CN106489052A - 用于经由有角度的光输出修正的颜色混合的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种使用经修正光学元件的用于远场照明的方法（1000），该光学元件归一化不同颜色光的角分布。照明单元（400）包括发射不同颜色光的多个光源（410），其中光源的每一个与相应的光学元件（470、480、490）相关联。每一个光学元件被优化以修正从该光源发射的光的角分布，使得远场中的该光源中的每一个光源的角分布基本相似。

Description

用于经由有角度的光输出修正的颜色混合的方法和装置

技术领域

本发明一般指向具有均匀颜色光输出的远场照明。更具体地，本文公开的各种创造性的方法和装置涉及为每一个颜色使用经优化光学元件以便制造均匀颜色光输出的远场照明。

背景技术

具有能够制造不同色温的光的多个光源的照明系统在零售和家庭设置两者中正变得更先进和完整，并且正在逐渐用于加强用户的环境和改进安全、生产力、乐趣以及放松。例如，发光二极管（LED）技术中的最近发展已经提供高效的全谱照明源，其使得对于各种各样的应用，包括颜色、强度和方向的变化的各种照明效果成为可能。

在包括能够制造不同色温的光的一个或多个光源（诸如LED基光源）的照明系统或设施中，经常有必要或期望，在光离开照明设施之前，准确地混合不同颜色光源的光输出。来自不同颜色光源的光的准确混合减少了光输出中的任何颜色异常的存在，并且在远场中利用具有均匀亮度和颜色的光照明目标物，诸如遥远的表面。均匀的远场光输出是一种输出，其具有一致的颜色并且被均衡地照明或具有从亮到暗的平滑过渡。均匀的远场光输出的观察者不应该在光中检测到任何单独的颜色。

存在用于将来自多个LED的光混合成均匀的远场光输出的若干已知方法。许多照明设施采用混合室，其发射来自单个光学元件的经混合的光。为了获得足够窄的射束，这样的配置会导致不期望大的混合室，其增加了照明设施和/或系统的成本。由于室内多次反射损失，混合室也是固有地低效的。

照明设施也可以通过在多个LED之上利用的漫射元件实现远场颜色混合，每一个漫射元件具有单独的光学元件。由于由漫射元件导致的增加的菲涅尔反射和吸收损失，这样的配置会使系统效率减少10%、20%或者更多。另外，该配置增加了照明系统和/或设施的总体花费。为了获得窄射束，每一个单独的光学元件的尺寸必须足够大以创建充分窄的射束，该充分窄的射束允许漫射器通过在更大区域上传播光而混合该光。通过要求更大的光学元件和更大的设施尺寸，这也增加了照明系统和/或照明设施的成本。

因此，在本领域中存在对于下述方法和照明设施的需求：该方法和照明设施混合由多个颜色的LED发射的光用于具有颜色均匀的光输出的远场照明，而不需要混合室或漫射器。

发明内容

本公开内容指向用于从不同颜色LED的混合创建均匀远场光输出，而不要求使用混合室或漫射器的创造性方法和装置。鉴于前述内容，各种实施例和实现方式指向一种具有发射不同颜色光的LED的系统，其中每一个LED颜色类型具有经优化光学元件以修正和归一化该LED的角分布，导致均匀的远场照明轮廓。通过若干不同修正，包括修正光学元件的内部侧壁、修正该光学元件的外部锥体或形状、以及各种其它可能修正，可以实现每一个LED的角分布的归一化。

例如，在一些实施例中，照明设施包括诸如红色和绿色的不同颜色的LED，以创建混合的远场光束。一个或两个颜色的LED利用已经修正所发射的光束的角分布的光学元件，使得两个颜色类型的远场光分布相同或近乎相同，并且没有检测到颜色的赝像。例如，在一些实施例中，红色LED的角分布会比绿色LED的角分布更宽。实际上，已知不同LED材料导致不同发射模式。因此，或者必须调整红色LED以具有更窄的角分布，或者调整绿色LED以具有更宽的角分布。可替代地，可以调整两个颜色类型以制造具有非常特定并且相同的角分布的射束。

一般地，在一方面，照明单元配置成发射均匀的远场光束，并且包括：发射不同颜色光的多个LED基光源，其中由每一个LED基光源发射的光具有角分布；多个光学元件，每一个光学元件与相应的LED基光源通信并且布置成修正由该LED基光源发射的光；其中该光学元件中的至少一个配置成修正从该LED基光源发射的光的角分布，使得经修正角分布与由其余LED基光源发射的光的角分布基本相似。

在一些实施例中，每一个所述光学元件配置成修正从该LED基光源发射的光的角分布，使得所有经修正角分布基本相似。

在一些实施例中，该照明单元包括传感器，其配置成确定所发射的远场光束的特征。所确定的特征可以用于修正从该LED基光源中的一个或多个LED基光源发射的光的角分布。

一般地，在一方面，照明系统配置成发射均匀的远场光束，并且包括：照明单元，其具有发射不同颜色光的多个LED基光源，以及多个光学元件，每一个光学元件与相应的LED基光源通信并且布置成修正由该相应的LED基光源发射的光，其中由每一个LED基光源发射的光包含角分布。至少一个所述光学元件配置成修正从该相应的LED基光源发射的光的角分布，使得经修正角分布与由其余LED基光源发射的光的角分布基本相似。

