CN1105853C - 多色半导体灯 - Google Patents
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Abstract
一种多色半导体灯，半导体灯包括一光源，一棱镜，具有一接收光线的输入端及一输出光线的输出端，棱镜将光源的光线分成数个色成分，并以不同角度放射出；一透镜，位于棱镜的输出端处，透镜的对焦区域的顶点位于棱镜的输出端；一用于改变光源与棱镜的相对位置的位置改变装置及一驱动装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体灯，特别是一种多色半导体灯及提供彩色照明的方法。
背景技术
一般能够产生不同颜色光线输出的半导体装置，被公开于下面的美国专利案中：美国专利第3,875,456、3,890,170、5,491,349、5,752,766及5,812,105号公开了不同形式的半导体装置，这种半导体装置包括数个彼此靠近且分别发出不同颜色光线的发光二极管，该等发光二极管能够被分别控制，以单独地或结合运作，以获得不同颜色光线输出的结果。要注意的是，公开于这些专利中的该等半导体装置需要相当复杂的控制电路分别控制该等不同颜色的发光二极管，以产生大范围的不同颜色的光线输出。
一般能够产生倍数波长光线输出的半导体装置，被公开于下面的美国专利案中：美国专利第5,077,588号案公开一种可用来发出红外光线和可见光线的半导体装置。美国专利第5,585,648号案公开一种能够发射绿色频谱至紫外线频谱光线的半导体装置。然而，公开于这些专利中的半导体装置的光线输出是为倍数波长，它们无法产生大范围不同颜色的光线输出。此外，能够产生白色光线的半导体装置，被公开于下面的美国专利案中：美国专利第5,684,309号案公开一种发光二极管，该发光二极管包括由铝镓氮化物或铝铟镓氮化物制成的隔离层所分隔的由铟镓氮化物制成的堆叠活动层。美国专利第5,743,629号案公开一种照明系统，在该照明系统中，来自一发光二极管的非白光是由反射器反射以获得白光。然而，公开于这些专利案中的该等装置只能设计来产生特定颜色的光线，他们并非设计来提供多色照明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用一单一半导体光源来产生大范围不同颜色的光线输出的多色半导体灯。
本发明的另一目的在于利用多色半导体灯提供彩色照明的方法。
为达到上述目的本发明采取如下技术措施：
本发明的一种多色半导体灯，包括一可产生光线输出的半导体光源，其特征在于，还包括：
一色散棱镜，具有一位于光源前面以接收光线输出的输入端及一输出光线的输出端，该棱镜将光源的光线分成数个色成分输出，这些色成分在输出端处以不同的角度放射出；
一透镜，置放在棱镜的输出端的前面，与透镜边缘结合的一圆锥形对焦区域的顶点位于棱镜的输出端；
一用于改变光源与棱镜的相对空间位置的位置改变装置：
一用于驱动光源以色成分中选择之一与所述透镜的圆锥形对焦区域对准的驱动装置。
其中：所述位置改变装置包括：
一长形压电元件，其一端安装所述光源，以使光源可相对所述棱镜移动；
一锯齿波电压产生器，其电连接至压电元件，产生一周期性锯齿波电压，并输出至压电元件；
压电元件响应于锯齿波电压输出的大小而变形，以改变所述棱镜输入端入光线的入射角。
其中：所述压电元件包括一压电陶瓷基体和两电极，两电极分别置在陶瓷基体的两表面，并分别电连接至所述电压产生器。
其中：所述锯齿波电压输出为双极性电压。
其中：所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，电连接至开关电路，其在所述锯齿波电压输出的一时间周期内产生一脉冲，锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
其中：所述周期性锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
其中：所述位置改变装置包括：
一长形压电元件，其一端安装有所述棱镜，以使棱镜可相对于所述光源移动；
一锯齿波电压产生器，其电连接至压电元件，并且施加一锯齿波电压输出至压电元件；
压电元件的变形响应于锯齿波电压输出的大小，以改变棱镜相对于所述光源的空间位置。
其中：所述压电元件包括一压电陶瓷基体和两电极，两电极分别置在陶瓷基体的两表面，并分别电连接至所述电压产生器。
其中：所述锯齿波电压输出为双极性电压。
其中：所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，其电连接至开关电路，在所述锯齿波电压输出的一预定时间周期内产生一脉冲，在锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
其中：所述周期锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
