CN109983275A - 用于改变束结构的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于提供输出束的装置、系统和方法。该装置、系统和方法可采用配置为输出光的光源（802）和多个透镜（702）。透镜包括第一透镜（704），第一透镜（704）具有被配置为接收光的第一自由形状表面和被配置为朝向多个透镜中的第二透镜（706）透射光的第二自由形状表面。第二透镜（706）5包括被配置为接收来自第二自由形状表面的光的第三自由形状表面，并且包括被配置为将光透射出第二透镜的第四自由形状表面。

Description

用于改变束结构的装置、系统和方法

技术领域

本发明总体针对照明装置和系统。更特别地，本文公开的各种发明方法、装置和系统涉及通过采用透镜结构来改变束。

背景技术

数字照明技术，即基于半导体光源（诸如发光二极管（LED））的光照，提供了对传统荧光灯、HID灯和白炽灯的可行替代方案。LED的功能优势和益处包括高能量转换和光学效率、耐用性、更低的操作成本以及许多其他。LED技术的最新进展提供了高效且稳健的全光谱光源，其在许多应用中能够实现各种照明效果。体现这些源的一些固定装置特征在于照明模块，该照明模块包括一个或多个能够产生不同颜色（例如红色、绿色和蓝色）的LED，以及用于独立地控制LED的输出的处理器，以便生成多种颜色和颜色变化的照明效果，例如，如在本文通过引入并入的美国专利号6016038和6211626中详细讨论的那样。

LED照明产品通常提供若干不同束角度中的一种。例如，一个特定的产品系列提供以下束角度之一：10°、21°、36°、83°。然而，缺点是束角度在单独的产品中提供。因此，为了具有采用不同束角度中的每一个的选择，客户经常需要购买这些产品中的每一个，因为这些产品中没有一个能够使用户在那里改变束角度。尽管其他产品使用户能够通过采用不同的扩散透镜来改变束角度，但是这些产品的缺点是用户通常安装不同的扩散透镜以获得给定的束角度。当产品安装在难以到达的位置时，这尤其困难。

用于改变束角度的一种解决方案涉及将光源在反射器中移动到的不同焦点位置。虽然使用这种方法确实改变了束的尺寸和形状，但束不适合建筑或一般光照，因为束在美学上是令人不愉快的。例如，参考图1，描绘了图示利用反射器方法生成的窄聚焦束的图100。如图1所示，束包括在较宽光晕104内部的中心亮斑102，较宽光晕104具有周围的暗区106。光晕104很大程度上不适用于建筑或一般光照目的。类似地，图2图示了利用反射器方法生成的宽聚焦束的图200。这里，束包括亮环202、暗中心204和由暗区208围绕的宽光晕206。图2的束的结构的美学性质类似地不适用于建筑或一般光照目的。

发明内容

本公开针对用于调整束结构的发明方法、系统和装置。可以采用本文描述的实施例来以简单、紧凑和优雅的方式准确地形成各种不同的束结构。例如，实施例可以通过实现具有自由形状表面的透镜的相对滑动来形成和改变束结构，该自由形状表面被设计成在各种滑动位置处对来自光源的光输出进行整形。提供准直光的光源优选地提供清晰和精确的束。然而，尽管准直光可以用于形成具有期望束角度的特定束结构，但是难以使用相同的透镜系统改变准直光以形成具有不同束角度的多个不同束结构。本申请的发明人已经发现，可以采用在光接收表面和光输出表面两者上都具有自由形状表面的滑动透镜来通过准直光提供若干不同的清晰和精确的束结构。替代地或另外地，为了形成和改变束结构，示例性实施例可以叠加来自包括具有至少一个自由形状表面的透镜和相应光源的照明装置的系统的光。这里，照明装置中的一个可以形成蝙蝠翼形轮廓，该蝙蝠翼形轮廓可以与来自另一个照明装置的光叠加。照明装置的束轮廓可以设计成使得它们相应透镜的滑动和它们的束的叠加可以生成具有许多不同束角度的各种清晰束结构。

本申请的一个示例性方面针对一种提供输出束的照明装置。该装置包括配置为输出光的光源和多个透镜。透镜包括第一透镜，该第一透镜具有被配置为接收光的第一自由形状表面和被配置为朝向多个透镜中的第二透镜透射光的第二自由形状表面。第二透镜包括被配置为接收来自第二自由形状表面的光的第三自由形状表面，并且包括被配置为将光透射出第二透镜的第四自由形状表面。

根据一个示例性实施例，从光源输出并由第一自由形状表面接收的光是准直光。如上所述，使用相同的透镜系统产生由准直光形成的不同准确束结构通常是非常困难的。如所要求保护的那样，采用自由形状表面可以有效地通过准直光提供若干不同的清晰和精确的束结构。

在另外的实施例中，第一、第二、第三和第四自由形状表面中的至少一个给定自由形状表面具有与第一、第二、第三和第四自由形状表面中的至少一个其他自由形状表面相同的几何形状，除了给定自由形状表面的边缘具有比另一个自由形状表面上的相应边缘更陡峭的几何形状。以这种方式改变边缘可以减少可能存在于极端焦点位置的束不均匀性。

一个示例性实施例包括处理器，该处理器被配置为接收束结构调整的指示并实现第一和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中相对滑动在与第一或第二透镜中的一个主要设置于其中的平面平行的横向方向上实现。使用相对滑动提供了简单、方便和有效的方法来准确调整束结构。在该实施例的一个版本中，处理器被配置为实现仅正焦度（positive power）的调整。该特征使系统能够紧凑，而同时提供各种束结构和光照效果。

另一示例性方面针对一种用于提供光输出束的方法。根据该方法，接收束结构调整的指示。另外，实现第一透镜和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中相对滑动在与第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现。第一透镜包括被配置为接收来自光源的光的第一自由形状表面，以及被配置为朝向第二透镜透射光的第二自由形状表面。另外，第二透镜包括被配置为接收来自第二自由形状表面的光的第三自由形状表面，以及被配置为将光透射出第二透镜的第四自由形状表面。此外，利用从第二透镜透射出的光生成光输出束。

另一示例性方面针对一种提供输出束的照明系统。该系统包括多个照明装置，其包括配置为生成第一束的第一照明装置和配置为生成包括蝙蝠翼形轮廓的第二束的第二照明装置。另外，第一发光装置或第二发光装置中的至少一个包括光源和多个透镜，该多个透镜包括具有第一自由形状表面的第一透镜和包括第二自由形状表面的第二透镜。此外，该系统被配置为当第一发光装置和第二发光装置被启用时叠加第一束和第二束。蝙蝠翼形轮廓的使用使得能够有效地叠加多个光束以生成具有相对高强度的更大的总束。

根据一个示例性实施例，蝙蝠翼形轮廓的峰值与第一束的外边界重叠。这种重叠使系统能够产生具有基本均匀亮度的组合束。

一个示例性实施例包括处理器，该处理器被配置为接收束结构调整的指示并实现第一和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中相对滑动在与第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现。如上所述，采用相对滑动提供了简单、方便和有效的方法来准确地调整束结构。在该实施例的一个版本中，光源是第一光源，并且多个透镜是第一多个透镜，其中第一发光装置包括第一光源和第一多个透镜。另外，第二照明装置包括第二光源和第二多个透镜，第二多个透镜包括具有第三自由形状表面的第三透镜和具有第四自由形状表面的第四透镜。此外，处理器被配置为通过滑动第一、第二、第三或第四透镜中的至少一个来实现调整，使得蝙蝠翼形轮廓的峰值与第一束的外边界之间的重叠被保持，其中滑动在横向方向上实现。以这种方式保持重叠可以确保调整产生组合束中的相对均匀的亮度和/或组合束的相对平滑的轮廓。此外，在该实施例的一个版本中，处理器被配置为改变第一束或第二束中的至少一个的强度以实现调整。改变强度可以使用户能够根据需要调整亮度。另外，系统的示例性实施例可以以在混合光中保持平滑束轮廓并在组合束中提供均匀的亮度的方式调整强度。

另一示例性方面针对一种用于提供光输出束的方法。根据该方法，接收束结构调整的指示。另外，实现第一透镜和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中相对滑动在与第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现。此外，第一束由第一照明装置生成，并且第二束由第二照明装置生成，其中第二束包括蝙蝠翼形轮廓。另外，第一发光装置或第二发光装置中的至少一个包括光源和多个透镜，该多个透镜包括第一透镜和第二透镜，其中第一透镜包括第一自由形状表面并且第二透镜包括第二自由形状表面。这里，执行生成使得第一束和第二束叠加。

