿色和蓝色光谱成分，因此输出光束的颜色渲染效果非常差。另一种现有技术的颜色组合系统需要至少两个二向色反射器，这增加了颜色组合系统的成本并且由于两个二向色反射器需要精确且准确地定位在光学系统中所以使得制造工艺进一步复杂化。现有技术的颜色组合系统还使用位于不同位置和取向的3个光源或光源阵列，这为构造增加了复杂度和成本。二向色反射器需要进一步相对于光轴成角度，并且各颜色的光束需要按非常精确的角度以便正确地对准三个光束来与第一光束耦合。
图2a-2f图示了根据本发明的照明装置201a-201f的简化实施方案，其中在所有的图中照明装置201a-f包括第一光源203、第二光源205、第一二向色反射器207和反射构件209。在图示的实施方案中，通过光圈/光闸210来导入来自光源的光。
在图2a中，第一光源203产生具有第一光谱分布的第一光束211B。在图示的实施方案中，第一光束的光谱分布主要分布在蓝色波长内并且因此对于人来说表现为蓝色。因此，将第一光源标示为B。第一光束211B沿着如箭头212所示的光轴213主要在第一方向上传播；意味着第一光束211B的传播向量具有与光轴平行的至少一个分量并且与光轴平行的向量分量大于与光轴垂直的向量分量(在3D中存在其它2个向量)大。在大多数实施方案中，第一光束211B和光轴213之间的角度小于33度，因为在大多数实施方案中，来自包括辅助光学构件的光源203的光锥将覆盖从闸的中心看到的光轴周围小于±33的角度。这提供了紧凑型照明装置并且使得可以进一步定位投影系统(未示出)，投影系统能够收集沿着光轴的大部分光。在这些实施方案中，沿着光轴主要在第一方向上传播的第一光束将具有相对于光轴小于33度的角度。在图示的实施方案中，第一光源203位于光轴处和/或光轴的附近，并且第一光束211B在光轴处和/或光轴的附近主要在第一方向上传播。
在图2a中，第二光源205产生具有第二光谱分布的第二光束215R。在图示的实施方案中，第二光束的光谱分布不同于第一光束并且主要分布在红色波长内。因此，第二光源被标示为R。第二光束215R沿着如箭头214所示的光轴213的方向主要在第一方向上传播；意味着第一光束215R的传播向量具有与光轴平行的至少一个分量并且与光轴平行的向量分量比与光轴垂直的向量分量(在3D中存在其它2个向量)大。在大多数实施方案中，第二光束215R和光轴213之间的角度小于33度，因为这提供了紧凑型照明装置并且使得可以进一步定位投影系统(未示出)，投影系统能够收集沿着光轴的大部分光。在这些实施方案中，沿着光轴主要在第一方向上传播的第二光束将具有相对于光轴的小于33度的角度。在图示的实施方案中，第二光源205偏离光轴定位，并且第二光束215R偏离光轴主要在第一方向上传播。
第二光束215R碰撞/撞击反射构件209，并且反射构件209朝向第一二向色反射器207反射所述第二光束的至少部分。第一光源203、反射构件209、第二光源205和第一二向色反射器207相互配置，使得第二光束的至少部分在由反射构件209反射之后主要在如箭头216所示的与所述第一方向基本相反的第二方向上并且朝向第一光源203的至少部分传播。意味着，第二光束215R的传播向量具有与光轴平行的至少一个分量并且具有与第一光束205B的相似分量相比相反的符号。与光轴平行的向量分量比与光轴垂直的向量分量大，意味着红色光束215R主要沿着光轴但是在负(或相反)的方向上穿行。在大多数实施方案中，第二光束和光轴之间的角度小于33度，如同第一光束的情况，但是第二光束沿着光轴在相反的方向上传播。在这些实施方案中，沿着光轴主要在第二方向上传播的第二光束将具有相对于光轴小于33度的角度。在图示的实施方案中，第二光源205和反射构件209偏离光轴定位，并且第二光束215R偏离光轴主要在第二方向上传播。
