СВЕТОДИОДНОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО С ОПТИЧЕСКИМ КОМПОНЕНТОМ ДЛЯ СМЕШЕНИЯ ВЫХОДНЫХ СВЕТОВЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ ОТ МНОЖЕСТВА СВЕТОДИОДОВ
LED-BASED LIGHTING DEVICE WITH OPTICAL COMPONENT FOR MIXING LIGHT OUTPUT FROM PLURALITY OF LEDS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
В общем настоящее изобретение относится к светодиодному осветительному устройству. Более конкретно, различные способы и устройства изобретения, раскрытые в этой заявке, относятся к светодиодному осветительному устройству, имеющему оптический компонент для смешения выходных световых излучений от множества светодиодов.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цифровые технологии освещения, то есть освещения, основанного на полупроводниковых источниках света, таких как светодиоды (СД), представляют собой реальную альтернативу традиционным люминесцентным лампам, газоразрядным лампам высокой интенсивности и лампам накаливания. Функциональные преимущества и выгоды от использования светодиодов включают в себя высокие уровни преобразования энергии и оптической эффективности, долговечность, низкую стоимость эксплуатации и многие другие. В результате последних достижений в технологии светодиодов были разработаны эффективные и устойчивые полноспектральные источники света, которые позволяют создавать различные световые эффекты во многих областях применения. Некоторые осветительные приборы, содержащие осветительный модуль на основе этих источников, рассмотренные подробно, например, в патентах США № 6016038 и № 6211626, включенных в эту заявку путем ссылки, включают в себя один или несколько светодиодов, способных генерировать свет различных цветов, например красный, зеленый и голубой свет, а также процессор, предназначенный для независимого управления выходным излучением светодиодов, чтобы создавать различные цвета и эффекты изменения цвета света.
Предлагалось использовать светодиодный источник света вместо одного или нескольких температурных источников света в различных осветительных приборах, таких как, например, осветительные приборы, предназначенные для театрального освещения и освещения других зрелищных мероприятий. При этом обычно стремились, чтобы выходное световое излучение светодиодного источника света в таких осветительных приборах повторяло выходное световое излучение температурного источника.
Однако такие осветительные приборы с использованием светодиодного источника света могут иметь один или несколько недостатков. Например, в светодиодных осветительных приборах могут использоваться светодиоды многочисленных цветов, но может не достигаться эффективное смешение цветов. Неэффективное смешение цветов может вызывать хроматическую аберрацию или деление цветов на изображении в дальнем поле, которое может дополнительно усиливаться при использовании гобо и других эффектов. При использовании миниатюрного светодиода и матриц на печатной плате такой эффект ослабляется, но все же имеется необходимость в дополнительном смешении выходных световых излучений от светодиодов.
Поэтому в данной области техники имеется необходимость в светодиодном осветительном устройстве, обеспечивающем удовлетворительное смешение выходных световых излучений от множества светодиодов, вследствие чего будет минимизироваться хроматическая аберрация в выходном световом пучке.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ
Настоящее раскрытие обращено к способам и устройствам изобретения, относящимся к светодиодному осветительному устройству, имеющему оптический компонент для смешения выходных световых излучений от множества светодиодов. Например, согласно некоторым вариантам осуществления оптический компонент может включать в себя по меньшей мере одну отражающую поверхность во внутреннем пространстве, а светодиоды могут быть расположены по вертикали вокруг отражающей поверхности. По меньшей мере некоторые из светодиодов могут генерировать выходные световые излучения, обычно направленные к отражающей поверхности. Отражающая поверхность может быть выполнена с возможностью направления по меньшей мере некоторой части выходного светового излучения, непосредственно падающего на него, через выходное световое отверстие оптического компонента.
Согласно одному объекту светодиодное осветительное устройство в общем случае включает в себя вытянутую в продольном направлении ось осветительного устройства, выходное световое отверстие, окружающее ось осветительного устройства, и отражатель, расположенный выше выходного светового отверстия и окружающий ось осветительного устройства. Кроме того, имеется множество светодиодов и они расположены ниже выходного светового отверстия и окружают ось осветительного устройства. Каждый из светодиодов излучает выходной световой пучок, имеющий центральную ось выходного светового пучка, обычно направленную и перпендикулярную к оси осветительного устройства. По меньшей мере одна отражающая поверхность расположена между по меньшей мере некоторыми из светодиодов и осью осветительного устройства. Отражающая поверхность расположена так, что множество выходных световых пучков, имеющих центральные оси, непосредственно падает на нее и направляется через выходное световое отверстие.
Согласно некоторым вариантам осуществления отражающая поверхность представляет собой отражающий конический оптический элемент, имеющий вершину, наиболее близко прилегающую к выходному световому отверстию. По желанию вершина может быть центрирована относительно оси осветительного устройства. Кроме того, отражающая поверхность может включать в себя множество плоских поверхностей, сходящихся к вершине, по желанию центрированных относительно оси осветительного устройства. Светодиоды могут быть расположены на множестве плоских поверхностей, центрированных относительно оси осветительного устройства.
Согласно некоторым вариантам осуществления отражающая поверхность включает в себя множество пирамидальных структур, расположенных по радиусам вокруг оси осветительного устройства, и при этом каждая имеет вершину, наиболее близко прилегающую к оси осветительного устройства.
