CN114502880A - 具有可变不对称光束的光源 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种用于洗墙的建筑照明装置，以提供合适的光束调制。该装置将可变发散光束源(光源及光束拉伸元件)与专门设计的侧反射器组合，该侧反射器将展宽光束的一部分重新引导回墙壁上，从而使墙壁照明随着光束发散而增加。

Description

具有可变不对称光束的光源
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月7日提交的美国临时专利申请62/883,795的优先权，其内容通过引用结合于此。
技术领域
本申请涉及可控光源，例如用于建筑照明的可控点光束光源。
背景技术
照明在建筑中起着重要作用。例如，角度窄(或所谓的点)光束的布置在人们感知空间的方式中起着重要作用。点光束光源的亮度和发散角以及它们的位置都被精心选择以提供期望的照明效果。
在一些情况下，必须将点光束布置成具有不对称的光束形状，例如当放置在墙壁或隔板附近并且光束将照亮地板连同相邻的墙壁或隔板时。这被称为“洗墙(wallwashing)”，并且具有重要的应用，例如在建筑照明中。
布置点光束光源以投射具有用于洗墙的合适光束轮廓的光是一项艰巨的挑战，因为对光束形状的需求取决于期望的视觉效果、设备与墙壁之间的距离、源光束形状等。这需要精心设计并使用昂贵的专业劳动力来安装和调节光源。这进而产生了能够动态改变光束方向的必要性。
发明内容
如2017年3月16日的PCT公开申请WO2017/041167和2016年6月2日的PCT公开申请WO2016/082031(两者都指定美国)中所描述的，申请人已经开发了光束整形和定向液晶装置，其说明书通过引用结合于此。这种装置可以被电控以动态地且远程地改变光源光束的形状。在大多数情况下，人们希望装置对称地调制光束，然而，所公开的装置在一些情况下可以沿一个轴线调制光束，从而提供不对称的光束调制(或主要在一个平面上拉伸)。
申请人已经发现，就洗墙而言，现有装置不能提供合适的光束调制，因为在许多情况下，墙壁照明的量是可变的。这需要现有装置中没有的光束调制。
申请人在本文中提出了一种解决方案，该解决方案将可变发散光束源(光源及不对称光束拉伸元件)与专门设计的侧反射器组合，该侧反射器将展宽光束的一部分(在相反方向上转离相邻的墙壁)重新定向返回到墙壁上，从而使墙壁照明随着光束发散而增加。
当光源仅在一个轴线，即垂直于墙壁的方向上展宽时，点光源可以因此仅被调制以改变墙壁照明的量，而点光束沿墙壁的方向保持其形状。这在一些情况下可能是期望的，然而，在其他情况下沿墙壁的方向展宽可能是合适的。申请人的光束展宽装置在一些情况下可以提供对在一个方向和其他方向上的展宽的选择性控制。
申请人还发现，非线性形状的镜子或反射器可以用于确保对源光束发散的可变控制可以提供对墙壁上的光束高度的相应控制。最后，申请人发现使用散射反射器可以使墙壁上的光分布的形状平滑。
第一广泛方面是一种窄角光束调制器，该窄角光束调制器包括：可控光束展宽装置，该可控光束展宽装置在窄光束与较宽光束状态之间可控，以用于在至少一个轴线上展宽光束；以及侧反射器，该侧反射器被布置成将光束的一部分重新定向，该光束的部分展宽到一侧以在相反方向上重新定向。
在一些实施例中，可控光束展宽装置包括液晶光束展宽装置，该液晶光束展宽装置可控以在一个平面上展宽光束。
在一些实施例中，可控光束展宽装置包括液晶光束展宽装置，该液晶光束展宽装置可控以在两个垂直平面上展宽光束。
在一些实施例中，侧反射器包括至少一个漫反射器。
在一些实施例中，侧反射器包括多个平面反射器段。
在一些实施例中，侧反射器包括单个弯曲的反射器表面。
在一些实施例中，侧反射器包括漫射器或散射反射器。
在一些实施例中，侧反射器可以是电可变的。
在一些实施例中，洗墙光源包括圆形点光束光源和点光束调制器。
在一些实施例中，洗墙光源包括线性或矩形光束光源和光束调制器。
在一些实施例中，组合式墙壁和地板照明系统包括光源和光束调制器。
附图说明
通过以下参考附图对本发明的实施例的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中：
图1A是定向到墙壁或隔板的脚部处的地板的窄点光束的视图。
图1B是比图1A更宽的点光束的视图，其被定向成照亮地板的相同部分和墙壁的下部部分。
图1C是宽点光束的视图，其被定向成照亮如图1B中的地板的相同部分和大部分墙壁。
图2是调制源光束的动态光束展宽装置的示意图，其中，反射器作用在光束的一侧。
图3A至图3C是不同实施例的示意图，其中，光束的展宽不会显著增加地板照明，其中，随着墙壁照明量的增加，图3A示出了窄光束，图3B示出了较宽光束，并且图3C示出了最宽光束。
图4A和图4B比较了线性反射器/漫射器与非线性或分段反射器/漫射器之间的墙壁照明的差异，其中，图4A示出了线性反射器，图4B示出了非线性反射器。
图5A示出了使用分段反射器的光束投射的模拟，其中，可以观察到光束强度的急剧转变。
图5B示出了使用环形反射器的光束投射的模拟，其中，可以观察到光束强度的不太突然的转变。
图6A至图6D示出了在四种操作状态下的类似于图2的实施例，即，在图6A中，窄点光束不照亮墙壁，图6B的较宽点光束基本上仅照亮地板而没有反射，图6C的较宽点光束照亮墙壁的下部部分，图6D的宽点光束照亮下方地板和大部分墙壁。
具体实施方式
如图1A至图1C所示，在许多情况下，还期望以特定顺序照亮空间的不同部分，例如，它可以是墙壁或生物物体(竖直生长的植物)，并且需要仅照亮它的一部分，然后随着时间的推移，也照亮另一部分，等等。正如将理解的，这种“洗墙”照明的优化安装非常复杂，且必须以定制的方式完成，因为光源的参数及其位置(和定向)至关重要。
在图2中，建议使用外部反射器与动态展宽装置(对称，或优选地不对称)的组合，以获得可以根据需要调节的这种不对称照明系统。动态展宽装置可以是液晶装置。这将大大简化这种系统的安装和优化。原始光源和出射的原始光可以是圆形对称的，或者线性或矩形形式。液晶装置和反射器可以被设计成匹配该形式。如图所示，反射器可以是长而扁平的(它还可以是多个较小反射器的组件，并且除了平面之外还可以是弯曲的)，并且它可以是漫反射器或镜面反射器。
如图3A至图3C所示，外部反射器/漫射器与上述动态展宽装置之一(对称，或优选地不对称)的组合获得这种不对称照明系统。反射器/漫射器的反射表面可以被设计成根据由液晶装置进行光束展宽来提供期望的墙壁照明。例如，如果期望将照明动态扩展并特别强调到特定形式，则反射表面可能因此非线性地弯曲。
为了说明上述内容，参考图4A和图4B，其示出了动态扩展墙壁上的照明区域的差异。在图4B中，反射器的不同区域(或段)可以在3D空间中以不同方向定向，以优化最终的照明图案。在一些情况下，在此优选使用不对称展宽装置。然而，也可以考虑两个或更多个展宽装置的组合：对称展宽和不对称展宽，例如，在不同的水平上同时使用。
在另一实施例中，反射器或漫射器段本身可以是可变展宽(电控反射或散射)装置，如本领域已知的(参见指定美国的2015年7月16日的PCT专利申请公开WO2015/103709，其说明书通过引用结合于此)。如图5A的模拟所示，使用简单的反射器可以在光强(直射光和重定向光)中产生尖锐的转变区域。为了解决这个问题，在另一实施例中，可以由固定漫射器覆盖这些段以使光分布图案平滑(以避免由反射器的各个段产生的尖角)。
在另一实施例中，反射器是连续的环形或其他非线性形状的反射器。图5B示出了由10cm x 12cm的环形反射器倾斜5度而产生的模拟点光束。
在另一实施例中，反射器/漫射器可以以某种方式设计，以允许在原始照明方向上进行一定程度的光束展宽，以执行简单的“点到泛光”照明，如图6A至图6D所示。在这种情况下，随着光线的进一步展宽，反射器/漫射器开始在墙壁上贡献和重定向光线。如果我们首先将光对称地展宽到预定的角度发散(或光斑尺寸)，然后开始拉伸(不对称展宽)光以可变地主要照亮墙壁，则可以实现类似的性能。

