CN1717958A - 提供具有可控制光度分布的照明器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括固定地位于多个位置的多个光源并包括至少一个电致发光二极管的照明器。由一个相同的光学系统聚焦所述光源，该光学系统相对于所述多个光源固定。所述照明器包括用于相互独立地调暗光源发射强度的电子装置，并且该光源发射强度作为相对于所述光学系统的光源各自位置的函数。本发明在所述光学系统的输出提供具有时间上和空间上可调暗光度分布的输出束。

Description

提供具有可控制光度分布的照明器

本发明涉及照明器，该照明器包括固定地排列在多个位置的多个光源并包括至少一个电致发光二极管。本发明还涉及工作于照明和亮度的照明器。

由专利申请WO 99/30537，该照明器是已知的。在该文件中，由包括至少一个电致发光二极管的多个光源发射的光被光学系统聚焦成输出束。所述光学系统是可移动的，因此使其可能调整输出束的光度分布。还提出了调整发射光的颜色的装置，由对不同颜色的二极管的独立控制形成该装置。

本发明基于如下考虑。

在现有技术中，由机械部分的物理移动产生对输出束的光度分布的调整。利用该移动意味着使用机械和高能装置启动所述光学系统。在引用的文件中，沿毗邻照明器的轴的单个方向上调整光度分布是可能的，除非该照明器被完全移位。这很大程度上限制了这种照明器的可能应用。此外，机械移动期间无法提供光束的实际上瞬时定向。这又减小了该照明器的应用领域。位于照明器轴中心的光束的颜色被控制在各组二极管内，即独立地控制三个不同颜色的光源。

本发明的目标为，在不使用用于移动部件的机械装置的情况下，获得具有高度适应性和高速度的可控制光度分布的光束，同时保留使用电致发光二极管所提供的优点。

为此目的，在开篇段落中描述的根据本发明的照明器，其特征在于，由一个相同的光学系统聚焦所述光源，该光学系统相对于所述多个光源位置固定，同时所述照明器包括电子装置，该电子装置设计成控制该光源且能够相互独立地控制所述光源的强度，并且所述光源的强度作为各光源相对于所述光学系统的各自位置的函数，从而在所述光学系统的输出获得具有时间上和空间上可控制的光度分布的输出束。光源的位置是这样的：控制装置能够只通过独立地控制各个二极管而调整光束的光度分布。

在有利的实施例中，所述光源被提供有用于改变其颜色的装置，且用于启动光源的装置包括用于控制所述光源颜色的装置。

在本发明的第一实施例中，所述光学系统包括至少一个成形为部分球面的表面。

在本发明的第二实施例中，所述光学系统包括至少一个成形为部分圆柱面的表面。

在本发明的有利应用中，输出束的光度分布具有至少两个不同颜色的最大值。

通过对几个实施例的下述描述将更好地了解本发明，这些实施例是以示例的方式并参照附图给出，其中：

图1为根据本发明的照明器的示意图，

图2示出了可以在根据本发明的照明器中有利地实现的二极管，

图3a为本发明第一实施例中照明器的示意性透视图，

图3b和3c阐述了本发明第一实施例中具有可变化光度分布的输出束的产生，

图4a为本发明第二实施例中照明器的示意性前视图，

图4b阐述了根据本发明第二实施例的照明器的截面内输出束的光度分布，

图5阐述了根据本发明第二实施例的照明器的第一实际应用，以及

图6阐述了根据本发明第二实施例的照明器的第二实际应用。

下述的说明目的在于使本领域技术人员能够了解和使用本发明。在专利申请的正文及其要求中给出了该说明。对于本领域的技术人员来讲，优选实施例的各种备选是明显的，这里所详述的本发明的普通原理适用于备选实施例。

下述表述涉及参考符号。在所有图中用相同字母表示类似的元件。在相同的一个图中会出现多个类似的元件。这种情况下，参考字母添加后缀以区别这些类似的元件。为了方便，可省略该数字或后缀。这涉及说明书以及权利要求书。

图1为根据本发明的照明器的示意图。该照明器包括固定地位于多个位置并包括至少一个电致发光二极管的多个光源SCE。根据本发明，由一个相同的光学系统OPT聚焦所述光源，该光学系统位于相对于所述多个光源SCE的固定位置。所述照明器包括光源的电子控制装置CTR，该装置能够相互独立地控制作为各光源相对于所述光学系统OPT的各自位置函数的所述光源的发射强度，从而在所述光学系统OPT的输出获得具有时间上和空间上可控制的光度分布的输出束BEA。每个二极管发光强度的控制，使得可以控制输出束的强度和方向。