Согласно другому объекту предложено светодиодное осветительное устройство, которое в общем случае включает в себя вытянутую в продольном направлении ось осветительного устройства, выходное световое отверстие, окружающее ось осветительного устройства, и изменяющую свет структуру, расположенную выше выходного светового отверстия и центрированную относительно оси осветительного устройства. Кроме того, множество печатных плат со светодиодами предусмотрено, и расположено ниже выходного светового отверстия, и окружает ось осветительного устройства. Каждая из печатных плат со светодиодами по существу параллельна оси осветительного устройства и имеет обращенные внутрь светодиоды, излучающие выходные световые пучки, имеющие центральные оси световых пучков. Отражающий конический оптический элемент расположен во внутреннем пространстве относительно печатных плат со светодиодами и центрирован относительно оси осветительного устройства. Конический оптический элемент имеет основание и вершину. Вершина находится ближе к выходному световому отверстию, чем основание.
Согласно некоторым вариантам осуществления внешняя поверхность конического оптического элемента между основанием и вершиной обычно является вогнутой. Светодиодное осветительное устройство может дополнительно включать в себя множество опорных структур, расположенных между печатными платами со светодиодами. В некоторых версиях этих вариантов осуществления по меньшей мере один обращенный внутрь участок каждой из опорных структур является отражающим.
Согласно некоторым вариантам осуществления по меньшей мере один обращенный внутрь участок каждой из печатных плат со светодиодами является отражающим. Кроме того, расстояние по оси осветительного устройства между основанием и вершиной может быть больше, чем расстояние по оси осветительного устройства между вершиной и выходным световым отверстием. По желанию нечетное число печатных плат со светодиодами может быть асимметрично расположено вокруг оси осветительного устройства.
Согласно некоторым вариантам осуществления изменяющая свет структура представляет собой отражатель.
Согласно другому объекту предложено светодиодное осветительное устройство, которое в общем случае включает в себя вытянутую в продольном направлении ось осветительного устройства, выходное световое отверстие, окружающее ось осветительного устройства, и множество печатных плат со светодиодами, расположенных ниже выходного светового отверстия и окружающих ось осветительного устройства. Каждая из печатных плат со светодиодами по существу параллельна оси осветительного устройства и имеет обращенные от нее во внутреннее пространство светодиоды, излучающие выходные световые пучки, имеющие центральные оси световых пучков. Множество отражающих пирамидальных структур образовано во внутреннем пространстве относительно печатных плат со светодиодами и расположено по радиусам вокруг оси осветительного устройства. Каждая из пирамидальных структур имеет вершину, наиболее близкую к оси осветительного устройства, и основание, наиболее удаленное от оси осветительного устройства. Основание получает большую часть выходного светового излучения от одной из печатных плат со светодиодами.
Согласно некоторым вариантам осуществления предусмотрено нечетное число пирамидальных структур.
Согласно некоторым вариантам осуществления каждая из пирамидальных структур является несимметричной и/или каждая включает в себя удлиненное прямоугольное основание.
Светодиодное осветительное устройство может дополнительно включать в себя рупорный отражатель, расположенный выше выходного светового отверстия и окружающий ось осветительного устройства.
Используемый в этой заявке для представленного раскрытия термин «светодиод» следует понимать как охватывающий любой электролюминесцентный диод или систему инжекции носителей на основе p-n-перехода другого вида, которая способна генерировать излучение в ответ на электрический сигнал. Поэтому термин «светодиод» охватывает, но без ограничения ими, различные полупроводниковые структуры, которые излучают свет в ответ на ток, светоизлучающие полимеры, органические светодиоды (ОСД), электролюминесцентные полоски и т.п. В частности, термин «светодиод» относится к светодиодам всех видов (включая полупроводниковые и органические светодиоды), которые могут быть выполнены с возможностью генерации излучения в одной или нескольких из инфракрасной области спектра, ультрафиолетовой области спектра и на различных участках видимой области спектра (обычно включающей в себя длины волн излучения от приблизительно 400 нм до приблизительно 700 нм). Некоторые примеры светодиодов включают в себя, но без ограничения ими, инфракрасные светодиоды, ультрафиолетовые светодиоды, красные светодиоды, голубые светодиоды, зеленые светодиоды, желтые светодиоды, янтарные светодиоды, оранжевые светодиоды и белые светодиоды (рассматриваемые дополнительно ниже) различных типов. Кроме того, должно быть понятно, что светодиоды могут быть выполнены с возможностью генерации излучения, имеющего различные ширины полос, и/или ими можно управлять для получения различных ширин полос (например, полной ширины на половинной высоте или FWHM) при заданном спектре (например, узкой полосы, широкой полосы) и ряда доминирующих длин волн в пределах определенной общей категоризации цветов.
Например, согласно одной реализации светодиод, выполненный с возможностью генерации по существу белого света (например, белый светодиод), может включать в себя кристалл, который соответственно излучает в различных спектрах электролюминесценции, а при смешении их в сочетании образует по существу белый свет. Согласно другой реализации светодиод белого света может быть объединен с люминофором, который преобразует электролюминесценцию, имеющую первый спектр, в имеющую другой второй спектр. В одном примере этой реализации, электролюминесценцией, имеющей относительно короткую длину волны и спектр в узкой полосе, «накачивается» люминофор, который в свою очередь испускает излучение с большей длиной волны, имеющее несколько более широкий спектр.
