CN103443536A - 具有活动光导系统的光输出设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可控制来提供不同光输出功能的光输出设备（1；10；30）。该光输出设备包括：光源装置（12；31），其被配置成发射光；以及光引导系统（10；32），其被设置成接收光并且被配置成将光引导至光引导系统的至少一个光输出表面。光引导系统（10；32）至少包括第一光导（11b；37）和第二光导（11a；40，41）；并且光引导系统（10；32）在至少其中光源装置输出的光由第一光导（11b；37）引导以便提供第一光输出功能的第一位置与其中光源装置输出的光由第二光导（11a；40，41）引导以便提供不同于第一光输出功能的第二光输出功能的第二位置之间相对于光源装置（12；31）是活动的。本发明基于以下认识：不同光输出功能可以通过使包括至少两个光导的光引导系统相对于固定光源装置运动而方便且直观地实现。由此，不同光输出功能可以利用单个固定光源装置实现。

Description

具有活动光导系统的光输出设备
技术领域
本发明涉及可控制来提供不同光输出功能的光输出设备。
背景技术
通过提高在照明器的寿命期间可以无需替换的更紧凑的光源的可用性，新的设计和功能变得可能。
例如，应当可能的是使用具有若干组适当设置并且单独可控的诸如LED之类的光源的单个光输出设备提供不同的照明功能，例如普通光照和集中式任务照明。然而，这可能导致相对复杂且昂贵的光输出设备。
发明内容
鉴于现有技术的上述和其他缺陷，本发明的总体目的是提供一种改进的可控制来提供不同光输出功能的光输出设备。
依照本发明，提供了一种可控制来提供不同光输出功能的光输出设备，该设备包括：光源装置，其被配置成发射光；以及光引导系统，其被设置成接收光并且被配置成将光引导至光引导系统的至少一个光输出表面，其中：光引导系统至少包括第一光导和第二光导；并且光引导系统在至少其中光源装置输出的光由第一光导引导以便提供第一光输出功能的第一位置与其中光源装置输出的光由第二光导引导以便提供不同于第一光输出功能的第二光输出功能的第二位置之间相对于光源装置是活动的。
“光输出功能”可以指由光输出设备输出的光的任何属性。例如，不同光输出功能可以由具有不同的颜色、色温、强度、输出表面、角分布和/或空间分布的光提供。例如，“氛围功能”可以通过在相对较大的输出表面上方发射具有低色温的低强度光而提供，并且“任务功能”可以通过具有较高色温的相对集中的高强度光束提供。
本发明基于以下认识：不同光输出功能可以通过使包括至少两个光导的光引导系统相对于固定光源装置运动而方便且直观地实现。由此，不同光输出功能可以利用单个固定光源装置实现。
由此，可以以高的利用率高效地使用光源。
此外，无需诸如另外的散热器、控制单元等等之类的附加部件，这允许实现具有相对较低复杂度的成本高效的光输出设备。
而且，光输出设备使用起来是简单且直观的，因为仅有的在不同光输出功能之间切换所需的用户干预是使光引导系统相对于光源装置运动。
光可以通过光引导系统的第一光输出表面输出以便提供第一光输出功能并且通过光引导系统的与第一光输出表面不同的第二光输出表面输出以便提供第二光输出功能。
依照根据本发明的光输出设备的各个不同的实施例，第一和第二光导中的至少一个可以有利地被配置成通过光在该光导的边界表面处的多次反射而将来自该光导的内耦合表面的光引导至该光导的外耦合表面。
所述至少一个光导可以被配置成通过全内反射（TIR）引导光。在这种情况下，所述至少一个光导可以由具有大于1的折射率的适当材料制成。用于TIR光导的适当材料的实例包括玻璃、PMMA、PC等等。各种不同的其他材料对于本领域技术人员而言应当是公知的。
可替换地，所述至少一个光导可以为至少部分空心的，具有用于通过多次反射引导光的至少部分反射的边界。