第一二向色反射器207至少部分地定位在第一光束205B和第二光束215R中。第一二向色反射器207适于传送第一光束205B的至少部分并且反射第二光束215B的至少部分。第一二向色反射器被定位为使得第二光束215R的由反射构件209反射的部分在碰撞到第一光源203之前碰撞/撞击到第一二向色反射器207。因此，第二光束将被第一二向色反射器207反射并且在如箭头218所示被第一二向色反射器207反射之后主要在所述第一方向上传播。第二光源205、反射构件209和第一二向色反射器207被配置为使得第二光束215R在光轴处和/或光轴的附近主要在第一方向上传播。第一光束211B和第二光束215R在光轴处和/或光轴的附近通过这种方式组合到一起并且在第一方向上一起传播。
与上述现有技术相对比，第二光束将与第一光束平行地并且在与第一光束相同的方向上传播，通过反射构件直接朝向第一光源反射，并且在通过二向色反射器反射之后主要在第一方向上传播。因此，第二光源和第一光源能够定位在近似相同的平面中，因此能够提供非常紧凑的照明装置，因为光源不占据沿着光轴的空间，在大多数应用中光轴处的空间受限制。在需要添加具有另一光谱分布的附加光源的情况下，来自第一光源的光不需要如现有技术中的情况那样被反射或经过第三二向色反射器而使强度受损。图2c-2f图示了这种情况的不同实施方案。
图2b-2f中的照明装置201b-f进一步包括第三光源219，第三光源219产生具有第三光谱分布的第三光束221G。在图示的实施方案中，第三光束的光谱分布不同于第一光束211B和第二光束215R并且主要分布在绿色波长内。因此，第三光源通过图2b-2f标示为G。第三光束221G沿着如箭头222所示的光轴213主要在第一方向上传播。
在图2b中，第三光束221G在光轴附近和/或在光轴处主要在第一方向上传播并且不会碰撞到第一二向色反射器207或反射构件209。然而，在图2c中，由于第一二向色滤波器也至少部分地定位在第三光束、第一光束211B和第二光束215B中，通过第一二向色反射器207传送第三光束221G。因此，第一二向色反射器也适于传送第三光束221G的至少部分。因此，图2c的第一二向色反射器207适于传送第一光束211B和第三光束221G并且反射第二光束215R。在图2c中，第一二向色反射器实施为在绿色波长和红色波长之间具有截止波长(近似595nm)的低通滤波器(针对波长)并且将反射比截止波长长的波长(红色光＞595nm)并且传送较短的波长(蓝色光和绿色光＜595nm)。技术人员认识到，能够通过设置除了第一二向色反射器之外的第二二向色反射器来实现相同的效果。在这种情况下，第二二向色反射器适于传送第三光束221G并且反射第二光束215R。因此，IT可以将第一和第三光源定位得非常靠近并且使得第二光束215R朝向第一和第三光源回射，从而能够提供非常紧凑的照明装置。
在图2d和图2e中，第三光源219偏离光轴定位，并且第三光束221G将像第二光束215R一样偏离如箭头222所示的光轴主要在第一方向上传播，通过反射构件209反射，随后偏离如箭头224所示的光轴主要在第二方向上传播，通过第一二向色反射器207反射，并且随后偏离如箭头226所示的光轴主要在第二方向上传播。在图2d中，第一二向色反射器也适于反射第三光束221G的至少部分。然而，图2e中的照明装置包括第二二向色反射器223，所述第二二向色反射器223适于反射第三光束221G的至少部分并且传送第一光束205B的至少部分。在图2d中，第一二向色反射器实施为在绿色波长和蓝色波长之间具有截止波长(近似495nm)的低通滤波器(针对波长)，并且将反射比截止波长长的波长(绿色光和红色光＞495nm)并且传送较短的波长(蓝色光＜495nm)。
