CN1311187C - 用于照明的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将有可变形状和发光强度的照明图形(6)产生于目标(5)上的照明设备。该照明设备包括：至少部分半透明和光反射的光学元件(1)；产生圆锥形光图形的几个光源(3)，其以以下方式被固定：其位置和角度可相对于彼此和/或光学元件(1)而被调节；电子控制单元(4)，其以以下方式被电耦合于每个光源(3)：由每个光源(3)产生的光的强度可在控制单元(4)的控制下被调节。光学元件(1)以以下方式被附着：由光源(3)产生的光束被安排成至少部分地通过光学元件(1)传播到待照明的目标(5)。由每个光源(3)产生的光束被安排成形成借助照明设备产生的照明图形(6)的一部分，所述照明图形的形式基本上独立于光学元件的外部形式。本发明亦涉及一种用于将有可变形状和发光强度的照明图形(6)产生于目标的方法。在该方法中，圆锥形光图形是借助几个光源(3)来产生的，在该光图形中，至少一些通过光学元件(1)导向待照明的目标(5)。借助该方法产生的照明图形(6)的形状基本上独立于光学元件的外部形状。

Description

用于照明的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于照明的方法和一种用于产生(投影)相对于时间而改变其特征的照明图形的设备。照明设备包括：至少部分半透明和光折射的光学元件；产生圆锥形光图形的几个光源，其以以下方式被附着：其位置和角度可相对于彼此和/或光学元件而被调节；电子控制单元，其以以下方式被电耦合于每个光源：由每个光源产生的光的强度可在控制单元的控制下被调节，并且光学元件以以下方式被固定：由光源产生的光束被安排以使其至少部分地通过光学元件扩展到待照明的目标。在所述方法中，为形成有可变形状和发光强度的照明图形，圆锥形光图形借助几个光源形成于目标，在光图形中，至少一些通过至少部分半透明和光折射光学元件导向待照明的目标，并且光源相对于彼此和/或光学元件的位置和角度可被调节，并且至少一个光源的发光强度被调节。
背景技术
通常公知的实施光投影仪，在其中光源的光通过半透明和/或光折射元件传播到目标表面，由此基于所述元件的光学特性而产生光图形。所述设备的一个缺点是光图形的稳定性。
通常公知的实施视频投影仪，借助它，有可能将移动的照明图形投影于目标表面上。在实施单光效应过程中的缺点是例如投影仪的大尺寸、对环境条件敏感的结构和相对高的制造成本。
专利US 4,972,305公开了一种用于产生光图形的系统，在其中使用了专门的成形元件，如技术上设计的经刻蚀的元件。在该系统中，重复经刻蚀元件的形状的图形被产生于屏幕或对应的表面上。成形元件是被置于底座上的光反射和/或半透明元件。光至少从主光源和至少一个次光源被导向成形元件，其中成形元件的形式被投影于屏幕或对应的目标表面上。由主光源产生的光的颜色和强度可被调节。此外，光源和/或成形元件可被旋转，其中待产生的光图形以对应的方式变化。结合光源，亦有可能安排一个元件，借助它，光源的光束被限定。依照该出版物借助光源产生的光图形主要重复了成形元件的形式。通过改变不同光源的特性，有可能仅影响阴影和颜色而不是基本图形本身的形式。
发明内容
本发明的目的是在大的程度上消除上述缺点并且提高本领域内普遍技术的状态并引入一种用于照明的方法和设备以将相对于时间而改变其特征的光图形投影于目标。本发明基于借助几个光源产生圆锥形光的思想，其中所产生的光束被导向光学元件。在光学元件中，不同的光束以不同的方式被改变，并且不同光源的光束被导向目标表面。此外，至少光束的发光强度被改变，其中时间上的变化的光图形借助所述方法而产生于目标表面上。
依照本发明的照明设备的主要特征在于，由每个光源产生的光束被安排以形成借助照明设备产生的照明图形的一部分，其形式基本上独立于光学元件的外部形状。
依照本发明的方法的主要特征在于，由每个光源产生的光束被安排形成借助照明设备产生的照明图形的一部分，其形式基本上独立于光学元件的外部形状。
当与现有技术的方法和设备比较时，通过本发明可实现显著的优点。依照本发明的照明设备能以小尺寸和简单结构来实施。改变光图形的动作不必改变光学元件，特别是如果在设计光学元件时已考虑了用照明设备可能实施的不同光图形。此外，依照本发明的照明设备的制造是经济的。而且，由于这种照明设备在尺寸上是小的，当与现有技术的设备比较时，较容易定位它们。此外，在依照本发明优选实施例的设备中，发热是不明显的，这是因为LED光源可被用作光源。在依照本发明第二优选实施例方法中，光纤被用于传导由光源产生的光，其中光源可被较自由地定位并且光源可被较好地保护而不受环境条件如湿度的影响。这样，即使在不利的环境条件下，借助光源产生的光图形亦可被处置。
