CN106662293B - 用于在照明设备中使用的聚光器 - Google Patents

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Abstract

公开了聚光器(11)，其包括：被配置为发射光(32)的至少一个照明元件(1)；光学滤光器(3)，被布置为经由光入耦合表面(4)来接收具有在所选择的波长发射带内的波长的光，并且被配置为在入射在光入耦合表面上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面上的光选择性地透射通过光学滤光器，并经由光出耦合表面(5)输出光；光重定向元件(6)，具有光重定向表面(7)，光重定向表面相对于光学滤光器的光出耦合表面(5)基本上平行布置，以接收经由光出耦合表面(5)出耦合的光中的至少一些光，并且光重定向表面被配置为重定向撞击在光重定向表面上的光；以及光引导区域(8)，其至少由光重定向表面和光学滤光器的光出耦合表面(5)来界定，用于将经由光出耦合表面出耦合的光朝向至少一个光出射区域(9)引导，至少一个光出射区域被布置为基本上垂直于光出耦合表面(5)，光可以经由至少一个光出射区域离开聚光器。光学滤光器(3)被配置为使得波长透射带的特性至少部分地取决于入射在光入耦合表面(4)上的光的入射角，并且其中光学滤光器(3)被配置为使得针对入射在光入耦合表面(4)上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带至少部分地与波长发射带重叠，由此具有入射角等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内的、入射在光入耦合表面(4)上的光被透射通过光学滤光器(3)。

Description

用于在照明设备中使用的聚光器
技术领域
本发明整体涉及照明装备和照明设备的领域。具体地，本发明涉及用于在照明设备中使用的聚光器和包括该聚光器的照明设备。
背景技术
光源(例如，能够发射具有相对高的亮度和/或强度的光的照明配件、照明器材或灯具)在各种应用中是相关的。这样的应用可以包括但不限于聚光照明、舞台照明、头灯和数字光投影。用于增加由光源发射的光的亮度和/或强度的各种方式在本领域中是已知的。例如，诸如发光二极管(LED)的多个发光元件可以布置在具有相对小的开口的光混合箱中，或借助于所谓的蓝宝石棒可以生成蓝光。然而，本领域仍然需要用于实现能够提供具有相对高亮度和/或强度的光的光源的改进或备选方式。
发明内容
鉴于上述，本发明关注于提供能够发射具有相对高的亮度和/或强度的光的光源。
为了解决这个问题和其它问题中的至少一个，提供了根据独立权利要求的聚光器和照明设备。优选实施例由从属权利要求限定。
根据第一方面，提供了一种聚光器，其包括被配置为发射光的至少一个照明元件。聚光器包括光学滤光器或光学元件，被布置以经由光入耦合表面来接收具有在选择波长发射带内的波长的光，并且被配置为在入射在光入耦合表面上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面上的光选择性地透射通过光学滤光器并经由光出耦合表面输出光。光学滤光器被配置为使得波长透射带的特性至少部分地取决于入射在光入耦合表面上的光的入射角。光学滤光器被配置为使得针对入射在光入耦合表面上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带至少部分地与波长发射带重叠，由此具有入射角(等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内)的入射在光入耦合表面上的光被透射通过光学滤光器。
聚光器还包括光重定向元件，光重定向元件具有光重定向表面，光重定向表面相对于光学滤光器的光出耦合表面基本上平行布置，以接收经由光学滤光器的光出耦合表面出耦合的光中的至少一些。光重定向表面被配置为重定向撞击在光重定向表面上的光。聚光器还包括光引导区域，光引导区域至少由光重定向表面和光出耦合表面来界定，并且光引导区域用于将经由光学滤光器的光出耦合表面出耦合的光朝向至少一个光出射区域引导，至少一个光出射区域被布置为基本上垂直于光出耦合表面，并且光可以经由至少一个光出射区域离开聚光器。
聚光器包括波长选择元件，该波长选择元件被布置为接收已由至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并且被配置为响应于此，输出具有在所选择的波长带内的波长的光，其中光学滤光器被布置为接收由波长选择元件输出的光的至少一部分。如下面将进一步描述的，波长选择元件可以例如包括被配置为或能够发射具有在相对窄的波长透射带内的波长的光的、或者特征在于相对窄的发射特性的发光材料、磷光体或任何其它材料或元件。
光学滤光器包括光学元件或者由光学元件构成，其波长透射带的特性至少部分地取决于入射在光学元件上的光的入射角。这种特性可以例如借助于光学滤光器来实现，该光学滤光器包括多层反射器和/或二向色反射器或由多层反射器和/或二向色反射器构成。
WO2011/024104A2公开了一种发光集中器，其包括波长选择滤光器、能量集中区域、发光材料和反射结构。太阳光的一部分通过滤光器到发光材料上，发光材料将光转换为转换光。波长选择滤光器适于反射由发光材料发射的光。转换光接着集中于在滤光器和发光材料之间的区域中。WO2011/024104A2未公开具有角度相关的透射率的光学滤光器。WO2011/024104A2还未公开照明元件和如下波长选择元件，该波长选择元件被设置为使得接收由至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并且被配置为响应于此，输出具有在所选择的波长发射带内的波长的光，其中光学滤光器被设置为使得接收由波长选择元件输出的光的至少一部分，并且其中波长选择元件包括发光材料，其中波长选择元件被配置为使得由波长选择元件输出的光具有小于约20nm的半高全宽。
