CN108884980B - 具有可定向光束的照明设备 - Google Patents

Abstract

一种照明设备，包括具有球形半透明体(101)的光发射器(100)，该球形半透明体包含至少一个反射器(102)并限定大的组合的入射透镜(109)和发射透镜(105)。光发射器反射并聚焦来自波导(40)的光，以将光束投射到目标表面上。光发射器优选可滑动地安装成在支撑元件(20)上进行旋转，该支撑元件(20)可以包括板中的圆孔(22)，并且该光发射器可以被配置为台灯或舞台灯、壁灯或悬挂在天花板下面的下照灯。除了光束之外，波导或光发射器可以提供环境照明或向上照明。

Description

具有可定向光束的照明设备

本发明涉及照明设备，且特别涉及产生可以被引导来照亮诸如办公桌上的书或舞台上的表演者的目标的光束的照明设备。

US2008232107教导了一种照明设备，其中LED光源用反射器照亮两个光导，其中一个光导可枢转以从环境照明变为作业照明。

FR2683618教导了一种照明设备，其包括可枢转地安装在垂直管状光导体顶部上的反射器。

US8899783B1教导了一种LED灯泡，其包括反射器和可旋转地安装在半透明外壳内部的其他部件。

US6183120公开了一种包括内部反射管的照明设备，该内部反射管将光传导到包含旋转反射器的旋转半透明球体。

US598841公开了一种包括波导的照明设备，该波导将光传导到旋转光分配装置。

US6045250公开了一种照明设备，其中包含反射器的球壳被安装用于在天花板中的孔中旋转。

通过以上描述所例示的可调节以引导光束的照明设备通常在机械上复杂，具有可能难以组装或调节的错综复杂的移动部件。许多不能产生具有均匀光强的良好限定的光束，使得它们可以用于背景照明或特征照明，而不是用于照亮办公桌或其他目标平面。这样的设备的机械部件也可能难以清洗，使得它们的性能会逐渐由于灰尘的积聚而被削弱。也难以将诸如光检测或图像投影的其他功能结合到这样的设备中。

具有LED或其他点光源的照明设备的另一个问题在于，如果直接或经由镜面反射器或透镜观看，光源可能会使观看者眼花并留下视网膜像。朗伯反射器或漫射器可以提供更均匀的照明，但会减少光输出且因而降低能量效率。

本发明的总体目的是提供一种照明设备，该照明设备在至少一些上述问题方面提供了改进，并且产生了可以被引导来照亮目标的光束。

因此，本发明提供了一种如权利要求中限定的照明设备。

该新型照明设备包括至少一个光发射器、至少一个光源和至少一个光导体，该至少一个光导体被布置成将光从光源传导到光发射器。光发射器包括半透明体和连接到半透明体或与半透明体成一体的第一反射器。半透明体至少包括第一发射器部分，该第一发射器部分被成形为限定第一发射器透镜。第一反射器被布置成反射从光导体发出的光，以作为光束经由第一发射器透镜离开光发射器，并且光发射器可相对于光导体旋转至少一个自由度以引导光束。

从本发明的各种说明性实施例中，更具体的目的、特征和优点将变得明显，这些实施例现在将仅通过示例的方式且并不局限于所声明的范围并参考附图进行描述，其中：

图1显示了包括安装在水平板中的球形光发射器的下照灯(downlighter)；

图2示出了包括实心(solid)折射光波导的光导体中的射线路径；

图3显示了结合图2的与球形光发射器间隔开的波导的照明设备；

图4显示了结合图2的布置成与球形光发射器接触的波导的另一照明设备；

图5显示了另一照明设备，其中壳体围绕光导体布置；

图6显示了另一个下照灯，其中光导体布置成与光发射器接触；

图7显示了另一个下照灯，其中光导体与光发射器间隔开；

图8显示了另一个下照灯，其中可调节聚焦透镜布置在光导体和光发射器之间；

图9显示了另一个下照灯，其中光导体的中心轴和反射器的焦点偏离球形光发射器的中心；

图10显示了类似于图9并结合有附加光导体的下照灯；

图11显示了具有被调节为向上照明模式的双面反射器的下照灯；

图12A和12B显示了具有滚花表面区域的球形光发射器，该滚花表面区域分别在反射器的平面中(图12A)和相对于反射器成角度的平面中(图12B)延伸；

图13显示了具有外部调节环的球形光发射器；

图14显示了结合具有类似于图12B的纹理表面区域的光发射器的下照灯；

图15显示了结合具有磁调节特征的球形光发射器的下照灯；

图16显示了具有散射元件的球形光发射器；

图17A是其中球形光发射器可滑动地安装在水平支撑板中的圆孔中的下照灯的侧视图；

图17B是图17A的部件的放大视图；

图18A是类似于图17A的另一个下照灯的侧视图，其中孔的周边由毡垫形成；

图18B是图18A的部件的放大视图；

图19A是类似于图17A的下照灯的顶视图，其中孔的周边由弹性材料形成；

图19B是图19A的部件的放大视图；

图20和图21分别是包括安装在水平支撑板的圆孔中的轴承上的球形光发射器的下照灯的侧视图和顶视图；

图22显示了包括安装在支撑板中的球形光发射器的壁灯；

图23是包括安装在水平支撑板中的十个球形光发射器的下照灯的顶视图；

图24显示了包括安装在支撑板中的球形光发射器的台灯；

图25显示了其中球形光发射器安装在水平支撑板中的台灯；

图26显示了其中球形光发射器支撑在包括内部光导体和外部壳体的光导体组件的顶部上的另一个台灯；

图27显示了其中球形光发射器支撑在环形部上的另一个台灯；

图28显示了其中球形光发射器支撑在衬圈(collar)中的轴承上的另一个台灯；

图29和图30显示了另一种台灯，其中球形光发射器安装在围绕内部光导体的管状外部壳体上，该外部壳体可旋转以调节光发射器和光导体之间的距离；

图31显示了如何通过将外部壳体从图29的位置调整到图30的位置来改变图29和图30的台灯投射到桌面上的光斑直径；

图32是图29和图30的台灯的放大图，显示了螺纹调节机构；

图33显示了另一照明设备，其适于将图像投射到目标表面上，并且具有用于聚焦图像的可调节外部壳体；

图34显示了用于投射图像的另一照明设备，该另一照明设备包括位于光导体和球形光发射器之间的变焦液体透镜；

图35显示了另一照明设备，其包括同心、内部和外部光导体以及用于将同心、内部和外部光束投射到目标表面上的可调节聚焦系统；

图36显示了另一照明设备，其中光检测器布置在基座处以接收经由第一发射器透镜进入光发射器并被第一反射器反射的光，并且包括附加的(内部)光导体以将光从光发射器传导到光检测器；

图37显示了另一照明设备，其大体上类似于图36的照明设备，但是具有安装在共轭像平面处的检测器；

图38A和38B显示了另一照明设备，其中光发射器旋转地调节到两个可选位置；

图39示出了照明设备中的射线路径，其中光发射器被配置成将图像从物体平面投射到目标平面上；以及

图40显示了另一照明设备，其中光发射器的入射表面被封闭在平板和透明半球体之间。

出现在多于一个附图中的参考数字在每个附图中指示相同或相应的元件。

在本说明书中，如果三维表面可以延伸以形成球体，则认为它具有球面曲率，并且弯曲表面的原点是它的半径相交的点，这将是球体的中心。

在本说明书中，术语半透明被认为包括透明。该光发射器或每个光发射器的半透明体有利地是透明的，如光导体和其他半透明元件(诸如承载材料)那样，但是它们中的任何一个或全部，根据特定应用所需要的，可以可选地是半透明的而不是透明的，例如漫射。