在图2f中，照明装置201f包括产生第四光束227W的第四光源225，第四光束227W具有第四光谱分布并且沿着如箭头228所示的光轴主要在第一方向上传播。第四光谱分布为在光谱上宽泛分布的白色光并且标示为W。在该实施方案中，第一二向色反射器207适于以上述相同的方式反射第二光束215R和第三光束221G并且传送第一光束211B。第四光束227W在光轴213处和/或光轴213的附近主要在第一方向上传播并且不会碰撞到第一二向色反射器207。第四白色光束可用于为在光闸213处出射的光束增加亮度并且进一步改进颜色渲染，因为宽的光谱分布将增加第一、第二和第三光束的缺失光谱分量。
图3示出了根据本发明的照明装置301的另一实施方案。照明装置301为球形系统，并且图3图示了截面图。照明装置包括多个第一光源303，第一光源303产生具有绿色光谱分布的第一绿色光束311G(图示为虚线)。本领域技术人员认识到，虽然仅示出了两个绿色光束，但是产生了多个绿色光束。绿色光束311G沿着如箭头312所示的光轴313主要在第一方向上传播。照明装置进一步包括多个第三光源319，第三光源319产生具有蓝色光谱分布的蓝色光束321B(在本申请中均图示为虚线)。本领域技术人员认识到，虽然仅示出了两个蓝色光束，但是产生了多个蓝色光束。蓝色光束321B沿着如箭头322所示的光轴313主要在第一方向上传播。第一光源303和第三光源靠近光轴定位，并且第一光束311G和第二光束321B在光轴处和/或光轴的附近主要在第一方向上传播。
照明装置进一步包括多个第二光源305，第二光源305产生具有红色光谱分布的红色光束315R。本领域技术人员理解的是，虽然仅示出了两个红色光束，但是产生了多个红色光束。如结合图2a-2f所述，第二光束315R沿着如箭头314所示的光轴213的方向主要在第一方向上传播，通过反射构件309反射，并且随后主要在如箭头316所示的第二方向上传播，并且最终通过第一二向色反射器307反射并且随后主要在如箭头324所示的第一方向上传播。第二光源305偏离光轴定位，并且第二光束315R起初偏离光轴主要在第一方向上传播，最后在光轴处和/或光轴的附近主要在第一方向上传播，因此与第一光束和第三光束结合。
与现有技术的颜色组合系统相对比，照明装置仅使用一个二向色滤波器，因此更加高效并且成本效益更好，因为每个颜色二向色滤波器总是与强度损失相关联并且能够导致不期望的衍射。照明装置不会进一步吸收如现有技术系统那么多的能量，因此不需要如现有技术系统那么多的冷却。另外，可以增加多个光源，而不会超过沿着光闸的光轴定位的成像系统(未示出)的集光率，因为光源产生不同颜色的光束，利用二向色滤波器将这些不同颜色的光束结合。另外的优点是如下事实：因为来自第二光源的光束指向第一光源阵列，所以光源可以非常靠近光轴定位。
在图示的实施方案中，照明装置包括第一聚合构件331，第一聚合构件331会聚绿色光束和蓝色光束，以使绿色光束和蓝色光束聚集到沿着光轴的位置处。第一聚合构件331位于二向色反射器之前，因此蓝色光束和绿色光束在它们被传送通过二向色反射器之前被衍射。结果是，红色光束不通过第一聚合构件331偏转。然而，红色光束通过第二聚合构件333偏转，第二聚合构件333适于将红色光束聚焦到与绿色光束和蓝色光束相同的沿着光轴的位置处(在闸门处)。
