CN104246361B - 用于可控照明的时分多路复用可切换光学元件的设备和方法 - Google Patents

用于可控照明的时分多路复用可切换光学元件的设备和方法 Download PDF

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Abstract

公开了用于电控制照明设备以改变其外观和照明效果的方法和装置。照明设备(100)具有控制一个或多个LED光源(110)和一个或多个可电切换的光学元件(150)的多路复用控制器。在照明周期期间，光源在至少两个照明状态之间切换，并且光学元件在至少两个光学状态之间切换。切换序列是足够快的，而不会被观察者检测到。结果，照明模块或照明设备被感知具有大致连续的光输出。多路复用控制器快速地时间排序光源和可切换表面的状态，以产生对照明设备和/或由照明设备照射的物体的视觉改变。

Description

用于可控照明的时分多路复用可切换光学元件的设备和方法
技术领域
本发明总体上涉及照明技术。更具体地，本文中所公开的各种发明方法和装置涉及控制可切换光学元件和光源。
背景技术
数字照明技术，即基于诸如发光二极管(LED)之类的半导体光源的照明，提供了对传统的荧光灯、HID和白炽灯照明模块的可行替代。LED的功能性优点和好处包含高的能量转换和光学效率、耐用性、较低的操作成本等等。LED技术的最近进展已经提供了使得能够实现许多应用中的各种照明效果的高效且稳健的全光谱照明源。体现这些源的一些器材的特征在于包含能够产生例如红、绿和蓝的不同颜色的一个或多个LED以及用于独立控制LED的输出以便生成各种颜色和变色照明效果的处理器的照明模块。
过去，可电切换的散射膜已经被用于制作立体显示。在这些应用中，可切换散射膜的堆叠被用作二维(2D)图像可以被投影到其上的可切换屏幕。通过具有多个屏幕并且选择一个屏幕处于漫射状态而其它的屏幕处于清晰状态，图像可以被定位在三维(3D)空间内的不同深度处，从而创建立体显示。屏幕以足够高以防止感知到闪烁的频率在清晰状态与漫射或散射状态之间切换。
可电切换的散射膜还已经被用于创建背面投影交互表面技术。利用该技术，图像被投影到形成交互表面的可切换屏幕上并且穿过该可切换屏幕。屏幕在漫射状态与清晰状态之间快速切换。在屏幕处于漫射状态时，要在屏幕上示出的图像被投影，然而在屏幕处于清晰状态时，图像可以被投影通过屏幕、被投影到例如保持在屏幕上方的纸的第二表面或物体上。在一个示例中，含有棱镜和漫射表 面的物体可以被放置在屏幕上方，并且然后文本可以被投影通过屏幕并且经由棱镜显示在物体的侧面上。
例如，可电调整的光学元件包含无源光束整形元件和可控散射元件。替代地，可电切换的单元可以被用于控制光的方向。在这些示例中，相对不频繁地做出到可电切换的光学元件的状态的改变。这限制了由照明模块或照明设备创建的照明效果可以被控制的程度，照明效果与光学元件的状态直接相关。
照明模块罩和照明设备通常具有固定的可视外观，其达到它们的尺寸和形状正常不能被改变的程度，尽管在一些设计中对照明设备的部件的机械调整作为调整照明模式的方式是可能的。有时期望依赖于其被使用的环境、其正被使用的目的以及根据用户的喜好来改变照明设备的外观。这使得照明设备更多样，并且意指它可以在更宽范围的情况下被应用。
对照明设备做出物理改变以便改变其可视外观(例如移动或替换部件)是不方便的。可能难以接近照明设备，例如它可能被定位在墙壁或天花板上。
因此，在现有技术中存在解决上面描述的常规方法的一些缺点的需要。
发明内容
本公开总体上指向用于电控制照明设备以改变其外观和照明效果的发明方法和装置。例如，多路复用控制器可以快速地时间排序受电控制的光源和可切换表面的状态以产生被照射物体的彩色轮廓的阴影，或者看起来是第一颜色但还产生第二颜色的光的照明设备，或者可以电子控制以改变其外观的照明设备。
照明设备或照明模块采用例如一个或多个LED光源和一个或多个可电切换的光学元件，其中在照明周期期间，光源在至少两组亮度状态之间切换并且光学元件在至少两个光学状态之间切换。切换序列以等于照明周期倒数的频率重复，该频率高于对照明模块或照 明设备的光输出的改变由人的视觉系统所检测到的频率。结果，照明模块或照明设备被感知具有大致连续的光输出。
通过将照明周期分成很多子周期并且适当地控制每个子周期期间LED的亮度和光学元件的光学状态，可能大大增加对由照明模块、照明设备或照明系统产生的照明效果的控制度。
示例性照明模块或照明设备可以生成两个或多个大致地独立的可控照明效果。例如，照明模块可以提供直接照明效果和漫射照明效果，且直接和漫射照明的强度独立可控。因为这些效果可以在不同照明子周期期间以时间序列的方式生成，所以产生独立控制照明效果的能力。这意指相比于其中不同照明效果由单独的元件同时产生的情况，可以降低形成照明模块或照明设备所需要的部件的数目。
在示例性实施例中，照明设备的可视外观以及由照明设备产生的照明效果是大致独立可控的。这使得有趣的视觉效果能够被创建，并且允许用户定制照明设备的外观，而无需大改变所提供的照明效果。
本文中所公开的进一步示例包含具有多个表面的照明设备，多个表面具有可以被电控制以大致地改变它们的外观的元件。例如表面可以具有其中它们是大致光学透明的第一状态和其中它们是光学漫射的第二状态。在观看照明设备时，那些在第一状态中的元件具有低的可见性，而那些在第二状态中的元件变得可见，并且连同照明设备的不透明的其它部件一起在很大程度上确定照明设备的外观。
通过改变受控制的元件的状态，可以修改照明设备的外观以及由照明设备创建的照明效果。例如，通过选择性地控制元件，可以使照明设备看起来更大或更小，或者其表面的形状可以看起来在改变。
总体上，在一个方面中，产生对于观看者可辨别的光的装置包含具有产生第一颜色光的第一照明元件以及产生第二颜色光的第二照明元件的照明模块，其中第一颜色光视觉上不同于第二颜色光。 装置进一步包含可切换表面和多路复用控制器，可切换表面在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换、大致设置在观看者与照明模块之间，多路复用控制器与照明模块和可切换表面电通信、被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态。多路复用控制器可操作用于在高达至少10Hz的速率下切换第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态中的每个。
在一个实施例中，第一光学状态包含大致透明状态，并且第二光学状态具有大致光散射状态。在一个版本中，第一照明元件包含第一LED，并且第二照明元件包含第二LED。
在另一实施例中，多路复用控制器被配置用于在可切换表面处于第二光学状态的同时打开第一照明元件其关闭第二照明元件，并且在可切换表面处于第一光学状态的同时打开第二照明元件。在一个版本中，多路复用控制器被配置用于在可切换表面处于第一光学状态的同时打开第一照明元件和第二照明元件以大致相似的第一持续时间，并且在可切换表面处于所述第二光学状态的同时打开所述第一照明元件以第二持续时间且打开第二照明元件以第三持续时间，其中第二持续时间长于第三持续时间。
在另一实施例中，可切换表面进一步包含在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第一区域以及在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第二区域，并且其中第一区域和第二区域由多路复用控制器独立控制。
总体上，在另一方面中，产生对于观看者可辨别的光的装置包含具有产生第一颜色光的第一照明元件、产生第二颜色光的第二照明元件以及产生第三颜色光的第三照明元件的照明模块，其中第一颜色光、第二颜色光和第三颜色光视觉上不同于彼此。在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第二可切换表面大致设置在观看者与照明模块之间。在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第一可切换表面大致设置在第二可切换表面与照明模块之间。 与照明模块、第一可切换表面和第二可切换表面电通信的多路复用控制器被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态、第三照明元件状态、第一可切换表面状态和第二可切换表面状态。多路复用控制器被配置用于在高达至少10Hz的速率下独立切换第一照明元件状态、第二照明元件状态、第三照明元件状态、第一可切换表面状态和第二可切换表面状态中的每个。