其中：所述棱镜由一种具有光线折射能力且从包括水晶、玻璃和塑料的群组选择出来的透明材料形成或是一种具有光线折射能力的透明的压电水晶棱镜。
其中：所述棱镜设有一对电极，所述位置改变装置包括锯齿波电压产生器，锯齿波电压产生器电连接至棱镜的电极并且施加一周期锯齿波电压输出至棱镜的电极上，棱镜响应于锯齿波电压输出的大小产生变形，以相对于所述光源与透镜，改变棱镜的输入与输出端的空间位置，并且改变在棱镜输出端的色成分的放射角。
其中：所述电极分别设在所述棱镜的输入与输出端。
其中：所述锯齿波电压输出为双极性电压。
其中：所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，其电连接至开关电路，且在锯齿波电压输出的一时间周期内产生一脉冲，在锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
其中：所述周期锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
其中：所述光源为一发光二极管或激光二极管。
其中：所述棱镜具有一底部，棱镜的输入端与底部形成一直角。
其中：还包括一放置所述光源的灯壳，所述棱镜与透镜安装在灯壳内。
本发明的一种提供多色照明的方法，其特征在于，包括如下步骤：
把光源与棱镜中之一的空间位置相对于光源与棱镜中的另一者作改变；
驱动光源以致在该等色成分中的选择之一者与所述透镜的圆锥形对焦区域对准。
其中：所述位置改变步骤包括：
安装光源在一长形压电元件的一端上，并使光源可相对于棱镜移动；
施加一周期性锯齿波电压输出至上述压电元件上，以可响应于锯齿波电压的大小，使压电元件变形，并且改变在棱镜的输入端的光线的入射角。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：
图1是本发明第一实施例的部份剖面示意图。
图2是本发明第一实施例的电路方块图。
图3是本发明第一实施例在一锯齿波电压产生器的锯齿波电压输出与来自一脉冲产生器的不同脉冲的时序图。
图4是本发明第二实施例的部份剖面示意图。
图5是本发明第三实施例的部份剖面示意图。
具体实施方式
如图1所示，其为本发明多色半导体灯的第一实施例，其包括一半导体光源10、一色散棱镜20、一固定的透镜30及一灯壳40。
在本实施例中，半导体光源10是为在被动作时产生光线输出的一发光二极管，棱镜20是由一种具有光线折射能力且是从包括水晶、玻璃与塑料的群组选择出来的透明材料所形成。棱镜20具有一位于光源10前面以接收光线输出的输入端21、一输出端22及一底部23。输入端21与底部23形成一直角。棱镜20将光源10的光线输出分成数个色成分，该等颜色成分是在输出端22以不同的角度放射。
最好的情况是，光源10在被动作时产生白色光线，以致于最多七种的原(即红色、绿色和蓝色)与次生(即橙色、黄色、紫色和蓝紫色)颜色成分能够在输出端22发射。
透镜30是置于棱镜20的输出端22前面，以至与透镜30结合的一圆锥形对焦区域的顶点位于棱镜20的输出端22。圆锥形对焦区域具有与透镜30的光轴成一30角的边界。
光源10、棱镜20和透镜30安装在灯壳40中。两端子43、44延伸在灯壳40外部且连接至光源10的电压节点。
在第一实施例中，光源10相对于棱镜20的空间位置能够被改变。为了达到这目的，光源10安装在一长形压电元件50的一端，以使光源10可相对于棱镜20移动。压电元件50的另一端安装在灯壳40上。压电元件50包括一陶瓷基体51和两个将陶瓷基体51夹住的电极52。
如图1、2所示，压电元件50的电极52电连接至两端子41、42，该等端子41、42延伸在灯壳40外部以与一锯齿波电压产生器60连接。锯齿波电压产生器60施加一双极周期性锯齿波电压输出(见图3中I所示)至该等电极52，以使压电元件50的变形响应于锯齿波电压输出的大小，并且改变在棱镜20输入端21的光源10的光线输出的入射角。
为了验证将光源10的空间位置相对于棱镜20作改变对在棱镜20的输出端22的色成分的放射角的影响，进行了如下实验。光源10是一种产生具有波长为652.272且与红色(红色的波长是在622-780nm的范围)结合的一第一色成分、具有波长为589.262且与黄色(黄色的波长是在577-597nm的范围)结合的一第二色成分、具有波长为546.074且与绿色(绿色的波长是在492-577nm的范围)结合的一第三色成分、具有波长为486.133且与蓝色(蓝色的波长是在455-492nm的范围)结合的一第四色成分及具有波长为235.835且与蓝紫色(蓝紫色的波长是在390-455nm的范围)结合的一第五色成分的白色光线输出的光源。棱镜20是一个具有90°的棱镜角(形成在输入端21与底部23之间的角)及下面的折射系数：红色色成分为1.456372、黄色色成分为1.458407、绿色色成分为1.460079、蓝色色成分为1.463131及蓝紫色色成分为1.466694的玻璃棱镜。表I至表III描绘分别在47.02°、48°和49°的入射角下，不同的色成分的折射角和放射角。
