CN105765295A - 用于表面的均匀光照的方法和装置 - Google Patents

Abstract

所公开的是一种照明系统（10），其利用均匀光照图案（12）照射表面（16）。该照明系统包括多个照明单元（14），每一个照明单元发射具有可变竖直光照分布和可变水平光照分布的光束。每一个光束的强度在水平光照分布的中心区中是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处是非均匀的。类似地，每一个光束的强度在竖直光照分布的中心区中是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处很大程度上是非均匀的。光束在水平非均匀性的区中重叠以便创建看起来均匀的光照图案。

Description

用于表面的均匀光照的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及均匀表面光照。更特别地，本文所公开的各种发明方法和装置涉及使用具有受控非均匀性的重叠光照图案照射表面。

背景技术

数字照明技术，即基于诸如发光二级管（LED）之类的半导体光源的光照，提供了针对传统荧光、HID和白炽灯的可行替换方案。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐久性、较低的操作成本以及许多其它优点和益处。LED技术的最新进展已经提供了高效且鲁棒的全光谱照明源，其使得在许多应用中能够实现各种各样的照明效果。体现这些源的一些灯具的特征在于照明模块，其包括能够产生不同颜色（例如红色、绿色和蓝色）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各样的颜色和变色照明效果的处理器，例如如通过引用并入本文的美国专利号6,016,038和6,211,626中详细讨论的那样。

通常期望的是以对观察者而言看起来视觉均匀的方式照射墙壁或其它表面。均匀光分布一般是令人愉悦且不令人分神的表面照明类型。然而，多个光源之间的间隙导致具有毗连的较亮和较暗区的非均匀光照图案。相关问题是竖直方向上的非均匀光照导致另外的非均匀光照。作为结果，表面的部分典型地具有沿被照射的表面的水平长度行进的明亮“热点”。一种解决方案是使用较宽的光照射束角，但是任何改进典型地都不足以导致均匀亮度。

先前已经发现，当光的强度贡献与cos^-3(·)成比例时在平坦表面上实现均匀光照，其中·是相对于表面法线测量的光的角度。然而，由于照明单元的大多数安装涉及多于一个光源，因此难以对准所有光源以满足针对均匀光照的数学要求。例如，即使照明单元被正确地安装，灯具/光源也将可能不理想地对准，并且制造容差创建对理想对准的进一步实践限制。因此，完美的对准和均匀性不是用于表面的均匀光照的可行解决方案。

因此，在本领域中存在对于提供一种当使用不理想或不完美对准的多个光源或多个灯具时在扩展的物体表面（诸如墙壁）之上实现视觉上令人愉悦的亮度的光照图案的需要。

发明内容

本公开针对用于从被多个光源照射的表面实现均匀亮度的方法和装置。例如，至少两个光源可以用于照射表面，其中期望的是向观察者提供表面具有均匀（或看起来均匀）的亮度的外观。鉴于前文，本发明的各种实施例和实现方式针对通过多个光源创建的光照图案，每一个光源发射具有竖直和水平性质的射束。在竖直方向上，所发射的光束大部分是均匀的，其中在光束的顶部和底部处具有受控非均匀性的短区。在水平区中，所发射的光源在被光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的大区围绕的中心处具有小均匀区。相邻的光束被配置成在所发射的光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的区中重叠。

一般地，在一个方面中，一种照明系统被配置成利用光照图案照射表面。该照明系统包括多个照明单元，其配置用于以相对于彼此的空间分布关系定位，其中多个照明单元中的每一个发射具有竖直光照分布和水平光照分布的光束，并且进一步地其中所发射的光束产生光照图案。每一个光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的。另外，每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。多个照明单元中的每一个包括多个基于LED的光源。

在一些实施例中，沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度短于水平光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

在一些实施例中，沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度大于竖直光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

在一些实施例中，由第一照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度与由相邻照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度重叠。重叠区内的光的强度类似于由所述第一照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度，并且类似于由所述相邻照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度。

在一些实施例中，沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体竖直光照分布的近似70%到90%。

在一些实施例中，沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体水平光照分布的近似40%到80%。

一般地，在一个方面中，一种照明单元被配置成利用光照图案照射表面。照明单元包括以相对于彼此的空间分布关系定位的多个基于LED的光源，其中多个光源中的每一个发射具有竖直光照分布和水平光照分布（30）的光束，并且进一步地其中所发射的光束产生所述光照图案。每一个所述光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的。另外，每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。