在一个实施例中，第一光学状态是大致透明状态，并且第二光学状态是大致光散射状态。第一照明元件可以包含第一LED，第二照明元件可以包含第二LED，并且第三照明可以包含第三LED。在该实施例的版本中，多路复用控制器被配置用于将第一可切换表面切换成散射第一颜色光，并且将第二可切换表面切换成散射第二颜色光。第一可切换表面可以大致地包围照明模块，并且第二可切换表面可以大致地包围第一可切换表面。
在又一方面中，本发明涉及用于产生对于观看者可辨别的光的照明设备，其包含照明模块、至少部分地围绕照明模块的包围件，该包围件具有在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第一可切换表面以及在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第二可切换表面。控制器与照明模块、第一可切换表面和第二可切换表面电通信。控制器被配置用于独立控制照明模块照明元件状态、第一可切换表面状态和第二可切换表面状态。第一光学状态可以包含大致透明状态，并且第二光学状态可以包含大致光散射状态。
在根据该方面的一个实施例中，第一可切换表面大致地包围照明模块，并且第二可切换表面大致地包围第一可切换表面。
总体上，在再一方面中，本发明涉及用于控制具有控制器、第一光源、第二光源和可切换表面的照明设备的方法。方法包含以下步骤：周期性地将可切换表面从第一光学状态切换到第二光学状态，其中切换具有至多1ms的周期；独立控制第一光源在第一光学状态和/或第二光学状态期间的切换；以及独立控制第二光源在第一光学状态和/或第二光学状态期间的切换。第一光学状态可以包含大致透 明状态；并且第二光学状态可以包含大致光散射状态。
在该方面的一个实施例中，在第一时间周期期间，步骤包含将可切换表面切换到散射状态、将第一光源切换到打开状态以及将第二光源切换到关闭状态。在第二时间周期期间，步骤包含将可切换表面切换到大致透明状态、将第一光源切换到关闭状态以及将第二光源切换到打开状态，循环重复第一和第二时间周期。在上面实施例的一个版本中，步骤包含在第一时间周期期间，将图像投影在可切换表面上。
在又一方面中，本发明涉及用于控制具有被配置用于控制第一光源、第二光源、第三光源、第一可切换表面、第二可切换表面的控制器的照明设备的方法，方法包含以下步骤：在第一光学状态与第二光学状态之间切换第一可切换表面，在第一光学状态与第二光学状态之间切换第二可切换表面，在打开状态与关闭状态之间切换第一光，在打开状态与关闭状态之间切换第二光源，以及在打开状态与关闭状态之间切换第三光源。
在该方面的实施例中，第一光学状态是大致透明状态，并且第二光学状态是大致光散射状态。在第二实施例中，在第一时间周期期间，步骤包含将第一可切换表面切换到散射状态、将第二可切换表面切换到大致透明状态、将第一光源和第二光源切换到关闭状态以及将第三光源切换到打开状态。在第二时间周期期间，步骤进一步包含将第二可切换表面切换到散射状态、将第一可切换表面切换到大致透明状态、将第三光源和第二光源切换到关闭状态以及将第一光源切换到打开状态。在第三时间周期期间，步骤包含将第一可切换表面和第二可切换表面切换到大致透明状态、将第三光源和第一光源切换到关闭状态以及将第二光源切换到打开状态，并且循环重复第一、第二和第三时间周期。
本发明还涉及用于照明内部空间的系统，其包含具有产生第一颜色光的第一照明元件以及产生第二颜色光的第二照明元件的照明模块，其中第一颜色光视觉上不同于第二颜色光。系统包含可切换 表面和多路复用控制器，可切换表面在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换、大致布置成离开照明模块，其中可切换表面大致由照明模块照射，多路复用控制器与照明模块和可切换表面电通信、被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态。多路复用控制器可操作用于在高达至少10Hz的速率下切换第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态中的每个。在该第六方面的实施例中，第一光学状态是大致透明状态，并且第二光学状态是大致光散射状态。可切换表面可以是窗户。
如本文中为了本公开目的所使用的，术语“LED”应当理解成包含任何电致发光二极管或者有能力响应于电信号生成辐射的其它类型的基于载流子注入/结的系统。因此，术语LED包含(但不限于)响应于电流发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光带等。具体地，术语LED指的是可以被配置用于生成在一个或多个红外光谱、紫外光谱和可见光谱(总体上包含从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长)的各种部分中的辐射的所有类型的发光二极管(包含半导体和有机发光二极管)。LED的一些示例包含(但不限于)各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED和白色LED、(下面进一步讨论)。还应当理解的是，LED可以被配置和/或控制用于生成具有针对给定光谱的各种带宽(例如半高全宽或FWHM，例如窄带宽、宽带宽)以及通用颜色分类内的各种主波长的辐射。
例如，被配置用于生成基本白光的LED(例如白色LED)的一个实施方式可以包含分别发射以组合方式混合以形成基本白光的不同电致发光光谱的许多裸片。在另一实施方式中，白光LED可以关联于将具有第一光谱的电致发光转换成具有不同的第二光谱的电致发光的磷光材料。在该实施方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光材料，磷光材料转而辐射具有略微较宽光谱的较长波长辐射。
还应当理解的是，术语LED不限制LED的物理和/或电气封装类型。例如，如上面讨论的，LED可以指具有被配置用于分别发射不同光谱的辐射的多个裸片(例如，其可以是或者可以不是单独可控的)的单个发光设备。同时，LED可以关联于被视为LED(例如一些类型的白色LED)的组成部分的磷光体。一般地，术语LED可以指封装LED、未封装LED、表面安装LED、板载芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包含一些类型的包装和/或光学元件(例如漫射透镜)的LED等。
术语“光源”应当被理解成是指各种辐射源中的任意一个或多个，该各种辐射源包含(但不限于)基于LED的源(包含如上面定义的一个或多个LED)、白炽光源(例如灯丝照明模块、卤素照明模块)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸气、汞蒸气和金属卤化物照明模块)、激光、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如火焰)、烛光发光源(例如汽灯罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、电流发光源、结晶发光源、运动发光源、热致发光源、摩擦发光源、声致发光源、射线发光源以及发光聚合物。
