CN109716018A - 光学布置、照明系统和光照方法 - Google Patents

Abstract

用于照射空间内的区域的光学布置，包括具有可调节的相对位移的反射器阵列和透镜阵列。透镜阵列的每个透镜布置成接收来自空间内的第一位置的光并将其定向到反射器阵列的反射器中的一个上。每个透镜还被配置为接收从反射器阵列反射回来的光并将其朝向该空间内的第二位置重定向。通过调节在个阵列之间的相对位移，可以配置第二位置的方位。

Description

光学布置、照明系统和光照方法

技术领域

本发明涉及用于照射空间内的区域（并且特别用于借助于远程定位的光照源的反射来照射区域）的光学布置和照明系统。

背景技术

办公室照明最通常借助于天花板“暗灯槽”提供，天花板“暗灯槽”是（通常是矩形的）设计成容纳荧光或LED光源并配置成安装到模块化的吊顶天花板网格中的灯固件。暗灯槽通常包括反射和/或漫射光学部件，以调制发射光的方向或特性。

基于暗灯槽的照明解决方案的一个缺点是光通常跨所照射空间均匀地分布，导致大量浪费的光，其中光被定向到不需要光照（至少不需要在相同的强度下的光照）的空间内的区或区域（例如，在位于办公室中的桌子或工作站之间）。

附加地，例如，在办公室内光照的情况下，提供给每个桌子或工作站的光的水平或强度不能被独立控制，因为光跨所照射空间内的所有区域以均匀、非差别对待的方式分布。在许多情况下，对空间中不同区域的照明的独立控制将是有用的，例如，对于老年人或视力受损的工人或用户实现光水平的暂时增加，同时对于其他工人/用户保持光水平相对较低。例如，局部增加的光（临时或其他方式）对于执行精确任务也可能是有利的，或者在执行基于屏幕的任务时将光水平改变为较低（以避免眩光）并且在执行基于纸张的任务时将光水平改变为较高可能是有用的。

安装目前已知的基于暗灯槽的照明系统通常也是昂贵的（由于需要将电缆穿过天花板到每个暗灯槽），并且需要相对高水平的维护（维修损坏的灯/传感器、改变入网初始化设置、维修入网初始化错误）。如上所述，已知的暗灯槽系统不能够实现光照特性（诸如亮度、颜色、方向性或用于实现个体定时或日程安排（诸如以适合个体昼夜节律））的局部定制。

作为基于暗灯槽的照明系统的替代方案，已知使用基于地面的光源，其被配置为向上投影到天花板上。这在天花板上创建了一亮点，然后它的反射照射正下方的空间。诸如此类的基于地面的光照在改变局部光水平和特性方面提供了更大得多的灵活性。可以以高度局部化的方式提供光，其中每个工作站或桌子例如设置有单独的基于地面的光源，其可以单独调节。

然而，为了效率，这种系统通常要求天花板涂成白色，或者安装有专用的反射器面板。白色天花板导致光在不需要的方向上传播，并且因此浪费。

从EP-2711773中已知一种反射器面板。已知的反射器面板包括微机械反射器阵列，其被布置成选择性地将来自光源的光的各部分定向到选择的目标，其中反射器阵列是连续可操纵的。已知的反射器面板适合于为静态或视频摄影提供合成光照，并且它可以与紧凑型相机集成到蜂窝电话、平板计算机、膝上型计算机、数字静止图像相机或数字视频图像相机中。

然而，作为基于天花板的照明（诸如基于暗灯槽的照明系统）的替代方案，已知的反射器面板对反射光的方向性提供非常有限的控制程度。为了在特定位置实现光照，必须将基于地面的光源固定在精确的相对位置，以便实现所需的反射角。通常，由于办公室（或其他空间）的布局所施加的限制，这是不实际的，并且因此光通常被投射到与工作站位置不精确一致的区或区域上。这限制了对所提供照明的个性化控制的可能性。

因此，需要能够提供对光照方向性的改进控制的照明系统和相关联的装置。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本发明的一方面，提供了一种用于照射空间中的区域的光学布置，包括：

透镜阵列，包括多个透镜；

反射器阵列，包括多个反射器元件；

其中每个透镜布置成将源自所述空间内的第一位置处的光源的光定向到所述反射器元件中的一个上，并且每个反射器元件被布置成将所接收的光反射回到它从其被接收的同一透镜上，以朝向所述空间内的不同的第二个位置重定向，以及

其中，透镜阵列和反射器阵列中的至少一个具有可调节方位，以便配置所述第二位置。

因此，本发明提供了一种反射器面板型解决方案，用于使基于地面的照明能够重定向到空间内的具体定制位置。通过提供具有可调节的相对位移的反射器阵列和透镜阵列对来实现对方向性的控制。通过控制此相对位移，改变两个阵列之间的光学相互作用，从而改变在光学布置处接收的射入光与离开光学布置的射出光之间的偏离角。以这种方式，可以实现对光照方向性的控制。

透镜阵列和/或反射器阵列的方位可以是可手动调节的（即，用手）或者可以是可机电控制的（即，借助于马达或致动器部件）。

术语“阵列”可以指在相邻元件（反射器或透镜）之间具有均匀间距的规则布置。在示例中，透镜阵列的间距可以等于反射器阵列的间距。以这种方式，光学布置可以配置成使得每个透镜与相应的单个反射器元件光学耦合而提供。每个透镜布置成将光定向到反射器元件中的相应的一个上，并从反射器元件中的相同的一个接收光。

