本發(fā)明整體涉及照明裝備和照明設(shè)備的領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及用于在照明設(shè)備中使用的聚光器和包括該聚光器的照明設(shè)備。

背景技術(shù)：

光源(例如，能夠發(fā)射具有相對高的亮度和/或強度的光的照明配件、照明器材或燈具)在各種應(yīng)用中是相關(guān)的。這樣的應(yīng)用可以包括但不限于聚光照明、舞臺照明、頭燈和數(shù)字光投影。用于增加由光源發(fā)射的光的亮度和/或強度的各種方式在本領(lǐng)域中是已知的。例如，諸如發(fā)光二極管(LED)的多個發(fā)光元件可以布置在具有相對小的開口的光混合箱中，或借助于所謂的藍寶石棒可以生成藍光。然而，本領(lǐng)域仍然需要用于實現(xiàn)能夠提供具有相對高亮度和/或強度的光的光源的改進或備選方式。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述，本發(fā)明關(guān)注于提供能夠發(fā)射具有相對高的亮度和/或強度的光的光源。

為了解決這個問題和其它問題中的至少一個，提供了根據(jù)獨立權(quán)利要求的聚光器和照明設(shè)備。優(yōu)選實施例由從屬權(quán)利要求限定。

根據(jù)第一方面，提供了一種聚光器，其包括被配置為發(fā)射光的至少一個照明元件。聚光器包括光學(xué)濾光器或光學(xué)元件，被布置以經(jīng)由光入耦合表面來接收具有在選擇波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光，并且被配置為在入射在光入耦合表面上的光具有在所選擇的波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將入射在光入耦合表面上的光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器并經(jīng)由光出耦合表面輸出光。光學(xué)濾光器被配置為使得波長透射帶的特性至少部分地取決于入射在光入耦合表面上的光的入射角。光學(xué)濾光器被配置為使得針對入射在光入耦合表面上的光的所選擇的一個或多個入射角的波長透射帶至少部分地與波長發(fā)射帶重疊，由此具有入射角(等于光的所選擇的一個或多個入射角或在光的所選擇的一個或多個入射角內(nèi))的入射在光入耦合表面上的光被透射通過光學(xué)濾光器。

聚光器還包括光重定向元件，光重定向元件具有光重定向表面，光重定向表面相對于光學(xué)濾光器的光出耦合表面基本上平行布置，以接收經(jīng)由光學(xué)濾光器的光出耦合表面出耦合的光中的至少一些。光重定向表面被配置為重定向撞擊在光重定向表面上的光。聚光器還包括光引導(dǎo)區(qū)域，光引導(dǎo)區(qū)域至少由光重定向表面和光出耦合表面來界定，并且光引導(dǎo)區(qū)域用于將經(jīng)由光學(xué)濾光器的光出耦合表面出耦合的光朝向至少一個光出射區(qū)域引導(dǎo)，至少一個光出射區(qū)域被布置為基本上垂直于光出耦合表面，并且光可以經(jīng)由至少一個光出射區(qū)域離開聚光器。

根據(jù)一個示例，聚光器可以包括波長選擇元件，該波長選擇元件被布置為接收已由至少一個照明元件發(fā)射的光的至少一部分，并且被配置為響應(yīng)于此，輸出具有在所選擇的波長帶內(nèi)的波長的光，其中光學(xué)濾光器被布置為接收由波長選擇元件輸出的光的至少一部分。如下面將進一步描述的，波長選擇元件可以例如包括被配置為或能夠發(fā)射具有在相對窄的波長透射帶內(nèi)的波長的光的、或者特征在于相對窄的發(fā)射特性的發(fā)光材料、磷光體或任何其它材料或元件。

光學(xué)濾光器包括光學(xué)元件或者由光學(xué)元件構(gòu)成，其波長透射帶的特性至少部分地取決于入射在光學(xué)元件上的光的入射角。這種特性可以例如借助于光學(xué)濾光器來實現(xiàn)，該光學(xué)濾光器包括多層反射器和/或二向色反射器或由多層反射器和/或二向色反射器構(gòu)成。

本發(fā)明的實施例的原理利用至少一個照明元件(如上所述的可能與波長選擇元件組合)和如上所述的光學(xué)濾光器的組合，以使得光學(xué)濾光器的波長透射帶與至少一個照明元件或可能的波長選擇元件的波長發(fā)射帶匹配(例如，使得在波長透射帶和波長發(fā)射帶之間存在完全重疊或部分重疊，或者反之亦然)，使得基本上只有具有特定入射角或在特定入射角間隔內(nèi)的光被透射通過光學(xué)濾光器。以這種方式，從光學(xué)濾光器透射的光可以(例如，相對于光學(xué)濾光器的光出耦合表面的法向量)基本上僅在特定角度范圍內(nèi)。因此，可以實現(xiàn)從光學(xué)濾光器輸出的光束的相對高的準直度或從光學(xué)濾光器輸出的光場的方向性的相對高的均勻性。例如，從光學(xué)濾光器輸出的準直光可以從光重定向表面反射，光重定向表面改變準直光的方向，使得準直光可以在光引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)朝向至少一個光出射區(qū)域被引導(dǎo)或傳送，準直光可以在至少一個光出射區(qū)域離開聚光器。由此，可以實現(xiàn)離開聚光器的相對高強度的光，可能同時在至少一個光出射區(qū)域處保持或基本保持相對于從光學(xué)濾光器輸出的光的光學(xué)擴展量。

至少一個照明元件可以被配置為發(fā)射具有窄光譜峰的光，該窄光譜峰具有小于約30nm、或小于約20nm、或小于約10nm、或小于約5nm的半高全寬。使得其被配置為發(fā)射具有小于約30nm、或小于約20nm、或小于約10nm的半高全寬的光的至少一個照明元件的配置，可以特別地用于波長選擇元件被省略的情況。至少一個照明元件可以例如包括固態(tài)光發(fā)射器或由固態(tài)光發(fā)射器構(gòu)成。固態(tài)光發(fā)射器的示例包括無機發(fā)光二極管(LED)、有機LED(OLED)和激光器(二極管)。

