本發(fā)明涉及一種用于顏色隨位置變化的光源的準直器、包括準直器的照明裝置以及相關(guān)的方法。

背景技術(shù)：

許多應(yīng)用需要發(fā)出統(tǒng)一白光的光源。一些光源通過不同顏色的光的混合來提供白光。實際上，由這些類型的光源發(fā)出的光在光源作為點光源出現(xiàn)的遠場中通常不是統(tǒng)一的白色，并且用于顏色校正的各種技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。例如，wo2013/035036a1公開了具有旋轉(zhuǎn)對稱表面段的準直器，所述表面段設(shè)計為用于校正所謂的“顏色隨角度”(coa)變化。簡而言之，coa變化源自于發(fā)射光的顏色取決于發(fā)射角。

可能發(fā)生的不期望的顏色變化的另一示例被稱為“顏色隨位置”(cop)變化，其指發(fā)射光的顏色取決于光源上的發(fā)射位置的情況?？梢允褂脺手逼鱽頊p少cop變化，但與coa變化的情況相比，必須滿足不同的技術(shù)要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提供一種能夠減少來自光源的遠場光的不期望的顏色變化的改進的或替代的準直器將是有利的。特別感興趣的一個方面是準直器校正cop變化的能力。

為了更好地解決這個問題，在本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于cop光源的準直器。該準直器包括：焦點(f)；包含焦點(f)的光軸；圍繞光軸布置或布置在光軸上的成像元件；以及圍繞光軸布置的多個光擴展元件，用于接收來自成像元件的至少一個圖像。光擴展元件具有不同的光束變寬特性，并且所述光擴展元件中的每個光擴展元件的光束變寬特性取決于光擴展元件相對于焦點(f)的位置。光擴展元件適于使撞擊光擴展元件的光在包括光軸的第一平面中擴展。

“cop光源”是指具有cop變化的光源。也就是說，由光源發(fā)射的光的顏色取決于光源上發(fā)光的位置。

為準直器提供與位置相關(guān)的光擴展元件——成像元件在其上形成至少一個圖像——改善了具有不同顏色的光的混合，并且因此可以減少來自cop光源的遠場光的不期望的顏色變化。

在一個實施例中，成像元件被配置用于一維成像。根據(jù)另一實施例，成像元件被配置用于二維成像。根據(jù)預期應(yīng)用的技術(shù)要求或者出于成本原因，一種類型的成像元件可能相對于另一種是優(yōu)選的。

每個光擴展元件的光束變寬特性可以取決于從焦點到光擴展元件所測量的光路長度。每個光擴展元件的光束變寬特性可以取決于從光軸到光擴展元件的正交距離。準直器通常具有的形狀使得這些類型的位置相關(guān)性導致遠場中不同顏色的光的良好混合。

在一個實施例中，光擴展元件適于使撞擊光擴展元件的光在第一平面和第二平面兩者中擴展，其中第二平面與第一平面正交并且具有與光軸正交的法線。將光在兩個平面中擴展而不是僅僅一個平面中擴展可以改善遠場中不同顏色的光的混合。

在一個實施例中，光擴展元件是微透鏡或小面。在一些實施例中，光擴展元件是漫射元件。這些類型的光擴展元件容易制造成具有特定應(yīng)用所需的光束變寬特性。

在一個實施例中，光擴展元件適于擴展撞擊光擴展元件的光，使得撞擊了不同光擴展元件的光束在空間中相同地擴展開。這種光擴展元件有助于確保沒有特定顏色的光在遠場中占主導。

在一個實施例中，光擴展元件設(shè)置在準直器的光重定向表面上。這種準直器特別適用于具有中等功率發(fā)光二極管的應(yīng)用。

在一個實施例中，光擴展元件設(shè)置在準直器的光出射表面上。

在一個實施例中，準直器包括第一透鏡和第二透鏡，其中所述成像元件由第一透鏡形成，并且光擴展元件設(shè)置在第二透鏡上。這種準直器特別適用于具有大量光源的應(yīng)用，并且可以使用相對少量的材料來制造。第二透鏡可以為光束偏轉(zhuǎn)提供大的面積，并使準直器具有統(tǒng)一的外觀。