图2示出了根据一个有利实施例的光源SCE。该光源SCE包括用于改变颜色的装置。该有利实施例并不是限制性的：可在根据本发明的照明器中采用单色的多个二极管或不同颜色的多组二极管。因此，这个光源SCE为，例如，包括在一个外壳内的三个芯片的电致发光二极管。每个所述芯片发射特定的原色：红、绿、和蓝。在本实例中，连接元件R、G、和B分别连接到一个芯片内的阴极，所述阴极施加特定电势，以引起相应的芯片发射红色、绿色、蓝色中的一种颜色。连接元件P被连接到所有芯片共用的阳极。独立控制这些芯片中的每个芯片，以使二极管发射的光通过各颜色的组合而呈现任何可能的颜色。电子控制装置CTR随后包括用于控制光源颜色的装置。这些电子装置控制每个芯片R、G、B的发光强度。因此每个光源能够呈现包括白色的任何可能颜色。二极管的准直接电子控制使得可能几乎瞬时地实现颜色和色温的改变。例如，由Philips公司的称为Xitanium 25WDimmable LED Power Driver的器件形成电子控制。该电子控制器件能够根据所预期的场景控制电致发光二极管三个独立通道的强度。二极管光源的控制可利用数目与预期通道相同的一组这种器件。在照明器包括单色的多个二极管或不同颜色的多组二极管的情况中(还提供了调整输出束颜色的可能性)也使用相同类型的电子控制器件，原因在于编程所述器件以响应独立控制二极管的要求。可以备选地使用可提供对多个电致发光元件独立控制的任何等效器件。根据本发明的对二极管控制动作的独立性，使得可以通过控制光束的光度分布确定光束方向。该定向也是准瞬时的，特定的定向对应于启动至少一个特定的二极管。每个光源贡献光束的一部分，光束的这个部分实际上是可瞬时控制的。以实际上瞬时的方式调整光束，而不产生元件的噪声和磨损。输出束因此可以局部地调整为二极管产生的发光电平的函数和每个光源呈现的颜色的函数。该光束因此可以是集中的、扩散的、非对称的、并因此可以控制为各种形状。本发明因此提供了实际上瞬时的、且适应性非常高的成形光束的可能性。二极管控制的独立性和该光源的点状特性使得可能获得根据本发明的许多不同形状，而不产生部件的机械移动。根据本发明，该多样性依赖于可启动的二极管的数目。二极管数目越高，多样性越大。鉴于电致发光二极管为强大紧凑的光源，其数目的增大不会引起空间体积的显著增大。由于二极管的尺寸，可精确的定形输出束。本发明也可用于投影gobbos。Gobbos设为光学系统本身的一部分，或者置于照明器内相对光学系统固定的位置上，但是gobbos总是位于由至少一个给定二极管产生的光束路径内。因此可把一个或多个清晰的图像投影成方向的函数，每个方向对应于发射发光能量的至少一个二极管。此外，光源控制装置的全电子特性使得可能实现为外部事件函数的非常简单的伺服控制，特别地，由传感器测量该事件。

本发明相对于已知投影系统的优势在于没有机械移动、没有用于掩蔽光束特定部分的快门或光圈、没有滤光片架、以及无需旋转照明器，因此不存在惯性。由于无需移动任何部件，照明器的尺寸也大幅缩小。

图3a、b、c示意性示出了本发明第一实施例的照明器。根据该第一实施例，光学系统由透明材料制成。在图3所示的配置中，所述光学系统包括形状为部分球面SPH的表面、圆柱面CYL、和平面表面PLA。该光学系统可以是诸如透镜的一个单独的主体，或者是填充了折射率高于空气的透明材料的中空元件。该光学系统使得可以聚焦光源SCE发射的光。该聚焦对光源相对于光学系统的位置的依赖性是不同的。

图3b中示出了从不同光源获得的光束的实例。为了图示清晰，仅示出了三个二极管，但根据本发明的照明器中使用的二极管的数目通常为大约十到一百的量级。所示三个二极管分别产生的单独光束用不同类型的虚线表示。明显的是，单个二极管发射时，获得的输出束有利地集中。光学系统的本质和相关光源相对焦面的位置赋予光束集中的特性。因此可以改变本发明以遵从依赖于设想的应用及其要求的光束本性的一组条件。改变以适应特定的应用，引起光学系统聚焦性能和二极管相对光学系统的位置的改变，同时仍保持本发明的原理。根据本发明，因此单个二极管可产生沿特定方向的聚焦束。光学系统的结构限制了可能的方向。然而，图3a、b和c中所示的由适当折射率(约为1.5)的材料制成的光学系统可以在通常为四分之一空间的大部分空间上定向。适当的双凸光学系统(例如球面)可提供实际上完整的半空间的光束定向。在光学系统的外围进一步添加二极管，可以有利地采用抗反射元件以进一步增大可能的定向范围。依赖于发光二极管的选择控制，光束的强度和颜色会发生变化。如果好几支二极管发光，结果的光束扩散到这样的程度：光束至少在特定的地理区域重叠。通过控制光束形成所涉及的每个二极管的发光强度和颜色，可以控制该扩散的光束的强度和颜色。本发明还使得有可能获得具有多个最大值的光度分布。实际上，两个不同二极管产生的光束可能完全隔开一定距离。这预先假定从一个二极管获得的光束是完全定向的。当例如二极管靠近光学系统的焦点或位于光束会聚的特定点的位置时，实际情况是这样的。例如，在博物馆中的物体照明时会特别意识到后者会聚特性的重要性。在该应用中，使用二极管而成为可能的小型化是非常有利的。本发明还可以提供用于近距离照明的单个光学输出。光束也可以是动态的，即响应交互式命令。

