CN201851899U - 高均匀性混光灯具 - Google Patents
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一种高均匀性混光灯具，包括两端开口的外罩壳(9)，由复数个呈阵列排布的固态发光器件构成的固态发光器件阵列(1)安装在该外罩壳(9)的一开口端，由复数个呈阵列排布的准直透镜构成的准直透镜阵列(2)与该固态发光器件阵列(1)的发光面相邻，各准直透镜分别对准一相应的固态发光器件以准直输出来自该固态发光器件的光；尤其是，还包括一复眼透镜对(5、6)，来自所述准直透镜阵列(2)的准直光依次经过第一复眼透镜(5)、第二复眼透镜(6)后由所述外罩壳(9)的另一开口端射出。采用本实用新型，便于调节灯具的发光面积、出光角度，同时具有混色均匀的优点。
Description
技术领域 本实用新型涉及带固态发光器件，例如适用于光发射的半导体器件的照明装置，尤其涉及所述照明装置的混光结构。
背景技术 以固态发光器件，例如固态半导体发光器件(尤其是LED)为发光源的灯具在实际使用中，绝大多数都需要由不同颜色的光混合起来进行照明。比如基于红蓝绿三基色的LED舞台灯可以分别点亮红、蓝、绿各单色LED来独色或混色照明，如黄色照明光为同时点亮红光LED与绿光LED后提供的混色光，粉色照明光为同时点亮红光LED与蓝光LED后提供的混色光，而白色照明光为按照一定比例同时点亮红、蓝、绿光LED后提供的混色光。
当对照明光有功率要求时，专利ZL200720078654提供了一种产生纯色大功率照明光的方案。该方案将一组LED，例如白光LED密集排列在一起，并置于一块菲涅尔透镜的焦点附近，以使LED出射光平行输出。其不足在于：LED的密集排布使灯具散热困难而制约了功率的进一步提高。
考虑到应用场合的特殊要求，比如演播室和博物馆对照明显色指数的高要求，而白光LED不足以提供高于90的显色指数，白光照明灯具也往往会采用混光方案。例如美国专利US 7,213,940使用白光LED与红光LED混合来提供具有高显色指数的照明白光。
为此，现有大功率灯具往往采用以下几种方案来进行混光：
1)准直后直接在远场进行混光；如图1所示意，将来自红光(R)LED和蓝光(B)LED的光分别经过一组准直透镜(collimator)进行准直后照射到远处的屏幕上，光线在远场交叠从而实现混光。该方案虽光路简单，但混光效果较差，并易于产生彩影(color shadowing)，原因在于，由于不同颜色光的空间位置不同，在远场的屏幕上将难以做到完全的交叠；另外更重要的是，由于各种LED的厚度不同，准直透镜对来自于LED的不同色光的准直效果存在差异，将使得远场处出现颜色环。此外，还可能产生彩影，即光照射到物体上所产生的影子的边缘所出现的异样彩色。因此，采用该方案的灯具多为对色彩要求不高的投射灯或定向照明灯具。
2)利用散射来实现混光；如专利号为200710030310的中国专利所公开的方案，在LED正面放置一块散射片或菲涅尔透镜，利用散光介质来使光变得无序而很难控制角度，从而使灯更具有整体感。采用该方案的灯具适用于普通的大角度通用照明，如家庭室内照明。
3)利用混光棒来混光，可见于一些高端灯具；将红(R)、蓝(B)、绿(G)光LED紧密排列在混光棒的一端，光线耦合到混光棒后在传播过程中自然混合，从而在混光棒的出口处提供均匀混光的白(W)光。该方案混光效果好，可以避免出现彩影现象。其不足之处在于，由于在混光棒传播过程中的多次反射，光线具有很大的损耗，进行大大降低灯具的光效率。
实用新型内容 本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足之处，而提出一种适用于定向照明的灯具，具有更高均匀性的混光效果。
为解决上述技术问题，本实用新型的基本构思为：将固态发光器件阵列排布来提高灯具的功率，利用准直透镜对来自发光源的光进行准直，再利用复眼透镜来实现匀光及调整灯具的发光角度大小；为了更好实现匀光，可以进一步考虑利用菲涅尔透镜的圆周径向分布特性，使用一菲涅尔透镜对来改变匀光的分布趋势，并与复眼透镜对配合，达到最佳的匀光效果。
作为实现本实用新型构思的技术方案是，提供一种两端开口的外罩壳，由复数个呈阵列排布的固态发光器件构成的固态发光器件阵列安装在该外罩壳的一开口端，由复数个呈阵列排布的准直透镜构成的准直透镜阵列与该固态发光器件阵列的发光面相邻，各准直透镜分别对准一相应的固态发光器件以准直输出来自该固态发光器件的光；尤其是，还包括一复眼透镜对，来自所述准直透镜阵列的准直光依次经过第一复眼透镜、第二复眼透镜后由所述外罩壳的另一开口端射出。
具体地说，上述方案中，所述第一复眼透镜或第二复眼透镜是由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元构成。所述第二复眼透镜与第一复眼透镜之间的间距可调。所述准直透镜阵列是一体成型的，包括有一透明基板，各所述准直透镜基于该透明基板按阵列排列进行无缝连接。各所述准直透镜为等焦距凸透镜，或为特性参数一致的螺丝镜，或为特性参数一致的自聚焦透镜或复合抛物面聚光透镜。