本发明的实施例的原理利用至少一个照明元件(如上所述的可能与波长选择元件组合)和如上所述的光学滤光器的组合，以使得光学滤光器的波长透射带与至少一个照明元件或可能的波长选择元件的波长发射带匹配(例如，使得在波长透射带和波长发射带之间存在完全重叠或部分重叠，或者反之亦然)，使得基本上只有具有特定入射角或在特定入射角间隔内的光被透射通过光学滤光器。以这种方式，从光学滤光器透射的光可以(例如，相对于光学滤光器的光出耦合表面的法向量)基本上仅在特定角度范围内。因此，可以实现从光学滤光器输出的光束的相对高的准直度或从光学滤光器输出的光场的方向性的相对高的均匀性。例如，从光学滤光器输出的准直光可以从光重定向表面反射，光重定向表面改变准直光的方向，使得准直光可以在光引导区域内朝向至少一个光出射区域被引导或传送，准直光可以在至少一个光出射区域离开聚光器。由此，可以实现离开聚光器的相对高强度的光，可能同时在至少一个光出射区域处保持或基本保持相对于从光学滤光器输出的光的光学扩展量。
至少一个照明元件可以被配置为发射具有窄光谱峰的光，该窄光谱峰具有小于约30nm、或小于约20nm、或小于约10nm、或小于约5nm的半高全宽。使得其被配置为发射具有小于约30nm、或小于约20nm、或小于约10nm的半高全宽的光的至少一个照明元件的配置，可以特别地用于波长选择元件被省略的情况。至少一个照明元件可以例如包括固态光发射器或由固态光发射器构成。固态光发射器的示例包括无机发光二极管(LED)、有机LED(OLED)和激光器(二极管)。
聚光器可以包括多个照明元件。当采用多个照明元件时，照明元件可以被“分仓”，使得光谱光峰重叠。照明元件的光谱光峰的最大强度之间的距离优选地不大于约10nm、或不大于约5nm、或不大于约2nm。
波长选择元件被配置为使得由波长选择元件输出的光具有小于约30nm、或小于约20nm、或小于约10nm、或小于约5nm的半高全宽。如上所提及的，波长选择元件可以例如包括被配置为或能够发射具有在相对窄的波长透射带内的波长的光的、或者特征在于相对窄的发射特性的发光材料、磷光体或任何其它材料或元件。
要理解，可能可以存在中间部件，中间部件被布置在至少一个照明元件和波长选择元件之间、和/或在波长选择元件和光学滤光器之间、或者在至少一个照明元件和光学滤光器之间。这样的中间部件可以例如包括一些中间光学耦合或连接装置等。因此，至少一个照明元件和波长选择元件可以相对于彼此布置，使得波长选择元件可以直接或间接地接收已由至少一个照明元件发射的光的至少一部分。波长选择元件和光学滤光器可以相对于彼此布置，使得光学滤光器可以直接或间接地接收已由波长选择元件输出的光的至少一部分。至少一个照明元件和光学滤光器可以相对于彼此布置，使得光学滤光器可以直接或间接地接收已由至少一个照明元件输出的光的至少一部分。
如上所述，光学滤光器可以例如包括多层反射器和/或二向色反射器。
光学滤光器原则上可以具有任何形状。依赖于聚光器的诸如光重定向元件的其它部件的形状，光学滤光器的形状可以例如是平面形状，这可以便于实现相对平坦的聚光器或光发射设备。
如前所述，波长选择元件可以例如包括发光材料，发光材料可以被配置为吸收由至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并响应于此(即，响应于接收或吸收光)输出或发射具有在所选择的波长发射带内的波长的光。所输出的光优选地具有小于约30nm、或小于约20nm、或小于约10nm、或小于约5nm的半高全宽。发光材料可以例如包括选自以下项的组的至少一种元素：量子限制结构、镧系元素复合物、稀土金属元素和所谓的磷光体。
光学滤光器可以被配置为使得针对入射在光入耦合表面上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带与波长发射带至少部分重叠，由此具有入射角(等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内)的入射在光入耦合表面上的光可以透射通过光学滤光器，使得经由光出耦合表面输出的光相对于垂直于光出耦合表面的方向成角度地输出。因此，光学滤光器可以被调谐或被配置为使得光从光出耦合表面相对于光出耦合表面非垂直地输出，或者与垂直于光出耦合表面的方向不平行地输出。
根据一个示例，波长选择元件可以包括多个波长选择部分，多个波长选择部分被布置为接收由至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并且被配置为响应于此而输出具有在所选择的相应波长发射带内的波长的光。
光学滤光器可以包括多个部分。
光学滤光器的每个部分可以对应于波长选择部分。光学滤光器的每个部分可以被布置为经由光入耦合表面接收由波长选择部分输出的光的至少一部分，并且被配置为在入射在光入耦合表面上的光具有在所选择的相应波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面上的光选择性地透射通过光学滤光器，并经由光出耦合表面输出光。
聚光器可以包括多个波长选择元件和多个光学滤光器。多个光学滤光器中的每一个可以对应于多个波长选择元件中的一个，或者反之亦然。
例如诸如上面关于第一方面所描述的，多个光学滤光器中的每一个和多个波长选择元件中的对应的一个可以被布置和被配置为彼此结合操作。
因此，聚光器可以包括波长选择元件-光学滤光器对的多个设置。