在一些实施例中，每一个所述光学元件配置成修正从该LED基光源发射的光的角分布，使得所有经修正角分布基本相似。

在一些实施例中，该照明系统包括传感器，其配置成确定所发射的远场光束的特征。在一些实施例中，所确定的特征可以用于修正由一个或多个所述LED基光源发射的光的角分布。

一般地，在一方面，本发明涉及一种用于远场照明的方法，该方法包括下述步骤：提供具有至少一个LED基光源的照明单元，所述LED基光源是两种或更多种颜色中的每一种颜色，每一个所述LED基光源与光学元件相关联，其中由每一个所述LED基光源发射的光束具有角分布；以及归一化由所述两个或更多个LED基光源中的至少一个LED基光源发射的光束的远场分布。

在一些实施例中，归一化由所述两个或更多个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤包括修正所发射的光束的角分布的步骤。

在一些实施例中，归一化由所述两个或更多个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤包括修正与每一个光源相关联的该光学元件的特征的步骤。在一些实施例中，经修正特征的步骤是光学元件的形状和/或光学元件的尺寸。

在一些实施例中，该方法还包括表征远场中光束的角分布的步骤。另外，在一些实施例中，归一化由所述两个或更多个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤利用光束的经表征的角分布。

在一些实施例中，每一个所发射的光束的远场分布被归一化，使得所有所发射的光束的角分布基本相似。

如此处为本公开内容的目的使用的，术语“LED”应理解成包括能够响应于电信号而产生辐射的任何电致发光二极管或者其它类型的载流子注入/结(junction)基系统。因此，术语LED包括但不限于响应于电流而发射光的各种半导体基结构、发光聚合物、有机发光二极管（OLED）、电致发光带及其相似物。特别地，术语LED指所有类型的发光二极管（包括半导体和有机发光二极管），其可以配置成产生红外光谱、紫外光谱和各种部分的可见光谱（一般包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长）中的一个或多个中的辐射。

例如，配置成产生基本上白光的LED（例如白光LED）的一个实现方式可以包括分别发射不同电致发光光谱的许多管芯，所述光谱组合地混合以形成基本上白光。在另一实现方式中，白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转化为不同的第二光谱的磷光材料相关联。在此实现方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽的光谱的电致发光“泵浦”该磷光材料，其进而辐射具有稍微更宽光谱的更长波长的辐射。

术语“光源”应理解为指各种辐射源中的任何一种或多种辐射源，所述各种辐射源包括但不限于LED基源（包括上文定义的一种或多种LED）。

给定的光源可以配置成产生在可见光谱内、可见光谱外或两者组合中的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可互换地使用。另外，光源可以包括一个或多个滤光器（例如滤色器）、透镜或者其它光学部件作为组成部件。另外应理解，光源可以针对各种应用而配置，这些应用包括但不限于指示、显示和/或照明。“照明源”是特别配置成产生具有足够强度以有效地照明内部或外部空间的辐射的光源。在此语境下，“足够强度”指，在空间或环境中产生以提供氛围照明（即，可以被间接感知并且可以例如在被整体或部分地感知之前从各种中间表面中的一个或多个反射的光）的可见光谱中的足够辐射功率（就辐射功率或“光通量”而言，经常采用单位“流明”代表来自光源的在所有方向的总光输出）。

术语“光谱”应理解为指由一个或多个光源制造的辐射的任何一个或多个频率（或波长）。因此，术语“光谱”不但指可见范围内的频率（或波长），而且指在红外、紫外和整个电磁谱的其它区域内的频率（或波长）。另外，给定的光谱可以具有相对窄的带宽（例如，具有基本上很少频率或波长分量的FWHM）或者相对宽的带宽（具有各种相对强度的若干频率或波长分量）。还应该领会，给定的光谱可以是两个或更多个其它光谱的混合（例如，混合从多个光源分别发射的辐射）的结果。

为了此公开内容的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换地使用。然而，术语“颜色”一般用于主要指观察者可感知的辐射的性质（不过此使用并不旨在限制此术语的范围）。因此，术语“不同颜色”暗示地指具有不同的波长分量和/或带宽的多个光谱。还应该领会，术语“颜色”可以与白光和非白光两者联系起来使用。

在本文中，术语“色温”一般与白光联系起来使用，不过此使用并不旨在限制此术语的范围。色温基本上指白光的特定颜色含量或色荫（例如微红、浅蓝）。给定辐射样本的色温常规地根据辐射与所讨论的辐射样本基本相同光谱的黑体辐射体的温度（单位为开氏度（K））来表征。黑体辐射体色温一般落在从大约700开氏度（其典型地被认为是人眼首先可见的）到超过10000开氏度的范围内；白光一般在超过1500-2000开氏度的色温被感知。