而且，第一和第二光导中的任何一个或者二者可以包括用于控制光从所述光导向外耦合的构件。这样的构件可以例如包括一个或几个反射镜或透镜或者局部地修改光导的光学属性的结构。该光导可以例如包括光导边界处的外耦合结构和/或光导内部的重定向或散射结构或颗粒。外耦合结构也可以包括涂料（白色的或者彩色的）或磷光体。如何实现和控制光从光导向外耦合应当是本领域技术人员公知的。
依照根据本发明的光输出设备的各个不同的实施例，第一光导可以具有随着离内耦合表面的距离增加而减小的截面面积。这样的锥形光导可以例如用来以相对较大的光输出表面提供“辉光”的光输出功能。为了进一步控制和/或分布光从第一光导的向外耦合，它可以设有用于控制光从光导向外耦合的上述构件中的任何一个。
此外，第二光导可以包括被设置成通过第二光导的外耦合表面定向光的反射器。该配置对于提供“任务光”——定向到目标区域处的光束——的光输出功能可能是特别有用的，所述目标区域可以例如是工作空间或者高亮显示区域。在第二光导为大体杆状的TIR光导的情况下，第二光导可以包括设置在杆状TIR光导端部的反射器。该反射器可以关于该光导的主要延伸方向成角度，以便朝着目标区域定向由该光导引导的光。有时，可能希望的是将内耦合表面与外耦合表面之间的光准直。为此目的，该光导的截面面积可以随着离内耦合表面的距离的增加而增加。
依照各个不同的实施例，光引导系统可以进一步至少包括用于将来自光源装置的光提供给第一光导的第一光混合设备以及用于将来自光源装置的光提供给第二光导的第二光混合设备。
光混合设备可以是能够接收光源输出的光线，通过例如反射和/或散射混合光线，并且在比接收光的方向更多的方向上输出利用光线的混合光的任何设备。例如，光混合设备可以是所谓的混合室，其是具有反射壁的空位，所述反射壁有利地可以是散射的。各种不同的光混合设备是本领域技术人员公知的。
通过提供一个或几个光混合设备，光引导系统相对于光源装置的定位中的容限可以增加，从而提供了光输出设备的增大的鲁棒性和/或降低的成本。
依照各个不同的实施例，光引导系统可以是可围绕旋转轴相对于光源装置旋转的。
该旋转轴可以被取向成使得光引导系统可在垂直于旋转轴的平面内旋转。这例如在希望照射离光输出设备一定距离处的工作区域或者相似物时可能是有用的。通过旋转，可以将光引导系统的光输出区域物理上更靠近地带至要照射的区域。
可替换地，旋转轴可以取向成基本上与光引导系统的主要延伸方向平行。由此，光引导系统相对于光源装置的运动以及伴随的光输出功能的转变可以在基本上不改变光输出设备的形状因子的情况下实现。例如，光导装置可以被设置用于基本上围绕旋转轴同轴旋转，从而针对第一同轴旋转状态提供第一光输出功能并且针对第二同轴旋转状态提供第二光输出功能。在这种情况下，光输出设备在这两种状态下将具有相同的物理外观，同时提供不同的光输出功能。
为了方便地实现光源发射的光根据光引导系统相对于光源装置的位置而被不同的光导引导，光源装置可以包括被设置成偏离旋转轴的光源。当光引导系统围绕旋转轴旋转时，光源对于不同的旋转角度将具有相对于光引导系统的不同位置。
光源装置可以包括附加光源，所述附加光源可以被设置成偏离旋转轴，和/或所述附加光源可以被设置成与旋转轴重合。利用被设置成与旋转轴重合的光源，来自该光源的输出可以同等地对第一光输出功能和第二光输出功能产生贡献。
依照其他实施例，光引导系统可以是可相对于光源装置移位的。光引导系统可以是可沿着任何路径移位的。例如，光引导系统可以被设置成基本上线性地移位，使得光源装置根据光引导系统沿着线性路径的位置在沿着光引导系统的不同位置处将光发射到光引导系统中。
此外，在本发明的各个不同的实施例中，光引导系统可以包括第一部分和第二部分，其中第一部分可相对于第二部分旋转。第一部分于是有利地可以是可围绕基本上垂直于光引导系统的主要延伸方向的旋转轴旋转。由此，可以进一步修改光输出功能。例如，预期用于任务光功能的相对集中的光束的方向可以通过旋转光引导系统的端部或者包含在光引导系统中的单独的光导而进行控制。
而且，光源装置可以包括至少一个发光二极管（LED），所述发光二极管可以与散热器热连接以便驱散由LED产生的热。
附图说明
