CN102597606B - 照明装置 - Google Patents

Abstract

一种照明装置，其包括：多个发光元件(1)；以及光束成形光学件(7)，该光束成形光学件(7)具有入口孔(6)。每个发光元件光学连接到一组光纤(5)，每个光纤(5)具有光学连接到发光元件的第一端和光学连接到入口孔(6)的第二端，以便将来自发光元件的准直的光引导至光束成形光学元件(7)。该发光元件在大于所述入口孔(6)的区域上分布。

Description

照明装置

技术领域

本发明涉及照明装置，且特定而言涉及用于娱乐照明应用的聚光照明装置。

背景技术

具有点形光发射的发光元件，特别是固态光发射元件(例如，LED)，更频繁地用于各种照明装置中，包括用于诸如影院、电视演播室照明和例如摇滚音乐会的场合下的光照之类的各种娱乐照明应用的灯具。

固态光发射元件具有在能效和重量方面优于常规灯的很多优点。特别是在暂时应用中（诸如在旅行和活动期间）所用的照明灯具，总重量的减小为固态照明系统的关键益处。

在市场存在具有红色LED、绿色LED和蓝色LED的许多LED系统，其中每个LED具有个别透镜以形成窄光束。由于在这些系统中，光并未充分混合，物体形成多个阴影。此外。利用这种系统架构，不能创建如在娱乐中常用的那样的边缘分明的光点。

已经证明，基于连接到一个光学系统的100-200个LED的阵列能形成无这些限制的照明系统。此光学系统对于将来自LED的朗伯光分布转换为所需光束形状(10°至40°的FWHM，优选可缩放的、明确限定的光束轮廓)而言是重要的。这样的系统在US6,200,002中公开。

将LED的朗伯光分布转换成可用于例如娱乐应用中的光束的光学系统通常包括管状反射器，该管状反射器具有入口孔和大于入口孔的出口孔，且入口孔直径与出口孔直径之间的比例在6至10的范围。由于该系统的总直径不应变得大于数十cm，发光元件必须受限为具有大约数cm的直径的面积。

具有数cm直径的LED阵列的输出通量受到向环境传热的限制。此外，LED的量也受限于现存有效率的LED的包装大小。为了在大约60lm/W的当前LED效能下实现例如10.000流明，需要从数cm²移除大约150W。如果这由金属散热器来完成，则该灯具的重量将变得较大。

发明内容

本发明的目的在于，克服或至少减轻上文所提到的问题，且提供基于固态的照明装置，该基于固态的照明装置适用于娱乐应用中但并不具有过大的重量。

根据本发明，利用如下照明装置来实现这个和其它目的，该照明装置包括：多个发光元件和具有入口孔的光束成形光学件。每个发光元件光学连接到一组光纤，每个光纤具有光学连接到发光元件的第一端和光学连接到入口孔的第二端，以便将来自发光元件的准直的光引导至光束成形光学元件。发光元件在大于入口孔的区域上分布。该照明装置还包括：控制器，其用于控制所述发光元件的通量；以及光传感器，其连接到控制器，其中每组光纤还包括至少一个光纤，该至少一个光纤的第一端光学连接到发光元件且其第二端光学连接到光传感器。该光传感器可检测来自发光元件或成组发光元件的通量，且此信息可反馈到通量控制器。

通过使用光纤将发光元件连接到光束成形光学件，发光元件可在大于光束成形光学件的入口孔的表面上分布开。因此，来自发光元件的热也可更易于利用相对较轻重量的散热器来耗散。

改进的冷却以及增加的可用于布线的空间进一步允许大的电流通过LED。因此，实现每面积单位的大的通量，并因此可实现来自小系统的大的通量。

通过分开发光元件，便于发光元件的维修和替换。这是特别重要的，特别是对于娱乐固态照明系统而言，因为由于大量发光元件和极端操作电流所导致的发光元件故障的风险可相当大。

使用光纤将光从LED引导至光学构件是本领域中已知的且描述于例如文献JP2006004862中。但是，在现有技术解决方案中，纤维尚未用于将来自于在较大面积上分布开的发光元件的光集中到更小的入口孔处。

根据本发明的发光装置可具有多于100个发光元件，且发光元件可以至少一厘米的距离彼此分开。

发光元件可包括适于发射不同颜色光的发光元件。在典型娱乐系统中，使用4-8种不同颜色。在此情况下，每组光纤可在光束成形光学件入口孔处与其它组的光纤混合。这改进了颜色混合。优选地，光纤布置于光束成形光学件的入口孔处以使得引导相同LED颜色的纤维基本上均等地分布。