Должно быть понятно, что термином «светодиод» не накладываются физические и/или электрические ограничения на светодиод модульного типа. Например, как рассматривалось выше, светодиодом может называться взятый в отдельности светоизлучающий прибор, имеющий многочисленные кристаллы, которые выполнены с возможностью излучения с различными спектрами (которые, например, могут или не могут индивидуально регулироваться). Кроме того, светодиод может сочетаться с люминофором, который считается неотъемлемой частью светодиода (например, белых светодиодов некоторых типов). В общем случае термин «светодиод» может относиться к светодиодам в корпусе, бескорпусным светодиодам, светодиодам для поверхностного монтажа, светодиодам на печатной плате, светодиодам, установленным в корпусе типа Т, радиальным светодиодам в корпусе, силовым светодиодам в корпусе, светодиодам, включающим в себя оболочку некоторого вида и/или оптический элемент (например, рассеивающую линзу) и т.д.
Термин «источник света» следует понимать как относящийся к любому одному или нескольким из ряда источников света, включая, но без ограничения ими, светодиодные источники (в том числе один или несколько светодиодов, определенных выше), температурные источники (например, лампы накаливания, галогенные лампы), источники флуоресцентного света, люминесцентные источники, разрядные источники высокой интенсивности (например, натриевые, ртутные и металлогалоидные лампы), лазеры, электролюминесцентные источники других видов, пиролюминесцентные источники (например, пламя), кандолюминесцентные источники (например, калильные сетки, источники излучения с угольной дугой), фотолюминесцентные источники (например, газообразные разрядные источники), катодолюминесцентные источники с использованием электронного насыщения, гальванолюминесцентные источники, кристаллолюминесцентные источники, кинелюминесцентные источники, термолюминесцентные источники, триболюминесцентные источники, сонолюминесцентные источники, радиолюминесцентные источники и люминесцентные полимеры.
Конкретный источник света может быть выполнен с возможностью генерации электромагнитного излучения в видимой области спектра, вне видимой области спектра или как в видимой области, так и вне ее. В связи с этим термины «свет» и «излучение» используются в этой заявке на равных основаниях. Кроме того, источник света может включать в себя встроенный компонент в виде одного или нескольких фильтров (например, цветных фильтров), линз или других оптических компонентов. Кроме того, должно быть понятно, что источники света могут быть выполнены для ряда применений, включая, но без ограничения ими, индикацию, отображение и/или освещение. «Источник освещения» представляет собой источник света, который специально выполнен с возможностью генерации излучения, имеющего достаточную интенсивность для освещения внутреннего или внешнего пространства. В этом контексте «достаточная эффективность» означает излучаемую мощность в видимой области спектра, генерируемую в пространстве или окружающей среде (единицу «люмен» часто используют для представления суммарного выходного излучения от источника света во всех направлениях в виде излучаемой мощности или «светового потока»), достаточную для создания освещения окружающего пространства (то есть, света, который может восприниматься опосредованно и который может, например, отражаться от одной или нескольких из ряда промежуточных поверхностей до восприятия в полном объеме или частично).
Термин «спектр» следует понимать как относящийся к любой одной или нескольким частотам (или длинам волн) излучения, создаваемого одним или несколькими источниками света. В соответствии с этим термин «спектр» относится к частотам (или длинам волн) не только в видимом диапазоне, но также к частотам (или длинам волн) в инфракрасной, ультрафиолетовой и других областях всего электромагнитного спектра. Кроме того, конкретный спектр может иметь относительно небольшую ширину полосы (например, в полной ширине на половинной высоте могут иметься по существу несколько частотных составляющих или составляющих длин волн) или относительно большую ширину полосы (несколько частотных составляющих или составляющих длин волн, имеющих различные относительные интенсивности). Кроме того, должно быть понятно, что конкретный спектр может быть результатом смешения двух или большего количества других спектров (например, смешения излучений, испускаемых от соответствующих многочисленных источников света).
Для задач этого раскрытия термин «цвет» используется на равных основаниях с термином «спектр». Однако термин «свет» обычно используется прежде всего для обозначения свойства излучения, которое может восприниматься наблюдателем (хотя такое использование не означает ограничения области действия этого термина). В соответствии с этим термин «различные цвета» безусловно относится к многочисленным спектрам, имеющим составляющие различных длин волн и/или ширины полос. Кроме того, должно быть понятно, что термин «цвет» может использоваться применительно к белому и небелому свету.
Термин «цветовая температура» обычно используется в этой заявке применительно к белому свету, хотя такое использование не означает ограничения области действия этого термина. Цветовая температура по существу обозначает конкретное цветовое содержание или оттенок (например, красноватый, голубоватый) белого света. Цветовую температуру конкретного образца излучения обычно характеризуют в соответствии с температурой в градусах Кельвина (K) излучателя с характеристиками абсолютно черного тела, который излучает по существу с таким же спектром, как рассматриваемый образец излучения. Температуры излучателя с характеристиками абсолютно черного тела обычно попадают в пределы от приблизительно 700 K (обычно считающейся первой зрительно заметной для глаза человека) до свыше 10000 K; белый свет обычно воспринимается при цветовых температурах свыше 1500-2000 K.
