專利名稱：顏色-組合照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將來自產(chǎn)生不同顏色的光束的不同光源的光組合為一個光束的照明裝置。本發(fā)明還涉及顯示裝置和包括這種照明裝置的移動頭。
背景技術(shù)：
因為閘門(通過它發(fā)射光)具有受限的開口面積A并且成像光學(xué)構(gòu)件僅收集來自受限的立體角Ω的光，所以諸如仿形燈或投影儀光學(xué)系統(tǒng)在輸出上受到集光率E = Α*Ω 的限制。對于光源來說能夠以相同的方式計算集光率，其中A為輻射面積，而Ω為光源輻射的立體角?；旧蟽H可以有效地利用與這種類型的光學(xué)系統(tǒng)中的成像光學(xué)構(gòu)件相同或更低集光率的光源。因此，如果光源的集光率與成像系統(tǒng)的集光率緊匹配，則由于光源的集光率大于成像系統(tǒng)的集光率并且因此成像系統(tǒng)不能夠收集到光而使得在利用多個光源來提高光輸出(強(qiáng)度/流明)方面不存在增益。然而，這種情況的例外是當(dāng)光源具有不同顏色時，以及具有僅極少光譜成分的光譜重疊的光譜成分。然后，可以通過布置適當(dāng)設(shè)計的二向色帶通/帶阻(反射)濾波器來組合不同的光源(顏色)。這是LCD投影儀的公知原理，其中“顏色立方體”用于將紅色、綠色和藍(lán)色組合為白色，這種顏色立方體系統(tǒng)示于圖Ib中。對于照明系統(tǒng)而言，還可利用二向色反射器/濾波器的單一薄板來組合紅色、綠色和藍(lán)色，例如圖la、圖Ic和圖Id中所示的照明系統(tǒng)。這種已知的顏色組合器解決方案的一個缺點(diǎn)是不能夠高效地組合具有重疊光譜的光源。白色磷光轉(zhuǎn)換的LED具有目前可獲得的LED的最高的功效并且因此對于有效的顏色混合照明器至關(guān)重要。此外，與簡單的RGB LED解決方案相比，磷光轉(zhuǎn)換的白色和琥珀色 LED發(fā)射的寬光譜能夠有助于提高光輸出的顏色渲染指標(biāo)。已知的顏色組合器的另一缺點(diǎn)是由于光源的三個平面以及要求大量空間的成角度組合器濾波器導(dǎo)致它們的制造的復(fù)雜性。US 7，239，449公開了用于彩色顯示的照明模塊，優(yōu)選地用于數(shù)據(jù)或視頻投影儀以及背投電視機(jī)，其中來自基礎(chǔ)顏色紅色、綠色和藍(lán)色的至少三個發(fā)光二極管(LED)或LED陣列的光在設(shè)置以用于與顯示單元連接并且范圍在照明模塊的光軸上的點(diǎn)處被校準(zhǔn)。束路徑 (Lr)沿顯示單元的方向取向的基礎(chǔ)顏色的LED或LED陣列布置在照明模塊的光軸上。為了顏色混合的目的，其它基礎(chǔ)顏色的LED或LED陣列以這樣的方式附接它們的束路徑(Lg， Lb)在< 90度的輸入角(α，β)按順序橫向輸入到第一基礎(chǔ)顏色的束路徑(Lr)中。例如，W02008/072197公開了與圖Ib中所示的相似的例如顏色立方體系統(tǒng)。 JP2006-139044公開了與圖Ib中所示的顏色立方體系統(tǒng)相似的顏色立方體系統(tǒng)以及利用與圖Ia和圖Ic中所示的系統(tǒng)相似的二向色反射器/濾波器的連續(xù)單薄板的顏色組合系統(tǒng)。W02006/054969圖示了基于類似于圖Ib所示的顏色立方體系統(tǒng)的顏色立方體系統(tǒng)的移動頭燈具以及基于與圖Ia和圖Ic所示的系統(tǒng)相似的二向色反射器/濾波器的連續(xù)單薄板的另一移動頭燈具。發(fā)明概述本發(fā)明的目的是解決上述問題。這可通過如獨(dú)立權(quán)利要求所限定的本發(fā)明來實現(xiàn)，并且在圖示本發(fā)明的附圖的詳述中公開了本發(fā)明的益處和優(yōu)點(diǎn)。附圖簡述圖Ia-Id示出了現(xiàn)有技術(shù)的顏色-組合系統(tǒng)；圖2a_2f示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的簡化的實施方案；圖3-8示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的其它實施方案；圖9示出了包括根據(jù)本發(fā)明的照明裝置的成像裝置的實施方案。發(fā)明詳述圖Ia圖示了由US 7，239，449公開的現(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)IOla并且示出了紅色LED 1，紅色LED 1的光軸位于照明模塊的光軸2上，其中通過會聚透鏡3和4來校準(zhǔn)光束Lr。為了將光束Lr聚焦到未進(jìn)行詳細(xì)描述的光混合視桿的光進(jìn)入表面5上的目的，附加的會聚透鏡6位于束路徑中。會聚透鏡3、4和6為寬帶流明塑料透鏡，每種會聚透鏡均具有至少一個不圓的表面并且以這樣的方式布置在光軸2上會聚透鏡3和4的不圓表面朝向光進(jìn)入表面5取向，并且會聚透鏡6的不圓表面朝向LED 1取向。為了將顏色綠色和藍(lán)色橫向輸入到光軸2上，兩個二向色濾波器7和8布置在會聚透鏡4和6之間，其中二向色濾波器7以這樣的方式布置二向色濾波器將由綠色LED 9 發(fā)射的光束Lg添加到紅色束路徑Lr中。在這種連接中，二向色濾波器8承擔(dān)了將由藍(lán)色 LED 10發(fā)射的光束Lb添加到包括有紅色光束Lr和綠色光束Lg的已經(jīng)混合的束路徑中的功能。