CN102484914A - 可控照明系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括多个可控发光元件3的照明系统。该照明系统进一步包括：扩展光学元件5，其被布置在所述多个发光元件前方以对从发光元件发射的光进行成形；以及控制器7，其用于通过控制所述多个可控发光元件中的每个来变化从扩展光学元件5发射的光的发光角度范围。这允许变化从扩展光学元件发射的光而不变化照明系统的任何物理部件，这是因为控制器现在通过例如调暗发光元件中的一个或多个或通过关闭发光元件中的一个或多个来控制发光元件中的每个发光元件。

Description

可控照明系统
技术领域
本发明涉及一种可控照明系统。
背景技术
照明系统被广泛地用于创建家庭中的氛围。该系统创建光图案，该光图案创建气氛。
WO 2009/031103描述了一种发射具有不同颜色的光束的多色光源。该多色光源可以用于需要高度集中的全光谱光的应用。这样的应用的例子是聚光照明和数字投影。以此方式，可以变化例如聚光照明的颜色。但该布置的问题在于，为了实现移动的光图案，光源需要通过例如机械布置来移动。作为其结果，这样的系统经常不薄和不紧凑，而是较厚和较庞大。
发明内容
本发明的目标是克服这些问题，并且提供可以创建可改变的光图案并且薄和紧凑的照明系统。
该目标是通过一种照明系统实现，该照明系统包括：多个可控发光元件；扩展光学元件，其被布置在多个发光元件前方以对从发光元件发射的光进行成形；以及控制器，其用于通过控制多个可控发光元件中的每个来变化从扩展光学元件发射的光的发光角度范围。
扩展光学元件定义可用角度发射范围，在该可用角度发射范围内由系统发射的全部光将被包含。然后对发光元件的控制实现对该可用范围的角度子范围的选择。通过控制对该子范围的选择，可以变化所得的照射图案。这允许变化从扩展光学元件发射的光而不变化照明系统的任何物理部件，这是因为控制器现在通过例如调暗发光元件中的一个或多个或通过关闭发光元件中的一个或多个来控制发光元件中的每个。以此方式，例如有可能扫描光束、改变光束尺寸和形状，这是因为扩展光学元件可以将从发光元件的簇发射的光转换为一个光束。通过改变发光元件的簇的位置和/或尺寸，有可能改变光点的位置和/或尺寸。
发射角度范围可以通过激活若干分离的发光元件的簇而进一步被划分为若干个分离的子范围。从而照射图案可以包括若干光点。
控制器可以进一步适配于变化从扩展光学元件发射的光的照射梯度和颜色梯度中的至少一个。
在一个实施例中，照明系统包括多个单独经准直的光源，其中每个包括多个所述可控发光元件和光束准直光学装置。以此方式，获得若干窄光束。例如，每个经准直的光源可以包括红、蓝和绿发光元件。从而有可能确定光的颜色输出。
多个经准直的光源可以例如被布置在二维阵列中。据此，例如有可能提供可以在两个方向上移动的光点而无需任何移动的光学元件。例如，二维阵列可以是矩形的N×M阵列，其中N表示阵列中的行数，而M表示每行中的经准直的光源的数目。例如N和M分别至少是6。
例如，控制器可以被编程以通过应用可控发光元件的预编程的控制参数的集合来实现多个不同的发光图案。以此方式，可以创建不同的氛围。术语发光图案应当被理解为由从扩展光学元件发射的光的各种属性组成的光图案，该各种属性例如发射角度范围、颜色、和照射梯度、以及所发射的光的动态，例如不同的脉冲图案。
照明系统可以进一步包括光传感器，从而在使用中光传感器测量规定的发光角度范围，并且控制器将这些规定的发光角度范围与请求的发光角度范围进行比较。以此方式，光发射范围可以被自动地调节到规定的发光范围而无需任何用户辅助。例如，光传感器和发光元件可以被电和机械地集成到照明单元中，从而实现紧凑的设计。通过使用传感器，有可能自动地适配光图案，即在无需移动灯或通过对灯的输入的情况下有可能适配光图案。这是一种优点，因为当灯位于家庭中时，灯的位置可能由于小的移动和移位而偶尔被无意改变、或被有意改变，移动和移位例如是在清洁期间对灯推动的结果。以此方式，例如有可能改变光束角度、移位光束角度、变化照射梯度、以及在使用带颜色的红、绿和蓝LED的情况下变化颜色的梯度。该照明系统例如可以包括适配于发送光信息的指示器，并且其中所述光传感器适配于感测被发送到光传感器的光信息，并且将该发送的光信息发送到控制器，该控制器适配于将所发送的光信息链接到发光图案中。这提供了对照明系统的容易使用。
