CN101646899A - 通用照明系统和照明器 - Google Patents

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Abstract

提出了一种照明系统。该照明系统包括光导(3)、被布置以用于将光耦合到该光导(3)内的光源(5)，其中该光导(3)被布置为使得至少部分光沿第一总方向(21，121)发射，并且至少部分光沿不同于该第一总方向(21，121)的第二总方向(23，123)发射。

Description

通用照明系统和照明器
技术领域
本发明涉及照明系统(lighting system)和照明器(illuminaire)。
背景技术
发光二极管(LED)技术快速发展。每个LED封装的流明量的增加以及每个流明的成本降低可以在未来将LED技术大规模地引入到通用照明市场。
商业部门可以利用照明系统的外表将其自身与竞争对手区分。因此，对于安装之后可定制的通用照明系统而言存在一种需求。还希望系统可以容易地更换，使得新的系统或者照明模式可以在例如天花板中低成本地建立。由于季节变化、折扣优惠等，这可能是希望的。
因此，设计这种照明器是一个问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有增强功能性的照明系统。
因此，提供一种照明系统，其包括光导、被布置以用于将光耦合到该光导内的光源，
其中该光导被布置为使得至少部分(part)光沿第一总方向发射，并且
至少部分光沿不同于第一总方向的第二总方向发射。
本发明照明系统的有利之处在于，它可以同时提供通用照明和例如目标(object)照明。
沿第一总方向从光导耦合出的光可以被准直，这在避免或减小眩光方面是有利的。
沿第二总方向从光导耦合出的光可以是发散的，这例如在均匀照射目标方面是有利的。
光导可以是光导板。
第二总方向可以与第一总方向相反。
光源可以是固态光源。固态光源可以是发光二极管。
照明系统可以包括被布置以用于将光耦合到光导内的多个光源。所述多个光源在所述光导处的平面内以分布布置。所述光源分布的至少一段可以包括用于将光从任意光源耦合到所述光导内的内耦合刻面以及用于沿所述第一总方向将光耦合出所述光导的第一外耦合刻面，这在没有外部组件用于光的内耦合和沿第一总方向的光的外耦合方面是有利的。所述多个光源中的至少一个光源可以包括准直器，这在以简单方式避免或减小讨厌的眩光是有利的。
LED分布的该段还包括布置为沿第二总方向将光耦合出光导的第二外耦合刻面。
光源分布的该段还可以包括沿第二总方向将光耦合出光导的第二外耦合刻面，这对于没有外部组件用于沿第二总方向的光的外耦合方面是有利的。
每个第一外耦合刻面可以与相应的内耦合刻面相对，这在容易制作方面是有利的。
第一或第二或者两个外耦合刻面可以是反射性的且相对于光导的平面倾斜，这在较少和没有来自LED的光渗透到其他段方面是有利的，由于其他光源处的吸收或散射，这种渗透会降低发光效率。
第二外耦合刻面可以弯曲，这在提取光可以具有较大角展度方面是有利的。这一点还可以通过包括粗糙和散射性反射表面的外耦合刻面实现。
第二外耦合刻面可以与第一外耦合刻面相邻，这在第一和第二外耦合刻面可以以简单方式制作方面是有利的。
第一外耦合刻面和第二外耦合刻面可以形成普通V形，这在容易调节沿两个不同方向提取的光的数量方面是有利的。
第二外耦合刻面可以与LED相邻布置，这在沿第二总方向提取非混合光方面是有利的。
所述多个LED中的至少一个LED可以包括准直器，且准直器可以包括第二外耦合刻面，由于使用了较少组件，因此这一点是有利的。
照明系统还可以包括布置为单独控制多个LED中至少一个LED的电子控制单元，这在建立光图形方面是有利的。
根据本发明的另一方面，一种透明照明器可以包括本发明的照明系统。这在可以制作端庄、雅致、流行或有吸引力的灯方面是有利的。例如灯可以是透明的，使得观看者可以看见天花板，其中例如图像或灵巧粉饰通过灯呈现。
一般地，除非此处明确定义，在权利要求中使用的所有术语根据它们在本技术领域中的通常意义理解。对于“发散”的所有引用公开地解释为包含的光束沿行进方向彼此展开的光的状态。与准直光相比，术语“发散光”意味着具有较宽角度分布的光。
附图说明
现在，参考所附示意图，以举例的方式描述本发明的实施例，附图中：
图1是根据本发明一实施例的顶视图，
图2是根据本发明第二实施例的顶视图，
图3是根据第三实施例的一段照明系统的侧视图，
图4是根据第四实施例的一段照明系统的侧视图，
图5是根据第五实施例的一段照明系统的侧视图，
图6是根据第六实施例的一段照明系统的侧视图，
图7是使用LED的照明器的备选几何形状的侧视图，
图8是使用LED的照明器的第二备选几何形状的侧视图，以及
图9是本发明的照明系统在使用中的侧视图。
具体实施方式
图1说明本发明的第一实施例。照明系统1包括光导板3和多个光源5，在该示例性实施例中，光源是以交错分布7布置的发光二极管(LED)。LED分布具有多个段9且每个这种段9包括内耦合刻面11、第一外耦合刻面13和第二外耦合刻面15。
应当注意，在任一实施例中，可以使用其他光源，该其他光源可以是荧光灯或白炽灯，或者诸如示例性LED或固态激光器的固态光源。稍微的调整可能是必须的。例如，如果使用激光器，则不需要准直。
还应当注意，取决于怎样设计和使用照明系统，光源的数目可以是1到很多个之间的任意数目。
图2说明本发明的第二实施例，其中照明系统1包括光导板3和以交错分布7布置的多个LED 5。LED分布具有多个段9，且每个这种段9包括内耦合刻面11、第一外耦合刻面13和布置在准直器125上的第二外耦合刻面115。
在图3中，更详细地描述了本发明实施例的段9。LED 5布置于光导板3的区段(portion)17中。区段17例如可以是凹口(excess)、孔洞或者是包括不同光导材料的区段。LED 5还可以被铸模或者以任意其他合适的方式安装到光导板3中。LED 5沿通用光发射方向19发射光且该光具有依赖于使用的LED的角度分布。因而，发射的光可以形成LED技术常见的任意类型的束剖面。LED 5可以是边发射LED或者倾斜约90度的顶发射LED。通用光发射方向19朝着内耦合刻面11。内耦合刻面11垂直于光导板3的平面布置，因此当入射光被发射到光导板3内时，该入射光不被反射。