给定的光源可以被配置用于生成在可见光谱内、在可见光谱外、或者两者组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可以互换使用。另外，光源可以包含作为组成部分的一个或多个过滤器(例如滤色器)、透镜或其它光学部件。同时，应当理解的是，光源可以被配置用于包含(但不限于)指示、显示和/或照明的各种应用。“照明源”是具体被配置用于生成具有足够的强度以有效地照亮内部空间或外部空间的辐射的光源。在该上下文中，“足够的强度”指的是在空间或环境中生成的可见光谱中的足够的辐射功率(在辐射功率或“光通量”方面，单位“流明”常常被采用用于表示光源在所有方向的总的光输出)以提供周围照明(即可以被间接感知以及可以例如在被全部或部分感知之前从各种中间表面中的一个或多个被反射的光)。
术语“光谱”应当被理解成是指由一个或多个光源产生的辐射的任意一个或多个频率(或波长)。据此，术语“光谱”指的是不仅在可见范围内的频率(或波长)，而且还指的是在整个电磁光谱的红外、紫外和其它区域内的频率(或波长)。同时，给定的光谱可以具有相对窄的带宽(例如具有基本上很少的频率或波长分量的FWHM)或者相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应当理解的是，给定的光谱可以是两个或多个其它光谱的混合的结果(例如混合分别从多个光源发射的辐射)。
为了本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”互换使用。然而，术语“颜色”一般用于主要指由观察者可感知的辐射性质(尽管这种用法并不旨在限制这一术语的范围)。据此，术语“不同颜色”隐含地指具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应当理解的是，术语“颜色”可以与白光和非白光两者结合使用。
术语“可切换表面”一般指的是具有可控光学性质的表面的电光元件。可控性质包含(但不限于)透明性、透射、反射和漫射。具体地，有其可以在反射(如镜面)与透明状态之间切换以及例如PDLC的可以在散射与清晰状态之间切换的电光元件。还有其可以让它们的透射(吸收)被控制的材料以及其改变从它们反射的光特性的材料(像电子纸显示材料那样的)。这些材料可以被控制以看起来从一个光学状态直接切换到另一个(例如从清晰到散射)，并且材料可以具有中间状态。用于控制这些可切换表面的电信号的特性对于本领域普通技术人员来说是已知的，并且因此从本公开中被省略。
术语“照明器材”和“照明设备”在本文中互换使用以指一个或多个照明单元以特定外形规格、组件或封装的实施方式或布置。术语“照明单元”和“照明模块”在本文中互换使用以指包含相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定的照明单元可以具有各种针对光源(或多个光源)的安装布置、包围件/外壳布置和形状、和/或电气连接和机械连接配置中的任何一个。另外，给定的照明单 元可选地可以关联于(例如包含被耦合到和/或与其一起封装)与光源(或多个光源)操作相关的各种其它部件(例如控制电路装置)。“基于LED的照明模块”指的是包含如上面讨论的一个或多个基于LED的光源(单独的或与其它非基于LED的光源组合)的照明单元。“多通道”照明单元指的是包含被配置用于分别生成不同光谱的辐射的至少两个光源的基于LED的照明单元或非基于LED的照明单元，其中每个不同源的光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。
术语“控制器”在本文中一般用于描述与一个或多个光源的操作相关的各种装置。控制器可以以众多方式(例如，诸如利用专用硬件)来实现，以执行本文中讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该一个或多个微处理器可以使用软件(例如微代码)被编程以执行本文中讨论的各种功能。控制器可以采用或不采用处理器来实现，并且还可以被实现为用于执行一些功能的专用硬件和用于执行其它功能的处理器(例如一个或多个编程的微处理器和关联的电路装置)的组合。可以被体现在本公开的各种实施例中的控制器部件的示例包含(但不限于)常规微处理器、专用集成电路(ASIC)和现场可编程门阵列(FPGA)。
在各种实施方式中，处理器或控制器可以关联于一个或多个存储介质(通常在本文中被称为“存储器”，例如诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM之类的易失性和非易失性计算机存储器、软盘、紧致盘、光盘、磁带等)。在一些实施方式中，存储介质可以编码有在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行本文中讨论的至少一些功能的一个或多个程序。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是可迁移的，使得存储在其上的一个或多个程序可以被加载到处理器或控制器中，以便于实现本文中讨论的本发明的各种方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中一般意义上用于指可以被采用用于对一个或多个处理器或控制器进行编程的任何类型的计算机代码(例如软件或微码)。
应当理解的是，前述概念和下面更详细讨论的另外的概念(假 如这些概念不互相矛盾)的所有组合被考虑为本文中所公开的发明主题的一部分。具体地，出现在本公开内容的结尾的所要求保护的主题的所有组合被考虑为本文中所公开的发明主题的一部分。还应当理解的是，本文中明确采用的、还可以出现在通过引用方式并入的任何公开内容中的术语应当被赋予与本文中所公开的特定概念最一致的含义。
附图说明
在附图中，贯穿不同视图同样的附图标记一般指代相同的部分。另外，附图不一定是按比例，反而重点一般被放在图示本发明的原理上。
图1是受控的照明设备的第一实施例的示意图。
图2A和图2B图示了由第一实施例的照明设备照射的物体投射的第一阴影图案和第二阴影图案。
图3是针对第一实施例的照明设备的照明和可切换表面元件的状态的时序图。
图4图示了由第一实施例的照明设备照射的物体投射的第三阴影图案。
图5是根据第二实施例的照明设备的侧视示意图。
图6是根据第二实施例的照明设备的前视示意图。
图7是针对第一实施例的照明设备的照明和可切换表面元件的状态的时序图。
图8是具有内装(nested)的可切换表面的照明设备的示意图。
图9是具有两个可切换表面元件的示例性照明设备的示意图。
图10是针对第二实施例的照明设备的照明和可切换表面元件的状态的时序图。
图11是根据第四实施例的照明设备的示意图。
图12A和图12B是照明设备的第五示例性实施例的示意图。
图13A和图13B是根据第六实施例的照明设备的示意图。
图14是用于控制照明设备的方法的流程图。
图15是图示了用于执行本发明的功能的系统的例子的示意图。
图16是受控的照明设备的第七实施例的示意图。
图17A和图17B是图示了受控的照明设备的第七实施例的两个照明图案的示意图。
图18A和图18B是图示了受控的照明设备的第七实施例的两个另外的照明图案的示意图。
图19A和图19B图示了具有内装的可切换表面的照明设备的实施例。
具体实施方式
传统上，不同类型的照明设备已经被采用用于产生不同的照明效果。一些内部空间可以配备有多个照明设备以提供不同类型的照明，例如直接未漫射光、直接漫射光、间接未漫射光和间接漫射光。有利的是，提供可以被控制以切换地提供这些照明类型中的两个或多个以及另外的照明效果的照明设备。更一般地，申请人已经意识到并且理解，可能有益的是，协调和控制照明元件的快速切换以产生这些和其它视觉效果。
鉴于前述情况，本发明的各种实施例和实施方式涉及用于具有可控照明元件和可切换表面的照明设备的设备和方法。
第一实施例：由照明模块或照明设备所生成的阴影的控制
可控照明模块100的第一示例性实施例被示意性地图示在图1中。照明模块包含安装在外壳115中的至少两个LED 110的组以及诸如聚合物分散液晶(PDLC)片之类的可电切换的散射元件150。LED 110被布置用于在照明模块100的输出处生成光束120，其中散射元件150被布置成在光束120的路径中。在该示例中，假设LED布置包含生成例如红光、绿光和蓝光的、被组合以形成白光光束120的颜色分量的单独设备。当然，还考虑在照明模块100中具有包含例如琥珀色、白色以及其它颜色的两个、三个、四个或更多的不同 颜色的LED。
