專利名稱：用于非成像光照應(yīng)用的光學(xué)變焦組件和使用光學(xué)變焦組件的照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及人造光或光照的創(chuàng)建，并且特別地涉及一種用于非成像光照應(yīng)用的光學(xué)變焦組件和使用控制光能分布的該光學(xué)變焦組件的照明器。
背景技術(shù)：
關(guān)于非成像光照應(yīng)用，不斷增長的對(duì)環(huán)境和可持續(xù)性的承諾反映在從燈絲和高強(qiáng)度放電燈到發(fā)光二極管(LED)的轉(zhuǎn)變中。與燈絲和高強(qiáng)度放電燈相對(duì)照的是，LED解決方案包括LED芯片封裝，這些封裝典型地每封裝包含多個(gè)LED芯片。這些LED芯片封裝在封裝本身中具有相對(duì)簡單的光學(xué)器件，其使得輔助光學(xué)器件系統(tǒng)成為必要以便提供任何需要 的顏色混合、準(zhǔn)直、變焦或者其他光束成形。照明源的近來的變化使得新的變焦透鏡成為必要，這些變焦透鏡考慮了包括溫度和光譜的LED照明源的獨(dú)特性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
有利的是實(shí)現(xiàn)一種用于非成像光照應(yīng)用的光學(xué)變焦組件以及使用該光學(xué)變焦組件的照明器。在LED光源具有特定的顏色混合和準(zhǔn)直要求的情景中，同樣希望的是允許實(shí)現(xiàn)一種控制光能分布的固態(tài)解決方案。為了更好地解決這些關(guān)切中的一個(gè)或多個(gè)，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，給出了光學(xué)變焦組件的一個(gè)實(shí)施例，其具有向光導(dǎo)體提供光的發(fā)光二極管芯片，該光導(dǎo)體具有允許光的混合的多個(gè)傳輸路徑。收集器透鏡與光導(dǎo)體串行且同軸地設(shè)置到接收自光導(dǎo)體的混合的光。包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡的變焦子組件可相對(duì)于光學(xué)透鏡同軸移動(dòng)，以便創(chuàng)建具有通過所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距控制的發(fā)散剖面的光束。此外，為了更好地解決前面提及的關(guān)切中的一個(gè)或多個(gè)，在本發(fā)明的一個(gè)方面中，給出了照明器的一個(gè)實(shí)施例，其可以提供用于各種不同的應(yīng)用的完整照明器具。本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例將是清楚明白的，并且將參照所述實(shí)施例進(jìn)行闡述。


為了更完整地理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在與附圖一起參照本發(fā)明的詳細(xì)描述，其中不同圖中的相應(yīng)附圖標(biāo)記指代相應(yīng)的部分并且其中
圖I為結(jié)合了依照本文給出的教導(dǎo)的光學(xué)變焦組件的照明器的一個(gè)實(shí)施例的透視圖； 圖2為圖I中所繪照明器的透視圖，其部分被剖開以便更好地揭示內(nèi)部部件；
圖3為進(jìn)一步詳細(xì)地示出最初在圖I和圖2中示出的光學(xué)變焦組件的嵌套陣列的透視
圖4為光學(xué)變焦組件的一個(gè)實(shí)施例的正視 圖5為圖4中所示光學(xué)變焦組件的橫截面視圖；圖6和圖7為圖4中所示光學(xué)變焦組件的不同的有利位置的俯視 圖8-10為光通過光學(xué)變焦組件的一系列透鏡傳播的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視 圖11-13為光通過光學(xué)變焦組件的一系列透鏡傳播的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視 圖14為光學(xué)變焦組件的角度與變焦 行程關(guān)系的曲線 圖15為代表LED準(zhǔn)直光學(xué)器件模塊的優(yōu)化基線強(qiáng)度的強(qiáng)度與垂直角度關(guān)系的曲線以及
