CN105276443A - 具有均匀光束的照明设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种照明设备，所述照明设备包括：一组第一光源(301)、多个光学透镜(501)、多个光束产生元件(302)，其中所述光束产生元件中的每一个被配置成收集至少一个第一光源(301)的光，以产生所述收集的光的光束(350)，并且将所述产生的光束传递给所述光学透镜(501)中的一个；一组第二光源(401)以及多个屏蔽元件(420、421)，其中每个屏蔽元件布置在所述第二光源(401)中的至少一个与所述多个光学透镜(501)中的一个之间，以这种方式使得所述第二光源中的所述至少一个只照射所述多个光学透镜(501)中的一个。

Description

具有均匀光束的照明设备
技术领域
本发明涉及一种具有光束的照明设备。
背景技术
产生不同灯光效果的照明设备或灯具用于不同的应用领域，尤其是在娱乐业中或者作为建筑安装设备的部分。
照明设备可以产生具有一定的光束宽度和一定的发散度的光束，并且尤其可以产生具有均匀的光分配的光束。此外，照明设备可以适于将图像投影到目标表面上。近来，LED(发光二极管)已经替代了照明设备中的原有的光源。发射出不同颜色的多个LED常常替代单个光源。然而，这改变了照明设备的可见外观，因为多个LED光源暴露于观察者并且光从较大区域发射出。如果以混色型式使用单色LED来产生颜色，那么所有LED颜色可能是可见的。然而，多个光点的外观可能不令人满意。
WO2011/131197公开了一种具有第一光源组的照明设备，所述第一光源组照射不同的光学透镜，为光学透镜产生针对每个光学透镜的光束。此外，提供有第二光源组，从而为光学透镜之间的照明设备的部分产生背景光。
存在当照明设备中产生光束时进一步增加其灵活性的需要。
发明内容
这种需要通过独立权利要求的特征来满足。从属权利要求描述进一步的实施方案。
根据第一方面，提供了一种照明设备，所述照明设备包括一组第一光源和多个光学透镜。此外，提供了多个光束产生元件，其中光束产生元件中的每一个被配置成收集至少一个第一光源的光，并且还被配置成产生收集的光的光束。此外，光束产生元件被配置成将产生的光束传递给光学透镜中的一个。照明设备还包括一组第二光源和多个屏蔽元件。每个屏蔽元件布置在第二光源中的至少一个与多个光学透镜中的一个之间，以这种方式使得所述第二光源中的至少一个只照射多个光学透镜中的一个。换句话说，每个屏蔽元件被布置来使得其防止由所述至少一个第二光源发射的光照射除所述一个光学透镜之外的另一光学透镜，使得第二光源中的每一个的光照射多个光学透镜中的一个。
这种照明设备具有第一光源，利用所述第一光源可以照射光学透镜，并且结果为在光学透镜处存在多个光束。通过使用屏蔽元件，第二光源也可以用于照射光学透镜。由于由第一光源产生的光束可能不同于由第二光源和对应屏蔽元件产生的光束，照明设备可以产生多种形状的光束，以使得总体上增加了产生光束的灵活性。此外，第二光源可以被配置成照射光学透镜而不产生光束，并且照明设备的前表面可以因此提供图像显示，其中光学透镜充当像素而不产生光束。
本发明的细节和另外的实施方案将通过以下详细说明变得明显。
附图说明
图1a和图1b示出了从现有技术已知的移动头照明设备的实例。
图2是结合有本发明的特征的照明设备的实施方案的结构图。
图3a至3c示出了本发明的包括变焦系统的照明设备的另一实施方案。
图4示出了使用图3所示的系统的第一光源或第二光源的一个光学透镜的照明的更详细视图。
图5a至图5e示出了结合有本发明的特征的照明设备的另外的实施方案，其中图5a是前视图，图5b是前视透视图，图5c是穿过图5a的线A-A的横截面图，图5d是图3的照明设备的分解透视前视图，并且图5e是图3的照明设备的分解后视图。
具体实施方式