更进一步，上述方案中还可以包括一对介于所述准直透镜阵列和复眼透镜对之间的菲 涅尔透镜，其中第一菲涅尔透镜的焦点与第二菲涅尔透镜的焦点相接近或重合。所述第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜各自由复数块具有相同焦距的子菲涅尔透镜拼接组装而成。
进一步地，所述固态发光器件阵列中包括交错排列的两种或两种以上的固态发光器件，该两种或两种以上的固态发光器件具有不同的发光波长。
采用上述各技术方案的灯具，用来定向照明的光源可以有多种颜色可调，光使用效率高；在所述灯具的光照射范围内，光斑均匀，无彩影出现。此外，灯具的结构简单，易于实现。
附图说明 图1是本实用新型装置的结构实施例图之一；
图2是本实用新型结构的实施例图之二，包括一对菲涅尔透镜；
图3是图2的改进原理示意图。
具体实施方式 下面，结合附图所示之最佳实施例进一步阐述本实用新型。
如图2所示，本实用新型混光灯具包括两端开口的外罩壳9，由复数个呈阵列排布的固态发光器件构成的固态发光器件阵列1安装在该外罩壳9的一开口端，由复数个呈阵列排布的准直透镜构成的准直透镜阵列2与发光二极管阵列1的发光面相邻，各准直透镜分别对准一相应的固态发光器件以准直输出来自该固态发光器件的光。其中，固态发光器件阵列1中可以包括规则排列的两种或两种以上的固态发光器件，例如但不限于固态半导体发光器件，如红光LED、蓝光LED或绿光LED；该两种或两种以上的固态发光器件具有不同的发光波长，交错排列形成阵列。这样可以通过控制点亮不同的固态发光器件或发光器件组合来调节本实用新型装置的出射光颜色。所述LED可以指带封装的发光二极管，也可以指基于衬底生成的发光二极管芯片。
从成本方面考虑，所述准直透镜阵列2最好是一体成型的，包括有一透明基板，各所述准直透镜基于该透明基板按阵列排列进行无缝连接，如以中国专利ZL 200720196085所公开的一种透镜阵列位代表。
在准直透镜阵列2中，各所述准直透镜可以是等焦距凸透镜，或是特性参数一致的螺丝镜，或是特性参数一致的自聚焦透镜或复合抛物面准直/聚光(CPC，即Compound parabolicconcentrate)透镜。为达到较好的准直效果，图1灯具以复合抛物面准直透镜21为例，这些准直透镜21置于限位孔22中得以良好定位，并与LED一一对应，把来自对应LED的光准直成发散半角小于30度的输出光。
图示的本实用新型装置还包括一复眼透镜对5、6。来自所述准直透镜阵列2的准直光依次经过第一复眼透镜5、第二复眼透镜6后由外罩壳9的另一开口端射出。所述第一复眼透镜5和第二复眼透镜6相对，均由紧密联结在一起的且镜面曲率各自相同的复数个透镜单元构成。该复眼透镜对对入射光进行切割积分来提高光均匀性。第一复眼透镜5中的各透镜单元的焦距g1可以不等于第二复眼透镜6中的各透镜单元的焦距g2。将所述第二复眼透镜6与第一复眼透镜5之间的间距设置成可调，可以控制本实用新型灯具的光出射角度。用来调节所述间距的调节机构可以但不限于如图1所示：包括拉杆72与倾斜位于外罩壳9上的拉杆槽73，所述拉杆72可以沿着该倾斜的拉杆槽73移动，从而带动套圈74上下运动，进而压迫或放松与该套圈74相接触的第一复眼透镜5，来改变所述距离。为使第一复眼透镜5定位可靠，可以在承载柱71上套至少一弹簧，来提供一使该第一复眼透镜5向上的力，以抵消来自所述套圈74的压力，从而第一复眼透镜5保持平衡。该实施例的调节机构还可以用现有技术的其它结构来等同替换，不在此一一细述。
当本实用新型装置单个LED阵列规模较大或采用多个LED阵列时，复眼透镜的面积会相应较大，从而增加了复眼透镜的加工难度和成本；为此，本实用新型还可以将所述复眼透镜5、6分块进行开模加工，然后拼接在一起使用。
图2所示的本实用新型装置结构中还包括一对介于准直透镜阵列2和复眼透镜对5、6之间的菲涅尔透镜3、4。设其中第一菲涅尔透镜3的焦点焦距为f1，第二菲涅尔透镜4的焦点焦距f2，该对菲涅尔透镜3、4将摆放得使它们的焦点相接近或重合，以取得最好的匀光和保持低扩散。所述弹簧在承载柱71上的位置可以是在第二菲涅尔透镜4与第一复眼透镜5之间，从而所述承载柱71可以为一直杆。若使第一菲涅尔透镜3的受光面面积大于或等于所述准直透镜阵列2的光出射面面积，将有利于提高对发光源的光利用效率。为调节灯具出射光斑的大小，第二菲涅尔透镜4的受光面面积可以设计成大于或等于第一菲涅尔透镜3的受光面面积。
为了取得更高的光利用效率，可以优化第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜的焦距，使第一菲涅尔透镜的焦距是其受光口径的1.5～1.8倍，第二菲涅尔透镜的焦距是其受光口径的0.7～1倍，此时的效率比两片菲涅尔透镜的焦距都等于其受光口径时的效率高10％以上。 最优化的结果是，第一菲涅尔透镜的焦距是其受光口径的1.65倍，第二菲涅尔透镜的焦距是其受光口径的0.85倍，此时的效率比两片菲涅尔透镜的焦距都等于其受光口径时的效率高17％。