图2A和图2B是照明模块100照射在表面265上的圆柱形物体260的示意图。散射元件150可以以高于闪烁被感知的最小频率的频率在例如清晰状态和漫射状态的两个散射状态之间快速切换。在散射元件150处于清晰状态时，如在图2A中图示的，照明模块100产生物体260的第一阴影261，其具有锐利和明确的边缘，好像光来自于点光源或准直光源。在散射元件150处于漫射状态时，如在图2B中示出的，照明模块100产生漫射阴影262，其具有柔和或分级(graded)的边缘，好像光来自于漫射源。LED的亮度并且因此由照明模块提供的照明的亮度和颜色可以针对两个状态独立地控制。通过使用照明模块100由某人看到的效果可以是锐利阴影261(图2A)和漫射阴影262的融合，其中阴影的相对权重是散射元件150处于透明状态的时间和散射元件150处于散射状态的时间量的函数。
图3中示出的波形图示了具体示例。波形的重复周期Ti确定照明模块100(图2B)的闪烁频率，并且该周期被布置成小于例如20ms。在每个周期的第一半周期T1期间，驱动信号被施加到散射元件150(图2B)，这使得散射元件150(图2B)处于散射状态。在时间周期T1期间，生成红光的LED被打开，并且照明模块100(图2B)生成漫射红色照明。在每个周期的第二半周期T2期间，驱动信号被施加到散射元件150(图2A)，这使得散射元件150(图2A)处于清晰状态。在时间周期T2期间，生成绿光和蓝光的LED被打开，并且在几乎没有光散射的情况下照明模块生成绿光和蓝光。
所感知的照明效果代表T1和T2期间的照明的平均，并且被图示在图4中。物体260看起来以白光进行照射，但是由物体260创建的阴影461看起来具有红色和青色的彩色边缘462。所产生的阴影颜色的类型依赖于锐利和柔和阴影的几何结构和产生的重叠，例如全红色、全青色或者红色和青色的组合。
在该示例中，照明模块100使用具有对应于漫射和直接照明状态的两个子周期进行操作。然而，考虑具有多于两个的子周期，其 中在额外的周期期间散射元件150被切换到中间散射状态，以便提供对由照明模块100创建的照明效果的更大控制。此外，LED可以被提供具有中间驱动电流，以便提供对不同照明状态的强度和颜色的控制。类似地，红色、绿色和蓝色LED脉冲上的相对相位和持续时间可以随时间变化，从而提供各种视觉效果。例如，物体260上的光可以保持恒定的颜色，而边缘阴影462的颜色可以改变。此外，边缘阴影462的颜色的改变可以是逐渐的(从一种颜色融合到另一种颜色)或突然的。
替代地，根据第一实施例，代替使用至少两个LED，可以使用单个LED，其中在散射元件150被切换时，该LED的亮度可以改变。这制造出所照射的物体产生具有锐利边缘和柔和边缘的组合的阴影的视觉效果。
第二实施例：照明设备的颜色及其照明的颜色的控制
使用所提出的控制方法的照明设备的第二示例性实施例是可视外观将预期从其生成第一颜色的光但是产生不同于第一颜色的第二颜色的照明的照明设备。这样的照明设备可以用作具有颜色的书桌照明模块，其例如匹配房间的装饰、同时仍然在工作表面上提供白光照明。替代地，照明设备可以被安装在墙壁上，并且看起来具有第一颜色但是在地板或天花板上提供第二颜色的照明。
这样的照明设备的布置的示例被示出在图5和图6中。照明设备500包含形成照明设备500的可见表面并且用作可切换光学元件的弯曲的PDLC片550。PDLC片550被定位在黑色的背面板540的前面，并且片550从背后受到含有两个或多个不同颜色的LED(例如红色、绿色和蓝色LED)的LED 510的布置的照射。如先前示例中的，LED 510和散射元件550利用重复信号来驱动，如由图7示出的。
在驱动周期的第一半周期T1期间，片550(图5)被驱动到清晰状态，并且然后针对红色LED的T1R、绿色LED的T1G以及蓝色LED的T1B的时间周期，LED 510(图5)被打开。三个时间周 期的值确定由照明设备500(图5)在周期T1期间生成的光的有效亮度和颜色。当片550(图5)在T1期间处于清晰状态时，由LED 510(图5)生成的光相对不受片550(图5)的存在的影响，并且落在照明设备下方的物体和表面上。
在驱动周期的第二半周期T2期间，片550(图5)被驱动到散射状态，并且然后针对红色LED的T2R、绿色LED的T2G以及蓝色LED的T2B的时间周期，LED被打开。该第二组时间周期的值确定由照明设备500(图5)在周期T2期间生成的光的有效亮度和颜色。当片550(图5)在T2期间处于散射状态时，由LED 510(图5)生成的光被散射在宽的角度范围内。大量光仍然落在片550(图5)下方的物体和表面上，但是这表示比在T1期间小的光的部分。
照明设备500(图5)的两个特性是直接观看时(也就是在观察者看PDLC片550(图5)时)它的颜色以及它创建的照明的颜色(也就是落在照明设备500下方的物体和表面上的光的颜色)。
在观察者观察照明设备500(图5)时，他主要看到在时间周期T2期间从PDLC片550(图5)被散射的光。该光的颜色并且因此照明设备500(图5)的表观颜色由时间周期T2R、T2G和T2B确定。由照明设备500(图5)产生的照明效果是在时间周期T1和T2期间落在照明设备500(图5)下方的表面上的光的总和。因此照明的颜色取决于时间周期T1R、T1G、T1B以及T2R、T2G、T2B。如先前提到的，在时间周期T2期间，光被散射在宽的角度范围内，并且因此较小部分的光落在照明设备500(图5)下方的表面上。照明中红光、绿光和蓝光的相对比例可以表达为T1R+kT2R、T1G+kT2G和T1B+kT2B，其中k小于1。在平衡照明中红光、绿光和蓝光的比例以产生特定颜色的光时，应当考虑因子k。因子k的值取决于照明设备500(图5)的设计。针对这样的布置(图5)，因子k的值的示例性范围可以在0.6到0.7的范围中。例如，照明设备500(图5)可以操作使得片550(图5)具有红色外观，但是落在照明设备500(图5)下方的表面上的光是白色的。在这种情况下，T2G和T2B 可以是零，并且红光、绿光和蓝光在落在表面上的光中的相对比例可以是T1R+kT2R、T1G和T1B。为了给出表面的白色照明，可能要求红光、绿光和蓝光的相等贡献，使得T1R+kT2R＝T1G＝T1B。
第三实施例：具有多个可切换表面的照明设备的外观的控制
本发明的第三示例性实施例涉及具有多个可切换表面的照明设备。图8示出了简单照明设备800的示意性图示。它包含用于提供照明的LED 810的组件、以不同高度和不同直径的两个同心圆柱形式的第一可切换散射元件851和第二可切换散射元件852。如以前，LED 810的组件含有至少两个不同颜色的LED(在该示例中红色，绿色和蓝色LED)。照明设备800的可视外观很大程度上由从散射元件851、852散射的光的形状和颜色确定，而它的照明效果是来自LED 810的组件的直接照明和由从散射元件851、852散射的光的间接照明的组合。图9和图10图示了如何可以控制散射元件851、852以及LED 110以产生有趣的视觉效果。
图9表示照明设备800的示意性视图，并且示出了两个散射元件851、852以及照射散射元件851、852和照明设备800的环境两者的红色、绿色和蓝色LED 810的部件。LED 810以及散射元件851、852的状态的时序由图10示出。在该示例中，照明周期Ti被分成三个子周期T1到T3。在第一子周期T1期间，第一散射元件851被切换到散射状态并且第二散射元件852被切换到清晰或透明状态并且蓝色LED被打开。蓝光落在第一散射元件上并被散射在宽的角度范围内。第二散射元件852不提供对光的显著的进一步散射。在第二子周期T2期间，第一散射元件851被切换到清晰状态并且第二散射元件852被切换到散射状态并且红色LED被打开。红光在几乎不改变其方向的情况下通过第一散射元件851，但是在第二散射元件852处，红光被散射成宽的角度范围。在第三子周期T3期间，第一散射元件851和第二散射元件852两者皆被切换到清晰状态并且绿色LED被打开。绿光820在几乎不改变其方向的情况下通过第一散射元件851和第二散射元件852，并且离开照明设备820以照射周围环 境。
