CN110307486A - 用于基于多发射器led的照明装置的光学系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于基于多发射器LED的照明装置的光学系统。该用于多颜色的、基于多发射器LED的照明装置的光学系统可以包括透镜阵列。该透镜阵列可以包括沿着光轴彼此平行地延伸的多个颜色混合杆构件，所述颜色混合杆构件被布置且被间隔成使得每个颜色混合杆构件的后端与所述发射器中的不同的一个发射器对准。可以在颜色混合杆构件的前端处形成波束形成部。该波束形成部可以包括非平面(例如凸面或凹面)的前表面特征，每个非平面的前表面特征与所述颜色混合杆构件中的一个相应颜色混合杆构件的前端对准。波束形成部和颜色混合杆构件可以形成为整体结构。

Description

用于基于多发射器LED的照明装置的光学系统
相关申请的交叉引用
本申请要求在2018年3月20日递交的美国临时申请No.62/645,684的权益，该美国临时申请的公开内容通过引用并入在本文中。
技术领域
本发明总体上涉及用于包含发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)的照明装置的光学系统，并且尤其涉及用于基于多发射器LED的照明装置的光学系统和包含这类光学系统的照明装置。
背景技术
光学扩展量量化一光束的尺寸和角度扩展。在光源的情况下，通过将该光源的面积与所发射光束的立体角相乘来计算光学扩展量。光学扩展量遵循如下守恒原理：给定特定光源，则无法在不引起光损失的情况下减小光学扩展量。
在一些背景下，诸如舞台照明，特别期望低光学扩展量，因为具有低光学扩展量的照明装置对舞台的特定部分的照明提供更多控制。低光学扩展量结合控制各个照明装置的颜色和亮度的能力允许作品设计者实现预期效果，诸如聚光照明(spotlight)舞台集合(set)的特定演员或部分，以不同颜色照亮不同区域等等。
基于LED的照明技术提供节能和可定制的舞台照明的前景。如在本文中所使用的LED(或“LED芯片”)指的是发光二极管，即响应于电流而发光的半导体器件。LED通常发射窄带光，该窄带光具有取决于LED的具体构造的中心频率。目前，在商业上可购得处于跨越从红色到紫色的可见光光谱的各种波长的LED，在商业上也可购得红外LED和紫外LED。LED芯片通常被制造成包括发光面(其可以被认为是“上”表面)和至少两个金属接合焊盘，这至少两个金属接合焊盘通常置于LED芯片的上表面和/或下表面上。在一些情况下，LED的一些或全部发光面可以涂覆有波长偏移材料(例如荧光剂)，该波长偏移材料使由LED发射的一些光偏移到更长波长。例如，可以通过将黄色荧光剂材料施加到蓝色LED芯片或通过提供有组合波长的光的其它过程来得到“白色”LED。
在应用中，通常将LED包装到称为“发射器”的结构中。如在本文中所使用的，“发射器”指的是包括一个或多个LED和附加结构的结构，这些附加结构提供对于该一个或多个LED的机械和电气支撑以及从该一个或多个LED散发的热传递。例如，发射器通常包括基板(例如陶瓷基板)，该基板可以图案化有电接触件。可以将一个或多个LED安装在基板上且接合到一些电接触件；其它电传导件(conduct)可以用于将发射器连接到电流源以驱动该一个或多个LED。发射器也可以包括置于一个或多个LED之上的盖，以保护该一个或多个LED免受元件影响同时允许光泄漏。该盖可以为光学透明的且可以包含波长偏移元件、聚焦或散焦元件(例如提供透镜行为的凸表面或凹表面)、漫射元件等。发射器通常提供暴露的电接触件，这些电接触件可以连接到外部电源以将操作电流传送到一个或多个LED。
利用当前的LED技术，单一发射器可能无法产生足以用于舞台照明和其它应用的光。为了提高光输出，可以将多个LED发射器布置在印制电路板上，其中，不同颜色的LED散布在该板之上。在一些情况下，每个发射器可以包括可独立驱动的不同颜色的LED。这类照明装置通常包括次级光学系统，该次级光学系统意图提供强度和颜色均匀且光斑尺寸可控的定向光束。然而，这类光学器件可能提高照明装置的光学扩展量，使其对其预期目的不太有效。
发明内容
本发明的特定实施方式涉及用于多颜色的、基于多发射器LED的照明装置的光学系统，该光学系统具有优化的光学扩展量和颜色混合。该照明装置可以包括保持有两个或更多个发射器的发射器板(例如印制电路板)，其中，每个发射器包括多个LED，该多个LED可以包括至少两种不同颜色的LED。发射器板以固定布置保持发射器，且可以存在任何数量的发射器。可置于发射器板前方的光学系统包括透镜阵列，该透镜阵列可以形成为由对于光学波长透明的材料制成的整体结构。该透镜阵列可以包括沿着光轴彼此平行地延伸的多个颜色混合杆构件(color-mixing rod member)，其中，所述颜色混合杆构件被布置且被间隔成使得每个颜色混合杆构件的后端与发射器板上的发射器中的不同的一个发射器对准。颜色混合杆构件均可以具有例如方形、六边形、或八边形的横截面且可以被渐缩为在后端比在前端更窄。在一些实施方式中，可以将颜色混合杆构件的前端相互合并以形成整体结构。在其它实施方式中，每个颜色混合杆构件的前端可以成形为波束形成元件，且用于全部颜色混合杆构件的波束形成元件可以合并以提供透镜阵列的单件波束形成部。该波束形成部可以包括与每个颜色混合杆构件的前端对准的非平面的前表面特征。在一些实施方式中，该非平面的前表面特征可以包括凹面特征。在其它实施方式中，该非平面的前表面特征可以包括凸面特征。该波束形成部也可以包括与每个颜色混合杆构件的前端对准的非平面的后表面特征。例如，在非平面的前表面特征为凹面的情况下，非平面的后表面特征可以为凸面；可替选地，后表面特征可以为凹面，或后表面可以简单地为平面的。在给定实施方式中，每个非平面的表面特征的形状可以与每个其它非平面的表面特征的形状相同，且该形状可以基于期望的各设计目标(诸如高色彩均匀度、低光学扩展量和高传输效率)之间的平衡来选择。在一些实施方式中，可以将附加光学部件(诸如聚光透镜组)放在透镜阵列的前方以进一步使输出光束成形。
如下详细描述连同附图一起提供对所请求保护的发明的本质和优势的进一步理解。
附图说明
图1示出根据本发明的实施方式的照明装置的简化剖面侧视图。
图2A示出可在本发明的一些实施方式中使用的发射器板的简化前视图。
图2B示出用于图2A的发射器板的代表性LED发射器的简化俯视图。
图3A至图3D示出根据本发明的实施方式的透镜阵列的不同视图。图3A示出前透视图、图3B示出侧视图、图3C示出前视图、以及图3D示出后视图。