綠色LED 9的光軸11和藍(lán)色LED 10的光軸12被放置為相對于紅色LED 1的光軸和/或相對于照明模塊的光軸2的入射角為α和β，其中α和β均為75度。通過綠色LED校準(zhǔn)的光束Lg通過會聚透鏡13和14撞擊到二向色濾波器7上，并且被添加到由二向色濾波器7完全傳送的光束Lr中。與光束Lg的添加相類似，由藍(lán)色LED 10發(fā)射的光束Lb通過會聚透鏡15和16撞擊到二向色濾波器8上，并且與已經(jīng)組合的光束 Lr和Lg —起被偏轉(zhuǎn)到光進(jìn)入表面5中。如之前所述，混合的光束Lr、Lg和Lb借助于會聚透鏡6聚焦到光混合視桿的光進(jìn)入表面5中。二向色濾波器7和8具有抗反射涂層的后表面，因此使得二向色濾波器7完全傳送光束Lr并且通過二向色濾波器8完全傳送光束Lr和Lg。因為實際上是光束Lg和Lb的添加的發(fā)生未導(dǎo)致光損失，二向色濾波器7和8設(shè)置有特殊的薄層系統(tǒng)，這些薄層系統(tǒng)用作長通濾波器。圖Ib示出了包括顏色立方體102的現(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)101b。顏色立方體用于將來自紅色光源103R、綠色光源103G和藍(lán)色光源103B的光組合為白色光束105。顏色立方體102包括“紅色”二向色反射器107，其適于反射紅色光并且傳送其它顏色；以及 “綠色”二向色反射器109，其適于反射綠色光并且傳送其它顏色。因此，紅色二向色反射器和綠色二向色反射器分別反射紅色光和綠色光，而藍(lán)色光將直接通過顏色立方體。結(jié)果是， 依據(jù)增加顏色混合的規(guī)則，輸出的光束看起來為白色。圖Ic示出了顏色組合系統(tǒng)101c，其中來自紅色光源103R、藍(lán)色光源103B和綠色光源103G的光組合為一種光束105。顏色被連續(xù)地添加到一起，而不是用作如圖Ib所示的顏色立方體。首先，利用與如圖Ia中所示相似的綠色二向色反射器將藍(lán)色光和綠色光組合為綠藍(lán)色束111。其次，利用與圖Ia中所示相似的紅色二向色反射器將綠藍(lán)色束111和紅色光組合為白色光束105。圖Id示出了圖Ic中的顏色組合物系統(tǒng)IOld的可行的實施方案。顏色組合系統(tǒng)由主光管115、藍(lán)色光管117B、綠色光管117G和紅色光管117R構(gòu)成的。 利用反射鏡119將來自藍(lán)色光源(未示出)的光導(dǎo)入藍(lán)色光管117B并且與主光管115耦合。利用位于主光管115內(nèi)部的綠色二向色反射器109將來自綠色光源(未示出)的光導(dǎo)入綠色光管117G并且與主光管115耦合。最后，利用位于主光管115內(nèi)部的紅色二向色反射器107將來自紅色光源(未示出)的光導(dǎo)入紅色光管117R中并且與主光管115耦合。由于內(nèi)部反射，光在光管的內(nèi)部穿行?，F(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)的一個主要缺點(diǎn)是如下事實組合后的白色光束表現(xiàn)為白色，但是僅包括紅色、綠色和藍(lán)色光譜成分，因此所得光束的顏色渲染效果非常差。此外， 另一種現(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)需要至少兩個二向色反射器，這增加了顏色組合系統(tǒng)的成本并且由于兩個二向色反射器需要精確且準(zhǔn)確地定位在光學(xué)系統(tǒng)中所以使得制造工藝進(jìn)一步復(fù)雜化。現(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)還使用位于不同位置和取向的3個光源或光源陣列，這為構(gòu)造增加了復(fù)雜度和成本。二向色反射器還需要進(jìn)一步相對于光軸成角度，并且各顏色的光束需要按非常精確的角度以便正確地對準(zhǔn)三個光束來與第一光束耦合。圖2a_2f圖示了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置201的簡化實施方案，其中在所有的圖中照明裝置201a-f包括第一光源陣列203、第二光源陣列209、第一二向色反射器211。第一光源陣列203至少包括第一光源R。所述第一光源R產(chǎn)生具有第一光譜分布的第一光束211B。在圖示的實施方案中，第一光束的光譜分布主要分布在紅色波長內(nèi)并且因此光束對于人來說表現(xiàn)為紅色。第一光束沿著光軸207主要在第一方向上傳播；意味著第一光束205R的傳播向量具有與光軸平行的至少一個分量并且與光軸平行的向量分量大于與光軸垂直的向量分量(在3D中存在其它2個向量)大。在大多數(shù)實施方案中，第一光束和光軸之間的角度小于33度，因為這提供了緊湊型照明裝置并且使得可以進(jìn)一步定位投影系統(tǒng)，投影系統(tǒng)能夠收集沿著光軸的大部分光。在這些實施方案中，沿著光軸主要在第一方向上傳播的第一光束將具有相對于光軸小于33度的角度。在圖示的實施方案中，第一陣列的光源位于使得第一光束205R在光軸處和/或光軸的附近主要在第一方向上傳播。