CN101506632A - 光学照明设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光学照明设备，其包括大致在同一平面中的多个固态光源(2)和至少一个布置在所述各固态光源(2)之间的光学传感器(4)。光学偏转单元(5，13)被安装在传感器(4)的前面，并且被设计以使得由固态光源(2)横向发射的光偏转到光学传感器(4)。所述偏转单元(5，13)被设计以抑制环境光透射到光学传感器(4)。

Description

光学照明设备

技术领域

本发明涉及包括位于平面或曲面中的多个诸如发光二极管(LED)的固态光源的光学照明设备领域。这种照明设备用于任意种类的照明应用，例如汽车领域、专业照明领域或消费型应用领域。

背景技术

传统的照明设备(比如例如信号灯)越来越多地装配有LED光源。这些LED光源的主要优点在于，其高得多的效率和它们增加了的寿命。由于LED的小尺寸和它们的柔性的形状因素，为灯设计者提供了新颖的和感兴趣的机会。

LED的原始的应用(如小信号灯)已经被大大地扩展。多个LED的串联和/或并联的组合往往用于增加光输出，并且因此在物理上实现更大的高亮度照明设备，例如交通灯。而且，在汽车领域，越来越多地实现基于LED的照明设备。目前，可以在尾灯、刹车灯和闪光灯系统中找到它们。已经进行了将它们用作头灯的第一尝试，并且结果看起来是有前途的。

此外，基于LED的光源的典型市场将在专业照明领域以及消费型应用领域，例如在家庭中和商店中的环境照明。特别是在后者的这些应用中，照明设备必须满足更高的要求。特别地，非常好的颜色质量(例如显色性)是必需的。进一步地，另外要注意的是，使得这种照明设备的颜色本身和/或色温适合于用户的要求。所有这些都需要用于所述设备的LED光源的合适的电子驱动和控制电路。

可以通过少数几个具有不同颜色的不同LED的组合来生成白光。原则上，这些不同颜色的混合允许生成具有所需色温和所需特征的白光。通常使用红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)LED。可以添加更多的颜色(例如琥珀色(A))以改进颜色质量，例如显色指数。原则上，也可以使用其他颜色组合。通过这种组合，可以调节所述白光的光输出(光通量)和色温。用相同的方式，可以生成每一种其他颜色。

色温的调节需要用于这种照明设备的LED中每一个或其组合的适合的电子驱动和控制电路。此外，可以利用基于传感器的反馈回路，以实时测量光特性并且操纵所述光输出使之朝向所期望的方向。该任务所使用的传感器可以是传统的光敏设备，例如测量光通量的光传感器或测量光的光谱特性的(真实)颜色传感器。所感测的数据用于提供给照明设备的控制电路，这可以独立调节LED的驱动电流直到达到所需的光特性。可以用众多种类的基本电路来修改LED电子驱动电流，例如通过脉宽调制(PWM)、通过振幅调制(AM)或通过直流供给来完成。

为了测量所述光的光谱特性，三信道RGB的传感器是可用的。然而，这些传感器的精确的光学功能被限制于仅仅大约10°的小入射角度。这使得传感器相对于LED光源非常不便于布置，因为传感器和光源必须面对面地放置，即相对于彼此180°。这会造成不想要的遮蔽效果，并且需要额外安装包括用于传感器的电连接的支持设备。

为了克服这个缺陷，WO 02/099333 A1公开了一种光学照明设备，其具有被布置为与LED光源在同一平面中的光学传感器。具有抗反射涂层的平面的或曲面的光学透明元件位于主聚光透镜和照明设备的输出开口之间。该元件用作部分反射器，其将LED发射的光的一小部分向回反射，以使其以小的入射角度入射到光学传感器上。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有一个或多个光学传感器的光学照明设备，所述光学传感器不会造成照明设备的光源的不想要的遮蔽并且允许测量受环境光影响减少了的这些光源的光。

可以用根据权利要求1的光学照明设备来实现该目的。所述光学照明设备的有利实施例是从属权利要求的主题，或者在随后的描述和实例中被描述。

本发明的光学照明设备包括：多个布置在平坦的或弯曲的平面中的固态光源；至少近似地位于所述平面中的、被布置在所述固态光源之间的至少一个光学传感器；和安装在所述光学传感器前面的偏转单元，其用于使得由所述光源发射的光的一部分偏转到所述光学传感器。所提出的光学照明设备的偏转单元被布置和设计以使得由所述固态光源横向发射的光的所述部分光偏转并且减少从前侧入射到光学传感器上的环境光的量。这可以通过反射器单元实现，所述反射器单元具有可分离地布置在前侧或作为所述反射器单元一部分的光学非透明层或元件。可替代地，大量细纤维的纤维束(例如玻璃纤维或聚合物纤维)可以用作偏转器单元。在此情况下，可分离的非透明层不是必需的，因为从前侧入射的环境光不能耦合进入所述纤维并且因此不会到达传感器。