更低的色温一般表示具有更显著的红色分量或“更暖的感觉”的白光，而更高的色温一般表示具有更显著的蓝色分量或“更冷的感觉”的白光。通过示例的方式，火具有大约1800开氏度的色温，常规的白炽灯泡具有大约2848开氏度的色温，清晨日光具有大约3000开氏度的色温，并且阴天正午的天空具有大约10000开氏度的色温。在具有大约3000开氏度的色温的白光下观看的彩色图像具有相对微红的色调，然而在具有大约10000开氏度的色温的白光下观看的相同彩色图像具有相对浅蓝的色调。

术语“照明设施”在本文中用于指特定形态系数、装配或封装的一个或多个照明单元的实现方式或布置。术语“照明单元”在本文中用于指包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定的照明单元可以具有用于（多个）光源的各种安装布置、外壳/收纳布置和形状、和/或电气和机械连接配置中的任何一种。另外，给定的照明单元可选地可以与同（多个）光源的操作相关的各种其它部件（例如控制电路系统）相关联（例如包括、耦合到和/或与之一起封装）。“LED基照明单元”指这样的照明单元，其单独地包括或者与其它非LED基光源组合地包括如在上面讨论的一个或多个LED基光源。“多通道”照明单元指包括至少两个光源的LED基或非LED基照明单元，所述光源配置成分别产生不同光谱的辐射，其中每个不同的源光谱可以称作该多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在本文中一般用于描述与一个或多个光源的操作有关的各种装置。控制器可以以许多方式（例如，诸如利用专用硬件）实现以执行在本文中讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例，其采用可以使用软件（例如微码）编程以执行本文中讨论的各种功能的一个或多个微处理器。控制器可以采用或者不采用处理器而实现，并且也可以作为执行一些功能的专用硬件和执行其它功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路系统）的组合而实现。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）以及现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（在本文中一般称为“存储器”，例如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM、软盘、压缩盘、光盘、磁带等等）相关联。在一些实现方式中，存储介质可以利用一个或多个程序编码，当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，该程序执行至少一些在本文中讨论的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器中，或者可以是可移动的，使得存储于其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中，以便实现在本文中讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中在一般意义上用于指可以被采用以编程一个或多个处理器或控制器的任何类型的计算机代码（例如软件或微码）。

术语“可寻址的”在本文中用于指一种设备（例如，一般的光源、照明单元或设施、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其它与照明不相关的设备等等），其配置成接收旨在用于包括它自身在内的多个设备的信息（例如数据），并且有选择地响应于旨在用于它的特定信息。术语“可寻址的”通常与联网的环境（或在下面进一步讨论的“网络”）联系起来而使用，在该联网的环境中多个设备经由某种或某些通信介质耦合到一起。

在一个网络实现方式中，耦合到网络的一个或多个设备可以充当用于（例如以主/从关系）耦合到该网络的一个或多个其它设备的控制器。在另一实现方式中，联网的环境可以包括一个或多个专用控制器，其配置成控制耦合到该网络的设备中的一个或多个设备。一般地，耦合到该网络的多个设备各自可以访问存在于一种或多种通信介质上的数据；然而，给定的设备可以是“可寻址的”，因为它配置成例如基于分配给它的一个或多个特定标识符（例如“地址”）与该网络有选择地交换数据（即从该网络接收数据和/或向该网络传输数据）。

在本文中使用的术语“网络”指两个或更多个设备（包括控制器或处理器）的任何互连，其促进在耦合到该网络的多个设备之间和/或任何两个或更多个设备之间（例如用于设备控制、数据存储、数据交换等等）的信息的运输。如应容易领会，适合于互连多个设备的网络的各种实现方式可以包括各种网络拓扑中的任何一种，并且采用各种通信协议中的任何一种。另外，在依据本公开内容的各种网络中，两个设备之间的任何一种连接可以代表该两个系统之间的专用连接，或者可替代地非专用连接。除了承载旨在用于该两个设备的信息，这样的非专用连接可以承载不一定旨在用于该两个设备中的任一设备的信息（例如开放网络连接）。另外，应容易领会，在本文中讨论的设备的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/线缆、和/或光纤链路以促进在该网络各处的信息运输。

在本文中使用的术语“用户接口”指人类用户或操作者与一个或多个设备之间的接口，其使该用户与该（多个）设备之间的通信成为可能。可以在本公开内容的各种实现方式中采用的用户接口的示例包括但不限于开关、电位计、按钮、拨号盘、滑块、鼠标、键盘、小型键盘、各种类型的游戏控制器（例如操纵杆）、轨迹球、显示屏幕、各种类型的图形用户接口（GUI）、触摸屏幕、扩音器以及可以接收某种形式的由人类产生的激励并且响应于此而产生信号的其它类型传感器。

