TW201117637A - Controllable lighting system - Google Patents

Description

201117637 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種可控制的照明系統。 【先前技術】 照明系統被廣泛使用以便在家庭中創造氣氛。該等系統 產生創造氛圍的光圖形。 WO 2009/0311 03號描述一種發出不同顏色之光束的多色 光源。該等多色光源可使用於需要高度集中之全頻譜光的 應用中。此等應用的實例為聚光照明及數位投影。利用這 種方式舉例來說該聚光照明之顏色可被改變。但此配置之 一問題在於’為實現一移動的光圖形，該光源需藉由例如 一機械配置移動。其後果在於，此等系統通常不夠纖薄及 緊湊而是相對較厚且龐大。 【發明内容】 本發明之一目的係克服這些問題，並提供一種可創造一 可變照明圖形並且較纖薄及緊湊的照明系統。 此目的藉由一種照明系統而實現，該照明系統包括··複 數個可控制的發光元件；一擴展光學元件，其配置於該複 數個發光元件之前以塑形從該等發光元件發出之光；及一 控制裔，其藉由控制該複數個可控制發光元件之各者而改 變攸忒擴展光學元件發出之光之一發光角度範圍。 /該擴展光學元件界定—可用的角度發光範圍，所有被該 系統發出的光將被包含於該範圍内。然後該等發光元件之 控制影響此可用範圍之一角度子範圍之一選擇。藉由控制 149643.doc 201117637 此子範圍之選擇，所得的照明圖形可被改變。這允許從該 擴展光學元件發出的光被改變而不改變該照明系統之任何 貫體部份，因為該控制器現在藉由調光一個或多個發光元 件或藉由將一個或多個發光元件關閉而控制該等發光元件 之各者。利用此方式，舉例來說可掃描光束、改變光束尺 寸及形狀，因為該擴展光學元件可將從一發光元件叢集發 出的光轉換為一個光束。藉由改變該發光元件叢集之位置 及/或尺寸，可改變該等光點的位置及/或尺寸。 該發光角度範圍可藉由啟動幾個單獨的發光元件叢集而 被進-步分成幾個單獨的子範圍。因此該照明圖形可包括 幾個光點。 該控制器可進一步經調適以改變從該擴展光學元件發出 之光的照明梯度及顏色梯度之至少一者。 在M施例中，该照明系統包括複數個單獨準直的光 源，其各者包括複數個該等可控制發光元件及一光束準直 光學器件。制這種方式可獲得數個f光束。舉例來說各 個準直的光源可包含一紅、一藍及一綠發光元件。因此可 測定該光之顏色輸出。 舉例來說該複數個準直光源可被配置於二維陣列中。因 此’舉例來說可提供-可在兩個方向中移動的光點而不移 Μ何光學元件。例如該二維陣列可為—矩形的純陣 列’其中Ν代表該陣列中列的數量’何代表各個列中準直 光源的數量。舉例來說Ν&Μ各者最少為6。 舉例來說 該控制器可經程式化 以便藉由應用該等可控 I49643.doc 201117637 · 制之發光元件的一組預程式化控制參數而實現複數個不同 的發光圖形《利用這個方式可創造不同的氛圍。術語「發 光圖形」應被理解為由從該擴展光學元件發出之光的各種 屬性’例如發光角度範圍、顏色及照明梯度以及所發出之 光的力度’例如不同脈衝圖形所組成的光圖形。 該照明系統可進一步包括一光感測器，使得在使用中該 光感測器測量規定的發光角度範圍且該控制器將這些與一 被請求的發光角度範圍對比。利用此方式該等發光範圍可 被自動調整至一規定的發光範圍而無需任何使用者的幫 助。舉例來說該光感測器及該等發光元件可被電及機械整 合於一照明單元中’使得可實現一緊湊的設計。藉由使用 一感測器’可自動調適該光圖形，即可調適該光圖形而無 需移動該燈具或藉由輸入該燈具。