新型照明设备可以以各种配置进行布置，以限定例如天花板安装的下照灯、壁灯、台灯或落地灯、路灯或用于照亮表演者舞台灯。

图1显示了光发射器100如何能够由配置为平板的支撑元件20支撑，该支撑元件20具有固定装置21以用于将光发射器100以与支撑表面隔开的关系固定在使用位置。板可以水平布置，使得照明设备可以用作天花板或其他水平表面之下的下照灯。

固定装置可以被配置成将照明设备从支撑表面悬吊下来，使得它可以在没有任何吊顶系统的情况下被使用。可选地，当然固定装置可以被布置成将照明设备支撑在框架中，使得支撑板形成吊顶系统中的瓦片。

除了光发射器100和支撑元件20之外，照明设备包括光源30和光导体40，光源30可以包括单个LED或其他光生成设备或若干这样的设备的阵列，光导体40被布置成将光从光源传导到光发射器。可选地，在这个实施例和其他实施例中，可从光导体40的主体或外表面中的局部间断处发射受控比例的透射光，以提供对悬挂设备上方的天花板或反射器的环境照明。

光发射器包括半透明体101和连接到半透明体或与半透明体成一体的第一反射器102。如在图3、图4和图6中最佳可见，半透明体至少包括第一发射器部分103，该第一发射器部分103限定第一发射器表面104，该第一发射器表面104被成形为限定第一发射器透镜105。第一反射器102被布置成反射从光导体40发出的光，以作为光束经由第一发射器透镜105离开光发射器，并且光发射器可相对于光导体40和支撑元件20旋转至少一个自由度来引导光束。

光发射器的半透明体101可以是包含第一反射器102的实心半透明玻璃或塑料球体，在下文中被多方面地称为球形光学器件。反射器可以是平面反射镜或嵌入球形光学器件中的其他反射元件，例如布置在光学器件的两个大致半球形部分的相对平坦表面之间的盘(如图1B所示)，或者它可以是光学不连续性的反射表面，诸如形成在光学器件中的槽。

在这个和其他实施例中，光发射器可以包括至少一个第二反射器122，如下面进一步描述且特别是参考图38A和图38B所描述的。在光发射器包括多于一个反射器的情况下，反射器可以相对于光发射器的旋转中心或光导体的中心轴不同地定位，或者可以具有不同的特性。例如，每个反射器可以是平面的或弯曲的，且平行的或非平行的。例如，一个反射器可以是平面的，而另一个是弯曲的。反射器可以布置成使得光发射器可以旋转以选择性地从反射器中的一个或另一个反射来自光导体的光，或者同时从反射器中的两个或其全部反射来自光导体的光。每个反射器可以是镜面的或漫射的或朗伯的。通过提供具有不同特性的反射器，用户可以旋转光发射器，例如以获得宽的漫射光束或聚光点。光发射器的半透明体101可以类似地包括不同的区域；例如，它可以是部分透明的和部分不透明的或漫射的，或者它可以包括空隙空间、液体填充空间或内部透镜，以修改从反射器的一个或另一个反射的光。

球形光发射器100被安装用于在支撑元件中的圆孔22中旋转，并且被配置成滚花环106的纹理表面区域设置在其表面上，使得球形光学器件可以用一个手指接合和旋转，如下面进一步描述的。

在这个实施例和其他实施例中，光导体40可以是中空管，优选地具有反射内表面，并且可选地，具有沿着其长度间隔开的光束传输透镜。然而，更优选地，光导体是实心(solid)半透明材料的主体，其用作光波导以通过全内反射传导光。波导可以是由例如玻璃、丙烯酸或其他合适的塑料材料制成的具有圆形、椭圆形、多边形或其他非圆形横截面的平行侧杆或管或者平面或弯曲片材。在每种情况下，当光发射器被用户旋转时，光导体可以用作支撑元件来支撑光发射器，或者可以提供单独的支撑元件，如图1的实施例所例示。

图2示出了LED或其他光源30如何将光发射到光导体40中，该光导体40包括例如由玻璃或丙烯酸制成的实心(solid)光学折射波导杆。经由菲涅耳折射在波导内捕获光；杆在发射位置处的端面可以适当地成形成或弯曲成(即不同于平面端面)实现对于照明作业可能需要的某些引导条件。可选地，可以在光源和波导之间使用附加的耦合光学器件(未示出)，以在波导内形成期望系列的射线，并最大化光到系统中的耦合。在这些方面，可以理解的是，为了实现对于照明系统的特定目标，诸如例如在作业平面中的投射照度的良好均匀性，在波导照明系统内建立某一系列的引导射线可能是期望的。例如，可能期望获得一系列射线，该一系列射线都以相对于光轴的低角度被引导，而没有极值射线以相对于该轴的高角度传播，可选地，可能期望排除以低角度引导的射线的存在，并以高角度建立射线等；对引导的射线系列的选择将取决于照明系统要实现的特定照明作业和美学，并且可以例如通过射线轨迹优化过程来确定。

图2还示出了波导可以如何可选地被配置成散射来自内部和表面不连续性的一些光，使得被散射的部分从波导的侧面泄漏出来，以提供弱的环境照明，如下面进一步描述的。

优选地，光源30发射的光的全部或大部分耦合到波导中，如本领域已知的，以形成由折射和全内反射引导的良好限定的射线系列，对于丙烯酸和玻璃来说，该射线系列通常在以波导的长度轴L1为中心的大约50度的锥角内，使得期望角度范围之外的射线不会传导到光发射器100。应该注意的是，根据进入波导的光发射的具体性质，根据要实现的照明效果，可以建立和保持特定系列的引导光射线，或者替代地扰乱波导内的射线路径。

例如，当从离开光发射器的光束内观察时，在波导中传播的射线的随机混合可以有利地防止光源30成像，使得可以使用LED或其他点光源而不会使眼花或导致持久的视网膜像。作为示例，这种随机混合可以通过对波导杆的发射端施加漫射表面抛光来实现。

可选地，以及在发射器内没有漫射结构的情况下，有可能在波导中建立和保持一组固定的射线路径，该射线路径可以有效地将期望的特征从光源(诸如从各个LED管芯输出的光)传送到波导杆的远端。作为使用良好限定的射线路径的后一种情形的示例，可能希望将美学上令人愉悦的光图案从光源30传递到作业平面。

参照图3，在这些和其他实施例中，第一发射器透镜105优选地是中凸弯曲的而没有变形，以限定被称为第一发射器轴E1的中心光轴。当沿着第一发射器轴观察时，第一发射器透镜优选在垂直于第一发射器轴E1的光发射器的总截面面积的至少大部分上延伸。在图3中，可以看到，当沿着第一发射器轴观察时，第一反射器占据了光发射器的总截面面积。最优选地，限定第一发射器透镜的发射表面是球形弯曲的，如图所示。

优选地，半透明体还包括第一入射部分107，该第一入射部分107被布置成将从光导体发出的光传导到第一反射器。优选地，第一入射部分的入射表面108被成形为限定第一入射透镜109，使得入射到第一入射表面上的光在被反射之前被第一入射透镜聚焦，然后在作为光束从第一发射器表面发射之前被第一发射器透镜再次聚焦。