图4A至图4C示出根据本发明的实施方式的来自图3A至图3D的透镜阵列的单一透镜元件的视图。图4A示出透视图、图4B示出侧视图、以及图4C示出剖面图。
图5示出根据本发明的实施方式的光学系统。
图6A至图6D示出根据本发明的实施方式的透镜阵列的不同视图。图6A示出前透视图、图6B示出侧视图、图6C示出前视图、以及图6D示出后视图。
图7A至图7C示出根据本发明的实施方式的来自图6A至图6D的透镜阵列的单一透镜元件的视图。图7A示出透视图、图7B示出侧视图、以及图7C示出剖面图。
图8示出根据本发明的实施方式的光学系统。
图9A至图9D示出根据本发明的实施方式的透镜阵列的不同视图。图9A示出前透视图、图9B示出侧视图、图9C示出前视图、以及图9D示出后视图。
图10A和图10B示出根据本发明的实施方式的来自图9A至图9D的透镜阵列的单一透镜元件的视图。图10A示出透视图、以及图10B示出侧视图。
图11示出根据本发明的实施方式的光学系统。
图12示出可在本发明的一些实施方式中使用的发射器板的简化前视图。
图13A至图13D示出根据本发明的实施方式的透镜阵列的不同视图。图13A示出前透视图、图13B示出侧视图、图13C示出前视图、以及图13D示出后视图。
图14A和图14B示出根据本发明的实施方式的来自图13A至图13D的透镜阵列的单一透镜元件的视图。图14A示出透视图、以及图14B示出侧视图。
图15示出根据本发明的实施方式的光学系统。
具体实施方式
本发明的特定实施方式涉及用于多颜色的、基于多发射器LED的照明装置的光学系统，该光学系统具有优化的光学扩展量和颜色混合。该照明装置可以包括保持有两个或更多个发射器的发射器板(例如印制电路板)，其中，每个发射器包括多个LED，该多个LED可以包括至少两种不同颜色的LED。发射器板以固定的布置保持发射器，且可以存在任何数量的发射器。可置于发射器板前方的光学系统包括透镜阵列，该透镜阵列可以形成为由对于光学波长透明的材料制成的整体结构。该透镜阵列可以包括沿着光轴彼此平行延伸的多个颜色混合杆构件，其中，所述颜色混合杆构件被布置且被间隔为使得每个颜色混合杆构件的后端与发射器板上的发射器中的不同的一个发射器对准。颜色混合杆构件均可以具有例如方形、六边形、或八边形的横截面且可以渐缩为在后端比在前端更窄。在一些实施方式中，可以将颜色混合杆构件的前端相互合并以形成整体结构。在其它实施方式中，每个颜色混合杆构件的前端可以成形为波束形成元件，且用于全部颜色混合杆构件的波束形成元件可以合并以提供透镜阵列的单件波束形成部。该波束形成部可以包括与每个颜色混合杆构件的前端对准的非平面的前表面特征。在一些实施方式中，该非平面的前表面特征可以包括凹面特征。在其它实施方式中，该非平面的前表面特征可以包括凸面特征。该波束形成部也可以包括与每个颜色混合杆构件的前端对准的非平面的后表面特征。例如，在非平面的前表面特征为凹面的情况下，非平面的后表面特征可以为凸面；可替选地，后表面特征可以为凹面，或后表面可以简单地为平面的。在给定实施方式中，每个非平面的表面特征的形状可以与每个其它非平面的表面特征的形状相同，且该形状可以基于期望的各设计目标(诸如高色彩均匀度、低光学扩展量和高传输效率)之间的平衡来选择。在一些实施方式中，可以将附加光学部件(诸如聚光透镜组)放在透镜阵列的前方以进一步使输出光束成形。
图1示出根据本发明的实施方式的照明装置100的简化剖面侧视图。照明装置100具有可由不透明材料制成的壳体102。壳体102可以关于照明装置100的中央光轴104径向对称。壳体102可以包括将各种内部部件保持就位的内部机械配件(未示出)以及实现照明装置100的安装和与照明装置100的外部电连接的外部配件(未示出)。
可以将发射器板106放置且固定在壳体102的后部。发射器板106可以保持有多个LED发射器108。在下文所描述的一个示例中，发射器板106保持有13个LED发射器108；然而，不要求特定数量的LED发射器108。可以通过壳体102提供与发射器板106的外部电连接(未示出)。
将透镜阵列110放置在发射器板106的前方。如上所述，透镜阵列110可以包括朝向每个LED发射器108延伸的颜色混合杆构件112和波束形成部113。颜色混合杆构件112的后表面可以与LED发射器108的上表面接触，以及可以在颜色混合杆构件112的后表面中和/或在LED发射器108的前方形成对准结构。颜色混合杆构件112可以提供从每个LED发射器108发射的光的颜色混合，以及波束形成部113可以创建在透镜阵列110的前表面上的均匀光分布。透镜阵列110也可以提供准直效应，从而沿着光轴104的方向定向输出光。可以将附加光学部件(诸如聚光透镜组114)放在透镜阵列110的前方以提供光束的进一步成形(例如准直)。
图2A示出可在本发明的一些实施方式中使用的发射器板200(例如实现发射器板106)的简化前视图。发射器板200可以形成为例如印制电路板，在该印制电路板上限定电气路径(未示出)。可以在发射器板200上布置多个LED发射器202(例如实现LED发射器108)。在本示例中，以六边形对称图案布置13个LED发射器202；在其它实施方式中，可以用不同数量和/或布置的发射器代替。
每个LED发射器202可以包括不同颜色的多个LED。图2B示出代表性LED发射器202的简化俯视图。在本示例中，LED发射器202形成在陶瓷基底210上，该陶瓷基底210具有形成在其中的凹陷区212。在凹陷区212中布置LED芯片214(响应于施加的电流而发射光的各个单独的半导体晶片)。在一些实施方式中，LED芯片214在实际中以尽可能紧密在一起的方式隔开，且可以使用倒装芯片LED来提供紧密间隔。凹陷区212可以被光学透明的盖(未示出)覆盖，该盖的外表面可以根据需要为平的或圆的。
尽管未严格要求，但是LED芯片214可以包括两种或更多种不同颜色的LED芯片。例如，如所示的16个LED芯片可以包括红色LED芯片、绿色LED芯片、蓝色LED芯片和琥珀色LED芯片各四个。可以使用其它数量和组合的LED芯片，例如12个LED，其中，红色LED芯片、绿色LED芯片、蓝色LED芯片和白色LED芯片各三个。在另一示例中，LED芯片214可以包括7种颜色的芯片：红色、绿色、品蓝色、蓝绿色、碧绿色、琥珀色和荧光剂转变的绿黄色。陶瓷基底210可以提供电气路径(未示出)以将电流独立地供应到LED芯片214的不同子集。例如，每个LED芯片214可以具有其自身的电流供应，或者多个相同颜色的LED芯片214可以被连接在一起以接收相同电流；如在本文中所使用的，“一组独立可寻址”的LED指的是在接收独立受控电流的发射器内的一个或多个LED的集合。
