CN101553745B - 照明系统 - Google Patents

Abstract

一种照明系统，这种照明系统包括至少两个光源和光学系统(1)，这些光源布置靠在一起且每个光源在运行期间发射具有唯一光谱的光束。这种光学系统包括光波导(4)，光波导(4)具有耦合输入面(6)和耦合输出面(7)。这种光学系统还包括反射过渡部分(8)，该过渡部分(8)将该光波导的耦合输出面连接到透明出光板(9)。这种透明出光板具有出射结构(11)，这种出射结构(11)用于将光耦合输出到外部。该光波导和出射装置镜面反射，且优选这种镜基本上镜面反射。与公知的照明系统相比，本发明的照明系统相对有效并具有改进的光束控制。

Description

照明系统

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的照明系统。

背景技术

可从JP2005-183124A获知这种照明系统。在公知的照明系统中，将漫射体用于将不同光谱的光混合以使系统输出均匀的混合光谱并且使多个光源不能够从外部辨别。在光波导中混合并漫射这种公知系统的光源的光束，从而产生具有朗伯空间(Lambertian space)光强度分布的非准直光束。必须将这种漫射的光耦合到过渡部分中并接着耦合到出光板中。朗伯空间分布是遵守朗伯余弦定律的光学光分布，即具有与观察这种光的角度的余弦成正比的强度。在这种照明系统用于普通照明目的且具有将光分布到外部的透明出光板时，并不希望具有输出的光束的这种朗伯光分布。这种朗伯分布导致以并不理想的方向的光的不利照耀和发射，甚至光方向超出了在EN12464标准中所提及的照明用途中用于观察人员的干扰光量的限度，这种照明用途如办公室照明。另一种缺陷在于漫射的光耦合到过渡部分中并接着耦合到出光板中的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明系统，在这种照明系统中，消除了前面所提及的缺陷。出于这种目的，在开始段落中所提及的类型的照明系统的特征在于权利要求1的特征部分。就此方面而言，将术语“相邻的”理解为这些光源的最大相互距离小于光波导的长度的一半，如光波导的长度的1/3、1/4或1/8。在本创造性照明系统中，实质上通过过渡部分中的基本镜面反射获得色彩混合，从而提供由这种照明系统所产生的混合光束在最大程度上保持其准直性能的优点。与公知的照明系统相比，这就使得本发明的照明系统相对有效并提供以并不理想的方向的照耀和发射方面的光束的改进控制。一般来讲，漫反射引起大于90°的光束角展度α的增加，但这种漫反射导致前面所提及的公知的照明系统的缺陷。就此方面而言，将角展度α的增加理解为在已将光束反射之后的在光束强度的半宽度值的展度角中的增加，即反射的光束的展度角减去入射光束的展度角。从理论上来讲，对于完美的镜面反射而言，角展度α为零，但在实践中，从未获得过完美的镜面反射。这就意味着在光束的每次反射之后获得角展度α的少量增加，但肉眼看不到这种角展度α。通常接受镜面反射的表达来说明前面所提及的这种现象。由于根据本发明的照明系统以镜面反射为基础，所以光束的反射次数应相对较大以使单个源的图像相互足够地重叠以形成二次源，这种二次源带有处于该重叠部分上的混合质量的单个源。必须以某种最小距离将这种过渡装置定位，以在这种情形中实现镜面反射。在假设用于镜面反射的角展度α为如0.1°且将这些光源以10mm隔开时，这种过渡装置必须位于距这些光源的距离大于5700mm的位置。因此，这种光波导必须具有用于这些单个光源的5700mm的长度，以使这些光源由镜面反射过渡部分均匀地混合到满意的程度，不过，这些光源仍相互较近。

试验表明，在这种过渡部分实质上镜面反射时，可大大减小这种最小距离并提高所发射的混合光束的均匀性，而光波导和出光板仍可镜面反射。这样就消除了这种照明系统过于宽大的问题，即光波导太长的问题。就此方面而言，将实质上镜面的(地)理解为意指反射的光束在角展度α中有至少5°的增加。对于以30mm隔开的光源来讲，5°的角展度α使光波导能够具有约为300mm的长度，而这种照明系统仍提供单个光谱的满意的光混合。