第二光源陣列209至少包括第二光源B，以及第二光源B產(chǎn)生具有第二光譜分布的第二光束205B。在圖示的實施方案中，第二光束的光譜分布不同于第一光束并且主要分布在藍(lán)色波長內(nèi)。第二光束205B主要地以與第一方向相反的第二方向傳播并且還朝向第一光源陣列203的至少一部分傳播；意味著第二光束205B的傳播向量具有與光軸平行的至少一個分量并且與第一光束205R的相類似的分量相比具有相反的方向(以及相反的符號)。 與光軸平行的向量分量比與光軸垂直的向量分量大，意味著綠色光束主要沿著光軸但是在負(fù)方向上穿行。在大多數(shù)實施方案中，第二光束和光軸之間的角度小于33度，如同第一光束的情況，但是第二光束沿著光軸在相反的方向上傳播。在這些實施方案中，沿著光軸主要在第二方向上傳播的第二光束將具有相對于光軸小于33度的角度。如果對于二向色反射器211第二光束尚未定位如下所述的光束中，第二光束還會碰撞/撞擊第一光源陣列203。 在圖示的實施方案中，第二光源陣列205的光源定位使得第二光束205B主要以偏離光軸的第二方向傳播。第一二向色反射器211至少部分地定位在第一光束205R和第二光束205B中。第一二向色反射器211適于傳送第一光束205R的至少部分并且反射第二光束205R的至少部分。將第一二向色反射器定位，使得在第二光束將碰撞第一光源陣列203之前將第二光束反射，以及在被所述至少第一二向色反射器211反射后第二光束205B的至少一部分主要在第一方向上傳播。與前述現(xiàn)有技術(shù)相反，第二光束將在被二向色反射器反射之前既朝向第一光源陣列直接傳播，在被二向色反射器反射后又主要地在第一方向上傳播。在被第一二向色反射器反射后，第一光束205B主要在光軸處和/或光軸的附近第一方向上傳播。因此， 第二光源陣列能在非常接近光軸處定位，以及無需反射具有所得的強(qiáng)度損失的來自第一光源陣列的光，如同已知顏色立方體的情況。結(jié)果是，第一光束205B和第二光束205R兩者沿著光軸205傳播，以及例如通過光間213。第二光束205B直接朝向第二光源陣列傳播，以及因此，將第二光源陣列定位于基本上與第一光源陣列相反，這是有可能的。因此，能將第二光源陣列的光源定位在非?？拷廨S處，以及因此能夠得到非常緊湊的設(shè)計。因此提供非常緊湊型照明系統(tǒng)。圖2b_2f中的照明裝置201b_f進(jìn)一步至少包括第三光源G，第三光源G產(chǎn)生具有第三光譜分布的第三光束205G。在圖示的實施方案中，第三光束的光譜分布不同于第一光束205R和第二光束205B并且主要分布在綠色波長內(nèi)。在圖2b和2c中，第一光源陣列203包括第三光源G，以及三光束205G主要在沿著光軸的第一方向上傳播。在圖2b中，第三光束205G沿著光軸傳播，并且不會碰撞第一二向色反射器211。在圖2c中，通過第二二向色濾波器傳送第三光源205G，所述第二二向色濾波定位于至少部分地在第三光束和第二光束205B中。第二二向色反射器傳送第三光束的至少一部分和反射第二光束的至少一部分，并且在圖示的實施方案中，將第二二向色反射器與第一二向色濾波器集成。因此，圖2c的二向色反射器211適于傳送第一光束205R和第三光束205B兩者，并且適于反射第二光束205B。在圖2c中，將二向色反射器實施為在綠色波長和紅色波長之間具有截止波長(近似495nm)的高通濾波器(針對波長)并且傳送高于截止波長(> 495nm =綠色和紅色光)的波長和反射藍(lán)色光(< 495nm)。在圖2d_2f中，第二光源陣列209包括第三光源G。類似于第二光束205B，第三光束傳播205G主要在朝向第一光源陣列的至少一部分和與第一方向基本上相反的第二方向上傳播。類似于第二光束205B，第三光束205G的至少一部分還通過第一二向色反射器211 被反射，并且在通過第一二向色反射器211反射后，所述第三光束205G的至少一部分主要在第一方向上傳播。圖2d的第一二向色反射器211適于反射第二光束205B和第三光束 205G兩者，以及適于傳送第一光束。因此，在圖2d中，能將二向色反射器實施為在綠色和紅色波長之間具有截止波長(近似620nm)的高通濾波器(針對波長)并且傳送高于截止波長(> 620nm =紅色光)的波長和反射藍(lán)色和綠色光(< 620nm)。圖2e圖示實施方案，其中將第三二向色反射器211定位至少部分地在第一光束中和在第三光束中。第三二向色反射器211傳送第一光束的至少一部分和反射第三光束的至少一部分。在圖2f中，照明裝置201f包括定位在第一光源陣列中的至少第四光源W。所述第四光源W產(chǎn)生具有第四光譜分布的第四光束205W并且沿著如上所述的光軸主要在第一方向上傳播。第四光譜分布為在光譜上寬泛分布的白色光。在該實施方案中，二向色反射器適于以上述相同的方式反射第二和第三光束并且適于傳送第一光束。在圖2f中，第四光束 205W沿著光軸傳播并且不會碰撞到第一二向色反射器211。第四白色光束能用于增加在光閘213處光束輸出的亮度并且進(jìn)一步改善顏色渲染，因為寬的光譜分布將增加第一、第二和第三光束的缺失光譜分量。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置301的另一實施方案。照明裝置包括綠色光源 G的第一陣列303，第一陣列303產(chǎn)生具有綠色光譜分布的第一綠色光束305G(圖示為虛線)。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，雖然僅示出了兩個綠色光束，但是產(chǎn)生了多個綠色光束。