现在将参照示出本发明的实例实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1a-c为依照本发明的提供不同光输出功能的光输出设备的一个示例性实施例的示意图；
图2a-b示意性地图示出当提供两种不同光输出功能时光通过图1a-c中的光输出设备的光引导系统的引导；
图3a-b示意性地图示出图1中的光输出设备的另一个实施例，其中光源装置包括设置在相对于光引导系统的旋转轴的不同位置的两个光源；
图4示意性地图示出图1中的光输出设备的另一实施例，其包括用于改进光混合的光混合室；以及
图5a-b示意性地图示出依照本发明的光输出设备的又一个实施例，其中光引导系统可相对于光源装置线性移位。
具体实施方式
图1a-c示意性地图示出依照本发明的光输出设备的第一示例性实施例该光输出设备处于自由直立式桌面灯1的形式，在不同图中提供不同的光输出功能。在图1a中，提供了“辉光”功能，其中灯1的大部分输出具有相对较低强度和低色温的光，并且图1b-c示出用于灯1的不同取向的“任务”功能。该“任务”功能可以涉及输出通过灯1的小部分的具有相对较高强度和高色温并且朝着任务区域2定向的光。
图1a-c中的灯1包括用于保持灯1稳定地直立的板4、附接到板4的支架5以及可旋转地连接到支架5的活动臂6。如将在下文中更详细地描述的，灯1进一步包括作为支架5的部分而提供的光源装置，并且活动臂6包括用于引导光源装置的光输出以便提供图1a-c中表示的不同光输出功能的光引导装置。
现在将参照图2a-b针对一个实例配置更详细地描述通过包含在活动臂6中的光引导装置的光的引导。
在该实例配置中，活动臂6包括光导系统10，该系统包括三个通过光的全内反射（TIR）起作用的平板光导11a-c。而且，支架5包括光导装置，该光导装置包括发光二极管（LED）形式的光源12。
光导系统10可围绕旋转轴13相对于支架5（并且相对于LED 12）旋转，使得LED 12输出的光根据臂6的旋转状态而内耦合到不同光导11a-c中。为此目的，LED 12被设置成偏离旋转轴13，如图2a-b中示意性地表示的。
图2a示意性地示出了处于图1a中所示状态的灯1的部分，其中活动臂向下指向并且沿着支架5设置。在该状态下，LED 12发射的光将内耦合到居中定位的光导11b中，其中它将如图2a中示意性地表示的通过全内反射被导向臂6的末端。为了实现希望的辉光功能，中心光导11b为锥形以便具有沿着光导11b的长度减小的截面面积。通过这种方式，光可以基本上连续地沿着光导11b向外耦合。为了进一步控制光的外耦合，中心光导可以进一步（或者可替换地）设有外耦合构件，例如局部地修改反射角的结构，使得对于光的一部分不满足TIR条件。
图2b示意性地示出了处于图1b中所示状态的灯1的部分，其中活动臂已经相对于图2a中图示出的状态逆时针旋转了90°。在该状态下，LED 12发射的光将内耦合到侧面光导11a中，其中它将如图2b中示意性地表示的通过全内反射被导向臂6的末端。在臂6的末端处，光由在光导11a的端部提供的反射器14向下反射。如可以在图2b中看到的，光导11a被配置成使得基本上不存在光沿着光导11a的外耦合。相应地，不存在沿着光导11a提供的外耦合结构（这同样适用于另一侧光导11c），并且此外，光导11a具有朝着臂6的端部增大的截面面积。由此，光也将被准直。
依照图3a-b中示意性地图示出的另一种实例配置，光导装置包括发光二极管（LED）形式的附加光源16。该附加光源16如图3a-b中示意性地表示的设置在旋转轴处。
图3a示意性地示出了处于图1a中所示状态的灯1的部分，其中活动臂向下指向并且沿着支架5设置。在该状态下，由偏离旋转轴13设置的LED 12以及设置在旋转轴13处的LED 16二者发射的光将内耦合到居中定位的光导11b中，其中它将通过全内反射被导向臂6的末端。当处于图3a的配置中时灯输出的光因此将通过LED 12和16二者输出的光的组合确定。
