具有多个光源和反射设置的照明设备以及反射器单元

摘要

本发明涉及一种反射器单元以及一种照明单元(1)，所述照明单元(1)具有多个光源(4)和反射设置，其中所述光源(4)位于所述反射设置的反射表面的前面，其中所述光源(4)的光束通过沿所述照明设备(1)的主束方向进行反射的所述反射设置再次导向。根据本发明，存在第一反射部(2)和凸起的第二反射部，其中所述第一和第二反射部彼此匹配，以便可产生主光束，其特征还在于，所述光源(4)的光首先入射到所述第二反射部(5)，然后入射到所述第一反射部(2)，然后沿所述主束方向离开所述照明设备。

说明书

背景技术

具有多个人工光源的灯例如依赖于所使用的光源的性质而适合用于各 种目的。具有例如发光二极管(LED)或LED光源的灯的使用由于发光 二极管的相对低功率而被限制到不需要产生高的或极高光功率水平的应 用。具有低功率光源的灯被用于例如背景照明、LED墙、闪光灯、自行车 灯、或阅读灯、以及装饰发光器，在其中设置少量LED光源时尤其如此。 通常，这些灯具有光反射器件或反射设置。

此外，已知发光器形式的灯，其具有特别地设置在平面上的多个LED 光源。诸如这些发光器的平面发光器例如直接照射一区域和/或在某些情况 下也可改变其颜色，其中产生光的区域没有任何清楚地限定的边缘。

发明内容

本发明的目的是改善具有多个光源和反射设置的照明设备，从而改善 照明设备的性能特性。

通过权利要求1、2和5实现该目的。

在从属权利要求中规定本发明的有利发展。

本发明基于具有多个光源和反射设置的照明设备，其中光源位于反射 设置的反射表面的前面，其中来自光源的光束的发射方向沿与照明设备的 主发射方向相反的方向行进，并且其中来自光源的光束通过反射设置的反 射而被偏转到照明设备的主发射方向。

本发明的本质在于，提供第一反射部并提供凸起的第二反射部，第二 反射部相对于第一反射部是内部的且被第一反射部至少部分地包围，其中 第一和第二反射部彼此匹配，以便可产生主光束，本发明的本质还在于， 来自光源的光首先入射到凸起的锥形或基本上锥形的第二反射部并从那里 被反射到第一反射部，并且在重新反射之后，沿主发射方向离开反射设置。 因此提供了这样的具有多个光源的照明设备，其产生相对高的功率水平。 特别地，光源的性质的选择不限于单独的光源或其中的一些，而是可以在 该照明设备中使用实质上任何已知的和不同形式的光源。特别地，根据本 发明的照明设备可实现高功率光的效果而没有任何问题，即使整合具有高 发射功率的具有差的光特性的光源也是如此。因此显著扩展了可被有利地 用于所提出的高功率灯的光源的范围。特别地，现在可以有利地使用选自 极高光功率水平的光源，这在以前由于相对不令人满意的发射功率而是不 可能的。这些光源此外还可以利用相关光源的其他积极效应，而由于所述 原因，直到现在为止这些积极效应尚不能被利用，其中财务和/或技术方面 起作用。因此可以全面实现特别大的改善潜能。

在该情况下特别有利地，根据本发明，以模糊边缘区域发射或不具有 限定的光束边缘的光源现在自身允许以清晰的边缘产生光束，且该光束具 有聚焦的性质。特别地，提供这样的高功率光源，其具有以延伸到边缘边 界产生的高功率束为特征的发射特性。

根据本发明的照明设备提供以高光强度为特征的光源。反射系统使来 自每个光源的束混合，并将这些束聚焦而给出单个常规光源的印象。

使所有或实质上所有来自光源的辐射经过凸起的第二反射部，以便可 以产生具有定向光束的极高光束功率，该定向光束是沿主发射方向产生的。 在该情况下，光束的所有分量都不沿除主发射方向之外的束方向离开照明 设备，或者仅仅非常少量的分量沿除主发射方向之外的束方向离开照明设 备。