术语“光源”可以指任何能够发射光的设备，诸如白炽光源、放电光源和电致发光光源（例如基于LED或激光的光源）。

除上面的之外，多个反射器元件中的每个具有第一表面部分和第二表面部分，第一表面部分和第二表面部分布置成使得从透镜中的一个入射在第一表面部分上的光朝向第二表面部分反射，第二表面部分布置成将从第一表面部分接收的光朝向第一表面部分从其接收光的所述同一透镜反射。

在符合先前段的示例中，从反射器元件回到透镜元件的反射涉及反射器元件本身的表面之间的至少一个反射过程。因此，在这些示例中，光不是由反射器元件直接反射，而是经由在反射器元件本身内发生的二次反射间接地反射。这可以例如帮助促进光返回到它从其被接收的同一透镜，因为光可以经由第二表面部分在它从其被接收的透镜的方向上被操纵回。

附加地或可替代地，反射器元件中的一个或多个适配成在与入射方向平行但不重合的方向上反射入射光。

在符合先前段的示例中，光被反射器元件中的所述一个或多个沿与入射光路径平行、但是被横向地平移或偏移的路径反射。以这种方式，从反射器阵列返回的光在相对于它出射的点横向地偏移的点处入射到透镜阵列处。光的从反射器阵列的出射点和到反射器阵列的再进入点之间的这种平移偏移产生射入到作为一整体的光学装置的光和从作为一整体的光学装置射出的光之间的方向性的偏移。正是这种光学机构因此能够配置和控制射出的光的方向性。

在特定示例中，多个透镜元件中的每个可以适配成将接收的光朝向反射器元件中的一个会聚。透镜元件可以是会聚透镜。会聚透镜具有以下属性：以准直束中入射在透镜处的光被聚焦到透镜焦平面中的一点。从空间内的位置入射在透镜中的至少一个处的光可以假定近似准直，并且因此可以聚焦到靠近反射器中的至少一个的焦平面上的一点。沿平行但空间平移的路径返回的光有效地从所述焦平面内的不同点返回到透镜，并因此以近似准直的束离开透镜，该束沿与到达光学布置处的方向不同的方向行进。

根据一个或多个示例，透镜阵列和反射器阵列中的每个可以具有可调节的方位，并且其中每个借助于在各自不同的方向上的移动而可调节。一个可以沿第一方向可移动以便调节其方位，并且另一个沿第二、不同方向可移动。所谓的方向可以是指方向向量，其中这些可以指笛卡尔方向向量（即x、y 、z方向），或来自不同坐标系的方向向量，诸如极坐标系（径向、方位角方向）、球坐标系（径向、方位角、极方向）或柱坐标系（径向、方位角、z方向）。

在更特定的示例中，两个阵列可以以分别不同的且正交的方向而可移动。这可以简化调节机构，因为可以实现阵列的相对定位的两个调节方向，但是其中每个阵列仅需要适配成沿单个向量方向移动。

仍然更特别地，在透镜阵列形成（describe）平面的情况下，透镜阵列和反射器阵列可以各自在与所述平面平行的不同正交方向上可调节。以这种方式，可以在位于由所述两个正交方向限定的平面中的任何特定方向上实现阵列之间的位移的相对调节。这有助于最大化阵列相对定位的调节自由度，并因此有助于最大化对空间中所述第二位置（光被定向到的位置）的方位的控制程度。

在下面的描述中，落入（即平行于）与透镜阵列平行的所述平面内的方向可以称为“横向”方向。

根据一个或多个示例，在透镜阵列形成平面的情况下，透镜阵列和反射器阵列中的一个可以是在垂直于所述平面的方向上可调节。垂直调节可以使得从光学布置向外透射的光的聚焦能够被调节，并且可以使得投影的束点的质量或清晰度能够被改进或增强。

在实施例中的至少一子集中，透镜阵列可以是整体形成的光学实体。它可以制造成单个件，即单个光学元件。通过提供是整体形成的光学实体的透镜阵列，可以使得光学布置的组装更简单和/或光学布置可以受益于改进的稳健性-结构稳健性和操作稳健性两者（因为由各个透镜之间的连接或间隙引起的光学缺陷或像差可以被避免或减轻）。

在另外的示例中，透镜阵列可以借助于将填充阵列的多个透镜组装和连接在一起来构造，使得所有元件连续地或非连续地连接以形成基本上整体的光学实体。例如，多个透镜可以各自通过光学材料连接。它们可以被连接，使得它们之间没有开放空间或间隙。

根据一个或多个示例，反射器元件可以是角反射器。

可选地，反射器元件可以是基于全内反射（TIR）的角反射器，其中阵列包括光学透射实体，该光学透射实体具有定位或形成在其内、沿着远侧（相对于透镜阵列）壁或边缘排列的立方体形状。

根据一个或多个示例，反射器阵列可以是整体形成的实体，并且可以特别地包括以下中的至少一个：金属镜、介质镜和基于TIR的镜。所谓的基于TIR的镜是指被配置为基于全内反射原理反射入射光的部件。

根据实施例的至少一子集，光学布置还可以包括用于驱动透镜阵列和反射器阵列中的至少一个的方位的调节的马达机构。马达机构可以包括机电一体型马达，或者可以包括任何形式的致动器或机械化移动装置，其中电能被转换成机械能（动能和/或势能），用于操纵阵列中的一者或两者的方位。

