專利名稱：用于高效率照明系統(tǒng)的光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及照明系統(tǒng)，并且具體涉及利用球形或近球形反射器聚 集來自適當(dāng)光源的光并將光射出以產(chǎn)生高強(qiáng)度光束的系統(tǒng)。在該類型的系統(tǒng) 中，光源安置在反射器前面且光源的質(zhì)心位于反射器的焦點(diǎn)上。因此光直接 從光源射出或者經(jīng)反射器反射后射出。然后，需要根據(jù)所需的光束特性，利 用一組透鏡、光圈和其他光學(xué)器件對射出的光進(jìn)行處理，以產(chǎn)生具有某些所 需特性的光束。
背景技術(shù)：
利用球形或近球形反射器的照明系統(tǒng)，根據(jù)所產(chǎn)生光束的特征和產(chǎn)生光 束的方式，可劃分為幾類。這樣的系統(tǒng)有許多，三個最常見的實(shí)例是菲涅耳(Fresnel)、柔邊凸透鏡(pebble convex)和聚光器。現(xiàn)將對這些中的每一個依次 進(jìn)行描述菲涅耳和柔邊凸透鏡照明系統(tǒng)均可描述為光源安置在球形或近球形反 射器前面且光源的質(zhì)心位于反射器的焦點(diǎn)上。光線朝向透鏡射出。在該類型 系統(tǒng)的多數(shù)商業(yè)實(shí)例中，安裝光源和反射器，使得可通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)機(jī)械改 變光源和透鏡之間的距離。所述透鏡在其設(shè)計(jì)上包含確定照明系統(tǒng)所發(fā)射光 束類型的細(xì)節(jié)部分。透鏡設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)部分確定系統(tǒng)是否屬于菲涅耳或柔邊凸 透鏡系列。菲涅耳系統(tǒng)通常提供邊緣非常柔和的平滑光束，而柔邊凸透鏡系 統(tǒng)提供相似的平滑性，但具有更硬、限定更明確的邊緣。近年來試圖開發(fā)結(jié)合傳統(tǒng)菲涅耳裝置的功能性和更高光束功效的照明 裝置(光束功效-每消耗一瓦特功率光束所達(dá)到的流明)。然而，與傳統(tǒng)菲涅 耳裝置相比，所述照明裝置以更高的費(fèi)用零售給終端用戶。而且，增加的光 束功效的獲得通常以損失一些其它功能為代價(jià)，例如對用戶可獲得的光束角 度范圍的限制。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，需要既保留傳統(tǒng)裝置當(dāng)前具有的功能同時提供增 加的光束功效的傳統(tǒng)菲涅耳和柔邊凸透鏡照明裝置。還應(yīng)進(jìn)一步理解的是， 需要可引入現(xiàn)有裝置同時提高光束功效而無需投資新型照明裝置的燈具。典型的聚光器系統(tǒng)可描述為該系統(tǒng)具有與以上所述相同的光源和反射 器組合。然而，在這種情況下聚光透鏡靠近光源并位于光源的前面。聚光透 鏡折射射出的光，使光會聚于一點(diǎn)。光圈，通常也稱作"光閘"，安置在接 近射出光線會聚點(diǎn)的位置。所述光閘控制光束的大小和形狀，并且使光束具 有明確限定的"硬"邊。 一旦光束穿過光閘，可使用多個器件使光束具有所 需的特性。例如，同時使用兩個透鏡，所述透鏡可彼此相對移動以改變光束 的傳播，并且改變光束邊緣的柔性程度。常用的其它器件包括能夠改變光束 形狀的光閥(shutter)、為光束著色的濾色片、或者允許光學(xué)系統(tǒng)將圖像投射 在一個適當(dāng)?shù)谋尘盎蚱聊簧系恼诠獍濉Ｅc使用橢球形反射器的替換性裝置相比，聚光器系統(tǒng)通常提供質(zhì)量更 好、更加平滑的光束。然而，橢球形系統(tǒng)的最新進(jìn)展使得它們在許多應(yīng)用中 更被青睞，這主要是因?yàn)楦冗M(jìn)的系統(tǒng)與常規(guī)的聚光器系統(tǒng)相比在操作中具 有更高的光束功效。