專利名稱：照明設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用光束投影圖象的照明設(shè)備，包括一個具有光發(fā)射窗的外殼，該外殼中包含有一個光源和一個用于將光源所發(fā)出的輻射引導(dǎo)到沿縱軸方向的光學(xué)系統(tǒng)，以及一個設(shè)置在與該縱軸橫向相切的光束中的圖象形成表面。
這種照明設(shè)備本身是公知的。它們用在，特別是諸如舞臺照明的劇場照明中，尤其是用于將圖象或輪廓投影到舞臺，屏幕，背景或幕布上。這些照明設(shè)備的其它應(yīng)用包括將標志，文本或其它圖象投影在建筑物表面或路面上，例如投影在櫥窗前面，吸引潛在的顧客的注意。通常通過在外殼中設(shè)置移動鏡面來提供動態(tài)效果。另外，所述照明設(shè)備通常包括多個圖象形成表面，也被稱為GOBO。在另一個實施例中，所述GOBO被固定在一個可旋轉(zhuǎn)的透明板上，從而每一次照明設(shè)備成像不同的GOBO。
從EP-A 0253081中可以得到一種用作劇場照明的所謂的光圖象發(fā)生器，其中使用鹵燈或金屬鹵燈作為光源。使用一個反射鏡將該光源所發(fā)出的光變成平行光束，并利用透鏡將該平行光束聚焦到一圖象形成表面上。然后，該圖象形成表面被形成相應(yīng)的圖象。
上述類型的照明設(shè)備具有一個嚴重的缺點。它們通常具有非常大的尺寸，相當重且相當昂貴。另外，這種照明裝置需要相當多的維護，例如必需定期更換燈。
本發(fā)明的一個目的是消除上述缺陷。更具體的說本發(fā)明的目的在于提供一種在開始段落中所提到的照明設(shè)備，其中可以獲得更加簡單和低廉的結(jié)構(gòu)，同時具有相當?shù)偷哪芰肯暮拖喈數(shù)偷木S護成本。
為了達到這個目的，根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的其特征在于光源包括至少一個發(fā)光二極管，和一個包括用于準直光束的準直元件的光學(xué)系統(tǒng)。
發(fā)光二極管(LED)具有超過60,000小時的壽命，遠遠長于已知照明設(shè)備中所使用的鹵燈或金屬鹵燈的壽命。另外，發(fā)光二極管具有相當?shù)偷哪芎?大約1瓦而不是50-200瓦)。
使用光電元件，也被稱為電光元件，例如諸如發(fā)光二極管(LED)的電致發(fā)光元件作為光源可以得到具有高光效率的照明設(shè)備。作為這個和其它因素的結(jié)果，使用發(fā)光二極管時光輸出的減小與照明設(shè)備功率和尺寸的減小不成比例。
如果使用多個發(fā)光二極管，最好將它們設(shè)置成一個矩陣，每個LED與一個準直元件相聯(lián)系。在另一實施例中，照明設(shè)備包括與多個準直元件相聯(lián)系的多個發(fā)光二極管，使得不同顏色的各種圖象有選擇地或同時被投影。一個或多個LED可以與一個準直元件相聯(lián)系。結(jié)果，LED的使用具有更多的優(yōu)點，可能產(chǎn)生動態(tài)照明。如果不同類型的LED被組合在一起和/或使用不同顏色的LED，可以以一種所需的方式對顏色進行混合，還可以影響顏色的變化而不必使用例如所謂的彩色轉(zhuǎn)盤。為了達到這個目的，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的照明設(shè)備包括一個用于改變LED的光通量的電子控制設(shè)備。用這種方法可以得到所需的彩色效果。LED的適當組合還能夠獲得白光，電子控制設(shè)備可以用于設(shè)置所需色溫度，該色溫在照明設(shè)備工作期間保持恒定。使用這種方法還能夠使光通量變暗。注意到電子控制裝置通常安裝在外殼中。不過原則上，電子控制裝置可以設(shè)置在外殼的外部。