一般地，在一个方面中，一种用于利用光照图案照射表面的方法包括以下步骤：提供多个照明单元，其配置用于以相对于彼此的空间分布关系定位，其中多个照明单元中的每一个发射具有竖直光照分布和水平光照分布的光束，并且进一步地其中所发射的光束产生光照图案。每一个所述光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的。另外，每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。

在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：关于彼此空间分布所述多个照明单元中的两个或更多个。

如出于本公开的目的而使用的，术语“LED”应当被理解成包括任何电致发光二极管或能够响应于电信号而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包括但不限于响应于电流而发射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）、电致发光带等等。特别地，术语LED指可以被配置成生成在红外光谱、紫外光谱和可见光谱各个部分（一般地包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长）中的一个或多个中的辐射的所有类型的发光二极管（包括半导体和有机发光二极管）。LED的一些示例包括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）。还应当领会，LED可以被配置和/或控制以生成具有针对给定光谱（例如，窄带宽、宽带宽）的各种带宽（例如，半高全宽或FWHM）和在给定通用颜色类别内的各种各样的主波长的辐射。

例如，被配置为生成基本上白色光的LED（例如，白色LED）的一种实现方式可以包括若干管芯，其分别发射不同的电致发光光谱，这些光谱以组合方式混合以形成基本上白色光。在另一种实现方式中，白光LED可以与磷光体材料相关联，该磷光体材料将具有第一光谱的电致发光转换为具有不同的第二光谱。在该实现方式的一个示例中，具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，其进而辐射具有更宽些光谱的更长波长辐射。

还应当理解，术语LED不限制LED的物理和/或电气封装类型。例如，如上所讨论的，LED可以指具有被配置成分别发射不同辐射光谱的多个管芯（例如，其可以或可以不单独可控）的单个发光设备。而且，LED可以与磷光体相关联，该磷光体被视为LED（例如，一些类型的白色LED）的组成部分。一般而言，术语LED可以指封装的LED、未封装的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、包括某种类型的包装和/或光学元件（例如，漫射透镜）的LED等等。

术语“光源”应当被理解为指各种各样的辐射源中的任何一个或多个，包括但不限于基于LED的源（包括如上所定义的一个或多个LED）、白炽源（例如白炽灯、卤素灯）、荧光源、磷光源、高强度放电源（例如钠蒸汽、汞蒸汽和金属卤化物灯）、激光器和发光聚合物。

给定的光源可以被配置成生成可见光谱内、可见光谱外或两者组合的电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可互换地使用。此外，光源可以包括作为集成组件的一个或多个过滤器（例如滤色器）、透镜或其它光学组件。而且，应当理解，光源可以被配置用于各种各样的应用，包括但不限于指示、显示和/或光照。“光照源”是特别地被配置成生成具有充足强度的辐射以有效照射内部或外部空间的光源。在该上下文中，“充足强度”是指在空间或环境中生成的在可见光谱中的充足辐射功率（在辐射功率或“光通量”方面，单位“流明”经常被用来表示在所有方向上来自光源的总光输出）以提供环境光照（即，可以被间接感知并且可以例如在被完全或部分感知之前被各种各样的居间表面中的一个或多个反射的光）。

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何一个或多个频率（或波长）。因此，术语“光谱”不仅指可见范围中的频率（或波长），还指红外、紫外和整个电磁光谱的其它区域中的频率（或波长）。而且，给定光谱可以具有相对窄的带宽（例如具有基本上很少频率或波长分量的FWHM）或相对宽的带宽（具有各种相对强度的若干频率或波长分量）。还应当领会，给定光谱可以是两个或更多其它光谱混合的结果（例如，混合分别从多个光源发射的辐射）。

出于本公开的目的，术语“颜色”与术语“光谱”可互换使用。然而，术语“颜色”一般地主要用来指可由观察者感知的辐射的属性（尽管该使用并不旨在限制该术语的范围）。因此，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。还应当领会，术语“颜色”可以结合白色和非白色光两者使用。