因此，應(yīng)當(dāng)理解的是，對于可以使用在比現(xiàn)有的聚光器裝置更有利于產(chǎn) 生更好的光束功效的聚光器裝置中、同時保留聚光器裝置是已知的高質(zhì)量光 束分布的燈仍具有需求。所希望的是將聚光器裝置的光束功效提高到與橢球 形裝置光束功效相當(dāng)?shù)乃讲⑶覂?yōu)選超過其水平。多數(shù)本申請描述的各類型的照明系統(tǒng)中，光束必須通過的光圈是圓形。 不論裝置是否屬于菲涅耳或柔邊凸透鏡系列(光圏采取透鏡的形式)，或者不 論裝置是否使用聚光器(光圈采取光閘的形式)，所述光圈均適用。因?yàn)閳A形 光束對照明設(shè)計(jì)者和從業(yè)人員最有用，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解。然而， 在少數(shù)特殊的情況下，也可能希望4殳射非圓形的光束。通常用于例如本申請所述的那些裝置中的光源，可劃分成兩個系列白 熾型和放電型。典型的白熾光源可包括多個螺線纏繞的線圏。這些線圈具有 相等的長度，基本上彼此平行排列并通過連接部分串聯(lián)在一起，本申請中連 接部分被叫做環(huán)線。該線圈通常串連布置在一個或多個平行面上，在各線圈 都存在于一個平面上時，陣列稱為單平面。在具有兩個平行的平面時，陣列 稱為雙平面等等。原則上，可以根據(jù)需要使用任意數(shù)量的線圈平面。由于線 圏長度相等，當(dāng)面對反射器觀看時，燈絲陣列(filament array)的整體形狀為方 形或長方形。清楚地，可用于菲涅耳、柔邊凸透鏡、冷凝器和相關(guān)照明系統(tǒng)的所有已知的光源具有與所需的光束形狀不匹配的形狀，可知這:f又決于光束射出所經(jīng)過的光圏。例如，如果使用方形光源，從光源/反射器組合發(fā)射出的光基本上為方形。當(dāng)這束光通過圓形光圈時，會出現(xiàn)如圖l-3所示的情況。在圖1中， 由燈絲1發(fā)射的方形光束完全地充滿了光圏2。然而，由燈絲3的角落發(fā)射 出的大部分可利用光錯過光圈而被浪費(fèi)。這具有降低光束功效的影響。在圖2中，減小了光源4的尺寸，使得從它發(fā)射的光束完全落入光圈2 限定的區(qū)域內(nèi)。這具有所期望的使通過光圈的光量最大化的效果。然而，因 為不是光圈所有部分都充滿光束，所以這種明顯優(yōu)勢的獲得付出了很大的代 價(jià)。存在光束不足的區(qū)域5。在這樣的情況下，雖然光束將是圓形的形狀， 但對應(yīng)于光圈未充滿的區(qū)域而存在的黑色斑條將使光束的平滑性減弱。在圖3中，顯示出具有所示圓形光圈2的長方形的光柱6。在這種情況 下，在光源3的各個端部有少量的光被浪費(fèi)，但是另外，光圈5也會具有大 量未被填滿的區(qū)域，從而在發(fā)射的光束中還將出現(xiàn)黑色的斑條。由上面的描述應(yīng)該明白需要克服這些缺點(diǎn)的光源。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于白熾燈的燈絲陣列，該燈絲陣列包括多個螺 線纏繞的燈絲部分，所述燈絲部分布置在一個或多個平面內(nèi)，其特征在于所 述燈絲部分具有不同的長度，并且所述陣列接近將由燈發(fā)射的光束的橫截面 形狀。適合于與球形或者近球形的反射器一起使用以產(chǎn)生高強(qiáng)度的光束的燈 為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。所述光柱將經(jīng)過如上設(shè)置的光圏射出。在本發(fā)明 的多數(shù)商業(yè)實(shí)例中，該光圏被想象為圓形的形狀，盡管本發(fā)明也可被假想為 非圓形光束。所述的燈包括光源，當(dāng)從垂直于反射器和光圈的位置觀察時，具有與光 圏非常相似的形狀。組成的陣列。所述線圏布置在沿?zé)舻目v向軸隔開的一個或多個平行的平面 上。當(dāng)從一條垂直于這些平面的位置觀察所述燈絲時，其2維外觀組成基本 上相似于所使用的燈的照明裝置的光圈的形狀。