這係有利的，因為當一 燈具處於一家庭中時，該燈具之位置可歸因於源自在清潔 時推動該燈具的較小移動而被無意或有意地偶爾改變。利 用此方式，舉例來說可改變該光束角度、移動該光束角 度、改變該照明梯度及改變該顏色梯度，如果紅、藍及綠 led被使用。舉例來說該照明系統可包括經調適以發送光 資訊的一指示器，且其中該光感測器經調適以感測被發送 至該光感測器的光資訊，並將此經發送的光資訊發送至該 控制器，該控制器經調適以將該經發送之資訊與_發光圖 形關聯。這可使該照明系統易於使用。 舉例來說該擴展光學元件可為一負透鏡或一正透鏡、一 負菲涅爾透鏡或一正菲涅爾透鏡，或者微棱光束偏轉器之 149643.doc 201117637 -)化陣歹丨。菲涅爾透鏡之一優點在於與一習知透鏡相 比其較纖薄及緊凑，且除此之外其比一微棱光束偏轉器圖 形化陣収易於製造。若使用一正透鏡或一正菲淫爾透 兄〃提彳/、更長的工作距離以便使光在聚焦後擴展。 應注意本發明涉及在該等技術方案中列出的特徵之所有 可行組合。 【實施方式】 在所說月的實例中，採取圖1之一燈具1之形式的照明單 元包括配置於二維陣列中的準直光源2之一陣列，其中該 二維陣列為一矩形I6X16陣列。該等準直光源2各者包括複 數個可控制的發光元件3及一光束準直光學器件4,其中各 個準直光源2包含一紅、一藍及一綠發光元件3，較佳的係 採取一紅、一藍及一綠發光二極體（LED)3之形式。或者各 個準直光源2可包含一紅、一藍、一綠及一白發光元件3。 該燈具1進一步包括配置於該等準直光源2之頂部的一負透 鏡5。 圖2顯示具有一負透鏡5的一燈具之一示意圖。舉例來說 一些發光元件3可被安裝於一印刷電路板（pCB)層22上。舉 例來說該PCB可包括由諸如一金屬例如鋁之熱轉移材料製 成的一隔離載體，其具有一單一隔離層。在所說明的實例 中該等發光元件3被分組成一紅色LED、一藍色LED及一綠 色LED，在其之前配置有一光束準直光學器件4，利用此 方式可貫現準直光源2之一陣列。或者該等發光元件3可被 分組成一紅色LED、一藍色LED、一綠色LED以及一白色 149643.doc 201117637 ED在其之前配置有一光束準直光學器件4。一採取一 負透鏡5形式的擴展光學元件被配置於該等準直光源2之前 且因此亦配置於該等發光元件3之前。在所說明的實例中 所有4等準直光源2發出光使得該負透鏡5在整個發光角度 範圍當中擴展被發出的光^ a 圖3顯示具有負菲涅爾透鏡1〇5的一燈具之一示意圖。如 圖2，一些發光元件3被安裝於一pCB層22上，但該擴展光 學元件在當前說明的實例中為一負菲涅爾透鏡1〇5。其優 點在於該燈具之設計極為小型化。 圖4員示具有各種光束形狀的一燈具之一示意圖。圖& 顯示發出具有全發光角度範圍之一光的一燈具，圖4b及圖 4c顯不發出在該全發光角度範圍之一子範圍内之—光的一 燈具。該燈具可藉由從準直光源2之一叢集發光而發出在 忒全發光角度範圍之一子範圍内的一光束。利用這種方式 s玄光束之光點尺寸及形狀可藉由改變準直光源2之數量及 s亥叢集之形狀而被改變。因此無需機械移動部份。在圖处 所說明的實例中，一光束藉由從在該燈具中間的三個準直 光源發光而從該擴展光學元件發出。在圖4c中一光束藉由 從來自該燈具之右側的三個準直光源發光而從該擴展光學 元件發出。該兩個光束（圖4b及圖4c中）之間的變化導致其 被設想為一個在兩個位置之間移動的光束。 該4 LED之強度可依據於應用而被逐漸改變，例如以 100級或256級從一關閉狀態改變為理想強度，例如一最大 強度。 