[发明专利]用发光二极管的照明设备

说明书

本发明涉及具有使来自多种颜色发光二极管阵列的光混合的反射器的照明设备，并且更具体地涉及从这种阵列生成白光的聚光灯。

对于小到去调节窄尺寸光源发光用于照明和一般照明的标准光源是白炽/卤素灯泡，比如抛物面镀铝反射面(PAR)灯。这些光源是小巧和通用的，但它们并不很有效。给定的灯对于固定的功率在给定的色温下运转，而同时它们是可变暗的，色温按照黑体定律随所施加的功率改变，这可能是也可能不是使用者需要的变化。

呈多种颜色中每一种的发光二极管阵列提供了创造色温可在任何功率电平被调节的照明设备的可能性，从而使可变暗的灯能在任何功率电平下发射均匀的白光。

JP-A-06237017的英文文摘公开了发射多色光的发光二极管灯，它具有两种类型的发光二极管的3×3阵列，第一种类型具有供发射红光及蓝光用的元件，而第二种类型具有供发射红光及绿光的元件。所说明的对象是去混合颜色以使混合成的颜色可被认作在任何方向有相同的颜色，但并没有光学装置去促进混合。它仅仅是在用树脂填充的灯盒内的LED的二维阵列，这只不过是形成一些漫射。

WO 98/16 777公开了具有为了信号装置，例如交通管理色灯，的呈单一颜色的LED阵列的信号灯。轴对称的外壳环绕着阵列，但分岔以使来自LEDs的光无反射地被传播到准直的费涅耳透镜。如果单色的LEDs被多色的阵列替代，透镜将使各个LED成象而不将颜色混合。

本发明的目的是提供LED光源，它将保持PAR灯的全部合乎需要的性能，加上当全功率及变暗时改变和调节色温的能力，全都处于较高的照明效率。

本发明的另一个目的是为LEDs阵列的扩展规模提供良好的颜色混合。

更进一步的目的在于提供从光源出射的混合光的平行光束。

根据本发明的光源利用包含呈多种颜色中每一种的至少一个LED的LEDs阵列用于发射多种颜色中每一种的光。阵列被配置在反射筒的入射孔，该筒有与入射孔对置的出射孔，光在延伸于两孔之间周围的壁被反射并被混合后由出射孔射出。光源具有在该两孔之间周围壁中央延伸的光轴，及垂直于光轴的横截面。

根据优选的实施方案，横截面至少沿部分光轴是非圆形的。横截面最好沿光轴的全部长度是多边形的。正方形或八边形的横截面已被发现适合用于混合不同颜色的光。

使周围的壁从入射孔到出射孔岔开也是可取的，从而出射孔比入射孔大。从光轴看去，周围的壁最好具有外凸的形状，并且朝着出射孔向外反射光斑。也就是说，壁的曲率半径朝向出射孔减小，使反射器有点成喇叭形。

本发明基于三个基本原理。第一，混合是成象的对立物；第二，混合能比较有效；以及第三，混合宽光束比窄光束更容易。

在理想的成象系统中，物平面上的每一点被映射到象平面上一个独立的点。理论上，不出现混合，在实际中直到系统的分辨极限的尺度上这是确实的。抛物柱面反射镜在输入与输出之间保持了一定量的相关性，这是由于其轴向形状和横截面形状两方面对成象的影响。

抛物面的轴向形状会聚反射时入射的平行光，并使发散的入射光线变得不太发散，来自单个点的光线被反射成平行的。任何凹面形状看来象抛物面(局部地)。反之，如果轴向形状是凸的(即成喇叭形)，则入射光在反射时将趋于发射，而靠近的输入点将趋于被映射成距离更远的输出点。

圆形横截面维持了入射光线方位角的一致。也就是说，入射与反射光线之间在方位角上的差别是相同的，不依赖于入射的方位角(在给定的轴向平面内)。另一方面，在多边形横截面的情况下，方位角的差别随入射的方位角强烈变化。

为了说明这些原理，在图1a至4b所表现的四组模拟是使用光线跟踪程序模拟系统汇编组件(ASAP)被完成的。图1和2表现来自具有抛物面轴向形状反射器的光分布，该反射器具有Z轴作为光轴，焦点(0,0,0)，以及在z=0平面内的10mm的孔。图3和4表现来自具有凸的轴向形状反射器的光分布，该反射器与优选的喇叭形设计相似，在z=0平面具有10mm入射孔。图1和3表现圆形横截面，而图2和4表现正方形横截面。在图1a至4a中光源在x=0处，在图1b至4b中光源在x=3mm处。光源发射平行于Z轴的宽朗伯锥(锥角80°)。在各个图中光的分布在距z=0处的点光源0.5m的平面中被模拟，在各个视域中的点标明光轴的中心。