TWI558948B - 點照明的照明系統 - Google Patents

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Description

點照明的照明系統
本發明係關於一種用於點照明的照明系統，其包括一管狀反射器及一光源陣列。
在諸如場景設定或其他氛圍建立照明的點照明應用中，已廣為使用具有彩色濾光器之白色光源。最近，作為一替代品，已開發具有諸如發光二極體(LED)之彩色光源之照明系統。在具有彩色光源之系統中，可藉由電子控制而改變顏色，且所有可取得之顏色總是可用的。
在點照明應用中，所發射之光的同質性係極為重要的。
在US6200002中描述用於點照明之一照明系統之一實例，其中一管狀準直器使來自配置於該準直器入口處的一光源陣列的光準直。儘管相較於先前技術，US6200002提供一改良之同質性，但是所發射之光之進一步改良同質性仍係令人期望的。
考慮到上文，本發明之一大致目的係提供一種用於點照明之改良照明系統，該照明系統可提供由其發射之光的一改良同質性。
根據本發明之一第一態樣，提供一種用於點照明之照明系統，其包括：具有一反射內表面之一管狀反射器，該管狀反射器具有一入口孔及比該入口孔更大的一出口孔；包括複數個光源的一光源陣列，該複數個光源經配置以使光在該管狀反射器之該入口孔處發射至該管狀反射器中；及一光擴散光學構件，其經配置以擴散由該照明系統發射之光，其中該光擴散構件經組態以展現隨著離該照明系統之一光軸之距離增加而增加的一擴散能力。
本發明係基於以下認識：由具有一出口孔比入口孔更大之管狀反射器的一照明系統所輸出之光一般在靠近該照明系統之光軸處展現出比離該照明系統之光軸較遠處更高之一同質性，即，一更高程度之空間均勻度。本發明者已進一步意識到，可藉由配置一光擴散光學構件以擴散由該照明系統輸出的光且組態該光擴散光學構件以展現隨著離該照明系統之光軸之距離增加而增加的一擴散能力而達成該照明系統之輸出效率與由該照明系統輸出之光之同質性之間的一有利權衡。
因此，使光學擴散集中於其具有最好效果之處，藉此可達成由該照明系統輸出之光的一改良同質性，同時使源自該光擴散光學構件之散射及/或吸收的光學輸出效率之縮減最小化。
該光擴散光學構件可有利地透過散射而擴散入射於其上之光，且該光擴散光學構件具有隨著離該照明系統之光軸之距離增加而增加的一散射性。
為提供一足夠程度之強度及(當適用時)色彩均勻度，同時將該光擴散光學構件中之光損耗保持為較低，取決於該光源陣列及該管狀反射器之性質，該光擴散光學構件可使入射光散射多達約±10°。對於該光源陣列及/或該管狀反射器經組態以便提供光的一良好混合之照明系統，約±5°之一最大散射可為足夠的。
該最大散射可有利地在靠近該管狀反射器之邊緣處發生，且在靠近該光軸處，一大體上較低位準之散射可為足夠的。例如，在該光軸處之散射可為±1°或甚至0°。
隨著離該光軸之距離增加的擴散能力之增加可為大體上連續的或以一逐步方式發生。
此外，該光擴散構件可包括具有可控制之擴散性質之一裝置。此等裝置之一實例為一可切換之PDLC層。
此外，該照明系統可有利地進一步包括一聚焦光學元件，該聚焦光學元件經配置以使該照明系統發射之光聚焦，藉此可減小該照明系統輸出之光的角展度。此在根據本發明之該照明系統之多種實施例中可為特別有利，因為該光擴散光學構件可大體上增加通過該光擴散光學構件之光的角展度。
根據本發明之多種實施例，該管狀反射器及該光源陣列之至少一者可以使得該光源陣列之每一對稱狀態不同於該管狀反射器之任一對稱狀態之一方式組態。
在本申請案之內文中，「對稱狀態」應理解為不同於一初始狀態且導致與該初始狀態相同之組態的一狀態。一對稱狀態可透過任意種類之變換，諸如旋轉、平移、鏡射等等而達成。
藉由避免重合對稱狀態，可減少所發射之光之偏好方向(preferred direction)的發生，藉此可改良關於所發射之光之強度及(在適用情況下)顏色的空間同質性。。
管狀反射器之對稱狀態(若有)係可透過(例如)該管狀反射器之實體組態而控制，且光源陣列之對稱狀態(若有)係可透過該光源陣列中所包含之光源的配置而控制。