如本文所用，为了本公开的目的，术语“自由形状表面”应该被理解为区别于并且不同于平面表面、椭圆形表面、球形表面、具有旋转对称性的非球面表面和圆锥形表面，因为作为在本文中应该被理解的术语“自由形状表面”不具有旋转对称性。根据示例性实施例的自由形状表面包括二次立方表面。

另外，术语“LED”应理解为包括任何电致发光二极管或其他类型的载流子注入/基于结的系统，其能够响应于电信号生成辐射。因此，术语LED包括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）、电致发光条等。特别地，术语LED指的是所有类型的发光二极管（包括半导体发光二极管和有机发光二极管），其可以被配置为在红外光谱、紫外光谱和可见光谱（通常包括从大约400纳米到大约700纳米的辐射波长）的各个部分中的一个或多个中生成辐射。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）。还应该理解，可以配置和/或控制LED以生成具有对于给定频谱的各种带宽（例如，半高全宽或FWHM）（例如，窄带宽、宽带宽）以及给定的一般颜色分类内的各种主波长的辐射。

例如，配置为生成基本上白光的LED（例如，白色LED）的一种实施方式可以包括多个管芯，其分别发射不同的电致发光光谱，其组合地混合以形成基本上白色的光。在另一种实施方式中，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不同的第二光谱。在该实施方式的一个示例中，具有相对短的波长和窄带宽光谱的电致发光“泵浦”磷光体材料，其进而辐射具有稍微更宽的光谱的更长波长的辐射。

还应该理解，术语LED不限制LED的物理和/或电封装类型。例如，如上所述，LED可以指具有多个管芯的单个发光器件，所述多个管芯被配置为分别发射不同的辐射光谱（例如，可以是或可以不是可单独控制的）。而且，LED可以与被认为是LED（例如，某些类型的白色LED）的组成部分的磷光体相关联。通常，术语LED可以指封装的LED、非封装的LE、表面安装LED、板上芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED，包括某种类型的外壳和/或或光学元件（例如，漫射透镜）的LED等。

术语“光源”应该被理解为指代各种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（例如钠蒸气、汞蒸气和金属卤化物灯）、激光、其他类型的电致发光源、热释光源（例如火焰）、蜡烛发光源（例如，气体罩、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、晶体发光源、显像管发光源（kine-luminescent source）、热发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源和发光聚合物。

给定光源可以被配置为在可见光谱内、可见光谱外或两者的组合中生成电磁辐射。因此，术语“光”和“辐射”在本文中可互换使用。另外，光源可以包括一个或多个滤光器（例如，滤色器）、透镜或其他光学部件作为组成部件。而且，应该理解，光源可以被配置用于各种应用，包括但不限于指示、显示和/或光照。“光照源”是一种光源，其特别配置为生成具有足够强度的辐射，以有效地照射内部或外部空间。在该上下文中，“足够的强度”是指在空间或环境中生成的可见光谱中的足够的辐射功率（通常采用单位“流明”来表示光源在所有方向上的总光输出，就辐射功率或“光通量”而言）以提供环境光照（即，可以间接感知的光以及可以例如在被全部或部分感知之前从各种介入表面中的一个或多个反射掉的光）。

术语“光谱”应理解为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”不仅指可见范围内的频率（或波长），还指红外、紫外和整个电磁光谱的其他区域中的频率（或波长）。而且，给定频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）。还应该理解，给定光谱可以是两个或更多个其他光谱的混合（例如，分别从多个光源发射的辐射的混合）的结果。

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”通常主要用于指观察者可感知的辐射性质（尽管这种用法是不旨在限制此术语的范围）。因此，术语“不同颜色”隐含地指代具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应该理解，术语“颜色”可以与白光和非白光两者有关而使用。

术语“色温”在本文中通常与白光有关而使用，尽管这种用法并不旨在限制此术语的范围。色温基本上是指白光的特定颜色含量或色调（例如，偏红、偏蓝）。给定辐射样品的色温通常根据黑体辐射器的开尔文温度（K）来表征，该黑体辐射器辐射与所讨论的辐射样品基本相同的光谱。黑体辐射器的色温通常落入从大约700K（通常被认为是人眼可见的第一个）到超过10000K的范围内；通常在1500-2000K之上的色温下感知白光。

较低的色温通常指示白光具有更显著的红色成分或“更温暖的感觉”，而较高的色温通常指示白光具有更显著的蓝色成分或“更凉爽的感觉”。举例来说，火具有约为1800 K的色温，传统的白炽灯泡具有约为2848 K的色温，清晨的日光具有约为3000 K的色温，而正午的阴天具有约为10000 K的色温。在具有大约3000K的色温的白光下观看的彩色图像具有相对偏红的色调，而在具有大约10000K的色温的白光下观看的相同的彩色图像具有相对偏蓝的色调。

术语“照明器材”在本文中用于指代特定形状因子、组件或封装中的一个或多个照明单元的实施方式或布置。术语“照明单元”在本文中用于指代包括相同或不同类型的一个或多个光源的设备。给定的照明单元可以具有用于（多个）光源、外壳/壳体布置和形状和/或电气和机械连接配置的各种安装布置中的任何一种。另外，给定的照明单元可选地可以与涉及（多个）光源的操作的各种其他部件（例如，控制电路）相关联（例如，包括、耦合到和/或与其一起封装）。“基于LED的照明单元”是指包括如上所述的一个或多个基于LED的光源（单独地或与其他非基于LED的光源组合）的照明单元。“多通道”照明单元是指基于LED或非基于LED的照明单元，其包括被配置为分别生成不同的辐射光谱的至少两个光源，其中每个不同的源光谱可以被称为多通道照明单元的“通道”。

术语“控制器”在本文中通常用于描述与一个或多个光源的操作有关的各种设备。控制器可以以多种方式实现（例如，诸如用专用硬件）以执行本文所讨论的各种功能。“处理器”是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，该微处理器可以使用软件（例如，微代码）编程以执行本文所讨论的各种功能。控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，并且还可以实现为执行某些功能的专用硬件和执行其他功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路）的组合。可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于传统的微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（本文统称为“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。在一些实施方式中，存储介质可以用一个或多个程序编码，该程序在一个或多个处理器和/或控制器上执行时执行本文所讨论的至少一些功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得存储在其上的一个或多个程序可以加载到处理器或控制器中，以便实现本文讨论的本发明的各个方面。术语“程序”或“计算机程序”在本文中以一般含义使用，以指代可以被采用来编程一个或多个处理器或控制器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”在本文中用于指代被配置为接收针对多个装置（包括其自身）的信息（例如，数据），并且选择性地响应针对其的特定信息的装置（例如，通常的光源、照明单元或固定装置、与一个或多个光源或照明单元相关联的控制器或处理器、其他非照明相关装置，等）。术语“可寻址的”通常与联网环境（或下面进一步讨论的“网络”）有关而使用，其中多个装置经由某个或一些通信介质而耦合在一起。

在一个网络实施方式中，耦合到网络的一个或多个装置可以用作耦合到网络的一个或多个其他装置的控制器（例如，以主/从关系）。在另一实施方式中，联网环境可以包括一个或多个专用控制器，其被配置为控制耦合到网络的一个或多个装置。通常，耦合到网络的多个装置各自可以访问存在于一个或多个通信介质上的数据；然而，给定装置可以是“可寻址的”，因为它被配置为例如基于分配给它的一个或多个特定标识符（例如“地址”）选择性地与网络交换数据（即，从网络接收数据和/或向网络发送数据）。

如本文使用的术语“网络”是指两个或更多个装置（包括控制器或处理器）的任何互连，其促进在任何两个或更多装置和/或耦合到网络的多个装置之间的信息的传输（例如，用于装置控制、数据存储、数据交换等）。如应该容易理解的，适用于互连多个装置的网络的各种实施方式可包括各种网络拓扑中的任何一种，并采用各种通信协议中的任何一种。另外，在根据本公开的各种网络中，两个装置之间的任何一种连接可以表示两个系统之间的专用连接，或者可替代地是非专用连接。除了携带针对两个装置的信息之外，这种非专用连接（例如，开放网络连接）可以携带不一定用于两个装置中的任何一个的信息。此外，应该容易理解的是，如本文所讨论的各种装置的网络可以采用一个或多个无线、有线/电缆和/或光纤链路来促进整个网络中的信息传输。