綠色光束沿著光軸307主要在第一方向上傳播，意味著綠色光束的傳播向量具有與光軸平行的至少一個分量并且與光軸平行的向量分量比與光軸垂直的向量分量大。因此，綠色光束主要地沿著光軸在第一方向上傳播。光源的第一陣列303進(jìn)一步包括多個藍(lán)色光源，所述藍(lán)色光源產(chǎn)生具有藍(lán)色光譜分布的藍(lán)色光束305B(在本申請中均圖示為虛線)。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，雖然僅示出了兩個藍(lán)色光束，但是產(chǎn)生了多個藍(lán)色光束。藍(lán)色光束沿著光軸307主要在第一方向上傳播，意味著藍(lán)色光束的傳播向量具有與光軸平行的至少一個分量并且與光軸平行的向量分量比與光軸垂直的向量分量大。因此，藍(lán)色光束主要地沿著光軸在第一方向上傳播。照明裝置進(jìn)一步包括光源的第二陣列309。所述光源的第二陣列包括多個紅色光源R，所述紅色光源R產(chǎn)生具有紅色光譜分布的紅色光束305R。本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)識到，雖然僅示出了兩個紅色光束，但是產(chǎn)生了多個紅色光束。紅色光束主要地沿著光軸305在與第一方向相反的第二方向上傳播，意味著紅色光束的傳播向量具有與光軸平行的至少一個分量并且與綠色和藍(lán)色光束的相類似的分量相比具有相反的方向(以及相反的符號)。與光軸平行的向量分量比與光軸垂直的向量分量大。因此，紅色光束主要沿著光軸在第二方向上傳播。也就是說，與藍(lán)色和綠色光束相比，紅色光束沿著光軸在相反的方向上傳播并且還朝向光源的第一陣列。照明裝置還包括定位在綠色、藍(lán)色和紅色光束中的二向色反射器311。在圖示的實施方案中，將二向色反射器實施為藍(lán)綠色旁路濾波器，所述藍(lán)綠色旁路濾波器傳送藍(lán)色和綠色光束以及作為反射紅色光束的紅色反射鏡。結(jié)果是，通過二向色反射器311將綠色和藍(lán)色光束傳送，以及因此，綠色和藍(lán)色光束繼續(xù)沿著光軸朝向光間313傳播。紅色光束初始沿著光軸在與第一方向相反的第二方向上傳播并且遠(yuǎn)離光閘，但是通過二向色反射器反射，因此所述紅色光速定向為沿著光軸在第一方向上朝向光閘。與現(xiàn)有技術(shù)的顏色組合系統(tǒng)相對比，該照明裝置僅使用一個二向色濾波器，因此更加高效并且成本效益更好，因為每個顏色二向色濾波器總是導(dǎo)致強(qiáng)度損失并且能夠?qū)е虏黄谕难苌?。此外，照明裝置不會吸收如現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那么多的能量，因此不需要如現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)那么多的冷卻。另外，可以增加多個光源，而不會超過沿著光閘的光軸定位的成像系統(tǒng)(未示出)的集光率，因為光源產(chǎn)生不同顏色的光束，利用二向色濾波器將這些不同顏色的光束結(jié)合。另外的優(yōu)點(diǎn)是如下事實因為來自第二光源的光束指向第一光源陣列，所以光源能夠非?？拷廨S定位。在圖示的實施方案中，照明裝置包括第一聚合構(gòu)件315，第一聚合構(gòu)件315會聚綠色光束和藍(lán)色光束，以使綠色光束和藍(lán)色光束聚集到沿著光軸的位置處。第一聚合構(gòu)件位于二向色反射器之前，因此藍(lán)色光束和綠色光束在它們被傳送通過二向色反射器之前被衍射。結(jié)果是，紅色光束不通過第一聚合構(gòu)件315偏轉(zhuǎn)。然而，紅色光束通過第二聚合構(gòu)件317 偏轉(zhuǎn)，第二聚合構(gòu)件317適于將紅色光束聚焦到與綠色光束和藍(lán)色光束相同的沿著光軸的位置處(在閘門處)。圖3中所示的照明裝置為球形系統(tǒng)，其中光源的第一陣列的綠色G和藍(lán)色B光源均勻地分布在光軸的周圍，例如按蜂巢式圖案或環(huán)形布置。所示的實施方案的光源為安裝到PCB上或者直接安裝到冷卻模塊處的LED，并且來自LED的光通過每個光源頂部上的TIR 透鏡進(jìn)行校準(zhǔn)。技術(shù)人員將理解的是，還可以使用其它種類的光源，諸如放電燈、熒光燈、 等離子燈、OLED等。例如，光源可以為圍繞光軸的環(huán)形成的光源。而且，可以通過除了 TIR 透鏡之外的其它構(gòu)件來進(jìn)行校準(zhǔn)，例如，反射器、柯勒(Kohler )聚光器、魚眼透鏡或菲涅耳 (Fresnel)透鏡、衍射格柵。在圖示的實施方案中，將第一聚合構(gòu)件實施為菲涅耳透鏡。菲涅耳透鏡將綠色/藍(lán)色光收集到閘門處，基本上菲涅耳透鏡的焦距應(yīng)當(dāng)與自菲涅耳至閘門的光學(xué)距離近似相等。例如，菲涅耳透鏡可以為以聚合物成型的微型菲涅耳透鏡。然而， 還可以使用常規(guī)的透鏡或其它類型的聚合構(gòu)件。第一二向色反射器311與聚合透鏡相鄰定位。例如，二向色反射器可覆蓋到菲涅耳透鏡上，從而將菲涅耳透鏡和二向色反射器集成到一起。將光源的第二陣列的紅色R光源統(tǒng)一地布置在光軸周圍，例如按蜂巢式圖案或環(huán)形布置，如與光源的第一陣列相類似的方式，區(qū)別在于在中間沒有光源以及因此光源穿過在第二光源陣列中的光圈。