在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種照明裝置，其包括根據(jù)第一方面的準直器并且包括顏色隨位置變化的光源，所述光源布置在準直器的焦點上，使得來自光源的光被準直器接收。

第二方面可以具有與第一方面相同或相似的特征和技術(shù)效果，反之亦然。

在本發(fā)明的第三方面中，提出了一種用于準直由顏色隨位置變化的光源發(fā)出的光的方法。該方法包括：提供如上所述的準直器，將光源布置在準直器的焦點上，以及操作光源。在光源的操作期間，光源的至少一個圖像被來自成像元件的光擴展元件接收，并且撞擊光擴展元件的光在包括光軸的第一平面中被擴展。

第三方面可以具有與第一方面相同或相似的特征和技術(shù)效果，反之亦然。

應(yīng)當注意，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中所述的特征的所有可能的組合。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些方面和其他方面。

圖1示出了包括準直器和光源的照明裝置的實施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖2示出了圖1中的照明裝置的另一示意性橫截面圖。照明裝置相對于圖1已經(jīng)圍繞光軸旋轉(zhuǎn)了90度。

圖3示出了圖1中的照明裝置的示意性俯視圖。

圖4示出了包括準直器和光源的照明裝置的替代實施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖5示出了包括準直器和光源的照明裝置的另一替代實施例的示意性橫截面?zhèn)纫晥D。

圖6是用于準直來自cop光源的光的方法的一些步驟的流程圖。

如圖所示，為了說明的目的，層和區(qū)域的尺寸被夸大，因此提供它們是為了說明本發(fā)明實施例的一般結(jié)構(gòu)。相同的附圖標記始終表示相同的元件。

具體實施方式

現(xiàn)在將參照附圖更全面地描述本發(fā)明的當前優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實施，并且不應(yīng)被解釋為局限于本文所闡述的實施例；相反，提供這些實施例是為了透徹而完整，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

圖1至圖3示出了具有cop光源2和準直器3的照明裝置1。照明裝置1可以例如是聚光燈。

準直器3被配置為將來自光源2的光準直為在照明裝置1的一般照明方向i上傳播的光束。準直器3的高度h和寬度w通常遠大于光源2在任何方向上的延伸度。高度h通常在10mm至100mm之間。寬度可以是光源2的直徑的約5至20倍。光源2被布置在準直器3的焦點(f)和光軸oa上，光軸oa是準直器3的中心軸線并且與一般照明方向i平行。光源2被布置成使得由光源2發(fā)射的光被準直器3接收。更具體地，由光源2發(fā)射的光被圍繞光軸oa布置的成像元件4接收。在本實施例中，成像元件4是圓形對稱的并且中心在光軸oa上。成像元件4被配置為形成光源2的兩個圖像。在其他實施例中，成像元件4可以被配置為僅形成一個圖像或形成多于兩個圖像，最合適的圖像數(shù)量取決于多個因素，例如準直器3的尺寸和幾何形狀。成像元件4可以被配置用于二維成像或用于一維成像。由成像元件4形成的圖像被放大。放大率尤其地取決于圖像的數(shù)量、光源2的尺寸和光擴展元件5的尺寸(見下文)等等，但可以例如是2.5或3。成像元件4可以例如由聚碳酸酯、硅樹脂或環(huán)烯烴共聚物制成。其他可能的材料是丙烯酸酯，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)。成像元件4可以由玻璃或塑料制成。

多個光擴展元件5圍繞光軸oa布置，以接收成像元件4通過偏轉(zhuǎn)來自光源2的光所形成的兩個圖像。因此，成像元件4被配置為將光源2的兩個圖像聚焦在光擴展元件5上，通常使得全部圖像都落在光擴展元件5上。成像元件4在第一組光擴展元件6上產(chǎn)生第一圖像，并在第二組光擴展元件7上產(chǎn)生第二圖像，其中第一組6比第二組7遠離光軸oa和光源2。第一圖像由光源2以相對于光軸以小于θ0的角度所發(fā)射的光形成，并且第二圖像由以大于θ0的角度所發(fā)射的光形成。