本发明涉及如包括可产生光束的多个LED的移动头照明灯具中所述设计的一种照明设备，然而本领域技术人员认识到，本发明涉及使用任何种类光源的照明设备，这些光源如放电灯、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、等离子体源、卤素源、荧光灯源等和/或其组合。应了解的是，所示出的实施方案是简化的并且阐明本发明的原理而不是展示确切的实施方案。因此，本领域技术人员将了解的是，本发明可以许多不同方式来实现，并且还包括除所展示的部件以外的其它部件。照明设备可以包括一组第一光源、多个光学透镜、光束产生元件以及一组第二光源。此外，提供了屏蔽元件，从而引导光从第二光源到达一个光学透镜。
照明设备还可以包括多个漫射元件，其中漫射元件中的每一个布置在至少一个第二光源与对应光学透镜之间，以使得由所述至少一个第二光源发射的光在经过对应光学透镜之前经过漫射元件中的一个。
当由第二光源发射的光在经过光学透镜之前通过漫射元件时，光被进一步漫射，以使得产生与由第一光源产生的光束相比聚焦较弱的光束。利用漫射元件，可以产生经过一个光学透镜的更均匀、更宽的光束。此外，利用漫射元件，由第二光源产生的单个光点对于观察者来说可见性较低，以使得产生更均匀一致的光。此外，漫射元件还可以有助于通过来自第二光源的光来产生光学透镜的均匀照明，从而产生每个前部透镜表现为单个均匀光束的效果。
漫射元件可以包含孔口，其中光束产生元件中的一个穿过所述孔口。第一光源组可以布置在第一电路板上，并且第二光源组可以布置在另一第二电路板上。第一光源有可能设置在第一电路板上，所述第一光源分配在光从第一光源到第二光源后面的多个光学透镜的方向上，以使得设置在第二电路板上的第二光源位于第一光源与多个光学透镜之间。在另一实施方案中，两组光源，即第一光源和第二光源可以设置在同一电路板上。
每个屏蔽元件可以形成为包围至少一个第二光源的中空或管状主体。中空主体然后限制由一个第二光源发射的光，其方式使得从第二光源发射的光只入射到一个光学透镜上。此外，由于屏蔽元件将来自一个第二光源的光与由照射另一光学透镜的另一第二光源发射的光分开，因此可以获得针对不同光学透镜的不同光学效果。
每个中空主体如屏蔽元件可以用末端表面中的一个在电路板中的一个上来定位，其中至少一个漫射元件布置在中空圆柱体的另一末端表面上。在这个实施方案中，漫射元件可以在中空主体的上部部分处将其封闭，以使得由中空主体包围的第二光源产生的光在经过一个光学透镜之前通过漫射元件。
漫射元件可以封闭中空主体的一个末端表面，除了中空主体的中心部分，在所述中心部分处，提供有第一光源的光束产生元件。在这个实施方案中，中空主体的面向光学透镜的末端表面在末端表面的部分中覆盖有漫射元件，在所述末端表面处至少一个第二光源的光被传输至对应光学透镜。末端表面的其他部分不由漫射元件覆盖。通过这个其他部分，从光束产生元件发射的光直接传递给光学透镜。
照明设备还可以包括用于驱动第一光源组的第一驱动器，以及提供用于驱动第二光源组的多个第二驱动器。可以提供第二光源的子组以照射多个光学透镜中的一个，其中提供一个第二驱动器以驱动每个子组的第二光源。在这个实施方案中，提供一个第二驱动器用于驱动照射一个光学透镜的光源，其中提供单个第一驱动器以驱动所有第一光源。用于驱动第一光源中的每一个的电功率可以比用于驱动第二光源的中的每一个的电功率的至少高十倍。这提供了对于驱动不同的光源组的成本有效的解决方案。由于驱动高功率第一光源的驱动器比驱动第二光源的低功率驱动器要贵得多，因此获得了一个系统，在所述系统中仅有单个高功率驱动器与多个更有成本效益的低功率第二驱动器一起使用。因此，光学透镜可以以成本有效的方式在图像显示中起多个像素的作用。
设置在第一电路板上的第一光源可以设置在光从第一光源到第二光源后面的多个光学透镜的方向上。这意味着设置在第二电路板上的第二光源位于第一光源与多个光学透镜之间。当具有第一光源的第一电路板位于第二电路板的后面时，光束产生元件穿过第二电路板并且基本上延伸至屏蔽元件的前部表面或超出所述表面。
为了获得光学透镜上的更均匀的光分配，当第二光源用于照射一个光学透镜时，可以使用至少两个第二光源来照射光学透镜。
应当考虑的是，上面描述的或者在下面进一步详细描述的每个特征可用于所述上下文中。然而，每个特征还可以单独使用，或者结合上面或下面描述的任何其他特征。