由于所述偏转单元布置在所述(各)光学传感器前面，入射到所述传感器的敏感区上的被偏转光的入射角度大约近似为0°(相对于所述区的法线)。这允许使用具有适合于这种入射角度的滤光器的光学传感器，即商用的光学传感器，例如普通的RGB传感器。由于所述偏转单元的布置和设计，所述光学传感器可以横向地与所述光源安装在同一平面上并且也在同一基板(例如印刷电路板(PCB))上。因为所述偏转单元被布置和设计以使得来自光源横向发射光的一部分光偏转，所以所述偏转单元被布置靠近固态光源的平面并且因此不会造成不想要的遮蔽效果。布置在所述反射器单元前侧的所述光学非透明层或元件明显减少了入射到光学传感器上的环境光的量。这降低了所述传感器对环境光影响的敏感度，所述影响可以干扰所述测量并且因此干扰固态光源的颜色控制。因此，减少了由环境光造成的传感器的故障。一般地，所提出的光学反射单元还降低了对颜色控制算法的需要。当使用纤维束时，这也同样适用。

本发明的光学照明设备可以包括一个或多个光学传感器。所述传感器可以是例如普通流量传感器或组合RGB传感器。所述RGB传感器的滤光器可以以这样的方式优化：使得它们匹配人类眼睛的敏感度。商用光学传感器基本上使用半导体材料的光敏感度。所述半导体材料可以通过一窗口被光学照射。根据所述照射的强度，所述半导体材料的阻抗改变其值。

为了使所述传感器敏感度适合于特定波长或光谱，可以使用光学滤光器。所述滤光器可以由阻挡部分光谱的有色玻璃或塑料组成并且因此透射所期望的光谱，或者由干涉滤光器组成。干涉滤光器基本上由用于制造全反射镜的金属涂层和中灰滤光器构成，并且由被主要使用的薄膜干涉涂层构成。干涉涂层由薄的分层材料的叠层构成，每一层的厚度在光波长的数量级，通常为光的波长的四分之一。虽然每一种材料本身无色，但是在每一个界面上的反射引起干涉波，从而某些波长的光被选择性地反射而其他波长的光(所期望的光)被透射。合适的光学传感器是商业可用的，比如来自德国耶拿(Jena)的MAZeTGmbH，或来自美国圣何塞(San Jose)的Avago Technologies。

所提出的光学照明设备的固态光源优选地是发光二极管(LED)。这包括普通的低功耗半导体设备，并且特别地包括例如来自LUMILED^TM的新型高功耗设备。进一步地，包括了具有光学颜色滤光器的LED以及具有涂层的LED，以将原始激励的颜色改变为所需的颜色。一般地，还可以使用PLED(聚合物LED)、OLED(有机LED)或QDLED(量子点LED)。

在本照明设备的一个实施例中，所述偏转单元直接附接到光学传感器。可以通过将所述偏转单元粘合(胶粘)到传感器的顶部或通过使用扣在或夹在传感器上的机械固定设备来实现所述附接。

所述反射器单元包括具有一个或多个的内部反射表面的头部，所述内部反射表面将所述横向入射光朝向光学传感器反射。所述反射表面可以形成为反射镜或强漫散射平面。在所述照明设备的一个实施例中，所述反射器单元包括光学透明材料体。在该实施例中，在所述反射头部与所述光学传感器之间的所述部分可以用作所述反射光的光波导。

在另一有利实施例中，所述光学反射器单元包括位于所述反射表面与所述光学传感器之间的光学漫散射材料。该漫散射材料(例如毛玻璃)有利地将来自不同光源的入射光在其入射到所述光学传感器之前均匀混合。

在所述照明设备的另一实施例中，所述反射器单元之前的非透明层或元件被直接附接到所述反射器单元。该非透明层或元件优选地完全覆盖所述反射器单元的顶表面，以避免环境光通过所述反射器单元透射到所述光学传感器。所述非透明层可以形成为用于环境光的反射镜。而且，该非透明层可以形成朝向所述光学传感器的反射表面以将所述固态光源的横向入射光反射到所述光学传感器。

在所述光学照明设备的另一实施例中，固态光源被布置为被灯光反射器环绕，以获得所述光学照明设备的光输出的期望几何特征。在该实施例中，所述灯光反射器局部适合于将来自光源的入射光的一部分横向反射到所述光学传感器的偏转单元，随后所述偏转单元将该光偏转到所述光学传感器。通过该措施，由用于光学传感器的所述偏转单元所收集的光量能够增加。