再次参照图2A，发射器板200上的每个LED发射器202可以具有相似或相同的设计，从而将给定颜色的LED分布在发射器板200的表面上。可以在横切于光轴的平面上以不同角度旋转不同的LED发射器202。在所示示例中，以对应于虚引导线220的角度旋转LED发射器202，使得六边形组中的每个LED发射器202相对于同一六边形组中的下一个LED旋转60度。(在图中，每个LED发射器202的两个拐角LED已被加阴影以进一步示出旋转角度。)可以根据发射器板200上的LED发射器202的布置选择其它旋转角度。在本发明的一些实施方式中，LED发射器的旋转可以促进通过透镜阵列(诸如图1的透镜阵列110)来进行颜色混合，下文描述示例。
发射器板200可以提供将电流传送到发射器202的电气路径。电气路径可以被连接使得在每个LED发射器202中的相似LED芯片214接收相同驱动电流。例如，如果每个LED发射器202包括红色LED，则每个发射器202中的红色LED将全部接收相同电流。
因此，在一些实施方式中，发射器板200可以响应于合适的输入电流而发射任何期望颜色的光。在一些实施方式中，输入电流可以受外部电路(未示出)控制。在其它实施方式中，发射器板200可以包括响应于外部控制信号而生成输入电流的控制和驱动电路(未示出)。特定控制系统与理解所请求保护的发明无关。
在操作中，发射器板200可以从LED发射器202的LED芯片214发射可控颜色的光。在一些情况下，通过将电流供应到每个LED发射器202内的不同颜色的LED芯片214来实现期望的颜色，并且从不同LED芯片214发射的光需要被混合以便提供均匀外观。进一步，从在发射器板202的前侧的一组离散区域发射光，并且直接从发射器板202输出的光可以具有“带斑点的”外观而非表现为均匀波束。
根据本发明的一些实施方式，可以通过使用透镜阵列(诸如图1的透镜阵列110)而由从发射器板202发射的光形成期望颜色的更均匀光束。透镜阵列110可以具有从每个LED发射器202接收光并使该光进行颜色混合的后颜色混合部(例如颜色混合杆构件112)以及使来自颜色混合杆构件112的光成形为更宽且更均匀的光束的波束形成部(例如复合透镜部113)。因此，透镜阵列110可以提供均匀光束，该均匀光束可以通过照明装置100内部或外部的附加光学器件进一步成形。
透镜阵列110的设计涉及亮度和/或光学扩展量与色彩均匀度之间的权衡。在一些实施方式中，高色彩均匀度可以通过将波束形成部113中的各个波束形成元件成形为具有凸后表面和凹前表面来实现。图3A至图3D示出根据本发明的实施方式的可用作透镜阵列110的透镜阵列300的不同视图。图3A示出前透视图、图3B示出侧视图、图3C示出前视图、以及图3D示出后视图。透镜阵列300可以由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它光学透明塑料或玻璃。如所示，透镜阵列300包括沿着轴线彼此平行地延伸的一组颜色混合杆构件302和形成在颜色混合杆构件302的前端的波束形成部304。颜色混合杆构件302布置成与特定布置的LED发射器(例如图2A的布置在发射器板200上的LED发射器202)对准。在本示例中，颜色混合杆构件302具有方形横截面，且每个颜色混合杆构件302被取向为使得其横截面对应于图2A中所示的LED发射器202中的一个相应LED发射器的旋转角度。波束形成部304具有多个非平面(在示例中为凹面)的前表面特征306，其中，各个特征306与颜色混合杆构件302中的不同的一个颜色混合杆构件对准。
可以例如通过模塑工艺使透镜阵列300形成为整体结构。因此，透镜阵列300可以被制作为单个的、一体成型的物体。整体构造可以避免可能在表面接口处出现的光损失且可以促进光学元件的对准。然而，为了描述目的，可以将透镜阵列300理解成由平行布置的几乎相同的透镜元件组成的复合光学结构。图4A至图4C示出根据本发明的实施方式的来自透镜阵列300的单一透镜元件400的视图。图4A示出透视图、图4B示出侧视图、以及图4C示出剖面图。
如图4A至图4C所示，透镜元件400包括沿着光轴406(在图4B中示出)布置的一个颜色混合杆构件302和一个杯状波束形成元件404。颜色混合杆构件302可以在横切于光轴406的平面上具有方形或矩形横截面。在一些实施方式中，颜色混合杆构件302具有渐缩侧，使得在后端408的横截面小于在前端410的横截面。可以使用光学建模技术针对特定LED发射器优化特定尺寸。举例来说，对于具有12个LED芯片的特定LED发射器，颜色混合杆构件302的后端408的宽度为5.6mm、颜色混合杆构件302的前端的宽度为6.0mm、以及颜色混合杆构件302的长度为25mm。颜色混合杆构件302可以提供从置于后端408的LED发射器(例如图2B的LED发射器202)发射的光的全内反射，其中，透射效率部分地取决于LED发射器202的发射轮廓且部分地取决于颜色混合杆构件302的几何结构。对于平顶LED发射器202，大部分发射的光将处于相对于光轴406的小角度，因此透射效率可以相当高。因此，源自于LED发射器202内的不同LED芯片214的光可以在穿过颜色混合杆构件302朝向前端410传播期间混合。
波束形成元件404可以从颜色混合杆构件302的前端410接收光。波束形成元件404可以成形为在后表面412处提供全内反射。前表面414可以具有凹面形状以提供从透镜阵列400的前端416射出的光的均匀度和准直度。可以通过光学建模确定用于定向来自给定LED发射器的光线的最佳表面轮廓。举例来说，表1提供用于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的波束形成元件404的具体实现的表面轮廓参数；在本示例中，波束形成元件404沿着光轴406的长度为10mm。在表1中，“Z”维度对应于光轴406，其中，原点(Z＝0)处于颜色混合杆构件302的前端410(其也为波束形成元件404的后端)，以及Y维度与Z维度正交。
表1
Z(mm) 内表面Y(mm) 外表面Y(mm)
0 0 4.50
2.5 1.95 6.34
5.0 4.12 8.20
7.5 6.64 10.07
10.0 7.00 11.50