马达化的调节可以使得调节更简单或更容易。它可以使得空间内的第二位置的调节能够从光学布置远程调节，因此消除获得对装置的紧密接近以便对其进行配置的需要。在期望在执行安装之后配置光学布置的方向设置的情况下，这是有益的。马达机构还可以使得自动化的或系统化的调节能够被执行（即，与直接人为控制相对的借助于软件执行的调节）。

在示例中，该布置可以包括用于向所述马达机构提电气功率的功率收集单元。功率收集单元可以是包括一个或多个太阳能电池、用于从入射光中收集电能的太阳能收集单元。它可以是基于NFC的功率收集单元，适配成将NFC无线信号转换为可用的电能。它可以收集电、磁或电磁（RF）场、气压变化（环境或声学）、温度变化和/或收集任何其他形式的能量流。功率收集单元可以包括可再充电电池和/或电容器或超级电容器，用于存储电能以供稍后用于为马达机构供电。可以借助于功率收集电路（例如，太阳能或NFC收集）对电池、电容器或超级电容器充电。

即使在没有市电电连接的情况下，这些示例也可以使得马达化的调节能够被执行。例如，在安装的情况下（其中市电功率可能尚未连接或者出于安全原因可能故意断开），这可能是有用的。在任何事件中都可能期望将调节电路与市电功率供应隔离，以便例如防止用（通常是高功率的）主市电供应使（通常是低功率的）马达电路过载。

而且，出于简化安装过程的原因，可能期望没有与光学布置的任何市电连接。由于光学布置不需要集成光源的存在（与例如常规的基于暗灯槽的照明单元不同），因此不需要局部功率供应来驱动光照源。提供功率收集单元或电池单元（用于驱动马达机构）允许避免提供市电供应。这消除了将电缆穿过光学布置中的每个的需要，并且因此使得安装更快、更简单和更便宜。

射出光的瞄准（以在空间内配置所述第二位置）可以“手动地”执行，即通过将远程定位的光源从第一位置定向到光学布置上并逐渐调节反射器和透镜阵列的相对位移，直到射出光被定向朝向所期望的第二位置。

可替代地，可以“自动地”执行瞄准，即借助于软件定向的控制。这里，（远程定位的光源的）的已知的第一位置和期望的第二位置可以提供为对控制器的输入变量，并且安装在控制器上的软件然后被配置为调节阵列的相对定位以便将光定向到所述所期望的第二位置。

根据一个或多个示例，该布置可以包括与所述马达机构可操作地耦合的接口单元，用于接收用于配置透镜阵列和/或反射器阵列的调节的控制命令。接口单元可以适配成接收无线控制命令或有线控制命令。借助于非限制性示例，控制命令可以借助于标准局域联网协议、通过蓝牙、通过NFC、通过ZigBee、通过Z波或通过任何其他通信协议或系统来发送。

根据本发明的另一方面的示例提供了一种用于照射空间中的区域的照明系统，包括：

定位于空间内的第一位置处的灯具，适配成生成光输出；和

根据上述示例和实施例中的任一个的光学布置，其远离灯具定位，并且布置成接收所述光输出并将其朝向该空间内的第二位置重定向。

该照明系统通过可控制地调节透镜阵列和反射器阵列的相对定位，使得能够可控制地将光照提供给空间内的期望区域。由于可以可控地调节光学布置的输出方向性，因此，在将灯具定位在更宽得多的范围的合适方便的位置处时，可以将光照提供给空间中的期望位置（即，具体工作人员/用户的桌子）。

在示例中，灯具可以包括变焦透镜，用于调节发光输出的聚焦，例如发光输出的焦点。附加地或可替代地，它可以改变光被定向到的（多个）反射器阵列的特定区域。它还可以改变光传播的（光学布置、透镜阵列或反射器阵列的）总入射区。变焦透镜可以影响输出光的方向特性，因为这些特性在某种程度上取决于在透镜阵列处接收的光的对焦状态（例如，光被准直的程度，或者相反，光被发散的程度）。

根据本发明的第三方面的示例提供了一种向空间内的区域提供光照的方法，包括：

从空间内的第一个位置朝向远程定位的光学布置定向光，该布置包括：

透镜阵列，包括多个透镜；

反射器阵列，包括多个反射器元件；

其中每个透镜被布置成将从所述空间内的第一位置处接收的光定向到所述反射器元件中的一个上，并且每个反射器元件被布置成将所接收的光反射回到它从其被接收的同一透镜上，以朝向所述空间内的第二不同位置重定向，以及

其中，透镜阵列和反射器阵列中的至少一个具有可调节的方位；

其中，多个反射器元件中的每个具有第一表面部分和第二表面部分，第一表面部分和第二表面部分布置成使得从透镜中的一个入射在第一表面部分上的光朝向第二表面部分反射，第二表面部分布置成将从第一表面部分接收的光朝向第一表面部分从其接收光的所述同一透镜反射，和/或其中反射器元件中的一个或多个适配成在与入射方向平行但不重合的方向反射入射光；

并且该方法还包括：

调节透镜阵列和反射器阵列中的至少一个的方位，以便配置所述第二位置。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示意性地图示了根据本发明的第一示例光学布置；

