CN102803838B

CN102803838B - 具有降低对称性的用于点照明的照明系统

Info

Publication number: CN102803838B
Application number: CN201080026988.9A
Authority: CN
Inventors: R.库尔特; T.W.图克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Signify Holding BV
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: US8915612B2; WO2010146512A1; RU2533180C2; BRPI1009601A2; JP2012530342A; JP5667177B2; EP2443384B1; EP2443384A1; RU2012101304A; US20120092864A1; CN102803838A; KR20120039632A

Abstract

一种用于点照明的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，包括：管状反射器(3; 31; 61; 91)，其具有反射性内表面，该管状反射器具有入射孔口(9)和比入射孔口更大的出射孔口(10)；以及包括多个光源的光源阵列(2; 33; 41; 63; 71; 93)，其被布置成物理光源配置以在其入射孔口处向管状反射器内发光。该管状反射器(3; 31; 61; 91)包括多个反射性表面(14a-g)，每个反射性表面被布置成提供光源阵列的一次镜像，该一次镜像具有一次镜像光源配置；且该光源阵列(2; 33; 41; 63; 71; 93)被配置成：对于一次镜像中的每一个，由反射性表面(14a-g)对一次镜像进行反射所得到的光源阵列的所有二次镜像的至少一半具有不同于物理光源配置的二次镜像光源配置。

Description

具有降低对称性的用于点照明的照明系统

技术领域

本发明涉及一种用于点照明的照明系统，其包括管状反射器和光源阵列。

背景技术

在点照明应用中，诸如在场景设置或其它气氛营造照射中，带有滤色器的白光源已经在很大程度上被使用。后来，作为替代，开发了具有彩色光源的照明系统，诸如发光二极管，LED。在具有彩色光源的系统中，颜色可通过电子控制而变化且总能利用所有容易取得的颜色。

在点照明应用中，无论点照明系统为颜色可控制的还是颜色不可控制的，发出的光的均匀性都非常重要。

用于点照明的照明系统的一个实例描述于US6200002中，其中管状准直器将来自于布置在准直器入口中的光源阵列的光准直。尽管US6200002提供了比先前照明系统改进的均匀性，但是期望发出的光的均匀性进行进一步的改进。

发明内容

鉴于上文所述，本发明的总的目的在于，提供一种用于点照明的改进的照明系统，特别地提供对照明系统所发出的光的改进的均匀性。

根据本发明，提供一种用于点照明的照明系统，包括：管状反射器，其具有反射性内表面，该管状反射器具有入射孔口和比入射孔口更大的出射孔口；以及包括多个光源的光源阵列，其被布置成物理光源配置以在其入射孔口处向管状反射器内发光，其中管状反射器包括多个反射性表面，每个反射性表面被布置成提供光源阵列的一次镜像，该一次镜像具有一次镜像光源配置；并且其中光源阵列被配置成：对于一次镜像中每一个，由反射性表面对一次镜像进行反射所得到的光源阵列的所有二次镜像的至少一半具有不同于物理光源配置的二次镜像光源配置。

本发明是基于以下认识：可通过将光源阵列进行如下配置来实现照明系统所发出的光的优于现有技术的均匀性的改进，即，将光源阵列配置成使得由在管状反射器的反射性表面中所进行的多次反射所致的重叠镜像的数量减少。特别地，本发明者已认识到，可通过将光源阵列进行如下配置来实现对所发出的光的均匀性的显著改进，即，将光源阵列配置成使得光源阵列的二次镜像的至少一半具有不同于物理光源配置的光源配置。

由此，可减少所发出的光的优选方向的出现，因此，能改进由照明系统所输出的光的均匀性(即，关于强度的空间均一性)和颜色(在适用的情况下)。

术语“不同”在此处应被理解为：光源阵列的二次镜像并非为物理光源阵列的精确拷贝。换言之，当不能通过仅平移二次镜像光源配置来实现与物理光源配置的完全重叠时，二次镜像光源配置不同于物理光源配置。因此，二次镜像光源配置可处于不同于物理光源配置的旋转状态，和/或二次镜像光源配置可被不同地缩放（scaled differently）。在后一种情况下，尽管二次镜像光源配置可处于与物理光源配置相同的旋转状态，但在光源之间的距离不同，使得需要平移操作和缩放操作来得到光源阵列的二次镜像与光源阵列之间的精确匹配。

所发出的光的均匀性的额外改进可通过如下配置光源阵列而获得，即，使得具有不同于物理光源配置的二次镜像光源配置的二次镜像的份量进一步增加到例如75%，所获到的最佳结果在100%。

