CN103649818A - 发射不同颜色的光的照明器 - Google Patents

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CN103649818A CN201280035138.4A CN201280035138A CN103649818A CN 103649818 A CN103649818 A CN 103649818A CN 201280035138 A CN201280035138 A CN 201280035138A CN 103649818 A CN103649818 A CN 103649818A
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S.M.维布鲁格
R.库特
M.范亚斯
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Abstract

所公开的实施例涉及一种包括LED的阵列(120)的照明器(100)。所述LED的阵列(120)包括选自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的LED。所述照明器(100)进一步包括反射管(140)，并且所述LED的阵列(100)被布置在所述反射管(140)的入口孔(142)中。至少一个光源(160)被环向地布置在所述反射管(140)周围。所述至少一个光源(160)包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UVLED的组中的至少一个LED。光学构件(170)被布置成将从所述至少一个光源(160)发射的光透射到从所述LED的阵列(120)发射的光中。

Description

发射不同颜色的光的照明器
技术领域
本发明涉及照明器的领域，更特别地涉及包括LED的阵列的照明器，所述LED的阵列包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。
背景技术
有色光被用在其中场景设定和氛围营造是重要的许多应用中。应用的例子是剧场照明、建筑照明(城市美化)、商店以及酒店(宾馆、饭店)。如今这主要通过将白光源与滤色器相组合来实现。
作为替代方案，具有多色LED (发光二极管)的系统能够被使用。它们是有吸引力的，因为它们在没有滤光器的情况下产生颜色。这具有效率优势，并且更重要地，颜色能够被电子装置改变：没有必要改变滤光器来改变颜色，所有颜色总是可得到的。针对这些系统的市场正在随着LED性能改善而迅速地成长。缺点是难以获得模仿了从卤素灯发射的光谱的光谱。
发明内容
本发明的目标是克服或者减轻现有技术的问题。
根据本发明的第一方面，这个和其它目标通过照明器来实现，所述照明器包括：LED的阵列，其包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个；反射管，其具有入口孔、出口孔、在所述孔之间延伸的反射环向壁以及在所述壁的中心在所述孔之间延伸的光轴，所述LED的阵列被布置在所述入口孔中，所述环向壁被布置成反射并且混合来自所述LED的阵列的光，至少一个光源被环向地布置在所述反射管周围，其中所述至少一个光源包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的至少一个LED，并且至少一个光学构件被布置成将从所述至少一个光源发射的光透射到从所述LED的阵列发射的光中。
这是有利的，因为发射的光谱的颜色质量归因于以不同波长发射光的大量LED而得以改善。此外，更多LED能够被使用，因为不是所有LED都必须被布置在入口孔中，而是它们中的一些能够被环向地布置在反射管周围。更多的LED导致较大的光输出。在入口孔内部的有限面积中的较少LED在反射管内部导致较少产生的热。而且，导致均匀光分布和颜色阴影的降低风险的不同光的混合得以实现。相对小的光源由于紧凑设计导致界限明确的光束，这暗示该照明器能够被用在例如轮廓斑（profile spots）中。
所述光学构件可以是X立方体，其被布置在出口孔处使得从至少一个光源发射的光被引导到从LED的阵列发射的光中。这是有利的，因为实现了更加均匀的光分布。
所述光学构件可以是二向色镜，所述二向色镜在所述壁中是成一体的、对于从至少一个光源发射的光而言是透明的并且对于从所述LED的阵列发射的光而言是反射的。这是有利的，因为实现了更加均匀的光分布。
所述二向色镜可以被布置成比到出口孔更接近于入口孔。这是有利的，因为实现了较好的光混合和更均匀的光分布。
所述至少一个光源可以被布置在混合箱中。这是有利的，因为从光源发射的光被更好地混合。
从至少一个光源发射的光可以经由镜子被导向至少一个二向色镜。这是有利的，因为所述至少一个光源能够被布置在与所述LED的阵列相同的平面中。
所述至少一个光学构件可以是具有入口孔和出口孔的光导，其中入口孔被耦合到所述至少一个光源，其中光导的出口孔是二向色镜，其对于从至少一个光源发射的光而言为透明的并且对于从所述LED的阵列发射的光而言为反射的，并且其中光导的出口孔在所述壁中是成一体的。这是有利的，因为所述至少一个光源可以被布置在离反射管一定距离处，而不用经历从所述至少一个光源发射的光量中的大量损失。
所述至少一个光学构件可以是具有入口孔和出口孔的光导，其中入口孔被耦合到至少一个光源，并且其中出口孔被布置在所述LED的阵列中。这是有利的，因为至少一个光源可以被布置在离反射管一定距离处，而不用经历从至少一个光源发射的光量中的大量损失。
环向壁可以是来自镜面反射的壁和漫反射的壁的组中的至少一个。这是有利的，因为能够使光的分布在亮度方面更均匀。
从所述光轴看来，所述环向壁可以具有凸形。这是有利的，因为实现了光的较好混合。