如本文使用的术语“用户接口”是指人类用户或操作者与一个或多个装置之间的接口，其能够实现用户和（多个）装置之间的通信。可以在本公开的各种实施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、拨盘、滑块、鼠标、键盘、小键盘、各种类型的游戏控制器（例如，操纵杆）、跟踪球、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的刺激并响应于此生成信号的其他类型的传感器。

应该理解，下面更详细讨论的前述概念和附加概念的所有组合（假设这些概念不相互矛盾）被认为是本文公开的发明主题的一部分。特别地，出现在本公开结尾的所要求保护的主题的所有组合都被认为是本文公开的发明主题的一部分。还应该理解，本文明确采用的、也可以出现在通过引用并入的任何公开内容中的术语应该被赋予与本文公开的特定概念最一致的含义。

附图说明

在附图中，相同的附图标记在不同视图中通常指代相同的部分。而且，附图不一定按比例，而是通常将重点放在说明本发明的原理上。

图1是图示现有技术的窄束结构的示意图。

图2是图示现有技术的宽束结构的示意图。

图3A-3C是图示根据示例性实施例的处于各种滑动位置的自由形状透镜结构的示意图。

图4是图示根据示例性实施例的采用滑动自由形状透镜结构来调整束结构的照明装置的高级框图。

图5A-5C是图示根据示例性实施例的可以由图4的装置形成的示例性束结构的斑强度的图。

图6是图示根据示例性实施例的包括可以帮助校正不均匀折射的陡峭边缘的自由形状透镜结构的示意图。

图7是图示根据示例性实施例的透镜结构的示意图，其中透镜在其两侧分别包括自由形状表面。

图8是图示根据示例性实施例的采用图7的滑动自由形状透镜结构以调整束结构的照明装置的高级框图。

图9是图示由采用具有平坦的第一侧和弯曲的第二相对侧的透镜的照明装置形成的斑的强度分布的示意图。

图10是图示由采用在透镜的相对侧上具有弯曲表面的透镜的照明装置形成的斑的强度分布的示意图。

图11是图示具有正焦度和负焦度二者的滑动透镜结构的示意图。

图12是图示没有负焦度的滑动透镜结构的示意图。

图13是图示产生会聚束的照明系统的高级框图。

图14是图示产生发散束的照明系统的高级框图。

图15是图示利用透镜结构发散光线的行为的高级示意图。

图16是图示利用透镜结构会聚光线的行为的高级示意图。

图17是根据示例性实施例的用于提供光输出束的照明系统的高级框图。

图18-31是图示各种束和叠加束的强度分布的图。

图32是根据示例性实施例的用于提供光输出束的方法的高级流程图。

图33是根据示例性实施例的用于提供光输出束的另外的方法的高级流程图。

具体实施方式

本文描述的示例性实施例提供了发明方法、系统和装置，用于调整光束以用于形成具有不同束角度的多个不同束结构的目的。这里，实施例可以通过采用具有自由形状表面的滑动透镜来生成和改变束结构，该自由形状表面被配置为在各种滑动位置处形成期望的束角度。如上所述，来自光源的准直光是优选的，因为它可以提供清晰和精确的束。然而，使用相同的透镜系统难以从准直光形成多个不同且准确的束结构。本申请的发明人已经认识到并理解到，采用在透镜的光接收表面和光输出表面两者处都具有自由形状表面的滑动透镜系统可以能够实现形成具有清晰且精确的束结构的不同束。可替代地或另外地，可以通过叠加来自包括具有至少一个自由形状表面的透镜和相应光源的照明装置的系统的光来形成多个不同的清晰和精确的束结构。例如，示例性实施例可以采用形成蝙蝠翼形轮廓的照明装置，并且可以将蝙蝠翼形轮廓与来自另一个照明装置的光叠加。这里，束轮廓可以配置为使得它们相应透镜的滑动和它们的束的叠加可以生成具有各种不同和准确束角度的不同束结构。

除了清晰的束结构之外，采用本文所描述的自由形状表面结构和/或由本文所描述的自由形状表面结构形成的轮廓的叠加的示例性实施例可以提供例如至少80-100屈光度之间的光弯曲，这比眼科应用所采用的自由形状透镜显著更大，这进而提供大约3屈光度的光弯曲能力（power）。此外，与眼科应用进一步相比，这些示例性实施例还可以提供各种椭圆形束中的一种或多种，包括例如10×60度或15×30度。此外，通过采用本文描述的原理，示例性实施例可以在圆形束图案（诸如例如，30×30度束结构）与椭圆形图案（诸如例如，15×30度图案）之间变化，这些在眼科应用中不是有用的。另外，示例性实施例可以被配置为在两个相对的椭圆形取向之间变化，例如在20×50度的束结构与50×20度的束结构之间变化。

参考图3A-C，说明性地描绘了可以在示例性实施例中采用的滑动透镜结构302。透镜结构302包括两个单独的透镜304和306，它们具有分别的自由形状表面314和308以及分别的平坦表面312和310。根据本文的下文更详细描述的实施例，与具有平坦表面（诸如表面310和312）相反，优选采用各自具有两个自由形状表面的透镜，用于从准直光形成具有聚焦光的束结构的目的。然而，透镜结构302可以适于用于叠加来自各种装置的光的照明装置的系统，如本文的下文关于图17详细讨论的。

透镜结构302被配置为使得在图3A中向左或向右的一个方向上实现透镜之间的相对线性移位或滑动，将光在两个方向扩散。根据一个实施例，透镜中的线性移位或滑动产生束角度的径向对称变化。图3A中的配置300表示零位置，其中透镜不对束进行扩散。在一个实施例中，透镜306的边缘与零位置处的中心线311之间的距离316是17.5mm。另外，在该实施例中平坦边缘312和310之间的距离是15mm。根据一个示例性方面，透镜306和304可以在相反的方向322和324上移位，如图3B所示。特别地，如图3B所示，透镜306和304中的一个或两个可以在横向方向上移位，即在与透镜306和304中的一个或两个主要设置于其中的（多个）平面平行的方向上移位。根据一个示例性实施例，移位或滑动仅可以在横向方向上移动，其中在图3B的竖直方向上透镜之间在移位期间可以保持恒定距离。然而，优选地，为了确保透镜306和304始终尽可能靠近在一起的目的，可以实现透镜306和304在移位或滑动期间朝向或远离彼此的移动。在任何一种情况下，透镜都不应被旋转。应该执行透镜306和304彼此更接近或远离的移动到在透镜之间不产生机械干扰的程度。保持透镜之间可能的最小间隙，包括在横向移位的各种位置，通常改善透镜性能。特别地，由于透镜的表面不是旋转对称的事实，最小化间隙可以减少聚焦光中的任何不准确性。透镜系统的透镜之间的间隙的大小取决于机械公差，但是典型的间隙可以是例如0.5mm。应该注意，透镜之间的距离对聚焦能力的影响可忽略不计。聚焦能力的变化是由横向移位引起的，而不是由透镜的分离距离引起的。

应该注意，在传统的光学变焦透镜中，聚焦能力源于透镜或透镜组之间的距离，并且应避免横向移动，因为它会引起光学像差。根据本申请的示例性实施例，透镜之间的距离是恒定的或最小化的，并且聚焦能力是通过横向移动实现的，如上所述。