聚光器可以包括多個照明元件。當(dāng)采用多個照明元件時，照明元件可以被“分倉”，使得光譜光峰重疊。照明元件的光譜光峰的最大強度之間的距離優(yōu)選地不大于約10nm、或不大于約5nm、或不大于約2nm。

根據(jù)一個示例，波長選擇元件可以被配置為使得由波長選擇元件輸出的光具有小于約30nm、或小于約20nm、或小于約10nm、或小于約5nm的半高全寬。如上所提及的，波長選擇元件可以例如包括被配置為或能夠發(fā)射具有在相對窄的波長透射帶內(nèi)的波長的光的、或者特征在于相對窄的發(fā)射特性的發(fā)光材料、磷光體或任何其它材料或元件。

要理解，可能可以存在中間部件，中間部件被布置在至少一個照明元件和波長選擇元件之間、和/或在波長選擇元件和光學(xué)濾光器之間、或者在至少一個照明元件和光學(xué)濾光器之間。這樣的中間部件可以例如包括一些中間光學(xué)耦合或連接裝置等。因此，至少一個照明元件和波長選擇元件可以相對于彼此布置，使得波長選擇元件可以直接或間接地接收已由至少一個照明元件發(fā)射的光的至少一部分。波長選擇元件和光學(xué)濾光器可以相對于彼此布置，使得光學(xué)濾光器可以直接或間接地接收已由波長選擇元件輸出的光的至少一部分。至少一個照明元件和光學(xué)濾光器可以相對于彼此布置，使得光學(xué)濾光器可以直接或間接地接收已由至少一個照明元件輸出的光的至少一部分。

如上所述，光學(xué)濾光器可以例如包括多層反射器和/或二向色反射器。

光學(xué)濾光器原則上可以具有任何形狀。依賴于聚光器的諸如光重定向元件的其它部件的形狀，光學(xué)濾光器的形狀可以例如是平面形狀，這可以便于實現(xiàn)相對平坦的聚光器或光發(fā)射設(shè)備。

如前所述，波長選擇元件可以例如包括發(fā)光材料，發(fā)光材料可以被配置為吸收由至少一個照明元件發(fā)射的光的至少一部分，并響應(yīng)于此(即，響應(yīng)于接收或吸收光)輸出或發(fā)射具有在所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。所輸出的光優(yōu)選地具有小于約30nm、或小于約20nm、或小于約10nm、或小于約5nm的半高全寬。發(fā)光材料可以例如包括選自以下項的組的至少一種元素：量子限制結(jié)構(gòu)、鑭系元素復(fù)合物、稀土金屬元素和所謂的磷光體。

光學(xué)濾光器可以被配置為使得針對入射在光入耦合表面上的光的所選擇的一個或多個入射角的波長透射帶與波長發(fā)射帶至少部分重疊，由此具有入射角(等于光的所選擇的一個或多個入射角或在光的所選擇的一個或多個入射角內(nèi))的入射在光入耦合表面上的光可以透射通過光學(xué)濾光器，使得經(jīng)由光出耦合表面輸出的光相對于垂直于光出耦合表面的方向成角度地輸出。因此，光學(xué)濾光器可以被調(diào)諧或被配置為使得光從光出耦合表面相對于光出耦合表面非垂直地輸出，或者與垂直于光出耦合表面的方向不平行地輸出。

根據(jù)一個示例，波長選擇元件可以包括多個波長選擇部分，多個波長選擇部分被布置為接收由至少一個照明元件發(fā)射的光的至少一部分，并且被配置為響應(yīng)于此而輸出具有在所選擇的相應(yīng)波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。

光學(xué)濾光器可以包括多個部分。

光學(xué)濾光器的每個部分可以對應(yīng)于波長選擇部分。光學(xué)濾光器的每個部分可以被布置為經(jīng)由光入耦合表面接收由波長選擇部分輸出的光的至少一部分，并且被配置為在入射在光入耦合表面上的光具有在所選擇的相應(yīng)波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將入射在光入耦合表面上的光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器，并經(jīng)由光出耦合表面輸出光。

聚光器可以包括多個波長選擇元件和多個光學(xué)濾光器。多個光學(xué)濾光器中的每一個可以對應(yīng)于多個波長選擇元件中的一個，或者反之亦然。

例如諸如上面關(guān)于第一方面所描述的，多個光學(xué)濾光器中的每一個和多個波長選擇元件中的對應(yīng)的一個可以被布置和被配置為彼此結(jié)合操作。

因此，聚光器可以包括波長選擇元件-光學(xué)濾光器對的多個設(shè)置。

聚光器可以包括多個照明元件，每個照明元件可以被配置為或能夠(可能彼此獨立地)發(fā)射光。

光重定向表面與光出耦合表面平行或基本上平行?；旧掀叫幸馕吨庵囟ㄏ虮砻婧凸獬鲴詈媳砻嬷g的角度相對小，諸如在0度和20度之間的范圍內(nèi)、或者在0度和10度之間的范圍內(nèi)。根據(jù)一個示例，光重定向表面可以與光出耦合表面成角度布置，其中該角度可以例如為20度或更小。通過將光重定向表面相對于光出耦合表面成角度布置或反之亦然，可以便于或甚至使得能夠?qū)⒃诠庖龑?dǎo)區(qū)域中被引導(dǎo)的光傳播、引導(dǎo)或傳送至至少一個光出射區(qū)域。

光重定向元件可以例如包括反射光散射元件。根據(jù)一個示例，光重定向元件可以備選地或者附加地包括發(fā)光材料。可以包括在光重定向元件中的發(fā)光材料可以例如選自在量子限制結(jié)構(gòu)、鑭系元素復(fù)合物、稀土金屬元素和磷光體的組中的一個或多個元素。根據(jù)一個示例，光重定向元件可以備選地或者附加地包括衍射元件。根據(jù)另一示例，光重定向元件可以備選地或者附加地包括折射元件。折射元件和/或衍射元件可以耦合或連接到(直接地或間接地，例如經(jīng)由一些中間光學(xué)耦合裝置)鏡面反射元件。折射元件和/或衍射元件可以被布置為接收經(jīng)由光出耦合表面出耦合的光中的至少一些光。