试验表明，若满足EN12464标准内的光束特征要求，通过反射，角展度α的增加至多可为30°。在带有以30mm隔开的光源的照明系统中，若有要求，角展度α中的这种增加允许光波导尺寸的更大减小，如约100mm，而仍满足EN12464标准。通过如化学蚀刻或通过用部分地镜面反射的涂层涂覆反射镜对反射镜如反射镜的反射表面进行处理来实现30°的角展度α的增加。并不优选作为产生漫反射表面的方法的喷沙，因为喷沙导致并不希望的光的朗伯空间分布。若角展度α的增加超过30°，则光的传播会受到太多的干扰，并导致不再满足EN12464标准的程度上的以并不希望的方向的太多的光泄漏和光出射。光波导和出光板均可以是带有(实质上)镜面反射壁的中空管状体或带有全内反射(TIR)的实体透明体。

适当的过渡部分有具有全内反射(TIR)的弯曲的略微漫射的光学玻璃纤维、PMMA纤维、实体TIR偏光镜/反射镜或开放反射镜。这种照明系统的优选实施例的特征在于这种过渡部分由一个或多个开放反射镜形成。这种过渡部分相对廉价，且角展度α的增加仅由这种镜的反射表面结构控制，而并不是由实体主体的质量和穿过这种实体主体的光束的路径长度所控制。

这种过渡部分位于照明系统的光波导(供应部分)与该出光板之间。这种过渡部分可包括一个、两个或更多的偏光镜/反射镜。具有0°光传播角的实施例是一种有趣的构造，如假天花板，在这种构造中，仅能够看到照明系统的出光板，且照明系统的其它部件即光波导和过渡部分隐藏在天花板后。将这种传播角理解为光波导的纵向光波导轴线与出光板的纵向板轴线之间的角度。

具有90°光传播角的实施例是一种有趣的构造，如立于地板上或桌面上的照明器，在这种构造中，将光发生部分安装到底部，平坦的透明板可起到导光柱的作用，且出光板起到发光表面的作用，例如，这种构造体现为带有直接光和间接光的直立照明器。

具有180°光传播角的实施例，即在这种实施例中，将光的传播(和布置)反转，光发生部分可位于天花板，而光波导和出光板可作为浮动元件处于室内，例如，作为悬吊照明器。这种实施例是有趣的，在这种实施例中，降低的总体尺寸是重要的。而且，在这种构造中，光波导可作为用于出光板的防护盖。根据所希望的构造，也可有中间角度。

用于光波导的适当材料有PMMA和具有相对较低的可见辐射吸收水平的玻璃。就此方面而言，并不优选PC，因为PC对可见辐射的吸收较高。适当的出光装置有如菲涅耳图案、局部变粗糙的表面、漫射涂覆的透明油墨或白漆点。这种过渡部分具有反射表面、局部镜面反射涂层或化学蚀刻的表面，这种反射表面如铝。适当的光源在至少两个维度具有相对减小的尺寸。适当的光源有如以基色红色、绿色和蓝色(RGB)以及白色或琥珀色的LED、卤素灯、HID灯、不同基色的或具有不同色温的荧光管，不同基色如RGB，不同色温如2500K和5600K。

有利实施例的特征在于过渡部分包括至少两个可相互旋转的偏光镜/反射镜。这样就可实现可将光传播在任何立体角内导入任何理想的方向。

EP-1243847公开了一种带有反射镜的照明器，这种反射镜涂有反射涂层，这种反射涂层带有反光粒子。由于在这种涂层的外表面上无这些粒子，所以这种涂层具有光滑的光波导表面。这就导致这种涂层部分地镜面反射。镜面反射的程度可由这种涂层中的反射粒子的量和位置进行控制。