图2示出了第一示例光学布置的反射器阵列的第一调节设置；

图3示出了第一示例光学布置的反射器阵列的第二调节设置；

图4示意性地图示了根据本发明的第三示例光学布置；

图5示意性地图示了如可以被并入在本发明的一个或多个实施例中的示例基于挠曲部（flexure）的铰链机构；

图6示意性地图示了根据本发明的示例光学布置的光学结构；

图7示意性地图示了示例光学布置的光学结构，其中反射器阵列相对于透镜阵列横向地位移；和

图8示意性地图示了根据本发明的一方面的示例照明系统。

具体实施方式

应该理解，附图仅是示意性的，并未按比例绘制。还应该理解，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或相似的部分。

本发明提供一种用于照射空间内的区域的光学布置，包括具有可调节的相对位移的反射器阵列和透镜阵列。透镜阵列的每个透镜布置成从空间内的第一位置接收光并将其定向到反射器阵列的反射器中的一个上。每个透镜还被配置为接收从反射器阵列反射回来的光并将其朝向该空间内的第二位置重定向。通过调节两个阵列之间的相对位移，可以配置第二位置的方位。

图1示意性地图示了根据本发明的一个或多个实施例的穿过第一示例光学布置12的剖视图。为了便于描述，在图中定义了三个任意方向向量（x、y、z）。该布置包括壳体16，在壳体16内安装有包括多个透镜20的透镜阵列18，以及垂直位移的包括多个反射器元件24的反射器阵列22。透镜阵列定位成跨壳体的开口表面28延伸，并且充当进出光学布置的光进入和出射区。透镜阵列和反射器阵列中的每个可以形成平面布置（即，在X-Y平面中延伸），并且特别地可以形成平行的平面布置。

在图1的特定示例中，反射器阵列20可滑动地安装到一个或多个X排列的轨道32上，从而能够调节反射器阵列的X方位，从而允许反射器阵列和透镜阵列之间的相对横向位移被配置。这在图2和图3中进一步图示，其将反射器阵列的调节示出为极端“左”X方向配置（图2）和极端“右”X方向（图3）配置。

如图2所示，任一方向上的横向调节范围可以跨越等于单个透镜（或单个反射器元件）的宽度的距离。以这种方式，反射器阵列的调节使得每个反射器元件能够从其直接面对仅单个透镜20的方位逐渐地位移到其面对并覆盖两个毗邻透镜的相邻半部的方位。这两个极端之间的中间方位的连续集合对应于从光学布置输出的光的不同合成角度方向性的连续光谱。

在进一步的示例中，横向调节的范围可以仅是图2的示例中所图示的范围的一部分。除其他外，取决于透镜的数值孔径和透镜焦点在反射器内的方位，并非从透镜出现的所有光都可以入射在反射器元件处。附加地，并非所有随后从反射器元件反射的光都可以一定返回到它从其被透射的同一透镜。这被称为“渐晕（vignetting）”。结果，在增加的x离轴和y离轴处，有用光（可以最终形成由光学布置生成并被定向到第二位置的光输出的一部分的光）的量可能减小。在增加的反射器阵列的横向位移处可能存在增加的“丢失光”，其被重定向到不期望的位置并且不能形成最终发光输出的一部分。实际上，“丢失光”可能干扰最终产生的发光输出。

在一些示例中可以减轻这种渐晕效应，但是以一些发光效率损失为代价。例如，一个或多个隔膜可以定位在透镜和/或反射器元件中的一个或多个的近侧（例如在其侧面），以便阻挡任何杂散光。例如，隔膜可以适配成吸收杂散光。通过使用一个或多个（可能是柔性的）黑色或光吸收分隔壁可以实现类似的效果，黑色或光吸收分隔壁被成形和定位以便围绕一个或多个透镜-反射器对。还可以考虑百叶窗板或板条（如从LCD屏幕领域中已知的，用于隐私屏蔽），其中这些可以定位于透镜和/或反射器元件之间以阻挡杂散光。也可以考虑这些选项的任何组合。

根据示例，反射器阵列22的移动可以借助于另外提供的马达机构（未示出）来驱动。马达机构可以例如沿着一个或多个轨道32驱动反射器阵列的横向运动。

在示例中，马达机构可以由功率收集单元供电。功率收集单元可以例如包括一个或多个光伏（或太阳能）电池以收集发光能量，或者可以包括例如NFC收集电路。在光伏收集单元的情况下，一个或多个光伏电池可以被配置为具有光敏表面，该光敏表面布置成与空间中的所述第一位置处的光源光学连通。因此可以收集从第一位置接收的光的一部分并用于为马达机构供电。

合适的光伏模块或收集单元对于本技术领域的技术人员来说将是显而易见的，并且这些单元的技术操作以及并入到本发明的实施例中的装置将是众所周知的并且是很好理解的。

在NFC功率收集单元的情况下，该单元可以包括用于接收NFC信号的一个或多个NFC接收器（例如，天线），并且还可以包括用于将NFC电磁信号转换为电驱动电流的功率转换元件。

在二者之一的情况下，功率收集单元可以与马达机构电耦合，以便为机构提电气功率的源。

根据至少一组示例，功率收集单元可以包括一个或多个可充电电池、电容器和/或超级电容器，用于临时存储所收集的能量，以用于稍后时间为马达机构供电。即使在没有源（即发光或NFC）刺激的情况下，这也可以允许可靠的功率供应的可用性以用于驱动马达机构。