产生所期望结果的光源阵列的配置将取决于管状反射器的配置，且本领域技术人员将直接地确定具有光源配置和管状反射器配置的给定组合的照明系统是否满足前述要求，即光源阵列的二次镜像的至少一半具有不同于物理光源配置的光源配置。

有利地，不同的二次镜像光源配置至少在其旋转状态方面可不同于物理光源配置。尽管二次镜像的缩放(在光源之间的更大或更小距离)将对于发出的光的均匀性具有有利效果，如果二次镜像光源配置相对于物理光源配置旋转，则通常获得更有利的效果，这是因为这种旋转将导致由照明系统发出光线具有更多数量的方向。

反射性表面可有利地由相对于彼此成角度地提供的区段所形成。在管状反射器的在垂直于照明系统光轴的平面中的截面中，区段可由基本上直的线来表示。

而且，管状反射器可被配置成使得没有一个反射性表面平行于反射性表面中的任何另一个反射性表面。由此，可增加由照明系统所发出的光线的方向数量。

此外，管状反射器可包括奇数个反射性表面，由此可增加由照明系统发出的光线的方向数量。

而且，管状反射器可具有基本上呈多边形的截面。

在本申请的上下文中，“多边形截面”应理解为，由在至少三个点(其形成多边形截面的拐角)处进行连接的线的闭合路径所界定的截面，其中这些点形成多边形截面的拐角。线可为直线或曲线。举例而言，在多边形的拐角之间的每个路径可相对于多边形截面为凹入的或凸出的。根据一实施例，多边形截面可具有奇数个边，例如七边(7个边)或九边(9个边)。

无论管状反射器的形状如何，反射性表面中至少一个可有利地为弯曲的。特别地，在至少一个反射性表面与垂直于照明系统的光轴的平面之间的部段可为曲线。

通过后者的配置，可实现镜像的缩放，由此可如上文所述的那样改进所发出的光的均匀性(光源之间的更大或更小的距离取决于反射性表面为凸出的还是凹入的)。

此外，管状反射器可基本上为喇叭形，这意味着管状反射器的开口面积朝向出射孔口扩大，且管状反射器的内表面的曲率半径布置于管状反射器外侧。

物理光源配置还可被选择成使得光源阵列的每个旋转对称状态不同于管状反射器的任何旋转对称状态。

在本申请的上下文中，“旋转对称状态”被理解为不同于初始状态的旋转状态，而得到与初始状态相同的配置。

管状反射器可具有第一数量的旋转状态（这些第一数量的旋转状态具有相同的配置），且光源阵列可具有第二数量的旋转状态（这些第二数量的旋转状态具有相同的配置），且第一数量与第二数量之间的比例可为非整数。这种配置提供不重合的对称状态。

具有相同配置的旋转状态的数量等于初始状态加上旋转对称状态的数量，即，旋转对称状态的数量加一。而且通过配置照明系统使得第一数量和第二数量的最大公约数等于一，可进一步减少所发出的光的优选方向的出现，由此能进一步改进所发出的光的均匀性。

为了进一步改进由照明系统发光的均匀性，照明系统可被配置成使得包括于光源阵列中的光源的总面积可等于管状反射器的入射孔口的面积的至少5%。

光源的总面积应被理解为光源的总发射表面，即，能发光的面积。

通过在总发射面积与入射孔口面积之间提供足够的比例，可进一步改进照明系统发光的均匀性。由本发明者所执行的测试已经表明，这种足够的比例为管状反射器的入射孔口的面积的大约5%，且更高的比例得到更好的结果。但是，该比例可优选地等于或至少为10%，更优选地等于或至少为15%，且最优选地等于或至少为20%。

根据本发明的各种实施例，光源阵列还包括被配置成发出第一颜色光的至少一组光源和被配置成发出不同于第一颜色的第二颜色光的至少一组光源。

光源组可为单个光源，或者可为布置在一起的光源组。举例而言，光源组可以一排发光二极管(LED)的形式来提供。

由此，可提供来自照明系统的颜色可控的光输出。

本发明者已经发现，配置光源阵列使得其包括至少三组被配置成发出第一颜色光的光源和至少三组被配置成发出第二颜色光的光源有益于由照明系统输出的光的均匀性。

此外，光源可有利地布置成使得在相邻光源组之间的最大间距小于入射孔口的横向延伸部的三分之一。由此，避免了在光源阵列中的大的“暗”区，这进一步改进了由照明系统输出的光的均匀性。在光源阵列中更均一地分配光源导致均匀性的进一步改进。

