CN102927473B - 一种光束光斑可控的照明装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光束光斑可控的照明装置，它包括阵列光源单元（1）、集成透镜单元（2）、目标照明效果输入装置（3）、照明效果与光源驱动映射转换装置（4）和阵列光源驱动装置（5）；所述集成透镜单元（2）设于所述阵列光源单元（1）的一侧；所述目标照明效果输入装置（3）用于接收外部输入的控制信号，所述控制信号发送至所述照明效果与光源驱动映射转换装置（4）；所述照明效果与光源驱动映射转换装置（4）根据控制信号与照明效果的关系将所述控制信号转化成阵列光源驱动信号，所述阵列光源驱动信号送至所述阵列光源驱动装置（5）。本发明的光束光斑可控的照明装置具有结构简单、性能稳定的优点。
Description
技术领域
本发明涉及照明设计的技术领域，尤其涉及一种光束光斑可控的照明装置。
背景技术
在许多应用场合，除了要求照明提供光亮功能，还希望照明能够起到氛围渲染、信息传递、强化突出等功能，而且这功能的需求在现代照明设计中占据了越来越重要的地位，并遍布生产生活的各个领域。比如在舞台灯光设计中，常常需要照明提供动态的图案和色彩；在博物馆中，艺术品照明设计要求光束限制在对应艺术品而又不影响其它艺术品的呈现；在光场照明设计中，希望有流动和变化着的图案投影在地面或者可能存在的幕墙；在家居照明或者开放办公室照明，常常需要照明区域的灵活选择和控制；所有这些应用需求，都可以归结为照明设计中对光斑和光束的动态控制。
现有的解决方案主要通过光学和机械控制实现对照明光束和光斑的调节，带来的问题是成本比较高；而且系统体积往往比较大，给安装和维护带来一定困难；由于机械控制的灵活性较低，一种灯具的光斑形式往往是固定的，因此产品的通用性不够，从而大大增加了产品设计和生产的成本；同时，由于混合了光学电气和机械单元，系统在复杂性增加的同时，稳定性也相对较弱。因此迫切需要一种照明解决方案可以通过控制电信号实现对投射光斑和光束的控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种结构简单、性能稳定的光束光斑可控的照明装置。
为解决上述目的，本发明可采用的技术方案是：
一种光束光斑可控的照明装置，它包括阵列光源单元、集成透镜单元、目标照明效果输入装置、照明效果与光源驱动映射转换装置和阵列光源驱动装置；所述集成透镜单元设于所述阵列光源单元的一侧，从所述阵列光源发出的光线经所述集成透镜单元折射后射出；所述目标照明效果输入装置用于接收外部输入的控制信号，所述控制信号发送至所述照明效果与光源驱动映射转换装置；所述照明效果与光源驱动映射转换装置根据控制信号与照明效果的关系将所述控制信号转化成阵列光源驱动信号，所述阵列光源驱动信号送至所述阵列光源驱动装置，并由所述阵列光源驱动装置施加于所述阵列光源单元。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述阵列光源单元为单色点光源或多种颜色组成的组合光源。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述集成透镜单元由多层透镜单元组成。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述集成透镜单元由一层透镜单元组成。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述透镜单元为焦距可调的透镜单元。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述阵列光源单元包括多个受所述阵列光源驱动装置控制的点光源，所述多个点光源呈矩阵排列或轴对称排列。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：每个或每组所述点光源之间设有隔栅。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述目标照明效果输入装置为输入控制器、应用程序输入器或自动输入装置。
优选地，在所述的光束光斑可控的照明装置中：所述集成透镜单元由物理参数不同的透镜组成。