如前述部分中所提到的，即使在没有市电电气连接的情况下，功率收集单元也使得马达化调节能够被执行。例如，在初始安装或随后的重新定位的情况下（其中市电功率可能尚未连接或者出于安全原因可能故意断开），这可能是有用的。在任何事件中都可能期望将调节电路与市电功率供应隔离，以便例如防止用（通常是高功率的）主市电供应使（通常是低功率的）马达电路过载。

而且，出于简化安装过程的原因，可能期望没有与光学布置的任何市电连接。由于光学布置不需要集成光源的存在（与例如常规的基于暗灯槽的照明单元不同），因此不需要局部功率供应来驱动光照源。提供功率收集单元或电池单元（用于驱动马达机构）允许避免提供市电供应。这消除了将电缆穿过光学布置中的每个的需要，并且因此使得安装更快、更简单和更便宜。

在其他示例中，反射器阵列和/或透镜阵列可以被配置用于手动（即，直接物理）调节。这可以借助于例如一个或多个另外的手动杆构件来实现，以便能够实现反射器和/或透镜阵列的手动操纵。例如，（多个）手动杆构件可以配置成与细长杆等接合，以便能够实现对两个阵列的相对定位的基于地面的调节，从而配置所述第二位置。

尽管在图1-3中所图示的特定示例中，反射器阵列22可移动地安装在壳体16内，但是在另外的可替代示例中，透镜阵列18可以可移动地安装。上面段落中对反射器阵列的移动的引用要理解为同样适用于透镜阵列被替代地配置成以类似方式可移动的布置，以便从而在两个阵列之间实现相同的相对位移。

根据另外的示例，透镜阵列18和反射器阵列22两者都可以可移动地安装，各自配置成在不同的方向上可移动。特别地，一个可以被配置为沿x方向可移动（如图1-3所图示），并且另一个可以被配置为在y方向上可移动。这将在调节透镜阵列和反射器阵列之间的横向位移时提供二维自由度，从而有助于最大化对从布置12透射的光的方向性的控制程度。

仍然根据另外的示例，透镜阵列18和反射器阵列22中的至少一个可以以一方式安装在壳体16内，以便沿z方向（沿相对于由透镜阵列形成的平面垂直的方向）可移动。这在图4中示意性地图示，图4示出了示例光学布置12，其中反射器阵列22被配置为相对于透镜阵列沿z方向轴可移动。提供两个z排列的轨道36、38以促进这种运动，其中反射器阵列22在任一侧耦合到这些轨道中的每个。可以借助于如上所述的马达机构或借助于其他示例中的手动控制来驱动运动。

Z方向的调节可以使得输出光的聚焦能够被调节，这可以使得所生成的束点的质量或清晰度能够被增强或配置。

为了简化说明，图4中的示例光学布置示出了被配置为在壳体内可移动的两个阵列18、22中的仅一个，并且仅在单个方向上可移动。在进一步的示例中，此z定向的可配置性可以与如根据上面示例所描述的x和/或y方向的可配置性组合。特别地，两个阵列中的一个可以例如在x和z方向两者上可移动，而另一个可以在y方向上可移动。以这种方式，对两个阵列的相对位移可实现完全三维控制。可替代的配置可以是透镜阵列（或反射器）在x方向和y方向两者上可移动，并且可选地，反射器（或透镜阵列）在z方向上可移动。

尽管在上面的示例中，透镜阵列18和/或反射器阵列22的移动被描述和图示为借助于一个或多个轨道机构实现，但是在可替代示例中，可以提供不同的机构。

例如，可以采用挠曲结构来促进线性X和/或Y运动。板簧铰链可以用于例如提供X-Y挠曲台。X-Y挠曲台通常由彼此成直角布置的（通常为两个或更多个）挠曲部的两个单独组组成。至少一组通常在基部结构和升高的平台之间延伸，其中挠曲部的压缩能够实现在升高的平台的定位中的精确的线性X和/或Y调节。通过将反射器阵列和/或透镜阵列安装到此平台，并提供致动器以实现对挠曲部的必要操纵，可以在X和Y方向中的一者或两者中实现对所述（多个）阵列的定位的高度精确调节。

在图5中示意性地图示了示例板簧铰链。为了便于描述，在图中图示了任意组的X、Y、Z坐标方向。铰链机构包括在基部结构和第一安装表面41之间延伸的第一组的挠曲部39。挠曲部配置成使得此第一组的挠曲部的挠曲或弯曲实现第一安装表面在y方向上的位移。因此，通过将部件安装或耦合到第一安装表面，并且合适地操纵第一组的挠曲部，可以实现y方向上的平移。

铰链机构还包括第二组的挠曲部40，其在基部结构和第二安装表面42之间延伸。第二组的挠曲部的挠曲或弯曲实现第二安装表面在x方向上的位移。因此，通过将部件安装或耦合到第二安装表面，并且合适地操纵第二组的挠曲部，可以因此实现x方向上的平移。

因此，图5的板簧铰链提供了基于挠曲部的调节机构的一个示例，其可以在本发明的示例中实现，以能够实现在照明设备12内对透镜阵列18和/或反射器阵列22的x-y调节。然而，应该理解的是，板簧铰链仅被示出为这种基于挠曲部的调节机构的示例，并且存在许多其他合适类型的基于挠曲部的调节机构，如对于技术人员来说将是显而易见的。

而且，应该理解的是，挠曲结构仅提供这种替代调节机构的一个示例。在其他示例中，可以考虑能够促进透镜阵列或反射器阵列中的一者或两者的方位的基本线性运动调节的任何其他合适的致动或机电部件或系统。

