分裂波束照明器和照明系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種照明器和照明系統(tǒng)。該照明器包括包封在具有鏡面外壁的單個腔室內(nèi)的、適于發(fā)射兩種不同波束模式的光束的第一和第二光源，所述外壁與這兩種類型的光源的波束模式的光軸平行。采用具有與這兩種類型的光源的波束模式的光軸對齊并且適于鏡面反射入射到其上的光的至少一部分的鏡面外壁的腔室允許照明器的更加均勻的外觀，同時在光束入射到腔室的出射窗口上時保持由第一和第二光源產(chǎn)生的波束的各自的總波束模式。
【專利說明】分裂波束照明器和照明系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例總體上涉及光照系統(tǒng)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種用于依照預(yù)定光照水平提供諸如辦公室之類的空間的光照的照明器和照明系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著發(fā)光二極管(LED)的效能(以流明每瓦測量)和光通量(以流明測量)繼續(xù)增加并且價格繼續(xù)下降，LED光照和基于LED的照明器正變成迄今占主導(dǎo)的用于提供大面積光照的常見燈泡或者基于管發(fā)光的燈的可行替代方案且處于和它們有競爭力的水平。
[0003]通過使用LED，有可能減少能耗——非常符合當前環(huán)境趨勢的要求。作為具有甚至在使用緊湊的LED時也提供明亮的光的可能性的另一結(jié)果，提出了大大不同于包括常見燈泡的標準照明系統(tǒng)的若干不同的照明系統(tǒng)。與此相符且借助于使用LED代替燈泡，也給予用戶對于例如與波束方向的強度調(diào)光控制有關(guān)的照明系統(tǒng)光照功能的更加靈活的控制。
[0004]WO 2011/039690中公開了這樣的照明系統(tǒng)的一個實例，描述了如圖1中所示包括兩個發(fā)光部分102和104的模塊化照明器100。這兩個部分可單獨地控制，并且被配置成提供互補的波束模式。部分102被配置成發(fā)射照射窄的任務(wù)區(qū)域的相對較窄的光束。部分104被配置成發(fā)射相對較寬的蝙蝠翼型光束，該光束提供圍繞任務(wù)區(qū)域的背景區(qū)域的周圍光照。這樣的分裂波束照明器允許實現(xiàn)具有比常規(guī)的辦公室照明器更高的節(jié)能、更低的成本和更高的舒適水平的局部調(diào)光照明解決方案。
[0005]對于分裂波束照明器，保持波束模式是重要的。照明器100通過除了具有被配置成允許生成蝙蝠翼型模式的多個光源及其相應(yīng)的光學(xué)器件108之外，還具有被配置成允許生成窄波束模式的布置在單獨的照明腔室中的多個光源及其相應(yīng)的光學(xué)器件106而實現(xiàn)波束模式的保持。然而，這提供了關(guān)于照明器的外觀的限制，因為窄波束和寬波束源的這樣的分離在從不同的角度觀看的情況下導(dǎo)致照明器的不同外觀。
[0006]本領(lǐng)域中所需的是一種能夠提供照明器的發(fā)光表面的更均勻的亮度，同時保持窄波束和寬波束的波束模式的分裂波束照明器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]依照本發(fā)明的一個方面，通過一種照明器至少部分地迎接上面的挑戰(zhàn)，該照明器包括被單個腔室包封的一個或多個第一光源和一個或多個第二光源。第一光源中的每一個被配置成發(fā)射具有第一波束模式的第一光束，而第二光源中的每一個被配置成發(fā)射具有與第一波束模式不同的第二波束模式的第二光束。包封第一光源和第二光源的腔室包括一個或多個外側(cè)壁和出射窗口。腔室的外側(cè)壁基本上為鏡面的，并且基本上平行于每個第一光束的光軸和每個第二光束的光軸。外側(cè)壁的至少一部分適于鏡面反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到出射窗口上。
[0008]本發(fā)明的實施例部分地基于以下認識:將分裂波束照明器的光源(即發(fā)射具有兩種不同波束模式的光束的光源)置于單個腔室中是所希望的，該腔室用來例如支撐漫射蓋，因為這樣的布置允許不同的觀看角度的更加均勻的照明器外觀。本發(fā)明的實施例進一步基于以下認識:如果分裂波束照明器的光源要由單個腔室包封，那么應(yīng)當在腔室方面加以注意，使得這兩種類型的波束模式可以基本上被保持。例如，將分裂波束照明器的這些光源置于常規(guī)上用于發(fā)射具有相同波束形狀或者沒有特定波束形狀的光束的多個光源的腔室中將是不合適的。這樣的常規(guī)使用的腔室的壁典型地由漫射材料制成并且典型地與腔室的出射窗口形成銳角(即小于90° )。結(jié)果，在這樣的常規(guī)腔室內(nèi)不能保持波束模式。
[0009]依照本發(fā)明實施例的照明器包括包封在單個腔室內(nèi)的適于發(fā)射兩種不同的波束模式的光束的第一和第二光源，所述腔室具有基本上與兩種類型的光源的波束模式的光軸平行的基本上鏡面的外壁。采用具有基本上與兩種類型的光源的波束模式的光軸對齊并且適于鏡面反射入射到其上的光的至少一部分的基本上鏡面的外壁的腔室允許照明器的更加均勻的外觀，同時在光束入射到腔室的出射窗口上時保持由第一和第二光源產(chǎn)生的波束的各自的總波束模式。
[0010]當在本文中使用時，術(shù)語光源的“波束模式”指的是給出所有空間方向上的每立體角的通量的光源的強度分布。
[0011]此外，在腔室的基本上鏡面的壁(外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁二者)的語境中的措詞“基本上”用來指示這些壁不一定必須是100%鏡面的。依照本發(fā)明的各個不同的實施例，也可以采用造成小于10度FWHM的鏡面反射波束的有限波束加寬的半鏡面反射壁。此外，不是所有的光都需要鏡面或半鏡面反射，這意味著入射到其上的光束的部分(半)鏡面反射，而光束的其余部分可以(半)鏡面透射、漫透射或者可以丟失(例如被吸收)。應(yīng)當避免完全漫散射(例如造成強烈波束加寬的朗伯型散射)或者至少將其限于小于反射光的5%。