表I
波长(nm) 折射角 放射角
656.272 30.15483459 83.15463919
589.262 30.10839893 83.8574767
546.074 30.07035952 84.50148278
486.133 30.00118559 85.9310302
435.835 29.92085454 89.22452406
表II
波长(nm) 折射角 放射角
656.272 30.68190221 77.03392277
589.262 30.63447827 77.38634892
546.074 30.59563 77.68332837
486.133 30.52498681 78.24444754
435.835 30.44295217 78.93492826
表III
波长(nm) 折射角 放射角
656.272 31.21239837 72.8363937
589.262 31.16396881 73.09753575
546.074 31.12429751 73.31506349
486.133 31.05215946 73.71940698
435.835 30.96839171 74.20417713
从表I至表III可看出，不同波长的光线是由棱镜20以不同的角度放射。此外，利用改变光源10的光线输出的入射角，光输出的色成分能够选择地与透镜30的圆锥形对焦区域对准。这样，在本发明的多色半导体灯中，从透镜30放射出来的光线的颜色能够因此由肉眼所察觉，其是由与透镜30的圆锥形对焦区域对准的色成分所控制。
为了使半导体灯产生不同颜色的光线输出，光源10只是当光源10相对于棱镜20的空间位置已改变时被动作，以所选择的一个色成分是与透镜30的圆锥形对焦区域对准。为了达到这目的，采用一开关晶体管(Q1)形式的一开关电路70，用来连接其中一个端子43、44与接地点。另一个端子43、44是连接至一外部电压源(Vcc)。一脉冲产生器80电连接至开关电路70的控制输入端，也就是，晶体管(Q1)的基极，而且可利用来自锯齿波电压产生器60的锯齿波电压输出的一预定时间周期内产生一脉冲。如图3中I所示，锯齿波电压输出可为双极性，即在电压输出的时间周期内，锯齿波电压是从一最小值(Vmin)(例如：负电压，-1.5伏特)到一最大值(Vmax)(例如，正电压，+1.5伏特)的转态期间。来自脉冲产生器80的脉冲被提供到开关电路70的控制输入端，以使开关电路70在光源10的空间位置已被改变时瞬间动作光源10，以致所选择的色成分与透镜30的圆锥形对焦区域对准。因此，若光源10的光线输出具有七种色成分，即蓝紫色、紫色、蓝色、绿色、黄色、橙色和红色，脉冲产生器80能够受控制以产生七种不同脉冲中选择的一种，如在图3中II～VIII所示，该七种不同脉冲出现于锯齿波电压产生器60的锯齿波电压输出不同预定时间周期，而且分别对应于光源10的光线输出的不同色成分，这样，使该半导体灯产生不同颜色的光线输出。最好的情况是，锯齿波电压产生器60产生的锯齿波电压输出的频率为至少16Hz，其足以使肉眼察觉来自本发明半导体灯的不中断光线输出。此外，该等色成分能够组合来产生大范围的颜色光线输出。这能够利用将光源10的光线输出不同的色成分在锯齿波电压产生器60的锯齿波电压输出的相同周期内，或者在该锯齿波电压输出的连续周期期间与透镜30的圆锥形对焦区域对准来完成，这样，可产生允许肉眼察觉的一个连续与透镜30的圆锥形对焦区域对准的色成分组合的颜色光线输出。
如图4所示，其为本发明多色半导体灯的第二实施例，其与上述第一实施例不同的是，棱镜20可相对于光源10移动。特别的是，棱镜20是以一枢轴24为中心枢接至灯壳40，而且安装于压电元件50的一端。光源10是座落于一反射座100上，反射座100是安装于在灯壳40上的其中一个端子43、44上。当锯齿波电压产生器60(如图2所示)通过灯壳40上的端子41、42施加双极周期性锯齿波电压输出(如图3中I所示)到压电元件50的电极52时，压电元件50响应于锯齿波电压输出的大小来改变棱镜20相对于光源10的空间位置。那就是说，棱镜20以枢轴24为中心枢转，以分别改变棱镜20相对于光源10与透镜3的输入与输出端21、22的角位置。配合图2所示，藉着控制脉冲产生器80在来自锯齿波电压产生器60的锯齿波电压输出的一预定分数的时间周期内提供一脉冲到开关电路70，开关电路70能够被致能以在棱镜20的空间位置已改变时瞬间驱动光源10，以使所选择的一个色成分与透镜30的圆锥形对焦区域对准。