聚光器可以包括多个照明元件，每个照明元件可以被配置为或能够(可能彼此独立地)发射光。
光重定向表面与光出耦合表面平行或基本上平行。基本上平行意味着光重定向表面和光出耦合表面之间的角度相对小，诸如在0度和20度之间的范围内、或者在0度和10度之间的范围内。根据一个示例，光重定向表面可以与光出耦合表面成角度布置，其中该角度可以例如为20度或更小。通过将光重定向表面相对于光出耦合表面成角度布置或反之亦然，可以便于或甚至使得能够将在光引导区域中被引导的光传播、引导或传送至至少一个光出射区域。
光重定向元件可以例如包括反射光散射元件。根据一个示例，光重定向元件可以备选地或者附加地包括发光材料。可以包括在光重定向元件中的发光材料可以例如选自在量子限制结构、镧系元素复合物、稀土金属元素和磷光体的组中的一个或多个元素。根据一个示例，光重定向元件可以备选地或者附加地包括衍射元件。根据另一示例，光重定向元件可以备选地或者附加地包括折射元件。折射元件和/或衍射元件可以耦合或连接到(直接地或间接地，例如经由一些中间光学耦合装置)镜面反射元件。折射元件和/或衍射元件可以被布置为接收经由光出耦合表面出耦合的光中的至少一些光。
光重定向元件原则上可以具有任何形状。依赖于聚光器的其它部件(诸如光学滤光器)的形状，光重定向元件的形状可以例如是平面形状，以便于实现相对平坦的聚光器或光发射设备。光重定向表面和/或光出耦合表面可以是平坦的或基本上平坦的。
如前所述，聚光器可以包括多个波长选择元件和多个光学滤光器，其中多个光学滤光器中的每一个可以对应于多个波长选择元件中的一个，并且例如诸如上面参照第一方面所描述的，多个光学滤光器中的每一个和多个波长选择元件中的对应的一个可以被布置和被配置为彼此结合操作。
根据一个示例，聚光器可以包括多个光重定向元件。多个光重定向元件中的每一个可以对应于多个光学滤光器中的一个。多个光重定向元件中的每一个可以具有光重定向表面，光重定向表面相对于对应的光学滤光器的光出耦合表面布置，以接收经由对应的光学滤光器的光出耦合表面出耦合的光中的至少一些，并且光重定向表面被配置为重定向撞击在光重定向表面上的光。
聚光器可以包括多个光引导区域，每一个光引导区域可以至少由多个光重定向表面中的一个和对应的光出耦合表面界定，用于将经由光出耦合表面出耦合的光朝向至少一个光出射区域引导，光可以经由至少一个光出射区域离开聚光器。
因此，聚光器可以包括若干光引导区域，从每个光引导区域可以实现或完成离开聚光器的光的相对高的强度，可能同时在光出射区域处保持或基本保持相对于从相应光学滤光器输出的光的光学扩展量。
在本申请的上下文中，术语聚光器通常是指如下结构、组件或布置，其收集或接收光并(至少)在空间上(重新)分布光，使得在光可以从其离开聚光器的空间中的期望的位置处，光强度被集中或增加。
光引导区域可以对预期从光学滤光器输出的光的波长基本上透明。光引导区域可以包括开口空隙或由开口空隙构成，开口空隙填充有任何气体(诸如空气)或基本上真空。光引导区域可以包括固体材料或由固体材料构成。
光引导区域可以例如包括光导，在本申请的上下文中，光导应当被理解为如下结构，该结构被布置为使得耦合到其中的光能够传播、或者传送或引导耦合到其中的光(例如沿着光导延伸的方向)。例如，经由所谓的全内反射(TIR)，借助于在光导内经历多次反射，诸如例如借助于在光导与其外部之间的界面处的多次反射，可以在光导内引导或传送光。
光导可以包括光可以通过其传播的材料。该材料可以至少部分地包括透明材料，透明材料允许光通过该材料而不被散射。光导可以包括从包含以下项的组中选择的材料：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)(有时称为丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、玻璃、硅酮和/或硅橡胶。光导可以具有各种形式，诸如板、棒或纤维。光导的形状可以是基本规则的或不规则的。光导可以具有矩形、三角形或圆形形状，或者可以具有任何其它基本规则或不规则的形状。光导可以包括至少一个光出射区域。
至少一个光出射区域可以包括光可以经由其离开聚光器的开口或孔径。如上所述，至少一个光出射区域可以布置在光导中。在本申请的上下文中，术语光出射区域涵盖“平面区域”(例如，表面或板状或盘状区域)，该“平面区域”可以包括在光导与其外部之间的界面处的光导的表面。
根据第二方面，提供了包括根据第一方面的至少一个聚光器的照明设备。
在本申请的上下文中，术语照明设备是指被布置和/或被配置为提供光并且可能产生光的设备或系统。根据本发明的实施例，照明设备可以包括照明器材或照明配件、光引擎、灯或灯具，或者可以由照明器材或照明配件、光引擎、灯或灯具构成，其可以包括接线和电子器件，接线和电子器件被布置为将连接到照明设备或包括在照明设备中的任何光源连接、并且对该任何光源供电。
设想的是，照明设备可以具有在例如以下项中的应用：数字投影、汽车照明、娱乐照明、舞台照明、商店照明、家庭照明、重点照明、聚光照明、剧院照明、光纤照明、显示系统、警告照明系统、保健和/或医疗照明应用、显微照明、用于分析装备的照明或装饰照明应用。
可选地，根据第一方面的聚光器和/或根据第二方面的照明设备可以利用光束成形元件或与光束成形元件组合，光束成形元件接收和修改分别由聚光器或照明设备输出的光，以便原则上实现用于在如上所述的各种应用中使用的任何期望或需要的光束形状、准直和/或形式。
至少一个照明元件可以例如包括固态光发射器或由固态光发射器构成。固态光发射器的示例包括发光二极管(LED)、有机LED(OLED)和激光二极管。固态光发射器是相对成本有效的光源，因为它们通常相对便宜并且具有相对高的光学效率和相对长的寿命。