应领会，在下面更详细地讨论的前述概念和附加概念的所有组合（倘若这些概念不是相互矛盾）被预期为在本文中公开的创造性主题的部分。特别地，在此公开内容结尾处出现的要求保护的主题的所有组合被预期为在本文中公开的创造性主题的部分。还应领会，也可以在通过引用而引入的任何公开内容中出现的在本文中明确采用的术语，应该被赋予与在本文中公开的特定概念最一致的意义。

附图说明

在附图中，贯穿不同视图，同样的参考符号一般指相同的部分。另外，附图不一定是按比例的，而是重点一般着重于图示本发明的原理。

图1是典型的多颜色LED阵列的示意表示；

图2是由图1的多颜色LED阵列发射的红色、绿色和蓝色LED光的归一化角分布的曲线图；

图3A和3B是由图1的多颜色LED阵列发射的远场光束的x-y颜色坐标的曲线图；

图4是根据本发明实施例的多颜色LED阵列和系统的示意表示；

图5是根据本发明实施例的多颜色LED阵列和系统的示意表示；

图6是根据本发明实施例的光学元件的示意表示；

图7是根据本发明实施例的光学元件的示意表示；

图8A和8B是由根据本发明实施例的多颜色LED阵列和系统发射的远场光束的x-y颜色坐标的曲线图；

图9A和9B是根据本发明实施例的多颜色LED系统的示意表示；以及

图10是根据本发明实施例的用于具有均匀颜色输出的远场照明的方法的流程图。

具体实施方式

经常期望的是利用全谱照明源照明环境或物体，对于各种各样的应用，该全谱照明源使得包括颜色、强度和方向变化的各种照明效果成为可能。例如，许多照明系统和照明设施利用具有各种不同的颜色类型或色温的光源。为了创建没有颜色异常的均匀远场光输出，必须准确地混合从多个不同颜色类型发射的光。许多照明系统利用混合室或漫射器以便混合来自不同颜色类型的光。然而这些混合室和漫射器是庞大并且固有地低效的，并且为照明系统增加花费。

更一般地，申请人已经认识和领会，将有利的是，归一化阵列中的若干不同LED颜色类型中的一个或多个LED颜色类型的角分布，以便制造均匀远场光束而不使用混合室或漫射器。

鉴于前述内容，各种实施例和实现方式指向照明系统或设施，其中存在多于一个颜色类型或色温的LED基光源，并且该LED基光源中的一个或多个具有被修正以调整所发射的光的角分布的光学元件。特别地，经修正光学元件归一化从不同颜色类型的LED基光源发射的光的角分布，以便创建均匀远场光束。

参考图1，其为根据如上文描述的典型LED基照明单元的照明单元10。照明单元10包括一个或多个LED基光源20。每一个LED基光源20是红色、绿色或蓝色LED，并且从这些光源发射的射束在被准确地混合时形成白色光束45。LED基光源20安装在诸如印刷电路板的载体30上。照明单元10包括诸如漫射器或混合室的光学元件40，在该光学元件中红光、绿光和蓝光被混合以创建白色光束45。

图2是射束45的远场光输出分布的横截面的曲线图，该射束45是来自红色LED光源50、绿色LED光源60和蓝色LED光源70的光的混合，该远场光输出分布使用cosⁿ曲线近似，该曲线的曲线轮廓被归一化为最大值1。如该曲线图显示的，红光、绿光和蓝光的角分布不相同。例如，根据图2中的曲线图，从红色LED光源50发射的光的角分布比从绿色LED光源60和蓝色LED光源70发射的光的角分布更宽，这导致诸如不均匀颜色混合的颜色异常，该颜色异常在远场光束中会是可见的。例如，所述颜色异常可以是远场中围绕光束45边缘的红色光环。

远场光束的颜色混合可以例如使用CIE（国际照明委员会）曲线图来分析和绘制，该CIE曲线图沿着x和/或y轴描述光的颜色。图3A是样本圆形光束的远场分布的CIE x坐标的曲线图，该光束使用漫射器和/或混合室从红色和绿色LED基光源混合得到，并且图3B是同一圆形光束的远场分布的CIE y坐标的曲线图。如附图显示的，CIE颜色黄色（0.41,0.53）在该圆形光束的中心的0, 0处被看到，并且CIE颜色红色（0.7, 0.3）在起始于大约+/-17度处的样本光束的边缘处被看到。因此，图3A和3B示出，从红色和绿色LED基光源混合得到的样本光束可以导致沿着x和/或y轴的可感知的颜色异常，而不是导致准确混合的单个颜色。