根據多種實施例，該光源陣列及該管狀反射器之非重合對稱狀態可藉由組態該管狀反射器及該光源陣列之至少一者使得該至少一者不具有對稱狀態而達成。例如，該等光源可經隨機地配置，及/或該管狀反射器可具有一不規則橫截面。
或者，該管狀反射器可展現具有相同組態之第一數目個狀態，且該光源陣列可展現具有相同組態之第二數目個狀態，且該第一數目與該第二數目之間之一比率可為一非整數。此一組態提供非重合之對稱狀態。
具有相同組態之狀態數目等於初始狀態加上對稱狀態數目，即，對稱狀態的數目加上一。
此外，藉由以使得該第一數目及該第二數目之一最大公約數等於一之一方式組態該照明系統，可更進一步減少所發射之光之偏好方向之發生，藉此可更進一步改良所發射之光的同質性。
此外，該第一數目(即，由該管狀反射器展現之對稱狀態的數目)可為大於2的一質數，藉此可為該光源陣列中之光源配置達成更大的設計自由度，此係因為較少之光源組態將展現與此一管狀反射器組態重合的對稱狀態。
此外，根據多種實施例，該管狀反射器及該光源陣列之至少一者可展現關於該照明系統之一光軸之旋轉對稱性。
該管狀反射器可具有一基本上多邊形的橫截面。
在本申請案之內文中，「多邊形橫截面」應理解為由至少三個點處所連接之線之一封閉路徑定界限而形成多邊形橫截面之隅角的一橫截面。該等線可為筆直或彎曲的。例如，在該多邊形之隅角之間之每一路徑相對於該多邊形橫截面可為凹的或凸的。根據一較佳之實施例，該多邊形橫截面可為七邊形(7條邊)或九邊形(9條邊)。
根據另一實施例，該管狀反射器之橫截面可具有一基本上圓形或橢圓形的形狀。
為進一步改良該照明系統發射之光的同質性，可以使得該光源陣列中所包括的光源之總面積可等於該管狀反射器之入口孔之一面積的至少5%之一方式來組態該照明系統。
光源之總面積應理解為光源之總發射表面，即，可發射光之面積。
透過提供總發射面積與入口孔面積之間之一足夠比率，可進一步改良該照明系統所發射之光的同質性。由本發明者執行之測試指示，此一足夠比率為該管狀反射器之入口孔之面積的約5%，且一更高比率可產生一更佳的結果。然而，該比率較佳可等於或至少為10%，更佳等於或至少為15%，且更佳等於或至少為20%。
根據本發明之多種實施例，該光源陣列可進一步包括：經組態以發射一第一顏色之光之至少一組光源，及經組態以發射不同於該第一顏色之一第二顏色之光的至少一組光源。
一組光源可為一單一光源，或可為配置在一起之一群組之光源。例如，一組光源可設置成一排發光二極體(LED)之形式。
因此，可從該照明系統提供顏色可控制之光輸出。
本發明者已發現，以使得光源陣列包括經組態以發射具第一顏色之光的至少三組光源及經組態以發射具第二顏色之光的至少三組光源之一方式來組態該光源陣列對照明系統所輸出之光之同質性係有利的。
此外，可有利地以使得相鄰組之光源之間之最大間距係小於入口孔之一橫向延伸之三分之一的一方式來配置該等光源。據此，可避免光源陣列中的較大「暗」面積，此進一步改良由該照明系統輸出之光的同質性。使該等光源更均勻地分散在該光源陣列中可導致同質性的一進一步改良。
現將參考顯示本發明之一例示性實施例之附圖而更詳細地描述本發明之該等態樣及其他態樣。
在下文之描述中，參考一照明系統而描述本發明，該照明系統包括展現第一數目個對稱狀態之一光源陣列及展現第二數目個對稱狀態之一管狀反射器。
應瞭解，此決不限制本發明之範圍，其同樣適用於光源陣列及管狀反射器之一者或兩者可能沒有對稱狀態之其他照明系統。
圖1示意性繪示一種適用於氛圍建立照明(諸如場景設定)的點照明之照明系統。該照明系統10包括由光源13a至13d形成的一光源陣列1(諸如LED陣列)，該光源陣列1係安裝於諸如一印刷電路板(PCB)3之一載體上，該載體係配置於一均熱器(heat spreader)4上，該均熱器4繼而係配置於一散熱器5上。該照明系統10進一步包括具有一反射內表面之一管狀反射器2。該管狀反射器2具有一光入口孔7，及比該光入口孔7更大的一光出口孔8。在該管狀反射器2之出口孔8處設置一擴散構件(在此為一光學擴散片9之形式)。
該光源陣列1係配置於該入口孔7處，以使光發射至該管狀反射器2中。在圖1中示意性繪示之例示性實施例中，該管狀反射器2在垂直於照明系統之光軸12之一平面內具有一多邊形橫截面。