然而，在本申请的上下文中，术语“照明元件”应当被理解为意指：当例如通过在其两端施加电势差或使电流通过其而被激活时，被配置为或能够在电磁谱的任何区域或区域组合(例如，可见光区域、红外区域和/或紫外区域)中发射辐射的基本上任何设备或元件。因此，照明元件可以具有单色、准单色、多色或宽带光谱发射特性。照明元件的示例包括半导体、有机、或聚合物/聚合的LED、紫色LED、蓝色LED、光学泵浦磷光体涂覆的LED、光学泵浦纳米晶体LED、或如本领域技术人员将容易理解的任何其它类似设备。此外，术语照明元件可以用于限定发射辐射的特定照明元件与壳体或包装的组合，一个或多个特定照明元件被定位或布置在壳体或包装内。例如，术语照明元件可以包括布置在壳体中的LED裸片，这可以被称为LED包装。
在本申请的上下文中，术语波长发射带是指波长带或波长范围，在该波长带或波长范围内，可以发生来自元件的光发射或由元件发射光。带或范围不一定必须是连续的带或范围，而是可以包括多个非连续子带或子范围或由多个非连续子带或子范围构成。
在本申请的上下文中，术语波长透射带是指波长带或波长范围，在该波长带或波长范围内，可以发生撞击在元件上的光通过该元件的透射。带或范围不一定必须是连续的带或范围，而是可以包括多个非连续子带或子范围或由多个非连续子带或子范围构成。
在本申请的上下文中，术语量子限制结构是指如下元件，例如但不限于量子阱、量子点、量子棒或纳米线。量子阱是仅具有离散能量值的势阱，并且可以通过如下方式形成在半导体中：使像砷化镓或氮化铟镓的材料夹在具有较宽带隙的材料(像砷化铝或氮化镓)的两个层之间。量子点(或棒、或纳米线)是半导体材料的小晶体，通常具有只有几纳米的尺寸，例如宽度、半径或直径。当被入射光激发时，量子点可以发射由晶体的尺寸和材料确定的颜色的光。因此，例如通过更改量子点的尺寸和/或材料，可以产生特定颜色的光。在电磁波谱的可见范围中具有发射的大多数已知的量子点基于具有壳层(或多个壳层)(诸如硫化镉(CdS)和硫化锌(ZnS))的硒化镉(CdSe)。也可以使用无镉量子点，诸如磷化铟(InP)和硫化铜铟(CuInS2)和/或硫化银铟(AgInS2)。量子点通常具有相对窄的发射带，并且因此可以提供饱和的颜色。此外，可以通过更改量子点的尺寸和/或维度，来调谐发射光的颜色。
只要量子限制结构具有适当的波长转换或发射特性，任何类型的量子限制结构可以结合本发明的实施例使用。然而，出于环境安全和关心的原因，可以优选使用无镉的量子限制结构或至少具有相对低的镉含量的量子限制结构。
含镉量子点可以发射具有高达15纳米或20纳米(FWHM)的光谱峰的光。无镉量子点可发射具有高达25纳米或30纳米(FWHM)的光谱峰的光。作为窄带光发射的发光材料的稀土金属复合物的示例是例如具有约5纳米(FWHM)的光谱峰的诸如Eu2(dbt)3·4H2O的镧系元素复合物。
与本发明的实施例结合使用的发光材料可以例如包括来自包括以下项的组的材料中的任何一种材料：量子点、量子棒、量子四脚体、纳米晶体、稀土金属复合物和磷光体，其可以特征在于相对窄的光谱发射特性。
在本申请的上下文中，发光材料要理解为响应于借助于发光被激发而呈现或实现光发射的材料、元素或物质。
波长选择元件可以包括波长转换构件或波长转换材料，或者由波长转换构件或波长转换材料构成，波长转换材料例如包括发光材料，该发光材料被配置为或能够将第一波长范围内的光转换为第二波长范围内的光(其中可能第二波长范围相对于第一波长范围进行斯托克斯位移)。备选地或附加地，波长转换材料或构件可以被配置为响应于荧光和/或磷光过程而呈现或实现光发射。
在本申请的上下文中，“光场”是指空间中的光线的集合和/或束，其中每个光线具有起始点、方向、强度和光谱功率分布。
在本申请的上下文中，方向性的均匀性意味着光场中的光线集合中的单独光线的方向的相似性。
下面借助于示例性实施例来描述本发明的其它目的和优点。
注意，本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能的组合。当研究所附权利要求和本文的描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合以产生不同于本文所描述的实施例的实施例。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。
图1-14是根据本发明的示例性实施例的聚光器的示意性截面侧视图。
所有附图是示意性的，不一定按比例，并且通常仅示出为了阐明本发明的实施例所必需的部分，其中可以省略或仅仅建议其它部分。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；而是，通过示例的方式提供这些实施例，使得本公开将本发明的范围传达给本领域技术人员。
图1-14是根据本发明的示例性实施例的聚光器11的示意性截面侧视图。在图1-14中，除非另有特别说明，相同的附图标记表示具有相同或相似功能的相同或相似的部件。
参考图1，聚光器11包括照明元件1，每一个照明元件被配置为(可能彼此独立地)发射光或能够(可能彼此独立地)发射光。由照明元件1发射的光在图1中由附图标记32示意性地指示。在图1中通过附图标记1指示照明元件1中的仅一个。照明元件1中的至少一个可以包括诸如LED、OLED和/或激光二极管的固态光发射器，或由这样的固态光发射器构成。然而，可以使用其它类型的光发射器。尽管图中的聚光器11包括若干照明元件1，但是要理解，聚光器11可以仅包括单个照明元件。此外，包括在图中所示的聚光器11中的照明元件1的数量是根据示例的，并且聚光器11可以包括比图中所示的更多或更少的照明元件1。