再次参照图3A至图3D，透镜阵列300可以被理解为由多个透镜元件400构成，这些透镜元件400被布置成使得可以将各个透镜元件400的后端408放置在LED发射器板200上的LED发射器202中的不同的一个LED发射器的前方。透镜元件400的波束形成元件404限定波束形成部304的凹前表面特征306。对于在图2A中所示的发射器布置，透镜阵列300具有蜂巢状图案。如在图3A至图3D中可见，在透镜阵列300中的透镜元件400之间的间距可以使得相邻的波束形成元件404彼此重叠(或合并)。举例来说，对于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的透镜阵列300，前表面可以在其最宽点具有100mm的尺寸。波束形成元件400的重叠可以允许源自于不同LED发射器的光混合，造成处于透镜阵列300的前表面的输出光的更大均匀度。进一步，该重叠可以促进将透镜阵列300制造为整体结构，这简化了在照明装置(诸如照明装置100)的组装期间的对准且避免了在内部表面接口处的光损失。
从透镜阵列300的前表面发射的光在前表面上可以相对较为均匀且至少略微准直。在一些实施方式中，可以通过在照明装置的光学系统中包括附加光学元件来提供进一步波束成形。例如，图5示出形成根据本发明的实施方式的光学系统的聚光透镜对500(例如实现图1的聚光透镜组114)，该聚光透镜对500置于透镜阵列300的前方。聚光透镜对500可以为使用非球面的双凸或平凸透镜的一般常规设计且可以被设计成进一步使发射的光准直。在一个示例性实施方式中，聚光透镜对500的总厚度为57mm、直径为100mm、后焦距为109mm和114mm。本领域的技术人员将领会，聚光透镜组的特定几何结构可以取决于具体应用，针对该具体应用设计特定照明装置。
透镜阵列300可以提供高色彩均匀度但是一些光丢失。在一些实施方式中，可以通过修改透镜元件的外表面以提供颜色混合杆区域与波束形成元件之间的更平滑的过渡来提高光透射效率。图6A至图6D示出根据本发明的实施方式的可用作透镜阵列110的透镜阵列600的不同视图。图6A示出前透视图、图6B示出侧视图、图6C示出前视图、以及图6D示出后视图。透镜阵列600可以由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它光学透明塑料或玻璃。如所示，透镜阵列600包括沿着轴线彼此平行地延伸的一组颜色混合杆构件602和形成在颜色混合杆构件602的前端的波束形成部604。颜色混合杆构件602布置成与特定布置的LED发射器(例如图2A的布置在发射器板200上的LED发射器202)对准；在图6D中指出发射器605的轮廓。在本示例中，颜色混合杆构件602具有八边形横截面。在一些实施方式中，每个颜色混合杆构件602可以取向为使得其横截面对应于图2A中所示的LED发射器202中的一个相应LED发射器的旋转角度；然而，对于具有八边形横截面的颜色混合杆构件602，不太有益于修改旋转角度。波束形成部604具有多个非平面(在本示例中为凹面)的前表面特征606，其中，各个特征606与颜色混合杆构件602中的不同的一个颜色混合杆构件对准。
可以例如通过模塑工艺使透镜阵列600形成为整体结构。因此，透镜阵列600可以被制作为单个的、一体成型的物体。整体构造可以避免可能在表面接口处出现的光损失且可以促进光学元件的对准。然而，为了描述目的，可以将透镜阵列600理解成由平行布置的几乎相同的透镜元件组成的复合光学结构。图7A至图7C示出根据本发明的实施方式的来自透镜阵列600的单一透镜元件700的视图。图7A示出透视图、图7B示出侧视图、以及图7C示出剖面图。
如图7A至图7C所示，透镜元件700包括沿着光轴706(在图7B中示出)布置的一个颜色混合杆构件602和一个杯状波束形成元件704。颜色混合杆构件602可以在横切于光轴706的平面上具有八边形横截面；可以用其它横截面，诸如方形、六边形或圆形横截面代替。在一些实施方式中，颜色混合杆构件602具有渐缩侧，使得在后端708的横截面小于在前端710的横截面。可以使用光学建模技术针对特定LED发射器优化特定尺寸。举例来说，对于具有12个LED芯片的特定LED发射器，颜色混合杆构件602的后端708的半径为3.8mm(被测量为在后八边形表面上的外接圆的半径)、颜色混合杆构件602的前端的半径为4.1mm(被测量为在前八边形表面上的外接圆的半径)、以及颜色混合杆构件602的长度为28.2mm。颜色混合杆构件602可以提供从置于后端708的LED发射器(例如图2B的LED发射器202)发射的光的全内反射，其中，透射效率部分地取决于LED发射器202的发射轮廓且部分地取决于颜色混合杆构件602的几何结构。对于平顶LED发射器202，大部分发射光将处于相对于光轴706的小角度，因此透射效率可以相当高。因此，源自于LED发射器202内的不同LED芯片214的光可以在穿过颜色混合杆构件602朝向前端710传播期间混合。
波束形成元件704可以从颜色混合杆构件602的前端710接收光。波束形成元件704可以成形为在后表面712处提供全内反射。前表面714可以具有凹面形状以提供从透镜元件700的前端716射出的光的均匀度和准直度。另外，透镜元件700在颜色混合杆构件602的前端710处具有“衣领(collar)”结构720，这在颜色混合杆构件与波束形成元件之间提供比在上述透镜阵列300中更平缓的过渡。在所示的实施方式中，衣领结构720具有八边形横截面(与颜色混合杆构件602的八边形横截面对准)。在一个具体示例中，衣领结构720沿着光轴706的长度为3mm、衣领结构720的后部的宽度为4.1mm(匹配颜色混合杆构件602的前端)、以及衣领结构720的前部的宽度为6.0mm(在图7B中所示的z＝0的平面上匹配波束形成元件704的宽度)。使用衣领结构720或类似结构可以相对于透镜阵列300减少光损失；然而，透镜阵列600的表面轮廓更为复杂。
可以通过光学建模确定用于定向来自给定LED发射器的光的最佳表面轮廓。举例来说，表2和表3提供用于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的波束形成元件704的具体实现的表面轮廓参数；在本示例中，波束形成元件704沿着光轴706的长度为10mm。在表2和表3中，“Z”维度对应于光轴706，其中，原点(Z＝0的平面)处于衣领结构720的前端(如图7B所示)，以及Y维度与光轴706正交。在本示例中，如在图7C中所见，波束形成元件704的凹面特征延伸到衣领结构720和颜色混合杆构件602中。
表2
Z(mm) 内表面Y(mm)
-5.0 0.0
-1.25 1.5
2.5 3.7
6.25 6.6
10.0 7.2
表3
Z(mm) 外表面Y(mm)
0 6.0
2.5 7.3
5.0 8.9
7.5 10.3
10.0 11.5