所述LED的阵列和所述至少一个光源可以被布置在单独的PCB (印刷电路板)上。这是有利的，因为至少一个光源可以被保持在较低温度下，这可以改善所述至少一个光源的效率。
布置在单独的PCB处的LED可以包含InGaN LED或AlInGaP LED。InGaN LED比AlInGaP LED能够在更高的结温度下被操作。如果这两者是在相同的PCB上，则这两个类型将具有大约相等的温度，并且因此InGaN LED没有在它们的最大功率处被使用。将它们放在单独的PCB上使得驱动InGaN LED能够比驱动AlInGaP LED更加困难。最大操作温度低于InGaN是AlInGaP的固有属性。因此InGaN LED的温度可以是较高的，这导致更多功率和更多发射的光。同时AlInGAaP的温度能够被保持在较低温度下，这改善了例如红、琥珀以及深红LED的效率。
所述至少一个光学构件可以在550与590 nm之间具有从反射到透射的转变。InGan LED存在于各种重叠波长中，但在超过550 nm的波长处不是有效的。AlInGaP LED同样存在于各种重叠波长中，但在590 nm之下不是有效的。这意味着在光谱中将存在间隙，除非使用磷光体。所述光学构件（例如二向色镜和/或X立方体）同样引入其中反射和透射不完美(从反射转变到透射)的波长范围。因此，设计二向色镜使得这两个范围重合是有利的。
应指出，本发明涉及在权利要求书中记载的特征的所有可能的组合。
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个和其它方面，在附图中：
图1是发明的照明器的实施例的示意图示的透视图。
图2是在发明的照明器中使用的反射器的实施例的透视图。
图3是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。
图4是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。
图5是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。
图6是发明的照明器的实施例的示意图示的顶视图。
图7是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。
图8是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。
具体实施方式
图1是发明的照明器的实施例的示意图示的透视图。照明器100包括LED的阵列120，其包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。照明器100进一步包括反射管140，所述反射管140具有入口孔142、出口孔146、在所述孔142、146之间延伸的反射环向壁148、以及在所述壁148的中心在所述孔径142、146之间扩展的光轴150。LED的阵列120被布置在入口孔142中。环向壁148被布置成反射并且混合来自LED的阵列120的光。
两个光源160被环向地彼此相对地布置在反射管140周围。每个光源160都包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的一个LED。
从UV LED发射的光的波长可以是在300nm与500nm之间、优选在340nm与450nm之间、最优选在360与410nm之间的范围内。
从深红LED发射的光的波长可以是在640nm与750nm之间、优选在650nm与700nm之间、最优选在660与690nm之间的范围内。
从深蓝LED发射的光的波长可以是在400nm与470nm之间、优选在420nm与460nm之间、最优选在430与450nm之间的范围内。
两个光学构件170被布置成将从光源160发射的光透射到从LED的阵列120发射的光中。光学构件170相对于光轴150被布置在与光源160相同的高度处。在这个实施例中，光学构件170是两个二向色镜，它们对于从光源160发射的光而言为透明的并且对于从LED的阵列120发射的光而言为反射的。更具体地，二向色镜可以对于从光源160发射的以相对于二向色镜的表面法线的小角度入射的光而言是透射的并且对于从LED的阵列120发射的以相对于二向色镜的表面法线的大角度入射的光而言是反射的。光源160可以具有光学元件以便准直从光源160发射的光。光源160被定位使得从光源160发射的光入射在二向色镜170上。如在图1中所图示的那样，二向色镜170被布置为比到出口孔146更接近于入口孔142。
图2是在发明的照明器中使用的反射器的实施例的透视图。反射管240包括在入口孔242与出口孔246之间延伸的反射环向壁248。如从图2明显的那样，环向壁248从入口孔242向出口孔246发散。从所述光轴250看，环向壁248具有凸形。环向壁248可以是来自镜面反射的壁和漫反射的壁的组中的至少一个。此外，反射管的环向壁能够被分段。应指出，反射管240能够被用在图1和3-8的实施例中。
图3是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。图3公开了包括LED的阵列320的照明器300，所述LED的阵列320包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。照明器300进一步包括反射管340，所述反射管340具有入口孔342、出口孔346、在所述孔342、346之间延伸的反射环向壁348、以及在所述壁348的中心在所述孔342、346之间延伸的光轴350。LED的阵列320被布置在入口孔342中。环向壁348被布置成反射并且混合来自LED的阵列320的光。