第一外耦合刻面13与内耦合刻面11相对放置，即，沿光发射方向19从LED 5发射的光不会入射到第一外耦合刻面13上。第一外耦合刻面13倾斜于光导板3的平面布置。第二外耦合刻面15与第一外耦合刻面13相邻布置，使得第一和第二外耦合刻面13和15形成V形。第一和第二外耦合刻面13和15的倾斜程度以及第一和第二外耦合刻面13和15的物理比例被设置为设计参数。
沿光发射方向19从LED 5发射的光入射在内耦合刻面11上。光被发射到光导板3且在所述光导板3内以全内反射(TIR)模式传播。LED 5的束剖面可以被准直。由于TIR条件，来自多个LED 5的光在光导板3中混合。
当光在所述光导板3中传播之后，第一部分(part)光将入射在第一外耦合刻面13上。因为第一外耦合刻面13是倾斜的，TIR条件将不再有效，第一部分光将被反射且沿第一总方向21从光导板3提取。光的反射可以通过使用诸如金属的光反射材料制作第一外耦合刻面13来进一步增强。
在光导板3中传播的第二部分光将入射在第二外耦合刻面15上。因为第二外耦合刻面15沿与第一外耦合刻面13相对的方向倾斜，TIR条件不再有效，第二部分光将被反射且沿与第一总方向21相对的第二总方向23从光导板3提取。沿不同方向21和23提取的光的数量可以通过单独改变第一和第二外耦合刻面13和15形成的V形的长度来调节。如果希望沿两个方向21和23的光的数量相等，例如，第一和第二外耦合刻面13和15应当是同等布置的组件，即，它们应当形成对称V形。
图4说明第二实施例，其中段9包括光导板3和区段17。区段17包括LED 5和准直器125。准直器125放置在LED 5和内耦合刻面11之间。备选地，准直器可以是光导的一部分，例如，集成在光导板中。在该备选实施例中，没有内耦合刻面。返回到图4所示的实施例，相对于所述内耦合刻面11，第一外耦合刻面13布置在区段17和光导板3之间的界面处。准直器125包括面对LED 5的第二外耦合刻面115。
从LED 5发射的光具有方向19，且该光入射在准直器125上。第一部分光入射在准直器125的平坦表面上，被所述准直器125准直，且从准直器25发射到外部，由此入射在内耦合刻面11上。当第一部分光进入光导板3时，其在光导板3中基本以全内反射模式行进，且与照明系统1中存在的其他LED 5发射的光混合，直到它入射在第一外耦合刻面13上。然后可以沿第一总方向121从光导板3中提取第一部分光。然而，从LED 5发射的第二部分光将入射在准直器的倾斜表面上，即第二外耦合刻面115。第二部分光然后将被反射且在沿所述第一总方向121相对的第二总方向123从所述区段17提取第二部分光。然后第二部分光未被混合，这意味着每个LED 5将沿第一总方向121提取经准直和混合的光，且沿第二总方向123提取发散和非混合的光。
图5和6说明区段17的备选实施例。在图5中，光学组件227布置在LED 5和准直器225之间。光学组件227包括外耦合刻面215。在图6中，光学组件227布置在准直器225和内耦合刻面11之间。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但对于本发明而言，可以针对光的内耦合和混合使用不同的几何形状或设计。
图7和8说明使用LED和混合光用光导的照明器的备选几何形状。在图7中，光导板3示为具有布置在光导板3的平面中的多个LED 5。与每个LED 5相邻的镜条35被布置以用于将光内耦合到光导板3中。非对称的重定向箔片33与光导板3相邻布置，用于改变从光导板3外耦合的光的方向。
在图8中，示出了另一照明器几何形状。多个LED 5布置在还包括多个槽的印刷电路板37上。光导板3包括微小的楔，且光导板3被布置为使得多个LED 5布置在光导板3处的平面内。准直器条39与LED 5相邻布置以用于将光内耦合到光导板3内。每个准直器条39包括周围的镜条41。非对准重定向箔片33与光导板3相邻布置，以用于改变从光导板3外耦合的光的方向。
图9说明照明系统1的实施例，该照明系统1附接到天花板，不过可以容易理解，其类似地应用于诸如墙壁的任意安装。照明系统1沿朝向地板的第一总方向21发射准直光，因而产生通用照明，且沿第二总方向23发射光。沿第二总方向23发射的光可以准直或不准直即发散。目标29可以附接到照明系统1上方的天花板，使得目标29被照明系统1沿第二总方向23发射的光照射。由于沿第一总方向21发射的光和沿第二总方向23发射的光的不同准直程度，观看被照射目标29的观察者31将不被通用照明眩目地照射。
现在参考图4、5、6和9，在另一实施例中，布置在分布7中的每个LED 5可以通过控制单元独立地控制。LED 5可以发射不同颜色的光，且因为沿第一总方向21、121提取混合光，通用照明将具有均匀的颜色。然而，沿第二总方向23、123提取的光是发散且非混合的，将在天花板上形成亮斑。因为LED 5可以被单独控制，可以在天花板上产生静态或动态图像。沿第二总方向23、123发射的光也可以被准直，以获得来自每个LED 5的更清晰的光斑。照明装置1与天花板之间的距离决定了光斑的大小，典型地，该距离可以与两个LED之间的距离大致相同。对于这种应用，分辨率可能接近每平方厘米一个LED。通过使用60mW量级的低功耗LED，照明系统1的整体功耗降低且消除了诸如热沉的热管理系统的需求。应当注意，LED效率的改善和/或更高功率LED的使用将在保持照明装置的光输出相同的同时允许更大的LED间距。控制单元可以使用本领域公知且广泛用于如LCD、OLED等有源电子显示器的列和行驱动方案。
上面已经参考一些实施例大体描述了本发明。然而，如本领域技术人员所理解的，在所附专利权利要求书限定的发明范围内，不同于上面披露的其他实施例同样是可行的。