因此，主要在第一方向上的光傳播將穿過在光源的第二陣列中的光圈。與藍(lán)色和綠色光源類似，將紅色光源R實施為安裝到PCB上的LED，并且來自LED 的光通過每個光源頂部上的TIR透鏡進(jìn)行校準(zhǔn)。技術(shù)人員將理解的是，還可以使用其它種類的光源，諸如放電燈、熒光燈、等離子燈、OLED等。將第二聚合構(gòu)件實施為形成環(huán)的菲涅耳透鏡，所述菲涅耳透鏡通過二向色反射器將紅色光收集到間門處。第二菲涅耳透鏡的焦距應(yīng)該與自通過向色反射器的菲涅耳透鏡至閘門的光學(xué)距離近似相等。在該實施方案中，將紅色光源布置在具有至閘門的最長光徑的光源平面中，如將使用K2 LED，其中紅色模具小于InGan 藍(lán)色和綠色LED。這導(dǎo)致來自紅色光源從TIR透鏡里的更小的偏離的半角。但是當(dāng)在閘門中的光點(diǎn)近似等于2f θ時，對于紅色模具菲涅爾的更長的焦距f補(bǔ)償紅色模具的更小的尺寸，以及改善顏色分布。紅色、綠色和藍(lán)色LED 典型地在范圍630nm、525nm和455nm中分別具有主要波長(具有在綠色和紅色之間最大分離)，使得與也需要兩個濾波器斜面(長通和短通)來工作的綠色+紅色濾波器藍(lán)色反射鏡或紅色+藍(lán)色濾波器綠色反射鏡相比，將它更容易和更有效地制造為綠色+藍(lán)色濾波器紅色二向色反射器。當(dāng)2f θ小于或等于閘門直徑時，獲得最佳的效率。所以如果使用不同的模具尺寸，應(yīng)該將這點(diǎn)考慮到，使得來自不同的LED的光點(diǎn)尺寸在尺寸上相匹配。用不同 TIR直徑和形狀的從TIR中通過調(diào)節(jié)f或通過調(diào)節(jié)θ能夠?qū)⑵溥M(jìn)行。本領(lǐng)域所公知的是，能夠通過改變光源相對于彼此的強(qiáng)度來改變在閘門處組合的輸出光束的顏色，例如，通過改變通過LED的電流或者使用PWM技術(shù)。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置401的另一實施方案。照明裝置401與圖3中的照明裝置301的不同在于，光源的第一陣列包括白色光源W，所述白色光源W發(fā)射具有寬的光譜分布的光，因此呈現(xiàn)白色。白色光405W(實線)束通過聚合構(gòu)件315并且聚焦在沿著光軸的點(diǎn)上。因為寬的光譜分布增加了從紅色、綠色和藍(lán)色光源中缺失的光譜成分，白色光源使得這成為可能增加組合的輸出光在間門處的亮度以及能夠進(jìn)一步改善組合的輸出光束的顏色渲染。在圖示的實施方案中，白色光源W為白色LED ；然而，技術(shù)人員將能夠使用其它類型的白色光源，例如放電燈、熒光燈、等離子燈、磷光材料將UV光轉(zhuǎn)換為可視光的 UV LED、鹵素?zé)舻?。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置501的另一實施方案。在該實施方案中，在圖 4中介紹的第四白色光源為定位在反射器504內(nèi)部的放電燈或等離子燈503。在該實施方案中，因為反射器504被設(shè)計為聚集白色光束，第一聚合構(gòu)件的中部已被移除。進(jìn)一步圖示的是，光源的第二陣列包括綠色光源以及光源的第一陣列包括藍(lán)色和紅色光源。在該實施方案中，二向色反射器511是反射綠色光和傳送其它顏色的綠色反射器。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置601的另一實施方案。在該實施方案中，將第一聚合構(gòu)件615與TIR透鏡集成，所述TIR透鏡與光源303的第一陣列的光源相關(guān)。將第二聚合構(gòu)件617以類似的方式與TIR透鏡集成，所述TIR透鏡與光源309的第二陣列的光源相關(guān)。TIR透鏡可設(shè)計為非對稱的以及專門針對每種直徑和距離進(jìn)行設(shè)計，從而將光直接聚集到閘門處。以這種方式，能夠避免菲涅爾透鏡(圖4的315)和一些強(qiáng)度的損失。還可以使用不同尺寸和形狀的TIR透鏡，以便補(bǔ)償光源的輻射模式的差別以及至閘門的光徑長度，因此進(jìn)行優(yōu)化以便仍實現(xiàn)良好的顏色混合。另外要注意的是，光源的第二陣列包括紅色和藍(lán)色光源兩者，以及因此，二向色反射器611適于反射紅色和藍(lán)色光。因此，在該實施方案中，光源的第一陣列包括綠色和白色光源。由于綠色LED經(jīng)常具有比紅色和藍(lán)色LED更低的強(qiáng)度的事實，綠色光源的數(shù)量多于藍(lán)色和紅色光源的數(shù)量。綠色光源的增加的數(shù)量將補(bǔ)償這點(diǎn)。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的照明裝置701的另一實施方案。在該實施方案中，將第一光源陣列的光源B和W相對于垂直于光軸的平面傾斜，以及將第一光源陣列的光源B和W 設(shè)計為將光點(diǎn)直接聚焦閘門內(nèi)，而不是準(zhǔn)直。以這種方式能避免菲涅爾透鏡(圖4的315) 和一些強(qiáng)度的損失。以類似的方式第二陣列的光源R和G相對于垂直于光軸的平面傾斜。 此外，在各平面的所有透鏡能夠具有相同的設(shè)計和旋轉(zhuǎn)對稱。