参考图4，在一个实施例中，提供照明单元400，其包括布置在二维6x3矩形阵列中的一个或多个光源410，其中一个或多个所述光源是LED基光源。每一个LED基光源可以具有一个或多个LED。通过一个或多个光源驱动器，可以驱动光源以发射预确定特征（即颜色强度、色温）的光。可以在照明单元400中采用适配成产生各种不同颜色的辐射的许多不同数量和各种类型的光源（所有LED基光源、单独或组合的LED基和非LED基光源等等）。根据图4所描绘的实施例，每一个LED基光源410是红色、绿色或蓝色LED，并且从这些光源发射的射束在被准确地混合时形成白光。LED基光源410可以安装在诸如印刷电路板的载体420上，并且照明单元400可以是任何内部或外部类型的照明设施，包括但不限于灯、泛光灯以及许多其它类型的照明设施。

照明单元400可以包括控制器（未示出），该控制器配置或编程成输出一个或多个信号以驱动一个或多个光源410和产生来自光源的光的变化的强度和/或颜色。例如，控制器可以编程或配置成为每一个光源产生控制信号以独立地控制由每一个光源产生的光的强度和/或颜色，从而控制光源的组，或者从而一起控制所有光源。根据另一方面，控制器可以控制其它专用电路系统，诸如光源驱动器，其进而控制光源以便改变它们的强度。控制器可以是或者具有例如处理器，其使用软件编程以执行在本文中讨论的各种功能，并且可以与存储器组合利用。照明单元400也包括电源，最典型的交流电源，不过包括直流电源、太阳能基电源、或者机械能基电源等的其它电源是可能的。

参考图5，在一个实施例中，提供照明单元400，其包括红色LED基光源440、绿色LED基光源450以及蓝色LED基光源460。LED基光源440、450和460中的每一个可以具有一个或多个LED。LED基光源440、450和460中的每一个发射具有特定角分布的光束425。为了实现没有颜色异常的均匀远场黄色光束，红光、绿光和蓝光被准确地混合。为了实现准确混合使得从每一个所述LED基光源发射的光的角分布基本相似于光源的所有其它角分布，在一个实施例中，LED基光源440、450和460中的每一个分别包括光学元件470、480或490。可以修正光学元件470、480和490中的一个或多个，以归一化从不同光源440、450和460发射的所有光束425的角分布。实际上，存在许多不同方式来构造光学元件的表面或形状，并且通常该表面或者由单个曲线形成，或者由多个曲线形成，所述多个曲线结合形成表面。这些曲线可以基于一个或多个曲线类型而构造，所述曲线类型包括但不限于贝塞尔曲线、B样条曲线、多项式曲线、拉格朗日插值曲线、和/或来自此列表的任何一种的三维曲线。

如在本文中详细描述的，存在许多方式来修正光学元件以归一化从LED基光源发射的光束的角分布。例如，影响光学元件表面的任何构造参数可被用于优化。这不但包括曲线自身，而且包括光学元件的物理尺寸、相对于光源的焦点位置和/或光学元件的取向，诸如光源或光学元件相对于彼此或相对于目标物的倾倒或倾斜，以及其它可修正的元素。单独地或集合地，这些修正可以改变从光学元件发射的彩色光束的角分布。

参考图6，在一个实施例中是具有光学元件600的LED基光源410，该光学元件限定光束的具体发射角和/或所发射的光束的具体宽度，并且可以被修正以归一化从光源发射的光束的角分布。例如，如在图6中描绘的，光学元件600具有具体高度H和宽度W。可以增加和/或减少高度H、宽度W的任一或两者以调整所发射的射束的发射宽度或角度。

如图7所示，除了改变光学元件的尺寸之外，可以修正光学元件的形状。缩窄、加宽或者以其它方式调整一个或多个侧壁的形状将修正所发射的光的角分布。光学元件包括具有预确定形状的一个或多个侧壁610，该预确定形状可以与光学元件的形状有关。例如，侧壁610可以是弯曲的以便限定从光学元件发射的光束的角分布。诸如通过增加或减少曲率，可以修正侧壁610的曲率，其将修正所发射的光束。制作光学元件的材料和/或衬在侧壁610内部的材料将具有特定折射率，其部分地限定从光学元件发射的光束的角分布。因此，改变一个或多个这些材料将改变折射率并且因此将影响光束的角分布。光学元件600的侧壁610和其它部件也具有预确定的表面粗糙度或纹理，其将影响从光学元件发射的光束的内反射和角分布。

LED基光源410的焦点在x方向、y方向和/或z方向的改变将修正所发射的射束。相似地，光源410和光学元件600之间的开口630的尺寸可以被加宽、缩窄或者以其它方式被修正以调适光束。正如制作表面640的材料可以被修正那样，输出表面640的尺寸、形状和曲率也可以被修正以便调适所发射的光束。实际上，从光源发射的光经过的任何材料可以配置成修正光的角分布，因为当光在系统中从一种介质行进到另一种介质时，折射将发生。此折射可以在制作之前基于已知的折射率确定，或者可以在照明系统中通过实验确定。

光学元件600可以可选地包括可以被修正以便修正所发射的射束的一个或多个其它部件。作为一个示例，光学元件600可以包含内部中央双曲线或相似结构620，其尺寸可以被修正以便修正所发射的射束。作为示例，可以修正中央双曲线620的形状，该形状包括侧面的高度、宽度和弯曲和/或结构的开口。