根据各种实施例，根据本发明的照明系统还可有利地包括被布置成漫射由照明系统发出的光的光漫射光学构件，由此能进一步改进由照明系统输出的光的均匀性。

在根据本发明的各个实施例的照明系统中，在其出射孔口处离开管状反射器的光通常在靠近照明系统的光轴处比离光轴更远处更好地被混合。因此，光漫射光学构件可有利地具有取决于离照明系统的光轴的距离的漫射能力。特别地，漫射能力可有利地随着离照明系统光轴的距离增加而增加。

此外，照明系统还可有利地包括被布置成将由照明系统发出的光聚焦的聚焦光学元件，由此能减小由照明系统输出的光的角展度。

而且，管状反射器可成形为在出射孔口处或远场中实现大致高斯束分布。

管状反射器的长度可有利地处于入射孔口直径的3倍到入射孔口直径8倍之间的范围，且在出射孔口的直径与入射孔口的直径之间的比例可有利地在3与5之间的范围。

附图说明

现将参考示出本发明的实例性实施例的附图来更详细地描述本发明的这些和其它方面，在附图中：

图1是根据本发明的实施例的照明系统的分解图；

图2是简单照明系统配置的示意性截面图，其旨在阐明本申请中所用的术语；

图3a至图3c为实例性照明系统的示意性截面图，其中在图3a至图3b中的照明系统表示本发明的实施例，而在图3c中的照明系统为用于比较的实例性系统。

图4a至图4c为实例性照明系统的示意性截面图，其中在图4a至图4b中的照明系统表示本发明的实施例，而在图4c中的照明系统为用于比较的实例性系统；以及

图5为根据本发明的另一实施例的实例性照明系统的示意性截面图。

具体实施方式

在下文的描述中，参考包括带多边形截面的喇叭形管状反射器的照明系统来描述本发明。

应当指出的是，这绝不限制本发明的范围，本发明同样可应用于其中管状反射器并非为喇叭形和/或并不具有多边形截面的其它照明系统中。举例而言，管状反射器可为直反射器或抛物面形反射器，和/或可具有并非以多边形方式配置的多个反射性表面。

图1示意性地示出根据本发明的实例性实施例的照明系统1。照明系统1包括光源阵列2和带反射性内表面的管状反射器3。光源阵列2包括多个光源，诸如LED阵列4a-4d，光源安装于诸如印刷电路板(PCB)5的载体上，该载体布置于散热器6上，而散热器6继而布置于热沉7上。每个LED阵列4a至4d可包括一个或多个LED，LED可具有不同颜色。因此，LED阵列4a至4d可具有不同性质或基本上相同性质，这视特定应用而定。管状反射器3具有光入射孔口9和大于光入射孔口9的光出射孔口10。在管状反射器3的出射孔口10处设有漫射构件，漫射构件在此处呈光漫射片11的形式。

光源阵列布置于入射孔口9处以发光到管状反射器3内。在图1中示意性地示出的实例性实施例中，管状反射器3在垂直于照明系统1的光轴12的平面中具有多边形截面。而且，在图1中的管状反射器3具有被布置成反射由光源4a-4d所发出的光的七个反射性表面14a-g。

尽管在此处并未明确地验证，但是由反射性表面14a-14h对光源阵列2的一次镜像进行反射所得到的光源阵列2的所有二次镜像具有不同于物理光源配置的二次镜像光源配置。其原因在于，二次镜像光源配置将表示光源阵列2旋转(360/7)°的倍数的旋转角度。这意味着所有二次镜像光源配置将不同于物理光源配置，因为光源阵列2的旋转对称状态旋转(360/3)°的倍数的旋转角度。因此，管状反射器3和光源阵列2并不具有重合的旋转对称状态。

现将参考图2所示的简单照明系统配置的示意性截面图来解释本申请所用术语中的某些术语。

图2为从管状反射器21的出射孔口朝向入射孔口观察的实例性照明系统20的简化截面图示。管状反射器21具有带内反射性表面23a-d的四个边22a-d。照明系统20还包括简单光源阵列25，该简单光源阵列25具有由图2中表示两个不同光源26a-b的“x”和“o”所示意性地示出的物理光源配置。

如在图2中进一步示意性地示出的那样，由第一反射性表面23a来反射光源阵列25，第一反射性表面23a因此提供由图2中左边的正方形所表示的一次镜像28。这种一次镜像28具有如在图2左边的正方形中的用“x”和“o”所图示的一次镜像光源配置。如在图2中可看出的那样，此一次镜像光源配置不同于物理光源配置—如果图2中左边的正方形被平移到与光源阵列25重叠，那么一次镜像光源配置的“x”将与物理光源配置的“o”占同一位置（重合），且一次镜像光源配置的“o”将与物理光源配置的“x”占同一位置（重合）。