优选地，如图3的示例所示，限定第一入射透镜的入射表面是中凸弯曲的而没有变形且限定了称为第一入射轴I1的中心光轴，并且当沿着第一入射轴观察时，第一入射透镜在垂直于第一入射轴I1的光发射器的总截面面积的至少大部分上延伸。优选地，第一入射透镜是球形弯曲的，如图所示。

如图3的实施例所例示，第一发射器和入射部分以及第一发射器和入射透镜可以组合，使得它们具有公共轴E1、I1。光发射器可以相对于支撑元件20和光导体40以优选地两个或三个自由度进行旋转调节，如弯曲箭头所指示，使得组合的球形发射器和入射表面的不同部分将接收来自光导体的光，并通过支撑元件中的圆孔22发射光，这取决于光发射器100的旋转位置。

优选地，第一发射器部分103是光发射器的半透明体101的实心区域，其在其第一发射器表面104和第一反射器102之间延伸，并且第一入射部分107是光发射器的半透明体101的实心区域，其在其入射表面108和第一反射器102之间延伸。因此，相应的部分限定两个大的入射透镜和发射器透镜，它们凭借其曲率和半透明体的材料(通常是玻璃、丙烯酸或其他塑料材料)的折射率，根据如何通过光学系统来控制折射，发挥广泛的折射光学效应。值得注意的是，与入射透镜结构和发射器透镜结构具有类似功能的透镜可用于确定出射光束锥的尺寸；例如，与使用更大的曲率半径相比，减小发射器表面的曲率半径会产生越来越宽的出射光束锥。

此外，通过将入射表面108与波导光导体40的发射表面(端面)41间隔开分离距离S，可以将清晰限定的光池投射到目标表面上，其中分离距离S根据光发射器100和目标平面之间的距离被选择成使得大的入射透镜和发射器透镜形成以发射表面41为其物体平面的共轭成像系统。波导光导体40的横截面形状可以被选择成限定适当成形的光束，使得光池根据应用的需要例如是圆形或矩形，例如照亮矩形桌面或矩形表面以用作球类场地。如下文进一步解释的，相同的系统可适于将图像从物体平面投射到目标平面上。

同时，通过使入射表面和第一发射器表面平滑且具有均匀的、优选球形的曲率，可以通过相对于光导体40旋转光发射器(包括其一体的反射器)来在角度上调节光束，而不会随着光束穿过第一发射器的不同区域和半透明体101的入射部分而改变光束的焦点或系统的其他光学参数。此外，光发射器可以在调节期间在其支撑元件20上平滑地滑动，以便保持恒定的分离距离S，如下面更详细讨论的。

当通过从波导末端发射的射线系列进行照射时，该射线系列可以在波导内随机混合并且被通过波导的传导限制在良好限定的角包络内，光发射器因此可以生成具有期望锥角(例如，大约45度)的良好限定的光束，并且在其整个横截面上具有均匀的强度，并且在其边缘处具有尖锐的截止。

优选地，如图1和图3的实施例中所例示，照明设备包括支撑元件20，并且第一入射透镜可滑动地安装在支撑元件的接触表面上，以支撑光发射器相对于支撑元件旋转至少两个自由度。图1和图3中的弯曲箭头显示了在这些和其他实施例中球形光发射器可以相对于光导体和支撑元件具有三个旋转自由度。

如图1的示例所示，在这些和其他实施例中，支撑元件20可以被布置为例如板或片以限定圆形孔22，并且光发射器被安装成在孔中以进行旋转，使得球形弯曲的入射表面108和发射器表面104中的一者或两者在孔的周边处滑动地接合支撑元件。这允许光发射器相对于光导体调节三个自由度，也就是说，球形弯曲旋转表面可以围绕其原点在任何期望的旋转方向上旋转，同时保持与支撑元件滑动接触。

通过将光发射器布置成与支撑元件滑动接触，提供了一种自调节连接，该自调节连接提供了具有两个自由度并且基本上没有空转的指尖调节，并且该自调节连接，例如通过如所示示例中的重力，或者通过弹性偏压机构(未示出)，保持发射器100和支撑元件的接触表面23之间的恒定摩擦接触来自动补偿磨损。发射器100被牢固地保持(优选地大于支撑元件中的孔22)，并且可以比现有技术的可弯曲或铰接连接更精确地进行调节，现有技术的可弯曲或铰接连接因年久而松动，或者遭受空转或机械滞后，这导致它们偏离期望的位置。当然，不需要电连接到光发射器100，使得得到的组件在机械上简单且坚固。

进一步有利的是，光发射器的入射表面和支撑元件的接触表面23之间的滑动界面还提供了自清洁作用，该自清洁作用在每次调节光发射器时从入射表面擦拭污垢。如果希望清洁发射表面，可以布置类似的滑动界面。

有利的是，在这些和其他实施例中，球形弯曲入射表面的原点可以位于球形弯曲发射表面的原点处。进一步有利的是，一个或两个表面的原点可以位于第一反射器上，优选位于第一反射器的中心中，并且位于光导体的中心长度轴L1上。这使得有可能保持反射器的中心与光导体的恒定对准，并在光发射器旋转时提供恒定的聚焦功率。

图3示出了光导体如何通过间隙(通常是气隙)与光发射器或球光学器件100的入射表面间隔开。波导光离开波导并向球光学器件传输的方式取决于波导40的端面41的曲率、射线直接离开的介质的折射率以及波导的端部和球光学器件之间的分离距离(如果有的话)。

箭头示出了从光波导40的平面端面41发射的波导光的射线路径。对于低折射率介质(诸如位于间隙区域中的空气)的情况，射线在它们离开波导介质时会经历进一步的折射。出射光的这种进一步折射又会影响有多少光耦合到球光学器件100中。例如，如果射线的出射角度太高，则一些强烈折射的光可能会错过球光学器件。由于波导和间隙中的空气或其它介质空气之间的折射率差异，对于撞击波导40的端面41的射线也可能存在一定量的菲涅耳回射光。折射也可以影响离开球光学器件100并指向作业平面的光(或射线系列)的图案的性质。例如，在某些情况下，球光学器件可以被布置成形成波导的出射面的图像，这对于照明或发信号的目的可能是有利的，如下面进一步描述的。

由于所有这些原因，波导端面曲率、相邻光学介质之间的折射率差异以及波导端面和球光学器件之间的分离距离都可以被控制，以在波导的远端面41处获得期望的射线出射参数，从而适合特定的应用。

参照图4，与图3的布置相反，光发射器100的入射表面108的曲率使得入射表面能够交替地布置成与形成光导体的波导40的整个端面(即，整个光发射表面)41滑动接触。光发射器的曲率与波导的曲率匹配，使得导致光泄漏和滑动界面处眩光的菲涅耳反射最小化或被消除。

箭头显示了射线路径如何离开折射光波导进入光发射器的折射率匹配的半透明体中。

可选地，半透明承载材料可以布置在滑动界面处，以在光发射器和波导材料之间提供更紧密的机械接触，如下面进一步描述的。

在所示示例中，波导40和球光学器件100的折射率值匹配，使得射线在两种介质之间的界面处不经历菲涅耳折射。

在其他应用中，各自的折射率可能是不匹配的。例如，波导40可以由折射率在1.5的区域内的丙烯酸制成，而球光学器件100可以由折射率在2.2的区域内的立方氧化锆制成，使得球光学器件能够在保持两种介质之间的物理接触的同时引入折射效应。