此外，照明设备可以包括致动器，所述致动器可以将光学透镜相对于光束产生元件移动。这有助于产生具有变化的光束宽度和/或发散度的光束。
图1a-1b示出根据现有技术的照明设备，其中图1a是透视图并且图1b是分解视图。照明设备是移动头照明灯具101，其包括基座103、可旋转连接至基座的轭架105以及可旋转连接至轭架的头部107。
在所示出的实施方案中，头部包括布置于头部外壳111中的多个光源和多个光学透镜109。集光装置收集来自光源的光，并且将所收集的光转换成多个光源束113(图1中示出的一个源光束)，所述源光束从外壳发射出。
在所示出的实施方案中，头部外壳107是“桶”形头部外壳111，其中叠置有显示器115(从头部的后侧可见)、主PCB117(印刷电路板)、风扇119、散热器121、LEDPCB123以及透镜组件。LEDPCB123包括多个LED124，并且透镜组件包括具有漫射区域126的透镜支座125以及透镜阵列，在透镜阵列中，透镜构成集光装置109。每个集光装置适于收集来自一个LED的光，并且将所收集的光转换成多个光源束113。头部通过两个倾斜轴承127来可旋转连接至轭架，这些轴承由轭架105来支撑。倾斜电动机129适于通过倾斜皮带131来使头部旋转，所述倾斜皮带131连接至一个倾斜轴承127。轭架包括两个互锁的轭壳部分132，轭壳部分132安装至轭架框134，在所述轭架框134上布置有倾斜轴承、倾斜电动机、平移电动机和平移轴承。LEDPCB123包括多个LED，这些LED发射光并且与透镜阵列中的集光装置109配合来产生多个光源束。主PCB包括如在照明设备领域中已知的用于控制LED的控制电路和驱动电路(未示出)。主PCB还包括多个开关(未示出)，这些开关延伸穿过头部外壳111中的多个孔。开关和显示器充当允许用户与移动头照明灯具交互的用户接口。
轭架连接至平移轴承133，所述平移轴承可旋转连接至基座103。平移电动机135适于通过连接至平移轴承133的平移皮带137来使轭架旋转。基座包括：如在娱乐照明领域中已知的用于DMX信号的5-针XLR凸形连接器139和凹形连接器141、输入端143和输出功率连接器145、电源PCB(未示出)和风扇(未示出)。风扇迫使空气通过通风孔147进入基座中。
图1的这种现有技术照明设备使用多个LED来替代单一光源，如以前所知引入LED部件作为广泛使用的光源。然而，这类照明设备改变其可见外观，因为多个光源现在暴露于观察者并且光从较大区域发射出。如果发光体是具有单色LED的混色型式，那么所使用的所有LED颜色都是可见的。然而，一些消费者不喜欢多个光点的外观。取而代之，需要更均匀、一致的光出口以避免具有极大光源的外观。
图1a和图1b中示出的照明设备只是现有技术照明设备的一个实例，并且技术人员认识到，存在由大量制造商提供的大量不同的实施方案。
图2至图6示出根据本发明的不同照明设备，如图2至图6所示的照明设备可以整合到如图1a和图1b所示的移动头中。图2至图6示出的部件可以合并到可旋转头中，如图1a中所示的头部107。图2至图6示出的部件还可以包括具有基底(如基底103)的移动头灯具，如灯具101，可旋转连接至头部107的基底的轭架，如轭架105。
特别参考图2，照明设备包括设置在电路板300上的一组第一光源301。这组第一光源由主驱动器310驱动，以使得提供单个驱动器来驱动所有的光源301。应注意，第一光源可替代地可以由驱动不同的子组的多个驱动器驱动。此外，一组第二光源401设置在第二电路板400上。由第一光源组301和第一光源组401产生的光经过不同的光学透镜501的组件500。如将在下文进一步更加详细解释的，为每个光学透镜501提供一个第一光源301，并且提供第二光源401的子组以照射一个光学透镜501。在图2所示的实施方案中，仅示出了一个第二光源401来照射单个光学透镜501。然而，如图4所示，图4示出了一个光学透镜501的照明的更详细的视图，两个或更多个第二光源401可以用于照射一个光学透镜。照射一个光学透镜的第二光源的每个子组由辅驱动器410a-410e中的一个来驱动。