再次参照图6A至图6D，透镜阵列600可以被理解为由多个透镜元件700构成，这些透镜元件700被布置成使得可以将各个透镜元件700的后端708放置在LED发射器板200上的LED发射器202中的不同的一个LED发射器的前方。透镜元件700的波束形成元件704限定波束形成部604的前表面特征606。对于在图2A中所示的发射器布置，透镜阵列600具有蜂巢状图案。如在图6A至图6D中可见，各透镜元件700之间的间距可以为使得相邻的波束形成元件704彼此重叠(或合并)。举例来说，对于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的透镜阵列600，前面可以具有100mm的直径。波束形成元件700的重叠可以允许源自于不同LED发射器的光混合，造成处于透镜阵列600的前面的输出光的更大均匀度。进一步，该重叠可以促进将透镜阵列600制造为整体结构，这简化了在照明装置(诸如照明装置100)的组装期间的对准且避免了在内部表面接口处的光损失。
从透镜阵列600的前表面发射的光在前表面上可以相对均匀且至少略微被准直。在一些实施方式中，可以通过在照明装置的光学系统中包括附加光学元件来提供进一步波束成形。例如，图8示出形成根据本发明的实施方式的光学系统的聚光透镜800(例如实现图1的聚光透镜组114)，该聚光透镜800置于透镜阵列600的前方。聚光透镜800可以为设计成进一步使发射光准直的非球面的双凸透镜。在本示例中，使用单一聚光透镜800而非一对透镜。在一个示例性实施方式中，聚光透镜800的最大厚度为50mm(在其光轴上)、直径为100mm、以及后焦距为41mm。本领域的技术人员将领会，聚光透镜的特定几何结构可以取决于具体应用，针对该具体应用设计特定照明装置。
如上所述，透镜阵列300可以提供高色彩均匀度。然而存在权衡，因为透镜阵列300可能不使光输出效率最大化。不同透镜阵列设计可以提高光输出效率，但是色彩均匀度可能降低。现在将描述提供不同设计权衡的透镜阵列的示例。
图9A至图9D示出根据本发明的另一实施方式的可用作透镜阵列110的透镜阵列900的不同视图。图9A示出前透视图、图9B示出侧视图、图9C示出前视图、以及图9D示出后视图。透镜阵列900可以由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如PMMA或其它光学透明塑料或玻璃。如所示，透镜阵列900包括沿着轴线彼此平行延伸的一组颜色混合杆构件902和形成在颜色混合杆构件902的前端的波束形成部904。颜色混合杆构件902布置成与特定布置的LED发射器(例如图2的布置在发射器板200上的LED发射器202)对准。在本示例中，颜色混合杆构件902具有方形横截面，且每个颜色混合杆构件902取向为使得其横截面匹配图2A中所示的LED发射器202中的一个相应LED发射器的取向。波束形成部904具有多个非平面(在本示例中为凸面)的前表面特征906，其中，各个特征906与颜色混合杆构件902中的不同颜色混合杆构件对准。
像上述的透镜阵列300一样，可以例如通过模塑工艺使透镜阵列900形成为整体结构。然而，为了描述目的，可以将透镜阵列900理解成由平行布置的几乎相同的透镜元件组成的复合光学结构。图10A和图10B示出根据本发明的实施方式的来自透镜阵列900的单一透镜元件1000的视图。图10A示出透视图、以及图10B示出侧视图。
如图10A和图10B所示，透镜元件1000包括沿着光轴1006(在图10B中示出)布置的一个颜色混合杆构件902和一个半球形波束形成元件1004。颜色混合杆构件902可以在横切于光轴1006的平面上具有方形或矩形横截面。在一些实施方式中，颜色混合杆构件902具有渐缩侧，使得在后端1008处的横截面小于在前端1010处的横截面。可以使用光学建模技术针对特定LED发射器优化特定尺寸。举例来说，对于具有12个LED芯片的特定LED发射器，颜色混合杆构件902的后端1008的宽度为6mm、颜色混合杆构件902的前端的宽度为14mm、以及颜色混合杆构件902的长度为20mm。颜色混合杆构件902可以提供从置于后端1008的LED发射器(例如图2B的LED发射器202)发射的光的全内反射，其中，透射效率部分地取决于LED发射器202的发射轮廓且部分地取决于颜色混合杆构件902的几何结构。对于平顶LED发射器202，大部分发射的光将处于相对于光轴1006的小角度，因此透射效率可以相当高。因此，源自于LED发射器202内的不同LED芯片214的光可以在穿过颜色混合杆构件902朝向前端1010传播期间混合。
波束形成元件1004可以从颜色混合杆构件902的前端1010接收光。波束形成元件1004可以成形为提供波束扩散效应，其中，前表面1012被成形为非球面的凸透镜。波束形成元件1004沿着光轴1006的厚度可以支持进一步的颜色混合。可以通过光学建模确定用于定向来自给定LED发射器的光的最佳表面轮廓。举例来说，表4提供用于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的波束形成元件1004的具体实现的前表面1012的参数；在本示例中，波束形成元件1004沿着光轴406的长度为15mm。依据标准非球面透镜表面轮廓方程式定义表面参数：
其中，Z为表面沿着光轴方向的表面下垂度、r为距光轴的径向距离、C为曲率(半径的倒数)、k为圆锥常数、以及A4和A6为非球面项。
表4
参数 值
圆锥常数(k) 1.28512
曲率(C) 0.040856
A<sub>4</sub> 0.000206
A<sub>6</sub> -1.02×10<sup>-6</sup>
再次参照图9A至图9D，透镜阵列900可以被理解为由多个透镜元件1000构成，这些透镜元件1000被布置成使得可以将各个透镜元件1000的后端1008放置在LED发射器板200上的LED发射器202中的不同的一个LED发射器的前方。透镜元件1000的波束形成元件1004限定波束形成部904的凸前表面特征906。对于在图2A中所示的发射器布置，透镜阵列900具有蜂巢状图案。如在图9A至图9D中可见，各透镜元件1000之间的间距可以为使得相邻的波束形成元件1004彼此重叠(或合并)。举例来说，对于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的透镜阵列900，前表面可以在其最宽点具有100mm的尺寸。波束形成元件1004的重叠可以允许源自于不同LED发射器的光混合，造成处于透镜阵列900的前表面处的输出光的更大均匀度。进一步，该重叠可以促进将透镜阵列900制造为整体结构，这简化了在照明装置(诸如照明装置100)的组装期间的对准且避免了在内部表面接口处的光损失。