两个光源360被环向地彼此相对地布置在反射管340周围。每个光源360都包括两个LED，其中至少一个LED选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组。关于图1所描述的波长范围在这里也是适用的。光源360紧挨着LED的阵列320被布置。光源360相对于LED的阵列320被布置，使得从光源360发射的光一般地在与从LED的阵列320发射的光相同的方向上被引导。因此，两个镜子380被布置成将从光源360发射的光引向二向色镜370。
两个光学构件370被布置成将从光源360发射的光透射到从LED的阵列320发射的光中。在这个实施例中，光学构件370是两个二向色镜，它们对于从光源360发射的光而言为透明的并且对于从LED的阵列320发射的光而言为反射的。如在图3中所图示的那样，二向色镜370被布置为比到出口孔346更接近于入口孔342。
图4是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。图4公开了包括LED的阵列420的照明器400，所述LED的阵列420包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。照明器400进一步包括反射管440，所述反射管440具有入口孔442、出口孔446、在所述孔442、446之间延伸的反射环向壁448、以及在所述壁448的中心在所述孔442、446之间延伸的光轴450。LED的阵列420被布置在入口孔442中。环向壁448被布置成反射并且混合来自LED的阵列420的光。
两个光源460被环向地彼此相对地布置在反射管440周围。每个光源460都包括两个LED，其中至少一个LED选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组。关于图1所描述的波长范围在这里也是适用的。光源460紧挨着LED的阵列420被布置。光源460相对于LED的阵列420被布置，使得从光源460发射的光一般地在与从LED的阵列420发射的光相同的方向上被引导。
两个光学构件470被布置成将从光源460发射的光透射到从LED的阵列420发射的光中。在这个实施例中，光学构件470是两个二向色镜，它们对于从光源460发射的光而言为透明的并且对于从LED的阵列320发射的光而言为反射的。优选地，所述二向色镜在广角度范围下对于从光源460发射的光而言是透明的。每个光源460都被布置在混合箱480中。混合箱一般地还被称为漫射(白)腔。混合箱480被布置成将来自光源460的光引向二向色镜470。从光源480发射的入射在混合箱480的紧挨着二向色镜470的壁上的光被透射。从光源480发射的入射在混合箱480的其它壁中的任一个上的光被反射。
如在图4中所图示的那样，二向色镜470被布置为比到出口孔446更接近于入口孔442。
图5是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。照明器500包括两个反射管540a和540b。在反射管540a的入口孔542a中布置了LED的阵列520，所述LED的阵列520包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。在反射管540b的入口孔542b中布置了包括至少一个LED的至少一个光源560，其中所述至少一个LED选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组。关于图1所描述的波长范围在这里也是适用的。
X立方体570被布置在反射管540a和540b的出口孔546a和546b处。X立方体是交叉二向色棱镜并且是四个三角棱镜的组合。它运作来组合多个颜色光束。X立方体570中的虚线是布置在出口孔546a和b处的漫射器。作为替代方案，漫射器(未示出)能够被布置在照明器500的出口孔580处。
从LED的阵列520发射的光经由反射管540a被准直并且引向X立方体570。二向色镜576基本上对于从LED的阵列520发射的光而言是透明的并且对于从至少一个光源560发射的光而言是反射的。因此，从LED的阵列520发射的光继续通过二向色镜576并且作为准直光束离开。
从至少一个光源560发射的光经由反射管540b被准直并且引向X立方体570。全波长反射器574反射所述光并且将它引向二向色镜576。二向色镜576反射所述光并且所述光作为准直光束离开。
图6是发明的照明器的实施例的示意图示的顶视图。每个都包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的多个LED的多个光源660被环向地布置在反射管640周围，在所述反射管640中布置了LED的阵列620。LED的阵列620包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。应指出，图1、3以及4的实施例同样能够被很好地体现为具有多个光源，如在图6中所图示的那样。
图7是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。图7公开了包括LED的阵列720的照明器700，所述LED的阵列720包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。照明器700进一步包括反射管740，所述反射管740具有入口孔742、出口孔746、在所述孔742、746之间延伸的反射环向壁748、以及在所述壁748的中心在所述孔742、746之间延伸的光轴750。LED的阵列720被布置在入口孔742中。环向壁748被布置成反射并且混合来自LED的阵列720的光。