根据本发明的光学照明设备还可以已经包括用于控制所述不同光源的光输出的控制电路，以获得所述光学照明设备的整个光输出的期望光学特性。所述一个或多个光学传感器的输出被传递到该控制电路，其又根据所测量的数据和所要求的输出特性来适当地控制所述固态光源。通过该反馈控制，特别是相对于所述光学照明设备的颜色输出的需求可以满足。如本说明书的前言部分所示，这种控制电路的设计在本领域是公知的。

参照下面所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将被阐明并变得显然。

附图说明

下面将通过实例连同附图来描述所提出的光学照明设备，而不限制如由所附权利要求定义的保护范围。附图示出：

图1是本发明的第一实施例的示意性实例；

图2是本发明的第二实施例的示意性实例；

图3是所提出的光学照明设备的示例性反射器单元的示意图；以及

图4是本发明的第三实施例的示意性实例。

具体实施方式

图1示出所提出的光学照明设备的实例的示意图。所述光学照明设备由安装在相同基板1(例如印刷电路板)上的多个LED光源2组成。在本实施例中，为了使情况简化，仅仅示出了两个LED光源2。RGB传感器4安装在相同的基板1上，横向地位于各LED光源之间。LED光源2和RGB传感器4被所述光学照明设备的灯光反射器3环绕。通常这种灯光反射器3适于以这样的方式反射和偏转LED光源2的光：使得所述光学照明设备的光输出(光通量)最大化，和/或使得反射角度满足给定的要求，例如将光束约束为10°、45°等的锥束。

RGB传感器4以已知方式包括位于其照射敏感区的干涉滤光器，以精确测量入射光的R、G和B部分。这些干涉滤光器通常被设计为：相对于所述传感器的照射敏感区上的法线的入射角度为大约0°，从而精确工作。

为了能够精确测量由LED光源2横向发射的光，在本实施例中，光学反射器单元5被安装在RGB传感器4的顶部。该光学反射器单元5被设计以将横向入射光朝向传感器4的照射敏感区反射。因为反射器单元5被布置在RGB传感器4的前面，所以反射光以大约0°±10°的入射角度入射到RGB传感器4的照射敏感区。对于横向入射光，其意味着由LED光源2发射的光相对于RGB传感器4的照射敏感区或基板1的表面的法线以90°±45°的角度传播，优选的角度为90°±25°。在图1中用箭头指示由所述光学照明设备的LED光源2发射的光的某些传播方向。

所述横向入射光在反射器单元5的内部顶表面被朝向光学传感器4反射。在图1中这也用箭头指示。为此，反射器单元5的头部包括一个或多个用于所述入射光的反射表面，例如合适的高反射金属表面。此外，反射器单元5被设计以抑制从所述光学照明设备的前面入射到反射器单元5的环境光7的传播，如图1所示。反射器单元5包括位于其顶表面的光学非透明层10。该层10可被设计为环境光7的反射镜，从而使得从前面入射的环境光7被完全反射，并且因此不会干扰传感器4的测量。所提出的反射器单元5的设计确保了只有来自侧面的光(即其入射角度处于横向入射光的上述范围，优选的入射角度为大约90°)被引导到光学传感器4以用于测量。

LED光源2可以与传感器4同心地布置在反射器单元5周围。在这种具有旋转对称的反射器单元5情形中，可以检测所有光源2的光。所提出的光学照明设备的优点在于，可以使用不同的传感器(不管是基于有色玻璃还是基于相干滤光器)，因为反射器单元5被简单地附接到传感器4的顶部并且确保了在传感器上的入射角度为大约0°(±10°)。所述附接本身可以通过将反射器单元5粘合(胶粘)在传感器4顶部或使用机械固定设备来实现。

为了提供对LED光源2的光发射的控制，控制单元12可以连接到照明设备的光源2和传感器4。该控制单元12根据传感器4的测量信号控制光源2的光发射。通过集成到共同基板1中的带状线(stripline)实现了控制单元12、RGB传感器4和LED光源2之间的电连接。

该照明设备的反射器单元5可以具有如图3所示的如穹顶形状的头部9。由于这种形状，凹面镜可被实现为反射表面，其确保了横向入射光被朝向光学传感器4反射。然而所述光学反射内表面也可以由多个更小的反射元件组成，以确保朝向光学传感器4的适当的反射。所述反射表面也可以被设计用于所述横向入射光的漫散射。通过这种内表面，所述入射光的主要部分被朝向光学传感器散射。通过实现具有对光非透明的金属层的所述反射内表面，该层也抑制了从所述照明设备前面入射到所述反射器单元上的环境光的透射。该环境光被金属层吸收和/或向回反射，并且不会干扰所述光传感器的测量信号。

可以通过固定在传感器4上的3个或更多的条状物11来实现反射器单元5的头部9与光学传感器4的连接。也可以提供具有光学透明材料体(例如玻璃或塑料材料)的反射器单元5。在此情况下，所述光学透明材料体的顶表面被适当地形成例如图3所示的如穹顶的形状，并且被光学反射层覆盖。随后所述反射头与所述光学传感器之间的部分可以用作光波导。为了这个目的，这个较低部分还可以额外地涂覆在具有反射层的一侧。