从透镜阵列900的前表面发射的光在前表面上可以相对均匀且至少略微被准直。在一些实施方式中，可以通过在照明装置的光学系统中包括附加光学元件来提供进一步波束成形。例如，图11示出形成根据本发明的实施方式的光学系统的聚光透镜对1100(例如实现图1的聚光透镜组114)，该聚光透镜对1100置于透镜阵列900的前方。聚光透镜对1100可以为使用非球面的双凸或平凸透镜的一般常规设计且可以被设计成进一步使发射光准直。特定参数可以类似于上述的聚光透镜对500的参数。本领域的技术人员将领会，聚光透镜组的特定几何结构可以取决于具体应用，针对该具体应用设计特定照明装置。
替选透镜阵列使用密堆积的颜色混合杆而无需前表面特征，以提供颜色混合和波束形成二者。这允许在给定区域的照明装置中提供更多发射器，从而提高了最大光输出(针对给定发射器设计)且保持低光学扩展量。
图12示出可在本发明的一些实施方式中使用的、具有密堆积的发射器的发射器板1200(例如实现图1的发射器板106)的简化前视图。在许多方面中，发射器板1200可以类似于上述的发射器板200。例如，发射器板1200可以形成为印制电路板，在该印制电路板上限定电气路径(未示出)，并且可以在发射器板1200上布置多个LED发射器202(例如实现图1的LED发射器108)。在本示例中，以紧密间隔的六边形对称图案布置19个LED发射器202；在其它实施方式中，可以用不同数量和/或布置的发射器代替。LED发射器202可以如上文参照图2B所描述的；可以用其它发射器代替。
发射器板1200上的每个LED发射器202可以具有相似或相同的设计，从而将给定颜色的LED分布在发射器板200的表面上。可以在横切于光轴的平面上以不同角度来旋转不同的LED发射器202。在所示示例中，以对应于虚引导线1220的角度旋转LED发射器202，使得六边形组中的每个LED发射器202相对于同一六边形组中的下一个LED旋转60度。(在图中，每个LED发射器202的两个拐角LED已被加阴影以进一步示出旋转角度。)可以根据发射器板1200上的LED发射器202的布置选择其它旋转角度。类似于上述的实施方式，LED发射器的旋转可以促进通过透镜阵列来进行颜色混合。发射器板1200的电连接性和操作可以如上文针对图2A的发射器板200所描述。
根据本发明的一些实施方式，可以通过使用由熔凝颜色混合杆组成的透镜阵列而由从发射器板1200发射的光形成期望颜色的均匀光束。图13A至图13D示出根据本发明的实施方式的用于具有密堆积的发射器的照明装置的、可用作透镜阵列110的透镜阵列1300的不同视图。图13A示出前透视图、图13B示出侧视图、图13C示出前视图、以及图13D示出后视图。透镜阵列1300可以由光学透明材料制成，该光学透明材料诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或其它光学透明塑料或玻璃。如所示，透镜阵列1300包括一组颜色混合杆构件1302，该组颜色混合杆构件1302沿着轴线彼此平行延伸且彼此合并以形成成整体的前部1304。颜色混合杆构件1302布置成与特定布置的LED发射器(例如图12的布置在发射器板1200上的LED发射器202)对准。在本示例中，颜色混合杆构件1302具有六边形横截面。在所示示例中，所有颜色混合杆构件1302的横截面在横切于光轴的平面上具有相同取向；然而，在其它实施方式中，每个颜色混合杆构件1302可以取向为使得其横截面对应于图12中所示的LED发射器202中的一个相应LED发射器的旋转角度。本示例中的前部1304具有平坦的前表面。如果需要，则可以提供非平面的前表面特征；然而，这类特征可能导致增大的光学扩展量。
可以例如通过模塑工艺使透镜阵列1300形成为整体结构。因此，透镜阵列1300可以被制作为单个的、一体成型的物体。整体构造可以避免可能在表面接口处出现的光损失且可以促进光学元件的对准。然而，为了描述目的，可以将透镜阵列1300理解成由平行布置的几乎相同的透镜元件组成的复合光学结构。图14A和图14B示出根据本发明的实施方式的来自透镜阵列1300的单一透镜元件1400的视图。图14A示出透视图、以及图14B示出侧视图。
如图14A和图14B所示，透镜元件1400包括沿着光轴1404(在图14B中示出)布置的一个颜色混合杆构件1302。颜色混合杆构件1302可以在横切于光轴1406的平面上具有六边形横截面。尽管六边形横截面促进颜色混合杆构件1302的密堆积和在前端的合并，但是若需要，可以使用其它横截面。颜色混合杆构件1302可以具有渐缩侧，使得在后端1408处的横截面小于在前端1410处的横截面。可以通过光学建模确定用于定向来自给定LED发射器的光的最佳尺寸。举例来说，对于具有12个LED芯片的特定LED发射器，颜色混合杆构件1302的后端1408的半径为3.8mm(被测量为在后六边形表面上的外接圆的半径)、颜色混合杆构件1302的前端的半径为5.5mm(被测量为在前六边形表面上的外接圆的半径)、以及颜色混合杆构件1302的长度为46mm。颜色混合杆构件1302可以提供从置于后端1408的LED发射器(例如图2B的LED发射器202)发射的光的全内反射，其中，透射效率部分地取决于LED发射器202的发射轮廓且部分地取决于颜色混合杆构件1302的几何结构。对于平顶LED发射器202，大部分发射的光将处于相对于光轴1406的小角度，因此透射效率可以相当高。因此，源自于LED发射器202内的不同LED芯片214的光可以在穿过颜色混合杆构件1302朝向前端1410传播期间混合。
再次参照图13A至图13D，透镜阵列1300可以被理解为由多个透镜元件1400构成，这些透镜元件1400被布置成使得可以将各个透镜元件1400的后端1408放置在LED发射器板1200上的LED发射器202中的不同的一个LED发射器的前方。对于在图12中所示的发射器布置，透镜阵列1300具有蜂巢状图案。如在图13A至图13D中可见，各透镜元件1400之间的间距可以为使得各颜色混合杆构件1302的前端彼此重叠(或合并)。举例来说，对于针对具有12个LED芯片的特定LED发射器优化的透镜阵列1300，前表面可以在其最宽点具有100mm的尺寸。在颜色混合杆构件1302的前端处的重叠可以允许源自于不同LED发射器的光混合，造成处于透镜阵列1300的前表面处的输出光的更大均匀度。进一步，该重叠可以促进将透镜阵列1300制造为整体结构，这简化了在照明装置(诸如照明装置100)的组装期间的对准且避免了在内部表面接口处的光损失。