本发明的光束光斑可控的照明装置基于集成成像的原理，利用透镜阵列并通过选择整列光源的点亮与否以及强度和色彩分布，实现照明光束和光斑的实时控制。因为该装置可以通过电信号控制实现对光斑光束的控制，为标准化生产和降低产品成本提供了有效途径。因为这种照明装置可以实现对照明光斑、光束的控制，这种照明装置可以广泛应用在区域照明、氛围渲染照明、舞台照明、手术台照明、艺术品照明以及商场照明等高端专业照明场合，具有广泛的应用前景。与现有的机械式可控照明装置相比，具有结构简单、便于控制和性能稳定的优点。
应当认识到，本发明以上各方面中的特征可以在本发明的范围内自由组合，而并不受其顺序的限制——只要组合后的技术方案落在本发明的实质精神内。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明光束光斑可控的照明装置作进一步说明，附图中：
图1是本发明的光束光斑可控的照明装置的结构示意图；
图2a和图2b是本发明的光束光斑可控的照明装置的成像原理示意图，其中图2a展示的是摄影的过程，图2b展示的是显示图像的过程；
图3是本发明的光束光斑可控的照明装置的LED阵列光源的示意图；
图4是本发明的光束光斑可控的照明装置的OLED阵列光源的示意图；
图5是本发明的光束光斑可控的照明装置的光阀式阵列光源的示意图；
图6是本发明的光束光斑可控的照明装置的两层透镜阵列的结构示意图；
图7是本发明的光束光斑可控的照明装置的嵌套式透镜组合的结构示意图；
图8为本发明的光束光斑可控的照明装置的带隔栅的照明结构设计示意图；
图9a和图9b是本发明的光束光斑可控的照明装置的照明效果图案与阵列光源驱动信号对应关系的示意图，其中图9a为光源驱动信号对应图案形成的示意图，图9b为实际照明过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读本发明之后，本领域的技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请的权利要求所限定的范围。
结合图1至图2b说明该照明装置的基本原理。如图1所示，本发明涉及一种光束光斑可控的照明装置的设计，利用集成透镜阵列，基于集成成像的原理，通过选择阵列光源的点亮与否以及强度和色彩分布，实现照明光束和光斑的控制。该照明装置包括阵列光源单元1、集成透镜单元2、目标照明效果输入装置3、照明效果与光源驱动映射转换装置4和阵列光源驱动装置5，其中集成透镜单元2设置于阵列光源单元1的光路上，光线通过该集成透镜单元2折射后出射，形成各种图案，阵列光源驱动装置5与阵列光源单元1上的每个光源均为电连接，以将电信号施加于每个光源上；阵列光源驱动装置5的电信号来源于照明效果与光源驱动映射转换装置4，该转换装置接收目标照明效果输入装置3的控制信号并根据照明效果与电压的关系将控制信号转换为电信号。
如图2a和图2b所示，一个透镜阵列7被放在胶片6前面，物体9的图像经过透镜阵列7后投影于胶片6。当把胶片6制作成透明照明并放置在原来的胶片位置，从其后方用白光照射该透明照片时，照片发出的光将沿着原来的光线路径8反向传播，并在原来物体的位置形成一幅三维图像。其中照射光源和透明照片组合可以用平板显示器件代替。图2a和图2b分别描述了集成摄像过程和集成显示过程，本发明即是利用这一原理来进行灯光控制。在图2b中，光源10发出的光经过透明胶片11和透镜阵列12后沿入射光线8的反方向13在原物体9的位置形成一个影像14。观察者15会看到一个与物体9相同的影像14。从上述分析可知，本发明利用集成透镜阵列控制光线方向，建立照明投影光斑形状与后端光源阵列图案之间的对应关系，再通过改变后端光源阵列图案即可得到不同的照明光斑或光束效果。改变照明效果可以通过改变阵列光源中某些或全部点光源的开闭、发光强度、颜色以及上述特征的结合来实现。