光重定向元件原則上可以具有任何形狀。依賴于聚光器的其它部件(諸如光學(xué)濾光器)的形狀，光重定向元件的形狀可以例如是平面形狀，以便于實現(xiàn)相對平坦的聚光器或光發(fā)射設(shè)備。光重定向表面和/或光出耦合表面可以是平坦的或基本上平坦的。

如前所述，聚光器可以包括多個波長選擇元件和多個光學(xué)濾光器，其中多個光學(xué)濾光器中的每一個可以對應(yīng)于多個波長選擇元件中的一個，并且例如諸如上面參照第一方面所描述的，多個光學(xué)濾光器中的每一個和多個波長選擇元件中的對應(yīng)的一個可以被布置和被配置為彼此結(jié)合操作。

根據(jù)一個示例，聚光器可以包括多個光重定向元件。多個光重定向元件中的每一個可以對應(yīng)于多個光學(xué)濾光器中的一個。多個光重定向元件中的每一個可以具有光重定向表面，光重定向表面相對于對應(yīng)的光學(xué)濾光器的光出耦合表面布置，以接收經(jīng)由對應(yīng)的光學(xué)濾光器的光出耦合表面出耦合的光中的至少一些，并且光重定向表面被配置為重定向撞擊在光重定向表面上的光。

聚光器可以包括多個光引導(dǎo)區(qū)域，每一個光引導(dǎo)區(qū)域可以至少由多個光重定向表面中的一個和對應(yīng)的光出耦合表面界定，用于將經(jīng)由光出耦合表面出耦合的光朝向至少一個光出射區(qū)域引導(dǎo)，光可以經(jīng)由至少一個光出射區(qū)域離開聚光器。

因此，聚光器可以包括若干光引導(dǎo)區(qū)域，從每個光引導(dǎo)區(qū)域可以實現(xiàn)或完成離開聚光器的光的相對高的強度，可能同時在光出射區(qū)域處保持或基本保持相對于從相應(yīng)光學(xué)濾光器輸出的光的光學(xué)擴展量。

在本申請的上下文中，術(shù)語聚光器通常是指如下結(jié)構(gòu)、組件或布置，其收集或接收光并(至少)在空間上(重新)分布光，使得在光可以從其離開聚光器的空間中的期望的位置處，光強度被集中或增加。

光引導(dǎo)區(qū)域可以對預(yù)期從光學(xué)濾光器輸出的光的波長基本上透明。光引導(dǎo)區(qū)域可以包括開口空隙或由開口空隙構(gòu)成，開口空隙填充有任何氣體(諸如空氣)或基本上真空。光引導(dǎo)區(qū)域可以包括固體材料或由固體材料構(gòu)成。

光引導(dǎo)區(qū)域可以例如包括光導(dǎo)，在本申請的上下文中，光導(dǎo)應(yīng)當(dāng)被理解為如下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)被布置為使得耦合到其中的光能夠傳播、或者傳送或引導(dǎo)耦合到其中的光(例如沿著光導(dǎo)延伸的方向)。例如，經(jīng)由所謂的全內(nèi)反射(TIR)，借助于在光導(dǎo)內(nèi)經(jīng)歷多次反射，諸如例如借助于在光導(dǎo)與其外部之間的界面處的多次反射，可以在光導(dǎo)內(nèi)引導(dǎo)或傳送光。

光導(dǎo)可以包括光可以通過其傳播的材料。該材料可以至少部分地包括透明材料，透明材料允許光通過該材料而不被散射。光導(dǎo)可以包括從包含以下項的組中選擇的材料：聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)(有時稱為丙烯酸玻璃)、聚碳酸酯、玻璃、硅酮和/或硅橡膠。光導(dǎo)可以具有各種形式，諸如板、棒或纖維。光導(dǎo)的形狀可以是基本規(guī)則的或不規(guī)則的。光導(dǎo)可以具有矩形、三角形或圓形形狀，或者可以具有任何其它基本規(guī)則或不規(guī)則的形狀。光導(dǎo)可以包括至少一個光出射區(qū)域。

至少一個光出射區(qū)域可以包括光可以經(jīng)由其離開聚光器的開口或孔徑。如上所述，至少一個光出射區(qū)域可以布置在光導(dǎo)中。在本申請的上下文中，術(shù)語光出射區(qū)域涵蓋“平面區(qū)域”(例如，表面或板狀或盤狀區(qū)域)，該“平面區(qū)域”可以包括在光導(dǎo)與其外部之間的界面處的光導(dǎo)的表面。

根據(jù)第二方面，提供了包括根據(jù)第一方面的至少一個聚光器的照明設(shè)備。

在本申請的上下文中，術(shù)語照明設(shè)備是指被布置和/或被配置為提供光并且可能產(chǎn)生光的設(shè)備或系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，照明設(shè)備可以包括照明器材或照明配件、光引擎、燈或燈具，或者可以由照明器材或照明配件、光引擎、燈或燈具構(gòu)成，其可以包括接線和電子器件，接線和電子器件被布置為將連接到照明設(shè)備或包括在照明設(shè)備中的任何光源連接、并且對該任何光源供電。

設(shè)想的是，照明設(shè)備可以具有在例如以下項中的應(yīng)用：數(shù)字投影、汽車照明、娛樂照明、舞臺照明、商店照明、家庭照明、重點照明、聚光照明、劇院照明、光纖照明、顯示系統(tǒng)、警告照明系統(tǒng)、保健和/或醫(yī)療照明應(yīng)用、顯微照明、用于分析裝備的照明或裝飾照明應(yīng)用。