术语“色温”在本文中一般结合白光使用，尽管这种使用并不旨在限制该术语的范围。色温基本上是指白光的特定颜色内容或颜色差（例如，泛红、泛蓝）。给定辐射样本的色温常规地根据辐射与所讨论的辐射样本基本上相同的光谱的黑体辐射器的以开尔文度（K）为单位的温度来表征。黑体辐射器色温一般落在从大约700K（典型地被视为对人眼第一可见的）到超过10,000K的范围内；白光一般在1500-2000K以上的色温处被感知。

较低色温一般地指示具有更显著的红色成分或“更暖的感觉”的白光，而较高色温一般地指示具有更显著的蓝色成分或“更冷的感觉”的白光。作为示例，火具有大约1,800K的色温，常规白炽灯泡具有大约2848K的色温，清早的日光具有大约3,000K的色温，并且阴天正午的天空具有大约10,000K的色温。在具有大约3,000K色温的白光下观看的彩色图像具有相对微红的色调，而在具有大约10,000K色温的白光下观看的相同彩色图像则具有相对微蓝的色调。

术语“照明灯具”在本文中用于指特定形状因子、组装或封装的一个或多个照明单元的实现方式或布置。术语“照明单元”在本文中被用来指包括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各样的用于光源的安装布置、壳体/外壳布置和形状、和/或电气和机械连接配置中的任意一种。此外，给定的照明单元可以可选地与涉及光源的操作的各种其它组件（例如，控制电路）相关联（例如，包括、耦合到这些其他组件和/或与其一起封装）。“基于LED的照明单元”指单独地或与其它非基于LED的光源组合地包括如上所讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元是指包括被配置成分别生成不同辐射光谱的至少两个光源的基于LED或非基于LED的照明单元，其中每个不同源光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在本文中一般地用于描述涉及一个或多个光源的操作的各种装置。控制器可以以许多方式（例如用专用硬件）来实现，以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是控制器的一个示例，其采用可以使用软件（例如微代码）编程以执行本文所讨论的各种功能的一个或多个微处理器。控制器可以采用处理器或不采用处理器来实现，并且也可以实现为执行一些功能的专用硬件和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相关联的电路）的组合。在本公开的各种实施例中可以采用的控制器组件的示例包括但不限于常规的微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实现方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（在本文中一般地被称为“存储器”，例如，易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM以及EEPROM、软盘、压缩盘、光盘、磁带等）相关联。在一些实现方式中，存储介质可以用一个或多个程序来编码，所述一个或多个程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行本文中所讨论的功能中的至少一些。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内或者可以是便携式的，使得存储在其上的一个或多个程序能够被加载到处理器或控制器中以便实现本文中所讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以通用意义被用来指能够被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，软件或微代码）。

术语“可寻址的”在本文中被用来指一种设备（例如，一般的光源、照明单元或灯具、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其它非照明相关设备等），其被配置成接收旨在用于多个设备（包括它本身）的信息（例如，数据）并且选择性地对旨在用于它的特定信息做出响应。术语“可寻址的”通常结合联网环境（或下面进一步讨论的“网络”）使用，在联网环境中多个设备经由一些通信介质或媒体耦合在一起。

在一种网络实现方式中，耦合到网络的一个或多个设备可以充当用于耦合到网络的一个或多个其它设备的控制器(例如，以主/从的关系)。在另一种实现方式中，联网环境可以包括被配置成控制耦合到网络的设备中的一个或多个的一个或多个专用控制器。一般地，耦合到网络的多个设备中的每一个都可以访问存在于通信介质或媒体上的数据；然而，给定设备可以是“可寻址的”，因为它被配置成基于例如分配给它的一个或多个特定标识符（例如，“地址”）来选择性地与网络交换数据（即，从网络接收数据和/或向网络传输数据）。

如本文中所使用的术语“网络”是指促进信息在耦合到网络的任何两个或更多设备之间和/或多个设备之中的输送（例如，用于设备控制、数据存储、数据交换等）的两个或更多设备（包括控制器或处理器）的任何互连。如应当容易领会的，适于互连多个设备的网络的各种实现方式可以包括各种各样的网络拓扑中的任一个并且可以采用各种光源的通信协议中的任一个。此外，在根据本公开的各种网络中，两个设备之间的任何一个连接可以表示两个系统之间的专用连接，或者可替换地表示非专用连接。除了承载旨在用于这两个设备的信息之外，这样的非专用连接可以承载未必旨在用于这两个设备中的任一个的信息（例如，开放网络连接）。另外，应当容易领会，如本文中所讨论的设备的各种网络可以采用一个或多个无线、有线/线缆和/或光纤链路来促进遍及网络的信息输送。