第二反射部特别有利地具有约为第一发射部的总深度的40％或80％ 的深度或凸起的尺寸。例如通过其沿主发射方向的尺寸确定第一反射部的 总深度，该尺寸是由第一反射部的前边缘到这样的点而得到的，该点为以 第一反射部为基准最远离其的点。在照明设备的具体实施例中，第二反射 部可具有从第一反射部的总深度的约10％的最小值到约150％的最大值的 深度或凸起的尺寸。

根据本发明的照明设备产生这样的前提，即，允许其被用于例如电影、 电视、剧场、体育光照明等等领域中的高功率高架聚光灯以及被用于电影、 视频、幻灯机、户外照明系统的发光器以及汽车头灯和飞机着陆灯。在该 情况下，可以附加地提供辅助器件，以光学地影响可产生的光束，这些将 在下面进行进一步的解释。

第一反射部优选为锥形的或具有直的(断面)侧面(flank)，特别地 具有以与第二反射部的锥形相反的形式对准的截锥体或多面体截面。从锥 体开始，第一和第二反射部相对于彼此的几何形状可以被理解为在截面表 面上的锥顶的镜像或具有加盖(capped)锥顶的部分，或通过折叠顶点或 截顶180角度的形式。

此外，本发明涉及一种具有多个光源和反射设置的照明设备，其中光 源位于反射设置的反射表面的前面，其中来自光源的光束的发射方向沿与 照明设备的主发射方向相反的方向或主发射方向行进，并且其中来自光源 的光束通过反射设置的反射而被偏转到照明设备的主发射方向。本发明的 另一本质方面在于，提供第一反射部并提供凸起的第二反射部，第二反射 部相对于第一反射部是内部的且被第一反射部至少部分地包围，其中第一 和第二反射部彼此匹配，以便可产生主光束，本发明的本质方面还在于， 来自光源的光在反射之后入射到凸起的第二反射部并从那里被反射到第一 反射部，并且在其上反射之后，发射离开那里。特别地，凸起的第二反射 部是锥形的，其具有圆形或多边形截面形状。例如，其可以是锥形的或截 锥形式。在该情况下，从第二反射部的部分锥形地倾斜的侧面是直的，这 有助于非发散光束的形成。如果为第二反射部提供非锥形侧面，或至少基 本上不是锥形的侧面，而是例如具有弯曲或曲面断面的侧面，则这些侧面 实际上阻碍产生具有清晰边缘的聚焦光束的希望效果。

所产生的光束可突然地为提供暗周边区域提供高亮度。特别地，散射 损耗被最小化，因此产生亮光斑。在该情况下，从照明设备出射的光束主 要为平行对准的。反射设置也允许束形成，或光聚焦。此外，可以提供诸 如透镜和/或光导的光学元件，以形成希望的光束特性。此外，根据本发明 的照明设备是物理紧凑的。

根据涉及根据本发明的其中来自第一反射部的光离开照明设备而没有 进一步的反射的情况的一个变型，提出了来自第一反射部的光在进一步的 反射之后沿主发射方向离开反射设置。特别地，这相应地允许偏离或偏离 开，因此来自光源的光束的发射方向沿照明设备的主束方向的方向行进。 特别地，可以通过相对反射部发生进一步的反射，与照明设备的光轴或纵 轴同心地设置该相对反射部。该相对反射部可以例如为壳(shell)或漏斗 形式。或者，该相对反射部可以基于该形状形成而没有漏斗尖端，或者为 锥形环的形式，或者可具有与虚拟的漏斗尖端同心的开口。该开口可被用 作用于来自反射设置的光的光出口开口，例如，来自该相对反射部的光被 再一次反射，然后经过该开口。