从透镜阵列1300的前表面发射的光在前表面上可以相对均匀且至少略微被准直。在一些实施方式中，可以通过在照明装置的光学系统中包括附加光学元件来提供进一步波束成形。例如，图15示出形成根据本发明的实施方式的光学系统的聚光透镜1500(例如实现图1的聚光透镜组114)，该聚光透镜1500置于透镜阵列1300的前方。聚光透镜1500可以为设计成进一步使发射的光准直的非球面的双凸透镜。在本示例中，使用单一聚光透镜1500而非一对透镜。在一个示例性实施方式中，聚光透镜1500的最大厚度为39mm(在其光轴上)、直径为110mm、以及后焦距为31mm。本领域的技术人员将领会，聚光透镜的特定几何结构可以取决于具体应用，针对该具体应用设计特定照明装置。
将领会到，本文中所描述的透镜阵列为说明性的且变型和修改是可以的。例如，透镜阵列可以包括多个颜色混合杆构件(和相应的波束形成元件)，所述多个颜色混合杆构件对应于在给定发射器板上的多个LED发射器。本文中所示的六边形几何结构允许相邻的波束形成元件之间(或相邻的颜色混合杆之间)的密堆积(这可以使得更容易产生均匀光束)，但是不排除其它几何结构。本文中所描述的透镜阵列均包括用于每个发射器的颜色混合杆构件以混合来自该发射器内的各个LED芯片(其可具有不同颜色)的光。可以将每个颜色混合杆与波束形成元件对准，以提高整个输出光束的强度的均匀度。在一些实施方式中，波束形成元件也可以提供附加颜色混合。在一些实施方式中，可以省略具有非平面的表面特征的波束形成元件，且渐缩的颜色混合杆构件可以在它们前端处彼此合并以提供整体结构。
在一些实施方式中，透镜阵列可以包含促进颜色混合的附加元件，诸如分散在光学透明材料中的微观或纳米级粒子，和/或形成在外表面(诸如透镜阵列或各个波束形成元件的一部分或全部前表面)上的微透镜结构。
颜色混合杆构件的后表面可以适用于接触相应LED发射器的前表面。在一些实施方式中，LED发射器具有平坦前表面、且颜色混合杆的后表面也可以为平坦的。可以施加光学油脂等来减少在接口处的光损失。在一些实施方式中，可以在颜色混合杆构件的后表面中形成对准结构(例如一个或多个凹槽或突起)以促进与LED发射器的对准。
也可以修改颜色混合杆构件的侧表面。在本文中所描述的各个示例中，颜色混合杆构件具有方形、八边形或六边形的横截面；在其它实施方式中，颜色混合杆构件可以具有其它形状(例如圆形或矩形形状)且可以根据需要选择颜色混合杆构件的长度。如在上文示例中，可以使颜色混合杆构件的侧表面渐缩，且这类渐缩可以是但不必须为线性的。在一些实施方式中，选择形状以优化颜色混合与光损失之间的权衡。如上所述，可以以不同角度旋转发射器板上的LED发射器，以及每个颜色混合杆构件可以取向为使得其横截面对应于其相应LED发射器的旋转角度。将不同旋转角度用于LED发射器可以引起光束形成部中的更有效的颜色混合和来自透镜阵列的输出光的更均匀的颜色，而无论是否使颜色混合杆构件取向为将其横截面与其相应LED发射器的旋转角度对准。
透镜阵列的波束形成部可以包括与每个颜色混合杆构件对准的非平面的前表面特征(且在一些实施方式中为非平面的后表面特征)。可以根据具体设计目标(包括色彩均匀度和/或光传输的效率)将非平面的表面特征成形。如上所述，最佳设计可以涉及不同目标之间的权衡，以及根据特定应用，波束形成部可以在前表面和/或后表面包括凸表面特征、凹表面特征或平面表面特征。例如，图4A至图4C的透镜元件400和图7A至图7C的透镜元件700均具有凸后表面特征和凹前表面特征；图10A至图10B的透镜元件1000具有平面后表面特征和凸前表面特征。在一些实施方式中，可以省略非平面的前(和后)表面特征，例如，如在图13A至图13D的透镜阵列1300中那样。
如本文中所描述的透镜阵列和光学系统可以被用在各种各样的基于多发射器LED的照明装置中，该照明装置包括如上所述的装置，其中，每个发射器包括不同颜色的LED芯片(其中，LED芯片的“颜色”指的是发射的光的颜色，包括可应用于芯片的任何改变波长的材料)。例如通过控制传送到不同LED芯片的电流，发射的光的颜色可以为可控的。这类装置具有许多应用，包括但不限于如在剧院、音乐会场地等中使用的舞台照明。更普遍地，如本文中所描述的透镜阵列和光学系统可以被用在任何希望将来自多个LED发射器的光组合为单一均匀光束的照明装置中。本文中所描述的透镜阵列和光学系统可以产生具有近似圆形横截面的光束。然而，本发明不限于任何特定波束几何形状，且不同布置的LED发射器(和相应布置的透镜阵列的透镜元件)可以产生不同波束几何形状。
尽管已经关于具体实施方式描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，多种修改是可行的。例如，可以修改LED发射器的数量和布置，如同可以修改发射器内的LED芯片的数量和布置。透镜阵列的整体几何结构(例如透镜元件的数量和布置)可以适用于匹配LED发射器的特定布置，且可以根据发射器内的LED芯片的数量和布置修改透镜阵列内的元件的几何结构。本文中给出的所有尺寸是出于说明性目的且可以根据需要改变。
因此，尽管已关于具体实施方式描述了本发明，但是将领会，本发明意图覆盖所附权利要求的范围内的所有修改和等效物。

Claims (33)

1.一种用于基于多发射器LED的照明装置的透镜阵列，所述照明装置具有布置在发射器板上的多个LED发射器，所述透镜阵列包括：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且被布置成使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准；以及
波束形成部，所述波束形成部形成在所述多个颜色混合杆构件的前端处，所述波束形成部包括多个非平面的前表面特征，每个非平面的前表面特征与所述颜色混合杆构件中的一个相应颜色混合杆构件的前端对准。
2.如权利要求1所述的透镜阵列，其中，所述颜色混合杆构件和所述波束形成部形成为整体结构。
3.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其中，所述非平面的前表面特征包括凹面特征。
4.如权利要求3所述的透镜阵列，其中，所述波束形成部的后表面具有多个凸后表面特征，每个凸后表面特征与前表面的所述凹面特征中的一个相应凹面特征对准。
5.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其中，所述非平面的前表面特征包括凸面特征。
6.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其中，所述颜色混合杆构件和所述非平面的前表面特征以六边形图案来布置。