现在将详细描述光学布置12的光学操作。

在操作中，光在光学布置12处被接收（通常以某个倾斜角度），并且通过透镜阵列18的透镜20中的一个或多个进入布置。通过每个透镜20进入的光被定向到反射器元件24的相应一个（或多个）上（取决于反射器阵列和透镜阵列的相对横向配置），从该处它被沿着横向位移的路径反射回透镜阵列的相同或不同的透镜。然后，此光通过所述透镜透射并被光学地处理，使得它以与光被原始地接收的角度不同的角度从光学装置出现。通过改变反射器阵列和透镜阵列的相对位移，可以调节射入光和射出光之间的角度偏移的程度。

在图6中更详细地图示了布置12的光学结构，图6示意性地图示了子集的三个反射器元件24和三个相对的透镜20的特写截面视图。如所示，在本示例中，反射器元件24中的每个包括由一对反射表面形成的角型反射器，该一对反射表面在一点处凹入地相交。该图是示意性的，并且仅示出了穿过反射器阵列22的二维截面。在优选示例中，每个反射器元件24的反射表面可以以大约或优选地精确90°的角度相交。在这种情况下，角反射器提供回复反射器，适配成沿与入射方向平行但横向偏移的方向反射入射光。

根据此示例的角反射器可以由下列形成：例如合适的镜面级铝（例如“Alanod”或类似物）或具有反射涂层（例如干涉涂层，诸如被提供用于汽车后视镜；或反射铝涂层，可选地还包括保护性透明覆盖层）的玻璃；或被提供有反射涂层的合适的塑料（例如PMMA）。强调的是，这些仅通过非限制性示例方式列出，并且在其他示例中，可以替代地采用如对技术人员可能显而易见的任何其他合适的材料。

可以考虑其他种类的反射器，例如基于TIR的反射器，包括TIR角型反射器，包括形成或嵌入在透射光学实体的实体内的角隅棱镜（corner cube）结构。在基于TIR的反射的情况下，与透射光学实体的折射率相结合的透镜20的聚焦长度应该被提供为足够大，使得对于完全接收的输入束可实现TIR。然而，尽管如此，系统通常理想地应该在参数包络内操作，其中渐晕损失是可接受的，例如，最小化。

基于TIR的反射器可以包括光学实体（例如光学板或层），其具有嵌入或形成在其中的所述角隅棱镜结构。

用于光学实体的合适材料包括例如玻璃或光学级聚合物材料，诸如例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）或任何其他光透射塑料。这些可以可选地跨光进入表面被提供有抗反射涂层。

在其他示例中，还可以考虑任何其他合适的反射器类型或结构。

用于本示例目的的透镜20中的每个示出为平凸透镜，即具有与凸表面相对的平坦表面。然而，在其他示例中，可以使用其他透镜类型和配置，例如双凸透镜或放大透镜。在某些示例中，可以采用菲涅耳透镜。这些通常比其他种类的透镜更便宜，并且因此可以在制造光学布置时赋予成本节省。

在使用平凸透镜的情况下，可能优选的是使透镜取向为平坦表面面向反射器元件，并且凸表面从该布置面向外面。

用于透镜阵列的透镜的合适材料包括例如玻璃、硅树脂或光学级聚合物，诸如PMMA或聚碳酸酯。

根据至少一组示例，透镜阵列的透镜可以通过互连基质材料连接或安装在一起，以便形成单个主体。互连基质材料可以是光学材料，其中它可以是与透镜所包括的材料相同的材料，或者可以是不同的光学材料。

用于互连基质的合适材料的示例包括例如玻璃、聚碳酸酯、PMMA或任何其他合适的光学级聚合物材料。

这种形式的透镜阵列可以包括基部衬底或基质，其上层压有包括透镜阵列的（压纹）箔。在特定示例中，这些可以是菲涅耳透镜。

可替代地，该结构可以借助于压纹（热压）工艺形成。

透镜阵列22可以包括柱状透镜（lenticular）阵列。在特定示例中，柱状透镜阵列可以借助于将基部衬底或基质与UV固化漆层叠来形成。

再次可替代地，可以借助于通过热硬化或化学硬化将基部衬底或基质与硅树脂层叠来形成透镜阵列。该过程例如在LED生产领域中是众所周知的。

根据替代示例，透镜阵列可以是整体形成的光学实体，即形成为单个整体光学片。这可以例如借助于热压或热压纹工艺来实现，其中按压单个光学层以便将其成形或模制成所需的透镜阵列结构。

在另外的示例中，填充阵列22的多个透镜可以不通过任何互连材料连接，而是可以借助于衬底或互连框架相对于彼此保持就位。这可以减少布置的重量并且还可以通过限制所需的光学（或其他）材料的量来减少制造成本。

通过图示方式，图6中示出了接近光学布置12的示例（近似准直的）输入束44，其源自位于远离光学布置的一方位处的光源。输入束以倾斜角度入射在中心地示出的透镜20处。当束的光线进入透镜时，它们被折射，使得将它们定向到会聚束中，该会聚束离开透镜并朝向位于定位在反射器阵列后面、靠近中心反射器元件24的透镜的焦平面48中的焦点46会聚。

