TWI607180B - 具有用於再循環光之含兩次反射之拋物面反射器的燈系統 - Google Patents

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Description

具有用於再循環光之含兩次反射之拋物面反射器的燈系統 發明領域
本申請案主張美國臨時申請案第61/702,451號於2012年9月18日提出申請之優先權。
本發明係有關於一種具有用於再循環光之含兩次反射之拋物面反射器的燈系統。
發明背景
具有球形反射器的燈已與發光二極體(LED)一起使用來再循環光，以便增加輸出的亮度。如圖1所示者，可安裝在一散熱器12上的LED10係放置於一具有一反射表面之半球形再循環套環16的曲率中心14。套環16包括一形成一孔18之切斷面(cutout)。以相對於中心軸22為相對低角度，即，小於角度α，自LED10所發射之光線20，係自裝置發射，而以較大角度，即，大於角度α，自LED所發射之光線24，係被反射回LED10供再循環。
套環16提供高再循環效率。孔18的大小決定了再循環量。孔愈小，再循環百分比就愈高，且系統的輸出就愈亮。
如圖1所示者，自LED10中心所發射的高角度光線24將會被反射回LED10之中心。自一偏離中心之位置所發射的光線26將以一鏡像方式，在方向26a上被反射回去，其亦為偏離中心但位在LED表面的相對側上。
對於具有單個LED的燈(或其他光源)而言，剛才描述的系統將使所有大角度光線24再循環回到LED10供再循環。然而，對於具有多光源的燈而言，例如多色LED，系統將使高角度光線反射回相同的LED10，若此LED是位在套環16之曲率中心。若圖1中之光源，不是單個LED，而是構成多個LED，則最多只有一個LED可位在曲率中心14處且具有高角度光線再循環回相同的LED。其餘的光源必然是位在偏離中心處。如圖1所示者，若LED10是用來構成中心14之相對側上的兩個LED，則自一位在偏離中心於曲率中心之右側上的LED所發射之高角度光線26將於方向26a上被表面反射回到位在中心14之相對側上的LED，即，其相較發射的LED(或其他光源)將衝擊不同的LED。其結果是偏離中心所發射的高角度光線26將不會再循環，除非中心之相對側上的LED是與發射光線26之LED相同色彩。
希望能提供一種其中可使用多光源的燈，並且同時提供自光陣列之中心發射及自中心14發射的高角度光線24與26的有效再循環。亦希望能提供一種系統，其中位於該中心相對側上的LED可為不同色彩且其中該系統提供高角度光線26的再循環。
發明概要
一種燈系統，包含一光源及一拋物面反射套環，該拋物面反射套環定位於該光源周圍且具有一中心軸延伸穿過其中之一孔。該孔允許由該光源以相對於該軸為低角度所發射之光線自該拋物面反射套環發射，而由該光源以較高角度所發射之光線被該套環反射供再循環。
拋物面反射套環係藉由在軸的周圍旋轉拋物曲線來製成，該軸係穿過焦點且平行於準線。所得到的反射器為圓形且具有拋物面表面。自放置於焦點之LED所發射的光係從該拋物面表面的一側反射，變成一平行光束，入射到相對的拋物面表面上，然後重新聚焦回LED本身。此拋物面再循環套環與圖1所示球形再循環套環的一項主要差異在於自一位於且接近該焦點的點所發射之光將會被該拋物面反射器反射兩次並回到發射光線的同一點。依據這項特性，當與具有多個LED及多色的封包一起使用時，各LED能夠獨立地實行其自己的光之再循環，且具有其自己的色彩之各LED能夠獨立於其他的LED及色彩來改善亮度。
拋物面反射套環係定位成使得較高角度光線反射兩次，離開相對壁反射部分，回到他們的原點。光源最好可以是一具有不同色彩及尺寸的多個LED之陣列。
10‧‧‧LED
12‧‧‧散熱器
14‧‧‧中心
16‧‧‧套環
18‧‧‧孔
20‧‧‧光線
22‧‧‧中心軸
24‧‧‧光線
26‧‧‧光線
26a‧‧‧被反射的光線
30‧‧‧燈系統
32‧‧‧套環
34‧‧‧孔
36‧‧‧軸
38‧‧‧中心點
40‧‧‧高角度光線
40a‧‧‧被反射的光線
50‧‧‧高角度光線
50a‧‧‧被反射的光線
52‧‧‧點
54‧‧‧原點
56‧‧‧陣列
57‧‧‧散熱器
59‧‧‧燈系統
59a‧‧‧燈系統
60‧‧‧高角度光線
60a‧‧‧被反射的光線
60b‧‧‧被反射的光線
62‧‧‧高角度光線
62a‧‧‧被反射的光線
62b‧‧‧被反射的光線
64‧‧‧多色光源
70‧‧‧透鏡系統
72‧‧‧微波電漿燈泡
78‧‧‧透鏡系統
80‧‧‧光通道
82‧‧‧投射引擎