如图5所示，其为本发明多色半导体灯的第三实施例，其与先前的实施例不同的是，在本实施例中并没有使用长形的压电元件。取而代之的是，棱镜20’是一个具有光线折射能力的透明压电水晶，棱镜20’由一枢轴24支持于灯壳40上，棱镜20’分别设有一对电极210、220在其输入与输出端21、22，电极210、220分别连接至灯壳40上的端子41、42。光源10座落于一个被安装在灯壳40上其中一个端子43、44上的反射座100上。当锯齿波电压产生器60(如图2所示)通过灯壳40上的端子41、42施加双极周期性锯齿波电压输出(如图3中I所示)到电极210、220时，棱镜20’响应于锯齿波电压输出的大小来变形以改变棱镜20’相对于光源10的空间位置，也就是，棱镜20’的输入与输出端21、22相对于光源10与透镜30中的对应之一者的角位置被改变，而且在棱镜20’的输出端22的色成分的放射角也被改变。如图2所示，利用控制脉冲产生器80在来自锯齿波电压产生器60的锯齿波电压输出之一预定的时间周期内提供一脉冲到开关电路70，开关电路70能够被致能以在棱镜20’的空间位置已改变时瞬间驱动光源10，以使所选择的一个色成分与透镜的圆锥形对焦区域对准。
与现有技术相比，本发明具有如下效果：
本发明的多色半导体灯可利用一单一半导体光源即可产生频谱范围宽的不同颜色的光线输出，结构巧妙，且简单；本发明可用于需要彩色灯的场合，利用本发明半导体灯及提供彩色照明的方法也可以达到电灯照明的目的。
Claims (22)
1.一种多色半导体灯，包括一可产生光线输出的半导体光源，其特征在于，还包括：
一色散棱镜，具有一位于光源前面以接收光线输出的输入端及一输出光线的输出端，该棱镜将光源的光线分成数个色成分输出，这些色成分在输出端处以不同的角度放射出；
一透镜，置放在棱镜的输出端的前面，与透镜边缘结合的一圆锥形对焦区域的顶点位于棱镜的输出端；
一用于改变光源与棱镜的相对空间位置的位置改变装置；
一用于驱动光源以色成分中选择之一与所述透镜的圆锥形对焦区域对准的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述位置改变装置包括：
一长形压电元件，其一端安装所述光源，以使光源可相对所述棱镜移动；
一锯齿波电压产生器，其电连接至压电元件，产生一周期性锯齿波电压，并输出至压电元件；
压电元件响应于锯齿波电压输出的大小而变形，以改变所述棱镜输入端入光线的入射角。
3.根据权利要求2所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述压电元件包括一压电陶瓷基体和两电极，两电极分别置在陶瓷基体的两表面，并分别电连接至所述电压产生器。
4.根据权利要求2所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述锯齿波电压输出为双极性。
5.根据权利要求2所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，电连接至开关电路，其在所述锯齿波电压输出的一时间周期内产生一脉冲，锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
6.根据权利要求2所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述周期性锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
7.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述位置改变装置包括：
一长形压电元件，其一端安装有所述棱镜，以使棱镜可相对于所述光源移动；
一锯齿波电压产生器，其电连接至压电元件，并且施加一锯齿波电压输出至压电元件；
压电元件的变形响应于锯齿波电压输出的大小，以改变棱镜相对于所述光源的空间位置。
8.根据权利要求7所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述压电元件包括一压电陶瓷基体和两电极，两电极分别置在陶瓷基体的两表面，并分别电连接至所述电压产生器。
9.根据权利要求7所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述锯齿波电压输出为双极性电压。
10.根据权利要求7所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，其电连接至开关电路，在所述锯齿波电压输出的一预定时间周期内产生一脉冲，在锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
11.根据权利要求7所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述周期锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
12.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述棱镜由一种具有光线折射能力且从包括水晶、玻璃和塑料的群组选择出来的透明材料形成。
