改進的用于led照明設(shè)備的準直系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種自動照明設(shè)備，具有光源(40)陣列，其設(shè)置有多個帶有中央光阻擋件(26)的主TIR光學器件(24)，光阻擋器被設(shè)置為使不被期望的溢出光被阻擋或改變光束角方向。
【專利說明】改進的用于LED照明設(shè)備的準直系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請是發(fā)明申請，要求以申請日為2012年3月18日、序列號為N0.61/612，376并采用相同標題的美國臨時申請為優(yōu)先權(quán)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體涉及一種在產(chǎn)生光束的照明設(shè)備中使用LED陣列時控制光線從LED陣列中輸出的方法，尤其涉及一種防止光溢出并控制陣列的光束角的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]照明設(shè)備中通常用到高功率LED，例如在建筑照明產(chǎn)業(yè)，商店、辦公室和企業(yè)，以及在娛樂行業(yè)，影院、電視演播室、音樂會、主題公園、夜總會等場所。這些LED也被用在具有自動遠程控制功能的自動照明設(shè)備中。為進行顏色控制，通常要使用不同顏色的LED陣列。例如一個常見的配置是用紅、綠和藍LED混合。這樣的配置允許用戶通過將三種顏色混合成合適程度來產(chǎn)生他們想要的顏色。例如點亮紅色和綠色的LED而使藍色熄滅,會使輸出光顯示為黃色。類似地紅和藍能得到洋紅色，藍和綠能得到青色。通過準確控制這三種控件，用戶可以得到任何他們想要的顏色。也可以使用多于三種的顏色，眾所周知，向紅綠藍中添加琥珀色或白色的LED，以增強顏色混合并改善可行的色域。
[0005]不同顏色的LED可以被放置在照明設(shè)備的一個陣列中，每個LED之間均有物理分隔，這種分隔，再加上不同管芯尺寸和每個顏色的布置，可實現(xiàn)單個顏色的傳播，導致組合的混合顏色輸出光束的令人不快的溢散光以及顏色散射。通常在每個LED的前面使用一個透鏡或其他的光學設(shè)備，以控制光束形狀和輸出的光束角，然而這些光學設(shè)備通常對不同的顏色有不同的影響，以及在輸出光束中能看到散光或其他像差。有一種能很好地控制雜散光和像差的系統(tǒng)是有利的。
[0006]有必要提供一種光束控制系統(tǒng)，用于基于LED陣列的照明設(shè)備，以改善至減少溢散光并控制光束角。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)結(jié)合附圖參考如下描述，其中相同的標號表示相同的特征。
[0008]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)；
[0009]圖2示出了一種典型的自動照明系統(tǒng)；
[0010]圖3示出了本發(fā)明一個實施例，安裝在自動照明設(shè)備中；
[0011]圖4示出本發(fā)明一個實施例的詳細視圖；
[0012]圖5示出了本發(fā)明一個光學設(shè)計的實施例；
[0013]圖6不出了本發(fā)明一個實施例的小窗遮蔽件；
[0014]圖7示出了本發(fā)明一個實施例的頂帽式模塊；
[0015]圖8示出了本發(fā)明一個實施例的分解視圖；以及
[0016]圖9示出了本發(fā)明一個實施例，安裝在自動照明設(shè)備中。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的較佳實施例示于附圖中，不同的附圖中相同的或相應(yīng)的部件使用相同的標號。
[0018]本發(fā)明大體涉及一種在產(chǎn)生光束的照明設(shè)備中使用LED陣列時控制光線從LED陣列中輸出的方法，尤其涉及一種防止光溢出并用于控制陣列的光束角的方法。
[0019]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的系統(tǒng)，其示出了在照明設(shè)備中使用兩個LED，LED 102和LED 104可以是不同的顏色，由于LED管芯的不同的光學性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的光束106和110是不同的波束擴散。這種不同的波束擴散意味著來自LED 102和104的光束將以這樣的方式入射到照明對象物118，以致于對象物的區(qū)域114和116僅會被單一的LED照射而不是期望中的被二者混合照射。這導致了區(qū)域114和116在著色上與中心混合區(qū)不同，并顯示為彩色條紋。為清楚和簡潔圖1僅示出了兩(2)個LED，但是應(yīng)當理解的是，當多于兩種顏色的LED時系統(tǒng)中存在相同的問題。
[0020]圖2示出了一種典型的多參數(shù)自動LED照明系統(tǒng)10。這些系統(tǒng)通常包括多個多參數(shù)自動照明設(shè)備12，其典型地每一個均包括板上LED陣列，連接到機械驅(qū)動系統(tǒng)和控制電子裝置(未示出)上的電動馬達。除了被直接或通過配電系統(tǒng)(未示出)連接到主電源之外，每個照明設(shè)備與數(shù)據(jù)鏈路14串聯(lián)或并聯(lián)地連接至一個或多個控制臺15。照明設(shè)備系統(tǒng)10典型地由操作者通過控制臺15進行控制。因此，為了實現(xiàn)該控制，控制臺10和每個照明設(shè)備典型地包括電子電路，作為機電控制系統(tǒng)的一部分以控制自動照明參數(shù)。