下面將參考附圖通過實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述圖l顯示已 知的燈絲陣列以及其與基本上在陣列的范圍內(nèi)的第 一 圓形光圏之間的關(guān)系；圖2顯示已知的燈絲陣列以及其與基本上包含整個陣列的第二圓形光圈 之間的關(guān)系；圖3顯示光束的長方形截面以及其與圓形光圈的關(guān)系； 圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的燈絲陣列以及其與圓形光圈的關(guān)系;并且 圖5和6顯示包含根據(jù)發(fā)明的燈絲陣列和部分球形反射器的燈的正視圖 和橫斷面。
具體實(shí)施方式
下面將參考圖4對其中光源為白熾燈絲的本發(fā)明的一個典型實(shí)施方案進(jìn) 行描述。如從垂直于球形反射器的位置所觀察到的，圖4顯示本發(fā)明的單平 面型白熾燈絲陣列的視圖參見圖4，可以看見燈絲陣列包括八個平行的螺線 纏繞線圈部分。外部的燈絲部分7大大短于內(nèi)部的燈絲部分8,同時外部和 內(nèi)部之間的中間部分9、 IO具有中等長度。并且在該圖中顯示的圓圈],]其 代表從這個燈絲陣列發(fā)射的光將必須通過的光圏?？梢钥匆娒總€部分具有超 出圓圈邊界的長度。所發(fā)射的光不會穿過光圈因此將被浪費(fèi)的燈絲比例，對 應(yīng)于燈絲落在圓圏外面的區(qū)域?？梢钥匆妶D4所示燈絲發(fā)射的被浪費(fèi)的光的 比例少于傳統(tǒng)燈絲陣列發(fā)射所浪費(fèi)的，例如圖1,3所示。所以，應(yīng)該理解才艮 據(jù)本發(fā)明的燈絲陣列比現(xiàn)有的陣列效率高。雖然本申請所用的實(shí)例是單平面燈絲，應(yīng)該理解本發(fā)明可等同地應(yīng)用于 雙平面燈絲陣列，甚至具有多于兩個平面的燈絲陣列。當(dāng)與菲涅耳和柔邊凸透鏡光學(xué)器件一起使用時，單平面燈絲陣列通常為優(yōu)選實(shí)施方案，而在希望 更加緊湊的光源尺寸時對于聚光器應(yīng)用雙平面陣列通常是優(yōu)選的。本發(fā)明的燈絲陣列還用于帶有適當(dāng)?shù)囊惑w式光學(xué)器件的燈上，例如聚光 束燈(例如PAR64) 、 MR-系列反光燈(例如MR-16),或帶有適當(dāng)?shù)膬?nèi)接近反 射器(例如BVE)的燈。 一種可能的配置在圖5和6中顯示，其中燈20包含 安裝在部分球形反射器22前面的根據(jù)本發(fā)明的燈絲陣列21。燈絲陣列大致 為圓形，從而優(yōu)化了燈的功效。
權(quán)利要求
1.用于白熾燈的燈絲陣列，其包括多個螺線纏繞的燈絲部分，所述燈絲部分布置在一個或多個平面上，其特征在于燈絲部分具有不同的長度，并且所述陣列接近由燈發(fā)射的光束的橫截面形狀。
2. 如權(quán)利要求1所述的燈絲陣列，其中光束的橫截面形狀基本上是圓形。
3. 燈，包括權(quán)利要求1所述的燈絲陣列和反射器。
4. 如權(quán)利要求3所述的燈，其中所述反射器為球形或部分球形。
全文摘要
一種用于白熾燈的燈絲陣列，其包括布置在一個或多個平面內(nèi)的多個螺線纏繞的燈絲部分(7-10)。所述燈絲部分具有不同的長度，并且所述陣列近似于由燈發(fā)射的光束的橫截面形狀，例如圓圈(11)所示。
文檔編號H01K1/14GK101228610SQ200680027274
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者安德魯·戴維斯, 羅杰·A·休姆 申請人:通用電氣公司