当对灯具的输出功率或发光面有较大要求时，光源阵列的尺寸变大将直接导致第一、第二菲涅尔透镜之间的距离变大，使得灯具过长。为此，本实用新型灯具还可以如图3所示，对图2结构进行改进。具体是采用复数个(以但不限于图中的2个为例)所述固态发光器件阵列以及相应数目的所述准直透镜阵列及菲涅尔透镜对，即令所述第一菲涅尔透镜3和第二菲涅尔透镜4各自由复数块具有相同焦距f1和f2的菲涅尔透镜拼接组装而成。这样每一个菲涅尔透镜的口径缩小为原来的1/n，焦距也相应缩短。
本实用新型还可以通过控制不同固态发光器件或固态发光器件阵列发出的光亮度来实现灯具的出光匀度、亮度或颜色调节。在此类灯具中可以包括一个用来控制或调节各所述固态发光器件阵列的出射光功率的调控装置。该调控装置可以通过调节驱动电流来调节各所述固态发光器件的发光强度。这样，当如图3存在多个LED阵列时，可以通过调控各LED阵列的发光强度来使灯具出射光达到整体均匀。此外，本实用新型还可以包括一个或一组光探头，用来探测灯具不同位置的混光出射光的亮度或颜色，并把信息反馈回所述调控装置，进而控制各LED阵列或具有不同发光波长的LED的发光强度。这样可以实现灯具出射光的自动调控，避免了由于不同LED的老化速度不同所造成的灯光颜色漂移；尤其还便于人为设定出射光的颜色或颜色变化。
为了进一步提高输出光的均匀性，本实用新型灯具还可以包括一混光光棒，设置在所述第一菲涅尔透镜3与第二菲涅尔透镜4之间，其入光口靠近第一菲涅尔透镜3，出光口靠近第二菲涅尔透镜4，从而使该第一菲涅尔透镜3的焦点与第二菲涅尔透镜4的焦点拉开距离，不再重合。该拉开的距离取决于混光光棒的口径与所述焦距f1或f2之间的关系，还得叠加考虑该混光光棒的长度。为了达到最佳的集光效果，混光光棒的长度最好大于其口径的三倍。当所述菲涅尔透镜对分别由多个菲涅尔透镜拼接组装成时，所述混光光棒也相应具有多个，每一个混光光棒与一组子透镜对相对。
本实用新型灯具经过实验验证，具有极好的混光均匀性。
在图1和图2结构中，为了使本实用新型装置性能更稳定、光源功率更高，还采用散热器8来紧贴所述固态发光器件阵列1。该散热器8具有复数个裸露在所述外罩壳9的开口端的叶片时可以提高散热效率。在本实用新型灯具功率较小从而采用便携方式时，可以对所述散热器8进行改进，例如设置一与各所述叶片的部分边缘相一体连结的保护罩，在所述开口端的形成防割手用的保护板，与所述开口平行；或者在所述开口端的延续部分形成将各叶片内置的保护环；否则，对于具有大功率光输出的本实用新型灯具，可以考虑在所述散热器8各叶片的末端安装一散热风扇。
Claims (13)
1.一种高均匀性混光灯具，包括两端开口的外罩壳(9)，由复数个呈阵列排布的固态发光器件构成的固态发光器件阵列(1)安装在该外罩壳(9)的一开口端，由复数个呈阵列排布的准直透镜构成的准直透镜阵列(2)与该固态发光器件阵列(1)的发光面相邻，各准直透镜分别对准一相应的固态发光器件以准直输出来自该固态发光器件的光；其特征在于：还包括一复眼透镜对(5、6)，来自所述准直透镜阵列(2)的准直光依次经过第一复眼透镜(5)、第二复眼透镜(6)后由所述外罩壳(9)的另一开口端射出。
2.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述第一复眼透镜(5)或第二复眼透镜(6)各自由紧密联结在一起的且镜面曲率相同的复数个透镜单元构成。
3.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
还包括用来调节所述第二复眼透镜(6)与第一复眼透镜(5)之间间距的调节机构。
4.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述准直透镜阵列(2)是一体成型的，包括有一透明基板，各所述准直透镜基于该透明基板按阵列排列进行无缝连接。
5.根据权利要求1或4所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
各所述准直透镜为等焦距凸透镜，或为特性参数一致的螺丝镜，或为特性参数一致的自聚焦透镜或复合抛物面准直/聚光透镜。
6.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
还包括一对介于所述准直透镜阵列(2)和复眼透镜对(5、6)之间的菲涅尔透镜(3、4)，其中第一菲涅尔透镜(3)的焦点与第二菲涅尔透镜(4)的焦点相接近或重合。
7.根据权利要求6所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述第一菲涅尔透镜(3)和第二菲涅尔透镜(4)各自由复数块具有相同焦距的子菲涅尔透镜拼接组装而成。
8.根据权利要求6所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述第二菲涅尔透镜(4)的焦距是该第二菲涅尔透镜受光口径的0.7～1倍，第一菲涅尔透镜(3)的焦距是该第一菲涅尔透镜受光口径的1.5～1.8倍。
9.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述固态发光器件阵列(1)中包括交错排列的两种或两种以上的固态发光器件，该两种或两种以上的固态发光器件具有不同的发光波长。