Claims (21)

1.一种照明系统，包括：
光导(3)，
光源(5)，所述光源被布置以用于将光耦合到所述光导(3)内，
其中所述光导(3)被布置为使得
至少部分光沿第一总方向(21，121)发射，并且
至少部分光沿不同于所述第一总方向(21，121)的第二总方向(23，123)发射。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述光源(5)是固态光源。
3.根据权利要求2所述的照明系统，其中所述固态光源是发光二极管。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照明系统，包括被布置以用于将光耦合到所述光导(3)内的多个光源(5)。
5.根据权利要求4所述的照明系统，其中所述多个光源(5)在所述光导(3)处的平面内以分布(7)布置。
6.根据权利要求4或5所述的照明系统，其中所述多个光源中的至少一个光源(5)包括准直器(125，225)。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的照明系统，其中所述照明系统(1)还包括被布置以单独控制所述多个光源(5)中至少一个光源的电子控制单元。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的照明系统，其中所述光源分布(7)的至少一段(9)包括用于将光从任意光源(5)耦合到所述光导(3)内的内耦合刻面(11)以及用于沿所述第一总方向(21，121)将光耦合出所述光导(3)的第一外耦合刻面(13)。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其中所述LED分布(7)的所述段(9)还包括布置为沿所述第二总方向(23，123)将光耦合出所述光导(3)的第二外耦合刻面(15，115，215)。
10.根据权利要求9所述的照明系统，其中所述第二外耦合刻面(15，115，215)与所述第一外耦合刻面(13)相邻。
11.根据权利要求9或10所述的照明系统，其中任一所述第一和第二外耦合刻面(13，15，115，215)是反射性的且相对于所述光导(3)的平面倾斜。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的照明系统，其中所述第二外耦合刻面(15，115，215)是弯曲的。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的照明系统，其中所述第一外耦合刻面(13)和所述第二外耦合刻面(15，115，215)形成普通V形。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的照明系统，其中所述第二外耦合刻面(15，115，215)与所述光源(5)相邻布置。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的照明系统，其中所述多个光源中的至少一个光源(5)包括准直器(125，225)，其中所述准直器(125，225)包括所述第二外耦合刻面(15，115，215)。
16.根据权利要求8或9所述的照明系统，其中每个第一外耦合刻面(13)与相应内耦合刻面(11)相对。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的照明系统，其中所述光导是光导板。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的照明系统，其中所述第二总方向(23，123)与所述第一总方向(21，121)相对。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的照明系统，其中沿所述第一总方向(21，121)从所述光导耦合出的光被准直。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的照明系统，其中沿所述第二总方向(23，123)从所述光导耦合出的光是发散的。
21.一种包括根据权利要求1至20中任一项所述的照明系统的透明照明器。
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