扩展光学元件例如可以是负或正透镜、负或正菲涅尔透镜、或微棱镜光束偏转器的形成图案的阵列。菲涅尔透镜的一个优点在于它相比传统透镜薄和紧凑，除此之外它比微棱镜光束偏转器更容易制造。如果使用正透镜或正菲涅尔透镜，则提供了使得光在其被聚焦之后扩展的更长的工作距离。
注意到，本发明涉及权利要求中所陈述的特征全部可能的组合。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明的该方面和其他方面，附图示出本发明的当前优选的实施例。在全部附图中，相似的标号指代相似的特征。
图1是根据本发明的一个实施例的灯。
图2是一个具有负透镜的灯的示意图。
图3是一个具有负菲涅尔透镜的灯的示意图。
图4是具有各种光束形状的灯的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意图。
图6是一个具有传感器的集成灯的示意图。
图7是一个具有传感器和指示器的集成灯的示意图。
图8是一个控制器的功能的流程图。
具体实施方式
所图示的例子中的、具有图1中的灯1的形式的照明单元包括被布置在二维阵列中的经准直的光源2的阵列，其中该二维阵列是矩形的16x16阵列。经准直的光源2均包括多个可控发光元件3和光束准直光学装置4，其中每个经准直的光源2包括优选形式为红、蓝和绿发光二极管(LED)3的红、蓝和绿发光元件3。可替代地，每个经准直的光源2可以包括红、蓝、绿和白发光元件3。灯1进一步包括布置在经准直的光源2顶部上的负透镜5。
图2示出了具有负透镜5的灯的示意图。若干发光元件3可以例如安装在印刷电路板(PCB)层22上。PCB例如可以包括具有单个隔离层的、由诸如金属(例如铝)之类的热传输材料组成的隔离载体。在所图示的例子中，发光元件3被编组为红LED、蓝LED和绿LED，该红LED、蓝LED和绿LED的前方布置有光束准直光学装置4，以此方式实现经准直的光源2的阵列。可替代地，发光元件3可以被编组为红LED、蓝LED、绿LED和白LED，该红LED、蓝LED、绿LED和白LED的前方布置有光束准直光学装置4。形式为负透镜5的扩展光学元件被布置在经准直的光源2的前方，因而也在发光元件3的前方。在所图示的例子中，全部经准直的光源2发光，从而使得负透镜5在整个发射角度范围上扩展所发射的光6。
图3描绘了具有负菲涅尔透镜105的灯的示意图。像在图2中那样，若干发光元件3典型地安装在PCB层22上，但扩展光学元件在当前图示的例子中是负菲涅尔透镜105。这具有灯的设计非常紧凑的优点。
图4示出了具有多种光束形状的灯的示意侧视图。图4a示出了发射具有全发射角度范围的光束的灯，而图4b和4c示出了发射在全发射角度范围的子范围内的光束的灯。该灯能够通过从经准直的光源2的簇发射光来发射全发射角度范围的子范围内的光束。以此方式，可以通过变化经准直的光源2的数目和簇的形状来变化光束的光点尺寸的尺寸和形状。结果，不需要机械地移动的部件。在图4b中的所图示的例子中，通过从灯中部的三个经准直的光源发射光来从扩展光学元件发射光束。在图4c中，通过来自灯的右侧的三个经准直的光源2发射光来从扩展光学元件发射光束。两个光束(图4b和图4c中)之间的改变导致它被视为在两个位置之间移位的一个光束。
LED的强度可以基于应用而逐渐地改变，诸如在例如从关闭状态到期望的强度(例如最大强度)的100或256个阶段中逐渐地改变。
图5是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意图，该照明系统包括灯1和遥控器107。在所图示的例子中，灯1包括利用8位分辨率布置的红、绿和蓝LED集合2的N×M阵列。可替代地，LED集合可以利用10位分辨率布置。LED集合2中的每个包括准直器4，从而提供N×M经准直的光源2。形式为负菲涅尔透镜105的扩展光学元件布置在N×M的经准直的光源2的前方，即在红、绿和蓝LED的前方。以此方式，从LED发射的光可以被成形。灯1进一步包括适配于通过控制LED 3中的每个而变化从菲涅尔透镜105发射的光的发光角度范围的控制器7。控制器7包括处理器10和存储器23，该存储器23包括具有3xNxM长度的移位寄存器13和具有3×N×M长度的锁存器。控制器7进一步包括3×N×M三重脉宽调制强度控制器12。