在光线能够到达自然焦点46之前，束被中心反射器元件24的第一反射表面拦截。然后光线从此第一反射表面沿着一组反射路径朝向反射器元件的第二反射表面反射。反射路径在反射焦点52处在两个反射表面之间半途会聚。光线从此反射焦点发散并入射在第二反射表面处，然后从该第二反射表面处它们沿第二组稍微发散的反射路径在中心透镜20的方向上反射。

然后，这些稍微发散的光线通过一组进入点重新进入中心透镜20，这些进入点相对于它们在另一侧离开透镜的那些点横向位移。然后，透镜折射这些射入光线，使得将它们定向到出射束56中，该出射束56以相对于输入束44成角度地偏移的方向行进而离开透镜20。

如此示例中所图示的，每个反射器元件24的效果是有效地沿着相对于入射路径平行但横向偏移的路径反射所接收的光。当这种横向偏移的光被接收回到透镜20中时，它被重新处理以形成具有偏移的角传播方向的（例如近似准直的）束。

通过使反射器阵列和透镜阵列的相对横向位移偏移，可以调节射入束44和射出束56之间的角度偏移或变化。这在图7中示意性地图示出，图7示出了示例光学布置的光线路径，其中反射器阵列22已相对于透镜阵列18横向位移。特别地，透镜阵列已经在“向左”的方向（从图7的视角）中非常轻微地偏移。如图所图示的，即使这种小的偏移也对输出束56的结果传播角度有显著影响。特别地，这种偏移布置中的输出束56相对于透镜20的（正常）光轴具有较浅的传播角度。输入束44的射入角保持不变；在射出束中实现的角度偏移完全通过反射器阵列的重新定位来实现。因此，在本发明的实施例中可以实现输出束角度的显著调节，而无需重新定位射入光束44的源。

如所讨论的，透镜阵列18和反射器阵列22之间的小的相对横向位移可以实现射出束角度的大的偏移。实际上，也如上面所讨论的，太大的横向调节可能导致显著的“丢失光”，因为光被从反射器元件反射到不想要的位置上，诸如相邻的透镜上。在反射光重新进入它离开的同一透镜的实施例中，本发明的效果最大化。被定向到相邻透镜上的反射光不能形成偏移束的一部分，并且甚至可能干扰设备的整体光学效果（例如减少束清晰度），即渐晕。

如上所述，在一些示例中，通过采用例如定位于每个透镜之间、相对于透镜阵列的平面垂直排列的一个或多个挡板，可以减轻这种渐晕效应。这些可以阻挡杂散光并防止反射光入射到与它原始地离开的透镜不同的透镜上。

挡板或阻挡构件可以例如在透镜阵列18和反射器阵列22之间延伸整个路径，或者可以仅半途地延伸。

光学布置12的原位操作在图8中图示，其中光学布置12被示出为光学系统的一部分，该光学系统被配置为向空间中的特定区域提供光照。如图所示，在与待照射的示例工作站62大致对齐的点处，光学布置被安装到所讨论的空间的天花板上而提供。灯具66定位在示例空间的地面上的点处，相对于光学布置12和示例工作站68横向位移。

灯具66被配置为将光输出68投影到光学布置12上，并且光学布置被配置为沿着相对于射入路径68成角度地位移的传播路径70反射回并重定向所接收的光学输出。调节光学布置内的透镜阵列和反射器阵列之间的相对位移，以便确保射出束70在示例工作站62的方向上被定向。

如果灯具66或工作站62的方位改变，则可以重新配置光学布置12，以便改变射入束70和射出束70之间的角位移，并且从而确保射出光保持在示例工作站（例如桌子）的方向上投影。

由射出束70在工作站62表面上生成的投影光点通常可以具有与灯具光源66的发光区相似或相同的大小。由于集光率考虑，它通常不能小于灯具内光源的发光区。

在一些情况下，可能期望调节所生成的输出光点的大小，例如以便跨该空间内的更大区定向光。代替聚焦的点束，用户可以替代地期望更广泛分散的束，例如覆盖其桌子或工作站的整体，而不仅仅是狭窄的区。

这可以以多种不同方式在本发明的示例中实现。根据一些示例，可以通过使用更大的光源或借助于一个或多个光学部件来增加“有效”发光区的大小。光学部件可以局部地提供给光源，适配成增加有效发光区，包括例如一个或多个可变扩散器。

附加地或可替代地，可以提供定位在光学布置本身内或周围的一个或多个光学部件，以增加有效发光区。在示例中，这可以包括例如漫射器型结构，其定位于透镜阵列18和反射器阵列22之间或者透镜阵列的前面（例如，跨透镜阵列18的光进入表面延伸）。任何漫射型结构可以优选地是折射的而不是反射、漫射结构。

在其他示例中，可以通过对源光进行去聚焦来增加灯具66的有效发光区。这可以在示例中通过使用安装到灯具、并且被调节以改变射出光束68的平面的焦点的变焦透镜来实现。可替代地，可以通过光学布置12的重新配置来偏移聚焦，例如，通过在垂直于透镜阵列（或反射器阵列）的平面的方向上改变透镜阵列18和反射器阵列22的位移。

在其他示例中，照明系统可以并入多个光学布置和/或多个灯具。这可以使光能够被提供给多个不同的位置，并且还可以能够消除在各个束的外部或边界处发生的任何硬阴影。

根据光学布置12的任何实施例，该布置可以构造成具有与在模块化天花板系统中使用的天花板瓦片的标准尺寸类似或匹配的形状因子。这将能够实现将布置容易地安装到模块化天花板系统中。