另外要注意的是，光源的第二陣列包括紅色和綠色光源兩者，以及因此，二向色反射器711適于反射紅色和綠色光。因此，在該實施方案中，光源的第一陣列包括藍(lán)色和白色光源。在圖示的實施方案中，將光源定位在相對于光軸的圓形(曲線)平面上，然而還能定位在與光軸垂直的平面上并且因此相應(yīng)地調(diào)節(jié)傾斜的量。注意的是，所示的實施方案僅作為可行方案的示意性實施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)構(gòu)造出可選的方案。例如，系統(tǒng)還可以包括與圖中所示的 TIR透鏡不同的準(zhǔn)直光學(xué)構(gòu)件。例如，系統(tǒng)還可以包括與圖中所示的TIR透鏡不同的準(zhǔn)直光學(xué)構(gòu)件。例如，能夠使用作為反射器的柯勒聚光器或不同的魚眼透鏡，或者這些構(gòu)件的任意組合。二向色反射器能夠由膠粘到第一聚合構(gòu)件(圖4中的菲涅爾透鏡315)的平面?zhèn)鹊妮^小件制成，使涂層側(cè)朝向閘門。使用當(dāng)來自第一光源陣列的光經(jīng)過聚合構(gòu)件和二向色反射器時能夠減少反射和損耗的折射率匹配膠粘構(gòu)件。通過限制在需要朝向閘門反射來自第二光源陣列的光的位置處設(shè)置二向色材料，能夠進(jìn)一步減少二向色材料的量?？梢葬槍λ褂玫牟ㄩL以及二向色反射器上的光入射角來進(jìn)一步優(yōu)化二向色反射器。通過這種方式
10來優(yōu)化二向色反射器的效率。第一聚合構(gòu)件(在圖4中的菲涅爾透鏡315)在中間能夠為開口的，以及能將與光源的第一陣列的中心LED相關(guān)的中心TIR透鏡設(shè)計為將光收集至閘門內(nèi)。由于在第一聚合構(gòu)件和第一陣列的中心光源之間的反射，這會減少反射損失。還能將第一和/或第二聚合構(gòu)件(315，317)的不同部件專門設(shè)計為改善在閘門處的顏色混合和輸出?？梢远喾N不同的方式來組合在第一和第二光源陣列處的不同光源的顏色，并且在兩個光源陣列中還可以包括等同的光源。例如，另外的例子可以為，光源的第一陣列包括白色光源的外環(huán)，或光源的顏色圍繞光軸成球形交變。一些光束在沿著光軸被反射之前還可以經(jīng)歷兩個光源陣列之間的多重反射。這種照明裝置801示于圖8中，其中第一光源陣列 303包括藍(lán)色光源B，其中光束305B首先經(jīng)過聚合構(gòu)件，所述聚合構(gòu)件適于將藍(lán)色光束聚集到近似閘門處。此后，藍(lán)色光305B在位于光源的第二陣列前方的二向色反射器811b上被反射。二向色反射器811b進(jìn)一步傳送由紅色光源R發(fā)射的紅色光束(為簡化未示出)。 然后，藍(lán)色光束通過位于第一光源陣列前方的二向色反射器811a反射并且沿著光軸引導(dǎo)。 二向色反射器811a適于反射藍(lán)色光束和紅色光束并且進(jìn)一步傳送綠色光束(為簡化未示出)。對于集光率受限制的應(yīng)用來說，光源可以為未封裝的LED模具。這忽視了如下事實具有折射率“匹配”材料的模具的封裝增加了抽出效率。這是因為，由于封裝物的折射率升高至2的平方，也增大了光源的集光率。對于具有近似1. 5的折射率的硅樹脂，這意味著光源的集光率按2. 25的系數(shù)增加，并且可以使用的光源的數(shù)量按相同的數(shù)量減少。圖9圖示包括根據(jù)本發(fā)明照明裝置901的投影系統(tǒng)900。圖9a是投影系統(tǒng)的后視透視圖以及9b是投影系統(tǒng)的前視透視圖。投影系統(tǒng)900包括照明裝置901和束成形和成像系統(tǒng)902。照明裝置901產(chǎn)生朝著束成形和成像系統(tǒng)902傳播的光束(未示出)。將束成形和成像系統(tǒng)902作為形成光束和將光束投影至表面的GOBO系統(tǒng)圖示。 束成形和成像系統(tǒng)902包括作為本領(lǐng)域已知的娛樂照明裝置的GOBO 904和成像光學(xué)構(gòu)件
906。成像光學(xué)構(gòu)件收集通過GOBO904成形的光束并且為了將GOBO聚焦在表面上是可沿著光軸移動的。照明裝置901包括光源903的第一陣列，所述光源903的第一陣列包括安裝在PCB 903上和被TIR透鏡905覆蓋的多個LED (隱藏在TIR透鏡下)。將聚合物微菲涅爾透鏡 907安裝在臨近TIR透鏡，然后將環(huán)形的二向色反射器909安裝在臨近聚合物微菲涅爾透鏡
907。照明裝置還包括光源的第二陣列，所述光源的第二陣列包括安裝在環(huán)形的PCB913上和被TIR透鏡915覆蓋的多個LED (隱藏在TIR透鏡后)。將環(huán)形的菲涅爾透鏡進(jìn)一步定位臨近于光源的第二陣列的透鏡915。因此，圖示的照明裝置是在圖3和4所示的照明裝置的可能的實施方案。將照明裝置的組件安裝在外殼917(僅示出一半的外殼)中，例如通過將組件的一部分定位和固定在外殼的內(nèi)側(cè)處的槽中。將外殼設(shè)置具有散熱片919，所述散熱片919適于驅(qū)散來自連接至軛架的光學(xué)組件的熱量。能夠?qū)⑼队跋到y(tǒng)并入移動頭燈具中，所述移動頭燈具包括基座、可旋轉(zhuǎn)連接至所述基座的軛架和可旋轉(zhuǎn)連接至所述軛架的頭部。還能夠?qū)⑼队跋到y(tǒng)用在顯示器系統(tǒng)中，在這種情況下，將數(shù)字成像組件替代GOBO903，其中通過成像系統(tǒng)提供圖像。例如，數(shù)字成像組件能夠為DMD、DLP、IXD或LC0S。為了將這些數(shù)字成像組件集成到系統(tǒng)，顯示器系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何調(diào)試投影系統(tǒng)900。

