專利名稱：可控照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
照明系統(tǒng)被廣泛地用于創(chuàng)建家庭中的氛圍。該系統(tǒng)創(chuàng)建光圖案，該光圖案創(chuàng)建氣氛。WO 2009/031103描述了一種發(fā)射具有不同顏色的光束的多色光源。該多色光源可以用于需要高度集中的全光譜光的應(yīng)用。這樣的應(yīng)用的例子是聚光照明和數(shù)字投影。以此方式，可以變化例如聚光照明的顏色。但該布置的問題在于，為了實現(xiàn)移動的光圖案，光源需要通過例如機械布置來移動。作為其結(jié)果，這樣的系統(tǒng)經(jīng)常不薄和不緊湊，而是較厚和較龐大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是克服這些問題，并且提供可以創(chuàng)建可改變的光圖案并且薄和緊湊的照明系統(tǒng)。該目標是通過一種照明系統(tǒng)實現(xiàn)，該照明系統(tǒng)包括多個可控發(fā)光元件；擴展光學(xué)元件，其被布置在多個發(fā)光元件前方以對從發(fā)光元件發(fā)射的光進行成形；以及控制器，其用于通過控制多個可控發(fā)光元件中的每個來變化從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光的發(fā)光角度范圍。擴展光學(xué)元件定義可用角度發(fā)射范圍，在該可用角度發(fā)射范圍內(nèi)由系統(tǒng)發(fā)射的全部光將被包含。然后對發(fā)光元件的控制實現(xiàn)對該可用范圍的角度子范圍的選擇。通過控制對該子范圍的選擇，可以變化所得的照射圖案。這允許變化從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光而不變化照明系統(tǒng)的任何物理部件，這是因為控制器現(xiàn)在通過例如調(diào)暗發(fā)光元件中的一個或多個或通過關(guān)閉發(fā)光元件中的一個或多個來控制發(fā)光元件中的每個。以此方式，例如有可能掃描光束、改變光束尺寸和形狀，這是因為擴展光學(xué)元件可以將從發(fā)光元件的簇發(fā)射的光轉(zhuǎn)換為一個光束。通過改變發(fā)光元件的簇的位置和/或尺寸，有可能改變光點的位置和/ 或尺寸。發(fā)射角度范圍可以通過激活若干分離的發(fā)光元件的簇而進一步被劃分為若干個分離的子范圍。從而照射圖案可以包括若干光點。控制器可以進一步適配于變化從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光的照射梯度和顏色梯度中的至少一個。在一個實施例中，照明系統(tǒng)包括多個單獨經(jīng)準直的光源，其中每個包括多個所述可控發(fā)光元件和光束準直光學(xué)裝置。以此方式，獲得若干窄光束。例如，每個經(jīng)準直的光源可以包括紅、藍和綠發(fā)光元件。從而有可能確定光的顏色輸出。多個經(jīng)準直的光源可以例如被布置在二維陣列中。據(jù)此，例如有可能提供可以在兩個方向上移動的光點而無需任何移動的光學(xué)元件。例如，二維陣列可以是矩形的NXM陣列，其中N表示陣列中的行數(shù)，而M表示每行中的經(jīng)準直的光源的數(shù)目。例如N和M分別至少是6。例如，控制器可以被編程以通過應(yīng)用可控發(fā)光元件的預(yù)編程的控制參數(shù)的集合來實現(xiàn)多個不同的發(fā)光圖案。以此方式，可以創(chuàng)建不同的氛圍。術(shù)語發(fā)光圖案應(yīng)當被理解為由從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光的各種屬性組成的光圖案，該各種屬性例如發(fā)射角度范圍、顏色、 和照射梯度、以及所發(fā)射的光的動態(tài)，例如不同的脈沖圖案。照明系統(tǒng)可以進一步包括光傳感器，從而在使用中光傳感器測量規(guī)定的發(fā)光角度范圍，并且控制器將這些規(guī)定的發(fā)光角度范圍與請求的發(fā)光角度范圍進行比較。以此方式， 光發(fā)射范圍可以被自動地調(diào)節(jié)到規(guī)定的發(fā)光范圍而無需任何用戶輔助。例如，光傳感器和發(fā)光元件可以被電和機械地集成到照明單元中，從而實現(xiàn)緊湊的設(shè)計。