專利名稱：提供具有可控制光度分布的照明器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明器，該照明器包括固定地排列在多個位置的多個光源并包括至少一個電致發(fā)光二極管。本發(fā)明還涉及工作于照明和亮度的照明器。
由專利申請WO 99/30537，該照明器是已知的。在該文件中，由包括至少一個電致發(fā)光二極管的多個光源發(fā)射的光被光學系統(tǒng)聚焦成輸出束。所述光學系統(tǒng)是可移動的，因此使其可能調整輸出束的光度分布。還提出了調整發(fā)射光的顏色的裝置，由對不同顏色的二極管的獨立控制形成該裝置。
本發(fā)明基于如下考慮。
在現(xiàn)有技術中，由機械部分的物理移動產生對輸出束的光度分布的調整。利用該移動意味著使用機械和高能裝置啟動所述光學系統(tǒng)。在引用的文件中，沿毗鄰照明器的軸的單個方向上調整光度分布是可能的，除非該照明器被完全移位。這很大程度上限制了這種照明器的可能應用。此外，機械移動期間無法提供光束的實際上瞬時定向。這又減小了該照明器的應用領域。位于照明器軸中心的光束的顏色被控制在各組二極管內，即獨立地控制三個不同顏色的光源。
本發(fā)明的目標為，在不使用用于移動部件的機械裝置的情況下，獲得具有高度適應性和高速度的可控制光度分布的光束，同時保留使用電致發(fā)光二極管所提供的優(yōu)點。
為此目的，在開篇段落中描述的根據本發(fā)明的照明器，其特征在于，由一個相同的光學系統(tǒng)聚焦所述光源，該光學系統(tǒng)相對于所述多個光源位置固定，同時所述照明器包括電子裝置，該電子裝置設計成控制該光源且能夠相互獨立地控制所述光源的強度，并且所述光源的強度作為各光源相對于所述光學系統(tǒng)的各自位置的函數(shù)，從而在所述光學系統(tǒng)的輸出獲得具有時間上和空間上可控制的光度分布的輸出束。光源的位置是這樣的控制裝置能夠只通過獨立地控制各個二極管而調整光束的光度分布。
在有利的實施例中，所述光源被提供有用于改變其顏色的裝置，且用于啟動光源的裝置包括用于控制所述光源顏色的裝置。
在本發(fā)明的第一實施例中，所述光學系統(tǒng)包括至少一個成形為部分球面的表面。
在本發(fā)明的第二實施例中，所述光學系統(tǒng)包括至少一個成形為部分圓柱面的表面。
在本發(fā)明的有利應用中，輸出束的光度分布具有至少兩個不同顏色的最大值。
通過對幾個實施例的下述描述將更好地了解本發(fā)明，這些實施例是以示例的方式并參照附圖給出，其中

圖1為根據本發(fā)明的照明器的示意圖，圖2示出了可以在根據本發(fā)明的照明器中有利地實現(xiàn)的二極管，圖3a為本發(fā)明第一實施例中照明器的示意性透視圖，圖3b和3c闡述了本發(fā)明第一實施例中具有可變化光度分布的輸出束的產生，圖4a為本發(fā)明第二實施例中照明器的示意性前視圖，圖4b闡述了根據本發(fā)明第二實施例的照明器的截面內輸出束的光度分布，圖5闡述了根據本發(fā)明第二實施例的照明器的第一實際應用，以及圖6闡述了根據本發(fā)明第二實施例的照明器的第二實際應用。
下述的說明目的在于使本領域技術人員能夠了解和使用本發(fā)明。在專利申請的正文及其要求中給出了該說明。對于本領域的技術人員來講，優(yōu)選實施例的各種備選是明顯的，這里所詳述的本發(fā)明的普通原理適用于備選實施例。
下述表述涉及參考符號。在所有圖中用相同字母表示類似的元件。在相同的一個圖中會出現(xiàn)多個類似的元件。這種情況下，參考字母添加后綴以區(qū)別這些類似的元件。為了方便，可省略該數(shù)字或后綴。這涉及說明書以及權利要求書。