参照图5，包括实心(solid)波导的光导体40可以被封装在外部壳体50中，该外部壳体50固定到形成支撑元件20的平片上。壳体50可以是不透明的(例如由铜、铬或不透明的丙烯酸制成)，以捕获从波导40泄漏的任何光，并保护其表面免受灰尘和其他污染。可选地，外部壳体50可以是半透明的，例如由有色丙烯酸制成，以提供对天花板的向上照明。

图6示出了球形光发射器100可以如何在保持与波导光导体40滑动接触的同时旋转三个自由度。入射透镜和发射器透镜聚焦光束，使得其可以通过旋转光发射器将其用作指向目标平面的聚光灯。

图7示出了包括光导体40和球光学器件100的波导杆如何能够以可调节的分离距离进行间隔开。光源30和光导体40一起安装在形成调节装置的可移动底盘支撑件62上，其中手柄可以手动前后调节，以改变波导杆的端部(发射)表面和球光学器件的入射表面之间的分离距离。这使得可以调整离开球光学器件的锥形光束的尺寸，例如，在目标平面上产生可变尺寸的光斑。

可选地，在这个和其他实施例中，代替手动调节装置，可以提供机动致动器60来远程调节分离距离。

图7的实施例还示出了有动力的(例如机动)致动器66可如何被提供用于相对于光导体来旋转光发射器。以这种示例方式，光发射器可以被配置为高架灯，其中光源位于较低水平处，并且经由垂直或倾斜的光导体连接到光发射器，并且被远程控制以引导光束。

图8显示了自动聚焦机构如何允许球光学器件和波导杆保持彼此物理接触，同时允许调节波导和球光学器件之间的光折射。在所示的示例中，变焦液体透镜63(如例如在EP1674892和Varioptic SA的其他专利中教导的)被放置在波导和球光学器件100的入射表面之间。可以看出，液体透镜腔室的出射窗64具有与球光学器件的曲率半径相匹配的曲率半径。液体透镜的焦距可以通过借助于来自电压源65的可变施加电压来改变腔室内油滴的表面的相对曲率来改变，允许经由低电流导线连接进行远程控制，例如，在舞台照明应用中，希望最小化高架灯发射器的重量和机械复杂性时。

该系统允许自动调节离开光学系统的光锥的尺寸，而不需要相对于球光学器件100物理平移波导端面41。这可以用来改变目标平面上的光斑尺寸，例如，当照明设备被配置为阅读灯时，或者用来照亮博物馆或画廊中的艺术品时。

可以使用其它变焦光学元件来代替液体透镜。例如，可以使用所谓的“实心(solid)可调透镜”，其包括一对具有相对的、相等且相反的弯曲表面的半透明板，如YongchaoZou、Wei Zhang、Fook Siong Chau和Guangya Zhou于2015年在Opt.Express 23,20582-20592中的“Miniature adjustable-focus endoscope with a solidelectrically tunable lens”中公开的。

当块板完全对齐时，它们表现为一个单元，无需任何聚焦功率，一个板引起的任何波相移被另一个板抵消。然而，当这些板在横向方向(穿过光轴)上彼此稍微偏移时，自由形式表面的总体折射效应像传统透镜一样折射光。实心可调透镜的优点在于，调节装置不一定需要电源，且从而除了在光源的位置处之外，整个光学系统可以是无源的(即不需要电)。

在上述实施例中，第一反射器位于赤道平面中，即包含球形光发射器100的中心的平面，并且波导的中心长度轴L1与球形光发射器的中心对准。

可选地，在这些和其他实施例中，第一反射器可以被布置成在第一方向上反射从光导体发射的光的第一部分以形成光束，并且允许从光导体发射的光的第二部分在第二方向上行进经过或穿过反射器以形成第二光束。可选地，在使用位置中，例如，通过如图22所示倾斜布置波导或如图25-28所示垂直布置波导，或者通过提供另一个反射器或折射器来向上引导行进经过或穿过第一反射器的光，第一光束可以被大致向下引导，而第二光束可以被大致向上引导。

在每种情况下，反射器可以根据需要是镜面反射的或漫反射的，并且可以如适于应用是平面的或弯曲的。反射器也可以是部分透射的，使得部分的光穿过它。反射器还可以在反射或透射模式下执行滤光功能。反射器可以位于球形光发射器100的赤道平面上，或者可以被定位成远离实现所需光学功能所需的赤道平面。

图9示出了第一反射器可如何定位在离球形光发射器的中心一定距离处，和/或波导的长度轴也可能不与球形光发射器的中心重合。当光发射器被旋转时会产生各种照明效果。

图10显示了照明设备的另一示例，其中系统的各种光轴彼此不重合，包括平面第一反射器，其中心不位于球光学器件的赤道平面内。更复杂的射线路径允许产生各种照明效果。

在这个和其他实施例中，无论位于赤道处还是远离赤道，第一反射器可以延伸小于球形光发射器的整个直径。例如，它可能仅占据球形光发射器的中心区域，从而允许从光导体接收的光的一部分绕过反射镜，以用于例如向上照明非反射光的部分照亮天花板或墙壁的地方。

图10的实施例包括次级光导体，优选波导42，其接收未从球光学器件100中的反射镜反射的光，并将它例如传导到另一个球光学器件。类似的布置可以用于例如图23的实施例中，其中多于一个的球光学器件由公共光源照射。如果光在进入次级波导42之前是部分透射的，则光可以绕过第一反射器或者穿过第一反射器。

图11显示了可以如何旋转光发射器以反射来自朗伯反射器102的光，例如，用于在向上照明模式中照亮支撑板20悬挂在其上的天花板。第二反射器122可以是镜面的，以在旋转到向下照明位置时提供更窄的更集中的光束。

图12A显示了纹理表面区域106可以如何在包含第一反射器的平面中(图12A)或在与第一反射器相交的平面中(图12B)形成为滚花环。用户可以通过将一个手指放在环部上来接合纹理表面区域以旋转光发射器。滚花环可以凹入到光发射器的相邻光滑表面之下，或者可选地，可以立于光发射器的相邻光滑表面之外(stand proud of)。选择其位置，使得其不会机械干扰光发射器的滑动支撑件，也不会光学干扰在其正常使用位置中的入射光或发射光。

图13显示了盘110，其从光发射器向外延伸以提供可由用户操纵以旋转光发射器的表面。

图14显示了具有纹理化表面区域106的另一个光发射器，该纹理化表面区域106可以是例如合适材料的带，诸如压花铜、切入球光学器件的材料中的滚花或粗糙表面，或者刚好低于球的直径切割的似宝石表面结构，或者覆盖有高质量宝石光学器件和晶体结构的区域。例如，当光发射器是由公共支撑元件20支撑以形成轨道照明系统的若干光发射器之一时，这可以提供装饰特征。

在可选实施例中，可以提供多个纹理化表面区域，或者可以在光发射器表面上的间隔位置处布置凹痕(indents)以帮助用户接合和旋转它。

图15显示了可选调节布置，其中磁体或磁体响应元件(例如，钢体)67正好嵌入球光学器件的直径内，使得它可以由磁体或磁体响应棒68旋转。

图16显示了光发射器如何能够包括一个或更多个光散射元件，诸如多面钻石或“闪光球”69，可选地在双面反射器的一侧上以在旋转到适当位置时提供装饰效果。

图17A和17B显示了光发射器和支撑元件的滑动接触面可以如何弯曲以彼此匹配。

参照图18A和18B，支撑元件20可以包括具有接触表面23的主体材料24，该接触表面23由滑动支撑光发射器的弯曲表面的承载材料25形成。承载材料可以比主体材料相对更软或具有更低的摩擦系数，并且可以是半透明的以将光从光导体的端面传导到光发射器的入射表面，例如，其中支撑元件包括管或杆的形式的实心波导材料，以同样用作光导体。即使提供了单独的支撑元件，类似的滑动界面也可以布置在波导和光发射器之间。