可選地，根據(jù)第一方面的聚光器和/或根據(jù)第二方面的照明設(shè)備可以利用光束成形元件或與光束成形元件組合，光束成形元件接收和修改分別由聚光器或照明設(shè)備輸出的光，以便原則上實現(xiàn)用于在如上所述的各種應(yīng)用中使用的任何期望或需要的光束形狀、準直和/或形式。

至少一個照明元件可以例如包括固態(tài)光發(fā)射器或由固態(tài)光發(fā)射器構(gòu)成。固態(tài)光發(fā)射器的示例包括發(fā)光二極管(LED)、有機LED(OLED)和激光二極管。固態(tài)光發(fā)射器是相對成本有效的光源，因為它們通常相對便宜并且具有相對高的光學(xué)效率和相對長的壽命。

然而，在本申請的上下文中，術(shù)語“照明元件”應(yīng)當(dāng)被理解為意指：當(dāng)例如通過在其兩端施加電勢差或使電流通過其而被激活時，被配置為或能夠在電磁譜的任何區(qū)域或區(qū)域組合(例如，可見光區(qū)域、紅外區(qū)域和/或紫外區(qū)域)中發(fā)射輻射的基本上任何設(shè)備或元件。因此，照明元件可以具有單色、準單色、多色或?qū)拵Ч庾V發(fā)射特性。照明元件的示例包括半導(dǎo)體、有機、或聚合物/聚合的LED、紫色LED、藍色LED、光學(xué)泵浦磷光體涂覆的LED、光學(xué)泵浦納米晶體LED、或如本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解的任何其它類似設(shè)備。此外，術(shù)語照明元件可以用于限定發(fā)射輻射的特定照明元件與殼體或包裝的組合，一個或多個特定照明元件被定位或布置在殼體或包裝內(nèi)。例如，術(shù)語照明元件可以包括布置在殼體中的LED裸片，這可以被稱為LED包裝。

在本申請的上下文中，術(shù)語波長發(fā)射帶是指波長帶或波長范圍，在該波長帶或波長范圍內(nèi)，可以發(fā)生來自元件的光發(fā)射或由元件發(fā)射光。帶或范圍不一定必須是連續(xù)的帶或范圍，而是可以包括多個非連續(xù)子帶或子范圍或由多個非連續(xù)子帶或子范圍構(gòu)成。

在本申請的上下文中，術(shù)語波長透射帶是指波長帶或波長范圍，在該波長帶或波長范圍內(nèi)，可以發(fā)生撞擊在元件上的光通過該元件的透射。帶或范圍不一定必須是連續(xù)的帶或范圍，而是可以包括多個非連續(xù)子帶或子范圍或由多個非連續(xù)子帶或子范圍構(gòu)成。

在本申請的上下文中，術(shù)語量子限制結(jié)構(gòu)是指如下元件，例如但不限于量子阱、量子點、量子棒或納米線。量子阱是僅具有離散能量值的勢阱，并且可以通過如下方式形成在半導(dǎo)體中：使像砷化鎵或氮化銦鎵的材料夾在具有較寬帶隙的材料(像砷化鋁或氮化鎵)的兩個層之間。量子點(或棒、或納米線)是半導(dǎo)體材料的小晶體，通常具有只有幾納米的尺寸，例如寬度、半徑或直徑。當(dāng)被入射光激發(fā)時，量子點可以發(fā)射由晶體的尺寸和材料確定的顏色的光。因此，例如通過更改量子點的尺寸和/或材料，可以產(chǎn)生特定顏色的光。在電磁波譜的可見范圍中具有發(fā)射的大多數(shù)已知的量子點基于具有殼層(或多個殼層)(諸如硫化鎘(CdS)和硫化鋅(ZnS))的硒化鎘(CdSe)。也可以使用無鎘量子點，諸如磷化銦(InP)和硫化銅銦(CuInS₂)和/或硫化銀銦(AgInS₂)。量子點通常具有相對窄的發(fā)射帶，并且因此可以提供飽和的顏色。此外，可以通過更改量子點的尺寸和/或維度，來調(diào)諧發(fā)射光的顏色。

只要量子限制結(jié)構(gòu)具有適當(dāng)?shù)牟ㄩL轉(zhuǎn)換或發(fā)射特性，任何類型的量子限制結(jié)構(gòu)可以結(jié)合本發(fā)明的實施例使用。然而，出于環(huán)境安全和關(guān)心的原因，可以優(yōu)選使用無鎘的量子限制結(jié)構(gòu)或至少具有相對低的鎘含量的量子限制結(jié)構(gòu)。

含鎘量子點可以發(fā)射具有高達15納米或20納米(FWHM)的光譜峰的光。無鎘量子點可發(fā)射具有高達25納米或30納米(FWHM)的光譜峰的光。作為窄帶光發(fā)射的發(fā)光材料的稀土金屬復(fù)合物的示例是例如具有約5納米(FWHM)的光譜峰的諸如Eu₂(dbt)₃·4H₂O的鑭系元素復(fù)合物。

與本發(fā)明的實施例結(jié)合使用的發(fā)光材料可以例如包括來自包括以下項的組的材料中的任何一種材料：量子點、量子棒、量子四腳體、納米晶體、稀土金屬復(fù)合物和磷光體，其可以特征在于相對窄的光譜發(fā)射特性。

在本申請的上下文中，發(fā)光材料要理解為響應(yīng)于借助于發(fā)光被激發(fā)而呈現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)光發(fā)射的材料、元素或物質(zhì)。

波長選擇元件可以包括波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件或波長轉(zhuǎn)換材料，或者由波長轉(zhuǎn)換構(gòu)件或波長轉(zhuǎn)換材料構(gòu)成，波長轉(zhuǎn)換材料例如包括發(fā)光材料，該發(fā)光材料被配置為或能夠?qū)⒌谝徊ㄩL范圍內(nèi)的光轉(zhuǎn)換為第二波長范圍內(nèi)的光(其中可能第二波長范圍相對于第一波長范圍進行斯托克斯位移)。備選地或附加地，波長轉(zhuǎn)換材料或構(gòu)件可以被配置為響應(yīng)于熒光和/或磷光過程而呈現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)光發(fā)射。