10.根据权利要求1或9所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述固态发光器件包括发光二极管或发光二极管芯片。
11.根据权利要求1所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
还包括紧贴所述固态发光器件阵列(1)的散热器(8)，该散热器(8)具有复数个裸露在所述外罩壳(9)的开口端的叶片。
12.根据权利要求11所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述散热器(8)还包括一与各所述叶片的部分边缘相一体连结的保护罩，在所述开口端形成防割手用的保护板或保护环。
13.根据权利要求11所述的高均匀性混光灯具，其特征在于：
所述散热器(8)还包括一安装在各叶片末端的散热风扇。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011124140A1 (zh) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 混光灯具 |
| WO2013017082A1 (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | 深圳市众明半导体照明有限公司 | Led灯及其光效改善方法 |
| WO2014111058A1 (zh) * | 2013-01-21 | 2014-07-24 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 照明系统及其相关发光装置 |
| CN107166177A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-15 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种光谱可调的led人工太阳光照明系统设计方法 |
| CN107277983A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-10-20 | 安徽宽居电器有限公司 | 一种可变色led植物补光灯 |
| CN110220139A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-10 | 北京高光环艺照明设计有限公司 | 一种景观墙的照明方法 |
| US10837619B2 (en) | 2018-03-20 | 2020-11-17 | Ledengin, Inc. | Optical system for multi-emitter LED-based lighting devices |
| CN115307109A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-08 | 深圳市拓普光照明科技有限公司 | 一种利用复眼透镜和菲涅尔透镜制作led探照灯的方法 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011124140A1 (zh) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 混光灯具 |
| WO2013017082A1 (zh) * | 2011-08-01 | 2013-02-07 | 深圳市众明半导体照明有限公司 | Led灯及其光效改善方法 |
| WO2014111058A1 (zh) * | 2013-01-21 | 2014-07-24 | 深圳市光峰光电技术有限公司 | 照明系统及其相关发光装置 |
| CN107166177A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-15 | 广东省半导体产业技术研究院 | 一种光谱可调的led人工太阳光照明系统设计方法 |
| CN107277983A (zh) * | 2017-08-04 | 2017-10-20 | 安徽宽居电器有限公司 | 一种可变色led植物补光灯 |
| US10837619B2 (en) | 2018-03-20 | 2020-11-17 | Ledengin, Inc. | Optical system for multi-emitter LED-based lighting devices |
| CN110220139A (zh) * | 2019-06-25 | 2019-09-10 | 北京高光环艺照明设计有限公司 | 一种景观墙的照明方法 |
| CN115307109A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-11-08 | 深圳市拓普光照明科技有限公司 | 一种利用复眼透镜和菲涅尔透镜制作led探照灯的方法 |
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