原则上，照明设备或其部件可被设计为与具有圆形截面的外部形状的 部件旋转对称。然而，照明设备也可以被设计为具有封闭的多边形截面形 状，或具有多面体外部形状。这使得可以产生基本上锥形的内部反射器。 反射部，例如内部反射器和外部反射器，于是可以具有单独的彼此对应的 反射表面，即，在每种情况下，外部反射器上的一个反射表面与内部反射 器上的反射表面朝向彼此反射光束。内部反射器的所考虑的反射表面于是 在每种情况下可与外部反射器上的相关反射表面关联，其中相关光束在这 些部分之间行进。

光源有利地包括被设置在反射设置中的出口开口周围的多个照明装 置。这允许以空间节省的方式设计照明设备。这也可以非常有效地使从每 个光源或每个照明装置发射的实质上所有光直接入射到第二反射部，即， 没有中间反射。此外，可以使单独的光源和/或多个光源一起更容易地被插 入和去除。

光源优选包括多个相同类型的照明装置。这使得可以产生具有与照明 装置的性质的特性对应的限定特性的光。此外，多个光源使用仅仅一种类 型的照明装置是实用的，这在实践中经常发生的照明装置的库存保持及其 更换方面是特别有利的。

直到现在，特别地，专门的室内或室外聚光灯经常需要无限的维护工 作，这是因为它们特别地被安装在暴露的位置，并且所安装的光源的寿命 通常仅为500到3000小时。相比之下，根据本发明的照明设备或高功率光 源可以实现约20000小时或更长的光源寿命。

特别地，在所提出的照明设备中可以使用不同类型的光源或照明装置。 由此可以提供多照明装置的照明单元，其具有产生多个颜色的照明装置， 例如，放电灯、白炽灯、白光LED或多芯片LED。

特别地，光源有利地具有多个节能照明装置，例如发光二极管。由于 使用诸如发光二极管的节能照明装置，照明设备的功率消耗可以显著小于 其他照明装置的功率消耗。

特别地，在诸如上述的应用范围内，根据本发明的照明设备可以解决 需要精确电能的相当大的能量的问题，该电能的大部分被以在使用照明设 备时产生的热的形式发射并且不能用于所希望的产生照明效果的目的。除 了不利地增加的对光的产生没有贡献的能量消耗之外，大部分的发热导致 相当大的其他缺点和问题，这些缺点和问题也依赖于各自的应用。过去， 已进行了例如集成对流冷却或风扇系统的尝试，以克服这些问题。在没有 对策的情况下，聚光灯或投影仪的内部将遭受由光束导致发生的相当大量 的热，并且相关的灯将失效。根据本发明的设置可以完全地或至少极大地 免用对应的附加设备和对策。

不需要例如先前高功率视频投影仪所需的极大量的冷却，因此由于没 有空气进入到内部，因而不需要过滤器，并且不会由过滤器阻塞导致缺陷。

现在，新的应用领域第一次可以被这样的对应照明设备覆盖而不需要 先前由于由光源产生的热量而导致所需的强制空气冷却或其他附加的措 施。这对于户外用途是特别有利的，因为可以提供适宜的保护外壳而不需 要任何用于风扇操作的外壳开口，而这些外壳开口是不利的且将必须被隐 藏或修改。

根据本发明的照明设备可以完全避免例如使用风扇、红外过滤器或某 些附加措施的需要，这是因为光束或来自光源的束不会变为特别热。特别 地，这有利地使得可以提供高功率光源。所使用的光源优选被设置为例如 靠近外部，或者例如具有到照明设备的外壳的外表面的良好热对流连接。 这导致大的用于光源本身和邻近的部件的散热或冷却(例如对流冷却)的 外部面积。

此外，空气冷却的缺省可以防止通过冷却空气而将灰尘引入到器具中。 来自低功率光源的光束导致“冷”束，由此允许使用与在过去所使用的材 料不同的材料。特别地，不需要使用耐高温的材料，由此使得所提出的设 置更经济。