在本申請的上下文中，“光場”是指空間中的光線的集合和/或束，其中每個光線具有起始點、方向、強度和光譜功率分布。

在本申請的上下文中，方向性的均勻性意味著光場中的光線集合中的單獨光線的方向的相似性。

下面借助于示例性實施例來描述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點。

注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中記載的特征的所有可能的組合。當(dāng)研究所附權(quán)利要求和本文的描述時，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到，本發(fā)明的不同特征可以組合以產(chǎn)生不同于本文所描述的實施例的實施例。

附圖說明

下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。

圖1-14是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的聚光器的示意性截面?zhèn)纫晥D。

所有附圖是示意性的，不一定按比例，并且通常僅示出為了闡明本發(fā)明的實施例所必需的部分，其中可以省略或僅僅建議其它部分。

具體實施方式

現(xiàn)在將在下文中參考附圖描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，并且不應(yīng)被解釋為限于本文所闡述的實施例；而是，通過示例的方式提供這些實施例，使得本公開將本發(fā)明的范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

圖1-14是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的聚光器11的示意性截面?zhèn)纫晥D。在圖1-14中，除非另有特別說明，相同的附圖標記表示具有相同或相似功能的相同或相似的部件。

參考圖1，聚光器11包括照明元件1，每一個照明元件被配置為(可能彼此獨立地)發(fā)射光或能夠(可能彼此獨立地)發(fā)射光。由照明元件1發(fā)射的光在圖1中由附圖標記32示意性地指示。在圖1中通過附圖標記1指示照明元件1中的僅一個。照明元件1中的至少一個可以包括諸如LED、OLED和/或激光二極管的固態(tài)光發(fā)射器，或由這樣的固態(tài)光發(fā)射器構(gòu)成。然而，可以使用其它類型的光發(fā)射器。盡管圖中的聚光器11包括若干照明元件1，但是要理解，聚光器11可以僅包括單個照明元件。此外，包括在圖中所示的聚光器11中的照明元件1的數(shù)量是根據(jù)示例的，并且聚光器11可以包括比圖中所示的更多或更少的照明元件1。

聚光器11包括光學(xué)濾光器3，光學(xué)濾光器3例如可以包括多層反射器、二向色反射器、光學(xué)陷波濾光器和/或干涉濾光器，或者可以由多層反射器、二向色反射器、光學(xué)陷波濾光器和/或干涉濾光器構(gòu)成。光學(xué)濾光器3被布置為經(jīng)由光入耦合表面4接收具有所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。

照明元件1可以被配置為發(fā)射具有在所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。照明元件1可以被配置為發(fā)射具有小于約30nm、或小于約20nm、或小于約10nm、或小于約5nm的半高全寬的光。照明元件1可以例如包括固態(tài)光發(fā)射器(諸如LED、OLED或激光二極管)或由這樣的固態(tài)光發(fā)射器構(gòu)成。照明元件1可以被“分倉(binned)”，使得照明元件1的光譜光峰值的最大強度之間的距離不大于約10nm、或不大于約5nm、或不大于約2nm。

光學(xué)濾光器3被配置為在入射在光入耦合表面4上的光具有在所選擇的波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將入射在光入耦合表面4上的光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器3，并經(jīng)由光出耦合表面5輸出光。光學(xué)濾光器3被配置為使得波長透射帶的特性至少部分地取決于入射在光入耦合表面4上的光的入射角。光學(xué)濾光器3被配置為使得針對入射在光入耦合表面4上的光的所選擇的一個或多個入射角的波長透射帶至少部分地與波長發(fā)射帶重疊。因此，具有入射角(等于光的所選擇的一個或多個入射角或在光的所選擇的一個或多個入射角內(nèi))的入射在光入耦合表面4上的光可以透射通過光學(xué)濾光器3。

聚光器11包括光重定向元件6。光重定向元件6具有光重定向表面7，光重定向表面7相對于光出耦合表面5布置，以接收經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光(光由圖1中的虛線箭頭指示)的至少一些。光重定向元件6或光重定向表面7被配置為重定向撞擊在光重定向表面7上的光。光重定向元件6的不同配置或?qū)崿F(xiàn)方式可能是單獨的或以任何組合。光重定向元件6可以實現(xiàn)為例如層或涂層。光重定向元件6將在下面參照其它附圖進一步描述。

聚光器11包括光引導(dǎo)區(qū)域8。光引導(dǎo)區(qū)域8至少由光重定向表面7和光出耦合表面5界定。光引導(dǎo)區(qū)域8有助于將已經(jīng)經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光(光由圖1中的虛線箭頭指示)朝向光出射區(qū)域9引導(dǎo)，光可以經(jīng)由光出射區(qū)域9離開聚光器11。下面將參照其它附圖進一步描述光引導(dǎo)區(qū)域8。

參考圖2，聚光器11包括在圖2中由附圖標記10示意性地指示的布置，該布置包括照明元件1，每一個照明元件被配置為(可能彼此獨立地)發(fā)射光或能夠(可能彼此獨立地)發(fā)射光。由照明元件1發(fā)射的光在圖2中由附圖標記32示意性地指示。在圖2中由附圖標記1指示照明元件1中的僅一個。照明元件1中的至少一個可以包括諸如LED、OLED和/或激光二極管的固態(tài)光發(fā)射器，或者可以由這樣的固態(tài)光發(fā)射器構(gòu)成。然而，可以使用其它類型的光發(fā)射器。

盡管附圖中的布置10或聚光器11包括若干照明元件1，但是要理解，布置10或聚光器11可以僅包括單個照明元件。此外，包括在圖中所示的布置10或聚光器11中的照明元件1的數(shù)量是根據(jù)示例的，并且布置10或聚光器11可以包括比圖中所示的更多或更少的照明元件1。