如图3至5所示，描述本发明不同形式的阵列光源。阵列光源单元是由一定数目的点光源按照一定的空间分布排列而成，每个点光源的强度都可以单独控制。在具体排布方式上，可以是矩阵排布，也可以是轴对称排布或放射状排布。阵列光源数目根据显示图案的清晰度要求和可接受成本等因素综合考虑确定。阵列光源的实现方案包括：LED阵列（参见图3），OLED阵列（参见图4），或者面光源与光阀阵列组合（参见图5）等。在需要彩色照明的场合，可以采用多基色LED，OLED，或者多基色背光源，通过时序混色或者空间混色的方法，实现彩色光斑照明效果。在图3中，衬底16上均匀分布着多个/多组LED颗粒，而图4所示的为OLED阵列18。在图5所示的光阀式阵列光源中，面光源19发出的光经可控阵列光阀20后射出。
如图6和图7所示，为本发明的集成透镜单元。集成透镜层单元由一定数目的光学透镜按照一定的空间分布排列而成。透镜的尺寸以及焦距的等参数与照明光束光斑控制性能密切相关，同时还受到阵列光源排布密度的影响。基本规律是：单个透镜尺寸越小、单个透镜包含光源数目越多，光线控制就越精细、控制效果就越好。焦距越小，灯具整体厚度就越小，反之亦然。根据具体应用场合、实际要求以及制作成本，透镜层单元方案可以包括焦距固定和焦距可调两种方案。透镜层与阵列光源之间的距离设置，除了影响灯具厚度，还会影响光斑尺寸大小，即可照明区域范围。基本的规律是：距离越小，可照明区域就越大，光斑控制精细程度就越低；距离越大，可照明区域就越小，同时光斑控制精细程度越高。提高光学可控性，可以采用多层透镜结构。在图6所示的两层透镜阵列21中，两层透镜的光滑面成平行设置，而在图7所示的嵌套式透镜22中，一层透镜设于另一层透镜的曲面上。
如图8所示，为了减少不同光源单元之间的串扰，可以在阵列光源单元23的每组光源之间设置隔栅24，透镜阵列25设置于该隔栅的一侧。
目标照明效果输入装置3、照明效果与光源驱动映射转换装置4和阵列光源驱动控制装置5为光斑光束控制器。目标照明效果输入装置3包括专用控制器装置输入、手机电脑应用程序界面输入、自动程序控制三种可选技术途径。照明效果与光源驱动映射转换装置4用于把目标照明效果—包括光束和光斑色彩图案设置转换成阵列光源的驱动信号。照明效果与光源阵列驱动信号之间的对应关系是通过集成成像的基本思想建立：假设一发光平面，其图案与目标照明图案一致，一感光装置26位于阵列光源位置，那么该发光平面经过透镜阵列27会在阵列光源处形成投影图案28，即如图9a所示。当阵列光源29在驱动信号控制下将电信号转化成可见光信号，并通过透镜阵列30形成投影图案31时，根据集成成像的基本原理，该照明系统将呈现如图9b所示的目标照明图案效果。由于制造工艺精度限制、透镜单元间串扰、光源非理想点阵等因素的影响，照明效果与光源阵列驱动信号之间的对应关系，可根据实际情况做相应的补充和优化处理。
Claims (4)
1.一种光束光斑可控的照明装置，其特征在于：包括阵列光源单元（1）、集成透镜单元（2）、目标照明效果输入装置（3）、照明效果与光源驱动映射转换装置（4）和阵列光源驱动装置（5）；所述集成透镜单元（2）设于所述阵列光源单元（1）的一侧，从所述阵列光源单元（1）发出的光线经所述集成透镜单元（2）折射后射出；所述目标照明效果输入装置（3）用于接收外部输入的控制信号，所述控制信号发送至所述照明效果与光源驱动映射转换装置（4）；所述照明效果与光源驱动映射转换装置（4）根据控制信号与照明效果的关系，将包括光束和光斑色彩图案设置的目标照明效果转换成阵列光源的驱动信号，所述阵列光源的驱动信号送至所述阵列光源驱动装置（5），并由所述阵列光源驱动装置（5）施加于所述阵列光源单元（1）；
所述集成透镜单元（2）由多层透镜单元组成，多层透镜的光滑面成平行设置，或者一层透镜设于另一层透镜的曲面上；
所述阵列光源单元（1）包括多个受所述阵列光源驱动装置（5）控制的点光源，所述多个点光源呈矩阵排布、轴对称排布或放射状排布；每个点光源的强度单独控制；所述阵列光源单元（1）的每个或每组所述点光源之间设置隔栅。
2.根据权利要求1所述的光束光斑可控的照明装置，其特征在于：所述阵列光源单元（1）为单色点光源或多种颜色组成的组合光源。
3.根据权利要求1或2所述的光束光斑可控的照明装置，其特征在于：所述目标照明效果输入装置（3）为输入控制器、应用程序输入器或自动输入装置。
4.根据权利要求1所述的光束光斑可控的照明装置，其特征在于：所述集成透镜单元（2）由物理参数不同的透镜组成。
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