因此，如可从图2推断的，第二光源401中的每一个(即光源中照射一个光学透镜501的每一个)可以由一个辅驱动器410单独控制。此外，提供了包括至少一个处理单元610的中央控制单元600，并且所述中央控制单元600连接至主驱动器和辅驱动器，以便控制不同的光源的光。处理单元610适于通过主驱动器310控制第一光源组，并且适于使用不同的独立辅驱动器410a-410e来控制第二光源401。基于照明领域中已知的任何类型的通信信号，例如幅度调制，处理单元可以适于控制光源的颜色和/或强度。应注意，可以提供两个处理单元而不是具有一个处理单元，例如第一光源和第二光源中的每一个都有一个处理单元。基于与用于第一光源和/或第二光源的目标颜色相符的输入信号601，控制单元600可以控制不同的光源。输入信号601可以是任何信号，并且可以基于数字光控制协议，如DMX。此外，应注意，还可以提供多个输入信号，例如一个输入信号提供与第一光源相关的控制参数，并且另一输入信号提供与第二光源相关的控制参数。在一个实施方案中，第一输入信号可以是提供控制参数的如在智能照明领域中已知的DMX信号，并且第二信号可以是提供应当使用第二光源被示出的图像内容的视频信号。视频信号可以是任何已知种类的视频信号，并且可以例如基于P3协议开发并由申请人MartinProfessionalApS提供。第一光源和第二光源可以是RGBW或RGB型LED，其每一个包括红色二极管、绿色二极管、蓝色二极管以及白色二极管。与第二光源相比，第一光源可以是具有高功率消耗的LED，例如每个LED是10W-15W，然而第二光源401是需要作为较少冷却结果的低功率LED。作为实例，作为第二光源的每个第二LED可以具有每个LED0.5W的功率消耗。存储器620可以存储操作照明设备所需的信息，例如其可以存储用作第一光源或第二光源的不同的LED的颜色特征。此外，存储器可以存储待由处理单元610执行的合适的程序代码，从而控制照明设备。
如结合图4更详细地解释的，照明设备的每个光学透镜501可以以不同的方式照射。首先，照明设备可以使用第一光源301来照射。对于每个第一光源，提供了集光或光束产生元件302。集光或光束产生元件302适于收集并混合由第一LED301产生的光，并且适于将所收集的光转换成光束，如图2所示的光束350。当使用第一LED时，多个光束350将因此产生。与由第二光源LED401产生的光束相比，这个光束350较窄并且强度更强。如图4所示，由每个第二光源401产生的光由屏蔽元件420、421屏蔽，所述屏蔽元件420、421防止来自第二光源的光射到另一透镜上。屏蔽元件420具有中空主体的形式，并且以这样的方式布置：其包围至少一个第二光源401，在图4所示的实施方案中，包围两个第二LED401。中空主体可以具有圆柱体的形式，但是也可以具有正方形或六边形形状。中空主体在其上部末端包括漫射元件430，所述漫射元件430使由第二LED401发射的光在经过光学透镜501之前发生漫射。另一屏蔽元件421可以附接至透镜组件500的下表面。屏蔽元件有助于确保第二光源的光只传递给一个光学透镜501。因此，如图4所示，当第二光源401用于照射一个光学透镜501时，由一个光学透镜发射的光束比由第一LED301产生的光束350宽很多。如可从图4推断的，光束产生元件302与屏蔽元件420同心布置。当从前侧即从光学透镜501看到屏蔽元件420的前侧时，可以推断出由第一LED301产生的光不经过漫射元件430，但是直接送入到光学透镜501。在一个实施方案中，由第二光源401发射的光可以在经过漫射元件430之前，在屏蔽元件420的内表面与光束产生元件302的外表面上被反射。通过为屏蔽元件与光束产生元件的外表面提供反射材料，例如通过涂覆工艺，可以改善反射效果。屏蔽元件还可以提供为镜子，其中镜面朝向第二光源布置。屏蔽元件420有助于限制由在一个屏蔽元件中的光源发射的光只照射一个光学透镜501。换句话说，这防止由位于屏蔽元件内部的光源发射的光照射另一光学透镜。因此，有可能通过第二光源401独立地照射每个光学透镜501，第二光源401的子组提供用于照射一个光学透镜。子组由一个独立的辅驱动器410驱动。