如本文中所使用的术语“用户接口”是指人类用户或操作者与一个或多个设备之间的接口，其实现了该用户与设备之间的通信。可以在本公开的各种实现方式中采用的用户接口的示例包括但不限于，开关、电位计、按钮、表盘、滑动器、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器（例如操纵杆）、追踪球、显示屏、各种类型的图形用户接口（GUI）、触摸屏、麦克风以及可以接收某种形式的人类生成刺激并且响应于此而生成信号的其它类型的传感器。

应当领会，前述的概念与下文更详细地讨论的附加概念的所有组合（假如这样的概念并不相互矛盾）被预期作为本文中所公开的发明主题的一部分。特别地，在本公开结尾处出现的所要求保护的主题的所有组合被预期作为本文中所公开的发明主题的一部分。还应当领会，也可能出现在通过引用并入的任何公开中的本文明确采用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，相同参考字符一般是指相同的部分。而且，附图未必按照比例，而是一般将重点放在说明本发明的原理上。

图1图示了依照实施例的具有看起来基本上均匀的光照图案的表面；

图2图示了依照实施例的具有单个光照足迹的表面；

图3图示了依照实施例的利用多个光源照射的表面；

图4图示了依照实施例的具有单个光照足迹的表面；

图5图示了依照实施例的具有单个光照足迹的表面，所述单个光照足迹具有竖直光照分布和水平光照分布；

图6图示了依照实施例的具有看起来基本上均匀的光照图案的表面；

图7图示了依照实施例的具有竖直光照分布和水平光照分布的光照足迹；

图8是依照实施例的沿照明系统的水平光照分布的变化的光束强度的曲线图；

图9是依照实施例的沿照明系统的竖直光照分布的变化的光束强度的曲线图；

图10图示了依照实施例的利用照明单元照射表面16；

图11是依照实施例的沿照明系统的竖直光照分布的变化的光束强度的曲线图；

图12图示了依照实施例的具有看起来基本上非均匀的光照图案的表面；以及

图13是依照实施例的用于均匀照射表面的方法的流程图。

具体实施方式

申请人已经认识和领会到，提供被多个光源照射的表面的均匀光照将是有益的。例如，至少两个光源可以用于照射表面，其中期望的是向观察者提供表面具有均匀（或看起来均匀）的光照的外观。

鉴于前文，本发明的各种实施例和实现方式针对由多个光源创建的看起来均匀的光照图案，每一个光源发射具有竖直和水平性质的射束。在竖直方向上，所发射的光束大部分是均匀的，其中在光束的顶部和底部处具有受控非均匀性的短区。在水平区中，所发射的光束在被光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的大区围绕的中心处具有小均匀区。相邻的光束配置成在所发射的光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的区中重叠。

现在参照附图，在图1中，示出照明系统10的一个实施例，其包括多个照明单元14（14a，14b，14c和14d），其被取向以在表面16上发射由来自每一个照明单元的一个或多个光束15构成的光照图案12。在一些实施例中，每一个照明单元14一般包括多个基于LED的光源18。基于LED的光源可以具有一个或多个LED，包括在线性、二维或三维配置中的LED阵列。光源可以被驱动以发射预定性状（即颜色强度、色温等）的光。可以在照明单元14中采用适于生成各种各样的不同颜色的辐射的许多不同数目和各种类型的光源（全部基于LED的光源、单独或组合的基于LED和非基于LED的光源等）。例如，在一些实施例中，照明单元14包括两个或更多不同颜色的LED。因此，照明单元的空间取向还可以导致所发射的光的颜色或色温的调节。

在图1中图示的实施例中，关于观看表面16的观察者的水平方向是纸张平面中的左部/右部，并且墙壁表面的竖直方向是也在纸张平面中的水平平面。在该实施例中，照明单元14处于照明单元的MxN阵列的形式，其中N个照明单元以每一相邻照明单元之间的有限分隔距离20在水平方向上并排布置。在该实施例中，存在光源的单个行，因此M等于一并且N等于或大于二。在该实施例中，每一个照明单元14具有光照足迹22（参见图2），其具有等于或大于一（1）的竖直-水平纵横比，使得表面16上的光照足迹22是基本上矩形形状。