多个光源760被环向地布置在反射管740周围。光源760包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的至少一个LED 762。关于图1所描述的波长范围在这里也是适用的。LED 762被布置在衬底766上。衬底766提供有用于将电力和任何控制信号提供给LED 762的电路(未示出)以及还提供有LED 762被热连接到的热沉768。热沉768被适配成耗散由LED 762产生的热。在所图示的情况下，热沉768由布置在衬底766的背面上的相对薄的铝散热片形成。
光源760进一步包括布置在每个LED 762顶部上的多个准直器764。每个准直器760被布置成将来自对应LED 762的光准直到适合的角度范围(典型地小于±30 o)和适合的面积(典型地具有几个mm的直径)中。作为例子，所述准直器可以是单体LED集中器透镜。适合于标准LED的这种集中器透镜可容易地例如从Polymer Optics得到。
光学构件770在这个实施例中被体现为柔性光学波导，诸如光纤。每个光导770都具有入口孔772和出口孔774。出口孔774是二向色镜，其对于从光源760发射的光而言为透明的并且对于从所述LED的阵列720发射的光而言为反射的。出口孔774在所述壁748中是成一体的。入口孔772被耦合到至少一个光源760。根据本发明，被LED 762占据的衬底766的面积可以大于出口孔774。换句话说，光导770收集来自较大面积的光并且将它集中到出口孔774的较小面积中。颜色控制器850可以被布置成控制照明器700的颜色混合。
图8是发明的照明器的实施例的示意图示的侧视图。图8公开了包括LED的阵列820的照明器800，所述LED的阵列820包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个。照明器800进一步包括反射管840，所述反射管840具有入口孔842、出口孔846、在所述孔842、846之间延伸的反射环向壁848、以及在所述壁848的中心在所述孔842、846之间延伸的光轴850。LED的阵列820被布置在入口孔842中。环向壁848被布置成反射并且混合来自LED的阵列820的光。
多个光源860被环向地布置在反射管840周围。光源860包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的至少一个LED 862。关于图1所描述的波长范围在这里也是适用的。LED 862被布置在衬底866上。衬底866提供有用于将电力和任何控制信号提供给LED 862的电路(未示出)以及还提供有LED 862被热连接到的热沉868。热沉868被适配成耗散由LED 862所产生的热。在所图示的情况下，热沉868由布置在衬底866的背面上的相对薄的铝散热片形成。
光源860进一步包括布置在每个LED 862顶部上的多个准直器864。每个准直器860被布置成将来自对应LED 862的光准直到适合的角度范围(典型地小于±30 o)和适合的面积(典型地具有几个mm的直径)中。作为例子，所述准直器可以是单体LED集中器透镜。适合于标准LED的这种集中器透镜可容易地例如从Polymer Optics得到。
光学构件870在这个实施例中被体现为柔性光学波导，诸如光纤。每个光导870都具有入口孔872和出口孔874。入口孔872被耦合到至少一个光源860。出口孔874被布置在所述LED的阵列820中。
根据本发明，被LED 862占据的衬底866的面积可以大于出口孔874。换句话说，光导870收集来自较大面积的光并且将它集中到出口孔874的较小面积中。颜色控制器850可以被布置成控制照明器700的颜色混合。
如从图1和3-8明显的那样，LED的阵列120、320、420、520、620、720、820以及至少一个光源160、360、460、560、660、760、860被布置在单独的PCB上。被布置在单独的PCB处的LED能够包含InGaN LED或AlInGaP LED。至少一个光学构件170、370、470、570、770能够在550与590 nm之间具有从反射到透射的转变。
总之，所公开的实施例涉及包括LED的阵列的照明器。LED的阵列包括选自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的LED。所述照明器进一步包括反射管，并且所述LED的阵列被布置在所述反射管的入口孔中。至少一个光源被环向地布置在反射管周围。所述至少一个光源包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的至少一个LED。光学构件被布置成将从至少一个光源发射的光透射到从LED的阵列发射的光中。
虽然已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这种图示和描述将被认为是说明性的或示范性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
根据对附图、公开内容以及所附权利要求的研究，对于所公开的实施例的其它变化能够被本领域的技术人员在实践所要求保护的发明时理解和实现。在权利要求中，词“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现在权利要求中记载的若干项目的功能。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的仅有事实不指示这些措施的组合不可以被用来获利。权利要求中的任何附图标记不应当被解释为限制范围。

Claims (14)