图3中所示的照明装置为球形系统，其中第一光源阵列的光源均匀地分布在光轴的周围，例如按蜂巢式图案或环形布置。第一(绿色)和第三(蓝色)光源布置在光轴处和/或光轴的附近，并且第二(红色)光源偏离光轴布置在最靠外的位置处。所示的实施方案的光源为安装到PCB上或者直接安装到冷却模块处的LED，并且来自LED的光通过每个光源顶部上的TIR透镜进行校准。技术人员将理解的是，还可以使用其它种类的光源，诸如放电灯、荧光灯、等离子灯、OLED等。例如，光源可以为围绕光轴的环形成的光源。而且，可以通过除了TIR透镜之外的其它构件来进行校准，例如，反射器、柯勒(Kohler)聚光器、鱼眼透镜或菲涅耳(Fresnel)透镜、衍射格栅。在图示的实施方案中，第一聚合构件331实施为菲涅耳透镜。菲涅耳透镜将绿色/蓝色光收集到闸门处，实质上菲涅耳透镜的焦距应当与自菲涅耳至闸门的光学距离近似相等。例如，菲涅耳透镜可以为以聚合物成型的微型菲涅耳透镜。然而，还可以使用常规的透镜或其它类型的聚合构件。第一二向色反射器307与聚合透镜相邻定位。例如，二向色反射器可覆盖到菲涅耳透镜上，从而将菲涅耳透镜和二向色反射器集成到一起。
反射构件可实施为围绕光轴均匀分布的多个反射镜或者实施为环形反射镜。反射构件可以既实施为平面反射镜，又可实施为弧形反射镜。平面反射镜仅重定向光束，而弧形反射镜也将衍射光束。例如，可以通过改造的弧形反射镜将第二聚合构件和反射构件集成到一起。反射构件可通过反射光学构件的本领域所公知的构件构成，例如玻璃反射镜、具有和/或不具有反射涂层的金属表面。反射构件还可实施为二向色反射器。技术人员将理解的是，不同的配置和颜色的组合可能是有益的，这取决于LED的类型和二向色组合滤波器的选择。
本领域所公知的是，能够通过改变光源相对于彼此的强度来改变在闸门处组合的输出光束的颜色，例如，通过改变通过LED的电流或者使用PWM技术。
图4示出了根据本发明的照明装置401的另一实施方案。照明装置401与图3中的照明装置301的不同在于，进一步包括第四光源425，第四光源425产生具有第四光谱分布并且沿着如箭头428所示的光轴主要在第一方向上传播的第四光束427W。第四光谱分布为在光谱上宽泛分布的白色光并且标示为W。第四白色光束可用于为光闸410处的输出光束增加亮度并且进一步改进颜色渲染，因为宽的光谱分布将增加第一、第二和第三光束的缺失光谱分量。第一和第三光源进一步围绕光轴413非对称地布置，从而在光闸处可以实现更加均匀的颜色分布。
多个第一光源403和第三光源419分别实施为产生第一红色光束411R和第三绿色光束421G的红色(R)光源和绿色(G)光源。多个第二光源405实施为产生蓝色光束415B的蓝色(B)光源。因此，第一二向色反射器407适于反射蓝色光并且传送绿色光和红色光。照明装置以与如图3中所述的照明装置相似的方式组合光束，唯一的区别是，蓝色光束通过反射构件409和第一二向色反射器反射，并且红色光束直接朝向光闸410传播。在图示的实施方案中，白色光源W为白色LED；然而，技术人员将能够使用其它类型的白色光源，例如放电灯、荧光灯、等离子灯、磷光材料将UV光转换为可视光的UV LED、卤素灯等。
图5图示了根据本发明的照明装置501的另一实施方案。在该实施方案中，第四白色光源525为定位在反射器内部的放电灯或等离子灯。在该实施方案中，因为反射器被设计为聚集白色光束527B，第一聚合构件的中部已被移除。进一步示出的是，多个第一光源503和第三光源519可分别实施为产生第一红色光束511R和第三蓝色光束521B的红色(R)光源和绿色(G)光源。多个第二光源505实施为产生绿色光束515G的绿色(G)光源。因此，第一二向色反射器507适于反射绿色光并且传送蓝色光和红色光。照明装置以与如图3所示的照明装置相似的方式组合光束，区别在于，绿色光束通过反射构件509和第一二向色反射器507反射，并且红色光束直接朝向光闸510传播。图5示出了反射构件509能够进一步沿着光轴513定位。实际上，可以将反射构件布置在相对于第二光源的光轴下游的任意位置处。在图示的实施方案中，反射构件509位于与光闸510相同的平面处。图5还图示了可以使光源相对于光轴成角度，因此可省略聚合构件。这在图5中通过使第三光源成角度而进行了图示。