附图说明
以下将参考所附的附图来较详细地描述本发明，该附图描述了基于依照本发明优选实施例的照明方法的设备。
具体实施方式
该设备包括产生圆锥形光的几个光源3和至少一个光学元件1。由至少一个光源产生的光束直接或通过光导体如光纤而导向光学元件1。这样，被导向光学元件1的光源3的至少一些光束在光束传播到目标表面5之前改变其方向。由光源3产生的光的强度借助电子控制单元4来控制。在这种电子控制单元4中，有可能实施应用程序等，借助它，每个光源3可被控制并且时间上的变化的光图形可被产生于目标表面5上。用于控制光源发光强度的一个有利的实施替换是脉冲宽度调制(PWM)，但其它控制方法亦能以同样已知的方式来使用。
光源3能以至少一个光源的放置和/或方向可被改变的方式被附着于例如平面安装底座上。用于光源的能量通过导体2来传递，该导体可以是例如弹性导体。
在本发明的实施中，中心方面是以可产生所需光图形的方式的光源3的放置和光学元件1的实施。最近已开发了三维设计程序，借助它，有可能设计有不同形状的元件并模拟元件的特征，例如光源的方向。基于依照本发明的照明方法的设备的结构规划可由此用这种欲用于三维设计的现代计算机辅助设计和模拟工具来实施。通过在3D工具的三维设计空间中定位适合于成形光源光束的虚拟光源和虚拟光学元件，可进行该设计。通过改变光源的位置和发光强度以及光学元件的形式和其它特征，有可能设计和模拟一种结构，借助它有可能产生所需的光效果。实施设备结构所必要的资料作为设计工作的结果而被获得。例如，属于该结构的光学元件可在该资料的基础上由所选材料制成。如果所述材料为玻璃，有可能实施在设计资料基础上的制造中所必要的铸型(cast mould)。
在依照本发明的照明设备中，光学元件1的外部形状不必类似于借助照明设备产生的照明图形，而所需的照明图形是例如通过借助光学元件1影响光线传播方向而产生的。在依照本发明的照明设备中，照明图形的基本形式不是借助光学元件1产生的，而是以以下方式产生：照明图形的最终形状由借助光源3产生的几个光束即分离光束所形成的照明区域的组合而组成。这些照明区域的形状、颜色和内部强度分布可通过引导光束经过一个或多个光学元件1而借助一个或多个光学元件1来修改。这样，所需照明图形在某种程度上是借助光束来着色的。每个光束可被认为是对应于一幅画中的笔画(brushstroke)的一种颜色。光学元件1可被认为是对应于画家手中的画笔，其使颜色达到画中的正确形式和位置。此外，借助依照本发明的照明设备，有可能通过控制光图形的强度作为操作期间的时间的函数而使所产生的照明图形生动起来。
在照明设备中，分离的控制单元4亦是必要的，借助它，设备的控制功能被实施以产生光效应。控制单元典型地由微处理器或微控制器和外围部件(未示出)以及电源设备组成。该电子控制单元4优选地包含控制照明设备的功能的程序。依照该程序，控制单元可单独控制每个光源3的发光强度。此外，控制单元4可控制设备的其它辅助功能，如设备的结构部分，如光学元件1或一个或多个光源3相对于其它结构部分的移动。有用于开发控制单元的程序的工具，借助它有可能实施复杂的软件。显然在一些应用中有可能对光源成组，其中，控制单元被用于控制不是单个的光源或除单个的光源外的由光源3组成的组。
借助依照本发明的设备实施的光效应被产生为照明设备的电子控制单元4的控制功能和设备的结构的组合效应。
依照本发明的照明方法可适用于例如通过实施基于该方法的设备而产生情景灯光(mood lighting)，借助它可获得例如模仿营火的光效应。该实施例以以下方式利用了有作为光源3的特征的窄圆锥形状的照明图形：每个单光束通过光学元件1倾斜地导向目标表面5，在其中有类似火焰的形状的几个伸长的光图形被形成，其一起产生模仿营火的照明图形6。电子控制单元4被用于以改变在火焰图形的不同部分的照明图形6的形状和发光强度的方式控制光源3的发光强度作为时间的函数，由此模仿真实营火。
第二实施例是一种基于依照本发明的照明方法的设备，借助它，类似北极光的光效应可被产生。该设备的结构类似于依照先前实施例的设备的结构。其差异主要在于光源3的放置和颜色以及光学元件1的形状和放置，以及控制单元4的控制程序。
在本发明的实施中，基本思想是利用现代技术的可能性来设计并在实践中实施上述种类的照明设备。依照本发明的设备的基本结构是相当简单的，但它需要相当复杂的不同结构部分的放置和光学特性的控制以实现所需的光效应，没有现代的设计和模拟工具，其实施在实践中是不可能或不合理的。此外，对于设备的功能，中心方面是控制由设备以被控制的方式产生的图像图形的能力。