布置10包括波長選擇元件2，波長選擇元件2被布置為接收或吸收由照明元件1發(fā)射的光的至少一部分。波長選擇元件2被配置為響應(yīng)于接收或吸收由照明元件1發(fā)射的光，輸出具有在所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。雖然圖2以及圖3-14圖示了在聚光器11中使用波長選擇元件，但是要理解，波長選擇元件是可選的并且不是必需的。例如對上面參考圖1描述的本發(fā)明的實施例進行參考。

波長選擇元件2可以例如包括發(fā)光材料，發(fā)光材料可以被配置為吸收由照明元件1發(fā)射的光的至少一部分，并響應(yīng)于此(即，響應(yīng)于接收或吸收光)，輸出或發(fā)射具有在所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。發(fā)光材料可以例如包括選自以下項的組的至少一種元素：量子限制結(jié)構(gòu)、鑭系元素復(fù)合物、稀土金屬元素和磷光體。

如圖6至圖9所示，多個照明元件1相對于波長選擇元件2的不同布置是可能的。

例如，諸如圖6所示的，波長選擇元件2可以相對于照明元件1以所謂的接近模式或配置來布置，例如以覆蓋照明元件1或被定位在照明元件1上。

根據(jù)另一示例，諸如圖7所示的，波長選擇元件2可以相對于照明元件1以所謂的鄰近模式或配置被布置在與照明元件1相距一定距離處?？梢岳缤ㄟ^一些適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)耦合或連接手段橋接的距離例如可以小于約10mm。

根據(jù)另一示例，諸如圖8所示的，波長選擇元件2可以相對于照明元件1以所謂的遠程模式或配置被布置在距照明元件1相對大的距離處。對于在圖8中所示的示例實施例，該距離可以例如在約1cm和10cm之間。

進一步參考圖2，布置10包括光學(xué)濾光器3，光學(xué)濾光器3例如可以包括多層反射器、二向色反射器、光學(xué)陷波濾光器和/或干涉濾光器，或者可以由多層反射器、二向色反射器、光學(xué)陷波濾光器和/或干涉濾光器構(gòu)成。光學(xué)濾光器3被布置為經(jīng)由光入耦合表面4接收由波長選擇元件2輸出的光的至少一部分。光學(xué)濾光器3被配置為在入射在光入耦合表面4上的光具有在所選擇的波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將入射在光入耦合表面4上的光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器3，并且經(jīng)由光出耦合表面5輸出光。

光學(xué)濾光器3被配置為使得波長透射帶的特性至少部分地取決于入射在光入耦合表面4上的光的入射角。

光學(xué)濾光器3被配置為使得針對入射在光入耦合表面4上的光的所選擇的一個或多個入射角的波長透射帶至少部分地與波長發(fā)射帶重疊。因此，具有入射角(等于光的所選擇的一個或多個入射角或在光的所選擇的一個或多個入射角內(nèi))的入射在光入耦合表面4上的光可透射通過光學(xué)濾光器3。

多層反射器和二向色反射器的概念本身在本領(lǐng)域中是已知的。例如，多層反射器或二向色反射器可以包括多層堆疊，其中層具有交替的高折射率和低折射率?？梢灾圃於鄬臃瓷淦骰蚨蛏瓷淦?，使得其透射波長帶或反射波長帶原則上可以具有任何位置(例如，由中心波長限定)和寬度，并且使得透射特性可以取決于撞擊在多層反射器或二向色反射器上的光的入射角。

根據(jù)圖9所示的另一示例，波長選擇元件2可以布置為相對靠近光學(xué)濾光器3。例如，波長選擇元件2和光學(xué)濾光器3可以形成堆疊結(jié)構(gòu)或分層結(jié)構(gòu)，其中一些中間部件可能布置或夾在它們之間。

聚光器11包括光重定向元件6。光重定向元件6具有光重定向表面7，光重定向表面7相對于光出耦合表面5布置，以接收經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光(光由圖2中的虛線箭頭指示)的至少一些。光重定向元件6或光重定向表面7被配置為重定向撞擊在光重定向表面7上的光。

光重定向元件6的不同配置或?qū)崿F(xiàn)方式可能是單獨的或以任何組合。光重定向元件6可以例如被實現(xiàn)為層或涂層。

光重定向元件6可以例如包括反射光散射元件(例如反射光散射層或涂層，例如包括Al₂O₃、TiO₂和/或BaSO₄顆粒)，或由反射光散射元件構(gòu)成。光重定向元件6或反射光散射元件可以被配置為能夠?qū)⒀卮怪庇诠庵囟ㄏ虮砻?的方向撞擊在光重定向元件6上的光散射到基本上所有的角度，并且至少大部分鏡面反射以相對于光重定向表面7相對小的入射角撞擊在光重定向元件6上的光。

根據(jù)另一示例，光重定向元件6可以備選地或附加地包括折射元件12(圖10)或者由折射元件12(圖10)構(gòu)成。折射元件12可以(直接或間接地，例如經(jīng)由一些中間光學(xué)耦合裝置)耦合或連接到鏡面反射元件。如圖10所示，折射元件12可以被布置為接收經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光中的至少一些。折射元件12可以被配置為能夠?qū)⒀卮怪庇诠庵囟ㄏ虮砻?的方向撞擊在折射元件12或光重定向元件6上的光散射到基本上所有角度，并且至少大部分鏡面反射以相對于光重定向表面7相對小的入射角撞擊在反射元件12或光重定向元件6上的光。

根據(jù)一個示例，光重定向元件6可以備選地或者附加地包括衍射元件13(圖11)或者由衍射元件13(圖11)構(gòu)成。衍射元件13可以(直接或間接地，例如經(jīng)由一些中間光學(xué)耦合裝置)耦合或連接到鏡面反射元件。如圖11所示，衍射元件13可以被布置為接收經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光的至少一些。衍射元件13可以例如包括光子晶體結(jié)構(gòu)，光子晶體結(jié)構(gòu)可以被剪裁以與不具有特定波長的光相比，能夠以更大的反射角反射具有特定波長的光。