圖1係一具有一半球形再循環套環之習知燈的示意圖； 圖2係依據本發明之燈系統的示意圖；圖3係概略地顯示一由兩個綠色、一個紅色及一個藍色LED所組成之光源陣列；圖4係概略地顯示一類似於圖3之光源陣列，但其中LED相對於彼此具有不同尺寸；圖5係一類似於圖2之燈系統的示意圖，但使用圖3之光源陣列；圖6係一商業上存在的多色LED陣列呈透視圖之圖片；圖7係一使用圖5之燈系統的聚光燈的示意圖；圖8係一燈系統的示意圖，類似於圖2，其使用一微波電漿燈泡作為光源；及圖9係一使用圖5之燈系統的投射系統的示意圖。
較佳實施例之詳細說明
參照圖2，依據本發明之燈系統30包括一光源，例如一LED10。該光源係被一具有一反射表面及一以燈的軸36為中心的孔34的套環32所包圍。如同在圖1的案例中，孔34允許具有一相對於軸36低於一預定角度之發射角度的發射光線自該燈系統發射，並且同時造成具有一大於此預定角度之發射角度的光線被反射離開套環32的表面。
依據本發明，套環在剖面上(如圖2所示者)具有一拋物面形狀於任一側上，其於光發射的方向上收斂。光源，例如LED10，係中心地定位在拋物面套環32內。套環 32係相對於光源10隔開及定向，使得以相對於軸36呈相對低角度所發射之光線20被發射穿過開口34，並且使得自LED之中心點38所發射之較高角度光線40以垂直於軸36之方向反射離開拋物面套環32。被反射的光線40a經導引至套環32之一相對壁，並於該處朝LED10反射回去。被反射兩次的光線40b係以光線40之角度的鏡像之一角度朝LED10導引回去(光線40及40b係相差90度)。
圖2亦例示自LED10的偏心位置所發射之高角度光線50被第一拋物面表面以非垂直於軸36之方向反射，即，使得光線50之反射角度大於光線40之反射角度。經反射之光線50a照射該相對的拋物面表面於一點52，然後被反射回原點54。因此，第一次反射光線50a係被第二拋物面表面以小於光線40a之反射角度的角度反射。
參照圖3及圖5，圖3顯示一多色光源陣列之範例，其呈現一具有兩個綠色LED、一個紅色LED及一個藍色LED之RGGB LED陣列56組裝在同一散熱器57上的形式(見圖5)。圖5顯示一燈系統59，其使用圖3的RGGB陣列56以及圖2的再循環套環32。若RGGB陣列56係相對於中心軸36而定心，自紅色及綠色LED所發射之光將會偏心於該軸而發射至相對側上。然而，由於雙拋物面套環32的存在，自綠色LED R所發射的高角度光線60將呈反射光線60a及60b被反射回該綠色LED，且來自紅色LED R之高角度光線62將呈反射光線62a及62b被反射回該紅色LED。
圖4顯示一多色光源64的另一範例，其由一個紅 色LED R、一個綠色LED G、一個藍色LED B及一個白色LED W所組成。四個LED係安裝在同一散熱器上(未示出)。因為拋物面套環32會反射高角度光線60及62回LED上發射光線的同一點，如圖4所例示者，該等LED可具有不同尺寸。
圖6係一商業上存在的LED陣列之圖片，對應圖4，其係由位在麻薩諸塞州的比勒利卡(Billerica)的Luminous Devices,Inc.公司所銷售。此類LED陣列被使用在許多應用中，諸如在聚光燈及舞台照明中等通常需要多種色彩的場合。
圖7係一使用圖5之燈系統59的聚光燈之範例。發射穿過孔34的光線20係經導引穿過一透鏡系統70以將輸出光束20成形成為所欲之發散度。輸出的色彩可藉由以適當的能量驅動陣列56中的LED來控制。
圖8係與圖7相同的聚光燈之替代實施例，除了燈系統59a之光源為一單一色彩的微波電漿燈泡72。在這個案例中，雙拋物面再循環套環32的成像性質容許系統對準上更大的容差，只要是來自中心的任何光源偏差會成像回到光源72。
圖9顯示一使用圖5之燈系統59的投射系統76之範例。如同於圖7之系統中，發射穿過孔34的光線20係經導引穿過一透鏡系統78。光束接著經導引穿過一光通道80然後到一投射引擎82之輸入。透鏡系統、光通道以及投射引擎的使用為人所熟知而不需要進一步說明。
於每一個所述實施例中，將高角度光線40、50、 60及62再循環以便反射回發射點會增加燈系統30、59及59a的亮度，以及降低燈系統的集光率(entendue)。
拋物面再循環套環32可由金屬、玻璃或塑膠製成。反射塗層可以是鋁、銀或鎖定特定波長的多層介電塗層。
前述之說明表示本發明之較佳實施例。不同的修改對熟悉此技者而言將是明顯的。所有此等修改及變化皆預期在本發明如隨後之申請專利範圍所陳列的範疇內。
10‧‧‧LED
20‧‧‧光線
30‧‧‧燈系統
32‧‧‧套環
34‧‧‧孔
36‧‧‧軸
38‧‧‧中心點
40‧‧‧高角度光線
40a‧‧‧被反射的光線
50‧‧‧高角度光線
50a‧‧‧被反射的光線
52‧‧‧點
54‧‧‧原點