149643.doc 201117637 圖5為根據本發明之一實施例的一照明系統之一示意 圖，忒系統包含一燈具丨及一遙控器丨〇7。在所說明的實例 中該燈具1包括紅色、綠色及藍色LED組2之一 NXΜ陣列， 以8位元之解析度配置。或者該等LED組可以1 〇位元之 解析度配置。該等LED組2之各者包括一準直器4，藉此提 供ΝχΜ個準直光源2。採取一負菲涅爾透鏡1〇5之形式的一 擴展光學元件被配置於該等NxM個準直光源2之前，即該 等紅色、綠色及藍色LED之前。利用此方式從該等lED發 出的光可被塑形。該燈具1進一步包括一控制器7，該控制 器7經調適以藉由控制該等LED 3之各者而改變從該菲涅爾 透鏡105發出之光的發光角度範圍。該控制器7包括一處理 器1〇及一記憶體23，該記憶體23包含具有3xNxMi長度的 一位移暫存器13及具有一 3χΝχΜ之長度的一鎖存器。該控 制器7進一步包括3 χΝχΜ個三重脈寬調變強度控制器丨2。 該遙控單元107包括一電力供應器18、與一記憶卡8及一 個人電腦通訊的一處理單元19及一無線發送器9。該遙控 單兀107經程式化以便藉由應用一組LED預程式化控制參 數而實現複數個不同光圖形。該等光圖形被儲存於該記憶 卡8上。各個光圖形可與一諸如「夏季」、「舒適」或「涼 爽」的氛圍命令關聯。即，當該等氛圍命令之一者被選擇 時，該燈具發出一對應的光圖形，使得例如一特定的顏色 分佈及光束尺寸被發出。這些氛圍命令可藉由例如經由包 括控制軟體的一個人電腦20輸入至該系統而被一使用者選 擇。該NxM RGB-LED陣列之驅動信號被該遙控單元1〇7中 I49643.doc 201117637 的處理單元19映射。 這些驅動信號從該遙控單元107中之一無線發送器9無線 發送至該燈具之處理器1〇甲之一無線接收器及串列介面。 在本發明的另-項實施例中，該遙控單元1〇7能與多個燈 具通訊。 在該燈具1中該等信號被儲存於該位移暫存器中。當該 等驅動信號之發送完成時，該資訊被複製至該鎖存器讥中 然後被引導至該等單獨之RGB_LED之三重脈寬調變強度控 制器12之驅動器。在複製該等驅動信號至該鎖存器丨丨後， 新的驅動信號可被該位移暫存器13接收。此佈局之一優點 在於不必為所有LED單獨提供位址接觸，在該位移暫存器 13及該鎖存器11中的内部儲存極大簡化至該遙控單元丄〇7 的連接。另一個優點係驅動信號中的變化（且因此該等照 明圖形中的變化）在該等信號從該位移暫存器丨3發送至該 鎖存器11時以一種良好界定的方式發生於一良好界定的時 刻。與較慢且易於發生錯誤的無線發送相比，此發送發生 地極快且可罪。利用此方式該控制器7經調適以藉由控制 該等LED 3之各者而改變從該擴展光學元件發出的光之發 光角度。 在本發明之一替代實施例中該遙控器1〇7之功能被整合 於該控制器7中。 圖6為具有至少一個光感測器14的一整合式燈具之一示 意圖。在所說明的實例中該燈具具有提供回饋丨5至該控制 器7之一處理器1〇的數個光感測器14。該光感測器14測量 149643.doc -10- 201117637 規定的發光角度範圍且該處理器10比較回饋15與所要求的 發光角度範圍16，舉例來說該等發光角度範圍16係接收自 一使用者。藉由來自該處理器1〇之輸入21，一 led控制器 12將參數設定發送至各個準直光源2。 該光感測器14經調適以感測已從該擴展光學元件$發出 並被反射回該光感測器14的光，在所說明的實例中該光學 元件5為一負透鏡。較佳的係該等發光元件3及該等光感測 器14被電及機械整合於一例如採取一燈具形式的照明單元 中〇 在本發明之—實施例中該等光感測器14為具有一廣角透 鏡的相機使得所有該等相機之影像的組合將大於該燈具之 最大光點束。