圖16為代表LED準(zhǔn)直光學(xué)器件模塊的圓形分隔堆積陣列的基線強(qiáng)度的強(qiáng)度與垂直角度關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式盡管在下文中詳細(xì)地討論了本發(fā)明的各個(gè)不同實(shí)施例的形成和使用，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明提供了可以包含在各種各樣的特定情景中的許多適用的發(fā)明構(gòu)思。本文討論的特定實(shí)施例僅僅說明了做出和使用本發(fā)明的特定方式，并且沒有對(duì)本發(fā)明的范圍劃界。首先參照?qǐng)DI至3，其中描繪了依照本文給出的教導(dǎo)的照明器的一個(gè)實(shí)施例，該照明器示意性地被圖示并且總體上指定為10。外殼12適于容納框架14和光學(xué)變焦組件，這些光學(xué)變焦組件共同編號(hào)為16并且由框架14固定在外殼12內(nèi)?？蚣?4包括基座18，一系列平臺(tái)20、22、24，以及通過諸如支柱28之類的一系列軸向支柱互連的端件26。光學(xué)變焦組件16包括各個(gè)光學(xué)變焦組件16-1、16-2和16-3。也安裝到基座18并且封入外殼12中的散熱器子組件30吸收并且驅(qū)散由光學(xué)變焦組件16產(chǎn)生的熱量。在一個(gè)實(shí)施例中，散熱器子組件30包括幾乎靜音的風(fēng)扇，這些風(fēng)扇為包括光學(xué)變焦組件16的內(nèi)部部件提供強(qiáng)制空氣冷卻。外殼12通過旋轉(zhuǎn)連接到支撐結(jié)構(gòu)33的軛32裝配到合適位置。位于整個(gè)框架14中的電子器件子組件34向照明器10提供機(jī)動(dòng)化移動(dòng)和電子器件。電子器件子組件34可以包括多個(gè)板載處理器，這些處理器提供診斷和自校準(zhǔn)功能以及內(nèi)部測(cè)試?yán)毯蛙浖履芰?。照明?0也可以包括任何其他需要的電子器件，例如到電源的連接。如圖所示，可以包括一個(gè)或多個(gè)結(jié)束透鏡36以便添加端部效應(yīng)。光學(xué)變焦組件16設(shè)置在單層緊密堆積裝置38中，光學(xué)變焦組件16-1至16_3位于三角形定位中，其中每個(gè)光學(xué)變焦組件16的側(cè)面和定位成與另一個(gè)光學(xué)變焦組件16接觸的邊緣或側(cè)面接觸。應(yīng)當(dāng)理解的是，雖然描繪了具有一定數(shù)量和位置的光學(xué)變焦組件16的特定聚類或嵌套，但是在本文給出的教導(dǎo)內(nèi)光學(xué)變焦組件16的數(shù)量和定位可以變化。應(yīng)當(dāng)理解的是，光學(xué)變焦組件16模塊可以以不同于圖1-3所示的陣列布置。在陣列中可以利用任意數(shù)量的光學(xué)變焦組件，并且該陣列可以采取不同的形式，包括提供光學(xué)變焦組件之間的緊密接觸的那些形式以及提供光學(xué)變焦組件之間的空間的那些形式，甚至提供其組合的那些形式。而且，光學(xué)變焦組件16可以以有角度的方式、以線性移位或者其組合而被布置。圖4至7以附加的細(xì)節(jié)繪出了光學(xué)變焦組件16-1。LED芯片封裝40提供光源并且包括以陣列42布置在單個(gè)細(xì)長基座構(gòu)件44上的多個(gè)彩色LED芯片G、R、B、W，其可以包括提供接合引線(未示出)。如圖所示，LED芯片G、R、B、W被定位成相對(duì)于光學(xué)變焦組件16-1提供希望的角度發(fā)射模式以便提高顏色混合。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，取決于應(yīng)用，LED芯片G、R、B、W可以以其他類型的陣列布置。陣列42的LED芯片G、R、B、W包括分別發(fā)射綠色、紅色、藍(lán)色和白色光的常規(guī)綠色、紅色、藍(lán)色和白色LED芯片。這樣的LED芯片有利于高效地注射到光學(xué)變焦組件16-1中并且強(qiáng)烈地增強(qiáng)顏色混合。如圖所繪，為了進(jìn)一步增強(qiáng)由LED芯片封裝產(chǎn)生的白色光的質(zhì)量，利用包括一個(gè)紅色LED芯片(R)、一個(gè)綠色LED芯片(G)、一個(gè)藍(lán)色LED芯片(B)和一個(gè)白色LED芯片(W)的四LED芯片。然而，可以設(shè)想的是，隨著LED芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)步，不同數(shù)量的LED芯片和/或不同顏色的LED芯片可以用在陣列中以便優(yōu)化由LED芯片封裝40產(chǎn)生的光的質(zhì)量。舉例而言，在一個(gè)實(shí)施例中，利用包括一個(gè)紅色LED芯片(R)、一個(gè)綠色芯片(G)、一個(gè)藍(lán)色LED芯片(B)和一個(gè)琥珀色LED芯片(A)的四LED芯片。