当由第三反射性表面23c反射一次镜像28时，提供二次镜像29。此二次镜像29具有由图2中右边的“x”和“o”所表示的二次镜像光源配置。如从图2中清楚地看出的那样，此二次镜像光源配置与光源阵列25的物理光源配置相同。

尽管在图2中仅示出了一个代表性一次镜像28和一个代表性二次镜像29，但是很明显图2中的照明系统20的所有二次镜像将具有与光源阵列25的物理光源配置相同的二次镜像光源配置。因此，图2中的照明系统并非本发明的实施例，而只是用于说明物理光源配置、一次镜像、一次镜像配置，二次镜像和二次镜像配置的概念的介绍性实例，其将用于描述在图3a-3c、图4a-4c和图5中示意性地示出的各种实例性照明系统。

首先，根据本发明的第一实施例的照明系统30将参看图3a来描述。如在图3a中可看出的那样，照明系统30包括具有三角形截面的管状反射器31，其具有三个内反射性表面32a至32c。在图3a中的照明系统30还包括光源阵列33，其包括布置于物理光源配置中的多个光源34a-34b。对于上文结合图2所介绍的相同的符号而言，该物理光源配置由表示不同光源34a-b的“x”和“o”示意性地示出。

如在图3a中可看出，将存在具有由“x”和“o”所示的一次镜像光源配置的三个一次镜像35a-c和具有由“x”和“o”所示的二次镜像光源配置的六个二次镜像36a-f。如从图3a清楚地示出的那样，所有二次镜像光源配置不同于光源阵列41的物理光源配置。这种配置导致所发出的光具有大量方向，这提供由照明系统30所发出的光的改进均匀性。

其次，根据本发明的第二实施例的照明系统40将参看图3b来描述。在图3b中的照明系统40与图3a的不同之处在于，光源阵列41具有与图3b示意性地示出的情况不同的物理光源配置。

如从图3b清楚地示出的那样，所有二次镜像光源配置不同于光源阵列41的物理光源配置。这种配置导致所发出的光具有大量方向，其提供由照明系统40所发出的光的改进的均匀性。

第三，将参考图3c简要地描述实例性照明系统50以进行比较。图3c的照明系统50与图3a至图3b的照明系统30、40的不同之处在于，光源阵列51具有带三个相同光源52a-52c的物理光源配置，该三个相同光源52a-52c如图3c所示的那样对称地进行布置。从图3c显而易见，所有二次镜像光源配置与光源阵列51的物理光源配置相同。因此，由图3c中的照明系统50所发出的光将具有比图3a至图3b中的照明系统30、40所发出的光更低的均匀度。

图4a至图4c为实例性照明系统的示意截面图，其中在图4a至图34b中的照明系统表示本发明的实施例，而在图4c中的照明系统为用于比较的实例性系统。

图4a中的照明系统60包括管状反射器61，管状反射器61具有带五个反射性表面62a至62e的五边形截面。在图4a中的照明系统60还包括光源阵列63，光源阵列63包括两个光源64a至64b，该两个光源64a至64b布置成如图4a示意性地示出的物理光源配置，并使用与上文结合图3a至图3c所用的相同符号。

如从图4a清楚地示出的那样，所有二次镜像光源配置不同于光源阵列63的物理光源配置。这种配置导致所发出的光具有大量方向，这提供由照明系统60所发出的光的改进的均匀性。

图4b示意性地示出了根据本发明的实施例的另一实例性照明系统70，其与上文结合图4a所述的实施例不同之处在于，光源阵列71包括布置成不同物理光源配置的三个光源72a至72c。

如从图4b清楚地示出的那样，所有二次镜像光源配置不同于光源阵列71的物理光源配置。这种配置导致所发出的光具有大量方向，其提供由照明系统70所发出的光的改进的均匀性。

现转至图4c，其示意性地示出照明系统80，其与图4a-4b中的照明系统60、70的不同在于，光源阵列81包括具有五个相同光源82a-82e的物理光源配置，该五个相同光源82a-82e如图4c所示的那样对称地布置。从图4c清楚地看出，所有二次镜像光源配置与光源阵列81的物理光源配置相同。因此，由图4c中的照明系统80所发出的光将具有比图4a-4b中的照明系统60、70所发出的光更低的均匀度。