根據(jù)另一示例，光重定向元件6可以根據(jù)示例備選地或附加地包括發(fā)光材料，例如發(fā)光材料的層或涂層。發(fā)光材料可以包括無機的、有機的和/或量子限制結(jié)構(gòu)材料。光重定向元件6可以包括多層反射器。

聚光器11包括光引導(dǎo)區(qū)域8。光引導(dǎo)區(qū)域8至少由光重定向表面7和光出耦合表面5界定。光引導(dǎo)區(qū)域8有助于將經(jīng)由光出耦合表面5出耦合的光(光由圖2中的虛線箭頭指示)朝向光出射區(qū)域9引導(dǎo)，光可以經(jīng)由光出射區(qū)域9離開聚光器11。光出射區(qū)域9在該示例中基本上垂直于光出耦合表面5。

光引導(dǎo)區(qū)域8可以例如包括光導(dǎo)8，如例如在圖1或圖2中示意性地指示的，光導(dǎo)8使得能夠例如沿著其延伸來傳播耦合到其中的光。光引導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8可以被配置為便于或使得能夠借助于在光導(dǎo)8內(nèi)經(jīng)歷多次反射(諸如例如借助于在光引導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8與其外部之間的界面處的多次反射，借助于TIR(全內(nèi)反射))，在光導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8內(nèi)引導(dǎo)或傳送光。根據(jù)圖2所示的實施例，光出射區(qū)域9由布置在光引導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8的端部處的表面9構(gòu)成。然而，聚光器11可以包括多于一個的光出射區(qū)域9。例如參考圖3，聚光器11可以包括兩個光出射區(qū)域9，在該示例中，兩個光出射區(qū)域9相對于彼此相對布置。光引導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8可以例如由諸如PMMA、PET、PC、硅酮或透明玻璃的聚合材料制成。根據(jù)另一示例，光引導(dǎo)區(qū)域8可以包括填充有任何氣體(諸如空氣)或基本上為真空的開口空隙，或可以由該開口空隙構(gòu)成。

撞擊在光重定向表面7上并且在(基本上)朝向光出射區(qū)域9的方向上被光重定向表面7重定向的光的一部分可以在其朝向光出射區(qū)域9的傳播期間被光學(xué)濾光器3反射。如圖2(以及還有圖1)所示的光引導(dǎo)區(qū)域8內(nèi)的虛線箭頭所指示的，光學(xué)濾光器3可以因此被配置為允許來自光引導(dǎo)區(qū)域8內(nèi)的撞擊在光學(xué)濾光器3上的光的反射。

參考圖1-11、圖13和圖14，光重定向表面7與光出耦合表面5平行或基本平行。在這方面，如圖12所示，基本平行的措辭指示光重定向表面7可以與光出耦合表面5成角度被布置。通過將光重定向表面7布置為相對于光出耦合表面5成角度(或者反之亦然)，可以便于將光引導(dǎo)區(qū)域8中被引導(dǎo)的光傳播、引導(dǎo)或傳送至光出射區(qū)域9，使得光可以更容易地從光引導(dǎo)區(qū)域8逸出。該角度可以例如在0度和20度之間或在0度和10度之間的范圍中選擇。

光引導(dǎo)區(qū)域8原則上可以具有任何形狀和任何尺寸。例如，參考圖4和圖5，其描繪了呈現(xiàn)平面幾何形狀的本發(fā)明的實施例，光引導(dǎo)區(qū)域8原則上可以具有任何長度L(圖4)和任何高度H(圖5)。根據(jù)示例，L可以在約1cm和20cm之間、或者在約3cm和6cm之間，并且H可以在約0.1cm和3cm之間、或者在約0.1cm和2cm之間、或者在約0.1cm和0.5cm之間。光引導(dǎo)區(qū)域8原則上可以具有任何寬度W(即在垂直于圖1至圖14中所圖示的截面的方向上)。W可以在約0.1cm和1cm之間、或在約0.1cm和0.5cm之間、或在約0.1cm和0.3cm之間。

要注意，即使根據(jù)圖中所描述的實施例的波長選擇元件2、光學(xué)濾光器3和光重定向元件6全部都呈現(xiàn)平面幾何形狀或分層結(jié)構(gòu)，這僅僅是根據(jù)一個示例用于圖示本發(fā)明的實施例。設(shè)想的是，波長選擇元件2、光學(xué)濾光器3和光重定向元件6中的每一個原則上可以呈現(xiàn)如在特定應(yīng)用中期望或要求的任何形狀或幾何配置。例如，對于其中波長選擇元件2、光學(xué)濾光器3和光重定向元件6是板狀的示例性情況，它們不需要是平坦的，而是可以至少部分地(可能不同程度地)彎曲。

根據(jù)圖1、圖2和圖3所描繪的實施例，聚光器11包括混合室14，混合室14可以具有內(nèi)表面15，內(nèi)表面15被配置為能夠反射由照明元件1發(fā)射的光。

根據(jù)圖1、圖2和圖3所描繪的實施例，聚光器11可以包括熱量傳遞裝置17，熱量傳遞裝置17被配置為將由照明元件1的操作生成的熱量傳遞遠離聚光器11。熱量傳遞裝置17可以例如包括散熱器或熱量散布器等。如圖1、圖2和圖3所示，熱量傳遞裝置17可以連接到混合室14的外表面16。

要理解，類似于或諸如圖1、圖2或圖3所圖示的，即使圖4至圖14不包括混合室或熱量傳遞裝置，混合室和/或熱量傳遞裝置也可以被包括在圖4至圖14所圖示的聚光器11中的任何一個中。