舉另外的實(shí)例而言，在另一個(gè)實(shí)施例中，利用包括一個(gè)紅色LED芯片(R)、兩個(gè)綠色芯片(G l，G2)和一個(gè)藍(lán)色LED芯片(B)的四LED芯片?？梢赃M(jìn)一步設(shè)想的是，低功率和高功率LED芯片二者都可以用在LED芯片封裝40中。在本文給出的教導(dǎo)的一個(gè)實(shí)施例中，耦合到平臺(tái)20的細(xì)長基座構(gòu)件44可以包括例如由塑料或陶瓷制成的、包封硅基臺(tái)(submount)設(shè)置于其上的金屬散熱器的電絕緣外殼。金屬散熱器向設(shè)置于其上的LED芯片封裝40提供散熱。進(jìn)一步的散熱由散熱器子組件30提供，如所提到的，該散熱器子組件包括鄰近金屬散熱器供應(yīng)強(qiáng)制空氣冷卻的幾乎靜音的風(fēng)扇。細(xì)長基座構(gòu)件44可以進(jìn)一步包括弓丨線，這些引線通過外殼與金屬散熱器和LED芯片G、R、B、W電隔離。接合導(dǎo)線將LED芯片G、R、B、W電連接到引線。光學(xué)變焦組件16-1包括光導(dǎo)體46、收集器透鏡48和變焦子組件50。光導(dǎo)體46從平臺(tái)20延伸并且通過平臺(tái)22、24。耦合軸環(huán)52和密封將收集器透鏡48固定到光導(dǎo)體46。如圖所示，基礎(chǔ)構(gòu)件56、58結(jié)合垂直支撐60、62維持耦合軸環(huán)52的位置并且通過緊固件64、66固定到那里。變焦子組件50被定位成如箭頭78所示與收集器透鏡48成可變間隔的關(guān)系，并且可相對(duì)于其同軸移動(dòng)。耦合到支柱28的延伸臂70支撐變焦子組件50并且變焦子組件50通過固定軸環(huán)72、74而與其耦合。如圖所示，可變空間78或距離通過由線性致動(dòng)器對(duì)延伸臂70的致動(dòng)而調(diào)節(jié)，所述線性致動(dòng)器可以包括例如由伺服馬達(dá)致動(dòng)的螺紋驅(qū)動(dòng)軸。延伸臂70的這樣的移動(dòng)由箭頭76繪出，其移動(dòng)與可變間距或空間78的變化相應(yīng)。其他類型的致動(dòng)器也處于本文給出的教導(dǎo)內(nèi)。取決于應(yīng)用，這樣的致動(dòng)器包括但不限于電動(dòng)伺服馬達(dá)、氣動(dòng)或者液壓致動(dòng)器或者甚至人工操作的致動(dòng)器。如下文中將進(jìn)一步詳細(xì)地討論的，這些相同類型的致動(dòng)器可以用來控制變焦子組件50內(nèi)的光學(xué)透鏡的單獨(dú)的移動(dòng)。用于照明器10的控制系統(tǒng)可以能夠獨(dú)立于監(jiān)督控制臺(tái)而操作或者甚至是自由運(yùn)行的(如果希望這樣的話)，以便在兩個(gè)行進(jìn)程度之間振蕩。在一個(gè)操作實(shí)施例中，具有所述光學(xué)變焦組件的照明器10形成自動(dòng)化多參數(shù)照明陣列的一部分，提供遠(yuǎn)程控制的和協(xié)調(diào)的方位與高度調(diào)節(jié)以及光控的光束呈現(xiàn)。光導(dǎo)體46在第一端80具有截面面積為^ir12的輸入孔徑82，其中半徑為r1;并且在第二端84具有第二截面面積為^ir22的輸出孔徑86，其中半徑為r2。光導(dǎo)體46疊加在LED芯片封裝40和LED芯片G、R、B、W上，以便接收來自輸入孔徑82處的源的光并且將光輸送至輸出孔徑86。第一截面面積^ir12可以基本上等于第二截面面積^ir22,從而輸入孔徑82和輸出孔徑86具有基本上相等的直徑并且λ可以等于r2。可替換地，第一截面面積可以逐漸減少到第二截面面積nr22，其中大于r2。作為另一種可替換方案，第二截面面積nr22可以逐漸減少到第一截面面積^!^^，其中^大于^?？梢允菆A柱形壁部分或者不規(guī)則壁或者錐形壁的部分的壁部分88將輸入孔徑82與輸出孔徑86連接，并且可以包括通常形成圓柱的旋轉(zhuǎn)表面。壁部分88包括限定多個(gè)傳輸路徑的反射材料，從而允許混合內(nèi)部空間102內(nèi)的從輸入孔徑82到輸出孔徑86的光。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，壁部分88可以是將輸入孔徑82與輸出孔徑86連接的用于混合光的壁裝置。光導(dǎo)體46的長度J1由與混合光源發(fā)射的光有關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)確定。此外，光導(dǎo)體46的長度J1沿著光導(dǎo)體32的縱向或者中心光軸測(cè)量，該縱向或者中心光軸在一個(gè)實(shí)施例中基本上與LED芯片封裝40的水平軸正交。