圖1為根據本發(fā)明的照明器的示意圖。該照明器包括固定地位于多個位置并包括至少一個電致發(fā)光二極管的多個光源SCE。根據本發(fā)明，由一個相同的光學系統(tǒng)OPT聚焦所述光源，該光學系統(tǒng)位于相對于所述多個光源SCE的固定位置。所述照明器包括光源的電子控制裝置CTR，該裝置能夠相互獨立地控制作為各光源相對于所述光學系統(tǒng)OPT的各自位置函數(shù)的所述光源的發(fā)射強度，從而在所述光學系統(tǒng)OPT的輸出獲得具有時間上和空間上可控制的光度分布的輸出束BEA。每個二極管發(fā)光強度的控制，使得可以控制輸出束的強度和方向。
圖2示出了根據一個有利實施例的光源SCE。該光源SCE包括用于改變顏色的裝置。該有利實施例并不是限制性的可在根據本發(fā)明的照明器中采用單色的多個二極管或不同顏色的多組二極管。因此，這個光源SCE為，例如，包括在一個外殼內的三個芯片的電致發(fā)光二極管。每個所述芯片發(fā)射特定的原色紅、綠、和藍。在本實例中，連接元件R、G、和B分別連接到一個芯片內的陰極，所述陰極施加特定電勢，以引起相應的芯片發(fā)射紅色、綠色、藍色中的一種顏色。連接元件P被連接到所有芯片共用的陽極。獨立控制這些芯片中的每個芯片，以使二極管發(fā)射的光通過各顏色的組合而呈現(xiàn)任何可能的顏色。電子控制裝置CTR隨后包括用于控制光源顏色的裝置。這些電子裝置控制每個芯片R、G、B的發(fā)光強度。因此每個光源能夠呈現(xiàn)包括白色的任何可能顏色。二極管的準直接電子控制使得可能幾乎瞬時地實現(xiàn)顏色和色溫的改變。例如，由Philips公司的稱為Xitanium 25WDimmable LED Power Driver的器件形成電子控制。該電子控制器件能夠根據所預期的場景控制電致發(fā)光二極管三個獨立通道的強度。二極管光源的控制可利用數(shù)目與預期通道相同的一組這種器件。在照明器包括單色的多個二極管或不同顏色的多組二極管的情況中(還提供了調整輸出束顏色的可能性)也使用相同類型的電子控制器件，原因在于編程所述器件以響應獨立控制二極管的要求?？梢詡溥x地使用可提供對多個電致發(fā)光元件獨立控制的任何等效器件。根據本發(fā)明的對二極管控制動作的獨立性，使得可以通過控制光束的光度分布確定光束方向。該定向也是準瞬時的，特定的定向對應于啟動至少一個特定的二極管。每個光源貢獻光束的一部分，光束的這個部分實際上是可瞬時控制的。以實際上瞬時的方式調整光束，而不產生元件的噪聲和磨損。輸出束因此可以局部地調整為二極管產生的發(fā)光電平的函數(shù)和每個光源呈現(xiàn)的顏色的函數(shù)。該光束因此可以是集中的、擴散的、非對稱的、并因此可以控制為各種形狀。本發(fā)明因此提供了實際上瞬時的、且適應性非常高的成形光束的可能性。二極管控制的獨立性和該光源的點狀特性使得可能獲得根據本發(fā)明的許多不同形狀，而不產生部件的機械移動。根據本發(fā)明，該多樣性依賴于可啟動的二極管的數(shù)目。二極管數(shù)目越高，多樣性越大。鑒于電致發(fā)光二極管為強大緊湊的光源，其數(shù)目的增大不會引起空間體積的顯著增大。由于二極管的尺寸，可精確的定形輸出束。本發(fā)明也可用于投影gobbos。Gobbos設為光學系統(tǒng)本身的一部分，或者置于照明器內相對光學系統(tǒng)固定的位置上，但是gobbos總是位于由至少一個給定二極管產生的光束路徑內。因此可把一個或多個清晰的圖像投影成方向的函數(shù)，每個方向對應于發(fā)射發(fā)光能量的至少一個二極管。此外，光源控制裝置的全電子特性使得可能實現(xiàn)為外部事件函數(shù)的非常簡單的伺服控制，特別地，由傳感器測量該事件。