在依照本发明优选实施例的设备中，光源3是LED部件。
在依照本发明的照明方法的基础上也可以实现本设备的替换实施例。例如，光学元件可由玻璃或塑料制成，并且它被有意成形为不规则形状，该不规则形状不同于直角棱镜或球的一部分或旋转抛物面或另一规则几何元件的形状。还可能存在被依次和/或彼此邻接地放置的几个光学元件。还可能将至少一个光产生光源以以下方式替换为光源和光纤的组合：光纤的第一端在光学上被连接于光产生光源，其中光纤的第二端被安排成产生被导向光学元件的光束。还可能存在一个反射镜，用于在光学元件和目标表面之间的光路中引导照明图形。目标表面是设备的固定部分。
显然本发明不仅仅局限于上述实施例，而是它可在所附的权利要求的范围内被修改。

Claims (11)

1.一种用于将有可变形状和发光强度的照明图形(6)产生于目标(5)的照明设备，该设备包括：
至少部分半透明和光折射的光学元件(1)；
产生圆锥形光图形的几个光源(3)，其以以下方式被附着：其位置和角度可相对于彼此和/或光学元件(1)而被调节；
电子控制单元(4)，其以以下方式被电耦合于每个光源(3)：由每个光源产生的光的强度可在电子控制单元(4)的控制下被调节，并且
光学元件(1)以以下方式被附着：由光源(3)产生的光束被安排成至少部分地通过光学元件(1)传播到待照明的目标(5)，特征在于：由每个光源(3)产生的光束被安排成通过相同的光学元件(1)来传播；由每个光源(3)产生的光束被安排以形成由照明设备产生的照明图形(6)的仅一部分，其中照明图形(6)被安排成由光源(3)所产生的几个光束的组合而组成，所述照明图形的形状基本上独立于光学元件的外部形状；并且电子控制单元包括控制程序，用于控制由每个光源产生的光的强度。
2.依照权利要求1的照明设备，特征在于该照明设备被固定地耦合为另一照明器的一部分。
3.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于光源(3)是LED部件。
4.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于电子控制单元是通过微处理器技术或数字电路技术来实施的，并且脉冲宽度调制(PWM)被安排成在光源发光强度的控制中使用。
5.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于光学元件(1)由玻璃或塑料制成，并且它被有意成形为不规则形状，该不规则形状不同于直角棱镜或球的一部分或旋转抛物面或另一规则几何元件的形状。
6.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于有被依次和/或彼此邻接地放置的几个光学元件(1)。
7.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于至少一个光产生光源(3)以以下方式被替换为光源(3)和光纤的组合：光纤的第一端在光学上被连接于光产生光源(3)，其中光纤的第二端被安排成产生被导向光学元件(1)的光束。
8.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于在光学元件(1)和目标表面(5)之间的光路中的设备中，有引导照明图形的反射镜。
9.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于目标表面(5)是设备的固定部分。
10.依照权利要求1或2的照明设备，特征在于它至少包括第一组光源(3)和第二组光源(3)，其中在设备的操作期间由电子控制单元控制所述第一组光源和第二组光源。
11.一种用于将有可变形状和发光强度的照明图形(6)形成于目标(5)的方法，在该方法中，圆锥形光图形是借助几个光源(3)来产生的，在该光图形中，至少一些通过至少部分半透明和光折射的光学元件(1)导向待照明的目标(5)，光源(3)相对于彼此和/或光学元件(1)的位置和角度可被调节，并且至少一个光源的发光强度被调节，特征在于由每个光源(3)产生的光束通过相同的光学元件(1)来传播；由每个光源(3)产生的光束形成借助照明设备产生的照明图形(6)的仅一部分，其中照明图形(6)由光源(3)所产生的几个光束的组合而组成，所述照明图形的形状基本上独立于光学元件的外部形状；并且控制程序被用于控制由每个光源产生的光的强度。
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