根据本发明的反馈可用于颜色系统中来检测不同颜色的相对通量。在此情况下，光传感器可受到控制以在时间上循序地检测不同颜色。这种解决方案的优点在于，该反馈对于光传感器的老化或劣化并不敏感。或者，可存在多个光传感器，且每个光传感器可仅连接到与具有相同颜色的发光元件连接的光纤。

每个发光元件还可包括准直器，该准直器被布置成使得发射自发光元件的光准直，在此情况下，每个光纤的第一端光学连接到准直器。准直器将提供光的第一准直，便于入射耦合到光纤内。

根据一实施例，光束成形光学件包括：管状反射器，其具有反射性内表面，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。

应当指出的是，本发明涉及在权利要求中所陈述的特点的所有可能组合。

附图说明

现将参考示出本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的这方面和其它方面。在所有附图中，相似的附图标记指代相似的特点。

图1示出根据本发明的第一实施例的照明装置的示意图。

图2示出根据本发明的第二实施例的照明装置的示意图。

具体实施方式

本发明可应用于各种类型的照明系统中，且将参考适于例如娱乐应用的照明装置来进行描述。这样的照明装置通常适于提供相当大的光输出，例如在10000与100000流明之间，且优选地包括能使光束成形的光学件。

图1中的照明装置包括布置于基底2上的多个发光元件（通常为固态光元件，且在图示情况下为LED1）。LED可为InGaNLED，其可以以比许多其它LED（诸如AlInGaPLED）更高的温度(电流)运行。

基底2具备电路(未图示)以用于向LED提供电力和任何控制信号，且还具备散热器3，LED热连接到该散热器3。散热器适于耗散由LED生成的热。在图示情况下，散热器3由布置于基底2的背侧的相对较薄的铝冷却鳍片来形成。

在典型应用中，该装置包括100-200个LED，但该数量也可在该范围之外。LED以一定的距离彼此分开，该距离足够大以允许由散热器3来进行充分散热。作为实例，LED可由厘米量级（例如1cm）的距离分开。如果装置包括例如布置成矩形(正方形)的11×11的阵列的121个LED，此可导致10cm×10cm的大小。

该装置还包括布置于每个发光元件顶部的多个准直器4。每个准直器4被布置成使得来自相对应LED1的光准直为具有合适的角范围，通常小于±30°，且具有合适面积（通常具有数mm的直径）。作为实例，准直器可为单个单元式LED集中器透镜。适用于标准LED的这样的集中器透镜例如能容易地从PolymerOptics购买到。

若干柔性光波导（诸如光纤5）连接到每个准直器透镜4，每个光纤具有在透镜4的焦平面中的第一端。在PMMA纤维的情况下，对于每个LED而言，适量可为10-100个，或者在具有大约50μm直径的玻璃纤维的情况下，对于每个LED而言，适量可为大约10000。

每个纤维5的第二端布置于光束成形光学件7的入口孔6处，使得来自所有LED的光由纤维引导至光束成形光学件内，以便提供具有满意品质的光束。光束成形光学件7可布置成使得来自发光元件的光进一步准直(作为由准直器4提供的任何准直的附加)。作为实例，发出的光束可具有大约10°至40°的半最大值全宽。光束成形光学件7也可使得光束缩放且使得光束成形(例如，“冲刷(wash)”光束，“边缘分明的光点”束等)。

这样的光学件的实例由US6,200,002提供，其以引用的方式结合到本文中。在此情况下，光束成形光学件7为管状反射器，其第一端形成入口孔6且其另一端形成较大出口孔13。管状反射器的截面可为多边形截面，例如六边形、七边形或八边形。当从光学轴线进行观察，每个壁区段的表面可为凸出的。

用于娱乐应用的常规光束成形光学件的入口直径(入口孔6的直径)与出口直径(出口孔13的直径)之间的比率通常为大约6-10。照明装置的总直径通常限制为大约30cm，其继而限制了光学元件的出口直径。入口孔因此将具有大约3-5厘米的直径。根据本发明，由发光元件1的入口所占据的基底2的面积可大于光束成形光学件7的孔6。换言之，纤维5从更大面积收集光，且将光集中到进入孔6的更小面积内。

根据一实施例，发光元件包括不同颜色的元件，例如红色LED、绿色LED和蓝色LED以允许生成白光。在典型娱乐照明应用中，需要4-8种不同颜色来能够生成可变颜色光。颜色控制器8可被布置成控制该装置的颜色混合。在此情况下，来自各种LED的纤维优选地与来自不同颜色的LED的纤维进行混合，使得第一颜色混合由纤维提供。在图1中，此由两个LED1a和1b和纤维5a和5b来进行说明，其确保来自两个LED的光在光束成形光学件7的入口孔6处已经彼此混合。混合可为随机化的，即，从所有LED引导的大量纤维将在入口孔处随机地混合。光束成形光学件可适于进一步改进由混合纤维提供的颜色混合。