套管100連接到LED芯片封裝40或者簡單地說LED芯片40，并且關(guān)于光導(dǎo)體46定位，使得圓環(huán)域位于其間。而且，在一個(gè)實(shí)施例中，光導(dǎo)體46的縱軸與套管100的縱軸對(duì) 準(zhǔn)。可以是例如O形環(huán)密封的密封位于圓環(huán)域上端的套管100與光導(dǎo)體46之間。軸環(huán)可以位于圓環(huán)域的下端并且設(shè)置在光導(dǎo)體46周圍以便在那里形成密封。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，代替或者附加于所述密封和軸環(huán)的是，可以使用可替換的密封技術(shù)。支撐結(jié)構(gòu)104可以耦合到基座14以便容納并且支撐光導(dǎo)體46和套管100。特別地，肩環(huán)可以容納套管100。密封墊片可以將支撐結(jié)構(gòu)104密封到LED芯片封裝40并且緊固件112、114將支撐結(jié)構(gòu)104與其耦合。熱傳導(dǎo)路徑存在于LED芯片40與套管100之間以便提供散熱。在一個(gè)實(shí)施例中，收集器透鏡48與光導(dǎo)體46的中心光軸串行且同軸地設(shè)置在光導(dǎo)體46的輸出孔徑86處。關(guān)于收集器透鏡48，主體120可以包括球形或非球形表面122、124。在該實(shí)施例中，收集器透鏡48具有供應(yīng)光的聚集的幾何結(jié)構(gòu)，可以包括由柱狀透明低傳輸損耗電介質(zhì)材料制成的反射材料126。應(yīng)當(dāng)理解的是，其他幾何結(jié)構(gòu)處于本文給出的實(shí)施例中。在一種實(shí)現(xiàn)方式中，變焦子組件50包括位于外殼142內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡130、132，該外殼具有與光導(dǎo)體46的中心光軸對(duì)準(zhǔn)的孔徑。這些透鏡可以與該中心光軸串行且同軸。變焦子組件50可相對(duì)于光學(xué)透鏡130、132同軸地移動(dòng)。變焦子組件50從來自收集器透鏡48的混合的、聚集的光形成光束。如下文中將進(jìn)一步詳細(xì)地討論的，光束具有通過所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡132、130與收集器透鏡48之間的可變間距控制的發(fā)散剖面。如圖所示，進(jìn)入外殼142的光在結(jié)束透鏡36的平面146處出射之前穿過光學(xué)透鏡130的表面134、136和光學(xué)透鏡140的表面138、140。應(yīng)當(dāng)理解的是，取決于特定的應(yīng)用，表面134-140可以具有類似或不同的曲率。此外，光學(xué)透鏡130、132之間的間距將取決于應(yīng)用。而且，變焦子組件50可以包括用于相對(duì)于彼此重新定位光學(xué)透鏡130、132的各種不同的機(jī)械設(shè)備。在該實(shí)現(xiàn)方式中，不僅光學(xué)透鏡130、132之間的間距變化，而且變焦子組件50與收集器透鏡48之間的間距也變化。圖8-10繪出了穿越光學(xué)變焦組件16-1的多個(gè)光束。首先參照作為圖4和圖5的一個(gè)操作實(shí)施例的圖8，可以為光混合棒或光管的光導(dǎo)體46均勻化通過光源在其中傳輸?shù)墓夤苁?bundle) 150。光管束150的強(qiáng)度質(zhì)心以縱向的方式在與中心光軸154—致的方向上從輸入孔徑82移動(dòng)到輸出孔徑86。沿著光導(dǎo)體46設(shè)置的反射材料的反射表面包括相對(duì)于從中通過的光的移動(dòng)的縱向或軸向方向垂直或傾斜的表面法線。反射材料供應(yīng)諸如通路152之類的通路，所述通路用于光束行進(jìn)并且從而彼此混合。如先前所提到的，LED芯片(G，R，B, W)可以具有至少部分朝向光導(dǎo)體46的內(nèi)部空間102的取向方向以便發(fā)起所述反射和混合。更特別地，光導(dǎo)體46提供由統(tǒng)稱為光管束150的多個(gè)光束穿越的多個(gè)通路152。所述多個(gè)通路152混合接收的光束并且使得光管束150的強(qiáng)度質(zhì)心以縱向方式從輸入孔徑82移動(dòng)到輸出孔徑86。然后,光管束150離開光導(dǎo)體46并且在存在于表面124之前在表面122處進(jìn)入收集器透鏡48。在一個(gè)實(shí)施例中，收集器透鏡48可以允許實(shí)現(xiàn)收集器透鏡48內(nèi)的單次反射、準(zhǔn)直傳輸。