在图3B的配置320中，透镜306在方向322上移位3.25mm，而透镜304类似地在方向324上移位3.25mm，使得透镜306的边缘与中心线311之间的距离326为14.25mm。进而，图3C图示了在该实施例中提供最宽束扩散的配置340，其中透镜306在方向322上从零位置移位6.5mm并且透镜304在方向324上从零位置移位6.5mm，使得透镜304的边缘和中心线311之间的距离342是17.5mm。当透镜结构300在本文的下文中关于图4详细描述的照明装置400中实现时，产生图3C的配置340的移位提供39屈光度的弯曲能力。优选地，距中心线的距离316和342彼此相等，并且可以在例如2mm至100cm或更大的范围内。当最大横向移位量与透镜尺寸相比最长时，可以改善在光的准确弯曲或聚焦方面的性能。例如，用于直径为2cm的单个准直LED源的典型透镜系统应该具有每个至少2厘米宽以捕获所有准直光并且可以各自具有（在横向方向）4-8厘米之间长的长度的透镜，最大横向移位为1-3cm。优选地，滑动距离与实际和机械可能的距离一样长。类似地，如果准直光源的直径为10厘米，则透镜应该各自至少10cm宽以捕获所有准直光，并且透镜可以各自（在横向方向上）40-80cm长，在横向方向上最大移位为10-30cm。因此，根据本文描述的示例性实施例，在横向方向上的最大横向（ML）移位与透镜之间的间隙（G）的比率（ML / G）可以是至少20和/或可以在例如20至600范围内。然而，应该理解，透镜可以具有任何尺寸，并且该比率可以随透镜的尺寸及其配置而变化。应该注意，关于图3C中图示的特定示例，如果实现透镜306和304在竖直方向上的移动，即朝向彼此或远离彼此的移动，则如果横向移位为10mm，则透镜可以更靠近一起移动大约1-2mm更靠近。

现在参考图4，说明性地描绘了根据示例性实施例的照明装置400。装置400可以包括光源402、透镜结构302、漫射器406、致动器408、处理器410、存储器或存储装置414和接口412。光源402优选地配置为输出准直光404。根据一个示例性实施例，光源402可以包括至少一个LED和全内反射光学器件，该全内反射光学器件被配置为提供准直光404。优选地，全内反射光学器件与一个或多个LED一起采用。然而，应该注意，在其他实施例中可以采用一个或多个LED与菲涅耳透镜或者一个或多个LED与反射器。还应该理解，光源402可以使用如上所述的其他类型的光源实现，并且可以配置为根据技术领域中采用的任何装置或方法提供准直光。另外，光源402可以配置为改变输出束的颜色和/或色温。如图4中图示的，光源402可以被配置为将准直光404提供给透镜304，透镜304将光透射到透镜306，透镜306进而将光输出到漫射器406，漫射器406可以是例如10度漫射器，其对透射出透镜306的光进行漫射。这里，气隙可以将漫射器406与透镜306分开。此外，致动器408可以是耦合到透镜306和304中的一个或两个的任何机械致动器，并且通过滑动透镜306和304中的一个或两个实现如例如关于图3A-C所描述的滑动移动。可以改变和控制离开装置400的光420，以实现多个不同的束结构和束角度。根据一个示例性实施例，处理器410可以基于通过接口412接收的或者存储在存储器414中的指令来控制致动器408和/或光源402。接口412可以是直接或通过网络连接到另一计算装置或处理器的接口，或可以是用户接口。例如，用户接口可以是触摸屏、键盘，触摸板、或任何合适种类的用户接口中的一个或多个。根据一个示例性方面，由于用户可以输入或选择期望的束结构或角度的指示。进而，存储器414可以包括描述束结构和束角度与透镜304和306之间的相应相对移位之间的关系的数据。此外，处理器可以控制致动器408以实现透镜之间的相对滑动或移位以在输出光420中形成所选择的束结构，如本文的下文分别关于图32和33的方法3200和3300更详细地讨论的。这里，致动器408可以实现透镜之间的横向移位，如上面关于图3B所讨论的。

根据一个示例性实施例，装置400可以被配置为生成具有至少12度到37度之间的束角度的束420，其中通过增加透镜结构302的透镜之间的移位来形成较大的束角度。然而，通过适当地修改透镜304和306的自由形状表面的配置，可以形成其他束角度，这在本文的下文更详细地讨论。图5A-5C图示了可以由系统400形成的示例性束结构的斑。例如，图5A图示了具有12度束角度的斑的图500，其中曲线504示出了斑在y方向上的光强度，并且曲线502示出了斑在x方向上的强度。另外，图5B描绘了具有18度束角度的斑的图510，其中曲线514示出了斑在y方向上的光强度，并且曲线512示出了斑在x方向上的强度。此外，图5C图示了具有37度束角度的斑的图520，其中曲线524示出了斑在y方向上的光强度，并且曲线522示出了斑在x方向上的强度。

如上所述，术语“自由形状表面”应该被理解为区别于并且不同于平面表面、椭圆形表面、球形表面、具有旋转对称性的非球面表面和圆锥形表面，因为作为在本文中应该被理解的术语“自由形状表面”不具有旋转对称性。根据示例性实施例的自由形状表面包括二次立方表面。为了形成足够的自由形状表面以用于生成具有不同束角度的各种束结构的目的，根据一个示例性方面，正透镜可以被建模为两个交叉的圆柱体。透镜304和306的自由形状表面308和314可以以相同的方式建模，并且可以是相同的但是相反地取向，如图3B中图示的。这里，自由形状表面308和314中的每一个可以如下建模：

（1）

（2），

其中（1）和（2）可表示为

（3）

（4）

其中Z_第一透镜表示第一透镜（例如，透镜304），Z_第二透镜表示第二透镜（例如，透镜306），x表示滑动或移位的方向（例如，方向322/324），z表示图3A-C中的表面的高度并且垂直于x方向和y方向，y表示在透镜平面中并且垂直于x和z两者的方向，A和D表示可以根据设计选择来选择和变化的加权偏差，并且△_max表示x方向上的最大位移或滑动。应该注意的是，增加偏差可以将一个圆柱体配置为，在位置或移位△= 0处具有全光焦度（optical power）以及在△=△_max 时具有零光焦度。以这种方式增加偏差具有下列效果：针对否则将产生旋转对称束的系统，当透镜处于一个极端位置时创建垂直束以及当透镜处于相反极限位置时创建水平束。

根据一个示例性方面，自由形状表面308和314可以被配置为具有略微不同的几何形状而不是相同的几何形状。例如，如果采用具有相同几何形状的自由形状表面，则可能有在束结构中或在束的斑中存在不对称的实例。这里，随着束结构的束角度的增加，不对称性变差。参考图6，不对称性可以分别源自透镜306和304的区域604和606处的不均匀光折射。例如，在图6中描绘的透镜的说明性实施例中，区域604折射光，使得光以21.8度从装置400输出，而区域606折射光，使得光以25.4度从装置输出。在该示例中，在极端焦点位置处光折射的不均匀性最严重。因此，根据一个示例性方面，可以改变透镜306的自由形状表面314的边缘而不会在其他位置不利地影响束。特别地，可以使区域604中的自由形状表面比区域606中的自由形状表面稍微更陡峭，区域606中的自由形状表面不需要修改。表面陡度的这种增加补偿了不均匀的折射。

如上所讨论，优选地，滑动透镜在光接收表面和光输出表面两者上都具有自由形状表面，以通过准直光提供具有增强的清晰度和准确度的若干不同的束结构。例如，如图7中图示的，透镜结构702可包括具有光接收自由形状表面710和光输出自由形状表面708的透镜704。此外，透镜结构702还可包括具有光接收自由形状表面714和光输出自由形状表面716的透镜706。这里，表示为Z_顶部第一的透镜704的自由形状表面708可以如下配置：

（5）

其中Z_第一透镜在等式（1）或（3）中定义。另外，表示为Z_底部第一的透镜704的自由形状表面710可以如下配置：

（6）

此外，透镜706的自由形状表面716可以如下配置：

（7）

其中Z_第二透镜在等式（2）或（4）中定义。此外，表示为Z_底部第二的自由形状表面714可以如下配置：

（8）。

应该理解，这些自由形状表面配置是示例性的，并且根据示例性实施例可以采用其他配置。类似于透镜结构302，自由形状表面714可以具有与708相同的几何形状，并且相反地，自由形状表面710和716可以根据等式（5）-（8）来配置。在替代实施例中，自由形状表面714（和/或表面716）的边缘可以被改变为具有比自由形状表面708（和/或表面710）的相应边缘稍微更陡峭的几何形状，如上面关于图6所讨论的。