7.如权利要求1或2所述的透镜阵列，其中，每个所述颜色混合杆构件在横切于所述光轴的平面上具有方形横截面。
8.如权利要求7所述的透镜阵列，其中，所述颜色混合杆构件中的不同颜色混合杆构件在横切于所述光轴的所述平面上以不同旋转角度来取向。
9.一种用于基于多发射器LED的照明装置的光学系统，所述照明装置具有布置在发射器板上的多个LED发射器，所述光学系统包括：
透镜阵列，所述透镜阵列具有：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且被布置成使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准；以及
波束形成部，所述波束形成部形成在所述多个颜色混合杆构件的前端处，所述波束形成部包括多个非平面的前表面特征，每个非平面的前表面特征与所述颜色混合杆构件中的一个相应颜色混合杆构件的前端对准；以及
置于所述透镜阵列前方的聚光透镜。
10.如权利要求9所述的光学系统，其中，所述颜色混合杆构件和所述波束形成部形成为整体结构。
11.如权利要求9或10所述的光学系统，其中，所述颜色混合杆构件和所述非平面的前表面特征以六边形图案来布置。
12.一种照明装置，包括：
发射器板；
布置在所述发射器板上的多个LED发射器，其中，每个LED发射器包括多个LED芯片；和
透镜阵列，所述透镜阵列具有：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且被布置成使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准；以及
波束形成部，所述波束形成部形成在所述多个颜色混合杆构件的前端处，所述波束形成部包括多个非平面的前表面特征，每个非平面的前表面特征与所述颜色混合杆构件中的一个相应颜色混合杆构件的前端对准。
13.如权利要求12所述的照明装置，还包括：
置于所述透镜阵列前方的聚光透镜。
14.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，所述颜色混合杆构件和所述波束形成部形成为整体结构。
15.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，所述非平面的前表面特征包括凹面特征。
16.如权利要求15所述的照明装置，其中，所述波束形成部的后表面具有多个凸后表面特征，每个凸后表面特征与前表面的所述凹面特征中的一个相应凹面特征对准。
17.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，所述非平面的前表面特征包括凸面特征。
18.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，所述颜色混合杆构件和所述非平面的前表面特征以六边形图案来布置。
19.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，每个所述颜色混合杆构件在横切于所述光轴的平面上具有方形横截面。
20.如权利要求19所述的照明装置，其中，所述LED发射器在由所述发射器板限定的平面上以不同旋转角度布置，并且每个所述颜色混合杆构件以匹配所述LED发射器中的一个相应LED发射器的旋转角度的旋转角度来取向。
21.如权利要求12或13所述的照明装置，其中，每个所述LED发射器包括至少两种不同颜色的LED芯片。
22.一种用于基于多发射器LED的照明装置的透镜阵列，所述照明装置具有布置在发射器板上的多个LED发射器，所述透镜阵列包括：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且以六边形密堆积的布置来布置，使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准，
其中，每个所述颜色混合杆构件具有渐缩形状并且在所述后端比在所述前端更窄，以及
其中，所述颜色混合杆构件的前端相互合并以形成整体结构。
23.如权利要求22所述的透镜阵列，其中，所述透镜阵列的前表面为平面的。
24.如权利要求22或23所述的透镜阵列，其中，每个所述颜色混合杆构件在横切于所述光轴的平面上具有六边形横截面。
25.一种用于基于多发射器LED的照明装置的光学系统，所述照明装置具有布置在发射器板上的多个LED发射器，所述光学系统包括：
透镜阵列，所述透镜阵列具有：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且以六边形密堆积的布置来布置，使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准，
其中，每个所述颜色混合杆构件具有渐缩形状并且在所述后端比在所述前端更窄，以及
其中，所述颜色混合杆构件的前端相互合并以形成整体结构；和
置于所述透镜阵列前方的聚光透镜。
26.如权利要求25所述的光学系统，其中，所述透镜阵列的前表面为平面的。
27.如权利要求25或26所述的光学系统，其中，每个所述颜色混合杆构件在横切于所述光轴的平面上具有六边形横截面。
28.如权利要求25或26所述的光学系统，其中，仅一个聚光透镜置于所述透镜阵列的前方。
29.一种照明装置，包括：
发射器板；
布置在所述发射器板上的多个LED发射器，其中，每个LED发射器包括多个LED芯片；
透镜阵列，所述透镜阵列具有：
多个颜色混合杆构件，每个颜色混合杆构件具有前端和后端，所述颜色混合杆构件沿着光轴彼此平行地延伸并且以六边形密堆积的布置来布置，使得每个颜色混合杆构件的后端与所述多个LED发射器中的一个相应LED发射器对准，
其中，每个所述颜色混合杆构件具有渐缩形状并且在所述后端比在所述前端更窄，以及
其中，所述颜色混合杆构件的前端相互合并以形成整体结构；和
置于所述透镜阵列前方的聚光透镜。
30.如权利要求29所述的照明装置，其中，所述透镜阵列的前表面为平面的。
31.如权利要求29或30所述的照明装置，其中，每个所述颜色混合杆构件在横切于所述光轴的平面上具有六边形横截面。
32.如权利要求29或30所述的照明装置，其中，所述LED发射器在由所述发射器板限定的平面上以不同旋转角度布置，并且每个所述颜色混合杆构件以匹配所述LED发射器中的一个相应LED发射器的旋转角度的旋转角度来取向。
33.如权利要求29或30所述的照明装置，其中，每个所述LED发射器包括至少两种不同颜色的LED芯片。
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