已知照明設(shè)備的另一個缺點是在照明設(shè)備工作期間，所使用的光源實際上以IR輻射的形式發(fā)射相當多的熱量。另外，這種光源產(chǎn)生相當多的UV-輻射。結(jié)果，在照明設(shè)備中不可能使用合成樹脂作為光學(xué)元件。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)中由合成樹脂所制成的元件在UV-輻射的影響下易于降質(zhì)和/或在IR-輻射影響下熔化。因而，已知照明設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)由玻璃制成。由于LED與氣體放電燈或鹵燈相比產(chǎn)生更小的輻射熱和/或UV光，在根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備中可以使用合成樹脂作為光學(xué)系統(tǒng)中用于對光源所發(fā)出的光進行引導(dǎo)的部分。發(fā)光二極管的溫度遠低于已知照明設(shè)備中燈的溫度(大約50℃與大約200℃的比較)。另外，將照明設(shè)備外殼中的光程與光源適配是可能的。另外，與玻璃部件相比，可以相當容易并經(jīng)濟地制造具有這種應(yīng)用所需要尺寸精確度的合成樹脂光學(xué)部件。在這方面，使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)的光學(xué)系統(tǒng)可以得到滿意的結(jié)果。
通過使用環(huán)繞發(fā)光二極管的準直元件，可以不使用已知照明設(shè)備中的反射鏡。在工作過程中該準直元件使發(fā)光二極管所發(fā)射的光成為平行光束。在準直元件中，最好是發(fā)生反射和光的全內(nèi)反射，不使用已知照明設(shè)備中反射鏡上的反射膜。
根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備體積小，重量輕并且具有低能耗和低維護成本。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的照明設(shè)備的其特征在于該光源包括單一發(fā)光二極管，在工作時其光通量至少為5lm。
使用單一LED的優(yōu)點是可以得到非常小型的照明設(shè)備。目前，在市場上可以買到所謂的高效率，高輸出LED。每個LED的光通量至少為10lm，最好是每個LED的光通量大于30lm。使用這些高功率的LED能夠制造出具有非常緊湊框架的照明設(shè)備。
本發(fā)明一個較好實施例的照明設(shè)備的其特征在于，該LED固定在一個金屬芯印刷電路板上。如果LED裝備在這種金屬芯印刷電路板(MC-PCB)上，LED或多個LED所產(chǎn)生的熱通過熱傳導(dǎo)非常容易地通過PCB擴散掉。在僅具有一個LED的光源的照明設(shè)備中，不必要使用MC-PCB。
根據(jù)本發(fā)明一個較好實施例的照明設(shè)備的其特征在于外殼由金屬制成，并具有散熱片，該金屬芯印刷電路板通過一個導(dǎo)熱連接與金屬外殼連接在一起。優(yōu)選地是通過將MC-PCB固定在與該金屬外殼連接在一起的金屬板上來實現(xiàn)這種導(dǎo)熱連接。在這個實施例中，通過熱傳導(dǎo)，利用MC-PCB和金屬板將LED或多個LED中所產(chǎn)生的熱擴散到外殼和散熱片中，導(dǎo)致熱被擴散到環(huán)境中。它的一個優(yōu)點是與已知照明設(shè)備不同，不必要使用強制空氣冷卻來進行散熱。與已知的使用鹵燈或金屬鹵燈的光源不同，用作光源的LED不發(fā)熱。LED所產(chǎn)生的熱通過熱傳導(dǎo)散失掉。
在照明設(shè)備的優(yōu)選實施例中，該光學(xué)系統(tǒng)還包括一個將被準直光束聚焦在圖象形成表面上的聚焦透鏡。在照明設(shè)備的優(yōu)選實施例中，準直元件和聚焦透鏡集成為一個整體。這導(dǎo)致該照明設(shè)備具有更大的緊湊度。在照明設(shè)備的另一個實施例中，聚焦透鏡為菲涅耳透鏡。該聚焦透鏡最好由諸如PMMA或PC的合成樹脂組成，通過注入模制可以得到所需的光學(xué)菲涅耳結(jié)構(gòu)。
在一個優(yōu)選實施例中，該照明設(shè)備還包括一個用于投影圖象形成表面的圖象的投影透鏡。最好是，該投影透鏡為菲涅耳透鏡。這形成了更加緊湊的照明設(shè)備。這種菲涅爾透鏡最好由例如PMMA或PC的合成樹脂制成。為了避免透鏡誤差，投影透鏡最好采用非球面透鏡。在另一個實施例中，投影透鏡包括衍射結(jié)構(gòu)，可產(chǎn)生更高的圖象質(zhì)量(透鏡誤差的校正)。
從下面參照實施例的描述中本發(fā)明的這些和其它方面特點將是顯而易見的。