如图8所示，根据一个示例性实施例，透镜结构702可以在照明装置800中实现。这里，照明装置800可以包括光源802（其可被配置为输出准直光804）、透镜结构702、漫射器806、致动器808、处理器810、存储器或存储装置814和接口812。除了漫射器806和透镜结构702之间的气隙、透镜706和702之间的距离、以及透镜结构702和光源802之间的距离可以适当地修改以适应透镜706和704的双自由形状表面之外，并且除了处理器810、存储器814和致动器808被适当地修改以匹配针对可由透镜结构702产生的相应的束角度或束结构的滑动或移位距离之外，光源802、漫射器806、致动器808、处理器810、存储器或存储装置814和接口812可以分别与光源402、漫射器406、致动器408、处理器410、存储器或存储装置414和接口412相同。因此，透镜704的自由形状表面710可以接收准直光804，透镜704的自由形状表面708可以通过透镜704从表面710接收光并且可以将光透射到透镜706的自由形状表面714。自由形状表面716可以通过透镜706的主体从自由形状表面714接收光，并且可以将光输出到漫射器806以形成束816。应该注意，漫射器406和806是可选的并且不一定包括在装置400和800中。然而，漫射器是有益的，因为它们可以提供更均匀的束，因为它们可以平滑束结构，包括束的边缘，以得到美学吸引力。另外，在其他示例性实施例中，除了漫射器406之外的光学元件，诸如例如其他透镜，可以被添加到或用于代替漫射器406和806。如上所述，漫射器优选地设置在透镜上方，因为当它们被用准直光照射时，透镜提供更好的结果。

如例如图7中关于透镜704和透镜706所示，在照明装置或光照系统中，与采用一个自由形状表面相反，在给定透镜的两侧使用自由形状表面提供了若干优点。当利用任何光源时存在这些优点，但是对于提供准直光的光源尤其明显。例如，使用两个相对的自由形状表面抵消了透镜左边缘和右边缘上的不均匀折射，并产生更均匀和对称的束。另外，采用具有两个自由形状表面的透镜也增加了最大束角度（即光焦度）和透镜的效率。当在光照装置或系统中利用大于40屈光度的透镜时，这些益处尤其可感知。图9和10图示了在透镜的相对侧上实现自由形状表面的优点。特别地，图9描绘了图900，其示出了在距离采用具有平坦的第一侧和弯曲的第二相对侧的透镜的照明装置一米处的墙壁上的斑。曲线902图示了x方向上的强度，而曲线904图示了y方向上的强度。如曲线902所示，在42度的束角处存在轻微的不对称性。相比之下，图10示出了图1000，其图示了在距离采用在透镜的相对侧上具有弯曲表面的透镜的照明装置一米处的墙壁上的斑。曲线1002表示x方向上的强度，而曲线1004表示y方向上的强度。如曲线1002中图示的，即使在60度的更大束角度下也没有不对称问题，如图所示1000。

应该注意，可以实现上面提到的透镜结构的变型以实现更简单和更紧凑的照明装置。例如，根据示例性实施例，透镜结构的透镜可以被配置为仅在一个方向上移位。参考图11和12，透镜结构可以配置为在横向方向上移位或滑动，如上面关于图3B所讨论的。图11图示了示例性透镜结构1100，其中透镜被设计成在两个方向上移位，其中透镜结构1100的透镜1102包括正焦度部分1106、零焦度部分1108和负焦度部分1110，并且透镜结构1100的透镜1104包括负焦度部分1112、零焦度部分1114和正焦度部分1116。这里，透镜结构1100在零位置没有光焦度，当从零位置沿一个方向平移时具有正焦度，并且当从零位置沿相反方向平移时具有负焦度。另外，透镜1102和1104也始终具有恒定的楔形（wedge）。由于每个透镜在相反方向上取向和平移，因此该楔形抵消了。图11中的配置图示出负焦度位置。然而，如图11中图示的，透镜结构1100相对大并且在照明装置中将需要相对大量的空间。根据一个示例性方面，透镜结构省略了透镜的负部分，如图12所示。这里，透镜结构1200的透镜1202仅具有正焦度部分1206和零焦度部分1208，而透镜结构1200的透镜1204仅具有零焦度部分1210和正焦度部分1212。这样，透镜结构1200被配置为仅在一个方向上从零位置移位，这导致更小得多的透镜结构，而同时保持束移位性能，这在光照系统中是有用的。例如，在成像光学应用中，控制束是发散还是会聚是重要的。图13图示了包括光源1302和光学器件1304的照明装置1300，光学器件1304产生会聚光束1306以照射目标1308。进而，图14图示了包括光源1402和光学器件1404的照明装置1400，光学器件1404产生发散光束1406以照射目标1408。对于光照应用，会聚束和发散束之间的区别通常是不重要的，因为在一定距离处，相似角度的会聚束和发散束在表面上产生相同的光照图案，如图13和14所指示。

尽管根据示例性实施例，通过在透镜结构中采用仅负焦度和零焦度可以实现紧凑性，但是优选采用图12的透镜结构1200。例如，参考图15和16，会聚束1602优于发散束1502，因为束在通过每个透镜时变小，如图16中所图示。因此，根据透镜结构1200配置的透镜1604和1606可以仅与光源一样大并且不太可能产生杂散光，因为两个透镜都捕获光。相反，当发散束1502被采用并通过仅具有负焦度和零焦度的透镜1504和1506形成时，透镜中的至少一个（例如透镜1506）不捕获一些光。因此，仅具有正焦度和零焦度的会聚束是优选的。

现在参考图32，说明性地描绘了根据示例性实施例的用于提供光输出束的示例性方法3200。应该注意，方法3200可以由上面描述系统400和/或上面描述系统800执行。另外，应该进一步注意，透镜结构600的特征和/或透镜结构1100或1200的特征可以在系统400的透镜结构302和/或系统800的透镜结构702中采用。此外，方法3200可以至少部分地实现为存储在存储介质414/814上的计算机程序的指令。方法3200可以在步骤3202开始，在步骤3202，处理器410/810可以通过接口412/812接收束结构调整的指示。这里，接口可以是用户接口，诸如例如触摸屏、键盘、鼠标、小键盘、可以无线通信到遥控器的遥控接口或任何其他适当的用户接口，通过它们用户可以向系统400/800提供束结构调整的指示。可替代地或另外地，接口412/812可以是耦合到另一计算装置的接口。例如，接口412/812可以是直接耦合到另一计算装置或耦合到另一个计算装置所耦合到的网络的硬件端口。可替代地，接口412/812可以是直接耦合到另一计算装置或耦合到另一个计算装置所耦合到的网络的无线接口。两种情况下的网络可以是有线网络、无线网络或有线和无线网络的组合，并且还可以包括在这些情况中的每种情况下的另一个计算装置可以是其中的一部分的互联网和/或云系统。这里，其他计算装置可以遥控照明装置400/500，并且可以作为存储在计算装置或网络或云中的其他地方的程序的一部分来提供束结构调整的指示，或者可以通过中继用户提供的输入来提供束结构调整的指示。

束结构调整可以是束的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置（例如，形状）的调整。另外，束的尺寸、角度和/或配置可以在存储器414中与相应的透镜304和306之间的相对滑动位置相关联，和/或束的尺寸、角度和/或配置可以在存储器814中与相应的透镜704和706之间的相对滑动位置相关联。例如，存储器414/814可以包括将相对滑动位置与尺寸、角度和/或配置相关联的表格，使得处理器410/810可以接收特定尺寸、角度和/或配置并且可以通过在表格中将接收的尺寸、角度和/或配置与适当的相对滑动位置相关联来确定适当的相对滑动位置以实现接收的束的尺寸、角度和/或配置。这里，如果在表格中没有精确地定义所接收的尺寸、角度和/或配置，则处理器410/810可以被配置为选择与和所接收尺寸、角度和/或配置最相似的尺寸、角度和/或配置相关联的相对滑动位置。替代地或另外地，尺寸、角度和/或配置与相对滑动位置之间的关系可以被定义为函数。此外，除了尺寸、角度和/或配置之外或作为其替代，束调整的指示可以是相对滑动位置的指示或透镜滑动调整本身的指示。此外，该指示可以是表示束的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置（例如，形状）的代码、将实现期望的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置和/或将导致将实现期望的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置的透镜滑动调整。替代地或另外地，在步骤3202接收的束结构调整的指示可以是包括一组随时间变化的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置的程序、随时间变化的透镜306和304的相对滑动位置或透镜706和704之间的相对滑动位置、和/或根据程序在不同时间实现的透镜滑动调整。另外，还应该注意，束结构调整的指示可以定义初始束结构或者可以定义对现有光束的调整。