Термин «осветительный прибор» используется в этой заявке для обозначения реализации или компоновки одного или нескольких осветительных устройств в конкретном конструктивном исполнении, узле или корпусе. Термин «осветительное устройство» используется в этой заявке для обозначения устройства, включающего в себя один или несколько источников света, одинаковых или разных видов. Конкретное осветительное устройство может иметь любое одно из ряда устройств крепления для источника (источников) света, оболочки/корпуса и форм, и/или электрических и механических схем присоединения. Кроме того, к конкретному осветительному устройству по желанию могут быть присоединены (например, включены, связаны или заключены в корпус) различные другие компоненты (например, схемы управления), связанные с работой источника (источников) света. Термин «светодиодное осветительное устройство» относится к осветительному устройству, которое включает в себя один или несколько светодиодных источников света, рассмотренных выше, наряду или в сочетании с другими не светодиодными источниками света. Термин «многоканальное осветительное устройство» относится к светодиодному или не светодиодному осветительному устройству, которое включает в себя по меньшей мере два источника света, выполненных с возможностью генерации излучения с различными спектрами, при этом каждый особый спектр источника может называться «каналом» многоканального осветительного устройства.
Термин «контроллер» обычно используется в этой заявке для описания различных устройств, связанных с работой одного или нескольких источников света. Контроллер может быть реализован многочисленными способами (например, с помощью специализированного аппаратного обеспечения) для выполнения разнообразных функций, рассматриваемых ниже. «Процессор» является одним примером контроллера, в котором используются один или несколько микропроцессоров, которые можно программировать при использовании программного обеспечения (например, микрокода) для выполнения разнообразных функций, рассматриваемых в этой заявке. Контроллер можно реализовать с использованием и без использования процессора и также можно реализовать в виде сочетания специализированного аппаратного обеспечения, предназначенного для выполнения некоторых функций, с процессором (например, с одним или несколькими программируемыми микропроцессорами и относящимися к ним схемами), предназначенным для выполнения других функций. Примеры компонентов контроллера, которые можно использовать в различных вариантах осуществления настоящего раскрытия, включают в себя, но без ограничения ими, обычные микропроцессоры, интегральные схемы прикладной ориентации (ASIC) и вентильные матрицы, программируемые пользователем (FPGA).
Следует понимать, что все сочетания изложенных выше концепций и дополнительные концепции, рассматриваемые более подробно ниже (при условии, что такие концепции не являются взаимно противоречивыми), предполагаются составляющими часть предмета изобретения, раскрытого в этой заявке. В частности, все сочетания заявляемых предметов изобретения, проявляющиеся в конце этого раскрытия, предполагаются составляющими часть предмета изобретения, раскрытого в этой заявке. Кроме того, следует понимать, что терминологию, в явной форме используемую в этой заявке, которая может проявляться в любом раскрытии, включенном в эту заявку путем ссылки, следует согласовывать со смысловым содержанием, наиболее соответствующим конкретным концепциям, раскрытым в этой заявке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах одинаковыми позициями обычно обозначены подобные детали на различных видах. Кроме того, чертежи не обязательно выполнены в масштабе в качестве альтернативы чертежам, обычно помещаемым при иллюстрации принципов изобретения. На чертежах:
фиг.1 - перспективный вид светодиодного осветительного устройства согласно первому варианту осуществления;
фиг.2 - перспективный вид с пространственным разделением деталей светодиодного осветительного устройства из фиг.1, включающего в себя оптический компонент; две из семи печатных плат со светодиодами не показаны на фиг.2 для облегчения наблюдения других компонентов;
фиг.3 - разрез светодиодного осветительного устройства из фиг.1 по линии 3-3 на фиг.1;
фиг.4 - вид светодиодного осветительного устройства согласно второму варианту осуществления;
фиг.5 - разрез светодиодного осветительного устройства по линии 5-5 на фиг.4; для примера также показаны световые лучи, исходящие от множества светодиодов одной из печатных плат со светодиодами светодиодного осветительного устройства; и
фиг.6 - разрез светодиодного осветительного устройства по линии 6-6 на фиг.4; для примера также показаны световые лучи, исходящие от множества светодиодов одной из печатных плат со светодиодами.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Предлагалось использовать светодиодный источник света вместо одного или нескольких температурных источников света в осветительных приборах различных типов, таких как, например, осветительные приборы, выполненные для театрального освещения и освещения зрелищных мероприятий других видов. Однако такие осветительные приборы могут иметь один или несколько недостатков. Например, в светодиодных осветительных приборах могут использоваться светодиоды многочисленных цветов, но может не достигаться эффективное смешение цветов. Поэтому заявитель осознал необходимость создания светодиодного осветительного устройства с использованием оптического компонента для удовлетворительного смешения выходных световых излучений от множества светодиодов. По желанию оптический компонент можно располагать ниже отражателя и/или другой дополнительной изменяющей свет структуры. Согласно некоторым вариантам осуществления оптический компонент может иметь во внутреннем пространстве по меньшей мере одну отражающую поверхность, а светодиоды могут быть расположены по вертикали вокруг отражающей поверхности. Согласно некоторым вариантам осуществления отражающая поверхность может включать в себя конический оптический элемент или может включать в себя множество отражающих пирамидальных структур. В общем, заявитель осознал и понял, что предпочтительно обеспечивать удовлетворительное смешение выходных световых излучений от множества светодиодов осветительного устройства, чтобы в достаточной степени минимизировать хроматическую аберрацию в выходном световом пучке, создаваемом осветительным устройством. С учетом изложенного выше различные варианты осуществления и реализации настоящего изобретения относятся к светодиодному осветительному устройству.