图3c依次示出了通过组合由两个二极管发射的发光强度而获得的光度分布。明显的是，这样获得的结果光束SUM比从单个二极管获得的光束更为扩散。

该第一实施例因此可以用于光束在短的时间段内呈不同方向的任何应用。于是其应用主要针对照明应用。

图4a和4b示出了第二实施例。这里的光学系统具有两个平面表面PLA和一个圆柱面CYL。图4b中的截面AA示意性示出了同一个照明器。光源SCE位于与圆柱面CYL同心的圆CIR内。圆柱CYL聚焦每个二极管发射的光线。该聚焦使得可获得这样的光束：二极管放置得越靠近焦面时，方向性越好。焦点的位置取决于制造圆柱的材料的折射率。对所使用材料的折射率的选择因此又取决于设想的应用。

图5和6示出了后一个实施例的应用。图4a所示的圆柱垂直地放置在例如街道上。随后根据图5将其用于把行人定向到由行人能感知的颜色的函数的位置。于是这些应用的应用情况依赖于本发明所具有的亮度性能。因此M1看到位于图5右侧的二极管发射的光G。发射该光(发光)且为例如绿色。这种情况下，M1知道自己正沿正确的方向行走，并将继续步行直到到达位置M1′。M2向照明器看时，将看到位于图左侧的二极管发射的光R。这个光为例如红色。M2因此知道他所看的方向不是正确的方向。放置于该图之外的离右侧更远的、且如后一个图所示确定方向的另一个圆柱将会为其指示正确的方向。从正面观察到的第三组二极管发射例如表示中性方向的蓝光B。也可以在每个二极管前面的圆柱面上放置gobbos，以帮助对导向的理解，例如，用于蓝色光束区域的由左向右的箭头。例如在紧急疏散的情况下，可以实际上瞬时且简单地命令导向的改变。

图6中所示的另一个应用可以阻止行人进入危险区或保护区。该应用令人感兴趣，例如用于博物馆或使人员远离特定通道或危险：站台等。

在图6中，M1和M2看到由标注为G的二极管发射的光，即发光，在这里该二极管发射绿光。于是M2选择停留在绿色所认可的这个位置，而M1继续前行到位置M1′。在这个位置，他现在看到二极管R发射的光，该二极管发射红色的亮度。这告诉M1不应该进一步前行。

通过控制二极管颜色的电子装置可以快速地改变该红灯，例如当火车已经到达并要求乘客上车。本发明提出的电子命令使得可以简单且自动地控制根据本发明的照明器。除了适当的实施本发明之外，安全应用还要求提供辅助装置以及另外涉及遵守安全条例的改进与/或发展。

所示各图仅指出本发明的特殊实施例。因此，本发明不应该被理解为限于所述实施例，而是具有根据前述原理和特征的更广的范围。例如，可以由完整的球面或备选地由圆柱部分，或者由为各个光源提供聚焦到不同光度分布的任何其它形状制作该光学系统。

Claims (5)

1.一种包括固定地排列在多个位置的多个光源并包括至少一个电致发光二极管的照明器，其特征在于：由一个相同的光学系统聚焦所述光源，该光学系统相对于所述多个光源处于固定位置，同时所述照明器包括电子装置，该电子装置被设计成控制光源且能够相互独立地控制所述光源的强度，并且所述光源的强度作为各光源相对于所述光学系统的各自位置的函数，从而在所述光学系统的输出获得具有时间上和空间上可控制的光度分布的输出束。

2.权利要求1中所述的照明器，其特征在于所述光源被提供有用于改变其颜色的装置，且用于启动光源的装置包括用于控制所述光源颜色的装置。

3.权利要求1和2中其中一项所述的照明器，其特征在于所述光学系统包括至少一个成形为部分球面的表面。

4.权利要求1和2中其中一项所述的照明器，其特征在于所述光学系统包括至少一个成形为部分圆柱面的表面。

5.权利要求1至4中其中一项所述的照明器，其特征在于输出束的光度分布具有至少两个不同颜色的最大值。

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