提供直接和間接照明的照明系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及使用將直接和間接照明提供到位于給定環(huán)境中的目標(biāo)表面的基于固態(tài)的照明設(shè)備的照明系統(tǒng)，其中通過照亮來自給定環(huán)境的一個或多個擴(kuò)散表面來提供間接照明。
[0002]背景
[0003]在各種應(yīng)用中使用提供一般照明并為電子顯示器(例如IXD)提供光的光源。在歷史上，白熾燈光源廣泛用于一般照明目的。白熾燈光源通過將燈絲加熱到高溫直到它發(fā)光來產(chǎn)生光。使用填充有惰性氣體或被排空的玻璃外殼來保護(hù)熱燈絲免受空氣中的氧化。白熾燈光源在很多應(yīng)用中逐漸由其它類型的電燈例如熒光燈、緊湊型熒光燈(CFL)、冷陰極熒光燈(CCFL)、高強度放電燈和發(fā)光二極管(LED)代替。
[0004]概述
[0005]本公開涉及使用將直接和間接照明提供到位于給定環(huán)境中的目標(biāo)表面的基于固態(tài)的照明設(shè)備的照明系統(tǒng)。根據(jù)所公開的技術(shù)，基于固態(tài)的照明設(shè)備通過照亮不同于目標(biāo)表面的來自給定環(huán)境的一個或多個擴(kuò)散表面來提供目標(biāo)表面的間接照明。表面被稱為擴(kuò)散表面，因為射在擴(kuò)散表面上的光根據(jù)任意強度分布由擴(kuò)散表面在位于相鄰于該表面的半空間中的所有方向上反射(并遵守Lambertian強度分布)。例如，基于固態(tài)的照明設(shè)備可從房間的天花板被支持，并配置成直接照亮房間的目標(biāo)表面，例如地板、房間中的桌子、房間中的物體的側(cè)面板或在房間的墻壁上的側(cè)面板，并進(jìn)一步照亮房間的天花板和/或一個或多個墻壁。在這個布置中，照亮天花板的光從天花板擴(kuò)散地反射并間接照亮地板。而且，照明設(shè)備可配置成以符合眩光標(biāo)準(zhǔn)的方式直接照亮地板。通常，所公開的照明系統(tǒng)可配置成為了特定的照明應(yīng)用(包括例如辦公室照明、車庫照明或櫥柜照明)提供光。
[0006]公開了配置成操縱由多個發(fā)光元件(LEE)提供的光的各種照明設(shè)備。LEE可包括LED，例如固態(tài)LED。通常，照明設(shè)備的實施方式以一個或多個主光學(xué)器件(例如拋物面、橢圓形、圓錐形光耦合器)為特征，主光學(xué)器件將來自LEE的照明重定向到輔助光學(xué)器件，其然后將光輸出到一定范圍的角內(nèi)。在一些實施方式中，照明設(shè)備包括將光從主光學(xué)器件引導(dǎo)到輔助光學(xué)器件的光導(dǎo)。照明設(shè)備的部件可以用各種方式來配置，所以各種強度分布可由照明設(shè)備輸出。這樣的照明設(shè)備可配置成為了特定的照明應(yīng)用將光直接提供到來自給定環(huán)境的目標(biāo)表面和不同于目標(biāo)表面的來自給定環(huán)境的一個或多個擴(kuò)散表面。
[0007]附圖簡述
[0008]圖1A示出包括提供直接和間接照明的照明設(shè)備的照明系統(tǒng)的例子。
[0009]圖1B示出提供在圖1A的照明系統(tǒng)中使用的直接和間接照明的照明設(shè)備的強度分布的例子。
[0010]圖2A示出提供具有如圖1B和2B所示的強度分布的直接和間接照明的照明設(shè)備的圖形表示。
[0011]圖2B示出圖2A的照明設(shè)備的強度分布的實例。
[0012]圖3A-3G示出包括在圖2A或5A的照明設(shè)備中的照明器具模塊的例子的方面。
[0013]圖4A-4B示出圖2A所示的照明設(shè)備的實現(xiàn)的方面。
[0014]圖5A示出提供具有如圖1B和5B所示的強度分布的直接和間接照明的照明設(shè)備的圖形表示。
[0015]圖5B示出圖5A的照明設(shè)備的強度分布的實例。
[0016]圖6A-6B示出圖5A所示的照明設(shè)備的實現(xiàn)的方面。
[0017]各種附圖中的參考數(shù)字和名稱指示本公開的特定特征的示例性方面、實現(xiàn)。
[0018]詳細(xì)描述