图6示出了根据本发明的照明装置601的另一实施方案。多个第一光源603、第二光源605和第三光源619分别实施为分别产生第一绿色光束611G、第二红色光束(R)615R和第三蓝色光束621B的绿色(G)光源、红色(R)光源和蓝色(B)光源。绿色光束611G朝向光轴下游的光闸沿着光轴613主要在第一方向上传播。在该实施方案中，红色光束615R和蓝色光束621B通过反射构件609反射并且分别指向二向色反射器607和623。二向色反射器607和623沿着光轴主要在第一方向上引导红色光束和蓝色光束。第四光源625产生第四光束627W，第四光束627W具有第四光谱分布并且沿着光轴主要在第一方向上传播。
在该实施方案中，聚合构件集成到与光源相关联的TIR 635透镜中。TIR透镜可设计为非对称的以及专门针对每种直径和距离进行设计，从而将光直接聚集到闸门处。因此，能够省略菲涅尔透镜(图3中的331和333)，从而能够避免光学损耗。还可以使用不同尺寸和形状的TIR透镜，以便补偿光源的辐射图案的差别以及至闸门的光路长度，因此进行优化以便仍实现良好的颜色混合。另外要注意的是，红色光束和蓝色光束均通过反射构件609和二向色反射器607和623反射。因此，二向色反射器607适于反射红色光，因此，二向色反射器623适于反射蓝色光。由于多个LED系统在白色输出方面受到绿色LED的输出限制的事实，绿色光源的量大于蓝色光源和红色光源的量，因为与红色和蓝色LED相比绿色LED通常具有较低的强度。因此，增加的绿色光源的量将对此进行补偿。
图7图示了根据本发明的照明装置701的另一实施方案。多个第一光源703、第二光源705和第三光源719分别实施为分别产生第一绿色光束711G、第二红色光束(R)715R和第三蓝色光束721B的绿色(G)光源、红色(R)光源和蓝色(B)光源。绿色光束711B和蓝色光束721B朝向光轴下游的光闸710沿着光轴713主要在第一方向上传播。在该实施方案中，红色光束615R通过反射构件709反射并且指向二向色反射器707。二向色反射器707沿着光轴主要在第一方向上引导红色光束。第四光源725产生第四光束727W，第四光束727W具有第四光谱分布并且沿着光轴主要在第一方向上传播。可以看出，其它的光源相对于光轴成角度，以便沿着光轴聚集一定距离处的光束。
图8示出了根据本发明的照明装置801的另一实施方案。多个第一光源803、第二光源805和第三光源819分别实施为分别产生第一绿色光束811G、第二蓝色光束815B和第三红色光束821R的绿色(G)光源、蓝色(R)光源和红色(B)光源。绿色光束811B朝向光轴下游的光闸810沿着光轴813主要在第一方向上传播。在该实施方案中，蓝色光束815B通过反射构件845反射并且指向二向色反射器807。二向色反射器807沿着光轴主要在第一方向上引导蓝色光束。第四光源825产生第四光束827W，第四光束827W具有第四光谱分布并且沿着光轴主要在第一方向上传播。
在该实施方案中，反射构件845为适于反射蓝色光束815B的第二二向色滤波器845。第二二向色滤波器还适于传送红色光束，因此，第三光源819能够布置在反射构件845的后面，并且红色光束最初将朝向第一二向色滤波器807在第二方向上传播，随后沿着光轴在第一方向上被反射。因此，第一二向色反射器807适于反射蓝色光束815B和红色光束821R并且传送绿色光束811G。该实施方案使得可以构造非常紧凑的照明装置。
注意的是，所示的实施方案仅作为可行方案的示例性实施例，并且本领域技术人员将能够在权利要求的范围之内构造处可选的方案。例如，系统还可以包括与图中所示的TIR透镜不同的校准光学构件。例如，作为反射器的柯勒聚光器或不同的鱼眼透镜，或者这些构件的任意组合。