用这种方式操作照明设备800的视觉效果在于，第一散射元件851当其散射蓝光时看起来是蓝色的，第二散射元件852当其散射红光时看起来红色的，而由照明设备800提供的照明是从散射元件散射的蓝色漫射光和红色漫射光与绿光的组合。
散射元件851、852可以具有半透明的外观。在通过红色表面看蓝色表面并且看到两个表面重叠的情况下，发生两个表面的颜色的附加混合，并且重叠的区域具有品红颜色。这完全不同于可以使用彩色透明塑料(其代替地提供减色混合)创建的效果类型。这允许创建不能在常规照明设备中实现的新颖的视觉效果。散射元件851、852的透明性可以由施加到散射元件851、852的驱动电压的幅度或者由它们处于散射和清晰状态的相对时间来控制。散射元件851、852的颜色和亮度由它们处于散射状态时落在它们上的光来确定。
在该示例中，散射元件851、852在不同的时间周期中被切换到它们的散射状态。由于这个原因，散射元件851、852两者皆相对于彼此看起来是半透明的，使得可以通过一个散射元件看到另一个。如果散射元件851、852被驱动使得它们皆在同一时间周期期间散射，那么不能通过一个片看到另一个，换句话说，它们将不会相对于彼此看起来是半透明的，尽管它们将仍然相对于其它元件或物体看起来半透明的。这提供了对照明设备800的外观的进一步控制程度。替代地，根据第三实施例，代替使用至少两个LED，可以使用单个LED，其中在散射元件851、852被切换时LED的亮度可以被改变。这产生其中散射元件851、852具有不同感知水平的亮度的视觉效果。
第四实施例：显示用于装饰或信息的可切换图案的照明设备
如上面讨论的，第三实施例公开了具有多个可电切换的散射元件的照明设备的概念，该多个可电切换的散射元件可控用于具有不同外观(例如不同颜色)以便控制照明设备的可视外观。第四示例性实施例进一步采用这一构思，其中控制元件的电极被图案化以形成其可以在例如散射和清晰状态的光学状态之间单独切换的片的区 域。PDLC片可以包含装配以形成液晶单元的两个聚合物基板。在单元内部的基板表面可以涂有透明导电电极。图案化这些电极以形成单独可寻址的单元区域，这对于视频显示器领域的普通技术人员来说是已知的。控制这些区域的驱动以及在PDLC片附近的照明LED的驱动产生以下表面，该表面形成照明设备的一部分，其也能够显示可以被控制用于在不同时间显示不同预定图案的简单图案。
例如，如上面描述的照明设备架构结合第二实施例可以被采用作为用于照亮走廊的照明设备。根据第四实施例的示例性照明设备1100被示出在图11中。根据第四实施例，从照明设备的前面可见的片1150可以被驱动以具有均匀颜色的外观，同时如上面描述的用白光照明地板。如在图11中图示的，通过图案化片1150的电极以形成四个单独可寻址的区域1101至1104，在需要时照明设备1100还可以被用于提供箭头形式的方向性信息。例如通过将第一三角形区域1103和主区域1101布置成具有第一颜色并且将第二三角形形区域1104和矩形区域1102布置成具有第二颜色，照明设备看起来显示指向左边的箭头。通过将第二三角形形区域1104和主区域1101布置成具有第一颜色并且将第一三角形区域1103和矩形区域1102布置成具有第二颜色，照明设备看起来显示指向右边的箭头。不同区域的颜色可以通过以与第二实施例中描述的相似方式改变不同区域的驱动信号以及控制LED 1110的驱动来控制。
虽然上面的示例描述了具有四个单独可寻址的区域1101至1104的相对简单的图形，不反对具有被图案化以展示例如文本或图形图像的更少或更多的可寻址区域。不同的可寻址区域可以与不同颜色的LED同步地被切换到散射状态，使得不同的可寻址区域可以看起来是彼此不同颜色的。
第五实施例：投影到表面上和通过表面的照明
本发明的第五实施例是可以通过将文本、图案或图像投影到可切换表面上将图像或信息显示在照明设备的可切换表面上的照明设备。根据第五实施例的示例性安装在天花板上的照明设备被图示在 图12A和图12B中。照明设备1200包含由如先前描述的在漫射状态与清晰状态之间可电切换的竖直表面1250围绕的中心光源1210。用于照明设备1200的驱动波形可以类似于图7中示出的那些，使得在每个驱动周期的第一部分T1期间，片1250被驱动到清晰状态并且光源1210提供照明。在每个驱动周期的第二部分期间，片1250被驱动到散射状态，所以例如文本、光图案和/或图像可以被投影到片1250上，如图12B中示出的。这些图案可以例如来源于由中心光源1210中的LED生成的照明，或者可以由投影仪(未示出)生成，投影仪的操作同步到照明设备1200的操作使得投影仪仅在周期T2期间生成光。因为片1250上的图案或图像可以具有半透明的外观，如果位于片1250背后(如由观察者看到的)的物体是深颜色的或黑色的，这可以有益的，因为这可以增加片1250上的图像或图案的表观对比度。
第六实施例：控制建筑设置中表面的外观
根据第六示例性实施例，如在图13A和图13B中图示的，已经关于照明模块和照明设备描述的概念可以通过并入在照明系统外部的可切换表面的照明系统控制而扩展到更大的规模。例如，安装在房间的天花板1360上的照明设备1300可以照亮包含具有窗户1364的墙壁1362的房间。窗户1364具有可以被控制以从如由图13A示出的透明状态改变至如由图13B示出的散射状态的可切换表面1350。此外，可切换表面1350的外观可以通过时间排序照明设备1300内的照明元件和可切换表面1350而得到进一步控制，从而如先前描述的在颜色的照明元件打开的同时使可切换表面1350处于光散射状态，使得可切换表面表现同步的颜色的照明元件的颜色。
协调这些可切换表面的控制与照明系统的控制可以被用于改变房间内可切换表面的外观或者改变建筑物中的可切换窗户的内部和/或外部外观。受控制的光源和受控制的可电切换的光学元件的元件可以充当分离的灯配件和表面，而非单个照明模块或照明设备。协调这些元件的驱动以创建所要求的视觉或照明效果的装置可以形成 房间或建筑物的照明控制系统的一部分。先前涉及的PDLC材料已经被用在隐私玻璃(privacy glass)中，以提供可以在清晰状态与漫射或不透明状态之间切换的大玻璃窗户。通过将早前描述的控制方法应用到具有隐私玻璃的房间内的照明，窗户的颜色和透明性可以被改变，从而提供机会以改变房间的内部的外观或者大规模地改变建筑物的外部外观。
在各种实施例中，期望可切换表面和照明元件在切换不被感知为例如闪烁的足够快的速率下切换。闪烁被感知的最小频率是复杂的，并且依赖于观看条件、亮度、对比度、视场中的位置等。一般，最小实际频率可能是50Hz左右，尽管在该频率下相当数量的人仍然可以感知到闪烁。在最好的情况下，频率将是100Hz或更大，但是它会受到可切换光学元件的速度的限制。
根据本发明的一些实施例，用于控制照明设备或照明模块的示例性方法被图示在图14中的流程图中。应当注意的是，流程图中的任何过程描述或框应当被理解为表示包含一个或多个指令以用于实现过程中的具体逻辑功能的模块、片段、代码部分或步骤，并且如将由本发明领域的技术人员理解的，其中取决于所涉及的功能性而可以以不同于示出或讨论的顺序(包含大致同时地或以相反的顺序)执行功能的替代实施方式包含在本发明的范围内。
如由框1410示出的，示例性方法的步骤包含将可切换表面从第一光学状态周期性地切换到第二光学状态。如先前指出的，切换速率优选是足够高的，使得观察者检测不到闪烁。如由框1420示出的，第一光源被独立控制以在第一光学状态和/或第二光学状态期间切换。如由框1430示出的，第二光源被独立控制以在第一光学状态和/或第二光学状态期间切换。例如，在可切换表面处于清晰光学状态时的子周期期间，第一光源可以被打开并且第二光源可以被关闭。类似地，在可切换表面处于散射光学状态时的子周期期间，第一光源可以被关闭并且第二光源可以被打开。当然，如上面描述的，重复子周期状态的许多其它组合是可能的。进一步地，可以控制不止 一个可切换表面，并且可以控制不同颜色的三个或更多个光源，从而在不同子周期期间产生更大数量的状态的组合。替代地，代替具有第一光源和第二光源，可以使用单个光源，其中可以控制光源的亮度以在第一光学状态期间切换到第一亮度水平并且在第二光学状态期间切换到第二亮度水平。