遥控器单元107包括电源18、与存储卡8和个人计算机通信的处理单元19、以及无线发射器9。遥控器单元107被编程为通过应用LED的预编程的控制参数的集合来实现多个不同的光图案。光图案被存储在存储卡8上。每个光图案可以与像“夏天”、“舒适”、或“凉爽”的氛围规定相联系。也就是说，当选择一个环境氛围规定时，灯发射对应的光图案，从而例如发射特定的颜色分布和光束尺寸。这些氛围规定可以由用户通过例如经由包括控制软件的个人计算机20输入到系统中来选择。用于N×M RGB-LED阵列的驱动信号由遥控器单元107中的处理单元19映射。
这些驱动信号被从遥控器单元107中的无线发射器传输到灯1中的处理器10中的无线接收器和串行接口而无线地传输到灯1。在本发明的另一实施例中，遥控器单元107能够与多个灯通信。
在灯1中，信号首先被存储在移位寄存器中。当驱动信号的传输完成时，信息被复制到锁存器11中并且继而被引导到各个RGB-LED的三重脉宽调制强度控制器12驱动器。在将驱动信号复制到锁存器11之后，新的驱动信号可以由移位寄存器13接收。该布局的一个优点是不必单独地提供到全部LED的寻址接触，而移位寄存器13和锁存器11中的内部存储器很大程度地简化了到遥控器单元107的连接。另一优点是当信号被从移位寄存器13传输到锁存器11时，驱动信号中的改变以及因此的照明图案在良好定义的时刻和以良好定义的方式发生。与缓慢和易出错的无线传输相比，该传输非常快速和可靠地发生。以此方式，控制器7适配于通过控制LED3中的每个来变化从扩展光学元件发射的光的发射角度范围。
在本发明的可替代实施例中，遥控器107的功能被集成在控制器7中。
图6是具有至少一个光传感器14的集成灯的示意图。在所图示的例子中，灯配备有向控制器7的处理器10提供反馈15的若干灯传感器14。灯传感器14测量规定的发光角度范围，并且处理器10将反馈15与例如从用户接收的请求的发光角度范围16比较。通过来自处理器10的输入21，LED控制器12将参数设置发送到每个经准直的光源2。
光传感器14适配于感测已从扩展光学元件5(在所图示的例子中是负透镜)发射并且反射回到光传感器14的光。优选地，光发射元件3和光传感器14被电和机械地集成到例如形式为灯的照明单元中。
在本发明的一个实施例中，光传感器14是具有广角透镜的照相机，从而全部照相机的图像的组合将比灯的最大光点光束更大。以此方式，照相机的集合将看到由灯照射的整个表面。由照相机形成的图像将基于所请求的照射图案并且由控制器7实时处理；将对于每个LED集合设置参数。
图7示出了包括例如形式为激光笔(laser pointer)的指示器24的照明系统，该指示器24适配于通过将光25发射到表面26上以被反射然后由光传感器14接收而指示期望的光图案。从指示器发射的光可以被编码以使得传感器14能够将其与其他光区分。光传感器14适配于检测光信息25，并且将该光信息发送到控制器7。控制器7适配于解读所发送的光信息并且适配所发射的光从而提供期望的光图案。
利用图7中的指示器24，用户能够向照明系统1指示要在例如墙壁之类的表面26上呈现的光束形状。为了实现这一点，用户使用指示器24以在表面26上指示要被照射的区域27。光传感器14检测光信息25，即墙壁26对激光的反射，并且使用该信息来适配所发射的光图案。从而可以在任何时刻由用户请求新的光图案。因此，例如，用户可以请求对当前呈现的形状进行重新成形。
图8是控制器7的功能的流程图。该流程图图示了适配光图案(即从灯的光发射)的自动过程。
控制器包括以下处理步骤：
灯1(在第一迭代中)使用来自较早的情况的所存储的参数设置或(在随后的迭代中)使用所适配的参数设置，基于所请求的光图案创建光图案；
来自光传感器14的信息被用作输入以确定所请求的光图案和所测量的光图案之间的区别；
所述区别被处理器10用于计算新的参数设置；
新的参数设置被与存储在存储器中的参数设置比较。如果新的参数设置不同于在先前迭代期间计算的参数设置，则程序控制返回到步骤S1；
如果新的参数设置并非不同，则已经达到了对所请求的光图案的最佳可能的呈现，并且过程结束。
如以上过程步骤中所描述的步骤S2和S3是最重要的步骤。在这些步骤中，确定了所请求的光图案和所测量的光图案之间的失配在何处以及新的参数设置必须是什么。
通过延伸上述过程，有可能检测墙壁上的光图案中的干扰或不一致，例如墙壁的角落或墙壁前方的植物等，并且调节参数设置从而调节照射(即光图案)。