二向色反射器可由胶粘到第一聚合构件(图4中的菲涅尔透镜315)的平面侧的较小件制成，使涂层侧朝向闸门，并且使用当来自第一光源阵列的光经过聚合构件和二向色反射器时能够减少反射和损耗的折射率匹配胶粘构件。通过仅在需要朝向闸门反射来自第二光源阵列的光的位置处设置二向色材料，能够进一步减少二向色材料的量。可以针对所使用的波长以及二向色反射器上的光入射角来进一步优化二向色反射器。通过这种方式来优化二向色反射器的效率。
可以多种不同的方式来组合在第一和第二光源阵列处的不同光源的颜色，并且在两个光源阵列中还可以包括等同的光源。例如，另外的实施例可以为，光源的颜色围绕光轴成球形交变。一些光束在沿着光轴被反射之前还可以经历两个光源阵列之间的多重反射。这种照明装置801示于图8中，其中第一光源阵列805包括蓝色光源B，其中光束815B首先经过聚合构件，所述聚合构件适于将蓝色光束聚集到近似闸门处。此后，蓝色光815B在位于第二光源阵列前方的二向色反射器845上被反射。二向色反射器845811b进一步传送由红色光源819R发射的红色光束821R。然后，蓝色光束通过位于第一光源阵列前方的二向色反射器807反射并且沿着光轴引导。二向色反射器807适于反射蓝色光束和红色光束并且进一步传送绿色光束811G。
对于集光率受限制的应用来说，光源可以为未封装的LED模具。这忽视了如下事实：具有折射率“匹配”材料的模具的不封装增加了抽出效率。这是因为，由于不封装物的折射率升高至2的平方，也增大了光源的集光率。对于具有近似1.5的折射率的硅树脂，这意味着光源的集光率按2.25的系数增加，并且可以使用的光源的数量按相同的系数减少。
图9示出了投影照明装置的截面图。投影照明装置实施为GOBO投影仪900，其适于将GOBO成像到目标表面(未示出)上。GOBO投影仪900包括照明装置701、遮光板轮901和投影系统903。
与图7中所示的照明装置类似地实施照明装置701。技术人员理解的是，可使用图2-8中所示的任何很早吗装置以及落在权利要求的范围之内的任何照明装置。照明装置集成到壳体905中，并且反射构件709集成到前壁907的内侧。
遮光板轮包括安装到娱乐灯光领域公知的旋转的圆盘传送带911上的多个遮光板。例如，遮光板轮可实施为如通过引用并入本文的US5402326、US6601973、US6687063或US2009/0122548中所述。通过旋转圆盘传送带可将每个遮光板移动到光轴713中并且移动到来自照明装置的光束中。投影系统包括多个光学透镜912并且适于在目标表面(未示出)处形成遮光板的图像。
投影照明装置还可以为数字式投影仪，其中诸如DMD、DLP、LCD、LCOS等数字式成像构件定位在光束中，并且投影系统适于在目标表面处形成数字式成像装置的图像。
图10为移动头灯具1001的立体图，其中根据本发明的照明装置已经集成到头部中。移动头灯具1001包括基座903、与所述基座可旋转连接的轭架905以及与轭架可旋转连接的头部907。头部包括根据本发明的照明装置并且产生通过退出透镜909退出头部的光束(未示出)。移动头灯具包括第一旋转构件，例如，通过利用位于基座中的电动机使与轭架连接的轴旋转，所述第一旋转构件使得轭架相对于基座旋转。移动头灯具还包括第二旋转构件，例如，通过利用位于轭架中的电动机使与头部连接的轴旋转，所述第二旋转构件使得头部相对于轭架旋转。技术人员将理解的是，可以利用诸如电动机、轴、齿轮、电缆、链轮、变速系统等机械部件通过多种不同的方式来构造旋转构件。