用于执行上面详细描述的功能的多路复用控制器可以是计算机系统，其示例被示出在图15的示意图中。系统1500含有处理器1502、存储设备1504、具有定义上面提到的功能的软件1508存储在其中的存储器1506、I/O设备1510以及允许系统1500内通信的本地总线或本地接口1512。如本领域已知的，本地接口1512可以是例如但不限于一条或多条总线或其它有线或无线连接。本地接口1512可以具有诸如控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、中继器和接收器之类的附加元件(为了简化被省略)以使得通信能够进行。进一步地，本地接口1512可以包含地址、控制和/或数据连接，以使得前面提到的部件之间的适当通信能够进行。
处理器1502是用于执行特别是存储在存储器1506中的软件的硬件设备。处理器1502可以是任何定制的或商用的单核或多核处理器、中央处理单元(CPU)、与本系统1500关联的若干处理器之间的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器或者通常用于执行软件指令的任何设备。
存储器1506可以包含易失性存储器元件(例如随机存取存储器(RAM，诸如DRAM、SRAM、SDRAM等))和非易失性存储器元件(例如ROM、硬盘驱动器、磁带、CDROM等)中的任何一个或组合。而且，存储器1506可以并入电子的、磁性的、光学的和/或其它类型的存储介质。注意，存储器1506可以具有分布式架构，其中各种部件被定位远离彼此，但是可以由处理器1502进行访问。
依照本发明，软件1508定义由系统1500执行的功能。如下面描述的，存储器1506中的软件1508可以包含一个或多个分离的程序，其中每个含有用于实现系统1500的逻辑功能的可执行指令的有 序列表。存储器1506可以含有操作系统(O/S)1520。操作系统基本上控制系统1500内的程序的执行并且提供调度、输入输出控制、文件和数据管理、存储器管理、以及通信控制和相关的服务。
I/O设备1510可以包含例如但不限于控制面板或平板、远程控制器、蜂窝电话、鼠标、麦克风等的输入设备。此外，I/0设备1510还可以包含例如但不限于可切换表面和照明设备等的输出设备。最后，I/0设备1510可以进一步包含经由输入和输出两者进行通信的设备，例如(但不限于)调制器/解调器(调制解调器；用于访问另一设备、系统或网络)、射频(RF)或其它收发器、电话接口、桥接器、路由器或其它设备。
如上面解释的，在系统1500处于操作中时，处理器1502被配置用于执行存储在存储器1506内的软件1508，以将数据传传输到存储器1506并且传输来自存储器1506的数据，并且总体上依据软件1508控制系统1500的操作。
第七实施例：具有可切换表面的照明设备
诸如可切换镜子或可切换散射元件之类的可电切换的光学元件可以用于变化照明模块或照明设备的输出光图案。例如，可以根据光被使用的目的来改变具有电可变散射性质的光。控制器控制一个或多个可电调整的光学元件以及一个或多个光源。可电调整的光学元件可以包含例如无源光束整形元件和可控散射元件。
根据本发明的第七实施例的、示出在图16中的示例性照明设备1600具有光源1610以及包含可以被电控制以大致改变它们的外观的元件的多个可切换表面1651至1656。例如多个可切换表面1651至1656可以具有其中它们是大致光学透明的第一状态和其中它们是光学散射的第二状态。根据第七实施例，光源1610和可切换表面1651至1656不需要快速切换。然而，不反对如在实施例一至六中描述的快速切换表面1651至1656中的一个或多个，例如以改变表面1651至1656中的一个或多个相对于光源1610的颜色。
在观看照明设备1600时，处于第一状态的那些可切换表面1651 至1656具有低的可见性，而处于第二状态的那些可切换表面1651至1656变得可见并且连同照明设备不透明的其它部件一起在很大程度上确定照明设备1600的外观。
通过改变可切换表面1651至1656的状态，可以修改照明设备1600的外观以及由照明设备1600创建的照明效果。例如通过选择性地控制可切换表面1651至1656，可以使照明设备1600看起来更大或更小，或者其表面的形状可以看起来在改变。
例如使用在很大程度上包围光源1610的可电切换材料的片可以形成示例性照明设备1600。可切换表面1651至1656可以是例如聚合物分散液晶材料，其中通过变化所施加的交流电压的幅度可以控制材料内的光散射程度。在没有电压施加时，材料是高度散射的，并且起作用以不仅限制透射通过材料的光的量而且使得透射的光被散射从而它的特性变成高度漫射的。随着交流电压的幅度增加，材料逐渐变得较少散射，而更多的光被透射通过材料。光的特性变得较少漫射和更具方向性。通过将材料分成许多独立控制的部分1651至1656，可以控制照明设备1600以确定它创建的光的分布。
图16示出了其中所有可切换表面1651至1656处于散射状态的情况。在这些条件下，因为光不会直打开过散射部分1651至1656，明亮的照明图案1620仅仅被直接创建在照明设备1600下方。进一步远离照明设备1600，可以由部分1651至1656散射的光创建漫射背景照明效果。
通过将适当的驱动电压施加到可切换材料部分1651至1656，可以选择性地控制每个部分的散射的程度。在相对高的驱动电压被施加到片时，它们变得大部分透明并且几乎不引入入射在其上的光的散射。对于观察照明设备的人来说，它们还变得较不可见。通过将部分1651至1656循序地切换到透明状态，可以控制由照明设备生成的光图案及其外观(尺寸和形状)。这被图示在图17A和图17B中，其示出了改变底部部分1651至1653的透射状态如何可以影响由照明设备1600创建的照明图案1620。如在图17A中示出的，在 底部部分1651至1653散射时，创建在照明设备1600下方的明亮的光图案1620具有相对小的面积，并且可切换材料部分1651至1656看起来包围光源1610。如在图17B中示出的，在底部部分1651至1653被切换到透明状态时，照明设备1600下方的相对大的面积1620被明亮地照亮，并且照明设备1600看起来是较小的且具有更开放的结构。
改变可切换表面1651至1656被切换到清晰状态的模式允许对照明图案1620的进一步控制。例如在图18A和图18B中，已经添加可切换表面材料1650的附加部分，以覆盖照明设备1600的底部。在图18A中，底部部分1650至1653是清晰的且顶部部分1654至1656是散射的，从而照明设备1600提供宽广的向下的照明效果1620。如由图18B示出的，底部部分1650至1653是散射的且顶部部分1654至1656是清晰的，并且照明设备1600提供向上的照明效果1620。
另外的照明效果是可能的。例如，如果底部部分1650是在清晰状态与反射状态之间改变的可切换材料，如由图18B示出的向上的照明效果可以在底部部分处于反射状态时被加强。
第八实施例：具有内装的(nested)可切换表面的照明设备
如由图19示出的，本发明的第八示例性实施例是可以以另一种方式改变其外观的照明设备1900。根据第八实施例，第一可切换表面1901可以被大致布置在第二可切换表面1902之内。第一(内部的)可切换表面1901是圆锥形式的，而第二外部的可切换表面1902是圆柱形式的。在图19A中，第一可切换表面1901被设置到散射状态且第二可控表面1902被设置到清晰状态，所以照明设备1900具有圆锥外观。在图19B中，第一可切换表面1901被设置到清晰状态且第二可控表面1902被设置到散射状态，所以照明设备1900具有圆柱外观。
可切换表面1901、1902可以被设置到它们是半透明的中间状态，从而为所创建的视觉和照明效果提供进一步的变化，而不是使 可切换表面1901、1902直接在散射与清晰状态之间切换。
为了清楚起见，上面描述的八个实施例被单独描述。当然，八个实施例的方面可以以多种方式组合以产生各种结果。
已经总体上将描述限定于其中可电切换的部分在散射与清晰状态之间切换的情况。其它类型的可电切换的材料可以提供例如其中材料在透明状态与反射状态之间或者在透明状态与不透明的颜色的状态之间切换的替代行为。