聚光器11包括光学滤光器3，光学滤光器3例如可以包括多层反射器、二向色反射器、光学陷波滤光器和/或干涉滤光器，或者可以由多层反射器、二向色反射器、光学陷波滤光器和/或干涉滤光器构成。光学滤光器3被布置为经由光入耦合表面4接收具有所选择的波长发射带内的波长的光。
照明元件1可以被配置为发射具有在所选择的波长发射带内的波长的光。照明元件1可以被配置为发射具有小于约30nm、或小于约20nm、或小于约10nm、或小于约5nm的半高全宽的光。照明元件1可以例如包括固态光发射器(诸如LED、OLED或激光二极管)或由这样的固态光发射器构成。照明元件1可以被“分仓(binned)”，使得照明元件1的光谱光峰值的最大强度之间的距离不大于约10nm、或不大于约5nm、或不大于约2nm。
光学滤光器3被配置为在入射在光入耦合表面4上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面4上的光选择性地透射通过光学滤光器3，并经由光出耦合表面5输出光。光学滤光器3被配置为使得波长透射带的特性至少部分地取决于入射在光入耦合表面4上的光的入射角。光学滤光器3被配置为使得针对入射在光入耦合表面4上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带至少部分地与波长发射带重叠。因此，具有入射角(等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内)的入射在光入耦合表面4上的光可以透射通过光学滤光器3。
聚光器11包括光重定向元件6。光重定向元件6具有光重定向表面7，光重定向表面7相对于光出耦合表面5布置，以接收经由光出耦合表面5出耦合的光(光由图1中的虚线箭头指示)的至少一些。光重定向元件6或光重定向表面7被配置为重定向撞击在光重定向表面7上的光。光重定向元件6的不同配置或实现方式可能是单独的或以任何组合。光重定向元件6可以实现为例如层或涂层。光重定向元件6将在下面参照其它附图进一步描述。
聚光器11包括光引导区域8。光引导区域8至少由光重定向表面7和光出耦合表面5界定。光引导区域8有助于将已经经由光出耦合表面5出耦合的光(光由图1中的虚线箭头指示)朝向光出射区域9引导，光可以经由光出射区域9离开聚光器11。下面将参照其它附图进一步描述光引导区域8。
参考图2，聚光器11包括在图2中由附图标记10示意性地指示的布置，该布置包括照明元件1，每一个照明元件被配置为(可能彼此独立地)发射光或能够(可能彼此独立地)发射光。由照明元件1发射的光在图2中由附图标记32示意性地指示。在图2中由附图标记1指示照明元件1中的仅一个。照明元件1中的至少一个可以包括诸如LED、OLED和/或激光二极管的固态光发射器，或者可以由这样的固态光发射器构成。然而，可以使用其它类型的光发射器。
尽管附图中的布置10或聚光器11包括若干照明元件1，但是要理解，布置10或聚光器11可以仅包括单个照明元件。此外，包括在图中所示的布置10或聚光器11中的照明元件1的数量是根据示例的，并且布置10或聚光器11可以包括比图中所示的更多或更少的照明元件1。
布置10包括波长选择元件2，波长选择元件2被布置为接收或吸收由照明元件1发射的光的至少一部分。波长选择元件2被配置为响应于接收或吸收由照明元件1发射的光，输出具有在所选择的波长发射带内的波长的光。虽然图2以及图3-14图示了在聚光器11中使用波长选择元件，但是要理解，波长选择元件是可选的并且不是必需的。例如对上面参考图1描述的本发明的实施例进行参考。
波长选择元件2可以例如包括发光材料，发光材料可以被配置为吸收由照明元件1发射的光的至少一部分，并响应于此(即，响应于接收或吸收光)，输出或发射具有在所选择的波长发射带内的波长的光。发光材料可以例如包括选自以下项的组的至少一种元素：量子限制结构、镧系元素复合物、稀土金属元素和磷光体。
如图6至图9所示，多个照明元件1相对于波长选择元件2的不同布置是可能的。
例如，诸如图6所示的，波长选择元件2可以相对于照明元件1以所谓的接近模式或配置来布置，例如以覆盖照明元件1或被定位在照明元件1上。
根据另一示例，诸如图7所示的，波长选择元件2可以相对于照明元件1以所谓的邻近模式或配置被布置在与照明元件1相距一定距离处。可以例如通过一些适当的光学耦合或连接手段桥接的距离例如可以小于约10mm。
根据另一示例，诸如图8所示的，波长选择元件2可以相对于照明元件1以所谓的远程模式或配置被布置在距照明元件1相对大的距离处。对于在图8中所示的示例实施例，该距离可以例如在约1cm和10cm之间。
进一步参考图2，布置10包括光学滤光器3，光学滤光器3例如可以包括多层反射器、二向色反射器、光学陷波滤光器和/或干涉滤光器，或者可以由多层反射器、二向色反射器、光学陷波滤光器和/或干涉滤光器构成。光学滤光器3被布置为经由光入耦合表面4接收由波长选择元件2输出的光的至少一部分。光学滤光器3被配置为在入射在光入耦合表面4上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面4上的光选择性地透射通过光学滤光器3，并且经由光出耦合表面5输出光。
光学滤光器3被配置为使得波长透射带的特性至少部分地取决于入射在光入耦合表面4上的光的入射角。
光学滤光器3被配置为使得针对入射在光入耦合表面4上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带至少部分地与波长发射带重叠。因此，具有入射角(等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内)的入射在光入耦合表面4上的光可透射通过光学滤光器3。