可以实施进一步的延伸。在另一延伸中，可以通过扫描要照射的表面(即改变光束方向并且测量由光传感器拾取的光强度)，来确定灯与该表面形成的角度。所测量的峰值光强度以及光束的方向提供了关于灯与要照射的表面形成的角度的信息。
在本发明的另一实施例中，灯包括倾斜传感器或如上所述的延伸。以此方式，灯有可能知晓其例如在墙壁上发射光的角度。这可以通过导通LED集合来实现，所述LED集合经由扩展光学元件(例如菲涅尔透镜的形式)利用固定的流明值在90度的角度下照射墙壁。到光传感器的反射被用于计算墙壁的反射率。如果例如在照相机被用作光传感器的情况下有必要对于光传感器前方的扩展光学元件进行校正，则这是有用的。
在进一步的实施例中，进一步的光传感器被布置在灯的外部，并且反馈可以是灯内部的光传感器和灯外部的光传感器的组合。以此方式，可以提供更多的反馈，因此可以改进计算。
本领域技术人员意识到本发明不以任何方式限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。例如，可以变化发光元件的数目并且从而也变化光源和光传感器的数目。并且，矩形N×M阵列中的数字N和M可以变化，它例如可以是1×2阵列或12×12阵列。

Claims (13)

1.一种照明系统，包括：
多个可控发光元件(3)；
扩展光学元件(5，105)，其被布置在所述多个发光元件(3)前方以对从所述发光元件(3)发射的光进行成形；以及
控制器(7)，其用于控制所述多个可控发光元件(3)中的每个可控发光元件(3)，以变化从所述扩展光学元件(5，105)发射的光的发光角度范围。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中所述发光角度范围被划分为子范围。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述控制器(7)进一步适配于变化从所述扩展光学元件发射的光的照射梯度和颜色梯度中的至少一个。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的照明系统，包括多个单独经准直的光源(2)，其中每个光源(2)包括多个所述可控发光元件(3)和光束准直光学装置(4)。
5.根据权利要求4所述的照明系统，其中每个经准直的光源(2)包括红、蓝和绿发光元件(3)。
6.根据权利要求3或4所述的照明系统，其中所述多个经准直的光源(2)被布置在二维阵列中。
7.根据权利要求6所述的照明系统，其中所述二维阵列是矩形的N×M阵列，其中N表示阵列中的行数，而M表示每行中的经准直的光源(2)的数目。
8.根据权利要求7所述的照明系统，N和M均至少是六。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述控制器(7)被编程以通过应用所述可控发光元件(3)的预编程的控制参数的集合来实现多个不同的发光图案。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的照明系统，进一步包括光传感器(14)，从而在使用中所述光传感器(14)测量规定的发光角度范围，并且所述控制器(7)将这些规定的发光角度范围与请求的发光角度范围进行比较。
11.根据权利要求10所述的照明系统，其中所述光传感器(14)适配于感测已从所述扩展光学元件(5，105)发射并且被反射回到所述光传感器(14)的光，并且所述发光元件(3)电和机械地集成到照明单元中。
12.根据权利要求10-11中的任一项所述的照明系统，进一步包括适配于发送光信息的指示器17，并且其中所述光传感器(14)适配于感测被发送到所述光传感器(14)的所述光信息，并且将该发送的光信息发送到所述控制器(7，12，107)，所述控制器(7，12，107)适配于将所发送的光信息链接到一个发光图案中。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的照明系统，其中所述扩展光学元件(5，105)是负或正透镜、负或正菲涅尔透镜、或微棱镜光束偏转器的形成图案的阵列。
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