1. 照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其包括：LED的阵列(120, 320, 420, 520, 620, 720, 820)，所述LED的阵列包括来自蓝LED、绿LED、红LED、黄LED、琥珀LED、青LED以及白LED的组中的至少一个，
反射管(140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840)，其具有入口孔(142, 242, 342, 442, 542, 642, 742, 842)、出口孔(146, 246, 346, 446, 546ab, 646, 746, 846)、在所述孔之间延伸的反射环向壁(148, 248, 348, 448, 548, 648, 748, 848)、以及在所述壁的中心在所述孔之间延伸的光轴(150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850)，所述LED的阵列被布置在所述入口孔中，所述环向壁被布置成反射并且混合来自所述LED的阵列的光，
被环向地布置在所述反射管周围的至少一个光源(160, 360, 460, 560, 660, 760, 860)，其中所述至少一个光源包括选自深蓝LED、品蓝LED、深红LED以及UV LED的组中的至少一个LED，以及
至少一个光学构件(170, 370, 470, 570, 770, 870)，其被布置成将从所述至少一个光源发射的光透射到从所述LED的阵列发射的光中。
2. 根据权利要求1所述的照明器(500)，其中所述光学构件(570)是X立方体，其布置在所述出口孔(546ab)处使得从所述至少一个光源(560)发射的光被引导到从所述LED的阵列(520)发射的光中。
3. 根据权利要求1所述的照明器(100, 300, 400)，其中所述光学构件(170, 370, 470)是二向色镜，所述二向色镜在所述壁(148, 248, 348)中是成一体的、对于从所述至少一个光源(160, 360, 460)发射的光而言是透明的并且对于从所述LED的阵列(120, 320, 420)发射的光而言是反射的。
4. 根据权利要求3所述的照明器(100, 300, 400)，其中所述二向色镜被布置为比到所述出口孔(146, 246, 346)更接近于所述入口孔(142, 242, 342)。
5. 根据权利要求3-4中任何一项所述的照明器(400)，其中所述至少一个光源(460)被布置在混合箱(480)中。
6. 根据权利要求3-4中任何一项所述的照明器(300)，其中从所述至少一个光源(360)发射的光被布置成经由镜子(380)被导向所述至少一个二向色镜。
7. 根据权利要求1所述的照明器(700)，其中所述至少一个光学构件(770)是具有入口孔(772)和出口孔(774)的光导，其中所述入口孔(772)被耦合到所述至少一个光源(760)，其中所述光导的所述出口孔(774)是二向色镜，其对于从所述至少一个光源(760)发射的光而言为透明的并且对于从所述LED的阵列(720)发射的光而言为反射的，并且其中所述光导的所述出口孔(774)在所述壁(748)中是成一体的。
8. 根据权利要求1所述的照明器(800)，其中所述至少一个光学构件(860)是具有入口孔(872)和出口孔(874)的光导，其中所述入口孔(872)被耦合到所述至少一个光源(860)，并且其中所述出口孔(874)被布置在所述LED的阵列(820)中。
9. 根据权利要求1-8中任何一项所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中所述环向壁(148, 248, 348, 448, 548, 648, 748, 848)是来自镜面反射的壁和漫反射的壁的组中的至少一个。
10. 根据权利要求1-9中任何一项所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中所述环向壁(148, 248, 348, 448, 548, 648, 748, 848)从所述入口孔(142, 242, 342, 442, 542, 642, 742, 842)向所述出口孔(146, 246, 346, 446, 546ab, 646, 746, 846)发散。
11. 根据权利要求1-10中任何一项所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中从所述光轴(150, 250, 350, 450, 550, 650, 750, 850)看，所述环向壁(148, 248, 348, 448, 548, 648, 748, 848)具有凸形。
12. 根据权利要求1-11中任一权利要求所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中所述LED的阵列(120, 320, 420, 520, 620, 720, 820)和所述至少一个光源(160, 360, 460, 560, 660, 760, 860)被布置在单独的PCB上。
13. 根据权利要求12所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中布置在所述单独的PCB处的LED包含InGaN LED或AlInGaP LED。
14. 根据权利要求13所述的照明器(100, 300, 400, 500, 600, 700, 800)，其中所述至少一个光学构件(170, 370, 470, 570, 770)在550与590 nm之间具有从反射到透射的转变。
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