在至此所描述的实例性照明系统中，所有二次镜像光源配置要么不同于物理光源配置，要么与物理光源配置相同。但应当指出的是，本发明并不限于这样的照明系统，即，其中光源阵列被配置成使得所有二次镜像光源配置不同于物理光源配置。在下文中，参看图5，将描述根据本发明的另外的实施例的照明系统，其中二次镜像的部分将具有并非不同于物理光源配置的二次镜像光源配置。

图5中的照明系统90包括管状反射器91，管状反射器91具有带六个反射性表面92a-92f的六边形截面。在图5中的照明系统90还包括具有两个相同光源94a-94b的光源阵列93，其被布置成如图5示意性地示出的那样的物理光源配置，并使用与上文关于图3a-3c所用的相同符号。

如从图5清楚地示出的那样，所有二次镜像光源配置的三分之二不同于光源阵列93的物理光源配置。这种配置导致发出的光具有大量方向，其提供由照明系统90所发出的光的改进的均匀性。

在附图中，由“x”和“o”所示出的各个光源可有利地为LED或LED阵列。而且，不同颜色的LED可发出各种颜色，诸如红色、绿色、蓝色、琥珀色、青色、深红色和/或深蓝色等。作为替代或作为补充，可使用各种白光源，诸如暖白光源、中性白光源和/或冷白光源。

此外，所公开的实施例的变型可由本领域技术人员在实践所主张的本发明时，通过学习附图、所公开的内容和所附权利要求书来理解和实行。举例而言，各种其它光源配置也是可行的。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，且不定冠词“一”并不排除多个。单个处理器或其它单元可完成权利要求中所陈述的若干项目的功能。在相互不同的权利要求中陈述特定措施的简单事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。

Claims

1.一种用于点照明的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，包括：

管状反射器(3; 31; 61; 91)，其具有反射性内表面，所述管状反射器具有入射孔口(9)和比入射孔口更大的出射孔口(10)；以及

包括多个光源的光源阵列(2; 33; 41; 63; 71; 93)，其被布置成物理光源配置以在其入射孔口处向所述管状反射器内发光，

其中所述管状反射器(3; 31; 61; 91)包括大于3的奇数个反射性表面(14a-g)，每个反射性表面布置成提供所述光源阵列的一次镜像，所述一次镜像具有一次镜像光源配置；并且

其中所述光源阵列(2; 33; 41; 63; 71; 93)被配置成：对于一次镜像中每一个，由所述反射性表面(14a-g)对所述一次镜像进行反射所得到的所述光源阵列的所有二次镜像的至少一半具有不同于所述物理光源配置的二次镜像光源配置。

2.根据权利要求1所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：不同于所述物理光源配置的所述二次镜像光源配置至少在其旋转状态方面不同于所述物理光源配置。

3.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70)，其特征在于：所述管状反射器(3; 31; 61)被配置成使得没有一个所述反射性表面平行于所述反射性表面中的任何另一个反射性表面。

4.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述管状反射器(3; 31; 61; 91)具有基本上为多边形的截面。

5.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述反射性表面中至少一个为弯曲的反射性表面。

6.根据权利要求1或2所述照明系统，其特征在于：所述反射性表面中的至少一个与垂直于所述照明系统的光轴的平面之间的部段为曲线。

7.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述管状反射器基本上为喇叭形。

8.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：选择所述物理光源配置使得所述光源阵列的每个旋转对称状态不同于所述管状反射器的任何旋转对称状态。

9.根据权利要求8所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述管状反射器具有第一数量的旋转对称状态，该第一数量的旋转对称状态具有相同配置，且所述光源阵列具有第二数量的旋转对称状态，该第二数量的旋转对称状态具有相同配置，所述第一数量与所述第二数量之间的比为非整数。

10.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：由包括于所述光源阵列中的光源所占据的总面积等于所述入射孔口的面积的至少5%。

11.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述光源阵列包括被配置成发出第一颜色光的至少一组光源和被配置成发出不同于第一颜色的第二颜色光的至少一组光源。

12.根据权利要求11所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：所述光源阵列包括被配置成发出所述第一颜色光的至少三组光源和被配置成发出所述第二颜色光的至少三组光源；并且

其中在所述被配置成发出所述第一颜色光的至少三组光源和被配置成发出所述第二颜色光的至少三组光源中，相邻两组光源之间的最大间距小于所述入射孔口的横向延伸部的三分之一。

13.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，：其特征在于：还包括被布置成使所述照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)输出的光漫射的光漫射光学构件(11)。

14.根据权利要求1或2所述的照明系统(1; 30; 40; 60; 70; 90)，其特征在于：还包括被布置成使所述照明系统输出的光聚焦的聚焦光学元件。