通過使用傳感器， 有可能自動地適配光圖案，即在無需移動燈或通過對燈的輸入的情況下有可能適配光圖案。這是一種優(yōu)點，因為當燈位于家庭中時，燈的位置可能由于小的移動和移位而偶爾被無意改變、或被有意改變，移動和移位例如是在清潔期間對燈推動的結(jié)果。以此方式，例如有可能改變光束角度、移位光束角度、變化照射梯度、以及在使用帶顏色的紅、綠和藍LED的情況下變化顏色的梯度。該照明系統(tǒng)例如可以包括適配于發(fā)送光信息的指示器，并且其中所述光傳感器適配于感測被發(fā)送到光傳感器的光信息，并且將該發(fā)送的光信息發(fā)送到控制器，該控制器適配于將所發(fā)送的光信息鏈接到發(fā)光圖案中。這提供了對照明系統(tǒng)的容易使用。擴展光學(xué)元件例如可以是負或正透鏡、負或正菲涅爾透鏡、或微棱鏡光束偏轉(zhuǎn)器的形成圖案的陣列。菲涅爾透鏡的一個優(yōu)點在于它相比傳統(tǒng)透鏡薄和緊湊，除此之外它比微棱鏡光束偏轉(zhuǎn)器更容易制造。如果使用正透鏡或正菲涅爾透鏡，則提供了使得光在其被聚焦之后擴展的更長的工作距離。注意到，本發(fā)明涉及權(quán)利要求中所陳述的特征全部可能的組合。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明的該方面和其他方面，附圖示出本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施例。在全部附圖中，相似的標號指代相似的特征。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的燈。圖2是一個具有負透鏡的燈的示意圖。圖3是一個具有負菲涅爾透鏡的燈的示意圖。圖4是具有各種光束形狀的燈的示意圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)的示意圖。圖6是一個具有傳感器的集成燈的示意圖。圖7是一個具有傳感器和指示器的集成燈的示意圖。圖8是一個控制器的功能的流程圖。
具體實施例方式所圖示的例子中的、具有圖1中的燈1的形式的照明單元包括被布置在二維陣列中的經(jīng)準直的光源2的陣列，其中該二維陣列是矩形的16x16陣列。經(jīng)準直的光源2均包括多個可控發(fā)光元件3和光束準直光學(xué)裝置4，其中每個經(jīng)準直的光源2包括優(yōu)選形式為紅、藍和綠發(fā)光二極管(LED) 3的紅、藍和綠發(fā)光元件3?？商娲兀總€經(jīng)準直的光源2可以包括紅、藍、綠和白發(fā)光元件3。燈1進一步包括布置在經(jīng)準直的光源2頂部上的負透鏡 5。圖2示出了具有負透鏡5的燈的示意圖。若干發(fā)光元件3可以例如安裝在印刷電路板(PCB)層22上。PCB例如可以包括具有單個隔離層的、由諸如金屬(例如鋁)之類的熱傳輸材料組成的隔離載體。在所圖示的例子中，發(fā)光元件3被編組為紅LED、藍LED和綠 LED,該紅LED、藍LED和綠LED的前方布置有光束準直光學(xué)裝置4，以此方式實現(xiàn)經(jīng)準直的光源2的陣列?？商娲兀l(fā)光元件3可以被編組為紅LED、藍LED、綠LED和白LED，該紅 LED、藍LED、綠LED和白LED的前方布置有光束準直光學(xué)裝置4。形式為負透鏡5的擴展光學(xué)元件被布置在經(jīng)準直的光源2的前方，因而也在發(fā)光元件3的前方。在所圖示的例子中， 全部經(jīng)準直的光源2發(fā)光，從而使得負透鏡5在整個發(fā)射角度范圍上擴展所發(fā)射的光6。圖3描繪了具有負菲涅爾透鏡105的燈的示意圖。像在圖2中那樣，若干發(fā)光元件3典型地安裝在PCB層22上，但擴展光學(xué)元件在當前圖示的例子中是負菲涅爾透鏡105。 這具有燈的設(shè)計非常緊湊的優(yōu)點。圖4示出了具有多種光束形狀的燈的示意側(cè)視圖。圖如示出了發(fā)射具有全發(fā)射角度范圍的光束的燈，而圖4b和如示出了發(fā)射在全發(fā)射角度范圍的子范圍內(nèi)的光束的燈。 該燈能夠通過從經(jīng)準直的光源2的簇發(fā)射光來發(fā)射全發(fā)射角度范圍的子范圍內(nèi)的光束。以此方式，可以通過變化經(jīng)準直的光源2的數(shù)目和簇的形狀來變化光束的光點尺寸的尺寸和形狀。結(jié)果，不需要機械地移動的部件。在圖4b中的所圖示的例子中，通過從燈中部的三個經(jīng)準直的光源發(fā)射光來從擴展光學(xué)元件發(fā)射光束。