移动头灯具接收来自外部电源的电力。电力由内部电源接收，所述内部电源适配电力并且通过内部电力先例将电力分配到移动头的子系统。能够以多种不同的方式来构造内部电力系统。灯具还包括控制器，所述控制器基于表示至少一个灯光效果参数和至少一个位置参数的输入信号来控制灯具中的其它部件(其它子系统)。控制器通过使用例如DMX、ArtNET、RDM等标准协议接收来自智能娱乐灯光技术领域公知的灯控制器(未示出)的输入信号。灯光效果参数表示所述光束的至少一个灯光效果参数，例如，光束的调光量和/或调光速度，CMY系统应当混合的颜色，颜色滤波器系统应当定位在光束中的颜色滤波器的种类和/或遮光板系统应当定位在光束中的遮光板的种类，灯具应当利用缩放系统形成的光束的发散度，表示从透镜到遮光板效果应当成像的表面的距离的焦距，等等。
控制器适于通过内部通信线路将命令和指令发送到移动头的不同子系统。内部通信系统可基于各种类型的通信网络/系统。
移动头还可具有用户输入构件，所述用户输入构件使用户能够与移动头直接交互，而不是使用灯控制器与移动头进行通信。例如，用户输入构件911可以为按钮、控制杆、触摸板、键盘、鼠标等。用户输入构件还可由显示器913支撑，使得用户能够利用用户输入构件通过显示器上所显示的菜单系统来与移动头进行交互。在一个实施方案中，显示构件和用户输入构件还可集成为触摸屏。
本发明可例如实现到包括诸如DMD、DLP、LCD、LCOS等数字式成像装置的投影装置中或者实现到包括基座、与基座连接的可旋转轭架以及与轭架连接的可旋转头部的移动头灯具的头部中。因此，提供了具有均匀的成像闸门的照明且不具有颜色伪迹的功效高的数字式投影装置或移动头。投影系统可以合并到包括基座、与所述基座可旋转连接的轭架以及与轭架可旋转连接的头部的移动头灯具中。

Claims (18)

1.一种照明装置，包括：
至少第一光源，所述第一光源产生具有第一光谱分布的第一光束；所述第一光束沿着光轴主要在第一方向上传播；
至少第二光源，所述第二光源产生具有第二光谱分布的第二光束；所述第二光束沿着所述光轴主要在所述第一方向上传播；
至少第一二向色反射器，其至少部分地定位在所述第一光束和所述第二光束中；所述第一二向色反射器传送所述第一光束的至少部分并且反射所述第二光束的至少部分；
反射构件，其朝向所述第一二向色反射器反射所述第二光束的至少部分，
其特征在于，所述第一光源、所述反射构件、所述第二光源和所述第一二向色反射器相互配置，使得所述第二光束在通过所述反射构件反射之后主要在与所述第一方向大致相反的第二方向上并且朝向所述第一光源的至少部分传播，并且使得所述第二光束的至少部分在通过所述第一二向色反射器反射之后主要在所述第一方向上传播。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，多个所述第二光源均匀地分布在所述光轴的周围。
3.根据权利要求1-2所述的照明装置，其特征在于，多个所述第二光源成球形分布在所述光轴的周围。
4.根据权利要求1-3所述的照明装置，其特征在于，所述反射构件沿着所述光轴布置在一定距离处。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其特征在于，多个所述反射构件均匀地布置在所述光轴的周围。
6.根据权利要求4-5所述的照明装置，其特征在于，所述光束穿过所述反射构件中的光圈。
7.根据权利要求4-6所述的照明装置，其特征在于，所述光轴穿过所述反射构件中的光圈。
8.根据权利要求1-7所述的照明装置，其特征在于，包括至少第三光源，所述第三光源产生第三光束，所述第三光束具有第三光谱分布并且沿着所述光轴主要在所述第一方向上传播。
9.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述第一二向色反射器传送所述第三光束的至少部分，并且所述第三光源、所述反射构件、所述第二光源和所述第一二向色反射器相互配置，使得所述第二光束在通过所述反射构件反射之后主要在与所述第一方向大致相反的第二方向上并且朝向所述第三光源的至少部分传播，并且使得所述第二光束的至少部分在通过所述第一二向色反射器反射之后主要在所述第一方向上传播。