尽管图1图示了具有1x4配置的MxN阵列，但是其它阵列和配置是可能的。图3例如图示了具有2x4配置的MxN阵列，其中照明单元14a，14b，14c和14d在向上方向上发射光束，并且照明单元14e，14f，14g和14h在向下方向上发射光束。在必要时M和N二者可以进行修改以实现所期望的总体光照图案。

另外，尽管图1和2图示了具有光照足迹22的照明单元14，光照足迹22具有等于或大于一（1）的竖直-水平纵横比以使得表面16上的光照足迹22是基本上矩形形状，但是许多其它的形状、尺寸和配置是可能的。例如，在图4中，照明单元14a具有基本上方形形状的光照足迹22。

为了在表面16上实现看起来均匀的光照图案12，照明单元14被配置成发射具有竖直光照分布或方向40和水平光照分布或方向30的光束15以创建光照足迹22，如图5和7中所图示。在一些实施例中，从照明单元14发射的光束15由基于LED的光源18生成，基于LED的光源18可以具有一个或多个LED，包括在线性、二维或三维配置中的LED阵列。在竖直光照分布40中，所发射的光束配置成在中心45中大部分是均匀的，其中在光束的顶部42和底部44处具有受控非均匀性的短区。在水平光照分布30中，所发射的光束配置成在被光束的右侧48和左侧46处的受控非均匀性的大区围绕的中心45处具有小均匀区。

在一些实施例中，如图8中的曲线图中所图示的，由照明单元14发射的光束15具有水平光照分布30，其中所发射的光束配置成在被光束的右侧48和左侧46处的受控非均匀性的大区围绕的中心45处具有小均匀区。图8中的曲线图的X轴是从中心点到左和右的距离，其中中心点是照明单元14的光照足迹22的中心，归一化成从0到1，其中值1是光照足迹的最外边界。图8中的曲线图的Y轴是由照明单元14发射的光束15的光照强度，归一化成从0到1，其中值1是所发射的光束的最大强度。

在图8中图示的实施例中，光照足迹22的水平光照分布30具有中心“小均匀区”，包括具有在大约0.6和1.0之间的范围中的归一化的光照强度值的水平光照轮廓的大约40%到80%之间。光照足迹22的水平光照分布30还在其左侧和右侧具有“大梯度区”，其中归一化的光照强度值从中心区值快速减小到光照足迹的最外边界处的零值。

在一些实施例中，如图9中的曲线图中所图示的，由照明单元14发射的光束15具有竖直光照分布40，其中所发射的光束配置成在中心45中大部分是均匀的，其中在光束的顶部42和底部44处具有受控非均匀性的短区。图9中的曲线图的X轴是从照明单元14的光照足迹22的底部到顶部的距离竖直距离（0到4米）。图9中的图的Y轴是由照明单元14发射的光束15的光照强度，归一化成从0到1，其中值1是所发射的光束的最大强度。

在图9中图示的实施例中，光照足迹22的竖直光照分布40具有大中心均匀区，包括具有在大约0.8和1.0之间的范围中的归一化的光照强度值的竖直光照轮廓的大约70%到90%之间。光照足迹22的竖直光照分布40还在其顶部和底部边缘二者处具有小梯度区，其中归一化的光照强度值从中心区值快速减小到光照足迹的最外边界处的零值。

在一些实施例中，相邻光束被配置成在所发射的光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的区中重叠。例如，如图6中所示，由照明单元14a发射的光束导致在其右边缘处与由照明单元14b所发射的光束创建的光照足迹22b的左边缘重叠的光照足迹22a。类似地，由照明单元14b发射的光束导致在其右边缘处与由照明单元14c所发射的光束创建的光照足迹22c的左边缘重叠的光照足迹22b。在一些实施例中，相邻光束或光照足迹之间的受控非均匀性的重叠适应可能发生在相邻照明单元之间的未对准。例如，尽管图6中的照明单元14c未对准，如光照足迹22c相比于光照足迹22b的倾斜所指示的，但是光照足迹22b和光照足迹22c的重叠梯度区导致视觉上均匀的光照图案。在一些实施例中，作为该重叠的结果，重叠区内的光的强度将类似于或等同于由每一个单独的照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度。