此外，现在可以将先前显著大量的由空气冷却的电影、电视和剧场光 以及视频投影仪产生的噪声实质上降低为零。

直到现在，已使用将放电灯用作光源的多种照明设备和聚光灯。然而， 在达到其最大亮度之前，这些放电灯需要特定的启动时间。此外，在使用 之后这些放电灯必须首先被充分冷却下来，以便可以使它们再次启动，这 是成问题的。

同样可以避免对色温的改变，而色温的改变直到现在为止在用放电灯 操作的灯的情况下是常规的。这是因为，根据本发明的照明设备或高功率 光源可通过自动测量和再调整而被保持在恒定的色温。

当使用备选的光源并免用放电灯时，可以避免放电灯所需的高启动电 压。

特别地，在根据本发明的照明设备中LED光源(例如高功率发光二极 管光源)的使用可以立即和在任何时候启动对应的设置，并且可以立即产 生最大光功率。此外，光源可被设计为100％可调的。LED光源也可被有 利地用于频闪操作。

还可以安装具有不同特性的LED的高功率光源。特别地，可以有利地 提供具有3000K的灯罩的剧场聚光灯或具有6000K或更高的灯色的电影聚 光灯。

还可以有利地提供用于影响反射到主发射方向的光的附加装置。照明 设备的光束效果由此可被改变或可能被调整，这依赖于对照明设备的要求。 其中，这些附加装置可以为例如颜色改变装置或束影响装置，例如，光圈、 快门或变焦。

附加的装置优选包括光学元件。

还提议附加的装置包括成像装置。

如果目的在于允许改变照明设备的颜色，则这可以例如通过使用多色 LED、LED阵列或通过将颜色改变系统定位在白光高功率光源的前面而实 现。

因为所提出的照明设备或高功率光源产生清晰的束并且可以产生对存 在于聚光灯上或聚光灯中的元件和/或材料的照射的最优前提条件，由于束 中的可忽略的热，还可以有利地实现对图形、图像、视频等的投影。这些 包括例如液晶显示器、数字光处理面板(DLP面板)、电影或幻灯电影、 或插入式障板或所谓的遮光板(图形光遮蔽)。

此外，由于可以以各种形式装备照明设备，特别地依赖于诸如LED的 光源的数目和/或功率，因此可以实现各种功率级而没有任何问题。

还提议第二反射部具有凹陷，在该凹陷中设置另外的光源以及以与第 一和第二反射部相同的方式设计的第三和第四反射部，以将光从另外的光 源反射到主发射方向。这允许在非常有限的空间中以更大的形式叠加与第 一设置相同类型的第二设置，从而，另外的光源特别地可以进一步提高照 明设备的功率强度。

在根据本发明的主题的一个有利修改中，第二反射部为具有至少一个 边界表面的固体的形式，例如，由玻璃或塑料构成的几何体的形式、棱镜 的形式。

最后，照明设备有利地被设计为使得照明设备的外部尺寸在约40mm 与数米之间。

在根据本发明的主题的一个有利修改中，提供偏转-反射部，其将光从 光源导引到凸起的第二反射部。这允许将光源在其安装位置和/或空间对准 方面设计为可变形式。来自光源的光相应地首先入射到偏转-反射部，并从 那里放射到凸起的第二反射部。来自光源的光可以总是以希望的方式被导 引到第二反射部，这依赖于偏转-反射部的性质。偏转-反射部可以被连接 到第一反射部的朝向光源的开口面或边缘。特别地，偏转-反射部可以为比 第一反射部的漏斗宽的区域的形式。偏转-反射部可以为单独的部分的形 式，或者可以与第一反射部整体地形成。

还有利地提供相对反射部，来自第一反射部的光在其上被反射或通过 其而被反射。可以由此使该光的束方向特别地偏转到反射设置的中心区域 或朝向光轴偏转。可以在该相对反射层上使光束反射多于例如130角度。

