[发明专利]具有互补中心透镜和外围透镜的集光器

说明书

发明领域

本发明涉及一种照明装置，其照明光闸并且将光闸的影像投影到目标表面。照明装置包括产生光的光源模块、限定光闸的孔隙和适合于在目标表面处投影光闸的投影系统。

本发明还涉及一种集光器，其用于收集由光源发射的光且将所收集的光转换为光束。集光器包括沿着光源的光轴对准的中心透镜部分，其中中心透镜包括中心入射表面和中心出射表面。集光器还具有围绕中心透镜的至少一部分的外围透镜部分。外围透镜包括外围入射表面、外围反射表面和外围出射表面。

发明背景

发光二极管(LED)由于其相对低的能量消耗、长的寿命和电子调光的能力而在与照明应用有关的方面越来越多地得到使用。LED被成功用于照明应用中以供全面照明，诸如用于照明宽阔区域或用于产生宽阔光束（例如，用于娱乐行业）的染色灯/泛光灯。

然而，LED目前尚未在与光应用系统有关的方面得到成功使用，在光应用系统中，可产生影像并将影像投影到目标表面。在与娱乐照明有关的情况下尤其如此，在娱乐照明中，高需求的流明(lumen)输出和高的影像质量都是必需的。LED投影系统尚不能够满足这些需求。

投影系统中的光通常被收集到光闸中，在光闸中产生影像，接着成像光学系统将光闸投影到目标表面上。WO0198706、US6227669和US6402347公开了照明系统，其包括排列在平面阵列中的数个LED，其中将会聚透镜定位在LED的前面以便聚焦光，从而（例如）照明预定区域/闸或用于将来自二极管的光耦合到光纤中。

US5309277、US6227669、WO0198706、JP2006269182 A2、EP1710493 A2、US6443594公开了照明系统，其中将来自数个LED的光定向至共同焦点或聚焦区域，例如，通过使LED相对于光轴倾斜（JP2006269182 A2、WO0198706、US5309277）或通过使用定位在每个LED前方的单独折射构件（US6443594、US7226185B、EP1710493）来定向。

WO06023180公开了一种投影系统，其包括具有许多个的LED的LED阵列，其中将来自LED的光定向至目标区域。可以将LED安装到如图1a中所示的弯曲底座的表面或安装到如图1b中所示的平面底座的表面。

US 2008/0304536公开了一种高强度照明设备，其包括外壳；弯曲的支撑盘，其具有基于二极管或激光的集成光源的阵列，所述阵列安置在外壳内与支撑盘附连。每个光源包括光管(tube)，光管的一端处具有激光或二极管芯片。每个光管都具有位于与芯片相对的一端上的至少一个凹形出射表面，其中凹形出射表面使从每个光源发射的光会聚到外壳内的焦点。弯曲支撑盘的形状使各个焦点会聚到具有共焦平面的光束中。可调整的二次光学元件安置在外壳中，位于焦平面后方以便产生光束透射的各种角度。激光可以是二极管激光，而二极管可以是发光二极管(LED)。将LED封装到光管中，其中在一个实施方案中，光管具有反射表面和混合的出射表面。混合的出射表面包括内部球形聚焦元件和外部抛物线形聚焦元件。球形聚焦元件216和抛物线形聚焦元件217与218经过配置以将发射光聚焦到同一焦点。将LED封装到光管中，光管在光学上减少LED的有效发光面积并因此难以维持穿过整个光学系统的光学扩展量(etendue)。此外，难以设计光管的聚焦性质，这是因为聚焦是由混合的出射表面来执行，这约束了设计选择，因为只有两个表面部分可以被调整。另一问题在于以下事实：现今使用的高功率LED通常需要冷却，但在将LED封装到光管中时很难提供冷却。

US 2009/022552公开了一种具有复合弯曲表面的光源调制装置，其包括光分布复合折射表面、基础表面、反射表面和光调制复合折射表面，其中光分布复合折射表面具有第一折射表面和第二折射表面，且光调制复合折射表面具有第三折射表面和第四折射表面。光源调制装置经特定定形以使得从光源发射且与其法线方向形成小于光分布基准角的角度的光线从第一折射表面穿过第三折射表面，所述第三折射表面调制所述光线的出射角；并且从光源发射且与其法线方向形成大于光分布基准角的角度的光线从第二折射表面传递到反射表面，且由此经反射穿过第四折射表面，所述第四折射表面调制所述光线的出射角。因此，从光源调制装置发射的出射光线是准直且均匀的。