可选地，界面处的接触表面之一可能比另一个更硬，例如，通过用玻璃或硬塑料材料制造光发射器，而用较软塑料材料制造光导体，或者通过给其中一个表面提供硬涂层或软涂层。例如，一层相对柔软的、可选弹性的和光学半透明的承载材料25可以例如通过3D打印施加到界面处的波导的表面上，而滑动界面处的光发射器的入射或发射器表面可以比承载材料更硬，或者可选地，可以通过发射器上比承载材料更硬的涂层形成。波导还可以设置有毛毡层或其它柔软或抗静电承载材料层，可选地作为可替换垫，其形成或围绕滑动界面以减少光发射器的表面上的磨损并随着光发射器在使用中旋转而擦去灰尘。滑动接触表面中的一个或两个也可以由抗静电或低摩擦涂层保护。承载材料或整个支撑元件可以是3D打印的。诸如毛毡的缓冲承载材料也可以有助于在调节后将球形光发射器保持在所需位置中。

图19A和19B显示了弹性承载材料25可以如何被3D打印到支撑元件的主体材料24上以形成在使用中缓冲光发射器的接触表面23。类似的半透明材料可以3D打印到波导光导体的端面41上，以减少界面处的菲涅耳反射。

图20和21显示了另一种支撑布置，其中光发射器的球形弯曲表面安装成搁置在支撑元件20上，支撑元件20包括三个球轴承26，可选地安装成用于旋转，该球轴承围绕水平支撑板27中的圆孔22的周边布置。球轴承使光发射器居中并减少摩擦。

图22显示了被配置为安装在墙壁200上的照明设备。球形光发射器100可滑动地安装在平板支撑板20中的圆孔22中，平板支撑板20附接至墙壁并隐藏光源30和光导体40。当然，支撑板可以可选地形成光导体。可以包括第二光源31，以提供向上照明，同时光发射器提供向下光束以用于例如夜间阅读。光源可以单独切换。有利的是，来自大的入射透镜和发射器透镜的良好限定且均匀照明的光束允许用户阅读，而不会干扰存在于房间中的其他人。

图23显示了包括多个光发射器100的照明设备。每个光发射器可以彼此独立地旋转。在所示的示例中，每个光发射器可旋转地安装成延伸穿过支撑元件20中的圆形孔，该支撑元件20被配置为平片。提供固定装置21，以用于将片材固定在水平使用位置上，位于诸如天花板的水平表面下方，与该表面成隔开关系。

每个光发射器可以包括球形半透明体，该球形半透明体具有通常如上所述的第一反射器和可选的第二反射器。外部光发射器可以由次级光导体(优选为波导42)照明，其以类似于图10的布置的方式传输从初级波导40穿过内部光发射器的光的一部分。

在示出的示例中，照明设备包括五个臂，该五个臂被布置成形成以轨道照明系统的方式支撑不同尺寸的光发射器的星形。光源30可以包括供给所有光发射器的一个光源，或者多个光源，每个光源经由光导体40和可选的次级光导体42供给相应的一个或一组光发射器。

图24显示了可以如何将光导体形成为例如由模制的丙烯酸制成的弯曲波导40。在所示的示例中，波导在横截面上形成梯形，如果需要，该梯形可以有效地成像到作业平面上，但是可以选择任何其他横截面。支撑元件20被布置为单独的弯曲板。

图25显示了可以如何将光导体布置成在大致垂直的定向上来在其上端处支撑光发射器。在该示例中，照明设备包括具有垂直支撑件71的基座70，包括平板的支撑元件20安装在该垂直支撑件71上。光源30布置在基座处。在所示的正常使用位置上，形成光导体40的波导杆从基座垂直向上延伸，并且光发射器100可滑动地支撑在光导体的上端上方的支撑元件中的圆孔中。

图26显示了形成为实心波导杆的光导体40可以如何被管状外部壳体73包围，可选地还有包括实心半透明材料的波导，它们一起形成包括安装在基座70上的芯柱(stem)的大致垂直的支撑元件20，其中光发射器滑动地支撑在内芯柱部件40和外芯柱部件73中的一者或两者的弯曲端面上以形成例如台灯、落地灯或用于照亮舞台上的表演者的灯。当从侧面观看时，中心光导体波导40和/或外部壳体73可以对观察者是透明的。

外部壳体73可以是有色的，并且可以是弱照明的，以便除了从光发射器100作为更集中的光束发射的白光之外，还向房间提供环境照明。外部壳体73可以通过从其外表面传导和散射来自基座中的公共光源30的光的一部分，或者通过布置成从中心光导体40的外表面逸出的光的一部分，或者通过也方便地位于基座70中的单独光源(未示出)来照明。

在这个和其他实施例中，可以提供可调节的护罩或其他装置，用于选择性地覆盖光导体40或外部壳体73的外表面，或者以其他方式改变从任一部件泄漏的光量，使得用户可以在0％和100％之间调节分别在光束中和作为环境照明传递的光的比例。

在该实施例和其他实施例中，其中光导体被配置为波导，但是包括半透明波导材料的管，而不是实心板或杆，光可以通过全内反射传导通过波导材料，并且可选地或附加地，在管的中空内部内，在这种情况下，穿过管内部的光的一部分将通过管壁泄漏出去以提供环境照明。

在图27的示例中，球形光发射器可滑动地安装在由支撑元件20形成的圆孔22中，支撑元件20是支撑在垂直支杆71上的线环，垂直支杆71安装在基座70上，基座70也支撑配置为实心波导杆的光导体40。

图28示出了类似的配置，其中支撑元件20包括支撑三个轴承26的轭架。轴承围绕光发射器等间距间隔开，以在光发射器在轭架内旋转时支撑光发射器。

图29-32示出了类似于图26的布置，其中中心波导光导体40布置在管状外部壳体73内，管状外部壳体73的上端表面成形为形成可滑动地支撑球形光发射器100的接触表面23。外部壳体73在其下端处螺纹接合到内螺纹套环74上，该内螺纹套环74从基座30向上延伸以围绕光发射器30和光导体40。形成支撑元件20的外部壳体73绕其长度轴旋转，以调节接触面23的位置，从而调节光发射器的入射表面108和光从其发射的光导体的端面41之间的分离距离S。基座70可以很重，以便将照明设备支撑在使用位置上，例如形成台灯。

图31显示了当灯立于诸如桌面的水平支撑表面201上时，可以如何通过调节内部光导体的端面和光发射器的入射表面之间的间距S(mm)来改变由支撑表面上的光束形成的光斑的平均直径D(mm)。呈现的数据代表内部光导体，其形成为直径d为18mm或25mm的实心圆柱形半透明波导杆。

球光学器件有效地充当了将从波导杆40自然发生的输入射线系列转换成出射射线系列的经典透镜，在出射射线系列中，输入光束锥和出射光束锥之间存在共轭成像关系。以这种方式，从球灯系统投射的光斑的尺寸可以被改变成适合于照明作业的方式，诸如阅读小书或大报纸。