Claims (11)

1.一种窄角光束调制器，包括：可控光束展宽装置，所述可控光束展宽装置在窄光束与较宽光束状态之间可控，以用于在至少一个轴线上展宽光束；以及侧反射器，所述侧反射器被布置成将所述光束的一部分重新定向，所述光束的所述部分展宽到一侧以在相反方向上重新定向。
2.根据权利要求1所述的调制器，其中，所述可控光束展宽装置包括液晶光束展宽装置，所述液晶光束展宽装置可控以在一个平面上展宽所述光束。
3.根据权利要求1所述的调制器，其中，所述可控光束展宽装置包括液晶光束展宽装置，所述液晶光束展宽装置可控以在两个垂直平面上展宽所述光束。
4.根据权利要求1、2或3所述的调制器，其中，所述侧反射器包括至少一个漫反射器。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的调制器，其中，所述侧反射器包括多个平面反射器段。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的调制器，其中，所述侧反射器包括单个弯曲的反射器表面。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述的调制器，其中，所述侧反射器包括漫射器或散射反射器。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的调制器，其中，所述侧反射器可以是电可变的。
9.一种洗墙光源，包括圆形点光束光源和根据权利要求1至8中任一项所述的点光束调制器。
10.一种洗墙光源，包括线性或矩形光束光源和根据权利要求1至8中任一项所述的光束调制器。
11.一种组合式墙壁和地板照明系统，包括根据权利要求1至10中任一项所述的光源和光束调制器。
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