[0012]類似地,在腔室的壁(外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁二者)基本上與發(fā)射的光束中的每一個的光軸對齊或者基本上與該軸平行的語境中的措詞“基本上”用來指示這些壁不一定必須100%對齊。與理想對齊偏差5-10度也是可接受的并且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0013]盡管在本文給出的討論中，措詞“基本上”不總是用在這兩個語境中以便不使技術(shù)描述模糊不清，但是應(yīng)當理解的是，這些措詞確實在本發(fā)明的所有實施例中適用于這些語境。
[0014]第一光源中的每一個可以被配置成發(fā)射具有相對較窄的波束模式(所謂的“任務(wù)波束”)的光束，適于照射預(yù)定義區(qū)域，例如2x25 - 2x35度半高全寬(FWHM)。通過這種方式，任務(wù)波束可以在典型的辦公室布局中覆蓋與單個照明器關(guān)聯(lián)的區(qū)域。任務(wù)波束的波束模式優(yōu)選地限制在近似2x50度的截止角度內(nèi)，以便避免任務(wù)波束照射相鄰照明器之下的區(qū)域。
[0015]第二光源中的每一個可以被配置成發(fā)射具有相對較寬的波束模式(所謂的“周圍波束”)的光束，適于照射圍繞利用任務(wù)波束照射的預(yù)定義區(qū)域的背景區(qū)域。周圍波束的波束模式優(yōu)選地為中空狀的，例如在O度處具有低強度并且在30度與45度之間具有峰值強度的波束模式，其中當在本文中使用時，措辭“中空狀光束”指的是在波束的中心具有相對較暗的區(qū)域的光束。周圍波束的波束模式優(yōu)選地用來照射近似2x20度(以便與任務(wù)波束具有平滑的重疊)與2x60度(大約65度是歐洲辦公室照明器的典型截止角度，以便避免間接眩光)之間的區(qū)域。在世界的其他地區(qū)，關(guān)于眩光的規(guī)范通常不太嚴格。對于這些地區(qū)而言，峰值強度和波束截止可以移到更大的角度。[0016]在一個實施例中，為了從第一和第二光源獲得不同的波束模式，每個光源可以包括諸如例如一個或多個發(fā)光元件(例如LED)之類的光發(fā)射器以及關(guān)聯(lián)的波束定形光學(xué)器件?？梢杂糜贚ED的可能的材料包括:無機半導(dǎo)體，諸如例如GaN、InGaN, GaP、AlInGaP,GaAs> AlGaAs ;或者有機半導(dǎo)體,諸如例如基于Alq3的小分子半導(dǎo)體或者基于例如聚(對亞苯基亞乙烯基)和聚芴的派生物的聚合物半導(dǎo)體。關(guān)聯(lián)的波束定形光學(xué)器件可以包括適當設(shè)計的透鏡、TIR (全內(nèi)反射)準直器或者金屬反射器。波束定形光學(xué)器件可以被配置成生成特定寬度/模式的波束。例如，對于被配置成生成任務(wù)波束的第一光源而言，波束定形光學(xué)器件可以被設(shè)計成生成與辦公桌的尺寸相應(yīng)或者與通過典型的照明器間隔在兩個方向上限定的區(qū)域相應(yīng)的波束(后者對于其中不知道桌子相對于照明器位于何處的實現(xiàn)方式是特別有利的)。對于被配置成生成周圍波束的第二光源而言，波束定形光學(xué)器件可以被設(shè)計成生成具有與任務(wù)波束的形狀相應(yīng)的相對較低強度部分且適于照射周圍的背景區(qū)域的波束。按照這種方式，第一和第二光源可以適于例如提供互補的波束模式以便獲得照明器的平滑的總波束模式。
[0017]此外，第一光源的發(fā)射優(yōu)選地與所述一個或多個第二光源的發(fā)射獨立地進行控制，以便允許在任務(wù)區(qū)域處和在圍繞任務(wù)區(qū)域的背景區(qū)域處實現(xiàn)不同的光照水平。如上面所描述的，第二光源提供的中空狀波束模式可以使用至少一個發(fā)光元件以及被設(shè)計成創(chuàng)建中空波束形狀的關(guān)聯(lián)的波束定形光學(xué)器件而生成?？商鎿Q地，第二光束可以使用第二光源的第一和第二發(fā)光兀件生成，第二光源的第一和第二發(fā)光兀件可相對于第一光源的發(fā)光兀件分別地控制，第二光源的第一和第二發(fā)光元件中的每一個被配置成生成互補的波束模式，這些互補的波束模式一起被配置成創(chuàng)建中空狀波束模式。
[0018]在一個實施例中，出射窗口可以被配置成提供入射到其上的第一和第二光束的至少一部分的受控的波束加寬。為此目的，出射窗口可以包括具有半高全寬值介于10度與20度之間的高斯散射分布圖的全息漫射器，或者f數(shù)介于2與5之間的透鏡陣列，或者產(chǎn)生類似的波束加寬的任何其他彎曲的或者有小面的表面。使用與常規(guī)光混合腔室中典型地使用的強漫射器出射窗口相對的、可以提供受控的波束加寬的出射窗口通過在腔室內(nèi)一定程度上漫射入射到出射窗口上的光束，同時僅僅稍微加寬并且從而基本上保持波束形狀而允許滿足關(guān)于眩光的辦公室規(guī)定。
[0019]在各個不同的實施例中，腔室的外側(cè)壁可以是有小面的、彎曲的或者既有小面又彎曲的，并且可以處于離最近的光源半間距的距離處。腔室可以進一步包括一個或多個內(nèi)側(cè)壁，所述內(nèi)側(cè)壁也是鏡面的，與每個第一光束的光軸和每個第二光束的光軸平行，并且適于反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到出射窗口上。
[0020]在一個優(yōu)選的實施例中，腔室關(guān)于圍繞腔室的對稱軸的一個或多個旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)對稱，并且第一和/或第二光源關(guān)于腔室的對稱軸對稱地布置在腔室內(nèi)，以便在腔室內(nèi)進一步保持總波束1吳式。
[0021]除了保持波束形狀之外，也可能希望的是在看著照明器時創(chuàng)建吸引人的亮度模式。因此，第一和第二光源優(yōu)選地布置在腔室內(nèi)，使得它們均勻地分布且是交替的，例如布置在多簇3x8或4x9棋盤模式中，使得兩個波束的光看起來從單個面源發(fā)射。
[0022]優(yōu)選地，第一和第二光源的數(shù)量是平衡的，因為強烈不平衡的光源分布造成大的驅(qū)動電流差異，并且因而對于具有較少發(fā)光元件的串中的光源造成相對較高的峰值視亮度。例如，第一光源的數(shù)量與第二光源的數(shù)量之間的比值可以介于3/7與7/3之間，優(yōu)選地介于4/6與6/4之間，并且最優(yōu)選地等于I。
[0023]在一個實施例中，照明器可以進一步包括一個或多個用于存在性檢測的傳感器和/或用于局部光測量的傳感器。用于存在性檢測的傳感器可以包括兩個傳感器，第一傳感器具有基本上與第一光束重疊的檢測錐，而第二傳感器為寬角傳感器。
[0024]依照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于辦公室空間的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)包括多個如本文所描述的照明器以及控制單元，該控制單元適于獲取用于辦公室空間的任務(wù)和背景區(qū)域照明水平配置，并且控制每個照明器的第一和第二光源，使得由所述多個照明器產(chǎn)生的總光照模式與用于辦公室空間的任務(wù)和背景區(qū)域照明水平配置相應(yīng)。
[0025]在下文中，將進一步詳細地描述本發(fā)明的實施例。然而，應(yīng)當理解的是，該實施例不可以被視為限制了本發(fā)明的保護范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]在所有圖中，粗略畫出的維度僅僅用于圖示，并沒有反映真實的維度或比值。所有圖都是示意性的并且未按照比例。特別地，厚度相對于其他維度被夸大。此外，有時為了清楚起見從附圖中省略了諸如LED芯片、導(dǎo)線、襯底、外殼等等之類的細節(jié)。
[0027]圖1圖示出依照現(xiàn)有技術(shù)的模塊化分裂波束照明器；
圖2、圖3和圖4圖示出依照本發(fā)明各個不同實施例的分裂波束照明器；
圖5A和圖5B圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種棋盤布置；圖5C圖示出不依照本發(fā)明實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的棋盤布置；
圖6A圖示出不依照本發(fā)明實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的條帶狀布置；圖6B和圖6C圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種條帶狀布置；
圖7A圖示出不依照本發(fā)明實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的交錯布置；圖7B和圖7C圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種交錯布置；
圖8A和圖SB圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種同心布置；
圖9A和圖9B圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種另外的同心布置；
圖10圖示出依照本發(fā)明一個實施例的具有中心開放空間的第一和第二光源的布置；圖11圖示出依照本發(fā)明一個實施例的由簇形成的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的布置；以及
圖12圖示出依照本發(fā)明一個實施例的包括多個照明器的光照系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0028]在以下描述中，闡述了許多具體的細節(jié)以便提供對于本發(fā)明的更加透徹的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當清楚的是，可以在沒有這些具體細節(jié)中的一個或多個的情況下實施本發(fā)明。在其他情況下，沒有描述公知的特征以便避免使本發(fā)明模糊不清。
[0029]圖2圖示出依照本發(fā)明一個實施例的分裂波束照明器200。如圖所示，照明器200包括第一光源202和第二光源208,光源202和208被配置成發(fā)射具有不同波束模式的光束。為此目的，光源202和208中的每一個可以包括諸如例如一個或多個LED之類的一個或多個發(fā)光元件以及使得光源202和208能夠提供具有不同的預(yù)定波束模式的光束的關(guān)聯(lián)的波束定形光學(xué)器件。在圖2所示的一個示例性實施例中，光源202被示為提供具有相對較窄的波束模式203的任務(wù)波束，而光源208被示為提供具有相比較而言更寬的、優(yōu)選地中空的波束模式209的周圍波束。如上面所討論的，波束模式203可以是具有例如2x25度FffHM的窄模式，而波束模式209可以是具有中空的中心并且在30度與40度之間具有峰值強度的模式。在一個實施例中，用于光源202和208的相應(yīng)波束定形光學(xué)器件可以包括適當設(shè)計的透鏡，其可以通過例如以包含這樣的透鏡的陣列的板的形式注射成型而制造。在可替換的實施例中，波束定形光學(xué)器件可以包括TIR準直器或者金屬反射器。
[0030]同樣如圖2中所示，光源202和208置于襯底201上并且由包括外側(cè)壁205和出射窗口 206的腔室204包封。為了驅(qū)散第一和第二光源生成的熱量，照明器200可以進一步包括散熱器(圖2中未示出)。
[0031]襯底201可以包括印刷電路板(PCB)，光源202和208或多或少均勻地分布在PCB上且在PCB上交替，例如具有20-30mm (即大約25mm)的間距(P)。在一個實施例中，襯底201可以被配置成使得光源202在一串中(電)連接，而光源208在另一串中(電)連接，這兩串可單獨地且分開地控制。按照這種方式，光源202可以與光源208獨立地進行調(diào)光以便實現(xiàn)任務(wù)和背景區(qū)域處的希望的光照水平。在其他實施例中，光源202和208中的每一個可以與其他光源獨立地進行控制，或者光源202和/或208的子組可以連接到不同的串以便單獨地控制每個子組。
[0032]腔室204可以被配置成以這樣的方式包封光源202和208，使得腔室的外側(cè)壁205位于離最近的光源近似一半間距(P/2)的距離處，從而確保照明器200看起來均勻地點亮，包括照明器的邊緣。如果外側(cè)壁205顯著地遠離最近的光源，那么光好像來自比出射窗口206更深的層。此外，需要相對較大的出射窗口，從而增大照明器的成本。
[0033]然而，當外側(cè)壁205如圖2中所示如此靠近光源時，它們可能碰巧處于由光源發(fā)射的光的光路中，并且因此應(yīng)當采取附加的措施以便不破壞波束形狀。依照本發(fā)明的各個不同的實施例，這樣的措施包括使得腔室200的外側(cè)壁205是鏡面反射的并且與由光源202和208生成的光束的波束模式的光軸基本上平行(±5度或±10度)。外側(cè)壁205是鏡面反射的意味著，以特定進入角度入射到外側(cè)壁205上的、由第一或第二光源發(fā)射的每個光束在單個出射角下被外側(cè)壁205反射。這在圖2中示意性地示出，其中波束部分210(其是由第二光源208生成的中空波束的部分)入射到腔室204左邊所示的外側(cè)壁205上，從外側(cè)壁205鏡面反射，如利用波束部分211所示。
[0034]采用具有與發(fā)射的光束的光軸平行且是鏡面的外側(cè)壁205的腔室允許為光源202和208的兩種不同波束模式中的每一種維持總波束模式。此外，圖2的配置允許視亮度區(qū)域保持固定到照明器中心，并且允許使用更小的出射窗口(與更遠離最近的光源的外側(cè)壁的實施例相比)。此外，通過適當?shù)剡x擇到最近的光源的近似一半間距的邊緣距離，可以避免在照明器200的邊緣處出現(xiàn)暗或亮的亮度(即可以避免非均勻出射窗口)。[0035]在各個不同的實施例中，腔室204的外側(cè)壁205可以是平坦的、多小面的、彎曲的或者既多小面的又彎曲的，只要反射表面的法線垂直于照明器的光軸(如上面所描述的多達幾度偏差)。使用小面或者彎曲表面增加了源圖像的數(shù)量并且因而可以改善腔室204的光混合屬性。通過具有豎直取向的外側(cè)壁205，即沿著光束的光軸取向，反射的光保持沿著波束方向取向。
[0036]腔室204可以進一步包括一個或多個內(nèi)側(cè)壁(在圖2-4中未示出，但是在圖10中圖示出)，所述內(nèi)側(cè)壁類似于外側(cè)壁205，也基本上是鏡面的，基本上與光束的光軸平行，并且適于反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到出射窗口 206上。類似于外側(cè)壁205，腔室的內(nèi)側(cè)壁可以是平坦的、多小面的、彎曲的或者既多小面的又彎曲的，只要反射表面的法線垂直于照明器的光軸(如上面針對外側(cè)壁205所描述的多達幾度偏差)。
[0037]出射窗口 206應(yīng)當也被設(shè)計成使得它在光離開腔室204時不破壞波束形狀。在一個實施例中，出射窗口 206可以用來提供受控的光散射和受控的波束加寬，使得發(fā)射的光的視亮度可以降低，同時波束形狀僅僅輕微地加寬。為此目的，出射窗口 206可以是光漫射器，諸如例如具有高斯散射分布圖的10-20度FWHM全息漫射器或者具有2與5之間的f數(shù)的透鏡陣列。繼續(xù)上面描述的波束部分210，圖2進一步圖示出由外側(cè)壁205鏡面反射且入射到出射窗口 206上的波束(即利用波束部分211所示的波束)在離開腔室204時被出射窗口 206輕微地加寬，如利用波束部分212所示。這樣的出射窗口與如上面所描述的光源和外側(cè)壁的組合允許獲得可以滿足關(guān)于眩光的辦公室規(guī)定的照明器，同時可以是足夠通用的以允許實現(xiàn)不同的波束形狀。
[0038]在一個實施例中，可以使用可選的稍微傾斜的白色邊沿或擋板，如圖2中所示，擋板215從出射窗口 206延伸。取決于預(yù)期的光效(例如經(jīng)由或不經(jīng)由擋板215的間接照明)，可以調(diào)整擋板215的陡度，其中淺的擋板受照射最少。
[0039]此外，在一個可選的實施例中，照明器200可以進一步包括一個或多個用于存在性檢測的傳感器和/或用于局部光測量的傳感器(圖2中未示出這些傳感器)。用于存在性檢測的傳感器可以包括兩個傳感器，第一傳感器具有基本上與任務(wù)波束重疊的檢測錐，而第二傳感器為寬角傳感器。
[0040]圖3圖示出依照本發(fā)明另一個實施例的分裂波束照明器300。照明器300與上面描述的照明器200的相似之處在于，它包括第一和第二光源302和308，這些光源設(shè)置在襯底301上并且適于分別生成具有波束模式303和309的光束。由于圖3中所示的元素301、302,303,308和309分別類似于上面關(guān)于圖2所描述的且其描述也適用于圖3的元素201、202、203、208和209，因而為了簡潔起見，這里不重復(fù)對于這些元素的描述。此外，類似于腔室204，光源302和308由腔室304包封，腔室304包括一個或多個外側(cè)壁305和出射窗口306。腔室304類似于上面描述的腔室204，但是也存在一些差異。
[0041]腔室304的外側(cè)壁305部分地鏡面反射，并且部分地透射，使得由第一或第二光源發(fā)射的、以特定進入角度入射到外側(cè)壁305上的光束的一部分可以在單個出射角下被外側(cè)壁305反射，而另一部分可以透射通過外側(cè)壁305，可能地具有輕微的受控的波束加寬。這在圖3中示意性地示出，其中波束部分310 (其是由第二光源308生成的中空波束的部分)入射到腔室304左邊所示的外側(cè)壁305上，如利用波束部分311所示從外側(cè)壁305部分地鏡面反射，并且如利用波束部分313所示部分地透射通過外側(cè)壁305。類似于圖2中圖示的波束部分211，從外側(cè)壁305反射的波束部分311然后被出射窗口 306輕微地加寬，如利用波束部分312所示。
[0042]類似于上面描述的腔室204，采用具有與發(fā)射的光束的光軸平行且部分地鏡面反射的外側(cè)壁305的腔室允許為光源302和308的兩種不同波束模式中的每一種維持總波束模式。圖3的實施例尤其適合于在擋板315上具有強烈間接照明分量的照明器和/或具有減小的嵌入深度的照明器。
[0043]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當容易認識到，上面關(guān)于照明器200提供的其他討論(例如關(guān)于外側(cè)壁的各種不同的形狀和離最近的光源的距離的討論，關(guān)于腔室的內(nèi)側(cè)壁、擋板、散熱器或者用于存在性檢測和局部光測量的傳感器的討論)也適用于照明器300。因此，為了簡潔起見，這里不重復(fù)那些討論。
[0044]圖4圖示出依照本發(fā)明又一個實施例的分裂波束照明器400。像照明器300—樣，照明器400也與照明器200的相似，相似之處也在于，它包括第一和第二光源402和408，這些光源設(shè)置在襯底401上并且適于分別生成具有波束模式403和409的光束。由于圖4中所示的元素401、402、403、408和409分別類似于上面關(guān)于圖2所描述的且其描述也適用于圖4的元素201、202、203、208和209，因而為了簡潔起見，這里不重復(fù)對于這些元素的描述。此外，類似于腔室204和304，光源402和408由腔室404包封，腔室404包括一個或多個外側(cè)壁405和出射窗口 406。
[0045]腔室404類似于上面描述的腔室204和304，但是也存在一些差異。事實上，腔室404可以被認為是上面描述的腔室204和腔室304的組合，因為外側(cè)壁405包括鏡面反射的分段405a和部分地鏡面透射的分段405b。腔室404的分段405a與腔室204的外側(cè)壁205的相似之處在于，第一或第二光源發(fā)射的、以特定進入角度入射到分段405a上的光束中的每一個在單個出射角下被分段405a反射。這種情形在圖4中示意性地示出，其中波束部分410 (其是由第二光源408之一生成的中空波束的部分)入射到腔室404左邊所示的外側(cè)壁405的分段405a上,如利用波束部分411所不從分段405a鏡面反射,并且然后如利用波束部分412所示被出射窗口 406輕微地加寬。
[0046]腔室404的分段405b與腔室304的外側(cè)壁305的相似之處在于，第一或第二光源發(fā)射的、以特定進入角度入射到分段405b上的光束的一部分在單個出射角下被分段405b反射(即鏡面反射)，同時另一部分透射通過分段405b。這種情形在圖4中示意性地示出，其中波束部分420 (其是由第二光源408中的另一個生成的中空波束的部分)入射到腔室404右邊所不的外側(cè)壁405的分段405b上，如利用波束部分421所不從分段405b部分地鏡面反射到出射窗口 406上，并且如利用波束部分423所示部分地鏡面透射通過分段405b。
[0047]類似于波束部分211和311，入射到出射窗口 406上的波束部分411和421分別被出射窗口輕微地加寬，如利用波束部分412和422所示。
[0048]圖4的實施例包括上面針對照明器200和300所描述的實施例的優(yōu)點。圖4的實施例的一個附加的優(yōu)點是與圖2的照明器200相比，照明器400的嵌入深度更小。
[0049]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當容易認識到，上面關(guān)于照明器200和300提供的其他討論(例如關(guān)于外側(cè)壁的各種不同的形狀和離最近的光源的距離的討論，關(guān)于腔室的內(nèi)側(cè)壁、擋板、散熱器或者用于存在性檢測和局部光測量的傳感器的討論)也適用于照明器400。因此，為了簡潔起見，這里不重復(fù)那些討論。[0050]下面的進一步討論針對圖2中圖示的照明器200而提供。然而，類似的教導(dǎo)也分別適用于圖3和圖4中圖示的照明器300和400。
[0051]圖2中圖示的照明器200包括靠近光源的外側(cè)壁205。如上面所描述的，靠近邊緣生成的波束的部分被外側(cè)壁205反射。這可以造成第一光源生成的總波束或者第二光源生成的總波束變得不對稱。因此，在一個優(yōu)選的實施例(圖2中未示出)中，腔室200將關(guān)于圍繞腔室對稱軸的一個或多個旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)對稱，并且第一和/或第二光源202、208將關(guān)于腔室對稱軸對稱地布置在腔室內(nèi)，以便在腔室內(nèi)進一步保持總波束模式。將相同類型的波束定形光學(xué)器件置于襯底的相對邊緣處的對稱位置允許恢復(fù)總波束的對稱性。優(yōu)選地，第一和第二光源的光軸平行于腔室的對稱軸。
[0052]除了保持波束形狀之外，也可能希望的是在看著照明器時創(chuàng)建吸引人的亮度模式。由于照明器200包含具有不同角度強度分布的兩組源(即光源202具有與光源208的角度強度分布不同的角度強度分布)，光源202和208的視亮度將取決于觀看照明器200的角度。結(jié)果，來自大的距離(即高的觀看角度)的亮度模式由周圍波束光源(即光源208)的位置決定，而來自任務(wù)波束光源(即光源202)的光僅僅從近距離可見(即直接仰視光源202)。因此，第一和第二光源202、208優(yōu)選地布置在腔室200內(nèi)，使得它們通過均勻地分布和交替而很好地混合。例如，光源202和208可以布置在多個3x8或4x9棋盤模式中，使得這兩個波束的光好像從單個面源發(fā)射。通常，交替的光源模式對于創(chuàng)建單光源的視覺效果是優(yōu)選的，因為當把光源202分組在一起且與光源208組分開時，照明器200看起來就像一個外殼中的分開的光引擎的組合，這是不希望的。
[0053]此外，這兩個子波束中的光通量優(yōu)選地應(yīng)當為相似的幅度。為了實現(xiàn)這點，優(yōu)選地平衡光源202的數(shù)量和光源208的數(shù)量，例如50-50%。也可以使用60-40%或者甚至70-30%的比值，但是與50-50%分布的強烈偏差造成驅(qū)動電流的大的差異(在具有較少光源的串中需要更多的電流以獲得相同的流明輸出)并且因而對于具有更少數(shù)量的光源的串中的光源造成相對較高的峰值視亮度。
[0054]圖5A-11圖示出置于腔室204內(nèi)的光源202和208的一些示例性幾何組合。與示出腔室204、304和404的截面圖的圖2_4不同的是，圖5A-11示出了諸如腔室204、304和404中的任何一個之類的腔室的頂視圖(即這些圖圖示出可以如何將光源置于襯底上)。在圖5A-11中，圓圈中的每一個意在圖示出被配置成生成具有第一波束模式的光束的第一光源(例如光源202)的位置，而十字形中的每一個意在圖示出被配置成生成具有第二波束模式的光束的第二光源(例如光源208)的位置。
[0055]圖5A和圖5B圖不出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種棋盤布置。圖5A中所示的布置具有偶數(shù)行和偶數(shù)列，其關(guān)于腔室的外側(cè)壁對稱且是平衡的(即相等數(shù)量的第一和第二光源)。當如圖5B中所示行數(shù)和列數(shù)二者為奇數(shù)時，幾何結(jié)構(gòu)也是對稱的。然而，由于第一和第二光源的數(shù)量的不平衡，該幾何結(jié)構(gòu)與圖5A中所示的幾何結(jié)構(gòu)相比不那么優(yōu)選。
[0056]例如圖5C中所示的偶-奇組合是不對稱的，并且將造成波束的非對稱性。因此，圖5C中所示的第一和第二光源的棋盤布置不依照本發(fā)明的實施例。
[0057]圖6A-6C示出了其中光源置于交替條帶或線的幾何結(jié)構(gòu)中的實例。波束對稱性要求條帶的數(shù)量為奇數(shù)。因此，圖6A的布置不依照本發(fā)明的實施例，因為條帶的偶數(shù)將造成波束非對稱性。形成對照的是，圖6B和圖6C依照本發(fā)明的實施例，因為這兩種布置都包括奇數(shù)線。如圖6B中所示，奇數(shù)線沿著腔室的短邊，條帶沿著長邊取向，導(dǎo)致對稱但不平衡的布置(即第一光源的數(shù)量不等于第二光源的數(shù)量)。為了具有接近50-50%的第一光源的數(shù)量與第二光源的數(shù)量之間的平衡，條帶優(yōu)選地如圖6C中所示沿著矩形腔室的短邊取向(即奇數(shù)線沿著腔室的長邊)。
[0058]圖7A-7C圖示出分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的各種不同的交錯矩形網(wǎng)格布置。如可從圖7A-7C看見的，交錯網(wǎng)格布置指的是其中第一光源布置在第一矩形網(wǎng)格中并且第二光源布置在與第一網(wǎng)格偏移的第二矩形網(wǎng)格中的布置。在交錯矩形網(wǎng)格布置中，總行數(shù)(即對于第一和第二光源二者而言)和總列數(shù)應(yīng)當均為奇數(shù)以便確保波束對稱性。圖7A圖示出4行和7列。由于行數(shù)為偶數(shù)，因而得到的波束將是不對稱的。因此，圖7A的布置不依照本發(fā)明的實施例。形成對照的是，圖7B和圖7C均圖示出具有奇數(shù)行和奇數(shù)列的示例性布置。如果交錯網(wǎng)格布置包含第一類型的η X m光源的矩形網(wǎng)格分布，那么其他類型的光源應(yīng)當分布在(n±l) X (m±l)網(wǎng)格中。如圖7C中所示，當對于第一矩形網(wǎng)格m=n+l并且第二網(wǎng)格為(n+1) x (m-1)時，獲得50-50%平衡。
[0059]下一類交替且對稱的幾何結(jié)構(gòu)如圖8A和圖8B中所示由同心分布組成，圖8A和圖SB圖示出依照本發(fā)明兩個實施例的分裂波束照明器內(nèi)的第一和第二光源的兩種同心布置。應(yīng)當指出的是，如圖所示的特定類型的光源在同心幾何結(jié)構(gòu)中的平鋪也是對稱的，例如4同心拼塊的正方形或者由行中的4同心拼塊組成的矩形。在同心幾何結(jié)構(gòu)中，尤其是在其中外側(cè)壁在遠處(于是可以被放置成更靠近源)或者透明(將給寬波束留下更多距離，寬波束是眩光的最重要的貢獻者)的實施例中，可能有利的是將產(chǎn)生更窄的任務(wù)波束的光源放置成最靠近腔室的外側(cè)壁。
[0060]盡管圖8A和圖8B的布置是對稱的，但是它們是不平衡的。一種改進同心布置的平衡的方式可以是對于不同的光源“環(huán)”(圖中未示出)選擇不同的間距。另一種平衡幾何結(jié)構(gòu)的方式是打破圖8A和圖8B的交替結(jié)構(gòu)，并且允許如圖9A和圖9B中所示的同心環(huán)的加倍。
[0061]圖9B圖示出第一光源中的32個和第二光源中的32個的同心布置。該結(jié)構(gòu)既對稱又平衡。
[0062]圖9A圖示出第一光源中的24個和第二光源中的24個的同心布置。應(yīng)當指出的是，圖9A的布置的中心位置被空置以便恢復(fù)光學(xué)元件的平衡。這樣的幾何結(jié)構(gòu)可能特別令人感興趣，因為中心的空的空間于是可以用于放置驅(qū)動器元件、傳感器或者其他電子器件。特別地，由于傳感器是可見的元件，將其置于照明器的中心可以改善照明器的外觀并且簡化照明器的安裝，因為對于該安裝不存在優(yōu)選的取向。
[0063]例如圖5A和圖5B中所示的棋盤布置也可以被配置成使得在中心留下空的空間。圖10中提供了一個實例。在一個實施例中，中心的開放空間可以通過腔室的內(nèi)側(cè)壁1005定界。如上面所描述的，內(nèi)側(cè)壁1005將是鏡面的，基本上與光束的光軸平行(在幾度偏差內(nèi))，并且適于反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到腔室的出射窗口上。
[0064]從成本的觀點來看，可能有利的是將光源的波束定形光學(xué)器件組合成更大的簇(例如透鏡簇)，其可以作為單個光學(xué)部件生產(chǎn)。除了別的以外，最佳的簇尺寸可能取決于制造方法，并且由形狀和定位公差限制。在圖10中，這樣的簇由虛線矩形指示，在這種情況下為3x8簇。這種簇布置是特別有利的，因為它也可以用來形成其他的布置，比如圖11中所描繪的矩形幾何結(jié)構(gòu)。細長的矩形照明器(比如常規(guī)的30x120cm照明器)可以使用由行中的4簇組成的光引擎(圖中未示出)。
[0065]除了上面討論的3x8簇之外，任何奇-偶棋盤簇都可以用來形成圖10的幾何結(jié)構(gòu)以及如圖11中所示的正方形或矩形幾何結(jié)構(gòu)。此外，圖9A和圖9B的同心幾何結(jié)構(gòu)也可以分裂成四個相同的簇(例如出于成本的原因)，但是這些簇于是將不那么靈活以用在其他幾何結(jié)構(gòu)中。
[0066]在一個實施例中，用作用于LED的襯底的PCB板可以以類似的方式分裂(例如四個3x8 LED板)，使得板和光學(xué)陣列形成模塊。然而，情況不一定總是這樣。典型地，串聯(lián)的11或12個LED的串是優(yōu)選的，因為串上的該LED數(shù)量足夠低以保持低于安全電壓，并且足夠高以將總電流保持在合理的水平。出于這個原因，3x8和4x9棋盤簇以及7x7同心配置(圖9A)是特別有用的(在四個簇的環(huán)形或矩形幾何結(jié)構(gòu)中)。
[0067]盡管圖5A-11提供了一些布置實例以圖示出哪些布置依照和不依照本發(fā)明的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以使用這些圖示和關(guān)聯(lián)的描述以提出也依照本發(fā)明實施例的腔室內(nèi)的第一和第二光源的另外的幾何布置。因此，這樣的另外的布置也處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0068]圖12圖示出依照本發(fā)明一個實施例的包括多個照明器1204的辦公室空間1202中的照明系統(tǒng)1200。所述多個照明器1204可以包括如上面所描述的照明器200、300和/或400，其中第一和第二光源以圖5A-11中圖示的任何適當?shù)姆绞讲贾迷谇皇覂?nèi)。照明器1204中的每一個的第一和第二光源可以被配置成發(fā)射具有在辦公室空間1202內(nèi)的每個特定位置(例如一般區(qū)域1218、墻壁區(qū)域1220或者辦公桌區(qū)域1222)處所需的波束模式的光束。
[0069]照明系統(tǒng)1200可以進一步包括控制單元1224，該控制單元適于獲取用于辦公室空間1202 (例如一般區(qū)域1218、墻壁區(qū)域1220和桌子區(qū)域1222)的照明水平配置，并且控制所述多個照明器1204中的每一個的第一和第二光源，使得由所述多個照明器1204產(chǎn)生的總光照模式與用于辦公室空間1202的照明水平配置相應(yīng)。用于辦公室空間1202的照明水平配置可以依照固定的預(yù)定光軸模式進行調(diào)節(jié)，或者可以取決于照明器1204中的一個或多個中包括的例如占用傳感器。用于辦公室空間1202的照明水平配置可以不僅包括用于不同區(qū)域1218、1220、1222的光照水平，而且可以涉及例如在一個或多個區(qū)域1218、1220、1222內(nèi)的特別選擇的色溫。動態(tài)調(diào)節(jié)因此是可能的，并且允許與辦公室空間1202的能耗有關(guān)的改進?？梢约傻鼗蛘叻珠_地提供另外的傳感器，并且這些傳感器可能地可以連接到所述一個或多個照明器1204。這樣的傳感器可以包括例如日光檢測，并且控制單元1224可以被配置成當在局部以及在整個辦公室空間1202內(nèi)動態(tài)地調(diào)節(jié)光照水平時也考慮這樣的信息。
[0070]控制單元1224可以包括微處理器、微控制器、可編程數(shù)字信號處理器或者另一種可編程設(shè)備。控制單元1224也可以或者改為包括專用集成電路、可編程門陣列或者可編程陣列邏輯、可編程邏輯設(shè)備或者數(shù)字信號處理器。在控制單元1224包括諸如上面提到的微處理器、微控制器或者可編程數(shù)字信號處理器之類的可編程設(shè)備的情況下，處理器可以進一步包括控制可編程設(shè)備的操作的計算機可執(zhí)行代碼。此外，控制單元1224可以裝備有用于允許使用例如遙控器對照明水平配置進行遙控的通信電路系統(tǒng)。
[0071] 即使參照其特定示例性實施例描述了本發(fā)明，但是許多不同的變型、修改等等對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得清楚明白。本領(lǐng)域技術(shù)人員在實施要求保護的本發(fā)明時，根據(jù)對于所述附圖、本公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求書的研究，應(yīng)當能夠理解和實現(xiàn)所公開實施例的變型。例如，控制單元可以如圖12中所示為中央單元，但是照明器也可以由可以是照明器的部分的感測/控制單元局部地控制。再者，對于一些照明器的中央控制和對于其他照明器的局部控制的組合也可以是可能的，并且處于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，在權(quán)利要求書中，措詞“包括/包含”并沒有排除其他的元件或步驟，并且不定冠詞“一”并沒有排除復(fù)數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種照明器，包括: -一個或多個第一光源，所述一個或多個第一光源中的每一個被配置成發(fā)射第一波束模式的第一光束； -一個或多個第二光源，所述一個或多個第二光源中的每一個被配置成發(fā)射第二波束模式的第二光束，其中 -第二波束模式與第一波束模式不同，并且 -每個第一光束的光軸平行于每個第二光束的光軸；以及 -腔室，其包封所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源，該腔室包括一個或多個外側(cè)壁和出射窗口，其中所述一個或多個外側(cè)壁基本上為鏡面的，適于反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到出射窗口上，并且基本上平行于每個第一光束的光軸和每個第二光束的光軸。
2.依照權(quán)利要求1的照明器，其中出射窗口被配置成提供入射到其上的第一和第二光束的至少一部分的受控的波束加寬。
3.依照權(quán)利要求2的照明器，其中出射窗口包括具有半高全寬值介于10度與20度之間的高斯散射分布圖的全息漫射器，或者f數(shù)介于2與5之間的透鏡陣列。
4.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中所述一個或多個外側(cè)壁是有小面的和/或彎曲的。
5.依照前面的 權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中腔室進一步包括一個或多個內(nèi)側(cè)壁，其中所述一個或多個內(nèi)側(cè)壁基本上是鏡面的，適于反射入射到其上的光的至少一部分以便入射到出射窗口上，并且基本上平行于每個第一光束的光軸和每個第二光束的光軸。
6.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中腔室關(guān)于圍繞腔室的對稱軸的一個或多個旋轉(zhuǎn)角度旋轉(zhuǎn)對稱，并且其中所述一個或多個第一光源和/或所述一個或多個第二光源關(guān)于腔室的對稱軸對稱地布置在腔室內(nèi)。
7.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源布置在腔室內(nèi)，使得所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源均勻地分布且是交替的。
8.依照權(quán)利要求7的照明器，其中所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源在腔室內(nèi)布置在至少第一簇和第二簇中，第一簇和第二簇中的每一個具有以3x8棋盤模式或者4x9棋盤模式布置的所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源。
9.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中所述一個或多個第一光源的數(shù)量與所述一個或多個第二光源的數(shù)量之間的比值介于3/7與7/3之間，優(yōu)選地介于4/6與6/4之間，并且最優(yōu)選地等于I。
10.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中所述一個或多個壁中的每一個處于離所述一個或多個第一光源或者所述一個或多個第二光源中的最近的光源半間距的距離處。
11.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，其中: -所述一個或多個第一光源中的每一個包括第一光發(fā)射器以及關(guān)聯(lián)的任務(wù)波束光學(xué)器件，并且 -所述一個或多個第二光源中的每一個包括第二光發(fā)射器以及關(guān)聯(lián)的周圍波束光學(xué)器件。
12.依照前面的權(quán)利要求中任何一項的照明器，進一步包括以下至少一個: 一個或多個用于存在性檢測的傳感器，以及 用于局部光測量的傳感器。
13.依照權(quán)利要求12的照明器，其中所述一個或多個用于存在性檢測的傳感器包括第一傳感器和第二傳感器，第一傳感器具有基本上與第一光束重疊的檢測錐，第二傳感器為寬角傳感器。
14.一種用于辦公室空間的照明系統(tǒng)，包括: -多個照明器，每個照明器包括: 一個或多個第一光源，所述一個或多個第一光源中的每一個被配置成發(fā)射第一波束模式的第一光束， 一個或多個第二光源，所述一個或多個第二光源中的每一個被配置成發(fā)射第二波束模式的第二光束，其中第二波束模式與第一波束模式不同，并且每個第一光束的光軸平行于每個第二光束的光軸，以及 腔室，其包封所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源，該腔室包括一個或多個外側(cè)壁和出射窗口，其中所述一個或多個外側(cè)壁基本上為鏡面的，反射入射到其上的光的至少第一部分以便入射到出射窗口上，并且基本上平行于每個第一光束的光軸和每個第二光束的光軸；以及 -控制單元，其適于獲取用于辦公室空間的任務(wù)和背景區(qū)域照明水平配置，并且控制所述多個照明器中的 每一個的所述一個或多個第一光源和所述一個或多個第二光源，使得由所述多個照明器產(chǎn)生的總光照模式與用于辦公室空間的任務(wù)和背景區(qū)域照明水平配置相應(yīng)。
15.依照權(quán)利要求14的照明系統(tǒng)，其中所述多個照明器中的至少一個為依照權(quán)利要求2-13中任何一項的照明器。
【文檔編號】F21S8/04GK103874878SQ201280051194
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月18日
【發(fā)明者】M.C.J.M.維斯森伯格, A.P.M.丁格曼斯, W.F.帕斯維爾 申請人:皇家飛利浦有限公司