在收集器透鏡48處，光管束150被聚集，因此在表面124的出口處，光管束150被變換成聚集的光管束158。聚集的光管束158的混合的聚集光穿越距離Cl1，該距離是收集器透鏡48與光學(xué)透鏡130之間的間隔。在該圖中，變焦子組件50的定位·由變焦子組件50的外殼142的加括號(hào)的位置表示。聚集的光管束158入射到光學(xué)透鏡130的平坦表面134上，該光學(xué)透鏡被描繪成輔助收集器透鏡。在光學(xué)透鏡130處，聚集的光管束158在經(jīng)由那里穿過從表面134到達(dá)表面136時(shí)進(jìn)一步被聚集。由變焦子組件內(nèi)光管束160表示的該光管束然后穿越距離d2，該距離表示處于變焦子組件150內(nèi)的光學(xué)透鏡130、132之間的距離。變焦子組件內(nèi)光管束160穿過被描繪成準(zhǔn)直透鏡的光學(xué)透鏡132的表面138、140。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，取決于應(yīng)用，光學(xué)透鏡130和132可以具有與本實(shí)施例中描繪的功能不同的功能。于是，出現(xiàn)光管束的準(zhǔn)直的傳輸以便從那里產(chǎn)生基本上均勻的光瞳或光束162,其具有由所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡130、132和收集器透鏡48之間的可變間距屯、d2控制的發(fā)散剖面148。換言之，可變間距Clpd2控制變焦。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖I至8中所示LED準(zhǔn)直光學(xué)器件模塊的構(gòu)造可以變化。例如，光導(dǎo)體46和收集器透鏡48可以整體地形成或接合在一起以便形成整體單元。在哪一種情況下，這兩個(gè)部件仍然稱為光導(dǎo)體46和收集器透鏡48。諸如特定于應(yīng)用的特性和成本之類的因素可以確定優(yōu)選的構(gòu)造技術(shù)。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，光導(dǎo)體并不限于圓柱形壁部分。光導(dǎo)體也可以包括創(chuàng)建不同的壁部分和對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間的非圓柱形狀。舉例而言，光導(dǎo)體可以包括有小面的壁部分，該壁部分具有6個(gè)側(cè)面。另外舉例而言，光導(dǎo)體可以包括具有8個(gè)側(cè)面的壁部分。換言之，光導(dǎo)體可以包括任意數(shù)量的側(cè)面或小面并且它可以進(jìn)一步包括圓形或圓柱形壁部分。而且，如先前所討論的，光導(dǎo)體可以是錐形。供光學(xué)變焦組件16使用的光導(dǎo)體46的其他實(shí)施例處于本文給出的教導(dǎo)內(nèi)。如先前所討論的，光導(dǎo)體46可以采取各種各樣的形狀。除了具有各種各樣的形狀之外，光導(dǎo)體46可以為例如管狀或具有側(cè)壁的混合管狀、棒、其中具有主體的管狀或者其組合。類似于光導(dǎo)體46，收集器透鏡48的主體可以具有各種各樣的形式，包括例如具有側(cè)壁的主體、為具有壁部分和反射材料的固體構(gòu)件的主體、具有側(cè)壁構(gòu)件以及設(shè)置其中的具有壁部分和反射材料的固體構(gòu)件的主體，或者其組合。同樣地，如所提及的，光學(xué)透鏡130、132的構(gòu)造和放置可以類似地變化?，F(xiàn)在參照?qǐng)D9，光學(xué)變焦組件50的光學(xué)透鏡130、132被移動(dòng)得相互更靠近。特別地，輔助收集器透鏡130和變焦透鏡132 —致地移向收集器透鏡48，使得收集器透鏡48與輔助收集透鏡130之間的可變間距Cl1減小并且輔助收集器透鏡48與變焦透鏡132之間的可變間距d2保持不變。如圖所示，光管束150在其穿過光導(dǎo)體46時(shí)被混合并且然后在收集器透鏡48處被聚集?；旌系木奂?58入射到輔助收集器透鏡130的平坦表面134上并且在從那里穿過時(shí)進(jìn)一步被聚集。然后，光管束160在作為具有發(fā)散剖面148的光束162離開之前穿越距離d2并且穿過變焦透鏡142。如將會(huì)指出的，發(fā)散剖面148由所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡130、132和收集器透鏡 48之間的可變間距屯、d2控制。在該實(shí)施例中，圖9中的發(fā)散剖面148大于圖8中的發(fā)散剖面148，因?yàn)榭勺冮g距Cl1減小了。