已经描述了简单照明模块和简单照明设备的示例，以说明该提案的原理。可以存在其使用相同的技术来创建允许对照明效果的更大控制的照明模块和具有意想不到的和可控外观的照明设备的许多其它可能设计。
使用这些技术的照明设备的主要好处可能在于定制外观的能力。例如根据其中使用照明设备的房间的颜色方案改变散射元件的颜色可能导致增加的产量并且因此较低的成本。
示例描述了使用诸如PDLC之类的可电切换的散射元件以制作更加可控的照明模块和照明设备。使用例如可切换镜子的其它可电切换的光学元件可以实现类似的效果。
示例使用颜色来区分可以实现的不同照明和视觉效果。然而，情况常常是，相比彩色光，优选白光，因此还设想，在光的强度和散射元件的透明性是受控制的变量的情况下，提供白光的照明模块或照明设备可以使用这种方法。
尽管在示例中同一LED照射散射元件并且提供直接照明，这两种功能可以由不同布置的LED来提供。控制照明效果和可视外观中的自由度的数目将取决于独立可控光学元件的数目和独立可控光源的数目。
虽然本文中已经描述和图示了若干发明实施例，本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文所描述的功能和/或获得本文所描述的结果和/或一个或多个本文中描述的优点的各种其它装置和/或结构，并且这些变化和/或修改各自被认为是在本文中描述的发明实施 例的范围内。
例如，虽然上面的实施例总体上指的是作为散射元件的可切换表面，不反对其中不同的光学性质被控制(例如可变反射和/或可变透射)的可切换表面。例如通过将可切换表面层叠在彼此之上或在玻璃表面的不同表面上以及相对于照明源的切换次数控制表面的切换次数，组合两种或多种类型的可切换表面可以提供附加类型的照明效果。
更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置意在是示例性的，并且实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明教导被使用的一个或多个具体应用。本领域技术人员将意识到或者使用仅仅常规实验能够探知对本文中描述的特定发明实施例的许多等效物。因此，要理解的是，前述实施例仅通过示例的方式来呈现，并且在所附权利要求及其等效物的范围内，除了如具体描述和要求保护的，发明实施例可以以另外的方式来实践。本公开的发明实施例指向本文中描述的每个个体特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外，如果这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，两个或多个这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合被包含在本公开的发明范围内。
如本文中定义和使用的，所有定义应当被理解成支配字典定义、通过引用方式并入的文献中的定义和/或所定义术语的普通含义。
除非明确指示相反的情况，如本文中使用在说明书和权利要求书中的不定冠词“一”和“一个”应当被理解成意指“至少一个”。
如本文中使用在说明书和权利要求书中的短语“和/或”应当被理解成意指如此联合的元件(即在一些情况下结合存在的以及在其它情况下分离存在的元件)中的“任一者或两者”。利用“和/或”列出的多个元件应当以相同的方式来解释，即如此联合的元件中的“一个或多个”。除了由“和/或”从句特别标识的元件，可以可选地存在其它元件，无论与特别标识的那些元件相关或无关。
如本文中使用在说明书和权利要求书中的，“或”应当被理解成具有与如上面定义的“和/或”相同的含义。例如，在列表中分隔项时，“或”或“和/或”应解释为包括，即包括至少一个，但是还包含许多元件或元件列表中的不止一个以及可选地另外未列出的项。只有明确指示相反情况的术语，诸如“...中的仅一个”或者“...中的恰好一个”或者使用在权利要求书中时的“由...组成”，将指的是包含许多元件或元件列表中的恰好一个元件。
如本文中使用在说明书和权利要求书中的，关于一个或多个元件的列表的短语“至少一个”应当被理解成意指从元件列表中的元件中的任何一个或多个所选择的至少一个元件，但是不必要包含在具体元件列表内具体列出的每一个元件中的至少一个，并且不排除元件列表中的元件的任何组合。这一定义还允许，除了在短语“至少一个”涉及的元件列表内具体标识的元件之外的元件可以可选地存在，无论与具体标识的那些元件相关或无关。从而，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或者等效地“A或B中的至少一个”，或者等效地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指的是可选地在B不存在的情况下包含不止一个A(并且可选地包含除B之外的元件)的至少一个；在另一实施例中可以指的是可选地在A不存在的情况下包含不止一个B(并且可选地包含除A之外的元件)的至少一个；在又一实施例中可以指的是可选地包含不止一个A以及可选地包含不止一个B(并且可选地包含其它元件)的至少一个等。
还应当理解的是，除非明确指示相反的情况，在本文中所求保护的、包含不止一个步骤或动作的任何方法中，方法的步骤或动作的顺序不必要限于方法的步骤或动作被记载的顺序。
出现在权利要求书中括号之间的参考标记(如果有的话)仅为了方便而提供，并且不应当以任何方式解释为限制性的。

Claims (29)

1.一种用于产生对于观看者可辨别的光的装置，所述装置包括：
照明模块(100)，其包括：
产生第一颜色光的第一照明元件；以及
产生第二颜色光的第二照明元件，
其中所述第一颜色光视觉上不同于所述第二颜色光；
可切换表面(150)，其在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换，大致设置在所述观看者与所述照明模块之间，其中所述第一光学状态包括大致透明状态并且所述第二光学状态包括大致光散射状态；以及
多路复用控制器，其与所述照明模块和所述可切换表面电通信，被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态，
其中所述多路复用控制器可操作用于在高达至少10Hz的速率下切换所述第一照明元件状态、所述第二照明元件状态和所述可切换表面状态中的每个。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一照明元件包括第一LED并且所述第二照明元件包括第二LED。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述多路复用控制器被配置用于在所述可切换表面处于所述第二光学状态的同时将所述第一照明元件切换到第一亮度水平并且将所述第二照明元件切换到第二亮度水平，并且在所述可切换表面处于所述第一光学状态的同时将所述第二照明元件切换到所述第一亮度水平。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述多路复用控制器被配置用于在所述可切换表面处于所述第一光学状态的同时打开所述第一照明元件和第二照明元件大致相似的第一持续时间，并且在所述可切换表面处于所述第二光学状态的同时打开所述第一照明元件第二持续时间。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述可切换表面(1150)进一步包括在所述第一光学状态与所述第二光学状态之间可电切换的第一区域(1101)以及在所述第一光学状态与所述第二光学状态之间可电切换的第二区域(1102，1103，1104)，并且其中所述第一区域和所述第二区域由所述多路复用控制器独立控制。
6.一种用于产生对于观看者可辨别的光的装置，其包括：
照明模块(810)，其包括：
产生第一颜色光的第一照明元件；
产生第二颜色光的第二照明元件；以及
产生第三颜色光的第三照明元件，
其中所述第一颜色光、所述第二颜色光和所述第三颜色光视觉上不同于彼此；