多层反射器和二向色反射器的概念本身在本领域中是已知的。例如，多层反射器或二向色反射器可以包括多层堆叠，其中层具有交替的高折射率和低折射率。可以制造多层反射器或二向色反射器，使得其透射波长带或反射波长带原则上可以具有任何位置(例如，由中心波长限定)和宽度，并且使得透射特性可以取决于撞击在多层反射器或二向色反射器上的光的入射角。
根据图9所示的另一示例，波长选择元件2可以布置为相对靠近光学滤光器3。例如，波长选择元件2和光学滤光器3可以形成堆叠结构或分层结构，其中一些中间部件可能布置或夹在它们之间。
聚光器11包括光重定向元件6。光重定向元件6具有光重定向表面7，光重定向表面7相对于光出耦合表面5布置，以接收经由光出耦合表面5出耦合的光(光由图2中的虚线箭头指示)的至少一些。光重定向元件6或光重定向表面7被配置为重定向撞击在光重定向表面7上的光。
光重定向元件6的不同配置或实现方式可能是单独的或以任何组合。光重定向元件6可以例如被实现为层或涂层。
光重定向元件6可以例如包括反射光散射元件(例如反射光散射层或涂层，例如包括Al2O3、TiO2和/或BaSO4颗粒)，或由反射光散射元件构成。光重定向元件6或反射光散射元件可以被配置为能够将沿垂直于光重定向表面7的方向撞击在光重定向元件6上的光散射到基本上所有的角度，并且至少大部分镜面反射以相对于光重定向表面7相对小的入射角撞击在光重定向元件6上的光。
根据另一示例，光重定向元件6可以备选地或附加地包括折射元件12(图10)或者由折射元件12(图10)构成。折射元件12可以(直接或间接地，例如经由一些中间光学耦合装置)耦合或连接到镜面反射元件。如图10所示，折射元件12可以被布置为接收经由光出耦合表面5出耦合的光中的至少一些。折射元件12可以被配置为能够将沿垂直于光重定向表面7的方向撞击在折射元件12或光重定向元件6上的光散射到基本上所有角度，并且至少大部分镜面反射以相对于光重定向表面7相对小的入射角撞击在反射元件12或光重定向元件6上的光。
根据一个示例，光重定向元件6可以备选地或者附加地包括衍射元件13(图11)或者由衍射元件13(图11)构成。衍射元件13可以(直接或间接地，例如经由一些中间光学耦合装置)耦合或连接到镜面反射元件。如图11所示，衍射元件13可以被布置为接收经由光出耦合表面5出耦合的光的至少一些。衍射元件13可以例如包括光子晶体结构，光子晶体结构可以被剪裁以与不具有特定波长的光相比，能够以更大的反射角反射具有特定波长的光。
根据另一示例，光重定向元件6可以根据示例备选地或附加地包括发光材料，例如发光材料的层或涂层。发光材料可以包括无机的、有机的和/或量子限制结构材料。光重定向元件6可以包括多层反射器。
聚光器11包括光引导区域8。光引导区域8至少由光重定向表面7和光出耦合表面5界定。光引导区域8有助于将经由光出耦合表面5出耦合的光(光由图2中的虚线箭头指示)朝向光出射区域9引导，光可以经由光出射区域9离开聚光器11。光出射区域9在该示例中基本上垂直于光出耦合表面5。
光引导区域8可以例如包括光导8，如例如在图1或图2中示意性地指示的，光导8使得能够例如沿着其延伸来传播耦合到其中的光。光引导区域8或光导8可以被配置为便于或使得能够借助于在光导8内经历多次反射(诸如例如借助于在光引导区域8或光导8与其外部之间的界面处的多次反射，借助于TIR(全内反射))，在光导区域8或光导8内引导或传送光。根据图2所示的实施例，光出射区域9由布置在光引导区域8或光导8的端部处的表面9构成。然而，聚光器11可以包括多于一个的光出射区域9。例如参考图3，聚光器11可以包括两个光出射区域9，在该示例中，两个光出射区域9相对于彼此相对布置。光引导区域8或光导8可以例如由诸如PMMA、PET、PC、硅酮或透明玻璃的聚合材料制成。根据另一示例，光引导区域8可以包括填充有任何气体(诸如空气)或基本上为真空的开口空隙，或可以由该开口空隙构成。
撞击在光重定向表面7上并且在(基本上)朝向光出射区域9的方向上被光重定向表面7重定向的光的一部分可以在其朝向光出射区域9的传播期间被光学滤光器3反射。如图2(以及还有图1)所示的光引导区域8内的虚线箭头所指示的，光学滤光器3可以因此被配置为允许来自光引导区域8内的撞击在光学滤光器3上的光的反射。
参考图1-11、图13和图14，光重定向表面7与光出耦合表面5平行或基本平行。在这方面，如图12所示，基本平行的措辞指示光重定向表面7可以与光出耦合表面5成角度被布置。通过将光重定向表面7布置为相对于光出耦合表面5成角度(或者反之亦然)，可以便于将光引导区域8中被引导的光传播、引导或传送至光出射区域9，使得光可以更容易地从光引导区域8逸出。该角度可以例如在0度和20度之间或在0度和10度之间的范围中选择。
光引导区域8原则上可以具有任何形状和任何尺寸。例如，参考图4和图5，其描绘了呈现平面几何形状的本发明的实施例，光引导区域8原则上可以具有任何长度L(图4)和任何高度H(图5)。根据示例，L可以在约1cm和20cm之间、或者在约3cm和6cm之间，并且H可以在约0.1cm和3cm之间、或者在约0.1cm和2cm之间、或者在约0.1cm和0.5cm之间。光引导区域8原则上可以具有任何宽度W(即在垂直于图1至图14中所图示的截面的方向上)。W可以在约0.1cm和1cm之间、或在约0.1cm和0.5cm之间、或在约0.1cm和0.3cm之间。
要注意，即使根据图中所描述的实施例的波长选择元件2、光学滤光器3和光重定向元件6全部都呈现平面几何形状或分层结构，这仅仅是根据一个示例用于图示本发明的实施例。设想的是，波长选择元件2、光学滤光器3和光重定向元件6中的每一个原则上可以呈现如在特定应用中期望或要求的任何形状或几何配置。例如，对于其中波长选择元件2、光学滤光器3和光重定向元件6是板状的示例性情况，它们不需要是平坦的，而是可以至少部分地(可能不同程度地)弯曲。