在其中来自光源的光束的发射方向沿照明设备的主发射方向的方向行 进的一个设置中，相对反射部可以被用作该反射设置中的最后一个反射部 件，其中来自第一反射部的光被该相对反射部反射到照明设备的主发射方 向。可以在内部的第二反射部的区域中设置对应的开口，例如，中心开口， 以出射来自以该方式形成的光斑的光。其边界可以附加地对确保所形成的 光斑具有清晰边界做出贡献。

相对反射部和收集反射部特别有利地被设置为使得来自第一反射部的 光入射到相对反射部并从那里被投射到收集反射部，并通过后者而偏转到 主发射方向。可以沿主发射方向基本上完全避免来自所产生的光束的发散 分量。

相对反射部和收集反射部可以特别地被设置为与照明设备的中心纵轴 或光轴同心。在该情况下收集反射部被用于收集来自相对反射部的光并用 于反射到有效主发射方向，该有效主发射方向被最终提供给照明设备并沿 与来自光源的光的发射方向相反的方向行进。相对反射部与收集反射部之 间的距离可以近似对应于偏转-反射部沿照明设备的纵向的尺寸。

对于其中来自光源的光束的发射方向沿照明设备的主发射方向的方向 行进的设置，可以提供这样的相对反射部，该相对反射部通常被设计为不 同于在其中来自光源的光束的发射方向沿与照明设备的主发射方向的方向 相反的方向行进的设置中使用的相对反射部。

此外，本发明还涉及用于具有多个光源的照明设备的反射器单元，其 特征在于，提供第一反射部并提供凸起的第二反射部，第二反射部相对于 第一反射部是内部的且被第一反射部至少部分地包围，其中第一和第二反 射部彼此匹配，以便可产生主光束，其特征还在于，来自光源的光首先入 射到凸起的第二反射部并从那里被反射到第一反射部，并且在重新反射之 后，沿主发射方向离开反射设置。

附图说明

将参考根据本发明的照明设备的一个示例性实施例描述本发明的另外 的优点和特征。详细地：

图1示出了根据本发明的高功率灯的透视图，其中省略了单独的部件；

图2示出了由图1中的箭头P1指示的图1中所示的设置的视图；

图3示出了由图1中的箭头P2指示的图1中所示的设置的视图；

图4示出了如图1所示的设置的另一透视图；

图5示出了由图1中的有界区域A指示的放大的详细视图；

图6示出了由图4中的有界区域B指示的放大的详细视图；

图7示出了如图1所示的设置的放大的侧视图；

图8和9示出了从侧面的示意性局部图形式的、断面和透视形式的根 据本发明的高功率灯的反射设置的变型；

图10和11示出了如图8和9所示的视图中的根据本发明的另一反射 设置；以及

图12和13示出了根据本发明的高功率灯的另一反射设置，其中主发 射方向沿来自光源的光束的发射方向的方向，这与如图8和图9所示的视 图相同。

在某些情况下，在附图中为不同示例性实施例的相应部分选择相同的 参考标号。

具体实施方式

附图示出了根据本发明的照明设备的示意性实施例，其为高功率灯1 的形式并以高度示意性的形式示出，其中为了更好地示例照明设备的基本 设计而省略了照明设备的部件。

高功率灯1包括外反射器2、热沉3、光源4、锥形内反射器5以及光 学元件6、7和8。

在该情况下，光源4为发光二极管或LED的形式。图7示出了包括部 分9a到9e的单个光束9的一种可能的和理想化的分布，并特别地示出了 光源4a。光源4a与其他光源4相同，并以相同的方式和相同的距离对准 包括外反射器2和内反射器5的反射设置。来自光源4a的光束9首先入射 到锥形内反射器5，构成光束9的第一部分9a。光束9在内反射器5上被 反射，结果其入射到外反射器2的内侧上，如部分9b所示。如部分9c所 示，光束9同样被外反射器2反射，结果光束9被向后沿主发射方向投射 并通过出口开口10而在外部中经过，该开口10被热沉3和光源4以环状 包围。然后通过光学元件6和7使光束9的方向在一定程度上改变，在该 情况下，被稍微向外加宽，如另一部分9d所示。然后，光束9入射到另外 的光学部件或光学元件8，由此导致束9离开高功率灯1，如部分9e所指 示的。