在步骤3204，处理器410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304的或透镜706和704的相对滑动，以执行在步骤3202接收的（多个）束结构调整，并且从而调整输出束420/820的结构。如上所述，致动器408/808可以实现透镜306和304和/或透镜706和704在横向方向上的相对滑动或移位，如上面关于图3B所讨论的。此外，也如上面关于图3B和3C所讨论的，透镜306和304和/或透镜706和704可以朝向或远离彼此移动，以在任何横向移位或滑动期间最小化系统的透镜之间的距离，同时避免透镜之间的机械干扰。根据示例性实施例，最大横向移位可以是透镜之间的距离的任何变化的至少5倍。这里，透镜之间的距离的任何变化应该用于最小化透镜之间的机械间隙。然而，如上所述，为了简化机械致动器，透镜之间的距离可以在任何横向移位期间保持恒定。

在步骤3204，处理器410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304之间或透镜706和704的相对滑动，以达到实现在步骤3202接收的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置。如上所述，处理器410/810可以采用表格或函数来确定适当的相对滑动位置。替代地或另外地，处理器410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304之间或透镜706和704的相对滑动，以达到在步骤3202接收的相对滑动位置或在步骤3202接收的具体透镜调整产生的相对滑动位置。替代地或另外地，处理器410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304之间或透镜706和704的相对滑动以达到根据存储在存储器414/814中的随时间变化的尺寸、角度和/或配置的程序的相对滑动位置，如上所述。这里，致动器408/808可以如上面关于结构302和702所讨论的那样线性地移动透镜306和304中的一个或两个或者透镜706和704中的一个或两个。此外，致动器408/808可以根据在步骤3202接收的（多个）束调整指示在任一水平方向上移动透镜306和304中的一个或两个或透镜706和704中的一个或两个以达到相对滑动位置。

在步骤3206，处理器410/810可以控制光源402/802在具有如上所述的透镜306和304或者透镜706和704的装置400/800中生成光输出束420/820。这里，步骤3206处的光束420/820的生成可以在步骤3202和/或步骤3204之前、之后或同时实现。如上面讨论的，光源402/802优选地输出准直光404/804。另外，处理器410/810可以控制光源402/802调整或改变颜色、色温或强度以实现在步骤3202接收的可以例如根据程序随时间变化的任何颜色、色温或强度，如上所述。

现在转向图17，说明性地描绘了用于提供光输出束的照明系统1706。系统1706可以通过采用若干组照明装置来实现宽动态范围的束角度，其中每个照明装置提供其自己的相应束角度。另外，系统1706可以采用利用可变焦距透镜的调光以在窄束角度和中等和/或宽束角度之间平滑地过渡。系统1706可以提供输出束的增强动态范围。在图17中图示的示例中，系统1706包括两组照明装置。例如，系统1706可以包括提供窄（nar.）束角度的照明装置1702和提供宽（wid.）束角度的照明装置1704。例如，照明装置1702中的每一个可以输出具有图18中图示的、具有范围从例如15到40度的角度的轮廓1802的光束，而照明装置1704中的每一个可以输出具有图22中图示的、具有范围从例如40到85度的角度的蝙蝠翼形轮廓2202的光束。蝙蝠翼形轮廓可以通过从光源402或802将未准直的光引导到透镜结构302或702中，或者通过从光源402或802将具有空中心的准直光的环引导到透镜结构302或702来实现。应该理解，尽管仅图示了两组照明装置（nar.和wid.），但是可以采用更多数量的不同组的照明装置。

应该注意，图4的照明装置400和图8的照明装置800可以实现照明装置1702和1704中的任何一个或多个。例如，系统1706的所有照明装置1702和1704可以被构造为照明装置400，系统1706的所有照明装置1702和1704可以被构造为照明装置800，一些照明装置1702可以构造为照明装置800，并且其他照明装置1702可以构造为照明装置400，并且照明装置1704中的一些可以构造为照明装置800并且其他照明装置1704可以被构造为照明装置400。

此外，系统1706包括处理器1710、存储器或存储装置1712和接口1708。根据一个示例性实施例，处理器1710可以基于通过接口1708接收的或存储在存储器1712中的指令来控制照明装置1702和1704中的每一个。接口1708可以是直接或通过网络连接到另一计算装置或处理器的接口，或者可以是用户接口。例如，用户接口可以是触摸屏、键盘、触摸板、或任何合适种类的用户接口中的一个或多个。根据一个示例性方面，由于用户可以输入或选择期望的束结构或角度的指示。进而，存储器1712可以包括描述束结构和束角度与透镜304和306之间和/或透镜704和706之间的相应相对移位之间的关系的数据。此外，处理器1710可以通过与照明装置1702和1704的处理器410/810中的每一个通信来控制系统1706中的所有照明装置1702和1704，或者处理器1710可以执行与上述照明装置1702和1704的处理器410/810相同的功能，其中在这种情况下，可以可选地省略处理器410/810。类似地，存储器1712可以执行与上述照明装置1702和1704的存储器414/814相同的功能并存储相同的信息，其中可以可选地省略存储器414/814，并且接口1712可以执行与上述照明装置1702和1704的接口414/814相同的功能，其中接口414/814也可以可选地省略。在本文的下文中关于图33的方法3300进一步讨论处理器1710和存储器1712的细节。

为了说明根据系统1700的示例性实施例如何可以使用可变焦距透镜平滑地组合不同宽度的束，首先参考图18和19。图18图示了具有15度的半高全宽（FWHM）束角度的束的轮廓1802，而图19图示了具有32度的FWHM束角度的束的轮廓1902。在图18和19以及图20-31中，纵轴表示以坎德拉（candela）为单位的强度，而横轴表示以度为单位的束角度。由轮廓1802和1902表示的每个束可以由单个LED生成，其上方具有光学元件或透镜。另外，可以通过开启两个光源并将它们瞄准相同的方向来使束相加，使得当它们照射到同一表面上时它们的光被叠加。图20图示了束轮廓2002，其包括具有轮廓1802的束与具有轮廓1902的束相加。如图20所示，仅将束1802和1902相加不创建合乎期望的或平滑的束形状，并且通过将两个束相加形成不美观的拐点2004。

为了改善具有不同宽度的束的相加，束应该优选地具有容纳彼此并且彼此混合的不同形状。例如，图21图示了具有窄轮廓2102的束，窄轮廓2102具有FWHM为15度的中心峰值，并且图22图示了具有带两个峰值的蝙蝠翼形类型轮廓2202的互补束。如图23中图示的，将束2102和2202相加产生束轮廓2302，其具有光滑且美学上令人愉悦的具有45度的束角度的轮廓。尽管可以将束轮廓2102和2202相加在一起以形成平滑的束轮廓2302，但是难以使用相同的照明装置产生具有其他宽度的束，诸如例如具有轮廓2304的束。换句话说，难以产生跨各种束角度和结构的具有平滑轮廓的可调整束。

根据示例性实施例的一方面，束轮廓被一前一后地调整以确保各种束结构在叠加时平滑地混合。例如，图24和25的窄束和窄束被调整之后的蝙蝠翼形束轮廓，但蝙蝠翼形轮廓保持不变。进而，图26示出了由较窄的束轮廓2402与蝙蝠翼形轮廓2502叠加产生的束轮廓2602。束轮廓2602不具有平滑的束形状并且包括不美观的拐点2604。因此，窄束和宽束（例如，蝙蝠翼形轮廓束）应该以确保它们的叠加保持相容性的方式进行调整，以用于生成平滑的束结构的目的。

本申请的示例性实施例可以被配置为独立地调整叠加的束，使得它们产生匹配的轮廓。例如，参考图27和28，继续参考图17，可以调整由照明装置1702提供的窄束结构2702和由照明装置1704提供的宽束结构2802，使得宽度2704保持与宽度2804的叠加。换句话说，任何束调整都以这样的方式执行：蝙蝠翼形轮廓2802的峰值（由宽度2804的末端表示）与窄束2702的外边界（由宽度2704的末端表示，此处窄束2702接近零强度）重叠。特别地，轮廓2702达到几乎零强度角度X和-X，而轮廓2802具有相同角度X和-X处的峰值。以这种方式使轮廓2802的峰值与束2702的端部匹配和重叠可以确保如图29中图示的平滑的混合。

在一些情况下，用户可能期望束角度非常窄以至于它不需要束的蝙蝠翼形部分。在那种情况下，例如可以通过照明装置1704实现的蝙蝠翼形组件将被关闭。系统1700仍然可以调整由照明装置1702提供的窄束，如上面关于方法3200详细讨论的。