本發(fā)明相對于已知投影系統(tǒng)的優(yōu)勢在于沒有機械移動、沒有用于掩蔽光束特定部分的快門或光圈、沒有濾光片架、以及無需旋轉照明器，因此不存在慣性。由于無需移動任何部件，照明器的尺寸也大幅縮小。
圖3a、b、c示意性示出了本發(fā)明第一實施例的照明器。根據該第一實施例，光學系統(tǒng)由透明材料制成。在圖3所示的配置中，所述光學系統(tǒng)包括形狀為部分球面SPH的表面、圓柱面CYL、和平面表面PLA。該光學系統(tǒng)可以是諸如透鏡的一個單獨的主體，或者是填充了折射率高于空氣的透明材料的中空元件。該光學系統(tǒng)使得可以聚焦光源SCE發(fā)射的光。該聚焦對光源相對于光學系統(tǒng)的位置的依賴性是不同的。
圖3b中示出了從不同光源獲得的光束的實例。為了圖示清晰，僅示出了三個二極管，但根據本發(fā)明的照明器中使用的二極管的數(shù)目通常為大約十到一百的量級。所示三個二極管分別產生的單獨光束用不同類型的虛線表示。明顯的是，單個二極管發(fā)射時，獲得的輸出束有利地集中。光學系統(tǒng)的本質和相關光源相對焦面的位置賦予光束集中的特性。因此可以改變本發(fā)明以遵從依賴于設想的應用及其要求的光束本性的一組條件。改變以適應特定的應用，引起光學系統(tǒng)聚焦性能和二極管相對光學系統(tǒng)的位置的改變，同時仍保持本發(fā)明的原理。根據本發(fā)明，因此單個二極管可產生沿特定方向的聚焦束。光學系統(tǒng)的結構限制了可能的方向。然而，圖3a、b和c中所示的由適當折射率(約為1.5)的材料制成的光學系統(tǒng)可以在通常為四分之一空間的大部分空間上定向。適當?shù)碾p凸光學系統(tǒng)(例如球面)可提供實際上完整的半空間的光束定向。在光學系統(tǒng)的外圍進一步添加二極管，可以有利地采用抗反射元件以進一步增大可能的定向范圍。依賴于發(fā)光二極管的選擇控制，光束的強度和顏色會發(fā)生變化。如果好幾支二極管發(fā)光，結果的光束擴散到這樣的程度光束至少在特定的地理區(qū)域重疊。通過控制光束形成所涉及的每個二極管的發(fā)光強度和顏色，可以控制該擴散的光束的強度和顏色。本發(fā)明還使得有可能獲得具有多個最大值的光度分布。實際上，兩個不同二極管產生的光束可能完全隔開一定距離。這預先假定從一個二極管獲得的光束是完全定向的。當例如二極管靠近光學系統(tǒng)的焦點或位于光束會聚的特定點的位置時，實際情況是這樣的。例如，在博物館中的物體照明時會特別意識到后者會聚特性的重要性。在該應用中，使用二極管而成為可能的小型化是非常有利的。本發(fā)明還可以提供用于近距離照明的單個光學輸出。光束也可以是動態(tài)的，即響應交互式命令。
圖3c依次示出了通過組合由兩個二極管發(fā)射的發(fā)光強度而獲得的光度分布。明顯的是，這樣獲得的結果光束SUM比從單個二極管獲得的光束更為擴散。
該第一實施例因此可以用于光束在短的時間段內呈不同方向的任何應用。于是其應用主要針對照明應用。
圖4a和4b示出了第二實施例。這里的光學系統(tǒng)具有兩個平面表面PLA和一個圓柱面CYL。圖4b中的截面AA示意性示出了同一個照明器。光源SCE位于與圓柱面CYL同心的圓CIR內。圓柱CYL聚焦每個二極管發(fā)射的光線。該聚焦使得可獲得這樣的光束二極管放置得越靠近焦面時，方向性越好。焦點的位置取決于制造圓柱的材料的折射率。對所使用材料的折射率的選擇因此又取決于設想的應用。