除了光学反射器单元5，可以进行对所述照明设备的灯光反射器3的修改以优化所述传感器的特性。通过如图2所示的灯光反射器的局部修改，可以确保位于中心的RGB传感器4检测每一个光源的光谱。灯光反射器3的部分修改的反射器部分或元件8可被这样设计：使得从这些部分或元件发射的光以适当的入射角度到达反射器单元5，以使之被该反射器单元5反射到光学传感器4。在该实施例中，所述修改的反射器部分或元件8被同心地布置在多个灯光反射器3的表面上。

反射器单元5和光学传感器4的所提出的设计和布置可以应用于具有固态光源的所有光学照明设备，其中为了控制这种照明设备的光输出(特别是颜色)，光反馈是必需的。

图4示出另一个实施例的示意图，其中使用纤维束13代替前述实例的反射器单元。通过这种由多个细纤维组成的纤维束13，可以使来自LED光源2的光偏转以确保其在传感器4上的大约0°(±10°)的入射角度。通过所述多个细纤维，实现了光的混合效果。

尽管通过附图和前面的阐述已经详细地阐明和描述了本发明，但是这种说明和描述将被认为是说明性的或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，可以提供一个用于彼此被相邻布置的多个传感器的偏转单元，或者布置所述传感器使之相对于光源的布置不同心。而且，也可以组合上述不同的实施例。

通过研究附图、公开内容、和所附权利要求来实践本发明的本领域技术人员可以理解并影响对于所公开的实施例的其他变形。在权利要求中，文字“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施这个起码的事实不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应该被解释为限制这些权利要求的范围。

参考标记列表

1   基板

2   LED光源

3   灯光反射器

4   RGB传感器

5   光学反射器单元

6   横向入射光

7   环境光

8   部分修改的反射器元件

9   反射器单元的反射头部

10  非透明层

11  条状物

12  控制单元

13  纤维束

Claims (13)

1.光学照明设备，包括

-多个固态光源(2)，其被布置在平坦的或弯曲的平面中，

-至少一个光学传感器(4)，其至少近似位于所述平面中且被布置在所述固态光源(2)之间，以及

-偏转单元(5，13)，其被安装在所述光学传感器(4)前面以将由所述光源(2)发射的光的一部分偏转到所述光学传感器(4)，其中偏转单元(5，13)被布置和设计以偏转来自所述固态光源(2)横向发射的光的所述部分光并减少从前侧入射到光学传感器(4)的环境光的量。

2.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

所述偏转单元(5，13)是具有布置在前侧的光学非透明层(10)或元件的反射器单元(5)。

3.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

所述偏转单元(5，13)是纤维束(13)。

4.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

所述偏转单元(5，13)被附接到所述光学传感器(4)。

5.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

所述固态光源(2)和所述光学传感器(4)被布置在共同的基板(1)上。

6.根据权利要求2的光学照明设备，其特征在于

所述光学非透明层(10)被涂覆在所述反射器单元(5)的前侧或被集成到所述反射器单元(5)的前部。

7.根据权利要求6的光学照明设备，其特征在于

所述光学非透明层(10)被设计以将由所述固态光源(2)横向发射的所述部分光反射到所述光学传感器(4)。

8.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

所述偏转单元(5，13)被这样布置和设计：使得所述被偏转的部分光以0⁰±10⁰的入射角度入射到所述光学传感器(4)的敏感区。

9.根据权利要求2的光学照明设备，其特征在于

所述反射器单元(5)包括光学透明材料体，其被附接到所述光学传感器(4)的前侧；所述光学透明材料体的头部(9)被设计以将由所述固态光源(2)横向发射的所述部分光反射或散射到所述光学传感器(4)。

10.根据权利要求9的光学照明设备，其特征在于

所述光学透明材料体的除了所述头部(9)之外剩余部分被设计以在所述头部(9)与所述光学传感器(4)之间形成光波导。

11.根据权利要求2的光学照明设备，其特征在于

所述反射器单元(5)包括位于反射器单元(5)的反射表面与光学传感器(4)之间的漫散射材料。

12.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

将固态光源(2)布置为由灯光反射器(3)围绕，以用于获得光学照明设备的光输出的期望几何特征，所述灯光反射器(3)局部适合于将一部分光横向反射到偏转单元(5，13)。

13.根据权利要求1的光学照明设备，其特征在于

光学传感器(4)和固态光源(2)被电连接到控制单元(12)，该控制单元(12)根据光学传感器(4)的一个或多个信号来控制由固态光源发射的光量以获得所述光学照明设备的光输出的期望光谱特征。

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