根据实施例，使用算法确定归一化所发射的光的角分布所需要的光学元件修正。例如该算法可以利用诸如远场光束的期望波长、距远场的距离、可以对光学元件做出的可能修正之类的输入和/或一个或多个其它输入，以便计算、估计或预测归一化待调整的光源的角分布所需要的修正。使用来自已有照明系统中光源的角分布的测量的反馈，该算法可以用于修正该照明系统，或者可以用于设计光学元件。

优选地，光学元件的修正在光学元件的制作之前或期间进行，不过根据一个实施例，光学元件在现场可以是可调整或可互换的。例如，在部署的照明系统中的光学元件的高度、宽度和/或形状可以是可调整的，以便基于照明系统内的反馈或估计而归一化一个或多个颜色类型的角分布。例如，照明系统外部的或与照明系统相关联的传感器可以检测到要求修正光学元件的诸如“红色光环”之类的颜色异常的存在。照明系统可以配置成自动调整光学元件的高度、宽度、形状和/或其它参数，以便修正一个或多个颜色类型的角分布，以及改善或解决所检测的颜色异常。光学元件的修正和颜色异常的解决可以通过单个回合的检测和调整实现，或者可以通过若干回合的检测和调整实现。例如照明系统可以确定必须修正一个或多个颜色类型的角分布，并且可以指引系统在一个或多个方向移动所述光学元件之一，以便调整所发射的光束的聚焦。光学元件必须在照明系统内可移动，这可以通过可以在一个或多个方向移动光学元件的一个或多个电动机或相似的机械部件完成。

图8A和8B是从具有经修正光学元件的红色和绿色LED基光源混合的光束的远场分布的CIE x和y曲线图，所述经修正光学元件归一化两个波长的角分布。如曲线图所示，特别是当与图3A和3B中的曲线图比较时，经归一化的角分布导致在远场中实现均匀颜色。均匀光分布具有从中心到边缘的恒定色度，这意味着CIE x坐标和CIE y坐标在每一个点是相同的。

参考图9A和9B，在一个实施例中提供照明系统900，其包括蓝色LED基光源920、绿色LED基光源930和红色LED基光源940。每一个该LED基光源可以具有一个或多个LED。每一个光源可以由一个或多个光源驱动器驱动以发射预确定特征（即颜色强度、色温）的光。可以在照明系统900中采用适配成产生各种不同颜色的辐射的许多不同数量和各种类型的光源（所有LED基光源、单独或组合的LED基和非LED基光源等等）。根据在图9和10中描绘的实施例，从三个光源发射的射束在准确地混合时形成白光。照明系统900可以是任何内部或外部类型的照明系统或设施，包括但不限于灯、泛光灯以及许多其它类型的照明系统或设施。

LED基光源920、930和940可以是在本文中描述的或以其它方式预期的实施例中的任何实施例，并且例如可以包括结合图4-7描述的照明单元的部件中的任何部件（例如一个或多个光源驱动器、控制器、记忆存储器、电源、传感器等等）。例如，LED基光源920、930和940中的每一个可以与光学元件925、935和945相关联。LED基光源可以安装在诸如印刷电路板的载体910上。

根据实施例，期望混合由LED基光源920、930和940发射的不同颜色光束以便制造无颜色异常的单个颜色（诸如黄色）的远场光束。为了实现具有单个颜色的均匀远场光，与每一个LED基光源920、930和940相关联的一个或多个所述照明元件可以根据在本文中描述的或以其它方式预期的任何实施例修正或调整。例如在图9所描绘的实施例中，与红色光源940相关联的光学元件的宽度被减少以便减小光束的角分布，使得该角分布利用由蓝色光源920和绿色光源930发射的光束归一化。这导致了远场中准确混合的黄色光束，其不存在任何显著的颜色异常。

尽管在图9A和9B中照明系统900利用蓝色、绿色和红色LED基光源描绘，可以利用和归一化LED的任何组合。另外，照明系统900可以包括更多的若干或许多光源。例如，光源可以具有固定的颜色强度和/或色温，或者可以由光源驱动器调整。因此，在一个实施例中，光学元件在现场手动或自动可调整，正如LED基光源的颜色强度和/或色温被手动或自动地调整。例如，光学元件的形状可以或者手动地，或者通过电动机或其它手段可延展或可改变。仅仅作为一个示例，液体透镜可以用作光学元件以便为照明系统提供延展性。光传感器980或其它传感器可以用于检测照明系统的LED基光源的颜色强度和/或色温的改变，从而检测远场光束的颜色分布的改变，和/或从而对编程的改变以及系统或发射光的其它可检测的特征做出响应，并且可以导致基于该检测或反馈而调整一个或多个所述光源的光学元件。