在圖如中，通過來自燈的右側(cè)的三個經(jīng)準直的光源2發(fā)射光來從擴展光學(xué)元件發(fā)射光束。兩個光束(圖4b和圖如中)之間的改變導(dǎo)致它被視為在兩個位置之間移位的一個光束。LED的強度可以基于應(yīng)用而逐漸地改變，諸如在例如從關(guān)閉狀態(tài)到期望的強度 (例如最大強度)的100或256個階段中逐漸地改變。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的照明系統(tǒng)的示意圖，該照明系統(tǒng)包括燈1和遙控器107。在所圖示的例子中，燈1包括利用8位分辨率布置的紅、綠和藍LED集合2的NXM 陣列?？商娲?，LED集合可以利用10位分辨率布置。LED集合2中的每個包括準直器4， 從而提供NXM經(jīng)準直的光源2。形式為負菲涅爾透鏡105的擴展光學(xué)元件布置在NXM的經(jīng)準直的光源2的前方，即在紅、綠和藍LED的前方。以此方式，從LED發(fā)射的光可以被成形。燈1進一步包括適配于通過控制LED 3中的每個而變化從菲涅爾透鏡105發(fā)射的光的發(fā)光角度范圍的控制器7?？刂破?包括處理器10和存儲器23，該存儲器23包括具有 3xNxM長度的移位寄存器13和具有3 XNXM長度的鎖存器?？刂破?進一步包括3 XNXM 三重脈寬調(diào)制強度控制器12。遙控器單元107包括電源18、與存儲卡8和個人計算機通信的處理單元19、以及無線發(fā)射器9。遙控器單元107被編程為通過應(yīng)用LED的預(yù)編程的控制參數(shù)的集合來實現(xiàn)多個不同的光圖案。光圖案被存儲在存儲卡8上。每個光圖案可以與像“夏天”、“舒適”、或 “涼爽”的氛圍規(guī)定相聯(lián)系。也就是說，當選擇一個環(huán)境氛圍規(guī)定時，燈發(fā)射對應(yīng)的光圖案， 從而例如發(fā)射特定的顏色分布和光束尺寸。這些氛圍規(guī)定可以由用戶通過例如經(jīng)由包括控制軟件的個人計算機20輸入到系統(tǒng)中來選擇。用于NXM RGB-LED陣列的驅(qū)動信號由遙控器單元107中的處理單元19映射。這些驅(qū)動信號被從遙控器單元107中的無線發(fā)射器傳輸?shù)綗?中的處理器10中的無線接收器和串行接口而無線地傳輸?shù)綗?。在本發(fā)明的另一實施例中，遙控器單元107 能夠與多個燈通信。在燈1中，信號首先被存儲在移位寄存器中。當驅(qū)動信號的傳輸完成時，信息被復(fù)制到鎖存器11中并且繼而被引導(dǎo)到各個RGB-LED的三重脈寬調(diào)制強度控制器12驅(qū)動器。 在將驅(qū)動信號復(fù)制到鎖存器11之后，新的驅(qū)動信號可以由移位寄存器13接收。該布局的一個優(yōu)點是不必單獨地提供到全部LED的尋址接觸，而移位寄存器13和鎖存器11中的內(nèi)部存儲器很大程度地簡化了到遙控器單元107的連接。另一優(yōu)點是當信號被從移位寄存器 13傳輸?shù)芥i存器11時，驅(qū)動信號中的改變以及因此的照明圖案在良好定義的時刻和以良好定義的方式發(fā)生。與緩慢和易出錯的無線傳輸相比，該傳輸非?？焖俸涂煽康匕l(fā)生。以此方式，控制器7適配于通過控制LED3中的每個來變化從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光的發(fā)射角度范圍。在本發(fā)明的可替代實施例中，遙控器107的功能被集成在控制器7中。圖6是具有至少一個光傳感器14的集成燈的示意圖。在所圖示的例子中，燈配備有向控制器7的處理器10提供反饋15的若干燈傳感器14。燈傳感器14測量規(guī)定的發(fā)光角度范圍，并且處理器10將反饋15與例如從用戶接收的請求的發(fā)光角度范圍16比較。通過來自處理器10的輸入21，LED控制器12將參數(shù)設(shè)置發(fā)送到每個經(jīng)準直的光源2。光傳感器14適配于感測已從擴展光學(xué)元件5(在所圖示的例子中是負透鏡)發(fā)射并且反射回到光傳感器14的光。優(yōu)選地，光發(fā)射元件3和光傳感器14被電和機械地集成到例如形式為燈的照明單元中。在本發(fā)明的一個實施例中，光傳感器14是具有廣角透鏡的照相機，從而全部照相機的圖像的組合將比燈的最大光點光束更大。以此方式，照相機的集合將看到由燈照射的整個表面。由照相機形成的圖像將基于所請求的照射圖案并且由控制器7實時處理；將對于每個LED集合設(shè)置參數(shù)。