13.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述棱镜是一种具有光线折射能力的透明的压电水晶棱镜。
14.根据权利要求13所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述棱镜设有一对电极，所述位置改变装置包括锯齿波电压产生器，锯齿波电压产生器电连接至棱镜的电极并且施加一周期锯齿波电压输出至棱镜的电极上，棱镜响应于锯齿波电压输出的大小产生变形，以相对于所述光源与透镜，改变棱镜的输入与输出端的空间位置，并且改变在棱镜输出端的色成分的放射角。
15.根据权利要求14所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述电极分别设在所述棱镜的输入与输出端。
16.根据权利要求14所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述锯齿波电压输出为双极性电压。
17.根据权利要求14所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述驱动装置包括：
一开关电路，其电连接在所述光源与一外部电压源之间；
一脉冲信号产生装置，其电连接至开关电路，且在锯齿波电压输出的一时间周期内产生一脉冲，在锯齿波电压输出的时间周期内，锯齿波电压从一最小值到一最大值。
18.根据权利要求14所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述周期锯齿波电压输出的频率至少为16Hz。
19.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述光源为一发光二极管。
20.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述光源为激光二极管。
21.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
所述棱镜具有一底部，棱镜的输入端与底部形成一直角。
22.根据权利要求1所述的多色半导体灯，其特征在于：
还包括一放置所述光源的灯壳，所述棱镜与透镜安装在灯壳内。
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| CN108571680A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-09-25 | 常州星宇车灯股份有限公司 | 一种汽车内触摸控制的室内灯 |
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1999
- 1999-10-08 CN CN99121709A patent/CN1105853C/zh not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: KAMEN INTERNATIONAL INVESTMENT LTD. Free format text: FORMER OWNER: CHEN YIMING Effective date: 20021107 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20021107 Address after: British Virgin Islands Applicant after: Carmen International Investment Co., Ltd. Address before: Taiwan, China Applicant before: Chen Yiming |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: IVY STOCK CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: KAMEN INTERNATIONAL INVESTMENT LTD. Effective date: 20040625 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20040625 Address after: British Virgin Islands Patentee after: Changchunteng Holding Co., Ltd. Address before: British Virgin Islands Patentee before: Carmen International Investment Co., Ltd. |
|
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |