專利名稱：一種光束光斑可控的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光束光斑可控的照明裝置。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用場合，除了要求照明提供光亮功能，還希望照明能夠起到氛圍渲染、信息傳遞、強化突出等功能，而且這功能的需求在現(xiàn)代照明設(shè)計中占據(jù)了越來越重要的地位，并遍布生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。比如在舞臺燈光設(shè)計中，常常需要照明提供動態(tài)的圖案和色彩；在博物館中，藝術(shù)品照明設(shè)計要求光束限制在對應(yīng)藝術(shù)品而又不影響其它藝術(shù)品的呈現(xiàn)；在光場照明設(shè)計中，希望有流動和變化著的圖案投影在地面或者可能存在的幕墻；在家居照明或者開放辦公室照明，常常需要照明區(qū)域的靈活選擇和控制；所有這些應(yīng)用需求，都可以歸結(jié)為照明設(shè)計中對光斑和光束的動態(tài)控制。
現(xiàn)有的解決方案主要通過光學(xué)和機械控制實現(xiàn)對照明光束和光斑的調(diào)節(jié)，帶來的問題是成本比較高；而且系統(tǒng)體積往往比較大，給安裝和維護帶來一定困難；由于機械控制的靈活性較低，一種燈具的光斑形式往往是固定的，因此產(chǎn)品的通用性不夠，從而大大增加了產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)的成本；同時，由于混合了光學(xué)電氣和機械單元，系統(tǒng)在復(fù)雜性增加的同時，穩(wěn)定性也相對較弱。因此迫切需要一種照明解決方案可以通過控制電信號實現(xiàn)對投射光斑和光束的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的光束光斑可控的照明裝置。為解決上述目的，本發(fā)明可采用的技術(shù)方案是一種光束光斑可控的照明裝置，它包括陣列光源單元、集成透鏡單元、目標照明效果輸入裝置、照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置和陣列光源驅(qū)動裝置；所述集成透鏡單元設(shè)于所述陣列光源單元的一側(cè)，從所述陣列光源發(fā)出的光線經(jīng)所述集成透鏡單元折射后射出；所述目標照明效果輸入裝置用于接收外部輸入的控制信號，所述控制信號發(fā)送至所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置；所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)控制信號與照明效果的關(guān)系將所述控制信號轉(zhuǎn)化成陣列光源驅(qū)動信號，所述陣列光源驅(qū)動信號送至所述陣列光源驅(qū)動裝置，并由所述陣列光源驅(qū)動裝置施加于所述陣列光源單元。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述陣列光源單元為單色點光源或多種顏色組成的組合光源。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述集成透鏡單元由多層透鏡單元組成。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述集成透鏡單元由一層透鏡單元組成。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述透鏡單元為焦距可調(diào)的透鏡單元。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述陣列光源單元包括多個受所述陣列光源驅(qū)動裝置控制的點光源，所述多個點光源呈矩陣排列或軸對稱排列。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中每個或每組所述點光源之間設(shè)有隔柵。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述目標照明效果輸入裝置為輸入控制器、應(yīng)用程序輸入器或自動輸入裝置。優(yōu)選地，在所述的光束光斑可控的照明裝置中所述集成透鏡單元由物理參數(shù)不同的透鏡組成。本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置基于集成成像的原理，利用透鏡陣列并通過選擇整列光源的點亮與否以及強度和色彩分布，實現(xiàn)照明光束和光斑的實時控制。因為該裝 置可以通過電信號控制實現(xiàn)對光斑光束的控制，為標準化生產(chǎn)和降低產(chǎn)品成本提供了有效途徑。因為這種照明裝置可以實現(xiàn)對照明光斑、光束的控制，這種照明裝置可以廣泛應(yīng)用在區(qū)域照明、氛圍渲染照明、舞臺照明、手術(shù)臺照明、藝術(shù)品照明以及商場照明等高端專業(yè)照明場合，具有廣泛的應(yīng)用前景。與現(xiàn)有的機械式可控照明裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、便于控制和性能穩(wěn)定的優(yōu)點。應(yīng)當認識到，本發(fā)明以上各方面中的特征可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)自由組合，而并不受其順序的限制一只要組合后的技術(shù)方案落在本發(fā)明的實質(zhì)精神內(nèi)。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明光束光斑可控的照明裝置作進一步說明，附圖中圖I是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a和圖2b是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的成像原理示意圖，其中圖2a展示的是攝影的過程，圖2b展示的是顯示圖像的過程；圖3是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的LED陣列光源的示意圖；圖4是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的OLED陣列光源的示意圖；圖5是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的光閥式陣列光源的示意圖；圖6是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的兩層透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的嵌套式透鏡組合的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的帶隔柵的照明結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖；圖9a和圖9b是本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置的照明效果圖案與陣列光源驅(qū)動信號對應(yīng)關(guān)系的示意圖，其中圖9a為光源驅(qū)動信號對應(yīng)圖案形成的示意圖，圖9b為實際照明過程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施方式
，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施方式僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請的權(quán)利要求所限定的范圍。
結(jié)合圖I至圖2b說明該照明裝置的基本原理。如圖I所示，本發(fā)明涉及一種光束光斑可控的照明裝置的設(shè)計，利用集成透鏡陣列，基于集成成像的原理，通過選擇陣列光源的點亮與否以及強度和色彩分布，實現(xiàn)照明光束和光斑的控制。該照明裝置包括陣列光源單元I、集成透鏡單元2、目標照明效果輸入裝置3、照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置4和陣列光源驅(qū)動裝置5，其中集成透鏡單元2設(shè)置于陣列光源單元I的光路上，光線通過該集成透鏡單元2折射后出射，形成各種圖案，陣列光源驅(qū)動裝置5與陣列光源單元I上的每個光源均為電連接，以將電信號施加于每個光源上；陣列光源驅(qū)動裝置5的電信號來源于照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置4，該轉(zhuǎn)換裝置接收目標照明效果輸入裝置3的控制信號并根據(jù)照明效果與電壓的關(guān)系將控制信號轉(zhuǎn)換為電信號。如圖2a和圖2b所示，一個透鏡陣列7被放在膠片6前面，物體9的圖像經(jīng)過透鏡陣列7后投影于膠片6。當把膠片6制作成透明照明并放置在原來的膠片位置，從其后方用白光照射該透明照片時，照片發(fā)出的光將沿著原來的光線路徑8反向傳播，并在原來物體的位置形成一幅三維圖像。其中照射光源和透明照片組合可以用平板顯示器件代替。圖 2a和圖2b分別描述了集成攝像過程和集成顯示過程，本發(fā)明即是利用這一原理來進行燈光控制。在圖2b中，光源10發(fā)出的光經(jīng)過透明膠片11和透鏡陣列12后沿入射光線8的反方向13在原物體9的位置形成一個影像14。觀察者15會看到一個與物體9相同的影像14。從上述分析可知，本發(fā)明利用集成透鏡陣列控制光線方向，建立照明投影光斑形狀與后端光源陣列圖案之間的對應(yīng)關(guān)系，再通過改變后端光源陣列圖案即可得到不同的照明光斑或光束效果。改變照明效果可以通過改變陣列光源中某些或全部點光源的開閉、發(fā)光強度、顏色以及上述特征的結(jié)合來實現(xiàn)。如圖3至5所示，描述本發(fā)明不同形式的陣列光源。陣列光源單元是由一定數(shù)目的點光源按照一定的空間分布排列而成，每個點光源的強度都可以單獨控制。在具體排布方式上，可以是矩陣排布，也可以是軸對稱排布或放射狀排布。陣列光源數(shù)目根據(jù)顯示圖案的清晰度要求和可接受成本等因素綜合考慮確定。陣列光源的實現(xiàn)方案包括LED陣列(參見圖3)，OLED陣列(參見圖4)，或者面光源與光閥陣列組合(參見圖5)等。在需要彩色照明的場合，可以采用多基色LED，0LED,或者多基色背光源，通過時序混色或者空間混色的方法，實現(xiàn)彩色光斑照明效果。在圖3中，襯底16上均勻分布著多個/多組LED顆粒，而圖4所示的為OLED陣列18。在圖5所示的光閥式陣列光源中，面光源19發(fā)出的光經(jīng)可控陣列光閥20后射出。如圖6和圖7所示，為本發(fā)明的集成透鏡單元。集成透鏡層單元由一定數(shù)目的光學(xué)透鏡按照一定的空間分布排列而成。透鏡的尺寸以及焦距的等參數(shù)與照明光束光斑控制性能密切相關(guān)，同時還受到陣列光源排布密度的影響?；疽?guī)律是單個透鏡尺寸越小、單個透鏡包含光源數(shù)目越多，光線控制就越精細、控制效果就越好。焦距越小，燈具整體厚度就越小，反之亦然。根據(jù)具體應(yīng)用場合、實際要求以及制作成本，透鏡層單元方案可以包括焦距固定和焦距可調(diào)兩種方案。透鏡層與陣列光源之間的距離設(shè)置，除了影響燈具厚度，還會影響光斑尺寸大小，即可照明區(qū)域范圍?；镜囊?guī)律是距離越小，可照明區(qū)域就越大，光斑控制精細程度就越低；距離越大，可照明區(qū)域就越小，同時光斑控制精細程度越高。提高光學(xué)可控性，可以采用多層透鏡結(jié)構(gòu)。在圖6所示的兩層透鏡陣列21中，兩層透鏡的光滑面成平行設(shè)置，而在圖7所示的嵌套式透鏡22中，一層透鏡設(shè)于另一層透鏡的曲面上。
如圖8所示，為了減少不同光源單元之間的串擾，可以在陣列光源單元23的每組光源之間設(shè)置隔柵24，透鏡陣列25設(shè)置于該隔柵的一側(cè)。目標照明效果輸入裝置3、照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置4和陣列光源驅(qū)動控制裝置5為光斑光束控制器。目標照明效果輸入裝置3包括專用控制器裝置輸入、手機電腦應(yīng)用程序界面輸入、自動程序控制三種可選技術(shù)途徑。照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置4用于把目標照明效果一包括光束和光斑色彩圖案設(shè)置轉(zhuǎn)換成陣列光源的驅(qū)動信號。照明效果與光源陣列驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系是通過集成成像的基本思想建立假設(shè)一發(fā)光平面，其圖案與目標照明圖案一致，一感光裝置26位于陣列光源位置，那么該發(fā)光平面經(jīng)過透鏡陣列27會在陣列光源處形成投影圖案28，即如圖9a所示。當陣列光源29在驅(qū)動信號控制下將電信號轉(zhuǎn)化成可見光信號，并通過透鏡陣列30形成投影圖案31時，根據(jù)集成成像的基本原理，該照明系統(tǒng)將呈現(xiàn)如圖％所示的目標照明圖案效果。由于制造工藝精度 限制、透鏡單元間串擾、光源非理想點陣等因素的影響，照明效果與光源陣列驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系，可根據(jù)實際情況做相應(yīng)的補充和優(yōu)化處理。
權(quán)利要求
1.一種光束光斑可控的照明裝置，其特征在于，它包括陣列光源單元(I)、集成透鏡單元(2)、目標照明效果輸入裝置(3)、照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4)和陣列光源驅(qū)動裝置(5);所述集成透鏡單元(2)設(shè)于所述陣列光源單元(I)的一側(cè)，從所述陣列光源(I) 發(fā)出的光線經(jīng)所述集成透鏡單元(2)折射后射出；所述目標照明效果輸入裝置(3)用于接收外部輸入的控制信號，所述控制信號發(fā)送至所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4); 所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4)根據(jù)控制信號與照明效果的關(guān)系將所述控制信號轉(zhuǎn)化成陣列光源驅(qū)動信號，所述陣列光源驅(qū)動信號送至所述陣列光源驅(qū)動裝置(5)，并由所述陣列光源驅(qū)動裝置(5)施加于所述陣列光源單元(I )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述陣列光源單元 (O為單色點光源或多種顏色組成的組合光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述集成透鏡單元 (2)由多層透鏡單元組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述集成透鏡單元 (2)由一層透鏡單元組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述透鏡單元為焦距可調(diào)的透鏡單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述陣列光源單元(1)包括多個受所述陣列光源驅(qū)動裝置(5)控制的點光源，所述多個點光源呈矩陣排列或軸對稱排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于每個或每組所述點光源之間設(shè)有隔柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述目標照明效果輸入裝置(3 )為輸入控制器、應(yīng)用程序輸入器或自動輸入裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光束光斑可控的照明裝置，其特征在于所述集成透鏡單元(2)由物理參數(shù)不同的透鏡組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光束光斑可控的照明裝置，它包括陣列光源單元(1)、集成透鏡單元(2)、目標照明效果輸入裝置(3)、照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4)和陣列光源驅(qū)動裝置(5)；所述集成透鏡單元(2)設(shè)于所述陣列光源單元(1)的一側(cè)；所述目標照明效果輸入裝置(3)用于接收外部輸入的控制信號，所述控制信號發(fā)送至所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4)；所述照明效果與光源驅(qū)動映射轉(zhuǎn)換裝置(4)根據(jù)控制信號與照明效果的關(guān)系將所述控制信號轉(zhuǎn)化成陣列光源驅(qū)動信號，所述陣列光源驅(qū)動信號送至所述陣列光源驅(qū)動裝置(5)。本發(fā)明的光束光斑可控的照明裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。
文檔編號F21Y101/02GK102927473SQ201210438899
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者張宇寧, 張曉兵, 雷威, 王保平 申請人:東南大學(xué)