根据一实施例，该装置还包括颜色反馈，以便颜色控制器能够将不同颜色的LED的相对光通量保持为等于在寿命中的校准值且作为温度的函数。此处的反馈包括颜色传感器，例如光电二极管9，来自每个LED的纤维10、10b之一连接到该光电二极管9。光电二极管9的光通量然后可反馈到颜色控制器8，且可用于控制每种颜色的通过LED的电流。

这可以以至少两种不同的方式来实施。根据第一方案（在图1中示出），来自每个LED的一个纤维10a、10b连接到一个单个光传感器9，其被布置成在时间上循序地测量每种颜色的输出。此实施方式具有不受光传感器老化影响的优点。在光电二极管的情况下，两个不同的传感器可具有不同的老化特征。由于该同一传感器用于所有的颜色，除了波长相关的老化之外，相对强度将不会改变。

根据在图2中示出的第二方案，为每种颜色布置一个传感器9a、9b以允许进行持续的通量监视。连接到相同颜色的LED的所有纤维11a、11b连接到相同的传感器9a、9b。这种实施方式需要更少的控制电路，因为无需循序的时序控制。

本领域技术人员认识到，本发明绝不限于上文所述的优选实施例。相反，在所附权利要求书的范围内，许多修改和变化是可能的。例如经由一个或两个二色镜在一个纤维中插入2种或3种颜色来在入口孔6处进一步增加每mm²的通量。

Claims (14)

1.一种照明装置，包括：

多个固态发光元件(1)，

光束成形光学件(7)，其具有入口孔(6)，

控制器(8)，其用于通过独立地调节至少两个所述固态发光元件的电流来控制所述固态发光元件的通量，以及

光传感器(9)，其连接到所述控制器(8)，

每个固态发光元件光学连接到一组光纤(5)，每个光纤具有光学连接到所述固态发光元件的第一端和光学连接到所述入口孔(6)的第二端，以便将来自所述固态发光元件的准直的光引导至所述光束成形光学件(7)，

另外的光纤(10a,10b;11a,11b)，该另外的光纤(10a,10b;11a,11b)的每一个的第一端光学连接到所述固态发光元件中的仅仅一个且其第二端光学连接到所述光传感器(9)，其中所述另外的光纤的每一个只为所述光传感器提供来自所连接的所述固态发光元件的光，

其中关于该传感器所接收的光的信息得自于所述传感器并由所述控制器用于所述电流的调节，以及

其中所述固态发光元件在大于所述入口孔(6)的区域上分布。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其还包括散热器(3)，所述固态发光元件热连接到所述散热器(3)。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述固态发光元件与相邻固态发光元件以至少1cm的距离分开。

4.根据权利要求1所述的照明装置，其包括超过100个固态发光元件。

5.根据权利要求1所述的照明装置，其中，所述固态发光元件(1)包括成组的固态发光元件(1a,1b)，所述成组的固态发光元件(1a,1b)适于发出不同颜色的光。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其中在所述光束成形光学件入口孔(6)处，每一组光纤(5a)与其它组的光纤(5b)混合以便提供颜色混合。

7.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述控制器(8)被布置成控制具有不同颜色的固态发光元件的相对通量。

8.根据权利要求7所述的照明装置，其中所述光传感器(9)被布置成在时间上循序地检测不同颜色。

9.根据权利要求7所述的照明装置，包括多个光传感器，且其中被连接到特定光传感器(9a,9b)的所有所述另外的光纤(11a,11b)均连接到具有相同颜色的固态发光元件(1a,1b)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的照明装置，其中，每个固态发光元件包括准直器透镜，所述准直器透镜被布置成使得来自所述固态发光元件的光准直，且其中每个光纤的第一端光学连接到所述准直器透镜。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的照明装置，其中，所述光束成形光学件(7)包括管状反射器，该管状反射器具有反射性内表面，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)。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的照明装置，其中，所述光纤(5)具有比所述光纤周围介质的折射率至少大0.5的折射率n。

13.根据权利要求1-9中任一项所述的照明装置，其中，所述光纤(5)包括PMMA纤维和玻璃纤维中的至少一个。

14.根据权利要求5所述的照明装置，其中，所述不同颜色的光为至少四种不同颜色的光。