然而，如图12中所示，例如，相邻照明单元的水平间距可以超过一定距离，使得不存在所发射的光束的右侧和左侧处的受控非均匀性的区的重叠。在这样的情况下，非均匀性可以开始出现在总体光照足迹中。为了修复非均匀性，可以将一个或多个照明单元14重定位，以使得存在所发射的光束的右侧或左侧处的区的重叠，或者可以向照明系统添加另一照明单元以覆盖非均匀性的区。

作为重叠的示例，表1说明了在其中表面16正被照射的模拟照明系统中照明单元14a与14b、14b与14c和14c与14d的光照足迹22的重叠。在其中存在具有均匀光照图案的期望的表面16的区中（在1.0和3.5米之间），撞击表面的光束的总强度总计达归一化的值1。在每一个位置处，撞击表面16的光束包括完全来自单个照明单元的光束，或者来自两个重叠照明单元的光束的合成。尽管表1说明了具有四个照明单元的照明系统，但是照明系统可以包括少于四个或多于四个的照明单元。

表1

X坐标（米）	0.00	0.50	1.00	1.50	2.00	2.50	3.00	3.50	4.00	4.50
											照明单元14a	0	0.327	1.000	0.327	0
照明单元14b			0	0.673	1.000	0.0477	0
											照明单元14c					0	0.9523	0.7948	0
照明单元14d						0	0.2052	1.000	0.4537	0
											照明单元之和	0	0.327	1	1	1	1	1	1	0.4537	0

在一些实施例中，诸如图10中图示的实施例，从实际上为点源的照明单元14照射表面16。从光源18发射并且沿表面16照射点的光的强度是点源到表面的直线角的函数。因此，表面16上的光照是光在表面上的位置、其距光源的距离及其取向角的函数。平坦表面上的光照涉及来自光源的强度，因此，根据以下公式：

其中光照“E”具有流明每平方米的单位，强度“I”具有流明每球面度的单位，并且距离“d”具有米的单位。角度“·”从表面的表面法线测量并且距离“d”被测量为沿表面的法向量投影。如果根据正交的水平和竖直分量·_h和·_v来测量角度，则总的直线角·是：

。

作为结果，例如，图11中图示的是沿竖直平面的来自单个照明单元14的光束强度分布的曲线图，其实现表面上的竖直近似均匀性。照明单元14的光照足迹22被创建成使得所发射的光的强度随与水平平面所成的角度的增加而增加。在某个点处，例如图11中的曲线图中的75度，所发射的光的强度迅速减小到零。在一些实施例中，水平角度是从单个照明单元14朝向表面16行进的光相对于穿过表面的中心并且穿过照明单元的竖直平面测量的角度。水平角是仅具有水平分量的直线角。

在一些实施例中，由照明单元14创建的光照足迹22可以在竖直方向40和/或水平方向30内略微地变化。该变化可以由制造误差或容差、未对准或其它无意或不可避免的情况引起。在一些情况下，该变化可能如0.6那么大（相对于归一化的最大值1.0）。然而，人的眼睛和脑部通常将不检测这些变化，尤其是在光照足迹22的竖直方向40和/或水平方向30的中心区中。

在一些实施例中，照明系统10包括单个照明单元14内的多个基于LED的光源18。在该实施例中，基于LED的光源18种的每一个发射具有竖直光照分布（40）和水平光照分布（30）的光束。如以上所描述的，每一个光束的强度可以沿水平光照分布的长度变化，其中光束的强度在中心区中大部分是均匀的并且在每一端处大部分是非均匀的。另外，每一个光束的强度可以沿竖直光照分布的长度变化，其中强度在中心区中大部分是均匀的并且在每一端处大部分是非均匀的。

根据另一方面，如图13中的流程图中所描绘的是利用光照图案12照射表面16的方法。在初始步骤100中，提供多个照明单元14。两个或更多照明单元14可以例如是独立的照明单元14或者可以是单个照明系统10的组件。两个或更多照明单元14可以以相对于彼此的空间分布关系定位，并且每一个照明单元可以包括例如多个基于LED的光源18。由照明单元14发射的光束组合以产生总体光照图案。如以上所描述的，由照明单元发射的光束中的每一个具有竖直光照分布40和水平光轴分布30。