波导杆的远端和球光学器件之间的分离距离S可以从接触距离(即零分离)(图30)变化到大约20mm的分离距离(图29)。该曲线图显示，对于所选的灯系统设计参数，包括选择两种不同的波导杆直径，投射到作业平面(桌面)上的光斑直径可以在300mm直径到700mm直径的有用范围内变化，包括用于阅读例如小书或大报纸的期望作业范围。

作业平面上投射的光斑的形状由波导杆的横截面决定。例如，圆形轮廓的波导杆将投射椭圆形光斑，而方形轮廓的杆将投射矩形光斑。如果需要圆形或方形光斑，则光导体可以具有椭圆形或矩形截面，其中较短轴与光束的水平矢量对齐，以补偿光束在目标表面上的入射角。

在可选实施例中，可以采用另一种手动或自动机构来改变分离距离S。

图33示出了物体75可以如何布置在光导体和光发射器之间，以及照明设备可以如何被布置成将物体的图像75’投射到目标表面202上。物体可以是静态或运动图像、标记或任何其他可以作为图像投射到目标表面上的东西。

在该示例中，照明设备被布置为形成共轭成像系统，其中球形光发射器100的入射表面108和中心光导体波导杆40的发射端面41之间的分离距离可以通过旋转套环74中的螺纹管状外部壳体73来调节，以类似于图29-32的实施例的方式来改变接触表面23的高度。提供了转盘式系统74，由此可以将例如被配置为滑动或部分不透明掩模的物体75，或者诸如滤光器或偏振器的其他光束修改器旋转到端面41和入射表面108之间的位置上。

在这种配置中，照明设备可以用作例如投影灯系统，以用于将照明图像(例如，文字、符号或其他标记)投射到作业平面上，该作业平面可以根据需要通过球光学器件相对于物体平面的垂直调节来进行聚焦或不聚焦，如图所示。

在这个和其他实施例中，光导体可以具有限定光束横截面的非圆形横截面。例如，如果光束将照亮或投射图像到矩形目标表面上(诸如桌子或运动场的区域)，则光导体可以具有正方形或矩形横截面，使得光斑或图像具有与目标表面相同的形状和尺寸。

涉及物体、透镜和图像位置的光学系统可以被识别为所谓的共轭成像系统，其中在三个主要参数中的任何一个中：物体距离(u)、透镜的焦距(f)和到图像位置的距离(v)；可以布置成根据具体应用是可变的。

在可选的实施例中，诸如LCD显示器的数字光投射源可以定位在物体平面处，代替转盘74来投射和显示运动图形图像或其他物体，形成所谓的“语义”照明系统，其中光投射技术与一般作业照明相结合。本文描述的任何照明设备可以以类似于“语义地”功能的方式来配置，例如，同时照亮和显示在零售商店的货架上的物体上的销售价格。

图34显示了幻灯片(slide)保持器单元或LCD型显示器76可如何直接定位在变焦光学系统(诸如，如前所述的液体透镜63)的前面，其焦距可以被调整以确保幻灯片片或显示器上显示的物体可以被投射和聚焦在目标位置。有利的是，除了液体透镜腔室之外，在没有任何移动部件的情况下实现聚焦调节。

这种照明设备可用于例如照亮零售物品，并在照亮的物品上显示相关信息(例如价格、尺寸等)，其中标牌信息存储在照明设备中。球光学设备将允许销售人员容易地操纵光束并将其导向物品，并根据需要用光和/或信息照亮。

图35显示了照明设备可如何包括第一光导体40和第二光导体40’。第一反射器102被布置成反射从第一光导体和第二光导体发射的光，以分别作为第一光束和第二光束经由第一发射器透镜离开光发射器。在所示的示例中，第二光束被布置成围绕第一光束。这是通过将第二光导体40’布置为围绕第一光导体40的实心波导材料的管状壳体来实现。光源30包括布置在基座70中的多个LED，以将光发射到每个光导体的下端面中。

光发射器100可以与第一光导体和第二光导体中的至少一个间隔开可调节的距离，以及第一调节装置被提供用于改变光发射器和第一光导体和第二光导体中的相应一个之间的距离，而不改变光发射器和第一光导体和第二光导体中的另一个之间的距离。在图示的示例中，第一调节装置包括螺纹套环74，外部管状第二光导体40’容纳在该螺纹套环74中，使得其可以被旋转以改变光发射器与其发射表面41’之间的分离距离S2，而不改变光发射器与第一光导体40的发射表面41之间的相应的分离距离S1。

根据需要，不同类型的光源30可以组合到灯系统中，以使用不同照明光谱的适当程度的聚焦内和聚焦外成像投射到适当的作业平面上。例如，使用来自第二光导体40’的光束的瞄准光束可用于通过例如将环形或套形图像投射到作业平面上来识别和限定作业平面中的对象，并且来自第一光导体40的光可用于用来自光谱的合适区域的光辐照对象。

例如，这可以用于激光外科手术中，以确保外科医生在发射主(外科)光束之前瞄准正确的手术位置。有利的特征包括各种光学元件集中在公共光轴周围，以及该轴可以容易地指向作业平面。

所示示例显示了一种借助于简单的滑动和旋转调节机构实现球光学器件和光波导之间的相对调节的方法。外部圆柱形管状波导40’在螺纹套环74内的旋转为外部波导40’将照明投射到作业平面上提供聚焦动作(上下移动)。另外，如图所示，光发射器100以及内部波导40和外部波导40’二者的发射表面41、41’之间的分离距离S1和S2可以通过垂直螺纹调节机构77同时调节，这改变了支撑元件20在基座70上方的高度。机构77可以是自动的，例如，使用步进式电机来驱动。当然，可以使用可选的调节机构。

图36显示了照明设备可以如何包括光检测器78，该光检测器78被布置成接收经由第一发射器透镜105进入光发射器100并被第一反射器102反射的光。在所示的示例中，照明设备包括附加光导体79，以用于传导经由第一发射器透镜进入光发射器并且被第一反射器反射到光检测器78的光。

照明设备适于提供共轭成像系统，其中位于作业或图像平面202中的对象或目标可以被成像回到灯系统中，并且通过例如包括附加光导体79的波导收集系统传送到可以布置在任何合适的检测平面中的检测器78。以这种方式，入射光信号可以在检测平面中由检测器78处理，该检测器78可以是例如用于解析图像的照相机系统、用于区分光的存在和不存在的简单光检测器或任何其他检测元件，以及相应处理的图像或信号。然后，对来自作业平面的检测图像或信号的分析可以根据对于给定作业的适当要求，调用对来自灯系统的光束方向或照明的波长或强度的调整。

该图显示了来自光导体40的一组射线，其被配置为投射到作业平面202上的管状波导，同时来自作业平面的光射线被球光学器件100收集并成像回系统中，其中它们被大的发射器和入射透镜聚焦到中心光收集波导79的端部上；一旦进入光收集波导79中，入射光信号通过全内反射被传送到安装在基座70中的检测器78。有利的是，在基座70上方仅存在无源光学部件，所有光电部件都布置在基座单元70中，使得照明设备具有简单的结构，并且可以例如在敏感或恶劣的环境中使用。

在可选实施例中，代替单个外部管状波导，波导照明杆的环形阵列可以安装在中心光收集波导79周围。

如同在其它描述的实施例中的光导体一样，波导79可替换地由包含以间隔、串联关系布置的多个透镜的管替代。

用于作业平面202和中心光收集波导79之间的可变共轭成像的球光学器件100的垂直调节通过位于螺纹套环74内的外部圆柱形支撑管20实现，使得它可以被旋转以相对于中心波导79降低或升高球光学器件100。