利用此方式該相機組將看到被該燈具照明的 整個表面。由該等相機產生的該等影像將被該控制器7即 時並基於所要求的照明圖形而被處理；該等參數將為針對 該等LED組之各者設定。 圖7顯示一種照明系統，該系統包括一例如採取—雷射 筆之形式的指示器24,其經調適以藉由將光25發射至—表 面26上經過反射然後被該等光感測器14接收而向該照明系 統指示一理想的光圖形。從該指示器發出的光可被編碼， 以便使該等感測器U能將其區別於其他光。該光感測⑽ 經調適以偵測該光資訊25，並將此資訊發送至該控制器 7。忒控制器7經調適以將被發送之光資訊解譯並調適被發 出之光以便提供理想的光圖形。 利用圖7之指示器2 4，—使用者可向該照明系統丄指示將 149643.doc 201117637 被呈現於一表面26例如一牆壁上的光束形狀。為此，該使 用者使用該指示器2 4在該表面2 6上指示待照明之區域2 7。 該等光感測器14偵測該光資訊25，即該雷射在該牆壁26上 之反射’並使用此資訊以調適被發出的光圖形。藉此一新 的光圖形可被該使用者在任何時刻要求。因此，舉例來說 該使用者可要求重新塑形一當前呈現的形狀。 圖8為該控制器7之功能流程圖。該流程圖顯示調適該光 圖形、即光從該燈具之發射的自動流程。 該控制器包括如下處理步驟： 該燈具1 (在第一反覆中）例如利用儲存自一先前場合的 參數設定或者（在下一反覆中）利用經調適之參數設定基於 所要求的光圖形創建一光圖形； 來自該（等）光感測器14的資訊被用作輸入以測定所要求 之光圖形及被測量之光圖形之間的差異； 該等差異被該處理器1 〇使用以計算新的參數設定； 该等新的參數設定與儲存於記憶體中的參數設定比較。 如果新的參數設定不同於在前—反覆中計算的參數設定， 程式控制返回至步驟S1 ; 如果新的參數設定並非不同，則所要求之光圖形之最佳 可行呈現已實現，該流程結束。 描述於上述流程步驟中的步驟32及83為最重要的步驟。 在這二步驟中所要求的光圖形及被測量之光圖形之間的不 匹配之處以及該等新參數設定須為何參數被測定。 藉由擴展上述流程，可行的係測定在_牆壁例如牆壁之 149643.doc 12 201117637 角洛或牆壁前之一植物等上的光圖形中之干擾或不一致， 並調整該等參數設定並藉此調整該照明，即該光圖形。 其他擴展亦可被執行。在另一個擴展中該燈具與待照明 之表面所產生的角度可藉由掃描此表面，即改變該光束方 向並測量被該等光感測器拾取的光強度而被測定。連同該 光束角度之方向而被測量的光強度峰值提供關於該燈具與 待照明之表面所產生的角度之資訊。 在本發明的另一項實施例中該燈具包括一傾斜感測器或 上述擴展。利用此方式該燈具可得知其在例如一牆壁上發 光的角度。這可藉由開啟該等LED組而完成，該等LED組 經由該擴展光學元件（例如採取一菲涅爾透鏡之形式）以固 定的流明值以一 90度的角度在牆壁上閃耀。至該光感測器 的反射可被用於計算該牆壁之反射率。如果需要校正在該 光感測器之前的擴展光學元件，例如在一相機被用作一光 感測器的情況下，這係有用的。 在另一項實施例中其他光感測器被配置於該燈具之外， 且該回饋可為在該燈具之内之光感測器及在該燈具之外之 光感測器之一組合。利用這種方式可提供回饋並因此可改 善該等計算。 技術熟練者可瞭解本發明不限於上述該等較佳實施例。 相反，許多在所附之技術方案之範圍内的修改及變動係可 行的。舉例來說，發光元件及因此光源之數量以及光感測 器的數量可被改變。此外在該矩形ΝχΜ陣列中的數字N、 Μ亦可被改變，舉例來說其可為一 lx2陣列或_ ΐ2χι2陣 149643.doc •13· 201117637 列。 