结合图3a和图3b，示出了照明设备的一个实施方案。照明设备包括具有变焦马达或致动器351和多个杆355的变焦机构，其中图3a和图3b中示出了它们中的一个。如可从图3a和图3b推断的，变焦马达可以改变第一光源301与光学透镜501之间的距离。随着第一光源301与光学透镜501之间的距离的改变，可以通过向后或向前移动透镜来改变光束350的发散度。透镜组件500可以实现为一个透明固体主体，例如聚合物塑料。在图3a所示的实施方案中，与图3b所示的实施方案相比，产生了更宽的光束，因为与图3b所示的实施方案相比，图3a中在光学透镜501与光源301之间的距离更小。
如图3c所示，示出了在由第二光源401产生光束时具有变焦马达350和至少一个杆355的实施方案。由于漫射元件430，由第二光源401产生的光束将较少地受到透镜501与光源401之间的距离的影响，因为光已经通过漫射元件430发生漫射。因此，变焦机构可以主要影响由第一光源301产生的光束。
图5d示出另一照明设备的分解视图。第一电路板300包括多个第一光源301(图5d中未示出)，其中不同的保持元件303位于电路板300上且在每个第一LED的上方，从而保持住对应光束产生元件302。保持元件303适于将每个光束产生元件定位在一个第一LED的上方。如上所述，光束产生元件302收集、混合光并将所收集的光转换成光束。散热器305可以提供同于引导热量远离电路板300。在电路板300的上方，提供有第二电路板400，所述第二电路板400提供开口405，光束产生元件302穿过所述开口。在第二电路板400上，提供有第二光源401。为了确保由一个第二光源401或者第二光源的子组产生的光照射单个光学透镜501，提供了屏蔽支撑件419，所述屏蔽支撑件419包括不同的中空屏蔽元件420。如图5d所示，每个屏蔽元件420形成为中空圆柱体，所述中空圆柱体具有在中间的用于光束产生元件302的开口425。所述圆柱体形状的主体的上部表面的其他部分由漫射元件430覆盖，所述漫射元件430使由第二光源401产生的光在通过一个光学透镜501之前发生漫射。
在图5e中，示出了从后侧的分解透视图。散热器305有助于预测由电路板300上的第一LED301产生的热量。这些LED具有比设置在第二电路板400上的第二LED高的功率消耗。作为实例，电路板300上的第一LED可以每个具有10W-15W的功率消耗，而第二LED401可以具有每个LED0.5W的功率消耗。在图5e中，可以从后侧看到圆柱体形状的屏蔽元件420。连接元件426必须将屏蔽元件连接至第二电路板。此外，图5e示出了设置在透镜组件500的下侧上的屏蔽元件421，所述屏蔽元件421与屏蔽元件420结合来帮助引导第二LED的光到达单个透镜501。
图5a示出照明设备的前视图，不同的光学透镜501位于其中。可以使用第二LED401或者使用第一LED301来照射每个透镜501。每个透镜可以被独立地照射，具有不同的颜色和/或强度。当使用第一LED301照射透镜501时，可获得图3a或图3b中示出的光束，如光束350，开度角取决于由变焦机构所确定的透镜501到第一LED301的距离。当使用第二LED401时，可获得聚焦较弱的光束。观察者将识别不出可见光光束，并且将被照射的光学透镜看成像素。由于当漫射元件将光从第二光源平滑出时，设置在第二LED401与透镜501之间的漫射元件将有助于产生更均匀的光，观察者将识别不出不同的光点，以使得光学透镜看上去像是单独的均匀透镜。当每个光学透镜501使用超过一个LED时，例如，如使用了两个LED的图4所示，通过第二LED401可获得每个光学透镜501的更均匀的照明。然而，应理解，每个光学透镜可以使用超过两个由一个屏蔽元件包围的LED。图5c是沿着图5a的A-A的截面图。在图5c的截面图中，示出了来自第一LED301(图5c中不可见)的光是如何被引导通过光束产生元件302到达一个透镜501的。屏蔽元件420和421可以将第二LED401的光反射到一个光学透镜501上。孔150设置在冷却板和PCB中，并且变焦轴可以穿过这个孔连接至前部透镜。