當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡130、132和收集器透鏡48之間的可變間距Clpd2減小時(shí)，光束162的發(fā)散剖面148變寬。例如，光學(xué)變焦組件16-1從圖8到圖9致動(dòng)。另一方面，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡130、132和收集器透鏡48之間的可變間距Clpd2增大時(shí)，光束162的發(fā)散剖面148變窄。例如，光學(xué)變焦組件16-1從圖9到圖8致動(dòng)。在圖10中，收集或收集器透鏡48被定位成盡可能靠近光導(dǎo)體46，并且類似地，收集器透鏡48、光學(xué)透鏡130和光學(xué)變焦透鏡132被定位成盡可能靠近以便在緊體積內(nèi)形成嵌套排列。在該實(shí)施例中，當(dāng)透鏡48、130、132之間的距離被最小化時(shí)，折射效應(yīng)導(dǎo)致最大化光束162的發(fā)散剖面148的凈效應(yīng)。圖10繪出了其中調(diào)節(jié)可變間距屯、d2 二者的實(shí)例。這通過變焦子組件50的致動(dòng)以調(diào)節(jié)可變間距Cl1和變焦子組件50內(nèi)的內(nèi)部致動(dòng)以調(diào)節(jié)可變距離(12來實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解的是，通過光學(xué)器件鏈的發(fā)散剖面148的發(fā)散量取決于透鏡48、130、132的表面之間的分離的距離以及透鏡48、130、132本身的組成。而且，光束穿過透鏡系列的演變和行為由斯涅爾定律(Snell’ s Law)支配，依照該定律，從空氣傳遞到玻璃或者更一般地說從更致密的介質(zhì)傳遞到較不致密的介質(zhì)的光線被折射離開表面法線。在所示實(shí)施例中，給定光學(xué)器件的動(dòng)力學(xué)，當(dāng)透鏡48、130、132 —起被定位成更靠近時(shí)，發(fā)散剖面148增大。換言之，當(dāng)透鏡48、130,132之間的間隔大體上增大時(shí)，發(fā)散剖面148通常減小。圖11和圖12繪出了穿越光學(xué)變焦組件16的另一個(gè)實(shí)施例的多個(gè)光束150。在該實(shí)施例中，包括在該實(shí)施例中具有表面172、174的單個(gè)變焦透鏡170的變焦子組件50具有相對(duì)于收集器透鏡48的可變間距屯。如通過比較圖11和圖12所示，收集器透鏡48與變焦透鏡170之間的可變間距Cl1選擇性地被控制和減小以便增大光束的發(fā)散剖面148。應(yīng)當(dāng)理解的是，可變間距Cl1可以通過增大距離Cl1以便減小光束178的發(fā)散剖面176而選擇性地被控制。應(yīng)當(dāng)理解的是，變焦子組件50可以在其中包括任意數(shù)量和排列的光學(xué)透鏡，使得可變間距(V"dn被創(chuàng)建以便提供像所需要的那樣魯棒的光學(xué)器件鏈和發(fā)散剖面148。而且，變焦子組件50內(nèi)的光學(xué)透鏡的形式和功能也可以隨著應(yīng)用而變化。圖13繪出了穿越光學(xué)變焦組件16的另一實(shí)施例的多個(gè)光束。如圖所示，與圖12相比，光學(xué)透鏡170具有不同的內(nèi)部光學(xué)屬性。這導(dǎo)致光學(xué)透鏡170內(nèi)的不同收集模式，并且也導(dǎo)致光束178的不同發(fā)散剖面176。現(xiàn)在將給出和討論從建模原型光學(xué)變焦裝置獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。圖14繪出了代表用于單層緊密堆積裝置的基線強(qiáng)度的角度與變焦行程關(guān)系的曲線圖。在這里，光入射的垂直角度以度數(shù)表示，并且變焦行程以毫米表示，使得如線190所示角度為變焦行程的函數(shù)。圖15繪出了具有分布192的照度圖并且圖16示出了該照度圖沿著X軸具有分布194的截面或切片。
盡管已經(jīng)參照說明性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本說明書并不預(yù)期在限制意義上進(jìn)行解釋。當(dāng)參照說明書時(shí)，所述說明性實(shí)施例以及本發(fā)明的其他實(shí)施例的各種不同的修改和組合對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是清楚明白的。因此，預(yù)期的是所附權(quán)利要求涵蓋任何這樣的修改或?qū)嵤├?br> 權(quán)利要求