[0021]圖3示出了本發(fā)明一個自動照明設(shè)備的實施例，照明設(shè)備20包括多個LED模塊，每個模塊配有主光學器件24、中央溢光阻擋器26、以及小窗遮蔽件27。窗遮蔽件27可以有不同的高度和寬度。通過將窗遮蔽件27改變成窗陣列的不同高度，使用者可以控制照明設(shè)備的光束角、雜散光和色邊，另外，通過中央溢光阻擋器26提供了控制，以下會盡可能詳細的描述。窗遮蔽件陣列27可以進一步為LED模塊進行機械保護和防塵。
[0022]圖4示出了本發(fā)明一個實施例的一個組件的詳細視圖。主光學器件24，每個對應(yīng)一個LED陣列，被框架28支撐。每個主光學器件24都配有一個中央溢光阻擋器26。中央溢光阻擋器26是應(yīng)用在主光學器件24中央?yún)^(qū)域上的不透明掩膜，中央溢光阻擋器26可以是絲網(wǎng)印油墨，或是由紙、塑料、模制塑料、金屬或其他材料制成的實體盤，附著于主光學器件24的中心。中央溢光阻擋器26可以是如圖所示的薄的器件，或具有有形的厚度或高度，其中厚度提供了額外的溢光遮蔽。主光學器件24是最常見的TIR(全內(nèi)反射)光學透鏡，被設(shè)計成校準相關(guān)LED陣列的輸出并產(chǎn)生窄的輸出光束。這種TIR光學器件往往會在所期望得到的輸出光束以外產(chǎn)生溢散光，其中大量穿過光學器件的輸出表面的中央部分。通過采用中央溢光阻擋器26對中央部分的阻擋，該溢散光的很大部分可以從輸出光束中移除，僅留下期望的窄光束。中央溢光阻擋器26會降低光學系統(tǒng)的總效率，但是保證了產(chǎn)生的更多在期望的光束角內(nèi)。不透明的掩膜可以主要吸光。在可替代的實施例中，掩膜可以是反光的。如果是反光，則掩膜可以是平面的，然而，在一些優(yōu)選的實施例中，該反光掩膜也可以是非平面的。每個主光學器件24裝配有鍵腳30，該鍵腳30在盤28的安裝孔32的一側(cè)接合對應(yīng)的鍵槽34。
[0023]圖5示出了照明設(shè)備的多種光學元件的操作，所述多種光學元件涉及本發(fā)明一個實施例的單一 LED模塊。從LED模塊40中輸出的光，其可以包括多個相同或不同顏色的LED，經(jīng)過接收口 42進入到主光學器件24中。主光學器件24提供光束校準，且可以是一個反射器或應(yīng)用全內(nèi)反射(TIR)的透鏡。如本實施例所示，主光學器件24是大致拋物線形狀，接收口 42大致就位接近該拋物線形狀的焦點。在光束穿過主光學器件24并被該主光學器件24約束之后，光被一組窗遮蔽件進一步約束，如美國專利申請2010/0103663所公開的描述。在這樣的系統(tǒng)中提供一個窗遮蔽件臨近于光源是有利的，以使LED的不同顏色被限制到類似的輸出區(qū)域，從而顏色散射和溢散光最小化。小窗遮蔽件27作為系統(tǒng)的一部分提供這個功能。
[0024]由于LED陣列40不是一個真正的點源，主光學器件24也趨向于產(chǎn)生期望得到的輸出光束角以外的雜散光線。這種光線，例如圖5中的52，趨于通過主光學器件24輸出表面的中央部分被發(fā)射。中央溢光阻擋器26被放置在這個中央?yún)^(qū)域上以阻擋大量這些雜散光線，阻止它們到達輸出光束。在期望的光束角內(nèi)的光線，例如圖5中的50，避開了中央溢光阻擋器26并繼續(xù)通過光學系統(tǒng)。
[0025]圖6示出了本發(fā)明一個實施例的小窗遮蔽件陣列。每個窗遮蔽件27對準了與它相關(guān)的LED陣列和主光學器件。由于小窗遮蔽件陣列是作為一個單獨的元件制造的，因此它可以輕易地被替換從而為所有的LED提供不同高度的窗遮蔽件。
[0026]圖7示出了本發(fā)明一個實施例的頂帽式模塊。除了小窗口和中央溢光阻擋器以夕卜，頂帽式模塊29進一步提供了可選的溢光控制的程度。
[0027]圖8示出了本發(fā)明一個組裝的實施例的分解視圖，其安裝在圖1中的自動照明設(shè)備100上。從左到右每個單獨的LED模塊40都與主光學器件24配對，他們依次配有獨立的中央溢光阻擋器26，并與小窗遮蔽件27配對。可選地，頂帽式模塊29安裝在系統(tǒng)的前面。在圖8所示的實施例中，LED模塊40布置成一個陣列。
[0028]在多種實施例中，每個LED模塊40可以包括一個單獨的單色的LED管芯或者是一組顏色相同或不同的管芯。例如在一個實施例中，LED 40可以包括紅綠藍和白中的每種顏色各一個的LED管芯。進一步的實施例中，LED 40可以包括LED芯片或封裝，而進一步的實施例中LED 40可以包括多個LED芯片或封裝，處于一個單獨的主光學器件下，或者每個封裝都伴有自己的主光學器件。在一些實施例中，這些LED管芯可以與光學透鏡元件配對，作為LED模塊的一部分。盡管所示的LED模塊40為單獨的塊，但在各種實施例中這些模塊40可以作為一塊或多塊被設(shè)置在多個模塊的陣列中。類似地，主光學器件24被圖示為每個LED模塊一塊。在其他實施例中，主光學器件可以被設(shè)置為在多個主光學器件的陣列中，與多個LED模塊的陣列配對。