[0019]本公開涉及配置成使用照明設(shè)備來直接和間接照亮在給定環(huán)境中的目標(biāo)表面例如房間、車庫等的地板的照明系統(tǒng)，照明設(shè)備布置和配置成:(i)直接照亮目標(biāo)表面；以及(?)照亮不同于目標(biāo)表面的來自給定環(huán)境的一個或多個擴(kuò)散表面，例如房間、車庫等的天花板，使得照亮擴(kuò)散表面的光從那里反射并間接地照亮目標(biāo)表面。在一些實現(xiàn)中，擴(kuò)散表面定位成遠(yuǎn)離并面向目標(biāo)區(qū)域。例如，擴(kuò)散表面是房間的天花板，且目標(biāo)區(qū)域是房間的地板(或房間中的桌子表面)。照明設(shè)備包括發(fā)光元件(LEE，例如發(fā)光二極管LED)和配置成提供直接和間接照明分布的重定向光學(xué)器件。在一些實現(xiàn)中，照明設(shè)備配置成允許由用戶相互依賴以及獨立地控制間接照明。
[0020](i)包括用于提供直接和間接照明的照明設(shè)備的照明系統(tǒng)
[0021]圖1A示出照明系統(tǒng)100的方框圖，其中為了示意性參考示出笛卡爾(Cartesian)坐標(biāo)系。照明系統(tǒng)100配置成照亮在給定環(huán)境中的目標(biāo)表面190例如房間的地板，并包括照明設(shè)備150。照明設(shè)備150包括配置成發(fā)射光的發(fā)光元件(LEE，例如發(fā)光二極管LED)和與LEE耦合并配置成使所發(fā)射的光重定向為在直接角范圍142a、142a’內(nèi)和在間接角范圍142b、142b’內(nèi)的輸出光的重定向光學(xué)器件。照明設(shè)備150根據(jù)直接角分布142a、142a’通過照亮目標(biāo)表面190來提供直接照明。而且，照明設(shè)備150根據(jù)間接角范圍142b、142b’通過照亮不同于目標(biāo)區(qū)域190的環(huán)境的擴(kuò)散表面180(例如房間的天花板)來提供對目標(biāo)表面190的間接照明。以這種方式，擴(kuò)散表面180使在間接角范圍142b、142b’內(nèi)的從照明設(shè)備150接收的光重定向，使得目標(biāo)表面190根據(jù)擴(kuò)散角范圍152、152’使用重定向的光被照亮。在一些實現(xiàn)中，由擴(kuò)散表面180重定向的光的擴(kuò)散角范圍152、152’相應(yīng)于Lambertian光分布。在一些情況下，表面180可具有混合的鏡面擴(kuò)散反射特性。因此，在一些實現(xiàn)中，由表面180重定向的光的擴(kuò)散角范圍152、152’相應(yīng)于Lambertian和鏡面反射光分布的組入口 ο
[0022]在一些實現(xiàn)中，照明設(shè)備150沿著y軸延長，垂直于頁面。在其它實現(xiàn)中，照明設(shè)備150是非細(xì)長的，例如照明設(shè)備150可具有繞著平行于z軸的軸的旋轉(zhuǎn)對稱性。在一些實現(xiàn)中，照明設(shè)備150配置成允許由用戶相互依賴以及獨立地控制直接照明(相應(yīng)于角范圍142a、142b)和間接照明(相應(yīng)于角范圍142b、142b’)。可通過相對于多個LEE的重定向光學(xué)器件的特定布置并通過選擇性地打開或關(guān)掉(或變暗)照明設(shè)備150的多個LEE中的適當(dāng)LEE來實現(xiàn)前述相互依賴或獨立的控制，如下面關(guān)于圖1B、2B和5B描述的。
[0023]雖然未在圖1A中示出，但是選擇性地打開或關(guān)掉(或變暗)照明設(shè)備150的多個LEE中的適當(dāng)LEE使用也被稱為功率控制器的開關(guān)電路來實現(xiàn)。例如，開關(guān)電路包括電氣開關(guān)。在一些實現(xiàn)中，開關(guān)電路布置成對照明設(shè)備150是本地的。在其它實現(xiàn)中，開關(guān)電路布置成遠(yuǎn)離照明設(shè)備，例如在包括地板190和天花板180的房間的墻壁上或在目標(biāo)表面上，例如在桌子/辦公桌/架子上。在一些實現(xiàn)中，開關(guān)電路可包括一個或多個電源以使照明設(shè)備150的多個LEE中的適當(dāng)LEE選擇性地變暗。例如，可使用脈沖寬度調(diào)制、脈沖代碼調(diào)制、振幅調(diào)光、切相調(diào)光或其它調(diào)光方案來實現(xiàn)調(diào)光。