圖5和6示出了后一個實施例的應用。圖4a所示的圓柱垂直地放置在例如街道上。隨后根據圖5將其用于把行人定向到由行人能感知的顏色的函數(shù)的位置。于是這些應用的應用情況依賴于本發(fā)明所具有的亮度性能。因此M1看到位于圖5右側的二極管發(fā)射的光G。發(fā)射該光(發(fā)光)且為例如綠色。這種情況下，M1知道自己正沿正確的方向行走，并將繼續(xù)步行直到到達位置M1′。M2向照明器看時，將看到位于圖左側的二極管發(fā)射的光R。這個光為例如紅色。M2因此知道他所看的方向不是正確的方向。放置于該圖之外的離右側更遠的、且如后一個圖所示確定方向的另一個圓柱將會為其指示正確的方向。從正面觀察到的第三組二極管發(fā)射例如表示中性方向的藍光B。也可以在每個二極管前面的圓柱面上放置gobbos，以幫助對導向的理解，例如，用于藍色光束區(qū)域的由左向右的箭頭。例如在緊急疏散的情況下，可以實際上瞬時且簡單地命令導向的改變。
圖6中所示的另一個應用可以阻止行人進入危險區(qū)或保護區(qū)。該應用令人感興趣，例如用于博物館或使人員遠離特定通道或危險站臺等。
在圖6中，M1和M2看到由標注為G的二極管發(fā)射的光，即發(fā)光，在這里該二極管發(fā)射綠光。于是M2選擇停留在綠色所認可的這個位置，而M1繼續(xù)前行到位置M1′。在這個位置，他現(xiàn)在看到二極管R發(fā)射的光，該二極管發(fā)射紅色的亮度。這告訴M1不應該進一步前行。
通過控制二極管顏色的電子裝置可以快速地改變該紅燈，例如當火車已經到達并要求乘客上車。本發(fā)明提出的電子命令使得可以簡單且自動地控制根據本發(fā)明的照明器。除了適當?shù)膶嵤┍景l(fā)明之外，安全應用還要求提供輔助裝置以及另外涉及遵守安全條例的改進與/或發(fā)展。
所示各圖僅指出本發(fā)明的特殊實施例。因此，本發(fā)明不應該被理解為限于所述實施例，而是具有根據前述原理和特征的更廣的范圍。例如，可以由完整的球面或備選地由圓柱部分，或者由為各個光源提供聚焦到不同光度分布的任何其它形狀制作該光學系統(tǒng)。
權利要求
1.一種包括固定地排列在多個位置的多個光源并包括至少一個電致發(fā)光二極管的照明器，其特征在于由一個相同的光學系統(tǒng)聚焦所述光源，該光學系統(tǒng)相對于所述多個光源處于固定位置，同時所述照明器包括電子裝置，該電子裝置被設計成控制光源且能夠相互獨立地控制所述光源的強度，并且所述光源的強度作為各光源相對于所述光學系統(tǒng)的各自位置的函數(shù)，從而在所述光學系統(tǒng)的輸出獲得具有時間上和空間上可控制的光度分布的輸出束。
2.權利要求1中所述的照明器，其特征在于所述光源被提供有用于改變其顏色的裝置，且用于啟動光源的裝置包括用于控制所述光源顏色的裝置。
3.權利要求1和2中其中一項所述的照明器，其特征在于所述光學系統(tǒng)包括至少一個成形為部分球面的表面。
4.權利要求1和2中其中一項所述的照明器，其特征在于所述光學系統(tǒng)包括至少一個成形為部分圓柱面的表面。
5.權利要求1至4中其中一項所述的照明器，其特征在于輸出束的光度分布具有至少兩個不同顏色的最大值。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括固定地位于多個位置的多個光源并包括至少一個電致發(fā)光二極管的照明器。由一個相同的光學系統(tǒng)聚焦所述光源，該光學系統(tǒng)相對于所述多個光源固定。所述照明器包括用于相互獨立地調暗光源發(fā)射強度的電子裝置，并且該光源發(fā)射強度作為相對于所述光學系統(tǒng)的光源各自位置的函數(shù)。本發(fā)明在所述光學系統(tǒng)的輸出提供具有時間上和空間上可調暗光度分布的輸出束。
文檔編號F21S8/00GK1717958SQ200380104180
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月11日 優(yōu)先權日2002年11月27日
發(fā)明者L·蒙塔格內 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司