上面描述的实施方案提供了照射光学透镜的不同的可能性。利用第一LED，可获得与其中使用第二LED的实施方案相比更窄的光束。此外，利用第二LED，可以避免光源的点状外观。

Claims (12)

1.一种照明设备，其包括：
-一组第一光源(301)
-多个光学透镜(501)，
-多个光束产生元件(302)，其中所述光束产生元件中的每一个被配置成收集至少一个第一光源(301)的光，以产生所述收集的光的光束(350)，并且将所述产生的光束传递至所述光学透镜(501)中的一个，
-一组第二光源(401)，
-多个屏蔽元件(420、421)，其中每个屏蔽元件布置在所述第二光源(401)中的至少一个与所述多个光学透镜(501)中的一个之间，以这种方式使得所述第二光源中的所述至少一个只照射所述多个光学透镜(501)中的一个。
2.根据权利要求1所述的照明设备，其还包括多个漫射元件(430)，其中所述漫射元件(430)中的每一个布置在至少一个第二光源与对应光学透镜之间，以使得由所述至少一个第二光源(401)发射的光在经过所述对应光学透镜之前经过所述漫射元件(430)中的一个。
3.根据权利要求2所述的照明设备，其中每个漫射元件(430)包括孔口(425)，其中所述光束产生元件中的一个穿过所述漫射元件的对应孔口。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中所述组的第一光源(301)布置在第一电路板(300)上，并且所述组的第二光源(401)布置在另一第二电路板(400)上。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个屏蔽元件(420)包括中空主体，所述中空主体包围至少一个第二光源(401)。
6.根据权利要求2、4和5所述的照明设备，其中每个中空主体(420)被定位成其末端表面中的一个在所述电路板(400)中的一个上，其中至少一个漫射元件(430)布置在所述中空主体的另一末端表面上。
7.根据权利要求5或6所述的照明设备，其中每个中空主体(420)与一个光束产生元件(302)同轴布置，通过所述光束产生元件(302)，至少一个第一光源的所述光被传递至一个光学透镜(501)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其还包括用于驱动所述组的第一光源(301)的第一驱动器(310)，和提供用于驱动所述组的第二光源(401)的多个第二驱动器(410a-410e)，其中提供第二光源的子组以照射所述多个光学透镜(501)中的一个，其中提供一个第二驱动器(410a-410e)以驱动每个子组的所述第二光源。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中用于驱动所述第一光源(301)中的每一个的电功率比用于驱动所述第二光源(401)中的每一个的电功率的至少高10倍。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的照明设备，其中设置在所述第一电路板(300)上的所述第一光源(301)位于所述光从第一光源(301)到所述第二光源(401)后面的所述多个光学透镜(501)的方向上，其中设置在所述第二电路板(400)上的所述第二光源(401)位于所述第一光源(301)与所述多个光学透镜(501)之间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其中每个屏蔽元件(420)包围至少两个第二光源(401)，以使得至少两个第二光源照射一个光学透镜(501)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备，其还包括被配置成相对于所述光束产生元件来移动所述多个光学透镜的致动器(351)。
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