根据另一示例性方面，系统1700可以通过在强度和角度两方面缩放束结构来将由照明装置1702提供的窄束结构与由照明装置1704提供的宽束结构混合和叠加。因此，调整过程因此可以包括在束图案的一个或两个部分上的亮度调整，例如由照明装置1702提供的窄束结构上的亮度调整，由照明装置1704提供的宽束结构上的亮度调整，或者由照明装置1702提供的窄束结构和由照明装置1704提供的宽束结构二者上的亮度调整，以适应平滑混合。强度调整可以由处理器1710、410和/或710通过电子调制提供给光源402/802（其可以包括一个或多个LED）的功率来实现，例如，通过适当地改变占空比。图30和31图示了不良匹配的窄束轮廓3002/3102与相应的宽束轮廓3004/3104。优选地，窄束轮廓和宽束轮廓的强度应该匹配，如图29所图示。

现在参考图33，说明性地描绘了根据示例性实施例的用于提供光输出束的示例性方法3300。应该注意，方法3300可以由系统1700执行，并且可以包含上面描述的系统1700的所有方面或上面描述的系统1700的方面的任何组合。方法1700可以由处理器1710单独执行或者与系统1700的照明装置1702和照明装置1704的处理器410和/或810组合执行。方法3300可以在步骤3302开始，在步骤3302处理器1710 / 410/810可以通过接口1708接收束结构调整的指示。这里，接口可以是用户接口，诸如例如触摸屏、键盘、鼠标、小键盘、可以无线地与遥控器通信的遥控接口、或用户可以通过其向系统1700提供束结构调整的指示的任何其他适当的用户接口。可替代地或另外地，接口1710可以是耦合到另一计算装置的接口。例如，接口1710可以是直接耦合到另一计算装置或耦合到另一个计算装置所耦合到的网络的硬件端口。可替代地，接口1710可以是直接耦合到另一计算装置或耦合到另一个计算装置所耦合到的网络的无线接口。两种情况下的网络可以是有线网络、无线网络或有线和无线网络的组合，并且还可以包括这些情况中的每种情况下的另一个计算装置可以是其中的一部分的互联网和/或云系统。这里，其他计算装置可以遥控照明系统1700，并且可以作为存储在计算装置或网络或云中的其他地方的程序的一部分来提供束结构调整的指示，或者可以通过中继用户提供的输入来提供束结构调整的指示。

束结构调整可以是束的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置（例如，形状）的调整。另外，束的尺寸、角度和/或配置可以在针对装置1702和/或装置1704中的一个或多个的存储器1712中与相应的透镜304和306之间的相对滑动位置相关联，和/或束的尺寸、角度和/或配置可以在存储器1712或装置1702和/或装置170中的一个或多个中与相应的透镜704和706之间的相对滑动位置相关联。例如，存储器1714可以包括将相对滑动位置与尺寸、角度和/或配置相关联的表格，使得处理器1710/410/810可以接收特定尺寸、角度和/或配置并且可以通过在表格中将接收的尺寸、角度和/或配置与适当的相对滑动位置相关联来确定适当的相对滑动位置以实现接收的束的尺寸、角度和/或配置。这里，如果在表格中没有精确地定义所接收的尺寸、角度和/或配置，则处理器1710/410/810可以被配置为选择与和所接收尺寸、角度和/或配置最相似的尺寸、角度和/或配置相关联的相对滑动位置。替代地或另外地，尺寸、角度和/或配置与相对滑动位置之间的关系可以被定义为函数。此外，除了尺寸、角度和/或配置之外或作为其替代，束调整的指示可以是相对滑动位置的指示或透镜滑动调整本身的指示。此外，该指示可以是表示束的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置（例如，形状）的代码、将实现期望的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置和/或将导致将实现期望的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置的透镜滑动调整。替代地或另外地，在步骤3202接收的束结构调整的指示可以是包括一组随时间变化的尺寸、角度、颜色、色温、强度和/或配置的程序、随时间变化的透镜306和304的相对滑动位置或透镜706和704之间的相对滑动位置、和/或根据程序在不同时间实现的透镜滑动调整。另外，还应该注意，束结构调整的指示可以定义初始束结构或者可以定义对现有光束的调整。在这些情况中的每一种情况下，（多个）装置1702的透镜的滑动和（多个）装置1704的透镜的滑动可以相关联并且一前一后地执行，使得蝙蝠翼形轮廓的峰值与第一束外边界之间的重叠被保持。此外，在这些情况中的每一种情况下，滑动可以与装置1702和1704中的每一个中的光源402/802的相应强度调整相关联。根据一个示例性方面，（多个）强度调整可以在存储器1712/414/814中关联到（多个）滑动位置以获得期望的束轮廓，诸如例如图>29中的束2702和2802形成的轮廓。替代地或另外地，（多个）强度调整可以在存储器1712/414/814中关联到（多个）滑动位置，以获得具有（多个）非常规形状的（多个）期望的束轮廓，诸如例如图26中的轮廓2602。

如上所述，（多个）照明装置1702可以形成窄束结构2102/2702，而（多个）照明装置1704可以形成具有蝙蝠翼形轮廓2202/2802的束结构。这里，通过透镜的任何滑动调整，处理器1710/410/810可以被配置为以这样的方式执行滑动调整：蝙蝠翼形轮廓2802的峰值（由宽度2804的末端表示）与窄束2702的外边界（由宽度2704的末端表示，此处窄束2702接近零强度）重叠，如上面详细讨论的。此外，如果在步骤3302接收的指示包括强度调整，则存储器1712/414/814可以将由窄束结构和宽束结构的叠加形成的强度与装置1702/1704的各个光源402/802的强度相关联。特别地，装置1702/1704的各个光源402/802的强度可以配置为使得它们是匹配的，以形成平滑的束结构，如上面关于图29-31所讨论的，并且形成各种强度，这些强度可以通过在步骤3302接收的指示来选择。

在步骤3304，处理器1710/410/810可以控制致动器408/808以实现照明系统1700中的透镜306和304和/或透镜706和704的相对滑动，以执行在步骤3302接收的（多个）束结构调整并从而调整输出束的结构。如上所述，致动器408/808可以实现透镜306和304和/或透镜706和704在横向方向上的相对滑动或移位，如上面关于图3B所讨论的。此外，也如上面关于图3B和3C所讨论的那样，透镜306和304和/或透镜706和704可以可选地朝向彼此或远离彼此移动，以在任何横向移位或滑动期间最小化系统的透镜之间的距离，同时避免透镜之间的机械干扰。根据示例性实施例，如上所述，最大横向移位可以是透镜之间的距离的任何变化的至少5倍。

在步骤3304，处理器1710/410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304和/或透镜706和704之间的相对滑动，以达到实现在步骤3302接收的尺寸、角度和/或配置的相对滑动位置。如上所述，处理器1710/410/810可以采用表格或函数来确定适当的相对滑动位置。替代地或另外地，处理器1710/410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304和/或透镜706和704之间的相对滑动，以达到在步骤3302接收的相对滑动位置或在步骤3302接收的具体透镜调整产生的相对滑动位置。替代地或另外地，处理器1710/410/810可以控制致动器408/808以实现透镜306和304和/或透镜706和704之间的相对滑动以达到根据存储在存储器1712/414/814中的随时间变化的尺寸、角度和/或配置的程序的相对滑动位置，如上所述。这里，致动器408/808可以如上面关于结构302和702所讨论的那样线性地移动透镜306和304中的一个或两个和/或透镜706和704中的一个或两个。此外，致动器408/808可以在任一水平方向上移动透镜306和304中的一个或两个和/或透镜706和704中的一个或两个以达到根据在步骤3302接收的（多个）束调整指示的相对滑动位置。

在步骤3306，处理器1710/410/810可以通过将第一束与包括蝙蝠翼形轮廓的第二束叠加来控制光源402/802以生成光输出束。这里，在步骤3306的光输出束的生成可以在步骤3302和/或步骤3304之前，之后或同时实现。如上面所讨论的，由照明装置1702提供的光束2102/2702可以叠加在光束2202/2802上。为了确保根据示例性实施例的平滑叠加的束轮廓，处理器1710/410/810可以被配置为以这样的方式执行任何滑动调整：蝙蝠翼形轮廓2802的峰值（由宽度2804的末端表示）与窄束2702的外边界（由宽度2704的末端表示，此处窄束2702接近零强度）重叠，如上面详细讨论的。另外，处理器1710/410/810可以控制光源402/802调整或改变颜色、色温、强度以实现在步骤3202接收的可以例如根据程序随时间变化的任何颜色、色温或强度，如上所述。此外，如上所述，装置1702/1704的各个光源402/802的强度可以配置为使得它们是匹配的，以形成平滑的束结构，如上面关于图29-31所讨论的。