这里通过实例示出的总共24个发光二极管4中的每一个形成所发射的 光束并对应于光束9，由此导致在部分9e中和光学元件8的前面的叠加或 相应地加强的光束。每个LED形成多个平行的光束，由此可以通过所产生 的光束、精确地，通过具有清晰地形成的边缘的束而总体上实现极高的光 功率。

与图1到7中所示的设置相比而言，在图8到13的每一个中提供偏转 -反射部11。所示例的高功率灯1的另外的部件包括外反射器2和锥形内反 射器5。在图8到13中没有示出同样提供的部件，例如具有出口开口10 和多个光源4的热沉3、以及可能存在的光学部件和/或光导部件。

偏转-反射部11在每种情况下为沿未示出的热沉的方向的锥形加宽部 分的形式、环形带的形式。偏转-反射部11的内表面被设计为反射性的。 偏转-反射部11可以通过其外边缘而被连接到外反射器2的加宽的边缘， 其中有或无窄间隙且具有向内弯曲的平面。此外，图8、10和12各自示出 了光束15的通过实例的方式选择的分布，该光束15被细分成不同的光束 部分15a到15c以及另外的光束部分15d到15j。

相应地，如光束部分15a所示，来自光源的光首先在偏转-反射部11 上被向内反射(如15b所示)到凸起的反射器或内反射器5，并从那里发 射(如15c所示)到外反射器2，并从那里发射(如图8中的光束部分15d 所示)。光的偏转和反射的该序列被用于图8到13中示出的所有设置，在 该情况下，各特定的束路径可以在空间上不同的方式行进。根据图8，光 束从外反射器2以束或聚焦的形式发射(如光发射部分15d所示)。

如图10、11所示且与图8、9中示出的设置相比，相对反射部12位于 未示出的光源与偏转-反射部11之间，该相对反射部12为环形的和锥形的 且具有中心开口12a。如光束部分15a所示，来自外反射器2的光被相对 反射部12再一次反射(如光束部分15f所示)，并且被投射到同样被提供 的收集反射部13上。漏斗形的收集反射部13位于内反射器5的前面开口 端处，并且其漏斗尖端轻微伸出到内反射器5中。由于该目的，内反射器 5不具有尖端，或者为截锥的形式，这与图8和9中所示的内反射器5的 尖头漏斗形状形成对比。被收集反射部13反射的光通过开口12a而离开反 射设置(如光束部分15g所示)，结果非发散的聚焦光束离开反射设置或 高功率灯1，其光束至少实质上与高功率灯1的纵轴S(图12)平行地对 准。

图12和13示出了基于图10和11中示出的设置的另一设计修改。然 而，在该情况下，沿来自光源的光束的发射方向的方向提供主发射方向。 在该情况下，提供漏斗形的相对反射部14，其与高功率灯1的纵轴S同心， 反射来自外反射器2的光(如光束部分15h所示)并通过在前面开口的内 反射器5中的开口5a而将其向外反射，如光束部分15j所示。所发射的聚 焦或组合的光束与纵轴S平行地离开高功率灯1。

可以提供光束导引或聚焦元件，以进一步影响高功率灯1的光效果。 这可以为例如由导通光的材料构成的细长的或狭长的柱状体，通过其而可 以例如极大地减轻加宽光锥的加宽，该加宽光锥例如为具有约130角度到 约10角度的光锥角的光锥。这允许产生有清晰边界的亮图像斑。

参考符号列表

1         高功率灯

2         外反射器

3         热沉

4         光源

4a        光源

5         内反射器

5a        开口

6         光学元件

7         光学元件

8         光学元件

9         光束

9a到9e    光束部分

10        出口开口

11        偏转反射部

12        相对反射部

12a       开口

13        收集反射部

14        相对反射部

15a到15j  光束部分