在附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個例子的照明設(shè)備的透視圖；圖2A為圖1所示的根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備的剖面圖，部分為剖面部分為透視；圖2B為包括集成在一起的準直元件與投影透鏡的LED的剖面圖；圖3A為包括一準直元件實施例的LED的剖面圖；圖3B為包括采用菲涅爾透鏡作為準直元件的實施例的LED的剖面圖；這些圖純粹是示意性的，沒有按比例畫出。特別是為了清楚，某些尺寸被大大夸大了。在附圖中，盡可能使相同附圖標記代表相同部分。
圖1為根據(jù)本發(fā)明的通過光束投影圖象的照明設(shè)備一個實施例的示意性透視圖。該照明設(shè)備包括一個具有設(shè)置在調(diào)節(jié)元件71中的光發(fā)射窗口2的外殼1，該調(diào)節(jié)元件可以相對外殼1運動。在工作中，該照明設(shè)備沿縱軸5發(fā)射光束。該外殼設(shè)置有散熱片11并被支架20支撐，在本例中支架20放在三個撓性腿21，21’上。該照明設(shè)備可以被懸掛起來或被裝備一個燈帽，如E14或E27型。
圖2A示意性地給出了部分為剖視部分為透視的根據(jù)本發(fā)明如圖1所示照明設(shè)備的剖面圖。外殼1具有散熱片11并由放在撓性腿21，21’上的支架20支撐。該外殼1還包括一個允許電接線電纜穿過的開口9。該外殼1還包括操作LED3所需的電子控制設(shè)備(為了清楚圖2A中沒有給出)。如果需要，該電子控制設(shè)備可以設(shè)置在外殼1的外部。
該外殼1中具有一個光源3和一個用于引導(dǎo)光源3沿縱軸5發(fā)光的光學(xué)系統(tǒng)4(參見圖2B)。該外殼1還包括一個設(shè)置在與縱軸5橫向相切的光束中的圖象形成表面6。該圖象形成表面6也可以被稱為GOBO(用于戲劇和電影詞匯的縮寫“Go BlackOut”)。GOBO通常包括一個用于有選擇地透光的掩模的薄金屬片，或者可以由其上具有的(彩色)玻璃制成。該圖象形成表面6還可以包括一個所謂的小餅(Cookie，來源于希臘語kukaloris)，使光發(fā)生折射。通常，照明設(shè)備包括多個固定在可旋轉(zhuǎn)透明板上的GOBO，每次該照明設(shè)備成像不同的GOBO。
根據(jù)本發(fā)明，該光源包括一個設(shè)置在照明設(shè)備外殼1中的發(fā)光二極管3。該光學(xué)系統(tǒng)4包括一個用于準直光束的準直元件14。在圖2A和2B所給出的例子中，集成元件4具有準直功能和聚焦功能。
由于本發(fā)明照明設(shè)備中使用LED而不是現(xiàn)有技術(shù)照明設(shè)備中已知的光源，最好使用包括諸如廣告文本和/或標志圖象和/或公司品牌的透明正片的光學(xué)透明合成樹脂制成。
在圖2A的例子中，該外殼包括一個LED3和一個與LED3相連系的圖象形成表面6。用這種方法可以得到結(jié)構(gòu)非常緊湊的照明設(shè)備。沿縱軸5測量的包括光發(fā)射窗2的外殼1的長度在5到10cm之間。已知照明設(shè)備的長度通常為30到100cm。
為了得到具有高光輸出的照明設(shè)備，可以使用所謂的LED功率組作為光源。例如，可以使用“Barracuda”(Hewlett-Packard)型的高效率，高輸出LED。對于紅光LED每個LED的光通量為10lm，對于綠光LEDs每個LED的光通量為13lm。這些高效率，高輸出LED的使用具有特殊的好處，為了滿足所需的相對高的光輸出，LED的數(shù)量可以相對小。這有助于制造出小型化和高效率的照明設(shè)備。在另一個實施例中，使用“Prometheus”型LED(Hewlett-Packard)作為高效率，高輸出LED，對于紅色LED每個LED的光通量為35lm，對于綠色LED每個LED的光通量為30lm。通過使用一個或多個高效率，高輸出LED作為光源，可以得到其亮度可與已知照明設(shè)備相比擬的日光可視的照明設(shè)備。