Что касается фиг.1-3, то согласно одному варианту осуществления светодиодное осветительное устройство 10 включает в себя единственный рупорный отражатель 60, расположенный над светодиодным оптическим компонентом 20. Отражатель 60 по существу центрирован относительно проходящей в продольном направлении центральной оси А осветительного устройства. Отражатель 60 включает в себя основание 64 отражателя, которое расходится раструбом вверх и наружу к верхней части 66 отражателя. Обычно верхней частью 66 отражателя задается выходное световое отверстие светодиодного осветительного устройства 10. Отражатель 60 включает в себя семь отдельных внутренних расширяющихся граней. Опорный фланец 62 отражателя продолжается радиально от основания 64 отражателя и соединен с верхней опорой 24 оптического компонента 20. Например, крепежные детали могут проходить через отверстия в опорном фланце 62 и помещаться в соответствующих отверстиях верхней опоры 24. Согласно альтернативным вариантам осуществления опорный фланец 62 и верхняя опора 24 могут быть склеенными друг с другом, приваренными друг к другу, образованными обычным способом, и/или что-либо из двух может отсутствовать. Например, согласно некоторым вариантам осуществления основание 64 отражателя может быть непосредственно прикреплено к верхней опоре 24. Опорный фланец 62 отражателя включает в себя множество отверстий для крепежных деталей, через которые можно пропускать крепежные детали для прикрепления отражателя 60 к оптическому компоненту 20. Верхняя часть 66 отражателя снабжена верхним фланцем 68, продолжающимся по окружности. Верхний фланец 68 может соединяться с корпусом в случае, когда светодиодное осветительное устройство 10 реализуется в осветительном приборе, и по желанию он может включать в себя прокладку.
Показанный отражатель 60 представляет собой асимметричный рупорный отражатель. Согласно другим вариантам осуществления можно использовать другие отражатели. Например, согласно некоторым альтернативным вариантам осуществления можно использовать симметричный рупорный отражатель. Согласно другим вариантам осуществления по желанию можно не использовать отражатель или использовать не рупорный отражатель. В показанном светодиодном осветительном устройстве отсутствует рассеиватель или другая, изменяющая свет оптика между верхним фланцем 68 и основанием 64 отражателя. Согласно альтернативным вариантам осуществления рассеиватель по желанию может добавляться на всем протяжении отражателя 60 и/или может включаться за пределами отражателя 60, над выходным световым отверстием осветительного прибора, в котором реализовано светодиодное осветительное устройство 10, или до него. Например, по желанию рассеиватель можно добавлять к верхней части 66 отражателя. Согласно некоторым вариантам осуществления отражатель 60 и любой корпус, в котором установлено светодиодное осветительное устройство 10, могут не содержать изменяющей свет оптики, которая сильно взаимодействует с выходным световым излучением светодиодного осветительного устройства 10. Согласно некоторым из этих вариантов осуществления отражатель 60 и/или другие составные части осветительного прибора могут быть снабжены защитным, не изменяющим свет стеклом.
В верхней опоре 24 обычно образовано выходное световое отверстие 25 оптического компонента, которое находится в оптической связи с соответствующим выходным световым отверстием в основании 64 отражателя. В показанном варианте осуществления каждое из упомянутых выше выходных световых отверстий по существу центрировано относительно оси А осветительного устройства. Согласно некоторым вариантам осуществления рассеиватель или другую, изменяющую свет оптику можно по желанию добавлять к оптическому компоненту 20. Например, согласно некоторым вариантам осуществления голографический рассеиватель можно по желанию добавлять к выходному световому окну 25 оптического компонента.
Верхняя опора 24 может быть прикреплена к нижней опоре 22 с помощью вытянутых по вертикали опорных стоек 26, продолжающихся между ними. Верхнюю опору 24 и/или нижнюю опору 22 можно прикреплять к опорным стойкам 26 при использовании, например, одного или нескольких винтов или других крепежных деталей, клея, посадки с натягом и/или сварки. Согласно некоторым вариантам осуществления верхняя опора 24, стойки 26 и/или нижняя опора 22 могут быть образованы в виде целостной детали. Например, согласно некоторым осуществлениям изобретения опорные стойки 26 и нижняя опора 22 могут быть образованы в виде целостной детали. В показанном варианте осуществления вытянутые по вертикали опорные стойки 26 расположены по существу параллельно оси А осветительного устройства и центрированы относительно нее.
Конический оптический элемент 40, имеющий основание 44 конического оптического элемента и вершину 46 оптического элемента, вытянут вверх от нижней опоры 22. В показанном варианте осуществления конический оптический элемент 40 по существу центрирован относительно оси А осветительного устройства, вершина 46 расположена на ней, а конический оптический элемент 40 по существу симметричен относительно оси. Конический оптический элемент 40 имеет внешнюю поверхность, которая, если смотреть снаружи, является вогнутой. Внешняя поверхность является отражающей. Согласно некоторым вариантам осуществления внешняя поверхность может включать в себя серебряное металлизированное покрытие, нанесенное осаждением в вакууме. Согласно некоторым вариантам осуществления внешняя поверхность может иметь поперечное сечение, которое обычно является параболическим по каждую сторону от оси А осветительного устройства. Как описывалось в этой заявке, всю внешнюю поверхность или участки ее можно выполнять с возможностью перенаправления большей части выходного света, излучаемого светодиодными матрицами 34 и падающего на нее, вверх к выходному световому отверстию 25 оптического элемента и через него и световое отверстие в основании 64 отражателя.