為達成由該照明系統10輸出之光之一良好的同質性，該光源陣列1及該管狀反射器2不應具有重合對稱狀態。現將參考圖2a至圖2b描述滿足此條件的兩個例示性組態，圖2a至圖2b係沿著該照明系統10之該光軸12而從該管狀反射器2之出口孔8觀看的橫截面圖。
在圖2a中示意性繪示之第一例示性組態中，光源陣列1展現一初始狀態及三個對稱狀態，即，導致與該初始狀態相同之組態的額外狀態。因此如從圖2a中可容易地看出，該光源陣列1總共具有具相同組態之四個狀態。另一方面，在圖2a中之該管狀反射器2具有一初始狀態及四個對稱狀態，其總共具有具相同組態之五個狀態。
相應地，圖2a中示意性繪示之照明系統組態不展現該光源陣列1與該管狀反射器2之間之任何重合對稱狀態。特定言之，該管狀反射器2與該光源陣列1之分別具有相同組態之狀態之數目之間之比率為5/4=1.25，此為一非整數。
在圖2b中示意性繪示之第二例示性組態中，光源陣列1展現一初始狀態及兩個對稱狀態，即，導致與該初始狀態相同之組態的額外狀態。因此如從圖2b中可容易地看出，該光源陣列1總共具有具相同組態之三個狀態。另一方面，在圖2b中之該管狀反射器2具有一初始狀態及七個對稱狀態，其總共具有具相同組態之八個狀態。
相應地，圖2b中示意性繪示之照明系統組態不展現該光源陣列1與該管狀反射器2之間之任何重合對稱狀態。特定言之，該管狀反射器2與該光源陣列1之分別具有相同組態之狀態之數目之間之比率為8/3，此為一非整數。
在圖2a至圖2b中顯示之該照明系統10之每一例示性組態中，以上提及之數字的最大公約數為1。
圖3示意性顯示包括不同顏色之LED形式之複數個光源的光源陣列1之一例示性組態。該光源陣列包括配置成排的四組紅色LED 30a至30d，配置成排的四組綠色LED 31a至31d，及配置成排的四組藍色LED 32a至32d。
如圖3中可見，該等光源30a至30d、31a至31d及32a至32d係以使得光源陣列1展現具有導致相同光源組態之兩個狀態之旋轉對稱性之一方式配置。
為提供包括圖3中之光源陣列1之照明系統10所輸出之光之所期望的同質性，配置多組光源30a至30d、31a至31d及32a至32d，使得具有相同顏色之鄰近組光源之間之距離小於管狀反射器2之入口孔7之一橫向尺寸之三分之一，此係示意性指示於圖3中。
為說明之簡便起見，已將圖3中之該光源陣列1描述為包括僅具三原色之LED。熟習此項技術者可容易地瞭解，可藉由提供經組態以發射額外原色，諸如琥珀色、青色、深紅色及/或深藍色之LED而達成一改良之顏色混合及同質性。或者，或另外，可使用多種白色光源，諸如暖白色、中性白色及/或冷白色。此等LED係可設置於額外排中，或可設置其中LED或兩種顏色或三種顏色係交替配置之若干排。
在根據本發明之該照明系統之多種實施例中，在垂直於光軸之一平面中，隨著離該光軸之距離增加，該照明系統輸出之光一般變得較不同質。
為進一步改良該照明系統輸出之光之同質性，同時保持輸出效率縮減最少，該照明系統10可有利地包括配置於該管狀反射器2之出口孔8處之一光學擴散構件9。因為光在靠近光軸12處一般係相對同質的，故該光學擴散構件9在靠近光軸12處具有比在離該光軸12較遠處更低之一擴散能力。此可例如藉由提供包括散射粒子35之一膜而達成，其中散射粒子之濃度隨著離該照明系統10之該光軸12之距離增加而增加。此示意性繪示於圖4中。或者，該光學擴散構件9可在中間具有一洞，且因此不吸收或散射靠近該照明系統10之光軸12處由該照明系統10輸出的任何光。作為圖4中示意性顯示之散射粒子35之一替代品或補充品，可使用其他方法而實現光學擴散構件9之擴散能力，諸如透過一全像圖案及/或一表面凸起體。
例如，該光擴散構件9可包括一所謂的光塑形擴散體(LSD)箔，其例如可從Luminit或Fusion Optix處購得。
另外，熟習此項技術者在實踐主張之本發明時，可從圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究中理解及實現對所揭示之實施例之變動。在請求項中，詞語「包括」不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」不排除複數個。一單一處理器或其他單元可實現在請求項中敘述之許多項目的功能。在互不相同之附屬請求項中敘述某些措施，這一純粹事實並非指示不可有利地使用該等措施之一組合。