根据要实现的作业，照明波导和中心检测波导的端面41、80可以不必是共面的。例如，该图显示了外部照明波导的端部41被设置为比中心波导79的端面80更靠近球光学器件100的情况。以这种方式，当中心波导79和作业平面202形成共轭图像对时，来自外部照明波导40的光被模糊或分布在作业平面上。这种情况在分析例如来自位于作业平面202处的物体的荧光时可能是有用的，其中来自照明波导40的(模糊的)光通过用光广泛照亮该物体来刺激来自该物体的荧光，同时由该物体发射的荧光被成像回到中心收集波导79中，以用于在检测器78处检测和处理。

如果相应的照明和检测波导的端面41、80被布置成共面并与作业平面共轭，则来自照明光束的光将围绕作业平面202的中心区域形成环形(圆形或椭圆形)，并且来自投射的椭圆内的任何光将被成像回到光收集波导79上。

可以设计替代的调节装置来允许外部照明波导40相对于球光学器件100和中心波导79进行调节，以允许一系列共轭成像场景(即模糊或聚焦)。

在该图中，成像到中心光收集波导79的端面80上的光被折射并被导向位于灯外壳的基座70中的检测系统78，并且根据光收集波导79的长度和直径，折射的射线在沿着波导传播时会经历全内反射。在光收集波导的接收器端78处，检测到的信号或图像可以由传感器或计算机系统处理，并且灯系统相应地进行调节以移动照明光束来跟随移动的物体，或者增加或减少场景中的光的水平。

物理上大的“宏观”光波导(例如，直径几十毫米)的性质取决于波导的端面表面的质量(例如抛光)，聚焦在波导一端的图像可以很好地转移到波导的另一端，因此如果需要的话，它可以被相机系统看到。可选地，如果波导端面被制成漫射的，则波导中的光射线会变得杂乱无章且无这种成像的可能。

这使得例如可以将相机系统78安装在灯的基座70中，该相机系统78与灯系统的其他特征结合到一起可用于检测球透镜光学器件100的视场内的特定移动并相应地调节系统的光输出和聚焦。组合在球形光发射器100(可滑动地安装在支撑管20上)中的入射透镜和发射器透镜的旋转球接头动作随后可以容易地用于在目标移动穿过场景时跟随目标。

可以进一步理解的是，照明和检测光束可以根据需要从电磁光谱的不同波段(例如紫外、可见和/或红外波段)中选择。

在图37的示例中，通常类似于图36的光投影和检测系统使用相机或检测器78，该相机或检测器78位于光学系统的共轭像平面(相对于作业平面)而不是如图36的实施例中的波导的下端处。这可以在例如其中希望直接检测入射光信号的情况中使用，从而避免光收集波导对入射光信号的损失和/或失真。

可以通过使用位于螺纹套环74内的外部支撑管20来调节球光学器件100，以实现作业平面和检测平面之间的适当共轭成像，从而允许球光学器件100相对于检测器78垂直下降或上升。可以提供替代装置来独立或同时调节管状照明波导光导体40、检测器78和/或球光学器件100的发射面41的相对位置。

图38A和38B显示了具有球形光发射器的另一照明设备，示出了光发射器可以如何包括具有不同特性的第一反射器102和第二反射器122。光发射器100的半透明体101包括限定第一发射器表面104的第一发射器部分103连同具有第二发射器表面124的第二发射器部分123，该第一发射器表面104被成形为限定第一发射器透镜105，该第一发射器透镜105如上总体所述起到将来自第一反射器的光作为第一光束传输的作用，该第二发射器表面124被成形为限定第二发射器透镜125。第二反射器122被布置成反射从光导体40发射的光，以作为第二光束经由第二发射器透镜125离开光发射器100。

在所示的示例中，第一反射器和第二反射器背对背布置并弯曲，使得第一反射器是凸形的，而第二反射器是凹形的，允许用户选择两种不同的光束类型，并根据需要将每个光束旋转到期望的位置。因此，光发射器相对于光导体是可旋转的，以选择性地从第一反射器和第二反射器反射从光导体发出的光。

可选地，第一反射器和第二反射器可以被配置和定位成使得光发射器也可以旋转到其中光发射器同时从第一反射器和第二反射器反射从光导体发出的光的位置。

在这个和其他实施例中，第一反射器可以在一侧是镜面的以形成主光束，而第二反射器可以是漫射的或朗伯式的以产生更宽的、不太清晰限定的光束，该更宽的、不太清晰限定的光束提供环境光，该环境光可以被向上引导以照亮天花板。

半透明体101包括第一入射部分107，该第一入射部分107被布置成将从光导体发射的光传导到第一反射器，该第一入射部分具有入射表面108，该入射表面108被成形为限定第一入射透镜109，如前述实施例中那样。半透明体还包括第二入射部分127，该第二入射部分127被布置成将从光导体发射的光传导到第二反射器，该第二入射部分具有第二入射表面128，该第二入射表面128被成形为限定第二入射透镜129。可以看出的是，第一入射透镜和第二入射透镜由一个组合的入射表面108、128的两个相应部分限定，该组合的入射表面108、128具有跨过两个入射透镜延伸的连续球面曲率。

在其他方面中，光发射器通常被安装并且类似于前面描述的其他实施例起作用。照明设备包括支撑元件20(在所示的实施例中包括光导体40)，并且组合的入射表面108、128可滑动地安装在支撑元件上，以支撑光发射器相对于支撑元件旋转至少两个自由度。

可选地，如图23所示，照明设备可包括多个所述光发射器，每个光发射器可独立于其他光发射器旋转。如图23所示，在支撑元件20是片材的情况下，每个光发射器100可以被布置成延伸穿过片材中的孔，并且照明设备可以包括固定装置，以用于将片材固定在水平使用位置上，该水平使用位置位于水平表面下方，与水平表面成隔开关系。

图39示出了照明设备，其中形成为波导杆40的光导体的端面41限定物体平面，且半球形光发射器100与波导40一起布置以形成共轭成像系统，从而将物体平面处的物体的图像投射到作业平面202上。要理解的是，类似于图39所描绘的射线路径，尽管未示出，但也可以存在于照明设备被布置成形成如上所讨论的共轭成像系统的各种其他实施例中。

参照图40，以与前述实施例类似的方式，光发射器100被布置成其入射表面滑动地容纳在支撑元件中的圆孔22中，该支撑元件包括平板20，该平板20由例如透明或不透明塑料材料、不锈钢或其他材料制成。然而，在该实施例中，支撑板20安装在透明壳体72上，使得光发射器的面向下的入射和发射器表面被封闭在板20和壳体72之间，并且光束经由壳体被发射。有利的是，这种布置完全排除了来自光发射器和光导体的所有光学表面的灰尘。壳体72有利地是半球形的，如所示，尽管其它形状也是可能的，并且可以例如如所示的支撑在光导体上，该光导体也是波导杆40或外部管状波导壳体73。类似地，支撑元件20可以被成形为平板以外的形状。如图所示，光发射器可以是球形的，其位于反射器102上方的上半球是半透明的或不透明的；例如，它可以由不锈钢制成。光发射器可以设置有手柄81，手柄81方便地从其上半球如所示地延伸，以使用户能够调节其位置。如在前面的实施例中一样，光发射器100可以如所示地布置在离由波导杆40的端部限定的物体平面的共轭距离处，以便将图像投射到目标平面202上。