圖7示出了包括例如形式為激光筆(laser pointer)的指示器M的照明系統(tǒng)，該指示器M適配于通過將光25發(fā)射到表面沈上以被反射然后由光傳感器14接收而指示期望的光圖案。從指示器發(fā)射的光可以被編碼以使得傳感器14能夠?qū)⑵渑c其他光區(qū)分。光傳感器14適配于檢測光信息25，并且將該光信息發(fā)送到控制器7?？刂破?適配于解讀所發(fā)送的光信息并且適配所發(fā)射的光從而提供期望的光圖案。利用圖7中的指示器M，用戶能夠向照明系統(tǒng)1指示要在例如墻壁之類的表面沈上呈現(xiàn)的光束形狀。為了實現(xiàn)這一點，用戶使用指示器M以在表面26上指示要被照射的區(qū)域27。光傳感器14檢測光信息25，即墻壁沈?qū)す獾姆瓷?，并且使用該信息來適配所發(fā)射的光圖案。從而可以在任何時刻由用戶請求新的光圖案。因此，例如，用戶可以請求對當前呈現(xiàn)的形狀進行重新成形。圖8是控制器7的功能的流程圖。該流程示了適配光圖案(即從燈的光發(fā)射)的自動過程。控制器包括以下處理步驟
燈1(在第一迭代中)使用來自較早的情況的所存儲的參數(shù)設(shè)置或(在隨后的迭代中)使用所適配的參數(shù)設(shè)置，基于所請求的光圖案創(chuàng)建光圖案；來自光傳感器14的信息被用作輸入以確定所請求的光圖案和所測量的光圖案之間的區(qū)別；所述區(qū)別被處理器10用于計算新的參數(shù)設(shè)置；新的參數(shù)設(shè)置被與存儲在存儲器中的參數(shù)設(shè)置比較。如果新的參數(shù)設(shè)置不同于在先前迭代期間計算的參數(shù)設(shè)置，則程序控制返回到步驟Si ；如果新的參數(shù)設(shè)置并非不同，則已經(jīng)達到了對所請求的光圖案的最佳可能的呈現(xiàn)，并且過程結(jié)束。如以上過程步驟中所描述的步驟S2和S3是最重要的步驟。在這些步驟中，確定了所請求的光圖案和所測量的光圖案之間的失配在何處以及新的參數(shù)設(shè)置必須是什么。通過延伸上述過程，有可能檢測墻壁上的光圖案中的干擾或不一致，例如墻壁的角落或墻壁前方的植物等，并且調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置從而調(diào)節(jié)照射(即光圖案)?？梢詫嵤┻M一步的延伸。在另一延伸中，可以通過掃描要照射的表面(即改變光束方向并且測量由光傳感器拾取的光強度)，來確定燈與該表面形成的角度。所測量的峰值光強度以及光束的方向提供了關(guān)于燈與要照射的表面形成的角度的信息。在本發(fā)明的另一實施例中，燈包括傾斜傳感器或如上所述的延伸。以此方式，燈有可能知曉其例如在墻壁上發(fā)射光的角度。這可以通過導(dǎo)通LED集合來實現(xiàn)，所述LED集合經(jīng)由擴展光學(xué)元件(例如菲涅爾透鏡的形式)利用固定的流明值在90度的角度下照射墻壁。到光傳感器的反射被用于計算墻壁的反射率。如果例如在照相機被用作光傳感器的情況下有必要對于光傳感器前方的擴展光學(xué)元件進行校正，則這是有用的。在進一步的實施例中，進一步的光傳感器被布置在燈的外部，并且反饋可以是燈內(nèi)部的光傳感器和燈外部的光傳感器的組合。以此方式，可以提供更多的反饋，因此可以改進計算。本領(lǐng)域技術(shù)人員意識到本發(fā)明不以任何方式限于上述優(yōu)選實施例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變化是可能的。例如，可以變化發(fā)光元件的數(shù)目并且從而也變化光源和光傳感器的數(shù)目。并且，矩形NXM陣列中的數(shù)字N和M可以變化，它例如可以是1X2陣列或12X12陣列。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括多個可控發(fā)光元件(3)；擴展光學(xué)元件(5，105)，其被布置在所述多個發(fā)光元件C3)前方以對從所述發(fā)光元件 (3)發(fā)射的光進行成形；以及控制器(7)，其用于控制所述多個可控發(fā)光元件(3)中的每個可控發(fā)光元件(3)，以變化從所述擴展光學(xué)元件(5,10 發(fā)射的光的發(fā)光角度范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中所述發(fā)光角度范圍被劃分為子范圍。