Claims (7)

  1. 一種燈系統，其包含：一光源；一拋物面反射套環，其定位於該光源周圍且具有一中心軸延伸穿過其中之一孔；其中該孔允許由該光源以相對於該軸為低角度所發射之光線自該拋物面反射套環發射，以及反射由該光源以較高角度所發射之光線供再循環；及其中該拋物面反射套環係定位成使得較高角度之光線被反射兩次，離開相對壁反射部分，回到他們的原點；其中該光源係一具有多色源之陣列，且其中該拋物面反射套環使較高角度之光線反射兩次回到每一個別的色源。
  2. 如申請專利範圍第1項之燈系統，其中該光源包含至少一LED。
  3. 如申請專利範圍第2項之燈系統，其中該光源包含多個不同色彩的LED。
  4. 如申請專利範圍第3項之燈系統，其中該等LED相對於彼此具有不同尺寸。
  5. 一種燈系統，其包含：一光源；一拋物面反射套環，其定位於該光源周圍且具有一中心軸延伸穿過其中之一孔； 其中該孔允許由該光源以相對於該軸為低角度所發射之光線自該拋物面反射套環發射，以及反射由該光源以較高角度所發射之光線供再循環；及其中該拋物面反射套環係定位成使得較高角度之光線被反射兩次，離開相對壁反射部分，回到他們的原點；其中該光源係一單色之一微波電漿燈泡。
  6. 一種具有如申請專利範圍第3項之燈系統的聚光燈。
  7. 一種具有含一用於接收如申請專利範圍第3項之燈系統的輸出之輸入之一投射引擎的投射系統。
TW102119950A 2012-09-18 2013-06-05 具有用於再循環光之含兩次反射之拋物面反射器的燈系統 TWI607180B (zh)

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