Показанная вершина 46 оптического элемента вытянута вверх по оси А осветительного устройства до места, которое находится приблизительно на 2/3 расстояния от основания 44 оптического элемента до отверстия 25 оптического элемента. Согласно альтернативным вариантам осуществления вершину 46 оптического элемента по желанию можно продолжать дальше или можно не продолжать столь далеко. Кроме того, согласно альтернативным вариантам осуществления вершина 46 оптического элемента по желанию может не располагаться на оси А осветительного устройства и/или конический оптический элемент 40 может не быть симметричным относительно оси А осветительного устройства. Специалист в данной области техники, получающий выгоду от настоящего раскрытия, должен осознавать и признавать, что оптический элемент можно выполнять в соответствии с идеями этого изобретения для получения заданного уровня смешения цветов, заданного выходного светового излучения и/или для согласования с конкретным отражателем или другим оптическим компонентом, предусмотренным в дополнение к отражателю или вместо него, расположенного выше оптического компонента 20. Например, согласно некоторым вариантам осуществления несимметричный оптический элемент можно использовать для получения несимметричного выходного светового пучка из осветительного устройства.
Конический оптический элемент 40 окружают семь печатных плат 32 со светодиодами, каждая из которых включает в себя светодиодную матрицу 34 и теплоотвод 36, вытянутый в обратном направлении от нее. Светодиодные матрицы 34 окружают оптический элемент 40 и обычно направлены к нему и к оси А осветительного устройства. Каждая из светодиодных матриц 34 обычно параллельна оси А осветительного устройства, а центральная ось (ось излучения от каждого светодиода обычно перпендикулярна к соответствующей печатной плате 32 со светодиодами) каждого светодиода из светодиодных матриц 34 обычно перпендикулярна к оси А осветительного устройства. Каждая из светодиодных матриц 34 продолжается по вертикали между парой опорных стоек 26. Согласно некоторым вариантам осуществления печатные платы 32 со светодиодами могут быть прикреплены к опорным стойкам 26. Например, согласно некоторым вариантам осуществления печатные платы 32 со светодиодами могут с возможностью скольжения удерживаться в канавках опорных стоек 26. Кроме того, например, согласно некоторым вариантам осуществления печатные платы 32 со светодиодами могут быть дополнительно или как вариант приклеены к опорным стойкам 26 и/или прикреплены с использованием одной или нескольких крепежных деталей. Светодиодные матрицы 34 обычно расположены вертикально и центрированы относительно конического оптического элемента 40.
Согласно некоторым вариантам осуществления по меньшей мере обращенные внутрь поверхности печатных плат 32 со светодиодами, опорных стоек 26 и/или опор 22/24 могут быть отражающими. Например, согласно некоторым вариантам осуществления печатные платы 32 со светодиодами, опорные стойки 26 и/или опоры 22/24 могут быть образованы из отражающего материала. Кроме того, например, согласно некоторым вариантам осуществления поверхности печатных плат 32 со светодиодами и/или опорные стойки 26 могут дополнительно или как вариант включать в себя серебряное металлизированное покрытие, нанесенное осаждением в вакууме. Согласно некоторым вариантам осуществления светодиодные матрицы 34 в совокупности включают в себя 385 светодиодов, равномерно распределенных между печатными платами 32 со светодиодами. Согласно некоторым версиям этих вариантов осуществления светодиодные матрицы 34 являются многоцветными и создают световой поток приблизительно 20000 лм при 500 Вт. Согласно некоторым вариантам осуществления многоцветные светодиодные матрицы могут включать в себя три или большее количество отдельных каналов. Хотя показаны семь отдельных светодиодных матриц 34, согласованных с рупорным отражателем 60, имеющим семь различных расширяющихся граней, согласно альтернативным вариантам осуществления можно предусматривать больше или меньше светодиодных матриц, число которых может соответствовать, а может не соответствовать, числу граней, которое может быть на любом отражателе. Согласно некоторым конкретным осуществлениям желательно предусматривать нечетное число светодиодных матриц 34 в асимметричном исполнении.
В показанном на фиг.1-3 варианте осуществления некоторая часть выходного света светодиодов, излучаемого от светодиодных матриц 34, падает непосредственно на конический оптический элемент 40. Некоторая часть такого света, непосредственно падающего на конический оптический элемент 40, отражается вверх и тем самым к выходному световому отверстию 25 оптического компонента и проходит через него. Другая часть света, непосредственно падающего на конический оптический элемент 40, может также отражаться внутри оптического компонента 20 (по желанию один или несколько раз коническим оптическим элементом 40) до направления через выходное световое отверстие 25 оптического компонента. Другая часть выходного света светодиодов, излучаемого от светодиодных матриц 34, может опосредованно падать на конический оптический элемент 40 и затем непосредственно или опосредованно направляться через выходное световое отверстие 25. Еще одна часть выходного света светодиодов, излучаемого от светодиодной матрицы 34, может отражаться исключительно от других поверхностей внутри оптического компонента 20 до направления через выходное световое окно 25. Еще одно минимальное количество выходного света светодиодов, излучаемого от светодиодных матриц 34, может направляться непосредственно через выходное световое отверстие 25. При совместном смешении выходных световых излучений, осуществляемом оптическим компонентом 20, обеспечивается удовлетворительное смешение выходного света светодиодов до ввода выходного света в отражатель 60.
Согласно альтернативным вариантам осуществления другая рассеивающая теплоту структура по желанию может быть включена в дополнение к теплоотводам 36 или вместо них. Например, согласно некоторым вариантам осуществления тепловые трубки, материалы с тепловыми микроканалами (например, графит и/или IsoSkin) и/или системы с прокачкой воды можно использовать для переноса теплоты от индивидуальных печатных плат 32 к единственному набору ребер. По желанию можно предусмотреть один или несколько вентиляторов для продувки воздуха через набор ребер. Кроме того, например, согласно некоторым вариантам осуществления тепловые трубки, материалы с тепловыми микроканалами и/или системы с прокачкой воды можно использовать для переноса теплоты от каждой индивидуальной печатной платы 32 к одному из множества наборов ребер, относящемуся только к единственной печатной плате 32. По желанию можно предусмотреть один или несколько вентиляторов, из которых каждый будет продувать воздух через один или несколько наборов ребер.