参考图10，公开了一流程图，其图示根据本发明实施例的用于具有均匀颜色输出的远场照明的方法1000。在步骤1010中，提供照明单元400。照明单元400可以是在本文中描述的或以其它方式预期的实施例中的任何实施例，并且例如可以包括结合图4和9描述的照明单元或照明系统的部件中的任何部件（例如经修正光学元件、一个或多个光源驱动器、控制器、记忆存储器、电源、传感器等等）。照明单元400包括一个或多个LED基光源410，它们中的每一个可以具有一个或多个LED。每一个光源410可以由一个或多个光源驱动器驱动以发射预确定特征（即，颜色强度、色温）的光。可以在照明单元400中采用适配成产生各种不同颜色的辐射的许多不同数量和各种类型的光源（所有LED基光源、单独或组合的LED基和非LED基光源等等）。

在步骤1020中，与照明单元400中的光源410的一个或多个相关联的光学元件中的一个或多被修正，以便归一化由该光源发射的彩色光束的角分布。例如，光学元件的高度、宽度和/或形状被修正，其改变从该光学元件发射的光的角分布。可替代地，光学元件的其它修正是可能的，以便改变从该光学元件发射的光的角分布。光学元件的修正可以在制作之前或制作期间进行，或者可以在照明单元部署或安装之后进行。例如，光学元件可以具体设计成归一化具体光源的角分布。可替代地，光学元件可以是可互换的或足够可延展的或可调整的，以允许对形状的改变或对其它特征的改变，以便调整由与该光学元件相关联的光源发射的光束的角分布。仅仅作为一个示例，照明系统可以包括可以互换的有角度的光学元件的标准化集合。

可替代地，在步骤1030中，表征由所安装的照明单元或照明系统创建的远场光束的颜色分布。例如，该照明单元或照明系统的远场光分布可以使用本领域中已知的方法和传感器测量。一旦该照明单元或照明系统的远场光分布被测量或以其它方式表征，它可以被分析以检测任何色差或其它颜色异常。如果检测到色差，该照明单元、照明系统和/或传感器系统可以计算、估计或以其它方式确定归一化畸变的颜色轮廓以及改善或补救该色差所要求的改变或修正。例如，如果该单元、系统和/或传感器检测到第一颜色的光环效果，那么发射该颜色的LED基光源的光学元件被作为修正的目标。根据一个实施例，该照明单元、照明系统和/或光传感器计算改善或补救该色差所必要的角分布，并且利用该信息确定实行所计算的角分布所需要的对该光学元件的改变或修正。可替代地，光学元件被手动或自动地调整，并且对于角分布和/或远场光分布的所得到的改变被监控以确定何时实现该光学分布以及另外的修正是不必要的。此过程可以执行一次，或者可以如箭头1040表示的重复执行。

尽管本文已经描述和说明了若干创造性实施例，但是本领域普通技术人员将容易预期到用于执行所述功能和/或获得所述结果和/或一个或多个在本文中描述的优点的各种其它手段和/或结构，并且每一个这种变型和/或修正都视为在本文中描述的创造性实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易领会，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和构造都意图是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或构造将取决于使用本创造性教导的一个或多个具体应用。本领域技术人员将认识到或者使用仅仅常规实验将能够确定本文描述的具体创造性实施例的许多等同物。因此将理解，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述和要求保护的方式实践创造性实施例。本公开内容的创造性实施例指向本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、成套用具和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、成套用具和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、成套用具和/或方法的任何组合被包括在本公开内容的创造性范围内。

本文所定义和使用的所有定义应当理解为控制字典中的定义、通过引用的方式结合的文件中的定义和/或所定义的术语的一般含义。

本文中，在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一（a）”和“一个（an）”应当理解为意指“至少一个”，除非明确相反地指示。

本文中，在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的元件中的“任一个或两个”，即，在一些情况下共同出现且在其它情况下分开出现的元件。用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式解释，即，如此结合的元件中的“一个或多个”。可选地，可以存在除了用“和/或”从句具体标识的元件之外的其它元件，无论这些其它元件与那些具体标识的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性的示例，当与诸如“包含”之类的开放式语言共同使用时，对“A和/或B”的引用可以在一个实施例中仅指A（可选地包括除B之外的元件）；在另一实施例中仅指B（可选地包括除A之外的元件）；在又一实施例中指A和B两者（可选地包括其它元件）等等。

本文中如在说明书和权利要求书中使用的，“或”应当理解为具有与上面定义的“和/或”相同的意思。例如，当在一个列表中分开各项时，“或”或者“和/或”应当解读为是包括性的，即，包括许多元件或一列元件中的至少一个元件，但是也包括许多元件或一列元件中的多于一个元件，以及可选地包括附加的未列出的项。只有诸如“唯一”或“恰好之一”，或在权利要求书中使用时的“由…构成”之类的明确相反地指示的术语将指的是包括许多元件或一列元件中的恰好一个元件。一般地，当前面有排他的术语（诸如“任一”、“之一”、“唯一”或“恰好之一”）时，在本文中使用的术语“或”应只被解读为指示排他的可选物（即，“一个的或另一个但不是两者”）。当在权利要求书中使用时，“主要由…构成”应具有如在专利法领域内使用的它的一般意义。