[0029]在本發(fā)明的一個實施例中，照明設(shè)備中每個模塊上的每個小窗遮蔽件27是相同的，但是在進一步的實施例中，窗遮蔽件27在一個單獨的模塊中或在整個照明設(shè)備中不同模塊之間可以是不同的，而在進一步的實施例中，窗遮蔽件陣列27的高度是變化的，從而針對所發(fā)射的光實現(xiàn)不同的受控光束角。不同光學元件和窗口陣列高度的組合可以被有利地選擇，以允許精確控制光束形狀和質(zhì)量。窗遮蔽件陣列減少彩色條紋或光暈，并控制光束角，從而為照明設(shè)計師提供單一的同質(zhì)顏色的良好受控且限定的光束。
[0030]可以看出，改變窗遮蔽件27的高度會改變輸出光束被約束的光束角。更高的窗口會得到更窄的光束，更矮的窗口會得到更寬的光束，窗遮蔽件27可以有固定的高度或可調(diào)的高度。窗遮蔽件27可以有利地是非反光，以避免光的溢散，這可以通過在窗遮蔽件上涂上或覆蓋啞光黑色涂料、氧化或已知技術(shù)中的涂層來實現(xiàn)。
[0031]在進一步的實施例中，窗遮蔽件27可以是透明的或非透明的，以在照明設(shè)備的表面內(nèi)產(chǎn)生輝光效果。
[0032]LED模塊40可以包括單一顏色和類型的LED或多種顏色的LED，本發(fā)明不限于使用的LED的數(shù)量、顏色、或類型，適用于任何布局、任何數(shù)量、任何類型和任何顏色的LED或OLED。
[0033]圖9示出了本發(fā)明一個在配有可選的頂帽式模塊時的自動照明設(shè)備的實施例。照明設(shè)備20包括多個LED模塊,每一個均裝配有主光學器件、中央溢光阻擋器26、和小窗遮蔽件27。該實施例還配有可選的頂帽式模塊29。除了小窗口和中央溢光阻擋器以外，頂帽式模塊29提供了一種可選的溢光控制水平。
[0034]雖然本發(fā)明公開描述了一定數(shù)量的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員，得益于上述公開的內(nèi)容，將認識到，在不偏離本發(fā)明公開范圍可以修改以得到其他的實施例。本發(fā)明已經(jīng)作出了詳細的描述，當應(yīng)當理解的是，各種改變，替換和變更均不脫離本發(fā)明精神的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自動照明設(shè)備，包括: LED陣列； 多個主TIR光學器件，排列成與LED陣列對齊，其中主光學器件包括一個中央光阻擋件，設(shè)置在主光學器件的中央； 多個窗，與主光學器件對齊； 由此不希望的光溢出受到限制，并且產(chǎn)生更受約束的光束。
2.如權(quán)利要求1所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是吸收光的。
3.如權(quán)利要求1所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是反射光的。
4.如權(quán)利要求3所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是光平面。
5.如權(quán)利要求3所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋器是光的非平面的。
6.如權(quán)利要求1所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述主光學器件是大致拋物線狀，帶有接近拋物線焦點的接收孔。
7.一種自動照明設(shè)備，包括: LED陣列； 多個主光學器件，排列成與LED陣列對齊，其中主光學器件包括一個中央光阻擋件，設(shè)置在主光學器件的中央； 由此不希望的光溢出受到限制，并且產(chǎn)生更受約束的光束。
8.如權(quán)利要求7所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述主光學器件是固態(tài)TIR。
9.如權(quán)利要求1所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述主光學器件是大致拋物線狀。
10.如權(quán)利要求7所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是吸收光的。
11.如權(quán)利要求7所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是反射光的。
12.如權(quán)利要求11所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是光平面。
13.如權(quán)利要求11所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，所述光阻擋件是光的非平面的。
14.如權(quán)利要求7所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，進一步包括多個窗，各自單獨地對齊單獨的主光學器件。
15.如權(quán)利要求14所述的自動照明設(shè)備，其特征在于，主光學器件窗的陣列被環(huán)繞成一個更大的窗，圍繞各單獨的主光學器件窗。
【文檔編號】F21W131/406GK104302969SQ201380025137
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月18日
【發(fā)明者】P·尤里克, J·瓦爾哈日 申請人:羅布照明有限公司