Согласно некоторым вариантам осуществления светодиодное осветительное устройство 10 по желанию можно реализовывать в осветительном приборе для зрелищных мероприятий, таком как, например, прибор для освещения сцены. Однако специалист в данной области техники, получающий выгоду от настоящего раскрытия, должен осознавать и признавать, что согласно альтернативным вариантам осуществления светодиодные осветительные устройства в соответствии с идеями этих вариантов осуществления могут быть реализованы в других светодиодных осветительных приборах, таких как, например, приборы местного освещения и/или приборы архитектурного освещения.
Обратимся к фиг.4-6, на которых показано светодиодное осветительное устройство 110 согласно второму варианту осуществления. Осветительное устройство 110 включает в себя оптический компонент 120 и множество печатных плат 132 со светодиодами. Осветительное устройство 110 включает в себя множество отражающих пирамидальных структур 140, расположенных вокруг оси А1 светодиодного осветительного устройства 110. Каждая из пирамидальных структур 140 имеет по существу одну и ту же конфигурацию. Однако согласно другим вариантам осуществления размер и/или форму одной или нескольких пирамидальных структур можно изменять. Кроме того, согласно некоторым вариантам осуществления можно предусматривать большее или меньшее количество пирамидальных структур. Пирамидальные структуры 140 расположены по радиусам вокруг оси А1 осветительного устройства, при этом вершина 124 каждой пирамидальной структуры наиболее близко прилегает к оси А1 осветительного устройства. Печатные платы 132 со светодиодами центрированы относительно оси А1 осветительного устройства и по существу параллельны ей.
Каждая из пирамидальных структур 140 включает в себя плоскую треугольную нижнюю отражающую поверхность 142, плоскую треугольную первую боковую отражающую поверхность 144 и плоскую треугольную вторую боковую отражающую поверхность 146. Отражающие поверхности 142, 144, 146 представляют собой верхние части удлиненного прямоугольного основания 148. Каждое прямоугольное основание 148 охватывает единственную светодиодную матрицу 134 из одной из печатной платы 132 со светодиодами и принимает выходное световое излучение от светодиодной матрицы 134. Хотя печатные платы 132 со светодиодами показаны находящимися на самых дальних от центра участках прямоугольных оснований 148, согласно альтернативным вариантам осуществления печатные платы 132 со светодиодами могут быть размещены на них глубже. Кроме того, согласно некоторым альтернативным вариантам осуществления прямоугольные основания 148 могут отсутствовать. Все нижние отражающие поверхности 142 сходятся к центральной вершине, которая по существу расположена на оси А1 осветительного устройства и которая по существу соответствует вершинам 124 индивидуальных пирамидальных структур 140. Верхние кромки боковых поверхностей 144 и 146 каждой из пирамидальных структур 140 фактически сходятся вниз к центральной вершине. Однако центральная вершина представляет собой вершину относительно нижних поверхностей 142.
Согласно некоторым вариантам осуществления по меньшей мере обращенные внутрь поверхности пирамидальных структур 140 могут быть отражающими. Например, согласно некоторым вариантам осуществления пирамидальные структуры 140 могут быть полностью образованы из отражающего материала. Кроме того, например, согласно некоторым вариантам осуществления все поверхности пирамидальных структур 140 могут дополнительно или как вариант включать в себя серебряное металлизированное покрытие, нанесенное осаждением в вакууме.
Выходное световое отверстие оптического компонента совместно образовано множеством отдельных отверстий 125 на открытой стороне каждой из пирамидальных структур 140. Отражатель, линзу или другой оптический компонент по желанию можно расположить выше выходного светового отверстия, образованного множеством отдельных отверстий 125 и/или одним или несколькими отдельными отверстиями 125, в оптической связи с выходным световым отверстием. Например, согласно некоторым вариантам осуществления рупорный отражатель может быть расположен выше выходного светового отверстия и по существу центрирован относительно продольной оси А1 осветительного устройства. Рупорный отражатель может иметь единственное отверстие в оптической связи с выходным световым отверстием, образованным множеством отдельных отверстий 125.
Обратимся к фиг.5 и 6, на которых показан разрез оптического компонента по линии 5-5 и 6-6 на фиг.4, соответственно. Кроме того, для примера показаны световые лучи, исходящие от множества светодиодов 134A-D одной из светодиодных матриц 134 на печатных платах 132 со светодиодами. Понятно, что многие другие световые лучи испускаются от каждого из светодиодов светодиодной матрицы 134.
На фиг.5 световой луч 134С1 направляется от светодиода 134С к верхней внутренней поверхности прямоугольного основания 148, затем отражается к нижней поверхности 142, которая в свою очередь отражает световой луч 134С1, направляя его через выходное световое отверстие 125. Световой луч 134В1 направляется от светодиода 134В к нижней поверхности 142, затем отражается и направляется через выходное световое отверстие 125. Световой луч 134А1 направляется от светодиода 134А к нижней внутренней поверхности прямоугольного основания 148, затем отражается и направляется через выходное световое отверстие 125.