光擴展元件5具有位置相關(guān)的光束變寬特性，這意味著特定光擴展元件的光束變寬特性取決于光擴展元件相對于焦點f的位置。更具體地，每個光擴展元件的光束變寬特性取決于從焦點f到光擴展元件測得的光路長度。在該實施例中，這種相關(guān)性使得每個光擴展元件的光束變寬特性取決于從光軸到光擴展元件的正交距離，但在其他實施例中，情況可以是這樣或者不是這樣。光擴展元件5可以適于通過例如反射和/或折射來擴展光。光擴展元件5的示例包括微透鏡和小面(facet)，這時光擴展元件5的光束變寬特性由微透鏡或小面的曲率決定。光擴展元件5通常具有在從10微米到幾毫米范圍內(nèi)的尺寸?？梢灾瞥晒鈹U展元件5的材料包括諸如鋁的金屬和金屬化塑料。

每個光擴展元件5適于在第一平面m中擴展入射光，第一平面m將被稱為子午平面m。每個光擴展元件5還可以適于在第二平面s中擴展入射光，第二平面s將被稱為矢狀平面s。光擴展元件的子午平面m是包含光擴展元件和光軸oa的平面。光擴展元件的矢狀平面s包含光擴展元件，與子午平面m正交，并且具有與光軸oa正交的法線。

光擴展元件5設(shè)置在光重定向表面8(諸如由反射鏡形成的反射表面)上。光重定向表面8是彎曲的，使得入射光通常被重定向在一般照明方向i上。光重定向表面8圍繞光軸oa并且關(guān)于光軸oa是圓形對稱的。從光軸oa到光重定向表面8的正交距離在照明裝置1的一般照明方向i上增加。光重定向表面8的前邊緣限定光出射平面p，光出射平面p垂直于光軸oa并且是光在離開準直器3時通過的平面。

圖4示出了與前面關(guān)于圖2所討論的照明裝置類似的照明裝置14的實施例。然而，在該實施例中，光擴展元件8設(shè)置在準直器30的光出射表面6上。光擴展元件8可以與光出射表面15單塊形成，或者與附接在光出射表面15上的單獨的部件(例如板)相集成。在一些實施例中，光擴展元件8適于使光漫射(diffuse)，例如通過透射所導致的漫射或者通過金屬反射所導致的漫射。

圖5示出了與前面關(guān)于圖2和圖3所討論的照明裝置類似的照明裝置9的實施例。然而，在該實施例中，準直器300包括形成成像元件的第一透鏡4和設(shè)置有光擴展元件5的第二透鏡10。在本實施例中，第一透鏡4被配置為在第二透鏡10上形成光源2的一個放大圖像，但在其他實施例中，第一透鏡4可以被配置為形成兩個或更多個圖像。第一透鏡4可以例如是平凸元件或菲涅爾透鏡。第二透鏡10可以是旋轉(zhuǎn)對稱的準直透鏡。第二透鏡可以是自由形狀的菲涅爾透鏡，其允許獨立地控制來自透鏡的光出射表面的每個點的光的方向和擴展，這時光擴展元件與第二透鏡10單塊形成。第一透鏡4和第二透鏡10與光軸oa正交并且彼此平行地間隔開距離l1布置。距離l1通常在毫米或厘米范圍內(nèi)。第一透鏡4和光源2之間的距離l2通常為幾厘米。第一透鏡4的寬度w1通常小于第二透鏡10的寬度w2。寬度w1和w2通常在毫米或厘米范圍內(nèi)。

圖6是用于對來自顏色隨位置變化的光源2的光進行準直的方法的一些步驟的流程圖。在步驟s1中，提供類似于前面關(guān)于圖2至圖4所討論的準直器的準直器3。在步驟s2中，在準直器的光軸上布置cop光源2。在步驟s3中，將光源投入操作。