附图说明

将通过附图对本发明进行进一步的说明和解释，其中：

图1是根据本发明的照明系统的一个实施例的侧视图，

图2示出了本发明的照明系统的另一个实施例，以及

图3是图2中的照明系统的镜的截面图。

具体实施方式

图1示出了一种照明系统，这种照明系统包括不同色温的两个相邻的光源，如荧光管(未示出)，每个光源在运行期间发射具有唯一光谱的光束，如2700K和6500K。这种系统还包括用于引导光束2、3的光学系统1，光学系统1包括中空透明光波导4，例如，光波导4用玻璃制成，光波导4限定纵向光波导轴线5并具有耦合输入面6和耦合输出面7。过渡部分8在图中是两个连接的固体PMMA镜，这种过渡部分8将光波导4的耦合输出面7连接到中空透明出光板9。透明出光板9限定纵向板轴线10并具有出光结构11，出光结构11用于将光束2、3从这些光源耦合输出到外部。光波导4和出光板9均镜面反射且过渡部分8具有局部镜面涂层13，与反射的光束的镜面方向相比，通过对光束的反射，涂层13引起6°的角展度α的增加。从光波导4至出光板9的光传播以0°的传播角进行，如指向相同方向的箭头2、3和A所示。这种系统选在天花板上并具有光发生部分(未示出)，这种光发生部分与光波导4一起隐藏在天花板12后。出光板9未隐藏，而是能够看到。这种光出射结构11是镜面反射菲涅耳图案。

图2示出了本发明的照明系统的另一个实施例。在所示出的实施例的构造中，光传播角为180°，该传播角由箭头14、15、16所示并与箭头A所指的方向相反。这种180°的光传播角由开放玻璃过渡部分8通过这些光束的反射所导致，过渡部分8包括两个镜18a、18b，每个镜具有化学蚀刻的反射表面17。或者，这种过渡部分仅包括一个整体镜部分。通过对这些光束14、15、16的反射，这些镜导致20°的角展度α的增加。这些光束源自RGB LED组(未示出)。固体PMMA光波导4起到用于固体出光板9的盖的作用。光出射结构19由白漆的印刷点形成。由于这些镜18、18a可绕着横向于这些镜18a、18b的界面21的中心共用过渡轴线20相互旋转，所以可在0°与180°之间的平面内调节这种光传播角。显然，在该过渡部分包括多个如三个可相互旋转的镜时，可在平面之内或之外将这种光传播导入任何理想的方向。

图3是图2中的照明系统的放大的截面图，图中示出了经过过渡部分8的从光波导4至出光板9的光线23的路径的一部分，最终将该光线23经过光出射结构19从该出光板耦合输出。过渡部分8包括两个开放镜18a、18b，这两个镜18a、18b均具有化学蚀刻的表面17以对撞击在该表面上的每个光线增加20°的角展度α。该蚀刻表面17与铝反射层22的结合使这些镜基本上镜面反射。这些镜18a、18b可绕着轴线20相互旋转，轴线20横向于这两个镜18a、18b之间的界面21。这样就可将这种传播角移到该图的平面之外。

Claims (10)

1.一种照明系统，所述照明系统包括：

至少两个相邻的光源，每个光源在运行期间发射具有唯一光谱的光束，

用于所述光束的引导的光学系统，所述光学系统包括：

光波导，所述光波导限定纵向光波导轴线并具有耦合输入面和耦合输出面，

过渡部分，所述过渡部分将所述光波导的耦合输出面连接到透明出光板，

所述出光板限定纵向板轴线并具有出射结构，所述出射结构用于将光束从所述光源耦合输出到外部，

其特征在于：所述过渡部分基本上进行镜面反射，以通过对所述光束的反射而产生相对于所反射光束镜面方向的角展度α的至少5°，至多30°的增加。

2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于：所述过渡部分是单个开放反射镜或多个开放反射镜。

3.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于：从所述光波导至所述出光板的光传播以0°的传播角进行。

4.如权利要求2所述的照明系统，其特征在于：从所述光波导至所述出光板的光传播以180°的传播角进行。

5.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于：从所述光波导至所述出光板的光传播以90°的传播角进行。

6.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于：所述光源选自由LED、荧光管、卤素灯和HID灯组成的组。

7.如权利要求6所述的照明系统，其特征在于：所述光源包括发射基色RGB或RGB和白色的光源，或包括发射不同色温的光源，所述色温在2500至6500K的范围内。

8.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于：所述光出射结构是菲涅耳光栅。

9.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于：所述光波导用PMMA或玻璃制成。

10.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于：所述过渡部分包括至少两个可相互旋转的偏光镜/反射镜。

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