10.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，包括至少第二二向色反射器，所述第二二向色反射器至少部分地定位在所述第三光束和所述第二光束中，所述第二二向色反射器传送所述第三光束的至少部分并且反射所述第二光源的至少部分，并且所述第三光源、所述反射构件、所述第二光源和所述第二二向色反射器相互配置使得所述第二光束在通过所述反射构件反射之后主要在与所述第一方向大致相反的第二方向上并且朝向所述第三光源的至少部分以及所述第二二向色反射器的至少部分传播，并且使得所述第二光束的至少部分在通过所述第二二向色反射器反射之后主要在所述第一方向上传播。
11.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，所述第一二向色反射器反射所述第三光束的至少部分，并且所述反射构件朝向所述第一二向色反射器反射所述第三光束的至少部分，并且所述第一光源、所述反射构件、所述第三光源和所述第一二向色反射器相互配置以使所述第三光束在通过所述反射构件反射之后主要在与所述第一方向大致相反的所述第二方向上并且朝向所述第一光源的至少部分传播，并且使得所述第三光束的至少部分在通过所述第一二向色反射器反射之后主要在所述第一方向上传播。
12.根据权利要求8所述的照明装置，其特征在于，包括至少第二二向色反射器，所述第二二向色反射器至少部分地定位在所述第一光束和所述第三光束中，并且所述反射构件朝向所述第二二向色反射器反射所述第三光束的至少部分，所述第二二向色反射器传送所述第一光束的至少部分并且反射所述第三光源的至少部分，并且所述第一光源、所述反射构件、所述第三光源和所述第二二向色反射器相互配置，使得所述第三光束在通过所述反射构件反射之后主要在与所述第一方向大致相反的所述第二方向上并且朝向所述第一光源的至少部分传播，并且使得所述第三光束的至少部分在通过所述第二二向色反射器反射之后主要在所述第一方向上传播。
13.根据权利要求1-12所述的照明装置，其特征在于，包括至少第四光源，所述第四光源产生第四光束，所述第四光束具有第四光谱分布，所述第四光束主要在所述第一方向上传播，并且所述第四光谱分布为光谱上宽泛分布的白色光。
14.根据权利要求1-13所述的照明装置，其特征在于，所述二向色反射器中的至少一个与所述第一方向基本垂直。
15.一种投影装置，包括
数字式成像装置；
成像系统，其适于在表面处对所述数字式成像装置进行成像，
其特征在于，包括根据权利要求1-14中所述的照明装置，并且所述照明装置照射所述数字式成像装置的至少部分。
16.移动头灯具，包括：
基座，
轭架，其与所述基座可旋转连接，
头部，其与所述轭架可旋转连接，
其特征在于，所述头部包括根据权利要求1-14中所述的照明装置。
17.根据权利要求16所述的移动头灯具，其特征在于，进一步包括束成形装置和适于在表面处对所述束成形装置进行成像的成像系统，并且所述照明装置照射所述束成形装置的至少部分。
18.一种照明方法，包括如下步骤：
产生具有第一光谱分布的第一光束；
沿着光轴主要在第一方向上引导所述第一光束；
通过二向色反射器传送所述第一光束的至少部分；
产生具有第二光谱分布的第二光束；
沿着光轴主要在所述第一方向上引导所述第二光束；
利用反射构件朝向所述二向色反射器反射所述第二光束，并且此后
利用所述二向色反射器主要在所述第一方向上引导所述第二光束；
其特征在于，利用反射构件朝向所述二向色反射器引导所述第二光束的所述步骤包括如下步骤：主要在与所述第一方向大致相反的第二方向上并且朝向产生所述第一光束的所述光源引导所述第二光束。
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