另外，在如以上描述的一些实施例中，水平光照分布沿其长度变化，其中具有短于水平光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度的均匀强度的中心区。类似地，竖直光照分布沿其长度变化，其中具有大于竖直光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度的均匀强度的中心区。

在方法的一些实施例中，为了改进照明系统的均匀外观，光束的水平光照分布的一端的非均匀强度与相邻照明单元发射的光束的水平光照分布的一端的非均匀强度重叠。作为结果，该重叠区内的光的组合强度类似于由每一个相邻照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度，从而导致均匀外观。

在方法的步骤110中，多个照明单元中的两个或更多个被激活以创建光照图案12。在步骤120中，取决于光照图案的均匀性或非均匀性，系统内的一个或多个照明单元14可以被关于另一照明单元旋转、成角或以其它方式调节以便改进光照图案的均匀性。作为另一示例，可以类似地调节由照明单元发射的光束15的强度、角度或颜色。

虽然已经在本文中描述和图示了若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易预想到各种各样的其它的手段和/或结构以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/或一个或多个优点，并且这样的变型和/或修改中的每一个被认为处于本文所描述的发明实施例的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易领会到，本文所描述的所有参数、尺度、材料和配置意指是示例性的，并且实际的参数、尺度、材料和/或配置将取决于发明教导所用于的一个或多个具体应用。本领域技术人员将认识到或者能够仅仅使用常规实验确定本文所描述的具体发明实施例的许多等同方案。因此要理解到，仅通过示例的方式呈现前述实施例，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，可以以与具体描述和要求保护的不同方式实践发明实施例。本公开的发明实施例针对本文所描述的每一个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的，则两个或更多这样的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。

如本文所定义和使用的所有定义应当理解为支配字典定义、通过引用并入的文献中的定义和/或所定义的术语的普通含义。

如本文在说明书和权利要求中所使用的不定冠词“一”应当被理解为意指“至少一个”，除非清楚指示相反。

如本文在说明书和权利要求中所使用的短语“和/或”应当理解为意指如此结合的元素中的“任一个或二者”，即在一些情况下结合存在并且在其它情况下分离存在的元素。利用“和/或”列出的多个元素应当以相同方式解释，即如此连结的元素中的“一个或多个”。除通过“和/或”子句具体标识的元素之外的其它元素可以可选地存在，而不管与具体标识的那些元素有关还是无关。因而，作为非限制性示例，当结合诸如“包括”之类的开放式语言使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以是指仅A（可选地包括除B之外的元素）；在另一实施例中可以是指仅B（可选地包括除A之外的元素）；在又一实施例中可以是指A和B二者（可选地包括其它元素）等。

如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或者”应当理解成具有与如以上限定的“和/或”相同的含义。例如，当分离列表中的项时，“或者”或“和/或”应当解释为包容性的，即至少一个的包括，但是还包括数个元素中或元素列表中的多于一个，以及可选地，附加的未列举的项。只有清楚指示相反的术语，诸如“仅其中的一个”或“其中的确切的一个”或当使用在权利要求中“由……构成”将是指数个元素中或元素列表中的确切的一个元素的包括。一般地，当前续排他性术语，诸如“任一个”、“其中的一个”、“其中的仅一个”或“其中的确切一个”时，如本文所使用的术语“或者”仅应当解释为指示排他性的替换方案（即“一个或另一个但非二者”）。当在权利要求中使用时，“基本上由……构成”应当具有如在专利法律领域中所使用的其普通含义。

如本文在说明书和权利要求中所使用的，在引用一个或多个元素的列表中，短语“至少一个”应当理解为意指选自元素列表中的任何一个或多个元素的至少一个元素，但是未必包括元素列表内具体列出的每一个元素中的至少一个并且不排除元素列表中的元素的任何组合。该定义同样允许除短语“至少一个”所引用的元素列表内具体标识的元素之外的元素可以可选地存在，而不管与具体标识的那些元素有关还是无关。因而，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”（或等同地，“A或B中的至少一个”或等同地“A和/或B中的至少一个”）可以在一个实施例中是指至少一个，可选地包括多于一个A，没有B存在（并且可选地包括除B之外的元素）；在另一实施例中是指至少一个，可选地包括多于一个B，没有A存在（并且可选地包括除A之外的元素）；在又一实施例中是指至少一个，可选地包括多于一个A，以及至少一个，可选地包括多于一个B（并且可选地包括其它元素）；等。