以下將參照圖2至圖4來描述本發(fā)明的實施例的操作。通過激活光源2，光源2發(fā)射光，所述光通過撞擊成像元件4而被準直器3接收。在通過成像元件4形成在光擴展元件5上的每個圖像中，不同顏色的光在空間上分離，使得每個光擴展元件5不接收由光源2發(fā)射的具有所有顏色的光。在沒有成像元件4的情況下，每個光擴展元件5將接收從光源上發(fā)射光的所有位置的光。因此，每個光擴展元件5將接收由光源2發(fā)射的具有所有顏色的光(這是由于cop變化)。對于一些應(yīng)用，從顏色僅在一個空間方向上分離(在這種情況下，成像元件4被配置用于一維成像)或在兩個空間方向上分離(在這種情況下，成像元件4被配置用于二維成像)的意義上說，顏色的部分分離是足夠的。在一維情況下，光束的顏色在子午平面中分離。在二維情況下，光束的顏色在子午平面和矢狀平面中都分離。

由于成像元件4對顏色的分離，第一光擴展元件11接收的光的顏色與比第一光擴展元件11更靠近光源2的第二光擴展元件12接收的光的顏色稍微不同。第一光擴展元件11與光軸oa之間的正交距離為d1，并且第二光擴展元件12與光軸oa之間的正交距離為d2。第一光擴展元件11被第一光束10撞擊，第一光束10因此被朝向一般照明方向i重定向，并且在第一光擴展元件11的子午平面m中，并且還可選地在矢狀平面s中擴展。類似地，第二光束13撞擊第二光擴展元件12，由此第二光束13被朝向一般照明方向i重定向，并且在第二光擴展元件12的子午平面中，并且還可選地在矢狀平面中擴展。第一光擴展元件11使第一光束10擴展，使得其在子午平面m中覆蓋角度θ1。第二光擴展元件12使第二光束13擴展，使得其在第二光擴展元件12的子午平面中覆蓋角度θ1。第一光束10和第二光束13在它們各自的子午平面中覆蓋的角度相等或近似相等。

光線11’和11”示出了光源2的中心的成像，而光線13’和13”示出了光源2的邊緣的成像，即光源2發(fā)射不同顏色的不同位置的成像。

在第一和第二光擴展元件11、12適于在它們各自的子午平面和各自的矢狀平面中擴展光的那些實施例中，第一和第二光束10、13以下述方式擴展。第一光擴展元件11使第一光束10擴展，使得第一光束10在子午平面m中覆蓋角度θ1，并且在矢狀平面s中覆蓋角度θ2。第二光擴展元件12使第二光束13擴展，使得第二光束13在第二光擴展元件12的子午平面中覆蓋角度θ1，并且在第二光擴展元件12的矢狀平面中覆蓋角度θ2。角度θ1和θ2可以相同也可以不同，但是第一光束10和第二光束13在它們各自的子午平面中覆蓋的角度相等或近似相等，并且第一光束10和第二光束13在它們各自的矢狀平面中覆蓋的角度相等或近似相等。

在離開準直器3時，第一光束10和第二光束13因此被定向為與光軸oa大致平行，并且在空間中大致相同地擴展開。作為說明，應(yīng)當注意，光擴展元件5通過經(jīng)由曲面形成相應(yīng)的焦點來擴展光束，其中具有不同焦點的光擴展元件5以不同的方式擴展入射光束。這類似于透鏡的工作方式。此外，從光擴展元件到光源2的距離越大，光源2對于光擴展元件則“顯得”越小。因此，如果光擴展元件5的光束變寬特性不是依賴于位置的，則離開第一光擴展元件11的光束將比離開第二光擴展元件12的光束寬。第一光擴展元件11的更強的光束變寬特性補償了更大的距離，使得第一光束10和第二光束13的寬度在準直光中相互匹配，由此，一個光束的顏色不會在遠場中壓制另一個光束的顏色。

本領(lǐng)域技術(shù)人員認識到，本發(fā)明絕不限于上述優(yōu)選實施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變型都是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明時根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求的研究將能夠理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其他變型。在權(quán)利要求中，“包括”一詞并不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”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單一事實并不表示不能有利地使用這些措施的組合。