根据图1、图2和图3所描绘的实施例，聚光器11包括混合室14，混合室14可以具有内表面15，内表面15被配置为能够反射由照明元件1发射的光。
根据图1、图2和图3所描绘的实施例，聚光器11可以包括热量传递装置17，热量传递装置17被配置为将由照明元件1的操作生成的热量传递远离聚光器11。热量传递装置17可以例如包括散热器或热量散布器等。如图1、图2和图3所示，热量传递装置17可以连接到混合室14的外表面16。
要理解，类似于或诸如图1、图2或图3所图示的，即使图4至图14不包括混合室或热量传递装置，混合室和/或热量传递装置也可以被包括在图4至图14所图示的聚光器11中的任何一个中。
波长选择元件2可以包括其可能可以呈现不同波长发射带的多个部件或部分。
参考图13，波长选择元件2可以包括四个波长选择部分18-21，该四个波长选择部分18-21被布置为接收由照明元件1发射的光的至少一部分。根据图13中图示的本发明的实施例，每个波长选择部分18-21被布置为接收由对应照明元件1发射的光，但是这不是必需的。例如，波长选择部分18、19和波长选择部分20、21可以被布置为分别接收从两个不同的照明元件发射的光。尽管在图13中波长选择部分18-21的数量是四个，但这仅是根据一个示例。原则上，任何数量的波长选择部分是可能的，例如一个、两个、三个、五个或六个或更多。波长选择部分18-21被配置为响应于接收光，而输出具有在所选择的相应波长发射带内的波长的光。
光学滤光器3可以包括多个部件或部分。进一步参考图13，光学滤光器3可以包括两个部分22、23，部分22、23中的每一个对应于波长选择部分18-21。如图13所图示的，光学滤光器3的每个部分22、23被布置为经由光入耦合表面24、25接收由波长选择部分18-21输出的光的至少一部分，并且被配置为在入射在光入耦合表面24、25上的光具有在所选择的相应波长透射带内的波长的条件下，将入射在光入耦合表面24、25上的光选择性地透射通过光学滤光器3，并且经由光出耦合表面26、27输出光。
聚光器11可以包括若干光引导区域，从每个光引导区域可以实现或完成离开聚光器11的光的相对高的强度，可能同时保持或基本保持相对于从光学滤光器输出的光的在光出射区域9处的光学扩展量(etendue)。
例如，根据图14所图示的本发明的实施例，布置10可以包括两个波长选择元件2、28和两个光学滤光器3、29。光学滤光器3、29中的每一个对应于波长选择元件2、28中的一个。例如，如图13所示，光学滤光器3对应于波长选择元件2，以及光学滤光器29对应于波长选择元件28。诸如如上所述，例如如上面参考图2或图3所描述的，光学滤光器3、29中的每一个和波长选择元件2、28中的对应的一个可以被布置和被配置为彼此结合操作。聚光器11包括两个光重定向元件6、30。光重定向元件6、30中的每一个对应于光学滤光器3、29中的一个。例如，如图13所示，光重定向元件6对应于光学滤光器3，以及光重定向元件30对应于光学滤光器29。光重定向元件6、30中的每一个具有光重定向表面7，光重定向表面7相对于对应的光学滤光器3、29的光出耦合表面5被布置，以接收经由对应的光学滤光器3、29的光出耦合表面5出耦合的光的至少一些，并且被配置为重定向撞击在光重定向表面7上的光。由此，聚光器11包括两个光引导区域8、31，光引导区域中的每一个至少由对应的光重定向元件6、30的光重定向表面7和对应的光学滤光器3、29的光出耦合表面5来界定。
根据以上参考图14所描述的相同或相似的原理，要理解，布置10可以包括多于两个的波长选择元件和多于两个的光学滤光器，并且聚光器11可以包括多于两个的光重定向元件。因此，聚光器11可以包括多于两个的光引导区域。
要理解，附图是示意性的，并且通常仅描绘对于理解本发明的实施例的原理有用的部件或部分，其中可以省略或仅仅建议其它部件或部分。例如，聚光器11可以包括用于照明元件1的供电和/或操作的诸如接线、驱动电路、电源等的部件。根据另一个示例，聚光器11可以包括光学耦合构件或元件，用于将部件光学耦合或连接在一起，例如用于将光引导区域8或光导8分别光学耦合或连接到光重定向元件6和光学滤光器3。然而，这种部件在图中未描绘。
总之，公开了聚光器，该聚光器包括光学滤光器，该光学滤光器被布置为接收具有所选择的波长发射带内的波长的光，并且被配置为在入射在光学滤光器上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将光选择性地透射通过光学滤光器并输出光。光学滤光器被配置使得针对入射在光学滤光器上的光的所选择的一个或多个入射角的波长透射带与波长发射带至少部分重叠，由此具有所选择的一个或多个入射角(等于光的所选择的一个或多个入射角或在光的所选择的一个或多个入射角内)的入射在光学滤光器上的光可以透射通过光学滤光器。光学滤光器可以包括多层反射器和/或二向色反射器。聚光器可以包括光引导区域，光引导区域至少由光重定向表面和光学滤光器的光出耦合表面界定，用于将从光学滤光器出耦合的光朝向至少一个光出射区域引导，光可以经由光出射区域离开聚光器。还公开了包括这种聚光器的照明设备。
虽然已经在附图和前面的描述中阐述了本发明，但是这样的阐述要被认为是说明性的或示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时，可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在所附权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一个(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的仅有事实，并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种聚光器(11)，包括：