【圖式簡單說明】 圖1顯示一根據本發明之一實施例的燈具； 圖2為具有一負透鏡的一燈具之一示意圖； 圖3為具有一負菲涅爾透鏡的一燈具之一示意圖； 圖4a-4c為具有各種光束形狀的一燈具之示意圖； 圖5為根據本發明之一實施例的一照明系統之一示意 圖； 圖6為具有若干感測器的一整合式燈具之一示意圖； 圖7為具有若干感測器及一指示器的一整合式燈具之一 示意圖；及 圖8為一控制器的功能之一流程圖。 【主要元件符號說明】 1 燈具 2 光源 3 可控制發光元件 4 光束準直光學器件 5 擴展光學元件 6 光 .7 控制器 8 記憶卡 9 無線發送器 10 處理器 11 鎖存器 149643.doc -14- 201117637 12 控制器 13 位移暫存器 14 光感測器 15 回饋 16 發光角度範圍 18 電力供應器 19 處理單元 20 個人電腦 21 輸入 22 印刷電路板層 23 記憶體 24 指示器 25 光 26 表面 27 區域 105 擴展光學元件 107 遙控單元 SI 創建光圖形 S2 測定差異 S3 計算新參數 S4 比較新參數與儲存參數 S5 就緒 149643.doc • 15-

Claims (1)

1. 201117637 七、申請專利範圍： 1. 一種照明系統，其包括： 複數個可控制的發光元件（3)， —擴展光學元件（5、⑼），其配置於該複數個發光元 件（3)之前以便塑形從該等發光元件（3)發出之光，及 -控制器⑺’其控制該複數個可控制發光元件⑺之 各者以便改變從該擴展光學元件（5、叫發出之光卜 發光角度範圍。 2. 如請求们之照明系統’其中該發光角度範圍被分成若 干子範圍。 3. 如前述請求項中任一項之照明系統，其中該控制器⑺經 進-步調適以改變從該擴展光學元件發出之光的照明梯 度及顏色梯度的至少一者。 4·如凊求項1或2之照明系統，其包括複數個單獨準直的光 源（2) ’該等光源（2)之各者包括複數個該可控制發光元 件（3)及一光束準直光學器件（4)。 5.如請求項4之照明系統，其中各個準直光源包含一紅 色、一藍色及一綠色發光元件（3)。 6.如請求項3之照明系統，其中該複數個準直光源（2)被配 置於二維陣列中。 7.如請求項6之照明系統，其中該二維陣列為一矩形ΝχΜ 陣列’其中Ν代表該陣列中列的數量，Μ代表各個列中 準直光源（2)的數量。 8_如請求項7之照明系統，其中ν及Μ各者至少為6。 149643.doc 201117637 9.如請求項1或2之照明系統，其中該控制器（7)經程式化以 便藉由應用該等可控制發光元件（3)的一組預程式化控制 參數而實現複數個不同的發光圖形。 1 〇.如請求項1或2之照明系統，其進一步包括一光感測器 (14) ’使得在使用中該光感測器（14)測量規定的發光角 度範圍且該控制器（7)比較該等規定的發光角度範圍與所 要求的發光角度範圍。 11·如請求項1〇之照明系統，其中該光感測器〇 4)經調適以 感測已從該擴展光學元件（5、1〇5)發出並反射回該光感 測器（14)的光且該等發光元件（3)被電及機械整合於一照 明單元中。 12. 如请求項1〇之照明系統，其進一步包括經調適以發送光 資訊的一指示器（17)，且其中該光感測器（14)經調適以 感測被發送至該光感測器（丨4)的光資訊並將此經發送之 光資訊發送至該控制器（7、12、1〇7)，該控制器（7、 12、1〇7)經調適以將經發送之光資訊與一發光圖形關 聯。 13. 如請求項1或2之照明系統，其中該擴展光學元件(5、 105)為一負或正透鏡、—負或正菲涅爾透鏡、或者為微 棱光束偏轉器之一圖形化陣列。 ' 149643.doc