图3b示意性地示出了处于图1b中所示状态的灯1的部分，其中活动臂已经相对于图3a中图示出的状态逆时针旋转了90°。在该状态下，LED 12发射的光将内耦合到侧面光导11a中，其中它将被导向臂6的末端。由LED 16发射的光将仍然由中心光导11b导向臂6的末端，并且将如上面参照图2a所描述的逐渐沿着光导11a向外耦合。
在图3a-b的实例配置中，偏离的LED 12可以例如为冷白色LED，并且附加LED 16可以为红色LED。在这种情况下，当灯1处于图3a中所示的状态时输出的光将是暖白色（适合于辉光功能）。在图3b中所示的状态下，从下面的光导11b发射的任务光将是集中的冷白色光，并且臂6将发射红色辉光。
在图2a-b和图3a-b的实例配置中，LED发射的光可以通过诸如抛物状TIR小面或者反射器小面之类的常规内耦合小面内耦合到适当的光导11a-c。当使用这样的内耦合小面时，可能需要内耦合小面相对于LED的相对精确的定位以实现希望的光输出功能。为了提供光导系统相对于光源装置的定位方面的更大的误差容限，可以有利地向光导系统提供光混合设备。现在将参照图4描述图1a-c中包括这样的光混合设备的灯1的另一实例配置。
图4示意性地示出了图1a-c中的灯1的部分，其中移除了光导系统以便允许无遮挡地查看光混合设备18。因此，图4示意性地图示出一种实例配置，其中光导系统包括可旋转地连接到灯1的支架5的光混合设备18。尽管这些未在图4中示出，但是光导系统进一步包括可以具有如上面参照图2a-b和图3a-b所描述的相似配置的光导。这些光导被设置成接收由光混合设备18输出的光。
如可以在图4中看到的，光混合设备18被配置成可围绕旋转轴13旋转，并且光源装置包括偏离旋转轴13的LED 12。
在该示例性配置中，光混合设备18包括三个混合室19a-c。混合室19a-c在这里以高反射（优选地白色散射）材料块内部的三个空位的形式提供。每个混合室19a-c具有面向可能（根据臂6的旋转角度）放置LED 12的侧面的光进入孔20a-c以及用于向适当的光导馈送光的光出射孔（空位19a-c的开口端）。
光进入孔20a-c的形状、尺寸和位置以非常鲁棒的方式确定转变效果（例如，在哪个角度下转变发生以及转变有多平滑）。在转变应当介于中间强度之间，而不是介于全开和全关之间的情况下，混合室也可以部分地连接（即朝彼此泄漏光）。
上面描述了其中不同光输出功能之间的转变通过相对于光源装置旋转光导系统而进行控制的光输出设备（图1a-c中的灯1）的各种不同的配置。现在将参照图5a-b描述依照本发明的光输出设备的另一个实施例，其中不同光输出功能之间的转变通过对光导系统线性地移位而进行控制。
图5a-b中的光输出设备30包括：固定光源装置31，其在这里被示为嵌入到物体中，该物体可以是诸如闹钟之类的电子设备或者诸如桌子之类的一件家具；以及光导系统32。光源装置31包括LED 33和准直器34，并且光导系统32如图5a-b中示意性地图示出的可在两个位置之间相对于光源装置31垂直地移位。
在图5a中，光输出设备30处于光导系统32设置在插入位置中的第一状态，以便提供如图5a中的箭头所示的第一光输出功能（“向上光”）。如可以在图5a中看到的，LED 33输出的光进入包含在光导系统32中的第一透明室36，并且然后在第一反射器37处向上反射。
在图5b中，光输出设备30处于光导系统32设置在延伸位置中的第二状态，以便提供如图5b中的箭头所示的第二光输出功能（“任务光”）。如可以在图5b中看到的，LED 33输出的光现在进入包含在光导系统32中的第二透明室39，并且然后在第二40反射器处向上反射，然后由第三41反射器朝着工作区域或者相似物定向。尽管这未在图5a-b中明确地示出，但是应当指出的是，光导系统32的端部（包括第三反射器41）的可以是可围绕基本上与光导系统32的长轴重合的旋转轴相对于光导系统的其余部分（包括第二反射器）旋转的，使得任务光的方向可以通过端部的旋转进行控制。