至少一个照明元件(1)，被配置为发射光(32)；
光学滤光器(3)，被布置为使得经由光入耦合表面(4)来接收具有在所选择的波长发射带内的波长的光，并且被配置为在入射在所述光入耦合表面上的光具有在所选择的波长透射带内的波长的条件下，将入射在所述光入耦合表面上的光选择性地透射通过所述光学滤光器，并经由光出耦合表面(5)输出光；
光重定向元件(6)，具有光重定向表面(7)，所述光重定向表面(7)相对于所述光学滤光器的所述光出耦合表面(5)基本上平行布置，以接收经由所述光出耦合表面(5)出耦合的光中的至少一些光，并且所述光重定向表面(7)被配置为重定向撞击在所述光重定向表面(7)上的光；以及
光引导区域(8)，所述光引导区域(8)至少由所述光重定向表面和所述光学滤光器的所述光出耦合表面(5)来界定，用于将经由所述光出耦合表面(5)出耦合的光朝向至少一个光出射区域(9)引导，所述至少一个光出射区域(9)被布置为基本上垂直于所述光出耦合表面(5)，并且光能够经由所述至少一个光出射区域(9)离开所述聚光器(11)；
波长选择元件(2)，被布置为使得接收由所述至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并且被配置为响应于此，输出具有所选择的波长发射带内的波长的光，其中所述光学滤光器被布置为使得接收已由所述波长选择元件输出的光的至少一部分，并且其中所述波长选择元件包括发光材料，其中所述波长选择元件被配置为使得由所述波长选择元件输出的光具有小于约30nm的半高全宽，
其中所述光学滤光器(3)被配置为使得所述波长透射带的特性至少部分地取决于入射在所述光入耦合表面(4)上的光的入射角，并且其中所述光学滤光器(3)被配置为使得针对入射在所述光入耦合表面(4)上的光的所选择的一个或多个入射角的所述波长透射带至少部分地与所选择的波长发射带重叠，由此具有入射角等于光的所选择的所述一个或多个入射角或在光的所选择的所述一个或多个入射角内的、入射在所述光入耦合表面(4)上的光被透射通过所述光学滤光器(3)。
2.根据权利要求1所述的聚光器，其中所述光学滤光器(3)的所述光出耦合表面(5)被配置为允许撞击在所述光出耦合表面(5)上的光的反射。
3.根据权利要求1或2所述的聚光器，其中所述光学滤光器包括多层反射器和/或二向色反射器。
4.根据权利要求3所述的聚光器，其中所述发光材料包括量子限制结构、镧系元素复合物、稀土金属元素和磷光体中的至少一个。
5.根据权利要求4所述的聚光器，其中所述波长选择元件被布置在与所述至少一个照明元件相距一定距离处。
6.根据权利要求5所述的聚光器，其中所述至少一个照明元件包括无机发光二极管、有机发光二极管和激光器中的至少一个。
7.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的聚光器，其中所述光学滤光器被配置为使得针对入射在所述光入耦合表面上的光的所选择的一个或多个入射角的所述波长透射带至少部分地与所述波长发射带重叠，从而具有入射角等于光的所选择的所述一个或多个入射角或在光的所选择的所述一个或多个入射角内的、入射在所述光入耦合表面上的光被透射通过所述光学滤光器，使得经由所述光出耦合表面输出的光相对于垂直于所述光出耦合表面的方向成角度地被输出。
8.根据权利要求4-5中任一项所述的聚光器，其中：
所述波长选择元件包括多个波长选择部分(18-21)，所述多个波长选择部分被布置为使得接收由所述至少一个照明元件发射的光的至少一部分，并且被配置为响应于此，输出具有在所选择的相应波长发射带内的波长的光；并且
所述光学滤光器包括多个部分(22、23)，所述光学滤光器的所述部分中的每个部分对应于波长选择部分，其中所述光学滤光器的每个部分被布置为使得经由光入耦合表面(24、25)接收由波长选择部分输出的光的至少一部分，并且被配置为在入射在所述光入耦合表面上的光具有所选择的相应波长透射带内的波长的条件下，将入射在所述光入耦合表面上的光选择性地透射通过所述光学滤光器，并且经由光出耦合表面(26、27)输出光。
9.根据权利要求4-5中任一项所述的聚光器，包括多个波长选择元件(2、28)和多个光学滤光器(3、29)，所述多个光学滤光器中的每一个对应于所述多个波长选择元件中的一个，其中所述多个光学滤光器中的每一个和所述多个波长选择元件中的对应的一个被布置并被配置为使得如权利要求1中所限定地彼此结合操作。
10.根据权利要求9所述的聚光器，包括：
多个光重定向元件(6、30)，所述多个光重定向元件中的每一个对应于所述多个光学滤光器(3、29)中的一个，所述多个光重定向元件中的每一个具有光重定向表面，所述光重定向表面相对于所对应的光学滤光器的所述光出耦合表面被布置，以接收经由对应的光学滤光器的所述光出耦合表面出耦合的光中的至少一些光，并且所述光重定向表面被配置为重定向撞击在所述光重定向表面上的光，其中所述聚光器包括多个光引导区域(8、31)，所述多个光引导区域中的每一个至少由所述多个光重定向表面中的一个和所对应的光出耦合表面来界定，用于将经由所述光出耦合表面出耦合的光朝向至少一个光出射区域引导，光能够经由所述至少一个光出射区域离开所述聚光器。
11.根据权利要求1-2、4-6和10中任一项所述的聚光器，其中所述光重定向元件包括反射光散射元件、发光材料、衍射元件(13)或折射元件(12)中的至少一个。
12.一种照明设备，包括至少一个根据权利要求1-11中任一项所述的聚光器(11)。
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