圖10為移動頭燈具1001的透視圖，其中根據(jù)本發(fā)明的照明裝置已經(jīng)集成到頭部中。移動頭燈具1001包括基座1003、與所述基座可旋轉(zhuǎn)連接的軛架1005以及與軛架可旋轉(zhuǎn)連接的頭部1007。頭部包括根據(jù)本發(fā)明的照明裝置并且產(chǎn)生通過退出透鏡1009退出頭部的光束(未示出)。移動頭燈具包括第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，例如，通過利用位于基座中的電動機(jī)使與軛架連接的軸旋轉(zhuǎn)，所述第一旋轉(zhuǎn)構(gòu)件使得軛架相對于基座旋轉(zhuǎn)。移動頭燈具還包括第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，例如，通過利用位于軛架中的電動機(jī)使與頭部連接的軸旋轉(zhuǎn)，所述第二旋轉(zhuǎn)構(gòu)件使得頭部相對于軛架旋轉(zhuǎn)。技術(shù)人員將理解的是，可以利用諸如電動機(jī)、軸、齒輪、電纜、鏈輪、變速系統(tǒng)等機(jī)械部件通過多種不同的方式來構(gòu)造旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。移動頭燈具接收來自外部電源的電力。電力由內(nèi)部電源接收，所述內(nèi)部電源適配電力并且通過內(nèi)部電力先例將電力分配到移動頭的子系統(tǒng)。能夠以多種不同的方式來構(gòu)造內(nèi)部電力系統(tǒng)。燈具還包括控制器，所述控制器基于表示至少一個燈光效果參數(shù)和至少一個位置參數(shù)的輸入信號來控制燈具中的其它部件(其它子系統(tǒng))?？刂破魍ㄟ^使用例如 DMX、ArtNET, RDM等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接收來自智能娛樂燈光技術(shù)領(lǐng)域公知的燈控制器(未示出) 的輸入信號。燈光效果參數(shù)表示所述光束的至少一個燈光效果參數(shù)，例如，光束的調(diào)光量和 /或調(diào)光速度，CMY系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)混合的顏色，顏色濾波器系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)定位在光束中的顏色濾波器的種類和/或遮光板系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)定位在光束中的遮光板的種類，燈具應(yīng)當(dāng)利用縮放系統(tǒng)形成的光束的發(fā)散度，表示從透鏡到遮光板效果應(yīng)當(dāng)成像的表面的距離的焦距，等等?？刂破鬟m于通過內(nèi)部通信線路將命令和指令發(fā)送到移動頭的不同子系統(tǒng)。內(nèi)部通信系統(tǒng)可基于各種類型的通信網(wǎng)絡(luò)/系統(tǒng)。移動頭還可具有用戶輸入構(gòu)件，所述用戶輸入構(gòu)件使用戶能夠與移動頭直接交互，而不是使用燈控制器與移動頭進(jìn)行通信。例如，用戶輸入構(gòu)件1011可以為按鈕、控制桿、觸摸板、鍵盤、鼠標(biāo)等。用戶輸入構(gòu)件還可由顯示器1013支撐，使得用戶能夠利用用戶輸入構(gòu)件通過顯示器上所顯示的菜單系統(tǒng)來與移動頭進(jìn)行交互。在一個實施方案中，顯示構(gòu)件和用戶輸入構(gòu)件還可集成為觸摸屏。
1權(quán)利要求
1.一種照明裝置，包括第一光源陣列，至少包括第一光源；所述第一光源產(chǎn)生具有第一光譜分布的第一光束； 所述第一光束主要地沿著光軸在第一方向上傳播；第二光源陣列，至少包括第二光源，所述第二光源產(chǎn)生具有所述第二光源的第二光束；至少一種第一二向色反射器至少部分地定位在所述第一光束和所述第一光束中；所述第一二向色反射器傳送所述第一光束的至少一部分和反射所述第二光束的至少一部分；其特征在于所述第二光束主要地沿著所述光軸在基本上與所述第一方向相反的第二方向上傳播， 并且朝向所述第一光源陣列的至少一部分；在被所述至少一種第一二向色反射器反射后，所述第二光束的至少一部分主要地在所述第一方向上傳播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明裝置，其特征在于，所述第二光源陣列的所述第二光源是均勻地分布在所述光軸周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2所述的照明裝置，其特征在于，所述第二光源陣列是球形地分布在所述光軸周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2至3所述的照明裝置，其特征在于，所述光軸穿過在所述第二光源陣列中的光圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的照明裝置，其特征在于，所述照明裝置至少包括產(chǎn)生具有第三光譜分布的第三光束的第三光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明裝置，其特征在于，所述第一光源陣列包括所述第三光源并且所述第三光束主要地沿著所述光軸在所述第一方向上傳播。