在可选实施例中，照明设备可以包括多个可互换的光发射器，每个光发射器具有不同的光学性质。例如，不同的光发射器可以具有不同形状的透镜或反射器，以改变光学系统的焦距或其他参数。不同的透明体可以或多或少是透明的或漫射的(例如，具有混浊体、包含折射或反射颗粒、具有磨砂表面等)。不同的反射器可以分别是镜面反射和朗伯反射。用户可以选择性地交换光发射器，以便改变照明设备的光学性质。通常，上述实施例中的任何一个可以以这种方式提供有多个可互换的光发射器。在光发射器安装在支撑元件中的圆孔中的情况下，光发射器可以仅从孔中提起并被另一个光发射器替代以提供所需的效果。

总之，优选的照明设备包括具有球形半透明体的光发射器，该球形半透明体包含至少一个反射器并限定大的组合的入射和发射透镜。光发射器反射并聚焦来自波导的光，以将光束投射到目标表面上。光发射器优选可滑动地安装成用于在支撑元件上旋转，该支撑元件可以包括板中的圆孔，并且可以被配置为悬挂在天花板下面的台灯或舞台灯、壁灯或下照灯。除了光束之外，波导或光发射器可以提供环境照明或向上照明。

应当理解的是，通常，本文描述的各种特征可以以任何期望的组合进行组合，而不限于所示实施例中所示的那些。

在实心波导杆用作光导体以将光从光源传送到光发射器的实施例中，可以选择导体的形状和尺寸以在发射光束中产生与波导内的整体反射相关联的同心环图案；这种效果可能会被使用波导杆照明器的照明系统用于例如美学向上照明。

在又一可选实施例中，光发射器的半透明体不需要完全球形。它可以包括球形或非球形弯曲表面，形成入射表面或者光发射器的任何其他部分，该表面可滑动地安装成在光导体或其他支撑元件上旋转，以便提供具有一个或更多个自由度的旋转。例如，光发射器可以是半球形的，或者可以是圆柱形的并安装成在支撑元件中的矩形孔中旋转。在每种情况下，半透明承载材料可以布置成将光从光导体传导到半透明体。

该反射器或每个反射器优选相对于光发射器的半透明体是固定的，尽管如果需要可以提供可调节的安装。在另外的可选实施例中，一个或更多个反射器可以布置在半透明体的外部，例如作为表面涂层或固体壳体或反射镜板。

在需要更大照明强度的每个实施例中，照明设备可以包括复合光源，该复合光源包括多个高强度或点光源(诸如发光二极管)以及多个单独的光导体，每个光导体传送从多个光源中的相应一个或更多个光源发出的光。可选地，多个光导体可以捆绑在一起以将光传导到光发射器，或者可以将光传导到一个或更多个主光导体，该一个或更多个主光导体例如如任何所示实施例中所示地布置，该一个或更多个主光导体又将从所有多个光导体接收的光传导到光发射器。多个光源可以布置在例如照明设备的基座中，其中多个光导体布置成光纤或杆，并会聚到向上延伸到光发射器的或每个主光导体的基座。

对于本领域技术人员来说，在权利要求范围内进行其他可能的修改是明显的。

Claims (17)

1.一种照明设备，包括：至少一个光发射器、至少一个光源和至少一个光导体，所述至少一个光导体被布置成将光从所述光源传导到所述光发射器；

所述光发射器包括半透明体和第一反射器，所述第一反射器连接到所述半透明体或与所述半透明体成一体；

所述半透明体包括第一发射器部分、第一入射部分、和球形弯曲表面，所述球形弯曲表面限定了所述第一发射器部分的第一发射器透镜和所述第一入射部分的第一入射透镜；

所述第一入射部分被布置成将从所述光导体的发射表面发射出的光经由所述第一入射透镜传导到所述第一反射器；

所述第一反射器被布置成反射从所述光导体的所述发射表面发射的所述光，以作为光束经由所述第一发射器透镜离开所述光发射器；

其中，所述光发射器相对于所述光导体是可旋转至少两个自由度的，以引导所述光束；并且

其中，所述光发射器与所述光导体间隔开以限定所述发射表面和所述第一入射透镜之间的分离距离(S)，所述分离距离(S)相对于所述光发射器和目标平面之间的距离被选择，以使得所述第一入射透镜和所述第一发射透镜形成共轭成像系统，该共轭成像系统在所述目标表面具有目标平面且在所述光导体的发射表面具有物体平面；并且

其中，或者

(i)物体被布置在所述光导体和所述光发射器之间，并且所述照明设备被布置成将所述物体的图像投射到所述目标表面上，或者

(ii)所述光导体具有限定所述光束的横截面形状的横截面,并且所述照明设备被布置成将相应形状的、清晰限定的光池投射到所述目标表面上；并且

其中，或者

(i)提供调整装置来改变所述分离距离(S)，或者

(ii)变焦光学元件被布置在所述第一入射透镜和在所述发射表面的所述物体平面之间。

2.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述物体被布置在所述光导体和所述光发射器之间，并且所述照明设备被布置成将所述物体的所述图像投射到所述目标表面上。

3.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述光导体具有限定所述光束的所述横截面形状的所述横截面，并且所述照明设备被布置成将所述相应形状的、清晰限定的光池投射到所述目标表面上。

4.根据权利要求1所述的照明设备，其中，

(i)所述物体被布置在所述光导体和所述光发射器之间，并且所述照明设备被布置成将所述物体的所述图像投射到所述目标表面上，以及

(ii)所述光导体具有限定所述光束的所述横截面形状的所述横截面，并且所述照明设备被布置成将所述相应形状的、清晰限定的光池投射到所述目标表面上。

5.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一发射器透镜限定第一发射器轴，并且当沿着所述第一发射器轴观察时，所述第一发射器透镜在垂直于所述第一发射器轴的所述光发射器的总截面面积的至少大部分上延伸。

6.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一入射透镜限定第一入射轴，并且当沿着所述第一入射轴观察时，所述第一入射透镜在垂直于所述第一入射轴的所述光发射器的总截面面积的至少大部分上延伸。

7.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述照明设备包括至少一个支撑元件，

并且所述半透明体的所述弯曲表面是可滑动地安装在所述支撑元件上的，以支撑所述光发射器相对于所述支撑元件旋转所述至少两个自由度。

8.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述支撑元件限定圆孔，

并且所述半透明体安装成在所述圆孔中旋转。

9.根据权利要求8所述的照明设备，其中，所述球形弯曲表面在所述孔的周边处可滑动地接合所述支撑元件。

10.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述支撑元件包括所述光导体。

11.根据权利要求7所述的照明设备，其中，所述支撑元件是片材，并且所述光发射器被布置成延伸穿过所述片材中的孔。

12.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述第一反射器定位在所述半透明体内。

13.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述半透明体是球形的。

14.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述光导体是实心半透明材料的主体。

15.根据权利要求1、权利要求3或权利要求4所述的照明设备，其中所述横截面是非圆形的横截面。

16.根据权利要求1所述的照明设备，其中，外部管状波导壳体布置在所述光导体周围以传导来自所述光源的光的一部分。

17.根据权利要求1所述的照明设备，其中，所述照明设备包括基座，并且所述光源布置在所述基座处，并且在正常使用位置上，所述光导体从所述基座竖直向上延伸，并且所述光发射器支撑在所述光导体的上端上方。

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