1.一種光學(xué)變焦組件，包括 發(fā)光二極管芯片，其提供多個(gè)光源； 光導(dǎo)體，其具有輸入孔徑和輸出孔徑，該光導(dǎo)體用于在輸入孔徑處接收光并且通過那里沿著中心光軸將光傳播到輸出孔徑，該光導(dǎo)體提供與中心光軸交叉的多個(gè)傳輸路徑并且允許混合接收自所述多個(gè)光源的從輸入孔徑到輸出孔徑的光； 收集器透鏡，其與中心光軸串行且同軸地設(shè)置在輸出孔徑處，該收集器透鏡聚集接收自光導(dǎo)體的混合的光； 變焦子組件，其包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡，該變焦子組件可相對(duì)于光學(xué)透鏡同軸地移動(dòng)，該變焦子組件從接收自收集器透鏡的混合的聚集的光形成光束；并且 所述光束具有由所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距控制的發(fā)散剖面。
2.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)變焦組件，其中當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距減小時(shí)，光束的發(fā)散剖面變寬。
3.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)變焦組件，其中當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距增大時(shí)，光束的發(fā)散剖面變窄。
4.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)變焦組件，進(jìn)一步包括用于使所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與中心光軸相對(duì)同軸地移動(dòng)的線性致動(dòng)器。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)變焦組件，其中線性致動(dòng)器包括由伺服馬達(dá)致動(dòng)的螺紋驅(qū)動(dòng)軸。
6.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中光導(dǎo)體具有圓柱形形式。
7.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中光導(dǎo)體具有錐形形式。
8.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中收集器透鏡具有球形形式。
9.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡包括輔助收集器透鏡。
10.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡包括至少一個(gè)變焦透鏡。
11.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中光導(dǎo)體的縱軸基本上與發(fā)光二極管芯片的水平軸正交，該發(fā)光二極管芯片在輸入孔徑處提供光。
12.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中光導(dǎo)體和收集器透鏡整體地形成。
13.如權(quán)利要求I所述的光學(xué)組件，其中光導(dǎo)體和收集器透鏡單獨(dú)地形成并且耦合在一起。
14.一種用于控制光學(xué)變焦的方法，包括 提供具有中心光軸的光導(dǎo)體和在那里與中心光軸串行且同軸地設(shè)置的收集器透鏡；提供包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡的變焦子組件，該變焦子組件可相對(duì)于光學(xué)透鏡同軸地移動(dòng)； 經(jīng)由通過光導(dǎo)體沿著中心光軸傳播而混合光； 在收集器透鏡處聚集接收自光導(dǎo)體的混合的光；以及 通過改變所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的間距來控制在變焦子組件處接收的混合的聚集的光的發(fā)散剖面。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中控制混合的聚集的光的發(fā)散剖面進(jìn)一步包括利用所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡的線性致動(dòng)調(diào)節(jié)所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的間距。