此外，技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解和实现所公开实施例的若干变型。例如，可以使用与平板光导不同的其他类型的光导，例如由反射器限定的光导。
在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中记载特定技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。

Claims (15)

1.一种可控制来提供不同光输出功能的光输出设备（1；10；30），包括：
光源装置（12；31），其被配置成发射光；以及
光引导系统（10；32），其被设置成接收所述光并且被配置成将所述光引导至光引导系统的至少一个光输出表面，其中：
所述光引导系统（10；32）至少包括第一光导（11b；37）和第二光导（11a；40，41）；并且
所述光引导系统（10；32）在至少其中所述光源装置输出的光由所述第一光导（11b；37）引导以便提供第一光输出功能的第一位置与其中所述光源装置输出的光由所述第二光导（11a；40，41）引导以便提供不同于第一光输出功能的第二光输出功能的第二位置之间相对于所述光源装置（12；31）是可活动的。
2.依照权利要求1的光输出设备（1；10；30），其中所述光通过光引导系统（10；32）的第一光输出表面输出以便提供所述第一光输出功能并且通过光引导系统的与第一光输出表面不同的第二光输出表面输出以便提供所述第二光输出功能。
3.依照权利要求1或2的光输出设备（1；10），其中所述第一光导（11b）和第二光导（11a）中的至少一个被配置成通过所述光在所述光导的边界表面处的多次反射而将来自该光导的内耦合表面的光引导至该光导的外耦合表面。
4.依照权利要求3的光输出设备（1；10），其中所述至少一个光导被配置成通过全内反射引导所述光。
5.依照权利要求3或4的光输出设备（1；10），其中所述第一光导（11b）具有随着离所述内耦合表面的距离增加而减小的截面面积。
6.依照权利要求5的光输出设备（1；10），其中所述光引导系统（10）进一步包括第三光导（11c），并且其中：
所述第一光导（11b）夹在所述第二光导（11a）与所述第三光导（11c）之间；并且
所述第二光导和第三光导中的每一个具有随着离所述内耦合表面的距离增加而增大的截面面积，使得所述光引导系统的总截面面积沿着所述光引导系统是基本上恒定的。
7.依照权利要求3-6中任何一项的光输出设备，其中所述第二光导（11a；40，41）包括被设置成通过第二光导的外耦合表面定向所述光的反射器（14；41）。
8.依照前面的权利要求中任何一项的光输出设备（10），其中所述光引导系统进一步至少包括用于将来自所述光源装置（12）的光提供给所述第一光导（11b）的第一光混合设备（19b）以及用于将来自所述光源装置的光提供给所述第二光导（11a）的第二光混合设备（19a）。
9.依照前面的权利要求中任何一项的光输出设备（1；10），其中所述光引导系统可围绕旋转轴（13）相对于所述光源装置旋转。
10.依照权利要求9的光输出设备（1；10），其中所述光引导系统可在垂直于所述旋转轴的平面内旋转。
11.依照权利要求9的光输出设备，其中所述光引导系统被设置成基本上与所述旋转轴平行。
12.依照权利要求9-11中任何一项的光输出设备（1；10），其中所述光源装置包括被设置成偏离所述旋转轴（13）的光源（12）。
13.依照权利要求1-8中任何一项的光输出设备（30），其中所述光引导系统（32）可相对于所述光源装置（31）移位。
14.依照前面的权利要求中任何一项的光输出设备，其中所述光引导系统包括第一部分和第二部分，第一部分可相对于第二部分旋转。
15.依照前面的权利要求中任何一项的光输出设备，其中所述光源装置包括发光二极管、被设置成与所述发光二极管热连接的散热器以及用于向发光二极管供电的驱动器。
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