如上所述，透镜阵列18和/或反射器阵列22的调节可以在示例中借助于合适的马达机构来实现。为了实现光学布置的期望配置的马达机构的用户控制可以以多种方式实现。

在光学布置中还可以提供接口单元，用于接收控制命令，并相应地控制马达机构。在示例中，接口单元可以被配置为接收无线控制命令。在示例中，它可以被配置为经由Wi-Fi通信链路或经由任何其他合适的无线通信链路（诸如例如蓝牙、NFC、RF传输、ZigBee或Z波）接收所述命令。

在示例中，控制命令可以借助于被配置为例如在用户或运营商移动设备（诸如智能电话或平板）上运行的相关联app来发布或传输。app可以使多个光学布置能够立即被控制。

在进一步的示例中，可以借助于更简单的控制方案来实现对马达机构的用户控制，例如使用朝向安装在光学布置内的另外提供的光传感器定向的激光指示器。从一个或多个灯具66发射的编码光也可以在示例中用作用于控制光学布置的配置的控制信号。这些也可以借助于一个或多个另外提供的光传感器接收。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (14)

1.一种用于照射空间中的区域的光学布置（12），包括：

透镜阵列（18），包括多个透镜（20）；

反射器阵列（22），包括多个反射器元件（24）；

其中每个透镜布置成将源自在所述空间内的第一位置处的光源（66）的光（44、68）定向到所述反射器元件中的一个上，并且每个反射器元件被布置成将所接收的光反射回到它从其被接收的同一透镜上，以朝向所述空间内的不同的第二位置（62）重定向，

其中，所述透镜阵列和所述反射器阵列中的至少一个具有可调节的方位，以便配置所述第二位置，

其中，所述多个反射器元件（24）中的每个具有第一表面部分和第二表面部分，所述第一表面部分和所述第二表面部分布置成使得从所述透镜（20）中的一个入射在所述第一表面部分上的光朝向所述第二表面部分反射，所述第二表面部分布置成将从所述第一表面部分接收的光朝向所述第一表面部分从其接收光的所述同一透镜反射，和/或

其中所述反射器元件（24）中的一个或多个适配成在与入射方向平行但不重合的方向上反射入射光。

2.如权利要求1所述的光学布置（12），其中所述透镜阵列（18）的间距等于所述反射器阵列（22）的间距。

3.如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其中，所述多个透镜（20）中的每个适配成将所接收的光朝向所述反射器元件（24）中的一个会聚。

4.如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其中，所述透镜阵列（18）和所述反射器阵列（22）中的每个具有可调节的方位，并且其中每个借助于在各自不同的方向上的移动而可调节。

5.如权利要求4所述的光学布置（12），其中所述透镜阵列（18）形成平面，并且其中所述透镜阵列和反射器阵列（22）各自在与所述平面平行的不同正交方向上可调节。

6.如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其中所述透镜阵列（18）形成平面，并且其中所述透镜阵列和反射器阵列（22）中的一个在垂直于所述平面的方向上可调节。

7. 如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其中所述透镜阵列（18）是整体形成的光学实体。

8.如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其中所述反射器元件（24）是角反射器；和/或

其中所述反射器阵列是整体形成的实体，并且包括以下中的至少一个：金属镜、介质镜和基于全内反射的镜。

9.如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），还包括用于驱动所述透镜阵列（18）和所述反射器阵列（22）中的至少一个的方位的调节的马达机构。

10.如权利要求9所述的光学布置（12），其中，所述布置包括用于向所述马达机构提供电气功率的功率收集单元。

11.如权利要求9或10所述的光学布置（12），其中所述布置包括与所述马达机构可操作地耦合的接口单元，用于接收用于配置所述透镜阵列和/或所述反射器阵列的调节的控制命令。

12. 一种用于照射空间中的区域的照明系统，包括：

定位于所述空间内的第一位置处的灯具（66），适配成生成光输出（68）；和

如前述权利要求中任一项所述的光学布置（12），其远离所述灯具定位，并且布置成接收所述光输出并将其朝向所述空间内的第二位置（62）重定向。

13.如权利要求12所述的照明系统，其中，所述灯具（66）包括用于调节所述发光输出（68）的聚焦的变焦透镜。

14.一种向空间内的区域提供光照的方法，包括：

从所述空间内的第一位置朝向远程定位的光学布置（12）定向光，所述布置包括：

透镜阵列（18），包括多个透镜（20）；

反射器阵列（22），包括多个反射器元件（24）；

其中每个透镜被布置成将从所述空间内的所述第一位置（66）处接收的光定向到所述反射器元件中的一个上，并且每个反射器元件被布置成将所接收的光反射回到它从其被接收的同一透镜上，以朝向所述空间内的第二不同位置（62）重定向，

其中所述透镜阵列和所述反射器阵列中的至少一个具有可调节的方位，

其中，所述多个反射器元件（24）中的每个具有第一表面部分和第二表面部分，所述第一表面部分和所述第二表面部分布置成使得从所述透镜（20）中的一个入射在所述第一表面部分上的光朝向所述第二表面部分反射，所述第二表面部分布置成将从所述第一表面部分接收的光朝向所述第一表面部分从其接收所述光的所述同一透镜反射，和/或

其中所述反射器元件（24）中的一个或多个适配成在与入射方向平行但不重合的方向上反射入射光；

并且所述方法还包括：

调节所述透镜阵列和所述反射器阵列中的至少一个的所述方位，以便配置所述第二位置。