1‧‧‧光源陣列
2‧‧‧管狀反射器
3‧‧‧印刷電路板
4‧‧‧均熱器
5‧‧‧散熱器
7‧‧‧(光)入口孔
8‧‧‧(光)出口孔
9‧‧‧光擴散光學構件、光學擴散片、光學擴散構件
10‧‧‧照明系統
12‧‧‧光軸
13a-13d‧‧‧光源
30a-30d‧‧‧LED、光源
31a-31d‧‧‧LED、光源
32a-32d‧‧‧LED、光源
35‧‧‧散射粒子
圖1係根據本發明之一實施例之一照明系統之一分解圖；圖2a至圖2b係沿光軸所見的繪示本發明之例示性實施例之不同對稱關係的橫截面圖；圖3示意性繪示一例示性光源陣列組態；及圖4示意性繪示圖1中之照明系統中所包括之擴散構件之一例示性組態。
1．．．光源陣列
2．．．管狀反射器
3．．．印刷電路板
4．．．均熱器
5．．．散熱器
7．．．光入口孔
8．．．光出口孔
9．．．光擴散光學構件
10．．．照明系統
12．．．光軸
13a-d．．．光源

Claims (12)

  1. 一種用於點(spot)照明之照明系統(10)，其包括：具有一反射內表面之一管狀反射器(2)，該管狀反射器(2)具有一入口孔(7)及一出口孔(8)；包括複數個光源(13a至13c；30a至30d、31a至31d、32a至32d)之一光源陣列(1)，該複數個光源係經配置以使光在該管狀反射器(2)之該入口孔處發射至該管狀反射器(2)中；及一光擴散光學構件(9)，其經配置以擴散由該照明系統(10)發射之光，其中該光擴散光學構件(9)經組態以展現(exhibit)隨著離該照明系統之一光軸(12)之距離增加而增加之一擴散能力，且其特徵在於該出口孔(8)比該入口孔(7)大，且該管狀反射器(2)及該光源陣列(1)之至少一者係以使得該光源陣列(1)之每一對稱狀態不同於該管狀反射器(2)之任何對稱狀態之一方式組態。
  2. 如請求項1之照明系統(10)，其中該光擴散光學構件(9)使入射於其上之光散射，且該光擴散光學構件(9)具有隨著離該光軸(12)之距離增加而增加的一散射性。
  3. 如請求項1或2之照明系統(10)，其進一步包括一聚焦光學元件，該聚焦光學元件經配置以使由該照明系統發射之光聚焦。
  4. 如請求項1或2之照明系統(10)，其中該管狀反射器(2)展 現具有相同組態之一第一數目個狀態，且該光源陣列(1)展現具有相同組態之一第二數目個狀態，該第一數目與該第二數目之間之一比率為一非整數。
  5. 如請求項4之照明系統(10)，其中該第一數目與該第二數目之一最大公約數等於1。
  6. 如請求項4之照明系統(10)，其中該第一數目為大於2的一質數。
  7. 如請求項1或2之照明系統(10)，其中該管狀反射器(2)及該光源陣列(1)之至少一者相對於該照明系統(10)之該光軸(12)展現旋轉對稱性。
  8. 如請求項1或2之照明系統(10)，其中該管狀反射器(2)具有一基本上多邊形之橫截面。
  9. 如請求項1或2之照明系統(10)，其中由包括於該光源陣列(1)中之該等光源(13a至13c；30a至30d、31a至31d、32a至32d)佔用之一總面積等於該入口孔(7)之一面積的至少5%。
  10. 如請求項1或2之照明系統(10)，其中該光源陣列(1)包括：經組態以發射一第一顏色之光的至少一組光源(30a至30d)，及經組態以發射不同於該第一顏色之一第二顏色之光的至少一組光源(31a至31d)。
  11. 如請求項10之照明系統(10)，其中該光源陣列(1)包括：經組態以發射該第一顏色之光之至少三組光源(30a至30d)，及經組態以發射該第二顏色之光的至少三組光源(31a至31d)。
  12. 如請求項10之照明系統(10)，其中在該等組光源(13a至13c；30a至30d、31a至31d、32a至32d)之鄰近者之間之一最大間距小於該入口孔(7)之一橫向尺寸之三分之一。
TW099119322A 2009-06-16 2010-06-14 點照明的照明系統 TWI558948B (zh)

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