本文中如在说明书和权利要求中使用的，引用一列一个或多个元件的短语“至少一个”应当理解为意指从该列元件中的任何一个或多个元件选择的至少一个元件，而不一定包括在该列元件中具体列出的每一个元件中的至少一个元件，并且不排除该列元件中的元件的任何组合。此定义还允许可以可选地存在除了在短语“至少一个”所指的该列元件中具体标识的元件之外的元件，无论这些元件与那些具体标识的元件相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B的至少一个”（或等同地“A或B的至少一个”，或等同地“A和/或B的至少一个”）可以在一个实施例中指至少一个（可选地包括超过一个）A而不出现B（并且可选地包括除B之外的元件）；在另一实施例中指至少一个（可选地包括超过一个）B而不出现A（并且可选地包括除A之外的元件）；在又一实施例中指至少一个（可选地包括超过一个）A和至少一个（可选地包括超过一个）B（并且可选地包括其它元件）；等等。

还应理解，除非明确相反地指示，在本文要求保护的包括超过一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的顺序不一定限制为该方法的步骤或动作被记载的顺序。

在权利要求书中以及在上面的说明书中，诸如“包含”、“包括”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“涵盖”及其相似物的所有连接词将被理解为是开放的，即意指包括但不限于。如在美国专利商标局的审查指南第2111.03节中记录的，只有连接词“由…构成”和“基本由…构成”应分别是封闭式的或半封闭式的连接词。

要求保护内容如下。

Claims (16)

1.一种照明单元（400），其配置成发射均匀的远场光束，所述照明单元包含：

发射不同颜色光的多个LED基光源（410），其中由每一个LED基光源发射的光包含角分布；

多个光学元件（470、480、490），所述多个光学元件中的每一个光学元件与所述多个LED基光源中的相应一个光源通信，并且布置成修正由所述LED基光源发射的光；

其中，所述光学元件中的至少一个光学元件配置成修正从所述LED基光源发射的光的角分布，使得经修正角分布与由其余LED基光源发射的光的角分布基本相似。

2.根据权利要求1所述的照明单元，其中所述光学元件中的每一个光学元件配置成修正从所述LED基光源发射的光的角分布，使得所有角分布基本相似。

3.根据权利要求1所述的照明单元，还包含传感器（980），其配置成确定所发射的远场光束的特征。

4.根据权利要求3所述的照明单元，其中所发射的远场光束的所确定的特征用于修正从所述多个LED基光源中的一个或多个LED基光源发射的光的角分布。

5.一种照明系统（900），其配置成发射均匀的远场光束，所述照明系统包含：

照明单元，其包含发射不同颜色光的多个LED基光源（920、930、940），以及多个光学元件（925、935、945），所述多个光学元件中的每一个光学元件与相应的LED基光源通信并且布置成修正由所述相应的LED基光源发射的光，其中由每一个LED基光源发射的光包含角分布；

其中所述多个光学元件中的至少一个光学元件配置成修正从所述相应的LED基光源发射的光的角分布，使得经修正角分布与由其余LED基光源发射的光的角分布基本相似。

6.根据权利要求5所述的照明系统，其中所有所述多个光学元件配置成修正从所述相应的LED基光源发射的光的角分布，使得所有经修正角分布基本相似。

7.根据权利要求5所述的照明系统，还包含传感器（980），其配置成确定所发射的远场光束的特征。

8.根据权利要求7所述的照明系统，其中所发射的远场光束的所确定的特征用于修正由所述多个LED基光源中的一个或多个LED基光源发射的光的角分布。

9. 一种用于远场照明的方法（1000），所述方法包含下述步骤：

提供（1010）照明单元（400），其包含发射不同颜色光的多个LED基光源（410），所述多个LED基光源中的每一个LED基光源与相应的光学元件（470、480、490）相关联，其中由每一个LED基光源发射的光束包含角分布；以及

归一化（1020）由所述多个LED基光源中的至少一个LED基光源发射的光束的远场分布。

10.根据权利要求9所述的方法，其中归一化由所述多个LED基光源中的至少一个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤包含修正所述所发射的光束的角分布的步骤。

11.根据权利要求9所述的方法，其中归一化由所述多个LED基光源中的至少一个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤包含修正与所述至少一个光源相关联的所述光学元件的特征的步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述特征是所述光学元件的形状。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述特征是所述光学元件的尺寸。

14.根据权利要求11所述的方法，还包含表征（1030）所述远场中的所述光束中的至少一个光束的角分布的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法，其中归一化由所述多个LED基光源中的至少一个LED基光源发射的光束的远场分布的步骤利用所述光束的经表征的角分布。

16.根据权利要求9所述的方法，其中每一个所述所发射的光束的远场分布被归一化，使得所有所发射的光束的角分布基本相似。