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的照明系統(tǒng)，其中所述控制器(7)進一步適配于變化從所述擴展光學(xué)元件發(fā)射的光的照射梯度和顏色梯度中的至少一個。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的照明系統(tǒng)，包括多個單獨經(jīng)準直的光源0)， 其中每個光源( 包括多個所述可控發(fā)光元件C3)和光束準直光學(xué)裝置G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)，其中每個經(jīng)準直的光源(2)包括紅、藍和綠發(fā)光元件⑶。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的照明系統(tǒng)，其中所述多個經(jīng)準直的光源(2)被布置在二維陣列中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng)，其中所述二維陣列是矩形的NXM陣列，其中N表示陣列中的行數(shù)，而M表示每行中的經(jīng)準直的光源⑵的數(shù)目。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，N和M均至少是六。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的照明系統(tǒng)，其中所述控制器(7)被編程以通過應(yīng)用所述可控發(fā)光元件(3)的預(yù)編程的控制參數(shù)的集合來實現(xiàn)多個不同的發(fā)光圖案。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的照明系統(tǒng)，進一步包括光傳感器(14)，從而在使用中所述光傳感器(14)測量規(guī)定的發(fā)光角度范圍，并且所述控制器(7)將這些規(guī)定的發(fā)光角度范圍與請求的發(fā)光角度范圍進行比較。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)，其中所述光傳感器(14)適配于感測已從所述擴展光學(xué)元件(5，105)發(fā)射并且被反射回到所述光傳感器(14)的光，并且所述發(fā)光元件(3) 電和機械地集成到照明單元中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10-11中的任一項所述的照明系統(tǒng)，進一步包括適配于發(fā)送光信息的指示器17，并且其中所述光傳感器(14)適配于感測被發(fā)送到所述光傳感器(14)的所述光信息，并且將該發(fā)送的光信息發(fā)送到所述控制器(7，12，107)，所述控制器(7，12，107)適配于將所發(fā)送的光信息鏈接到一個發(fā)光圖案中。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的照明系統(tǒng)，其中所述擴展光學(xué)元件(5，105) 是負或正透鏡、負或正菲涅爾透鏡、或微棱鏡光束偏轉(zhuǎn)器的形成圖案的陣列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括多個可控發(fā)光元件3的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)進一步包括擴展光學(xué)元件5，其被布置在所述多個發(fā)光元件前方以對從發(fā)光元件發(fā)射的光進行成形；以及控制器7，其用于通過控制所述多個可控發(fā)光元件中的每個來變化從擴展光學(xué)元件5發(fā)射的光的發(fā)光角度范圍。這允許變化從擴展光學(xué)元件發(fā)射的光而不變化照明系統(tǒng)的任何物理部件，這是因為控制器現(xiàn)在通過例如調(diào)暗發(fā)光元件中的一個或多個或通過關(guān)閉發(fā)光元件中的一個或多個來控制發(fā)光元件中的每個發(fā)光元件。
文檔編號F21V5/00GK102484914SQ201080033508
公開日2012年5月30日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者H·J·科尼利森, P·J·斯尼杰德, P·R·V·索尼維勒, W·A·H·伯克文斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司