第二可切换表面(852)，其在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换，大致设置在所述观看者与所述照明模块之间；以及
第一可切换表面(851)，其在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换，大致设置在所述第二可切换表面与所述照明模块之间；以及
多路复用控制器，其与所述照明模块、所述第一可切换表面和所述第二可切换表面电通信，被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态、第三照明元件状态、第一可切换表面状态和第二可切换表面状态，
其中所述多路复用控制器被配置用于在高达至少10Hz的速率下独立切换所述第一照明元件状态、所述第二照明元件状态、所述第三照明元件状态、所述第一可切换表面状态和所述第二可切换表面状态中的每个。
7.根据权利要求6所述的装置，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
8.根据权利要求6所述的装置，其中：
所述第一照明元件包括第一LED；
所述第二照明元件包括第二LED；以及
所述第三照明元件包括第三LED。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述多路复用控制器被配置用于将所述第一可切换表面切换成散射所述第一颜色光并且将所述第二可切换表面切换成散射所述第二颜色光。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一可切换表面(851)大致地包围所述照明模块(810)，并且所述第二可切换表面(852)大致地包围所述第一可切换表面。
11.一种用于产生对于观看者可辨别的光的照明设备，其包括：
照明模块(1610)；
至少部分地围绕所述照明模块的包围件，其包括：
在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第一可切换表面(1651-1654)；以及
在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换的第二可切换表面(1654-1656)；以及
控制器，其与所述照明模块、所述第一可切换表面和所述第二可切换表面电通信，被配置用于独立控制照明模块照明元件状态、第一可切换表面状态和第二可切换表面状态。
12.根据权利要求11所述的照明设备，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
13.根据权利要求12所述的照明设备，其中所述第一可切换表面(1901)大致地包围所述照明模块，并且所述第二可切换表面(1902)大致地包围所述第一可切换表面。
14.一种用于控制包括控制器、第一光源、第二光源和可切换表面的照明设备的方法，其包括以下步骤：
周期性地将所述可切换表面从第一光学状态切换到第二光学状态，其中所述切换具有至多100ms的周期；
独立控制所述第一光源在所述第一光学状态和/或所述第二光学状态期间切换；以及
独立控制所述第二光源在所述第一光学状态和/或所述第二光学状态期间切换。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括以下步骤：
在第一时间周期期间，将所述可切换表面切换到所述散射状态，将所述第一光源切换到第一亮度水平状态，并且将所述第二光源切换到第二亮度水平状态；
在第二时间周期期间，将所述可切换表面切换到所述大致透明状态，将所述第一光源切换到所述第二亮度水平状态，并且将所述第二光源切换到所述第一亮度水平状态；以及
循环重复所述第一时间周期和第二时间周期。
17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在所述第一时间周期期间将图像投影在所述可切换表面上的步骤。
18.一种用于控制包括被配置用于控制第一光源、第二光源、第三光源、第一可切换表面、第二可切换表面的控制器的照明设备的方法，其包括以下步骤：
在第一光学状态与第二光学状态之间切换所述第一可切换表面；
在所述第一光学状态与所述第二光学状态之间切换所述第二可切换表面；
在第一亮度水平状态与第二亮度水平状态之间切换所述第一光；
在所述第一亮度水平状态与所述第二亮度水平状态之间切换所述第二光源；以及
在所述第一亮度水平状态与所述第二亮度水平状态之间切换所述第三光源。
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括以下步骤：
在第一时间周期期间，将所述第一可切换表面切换到所述散射状态，将所述第二可切换表面切换到所述大致透明状态，将所述第一光源和所述第二光源切换到所述第二亮度水平状态，并且将所述第三光源切换到所述第一亮度水平状态；
在第二时间周期期间，将所述第二可切换表面切换到所述散射状态，将所述第一可切换表面切换到所述大致透明状态，将所述第三光源和所述第二光源切换到所述第二亮度水平状态，并且将所述第一光源切换到所述第一亮度水平状态；
在第三时间周期期间，将所述第一可切换表面和所述第二可切换表面切换到所述大致透明状态，将所述第三光源和所述第一光源切换到所述第二亮度水平状态，并且将所述第二光源切换到所述第一亮度水平状态；以及
循环重复所述第一时间周期、第二时间周期和第三时间周期。
21.一种用于照明内部空间的系统，其包括：
照明模块，其包括：
产生第一颜色光的第一照明元件；以及
产生第二颜色光的第二照明元件，
其中所述第一颜色光视觉上不同于所述第二颜色光；
可切换表面，其在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换，大致设置成离开所述照明模块，其中所述可切换表面大致由所述照明模块照射；以及
多路复用控制器，其与所述照明模块和所述可切换表面电通信，被配置用于独立控制第一照明元件状态、第二照明元件状态和可切换表面状态，
其中所述多路复用控制器可操作用于在高达至少10Hz的速率下切换所述第一照明元件状态、所述第二照明元件状态和所述可切换表面状态中的每个。
22.根据权利要求21所述的系统，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述可切换表面包括窗户。
24.一种用于产生对于观看者可辨别的光的装置，包括：
照明模块(100)，其包括：
照明元件，可切换地配置用于产生第一亮度水平和第二亮度水平；以及
其中所述第一亮度水平视觉上不同于所述第二亮度水平；
第一可切换表面(150)，其在第一光学状态与第二光学状态之间可电切换，大致设置在所述观看者与所述照明模块之间；以及
多路复用控制器，其与所述照明模块和所述第一可切换表面电通信，被配置用于独立控制照明元件状态和第一可切换表面状态，
其中所述多路复用控制器可操作用于在高达至少10Hz的速率下切换所述照明元件状态和所述第一可切换表面状态中的每个。
25.根据权利要求24所述的装置，其中：
所述第一光学状态包括大致透明状态；以及
所述第二光学状态包括大致光散射状态。
26.根据权利要求24所述的装置，其中所述照明元件包括LED。
27.根据权利要求25所述的装置，其中所述第一可切换表面(1150)进一步包括在所述第一光学状态与所述第二光学状态之间可电切换的第一区域(1101)以及在所述第一光学状态与所述第二光学状态之间可电切换的第二区域(1102，1103，1104)，并且其中所述第一区域和所述第二区域由所述多路复用控制器独立控制。
28.根据权利要求25所述的装置，进一步包括第二可切换表面，其中所述多路复用控制器被配置用于将所述第一可切换表面切换成散射所述第一亮度水平并且将所述第二可切换表面切换成散射所述第二亮度水平。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述第一可切换表面(851)大致地包围所述照明元件(810)，并且所述第二可切换表面(852)大致地包围所述第一可切换表面。
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