[0024]在圖1A所示的例子中，照明設(shè)備150通過支持架108由天花板180支持。在一些實現(xiàn)中，支持架108可以是金屬絲、棒或其組合。在一些實現(xiàn)中，沿著y軸延長的照明設(shè)備150從天花板180由懸掛系統(tǒng)例如框架、飛機電纜或附接到照明設(shè)備150的端部的其它懸掛系統(tǒng)支持(如所示，例如在圖4B和6B中)。
[0025]照明系統(tǒng)100可配置成提供受到給定約束的在目標(biāo)表面190上的特定光強分布。例如，照明系統(tǒng)100配置成均勻地照亮地板190 (例如以得到在地板水平處的每個相鄰的直接角范圍152’、142a’、142a和152之間的10%或其它重疊)，且符合眩光標(biāo)準(zhǔn)。例如，在直接角范圍142a和142a’內(nèi)的朝著地板190重定向的光配置成相對于z軸不超過40°的掠射角。以這種方式，辦公室照明美國國家標(biāo)準(zhǔn)實施規(guī)程RP-1規(guī)定在55°之上發(fā)射的光的數(shù)量小于300cd?？赏ㄟ^選擇系統(tǒng)參數(shù)的適當(dāng)組合例如(i)由照明設(shè)備150輸出的直接光的直接角范圍142a、142a’、(ii)相對于由擴(kuò)散表面180重定向的光的角范圍152、152’的由照明設(shè)備150輸出的間接光的間接角范圍142b、142b’和(iii)從擴(kuò)散表面180(例如天花板)到照明設(shè)備150的有效中心的距離“H”(例如H = 3ft)來實現(xiàn)照明系統(tǒng)100的這樣的配置。
[0026](ii)由照明系統(tǒng)的照明設(shè)備提供的直接和間接照明
[0027]圖1B示出沿著y軸延長(垂直于圖1A的截平面)的照明設(shè)備150的示例光強分布141的x-z橫截面。注意，圖1B忽略不同的波瓣142-DL、142-DR、142-1L和142-1R的可能的不同原點。這樣的細(xì)節(jié)在圖2B和5B中被指示，且對于遠(yuǎn)場照明可以或可以不是相關(guān)的，取決于實現(xiàn)。
[0028]光強分布141的波瓣142-DR和142-DL分別表示由照明設(shè)備150輸出到照明設(shè)備150的x-z橫截面的右側(cè)和左側(cè)的直接光，并相應(yīng)于相應(yīng)的直接角范圍142a和142a’。光強分布141的波瓣142-1R和142-1L分別表示由照明設(shè)備150輸出到照明設(shè)備150的x_z橫截面的右側(cè)和左側(cè)的直接光，并相應(yīng)于相應(yīng)的間接角范圍142b和142b’。
[0029]如下面詳細(xì)描述的，照明設(shè)備150的部件的構(gòu)造和幾何結(jié)構(gòu)可影響光強分布141。對于圖1B所示的例子，照明設(shè)備150配置成使實質(zhì)上所有間接光142-1L朝著天花板180在-90°和-120°之間的極角范圍內(nèi)定向到照明設(shè)備150的x-z橫截面的左側(cè)，并使所有間接光142-1R朝著天花板180在+90°和+120°之間的極角范圍內(nèi)定向到照明設(shè)備150的x-z橫截面的右側(cè)。在這種情況下，正向方向是z軸的方向，并對于照明系統(tǒng)100可朝著地板190。在這里，照明設(shè)備150配置成將實質(zhì)上所有正向(例如直接)光142-DR、142-DL定向到在照明設(shè)備150的x-z橫截平面中的-60°和+60°之間的極角范圍內(nèi)。根據(jù)另一實現(xiàn)，正向光的照明分布配置成以特定的均勻度照亮目標(biāo)表面。這樣的照明分布可被稱為蝙蝠翼形分布。
[0030]在一些實現(xiàn)中，多個相關(guān)的色溫(CCT)或其它色度光源可包括在照明設(shè)備150中。這些多個CCT光源可被控制(例如某些LEE可在操作期間選擇性地被通電/斷電、變暗等)以插在CCT之間，且強度水平在波瓣142-DR或142-DL或142-1R或142-1L的任一個中；在波瓣142-DR和142-DL或142-1R和142-1L的任一組合中；以及在波瓣142-DR和142-1R或142-DL和142-1L的任一組合或其它組合中。以這種方式，相應(yīng)于波瓣或波瓣的組合的CCT可在整個白天中從微藍(lán)色修改到微紅色CCT以例如實現(xiàn)某些生物發(fā)光(b1luminous)效應(yīng)。