虽然本文已经描述和说明了若干发明实施例，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文所描述的一个或多个优点的各种其他装置和/或结构，并且这些变化和/或修改中的每一个被认为是在本文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理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料和配置旨在是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的具体一个或多个应用。本领域技术人员将认识到或者能够使用不超过常规的实验确定本文所述的具体发明实施例的许多等同物。因此，应该理解，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，发明实施例可以以不同于具体描述和要求保护的方式实施。本公开的发明实施例针对本文描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。此外，如果这些特征、系统、物品、材料、套件和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、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。

如本文定义和使用的所有定义应理解为控制字典定义、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。

除非明确相反指出，否则如本文在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一”和“一个”应理解为表示“至少一个”。

如本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应理解为表示如此结合的要素中的“一个或两个”，即在某些情况下要素结合存在并且在其他情况下要素分离存在。用“和/或”列出的多个要素应以相同的方式解释，即，如此结合要素中的“一个或多个”。除了用“和/或”短语具体标识的要素之外，可以可选地存在无论是与具体标识的那些要素相关还是不相关的其他要素。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用可以在一个实施例中仅指代A（可选地包括除了B以外的要素）；在另一实施例中仅指代B（可选地包括除A之外的要素）；在又一实施例中，指代A和B两者（可选地包括其他要素）；等。

如本文在说明书和权利要求书中使用的“或”应理解为具有与如上所定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项目时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包含多个要素或要素列表中的至少一个，但也包括多于一个，以及可选的其他未列出的项目。只有明确相反指出的术语，诸如“.....中的仅一个”或“......中的恰好一个”，或者，当在权利要求中使用时，“由......组成”将指的是包含多个要素或要素列表中的恰好一个要素。一般而言，当前面有排他性术语（诸如“两者之一”，“......中的一个”“......中的仅一个”或“......中的恰好一个”）时，如本文使用的术语“或”仅应被解释为指示排他性替代（即“一个或另一个但不是两个”）。当在权利要求中使用时，“基本上由......组成”应当具有其如在专利法领域中使用的普通含义。

如本文在说明书和权利要求书中使用的，关于一个或多个要素的列表的短语“至少一个”应理解为表示选自要素列表任何一个或多个要素中的至少一个要素，但不一定包括要素列表中具体列出的每个要素中的至少一个要素，并且不排除要素列表中要素的任何组合。该定义还允许可以可选地存在除了短语“至少一个”所指的要素列表内具体标识的要素之外的要素，无论是与具体标识的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”（或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”）可以在一个实施例中指的是至少一个、可选地包括多于一个A，不存在B（并且可选地包括除B之外的要素）；在另一实施例中，指的是至少一个、可选地包括多于一个B，不存在A（并且可选地包括除A之外的要素）；在又一实施例中指的是至少一个、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（并且可选地包括其他要素）；等。

还应该理解，除非明确相反地指出，否则在本文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顺序不一定限于该方法的步骤或动作所叙述的顺序。

在权利要求以及上面的说明书中，所有过渡短语，诸如“包括”，“包含”，“带有”，“具有”，“含有”，“涉及”，“持有”，“包括......”等应理解为开放式的，即表示包括但不限于。只有过渡短语“由......组成”和“基本上由......组成”应分别是封闭或半封闭的过渡短语，如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述。

Claims (15)

1. 一种提供输出束的照明装置（800），包括：

光源（802），被配置为输出光；和

多个透镜（702），包括第一透镜（704），所述第一透镜（704）具有被配置为接收光的第一自由形状表面（710）和被配置为朝向所述多个透镜中的第二透镜（706）透射光的第二自由形状表面（708），所述第二透镜包括被配置为接收来自所述第二自由形状表面的光的第三自由形状表面（714），并且包括被配置为将光透射出所述第二透镜的第四自由形状表面（716）；以及漫射器（806），被配置为接收和漫射从所述第二透镜透射出的光。

2.根据权利要求1所述的照明装置，其中从所述光源输出并由所述第一自由形状表面接收的光是准直光。

3.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第二自由形状表面和所述第三自由形状表面具有相同的几何形状。

4.根据权利要求1所述的照明装置，其中所述第一、第二、第三和第四自由形状表面中的至少一个给定自由形状表面具有与所述第一、第二、第三和第四自由形状表面中的至少一个其他自由形状表面相同的几何形状，除了所述至少一个给定自由形状表面的边缘（604）具有比所述至少一个其他自由形状表面上的相应边缘（606）更陡峭的几何形状。

5.根据权利要求1所述的照明装置，还包括：

处理器（810），被配置为接收束结构调整的指示并且实现所述第一和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中所述相对滑动在与所述第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现。

6.根据权利要求5所述的照明装置，其中所述处理器被配置为实现仅正焦度的调整。

7.根据权利要求1所述的照明装置，还包括：

漫射器（806），被配置为接收和漫射从所述第二透镜透射出的光。

8. 一种提供输出束的照明系统（1706），包括：

多个照明装置，包括

第一照明装置（1702），被配置为生成第一束（2102），和

第二照明装置（1704），被配置为生成包括蝙蝠翼形轮廓（2202）的第二束，

其中所述第一和第二照明装置或所述第二发光装置中的至少一个包括光源（402）和多个透镜（302），所述多个透镜（302）包括具有第一自由形状表面（308）的第一透镜（304）和包括第二自由形状表面（314）的第二透镜（306），

其中，所述系统被配置为当所述第一和第二照明装置被启用时叠加所述第一束和所述第二束。

9.根据权利要求8所述的照明系统，其中所述蝙蝠翼形轮廓的峰值与所述第一束的外边界重叠。

10.根据权利要求8所述的照明系统，还包括：

处理器（1710），被配置为接收束结构调整的指示并且实现所述第一和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中所述相对滑动在与所述第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现。

11.根据权利要求10所述的照明系统，

其中所述光源是第一光源，其中所述多个透镜是第一多个透镜，其中所述第一发光装置包括所述第一光源和所述第一多个透镜，

其中所述第二照明装置包括第二光源（802）和第二多个透镜（702），所述第二多个透镜（702）包括具有第三自由形状表面（708）的第三透镜（704）和具有第四自由形状表面（714）的第四透镜（706），

其中所述处理器被配置为通过滑动第一、第二、第三或第四透镜中的至少一个来实现调整，使得蝙蝠翼形轮廓的峰值与第一束的外边界之间的重叠被保持，其中所述滑动在横向方向上实现。

12.根据权利要求11所述的照明系统，其中，所述处理器被配置为改变所述第一束或所述第二束中的至少一个的强度，以实现所述调整。

13.一种用于提供光输出束的方法（3200），包括：

接收（3202）束结构调整的指示；

实现（3204）第一透镜和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中所述第一透镜包括被配置为接收来自光源的光的第一自由形状表面和被配置为朝向所述第二透镜透射光的第二自由形状表面，所述第二透镜包括被配置为接收来自所述第二自由形状表面的光的第三自由形状表面和被配置为将光透射出所述第二透镜的第四自由形状表面，其中所述相对滑动在与所述第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现；以及

生成（3206）光输出束，其中光透射出所述第二透镜。

14.根据权利要求14所述的方法，其中，所述实现包括调整所述输出束的宽度。

15.一种用于提供光输出束的方法（3300），包括：

接收（3202）束结构调整的指示；

实现（3204）第一透镜和第二透镜之间的相对滑动以调整输出束的结构，其中所述相对滑动在与所述第一或第二透镜中的至少一个主要设置于其中的至少一个平面平行的横向方向上实现；以及

由第一照明装置生成（3206）第一束和由第二照明装置生成第二束，其中所述第二束包括蝙蝠翼形轮廓，其中所述第一和第二照明装置中的至少一个包括光源和多个透镜，所述多个透镜包括第一透镜和第二透镜，其中所述第一透镜包括第一自由形状表面，并且所述第二透镜包括第二自由形状表面，并且其中执行生成使得所述第一束和所述第二束叠加。