優(yōu)選地，LED3固定在金屬芯印刷電路板13上。具體來說該金屬芯印刷電路板13通過導(dǎo)熱連接與具有散熱片11的金屬外殼1相連接。優(yōu)選地通過將MC-PCB 13與金屬外殼1直接或通過一金屬板連接在一起來實現(xiàn)這種導(dǎo)熱連接。通過(熱)傳導(dǎo)，LED或多個LED中所產(chǎn)生的熱可以經(jīng)由MC-PCB13擴散到外殼1和散熱片11，在這個過程中產(chǎn)生了環(huán)境散熱。這個結(jié)構(gòu)的優(yōu)點就是不需要象傳統(tǒng)照明設(shè)備那樣用風冷進行散熱。
如圖2A所示，照明設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)4還包括一個用于將被準直的光束會聚到該圖象形成表面6的聚焦透鏡15。在給出了圖2A中光學(xué)系統(tǒng)放大比例的圖2B中可以看出LED3與準直元件14組合在一起，而準直元件14與聚焦透鏡15組合在一起，形成一個集成在一起的整體。該集成元件4具有準直功能和聚焦功能。該LED3設(shè)置在MC-PCB13上，具有光軸25并包括一個在工作中發(fā)光的主體21。在圖2B所給出的實施例中，該LED3的主體21具有一個透光殼體21’，例如以透鏡的形式。該準直元件14和聚焦透鏡15一起形成光學(xué)系統(tǒng)4，具有光軸25’，光軸25’與LED3的光軸25重合。在照明設(shè)備的另一實施例中，采用菲涅爾透鏡作為準直元件(參見圖3B)。
圖2A所示的照明設(shè)備還包括用于投影圖象形成表面6的圖象的投影透鏡7，7’。在圖2A所示的實施例中使用兩個投影透鏡7，7’，將相對于外殼1處于固定位置的投影透鏡稱為第一投影透鏡7，將安裝在以可移動方式(例如通過螺旋運動)設(shè)置在外殼1上的調(diào)節(jié)部件71中的投影透鏡稱為第二投影透鏡7’，從而投影透鏡7可以沿縱軸5運動。以這種方式，可以得到圖象形成表面6的清晰圖象。在照明設(shè)備的另一實施例中，聚焦透鏡采用菲涅爾透鏡。優(yōu)選地，該聚焦透鏡由合成樹脂制成。
圖3A為與LED33相關(guān)的準直元件34的實施例中LED33的剖面圖。LED33具有光軸35并由在工作中用來發(fā)光的主體31組成。在圖3A的例子中，LED33的主體31被提供有一個透光殼體31’，例如具有透鏡的形式。準直元件34具有光軸35’，與LED33的光軸35重合。選擇準直元件34的形狀使得LED33所發(fā)射的光束沿著與準直元件34的光軸35’平行的方向由光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出(圖中示意性地給出了光線穿過準直元件34)。由于這種設(shè)計，在前進方向LED33的強度增加(平行于光軸35)。為了達到這個目的，準直元件34的表面38，38’是彎曲的，使得LED33所發(fā)射并照射在表面38上的光在穿過表面38’后成為平行光束，該光束沿著平行于準直元件34的光軸35’的方向延伸(折射)。另外，準直元件34的表面39；39’和相關(guān)表面40；40’是彎曲的，使得LED33所發(fā)射并照射到表面39；39’的光在表面40；40’的方向完全反射，當穿過表面40；40’后，形成平行于準直元件34的光軸35’方向延伸的平行光束(全內(nèi)反射)。從而可以省略反射膜。
圖3B為另一實施例的照明設(shè)備的示意性剖面圖，該照明設(shè)備包括一個LED43和一個使用菲涅爾透鏡44的準直元件。LED43具有光軸45并由在工作中用于發(fā)光的主體41組成。在圖3B的例子中，該LED43的主體41具有透光殼體41’，例如以透鏡的形式。準直元件44具有光軸45’，與LED43的光軸45重合。在這個例子中，準直元件44采用菲涅爾透鏡，使得LED43所發(fā)射的光穿過光學(xué)系統(tǒng)并沿平行于準直元件44的光軸45’的方向發(fā)射。
顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說在本發(fā)明范圍內(nèi)可以具有多種變形。
本發(fā)明所保護的范圍不限于上面所給出的實施例。本發(fā)明體現(xiàn)在每個新穎特性和特性的組合。權(quán)利要求中的參數(shù)不限制所保護的范圍。詞語“包括”不排除存在那些在權(quán)利要求中沒有提到的元件。在元件前面使用“一個”不排除存在多個這種元件。