[0031]在照明設(shè)備150的一些配置中，照明設(shè)備150的某些LEE可在操作期間變暗或關(guān)掉，使得照明設(shè)備150輸出大部分(或僅僅)在波瓣142-DR和142-DL中的光以相對于照明設(shè)備150的x-z橫截面直接照亮地板190的右側(cè)和左側(cè)。可使用具有通常關(guān)于圖2A描述的結(jié)構(gòu)的照明設(shè)備來實現(xiàn)照明設(shè)備150的這些配置。關(guān)于圖4A-4B詳細(xì)描述了這樣的照明設(shè)備的例子。在照明設(shè)備的這些配置中，照明設(shè)備的某些其它LEE可在操作期間變暗或關(guān)掉，使得照明設(shè)備輸出大部分(或僅僅)在波瓣142-1R和142-1L中的光以相對于照明設(shè)備150的x-z橫截面照亮天花板180的右側(cè)和左側(cè)，以便向地板190提供間接照明。
[0032]在照明設(shè)備150的其它配置中，照明設(shè)備150的一些LEE可在操作期間變暗或關(guān)掉，使得照明設(shè)備150輸出大部分(或僅僅)在波瓣142-DR和142-1R中的光以相對于照明設(shè)備150的x-z橫截面直接和間接照亮地板190的右側(cè)?？墒褂镁哂型ǔｊP(guān)于圖5A描述的結(jié)構(gòu)的照明設(shè)備來實現(xiàn)照明設(shè)備150的這些其它配置。關(guān)于圖6A-6B詳細(xì)描述了這樣的照明設(shè)備的例子。在照明設(shè)備的這些其它配置中，照明設(shè)備的一些其它LEE可在操作期間變暗或關(guān)掉，使得照明設(shè)備輸出大部分(或僅)在波瓣142-DL和142-1L中的光以相對于照明設(shè)備150的x-z橫截面直接和間接照亮地板190的左側(cè)。
[0033](iii)用于在照明設(shè)備的右側(cè)和左側(cè)上提供直接和/或間接照明的照明設(shè)備
[0034]圖2A示出照明設(shè)備200的方框圖，其中為了示意性參考示出笛卡爾坐標(biāo)系。在本例中，坐標(biāo)系相對于照明設(shè)備200被定向，使得由照明設(shè)備200輸出的光在每個直接角范圍142a、142a’中有具有平行于z軸的非零分量的主流方向，且在每個間接角范圍142b、142b’中有具有反平行于z軸的非零分量的主流方向。此外在本例中，當(dāng)目標(biāo)表面在z軸的正方向上與照明設(shè)備200間隔開時，照明設(shè)備200可向在給定環(huán)境中的目標(biāo)表面提供間接照明。以這種方式，當(dāng)擴(kuò)散表面在z軸的負(fù)方向上與照明設(shè)備200間隔開時，照明設(shè)備200配置成照亮在給定環(huán)境中的擴(kuò)散表面(除了目標(biāo)表面以外)。
[0035]照明設(shè)備200包括直接照明部分201a、間接照明部分201b和托臺210。直接和間接照明部分201a和201b照明部分由托臺210支承，使得(i)直接照明由照明設(shè)備200使用由直接照明部分201a輸出的在直接角范圍142a、142a’內(nèi)的光提供到目標(biāo)；以及(ii)間接照明由照明設(shè)備200使用由間接照明部分201b輸出的在間接角范圍142b、142b’內(nèi)的光提供到目標(biāo)。
[0036]根據(jù)一些實現(xiàn)，照明設(shè)備200可配置成提供只在直接角范圍142a、142a’之一和間接角范圍142b、142b’之一或其組合中的光。示例組合包括{142a和142b}、{142a’和142b’ }、{142a，和 142b}、{142a 和 142b’ }、{142a 和 142a’ 和 142b}等。
[0037]下面關(guān)于圖4A-4B描述照明設(shè)備200的示例實現(xiàn)。下面關(guān)于圖3A-3G描述直接和/或間接照明部分201a、201b的示例實現(xiàn)。
[0038](ii1-a)照明設(shè)備的直接照明部分
[0039]直接照明部分201a包括布置在托臺210的