还应当理解到，除非清楚指示相反，在本文所要求保护的包括多于一个步骤或动作的任何方法中，该方法的步骤或动作的次序未必限于记载方法的步骤或动作的次序。

出现在权利要求中的括号之间的附图标记（如果有的话）仅仅为了方便而提供并且不应当解释为以任何方式是限制性的。

在权利要求以及上述说明书中，诸如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”、“由……组成”等之类的所有过渡短语要被理解为开放式的，即意指包括但不限于。仅过渡短语“由……构成”和“基本上由……构成”应当分别为封闭式或半封闭式过渡短语，如美国专利局专利审查流程手册章节2111.03中所阐述的那样。

Claims (23)

1.一种照明系统（10），其被配置成利用光照图案（12）照射表面（16），该系统包括：

多个照明单元（14），其配置用于以相对于彼此的空间分布关系定位，其中所述多个照明单元中的每一个发射具有竖直光照分布（40）和水平光照分布（30）的光束（15），并且进一步地其中所发射的光束产生所述光照图案；

其中每一个所述光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的；并且

其中每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。

2.权利要求1的照明系统，其中沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度短于水平光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

3.权利要求1的照明系统，其中沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度大于竖直光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

4.权利要求1的照明系统，其中所述多个照明单元中的每一个包括多个基于LED的光源（18）。

5.权利要求1的照明系统，其中所述表面是墙壁。

6.权利要求1的照明系统，其中由第一照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度与由相邻照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度重叠。

7.权利要求5的照明系统，其中重叠区内的光的强度类似于由所述第一照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度，并且类似于由所述相邻照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度。

8.权利要求1的照明系统，其中沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体竖直光照分布的近似70%到90%。

9.权利要求1的照明系统，其中沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体水平光照分布的近似40%到80%。

10.一种照明单元（14），其被配置成利用光照图案（12）照射表面（16），该照明单元包括：

以相对于彼此的空间分布关系定位的多个基于LED的光源（18），其中多个光源中的每一个发射具有竖直光照分布（40）和水平光照分布（30）的光束（15），并且进一步地其中所发射的光束产生所述光照图案；

其中每一个所述光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的；并且

其中每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。

11.权利要求10的照明单元，其中沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度短于水平光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

12.权利要求10的照明单元，其中沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度大于竖直光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

13.权利要求10的照明单元，其中由第一光源发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度与由相邻光源发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度重叠。

14.权利要求13的照明单元，其中重叠区内的光的强度类似于由所述第一光源发射的水平光照分布的中心区的强度，并且类似于由所述相邻光源发射的水平光照分布的中心区的强度。

15.权利要求10的照明单元，其中沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体竖直光照分布的近似70%到90%。

16.权利要求1的照明单元，其中沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度是总体水平光照分布的近似40%到80%。

17.一种用于利用光照图案（12）照射表面（16）的方法，该方法包括以下步骤：

提供多个照明单元（14），其配置用于以相对于彼此的空间分布关系定位（100），其中多个照明单元中的每一个发射具有竖直光照分布（40）和水平光照分布（30）的光束（15），并且进一步地其中所发射的光束产生光照图案；

其中每一个所述光束的强度沿所述水平光照分布的长度变化，所述强度在水平光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在水平光照分布的每一端处大部分是非均匀的；

其中每一个所述光束的强度沿所述竖直光照分布的长度变化，所述强度在竖直光照分布的中心区中大部分是均匀的，并且在竖直光照分布的每一端处大部分是非均匀的。

18.权利要求17的方法，还包括以下步骤：关于彼此空间分布所述多个照明单元中的两个或更多个（120）。

19.权利要求17的方法，其中所述多个照明单元中的每一个包括多个基于LED的光源（18）。

20.权利要求17的方法，其中沿所述水平光照分布的均匀强度的中心区的长度短于水平光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

21.权利要求17的方法，其中沿所述竖直光照分布的均匀强度的中心区的长度大于竖直光照分布的两端处的非均匀强度的组合长度。

22.权利要求17的方法，其中由第一照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度与由相邻照明单元发射的光束的水平光照分布的至少一端的大部分非均匀强度重叠。

23.权利要求17的方法，其中重叠区内的光的强度类似于由所述第一照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度，并且类似于由所述相邻照明单元发射的水平光照分布的中心区的强度。