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括通過減小所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距而使混合的聚集的光的發(fā)散剖面變寬。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括通過增大所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距而使混合的聚集的光的發(fā)散剖面變窄。
18.—種光學(xué)變焦組件，包括 光導(dǎo)體，其具有中心光軸； 收集器透鏡，其與中心光軸串行且同軸地設(shè)置在光導(dǎo)體處； 變焦子組件，其包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡，該變焦子組件可相對(duì)于光學(xué)透鏡同軸地移動(dòng)；并且 變焦子組件包括用于改變所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的間距的裝置，其中在光導(dǎo)體處接收的光經(jīng)由通過光導(dǎo)體沿著中心光軸傳播而混合，收集器透鏡處接收自光導(dǎo)體的混合的光被聚集，并且變焦子組件處接收的混合的聚集的光的發(fā)散剖面由所述用于改變間距的裝置控制。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中用于改變所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的間距的裝置減小以使混合的聚集的光的發(fā)散剖面變寬。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中用于改變所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的間距的裝置增大以使混合的聚集的光的發(fā)散剖面變窄。
21.一種照明器，包括 基座； 多個(gè)光學(xué)變焦組件，其分別設(shè)置在基座上以便提供光束，所述多個(gè)光學(xué)變焦組件中的每一個(gè)包括 光導(dǎo)體，其具有中心光軸， 收集器透鏡，其與中心光軸串行且同軸地設(shè)置在光導(dǎo)體處，以及變焦子組件，其包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡，該變焦子組件可相對(duì)于光學(xué)透鏡同軸地移動(dòng)， 所述光束具有通過所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距控制的發(fā)散剖面；以及 外殼，其適于容納基座和所述多個(gè)光學(xué)變焦組件。
22.如權(quán)利要求21所述的照明器，其中所述多個(gè)光學(xué)變焦組件被布置成使得照明器發(fā)射的光束形成單個(gè)均勻光瞳。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于非成像光照應(yīng)用的光學(xué)變焦組件(16)和使用光學(xué)變焦組件的照明器(10)。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光二極管芯片(40)向光導(dǎo)體(46)提供光，該光導(dǎo)體具有允許光的混合的多個(gè)傳輸路徑。收集器透鏡(48)與光導(dǎo)體串行且同軸地設(shè)置到接收自光導(dǎo)體的混合的光。包括與中心光軸串行且同軸地定位的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡的變焦子組件(50)可相對(duì)于收集器透鏡同軸移動(dòng)，以便創(chuàng)建具有通過所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)透鏡與收集器透鏡之間的可變間距控制的發(fā)散剖面的光束。
文檔編號(hào)F21V14/06GK102959326SQ201180034028
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者R.K.斯蒂勒, J.A.阿達(dá)姆斯 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司