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明裝置，其特征在于，至少包括第二二向色反射器，所述第二二向色反射器至少部分地定位在所述第三光束和所述第二光束中；所述第二二向色反射器傳送所述第三光束的至少一部分和反射所述第二光束的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明裝置，其特征在于所述第二光源陣列包括所述第三光源以及所述第三光束主要地朝著所述第一光源陣列的至少一部分在所述第二方向上傳播，并且基本上與所述第一方向相反；在被所述第一二向色反射器反射后，所述第三光束的至少一部分主要地在所述第一方向上傳播，所述第一二向色反射器還反射所述第三光束的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求8所述的照明裝置，其特征在于所述第二光源陣列包括所述第三光源，以及所述第三光束主要地朝向所述第一光源陣列的至少一部分在所述第二方向上傳播，并且與所述第一方向基本上相反；在至少被第三二向色反射器反射后，所述第三光束的至少一部分主要地在所述第一方向上傳播，所述第三二向色反射器至少部分地定位在所述第一光束和所述第三光束中；所述第三二向色反射器傳送所述第一光束的至少一部分以及反射所述第三光束的至少一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9所述的照明裝置，其特征在于，光源的至少所述第一陣列至少包括產(chǎn)生具有第四光譜分布的第四光束的第四光源，所述第四光束主要地在所述第一方向上傳播以及所述第四光譜分布是在光譜上寬泛分布的白色光。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10所述的照明裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括聚合構(gòu)件，所述聚合構(gòu)件從所述第一光源陣列或所述第二光源陣列中聚合所述光束的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11所述的照明裝置，其特征在于，所述二向色反射器的至少一種基本上是垂直于第一方向。
13.一種投影裝置，包括 數(shù)字成像裝置；成像系統(tǒng)，適于將來自所述數(shù)字成像裝置的圖像投影在表面； 其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1-12所述照明裝置，以及在于所述照明裝置照明所述數(shù)字成像裝置的至少一部分。
14.一種移動頭燈具，包括基座；與所述基座連接的可旋轉(zhuǎn)的軛架； 與所述軛架連接的可旋轉(zhuǎn)的頭部；其特征在于所述頭部包括根據(jù)權(quán)利要求1-12所述照明裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的移動頭燈具，其特征在于，進(jìn)一步包括束成形裝置以及成像系統(tǒng)適于將所述適于投影在表面，并且在于所述照明裝置照明所述束成形裝置的至少一部分。
16.一種照明的方法，包括下列步驟 使具有第一光譜分布的第一光束產(chǎn)生；將所述第一光束引導(dǎo)主要地沿著光軸在第一方向上； 使具有第二光譜分布的第二光束產(chǎn)生； 將所述第一光束的至少一部分傳送通過二向色反射器； 其特征在于所述方法進(jìn)一步包括下列步驟將所述第二光束引導(dǎo)在基本上與所述第一方向相反的第二方向上，并且朝著產(chǎn)生所述第一光束的光源；使用所述二向色反射器將所述第二光束的至少一部分反射和引導(dǎo)主要地在所述第一方向上。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明裝置，所述照明裝置包括第一光源陣列，所述第一光源陣列至少包括第一光源；所述第一光源產(chǎn)生具有第一光譜分布的第一光束；所述第一光束主要地沿著光軸在第一方向傳播；第二光源陣列至少包括第二光源，所述第二光源產(chǎn)生具有第二光譜分布的第二光束；至少第一二向色反射器至少部分地定位在所述第一光束和所述第二光束中；所述第一二向色反射器傳送所述第一光束的至少一部分以及反射所述第二光束的所述第二光束；所述第二光束朝向所述第一光源陣列的至少一部分在第二方向上傳播，并且至少基本上與所述第一方向相反；在被所述至少第一二向色反射器反射后，所述第二光束的至少一部分主要地在所述第一方向上傳播。
文檔編號F21S8/04GK102472897SQ201080031189
公開日2012年5月23日 申請日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者D·T·喬治森 申請人:馬丁專業(yè)公司