權(quán)利要求
1.一種利用光束投影圖象的照明設(shè)備，包括一個具有光發(fā)射窗(2)的外殼(1)，外殼(1)中具有一個光源(3)和一個用于引導(dǎo)光源(3)沿縱軸(5)方向發(fā)射光束的光學(xué)系統(tǒng)(4)，以及一個設(shè)置在與縱軸(5)橫向相切的光束中的圖象形成表面(6)，其特征在于該光源包括至少一個發(fā)光二極管(3)，并且該光學(xué)系統(tǒng)(4)包括一個用于準直光束的準直元件(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的照明設(shè)備，其特征在于該光源由單個發(fā)光二極管(3；33；43)組成，在工作中其光通量至少為5lm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該準直元件(34)的部分(39，39’)表現(xiàn)出全內(nèi)反射。
4.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該準直元件(34)面對發(fā)光二極管(33)的表面(38，40，40’)是彎曲的。
5.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該光學(xué)系統(tǒng)還包括一個將該準直光束聚焦在圖象形成表面(6)上的聚焦透鏡(15)。
6.如權(quán)利要求5所述的照明設(shè)備，其特征在于該準直元件(14)和聚焦透鏡(15)集成為一個整體。
7.如權(quán)利要求5所述的照明設(shè)備，其特征在于該聚焦透鏡采用菲涅爾透鏡(44)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該照明設(shè)備包括一個用于將圖象形成表面(6)的圖象進行投影的投影透鏡(7，7’)。
9. 如權(quán)利要求8所述的照明設(shè)備，其特征在于該投影透鏡采用菲涅爾透鏡。
10.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該發(fā)光二極管(3)安裝在一金屬芯印刷電路板(13)上。
11.如權(quán)利要求10所述的照明設(shè)備，其特征在于該外殼(1)由金屬制成，并具有散熱片(11)，以及該金屬芯印刷電路板(13)通過導(dǎo)熱連接與金屬外殼(1)相接觸。
12.如權(quán)利要求1或2所述的照明設(shè)備，其特征在于該照明設(shè)備包括用于改變發(fā)光二極管(3；33；43)的光通量的電子控制設(shè)備。
全文摘要
一種用于投影圖象的照明設(shè)備包括一個具有光發(fā)射窗(2)的外殼(1)。該外殼(1)中具有一個光源(3),一個用于引導(dǎo)光源(3)沿縱軸(5)方向發(fā)射光束的光學(xué)系統(tǒng)(4),和一個設(shè)置在相對于光軸(5)垂直方向的圖象形成表面(6)。根據(jù)本發(fā)明,該光源為LED(3),該光學(xué)系統(tǒng)(4)包括一個用于將LED(3)所發(fā)射的光進行準直的準直元件(14)。優(yōu)選地該照明設(shè)備僅包括一個LED(3),在工作期間具有至少為5lm的光通量。優(yōu)選地,該外殼(1)還包括一個用于將準直元件(14)所發(fā)出的準直光束聚焦在圖象形成表面(6)上的聚焦透鏡(15),以及優(yōu)選地包括用于投影圖象形成表面(6)的圖象的投影透鏡(7,7’)。優(yōu)選地準直元件的部分表現(xiàn)出全內(nèi)反射。根據(jù)本發(fā)明的照明設(shè)備是一種體積小,重量輕,低能耗且低維護成本的照明設(shè)備。
文檔編號F21V5/04GK1343289SQ00804656
公開日2002年4月3日 申請日期2000年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月7日
發(fā)明者L·拉默斯, J·P·M·安瑟姆斯, A·J·M·范赫斯, T·F·M·M·馬斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司