На фиг.6 световой луч 134D1 направляется от светодиода 134D к боковой внутренней поверхности 148D прямоугольного основания 148D, затем направляется через выходное световое отверстие 125 к вершине 124. Световой луч 134Е1 направляется от светодиода 134Е непосредственно через выходное световое отверстие 125. В зависимости от точного угла выхода световых лучей 134D1 и 134Е1 один или оба световых луча могут выходить через выходное световое отверстие 125 пирамидальной структуры 140, показанной на фиг.5 и 6, затем входить в выходное световое отверстие 125 одной или нескольких других пирамидальных структур 140, при этом дальше они могут отражаться один или несколько раз до выхода через выходное световое отверстие (отверстия) 125. Дополнительные световые лучи могут излучаться от каждого из светодиодов, большая часть будет отражаться один или несколько раз одной или несколькими пирамидальными структурами 140. Коллективным смешением выходных световых излучений, выполняемым оптическим компонентом 120, обеспечивается удовлетворительное смешение выходных световых излучений светодиодов до выхода в конечном счете света из оптического компонента 120.
Хотя в этой заявке были описаны и показаны несколько вариантов осуществления изобретения, специалисты в данной области техники без труда представят себе ряд других средств и/или структур, предназначенных для выполнения функций, и/или получения результатов и/или одного или нескольких преимуществ, описанных в этой заявке, и каждое из таких изменений и/или модификаций будет считаться находящимся в объеме вариантов осуществления изобретения, описанных в этой заявке. В общем, специалисты в данной области техники должны без труда понять, что все параметры, размеры, материалы и конфигурации, описанные в этой заявке, предполагаются примерными и что фактические параметры, размеры, материалы и/или конфигурации зависят от конкретной области применения или областей применений, в которых идеи изобретения используются. Специалисты в данной области техники при использовании результатов только обычных экспериментальных исследований найдут или смогут определить многочисленные эквиваленты конкретных вариантов осуществления изобретения, описанных в этой заявке. Поэтому должно быть понятно, что приведенные выше варианты осуществления представлены только для примера и что в объеме прилагаемой формулы изобретения и эквивалентов ее варианты осуществления изобретения могут быть применены на практике иным способом, чем это конкретно описано и заявлено. Варианты осуществления изобретения согласно настоящему раскрытию относятся к каждому индивидуальному признаку, системе, изделию, материалу, набору элементов и/или способу, описанным в этой заявке. В дополнение к этому любое сочетание двух или большего количества таких признаков, систем, изделий, материалов, наборов элементов и/или способов, при условии, что такие признаки, системы, изделия, материалы, наборы элементов и/или способы не являются взаимно противоречивыми, включаются в объем изобретения согласно настоящему раскрытию.
Все определения, охарактеризованные и использованные в этой заявке, следует понимать, чтобы владеть словарными определениями, определениями, включенными путем ссылки, и/или обычным смыслом определенных терминов.
Неопределенные артикли, используемые в описании и формуле изобретения этой заявки, следует понимать как означающие «по меньшей мере», если четко не выражено противоположное.
Фразу «и/или», используемую в описании и формуле изобретения этой заявки, следует понимать как означающую «любой из двух или оба вместе» из соединяемых элементов, то есть элементов, которые в соединении присутствуют в некоторых случаях и раздельно присутствуют в других случаях. Многочисленные элементы, перечисляемые при использовании «и/или», следует толковать таким же образом, то есть «один или несколько» из соединяемых элементов. Помимо элементов, конкретно идентифицированных условием «и/или», по желанию могут иметься другие элементы, связанные или не связанные с конкретно идентифицированными таким образом элементам. Поэтому не создающим ограничения примером может служить упоминание «А и/или В», используемое в сочетании с открытым текстом, таким как «содержащий», которое может относиться в одном варианте осуществления только к А (по желанию с включением других элементов, но не В); в другом варианте осуществления – только к В (по желанию с включением других элементов, но не А); и т.д.
Фразу «по меньшей мере один», используемую в описании и формуле изобретения этой заявки в отношении перечня из одного или нескольких элементов, следует понимать как по меньшей мере один элемент, выбираемый из одного или нескольких элементов из перечня элементов, но без необходимости включения по меньшей мере одного из всех до единого элементов, конкретно перечисленных в перечне элементов, и без исключения любых сочетаний элементов из перечня элементов. Кроме того, этим определением допускается, что по желанию могут иметься другие элементы, кроме элементов, конкретно идентифицированных в перечне элементов, к которым относится фраза «по меньшей мере один», связанные или не связанные с элементами, конкретно идентифицированными.
Кроме того, следует понимать, что в любых способах, заявленных в этой заявке, которые включают в себя больше одного этапа или действия, порядок этапов или действий способа необязательно ограничен порядком, в котором этапы или действия способа перечисляются, если только четко не выражено противоположное. Кроме того, позиции в круглых скобках, встречающиеся в формуле изобретения, если они имеются, приведены только для удобства и не должны рассматриваться как ограничивающие каким-либо образом формулу изобретения.
В формуле изобретения, а также в описании, приведенном выше, все переходные фразы, такие как «содержащий», «включающий в себя», «несущий», «имеющий», «вмещающий», «касающийся», «удерживающий», «составленный из» и т.п., следует понимать как открытые, то есть означающие «включая, но без ограничения». Только переходные фразы «состоящий из» и «состоящий, по существу, из» следует считать закрытыми или полузакрытыми переходными фразами соответственно.