波長選擇元件2可以包括其可能可以呈現(xiàn)不同波長發(fā)射帶的多個部件或部分。

參考圖13，波長選擇元件2可以包括四個波長選擇部分18-21，該四個波長選擇部分18-21被布置為接收由照明元件1發(fā)射的光的至少一部分。根據(jù)圖13中圖示的本發(fā)明的實施例，每個波長選擇部分18-21被布置為接收由對應(yīng)照明元件1發(fā)射的光，但是這不是必需的。例如，波長選擇部分18、19和波長選擇部分20、21可以被布置為分別接收從兩個不同的照明元件發(fā)射的光。盡管在圖13中波長選擇部分18-21的數(shù)量是四個，但這僅是根據(jù)一個示例。原則上，任何數(shù)量的波長選擇部分是可能的，例如一個、兩個、三個、五個或六個或更多。波長選擇部分18-21被配置為響應(yīng)于接收光，而輸出具有在所選擇的相應(yīng)波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光。

光學(xué)濾光器3可以包括多個部件或部分。進一步參考圖13，光學(xué)濾光器3可以包括兩個部分22、23，部分22、23中的每一個對應(yīng)于波長選擇部分18-21。如圖13所圖示的，光學(xué)濾光器3的每個部分22、23被布置為經(jīng)由光入耦合表面24、25接收由波長選擇部分18-21輸出的光的至少一部分，并且被配置為在入射在光入耦合表面24、25上的光具有在所選擇的相應(yīng)波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將入射在光入耦合表面24、25上的光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器3，并且經(jīng)由光出耦合表面26、27輸出光。

聚光器11可以包括若干光引導(dǎo)區(qū)域，從每個光引導(dǎo)區(qū)域可以實現(xiàn)或完成離開聚光器11的光的相對高的強度，可能同時保持或基本保持相對于從光學(xué)濾光器輸出的光的在光出射區(qū)域9處的光學(xué)擴展量(etendue)。

例如，根據(jù)圖14所圖示的本發(fā)明的實施例，布置10可以包括兩個波長選擇元件2、28和兩個光學(xué)濾光器3、29。光學(xué)濾光器3、29中的每一個對應(yīng)于波長選擇元件2、28中的一個。例如，如圖13所示，光學(xué)濾光器3對應(yīng)于波長選擇元件2，以及光學(xué)濾光器29對應(yīng)于波長選擇元件28。諸如如上所述，例如如上面參考圖2或圖3所描述的，光學(xué)濾光器3、29中的每一個和波長選擇元件2、28中的對應(yīng)的一個可以被布置和被配置為彼此結(jié)合操作。聚光器11包括兩個光重定向元件6、30。光重定向元件6、30中的每一個對應(yīng)于光學(xué)濾光器3、29中的一個。例如，如圖13所示，光重定向元件6對應(yīng)于光學(xué)濾光器3，以及光重定向元件30對應(yīng)于光學(xué)濾光器29。光重定向元件6、30中的每一個具有光重定向表面7，光重定向表面7相對于對應(yīng)的光學(xué)濾光器3、29的光出耦合表面5被布置，以接收經(jīng)由對應(yīng)的光學(xué)濾光器3、29的光出耦合表面5出耦合的光的至少一些，并且被配置為重定向撞擊在光重定向表面7上的光。由此，聚光器11包括兩個光引導(dǎo)區(qū)域8、31，光引導(dǎo)區(qū)域中的每一個至少由對應(yīng)的光重定向元件6、30的光重定向表面7和對應(yīng)的光學(xué)濾光器3、29的光出耦合表面5來界定。

根據(jù)以上參考圖14所描述的相同或相似的原理，要理解，布置10可以包括多于兩個的波長選擇元件和多于兩個的光學(xué)濾光器，并且聚光器11可以包括多于兩個的光重定向元件。因此，聚光器11可以包括多于兩個的光引導(dǎo)區(qū)域。

要理解，附圖是示意性的，并且通常僅描繪對于理解本發(fā)明的實施例的原理有用的部件或部分，其中可以省略或僅僅建議其它部件或部分。例如，聚光器11可以包括用于照明元件1的供電和/或操作的諸如接線、驅(qū)動電路、電源等的部件。根據(jù)另一個示例，聚光器11可以包括光學(xué)耦合構(gòu)件或元件，用于將部件光學(xué)耦合或連接在一起，例如用于將光引導(dǎo)區(qū)域8或光導(dǎo)8分別光學(xué)耦合或連接到光重定向元件6和光學(xué)濾光器3。然而，這種部件在圖中未描繪。

總之，公開了聚光器，該聚光器包括光學(xué)濾光器，該光學(xué)濾光器被布置為接收具有所選擇的波長發(fā)射帶內(nèi)的波長的光，并且被配置為在入射在光學(xué)濾光器上的光具有在所選擇的波長透射帶內(nèi)的波長的條件下，將光選擇性地透射通過光學(xué)濾光器并輸出光。光學(xué)濾光器被配置使得針對入射在光學(xué)濾光器上的光的所選擇的一個或多個入射角的波長透射帶與波長發(fā)射帶至少部分重疊，由此具有所選擇的一個或多個入射角(等于光的所選擇的一個或多個入射角或在光的所選擇的一個或多個入射角內(nèi))的入射在光學(xué)濾光器上的光可以透射通過光學(xué)濾光器。光學(xué)濾光器可以包括多層反射器和/或二向色反射器。聚光器可以包括光引導(dǎo)區(qū)域，光引導(dǎo)區(qū)域至少由光重定向表面和光學(xué)濾光器的光出耦合表面界定，用于將從光學(xué)濾光器出耦合的光朝向至少一個光出射區(qū)域引導(dǎo)，光可以經(jīng)由光出射區(qū)域離開聚光器。還公開了包括這種聚光器的照明設(shè)備。

雖然已經(jīng)在附圖和前面的描述中闡述了本發(fā)明，但是這樣的闡述要被認為是說明性的或示例性的，而不是限制性的；本發(fā)明不限于所公開的實施例。通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所要求保護的本發(fā)明時，可以理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其它變型。在所附權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一(a)”或“一個(an)”不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的僅有事實，并不表示不能有利地使用這些措施的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標記不應(yīng)被解釋為限制范圍。