專利名稱：照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種照明器。具體地，涉及一種包括光調(diào)制器的照明 設(shè)備，該光調(diào)制器用于允許將例如圖像、圖案、文本等的照明效果投 影到照明表面上。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的圖像投影設(shè)備使用來自燈的光，該光經(jīng)過光閥或調(diào)制器(例如液晶顯示器(LCD))發(fā)送，其中利用投影透鏡將調(diào)制器的 圖像投影到照明表面上。調(diào)制器通常包括可尋址的單元或像素的陣列以產(chǎn)生圖像。在一種 類型的圖4象投影i殳備中，正如例如在文獻(xiàn)US5622418中7>開的那樣， 每個像素適合于選擇性地傳送入射光(不改變方向)或者改變?nèi)肷涔?的方向(例如借助于散射)。然后投影透鏡能夠投影傳送的光到投影 表面上以形成圖像，同時吸收至少部分散射光以形成高對比度圖像。 在US5622418中公開的系統(tǒng)中，投影透鏡的入射光瞳的作用是去除一 部分在液晶光閥處散射的光以增大投影圖像的對比度。因而，損失了 一部分來自燈的光。雖然對于顯示應(yīng)用這是可以接受的，但是在照明 應(yīng)用中這是不能接受的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服該問題并提供用于照明應(yīng)用的改進(jìn)的設(shè)備。 借助于一種照明器實(shí)現(xiàn)了根據(jù)下面的說明將變得清楚的這個和其 它目的，該照明器包括空間光調(diào)制器、燈、透鏡以及裝置，所述空間 光調(diào)制器包括元件的陣列，每個元件適合于選擇性地不改變光的方向 地透射入射光，或者改變?nèi)肷涔獾姆较?；所述燈設(shè)置成照明調(diào)制器； 所述透鏡用于引導(dǎo)來自調(diào)制器的未被改變的光到照明表面上；所述裝 置用于朝向照明表面發(fā)送基本上所有的被調(diào)制器改變方向的光。本發(fā)明基于如下理解，即通過重新分布來自燈的被調(diào)制器改變方 向的那部分光(而不像現(xiàn)有技術(shù)中那樣，吸收或者相反地外展(abduct) 該光)，可以提供用于生成某些照明效果的照明器，在該照明器中，顯著減少了特別是高角度的光的損失。該光可以直接或者通過透鏡發(fā) 送至照明表面。能夠以多種方式實(shí)現(xiàn)光的發(fā)送。在一個實(shí)施例中，發(fā)送裝置包括反射器，該反射器適合于朝向照 明表面反射被調(diào)制器改變方向的光。優(yōu)選地，反射器形成為錐形管， 其中調(diào)制器設(shè)置在該管的窄端，該管的較寬端被引導(dǎo)朝向照明表面，其中該管的橫截面基本上與調(diào)制器的形狀相匹配，使得甚至能夠朝向 照明表面反射以高角度離開調(diào)制器的光。在另一個實(shí)施例中，發(fā)送裝置包括分段透鏡，其中通過一部分分 段透鏡形成用于引導(dǎo)來自調(diào)制器的未被改變的光到照明表面上的透鏡 ("光引導(dǎo)透鏡")。優(yōu)選地，分段透鏡具有中心第一部分和外圍第 二部分，其中第一部分具有不同于第二部分的焦距和/或光軸。優(yōu)選地， 由中心第一部分形成光引導(dǎo)透鏡，其基本上接收所有來自調(diào)制器的未 被改變的光。因而，對于經(jīng)過調(diào)制器透射而未被改變的光，由分段透 鏡的中心部分形成圖像。另一方面，對于被調(diào)制器改變的光來說，與 到達(dá)外圍部分的光相比，到達(dá)中心部分的光將導(dǎo)致圖像形成在照明表 面上的不同位置，這歸因于這兩個部分不同的焦距和/或光軸。這使得 有可能在形成的圖像/圖案中達(dá)到一定的對比度。優(yōu)選地，分段透鏡的 直徑使得外圍第二部分能夠攔截基本上所有被調(diào)制器改變方向的光并 引導(dǎo)該光朝向照明表面?？梢耘c上述反射器一起或不與上述反射器一 起使用分段透鏡。照明器還可以包括設(shè)置在燈和調(diào)制器之間的第二透鏡。相比第一 透鏡，第二透鏡可以具有不同的直徑和/或不同的焦距。這允許了光束 整形的更多可能性。第二透鏡可以與上述反射器和/或上述分段透鏡一 起使用。照明器還可以包括設(shè)置在調(diào)制器和第 一 透鏡之間的非吸收光闌。 優(yōu)選地，非吸收光闌適合于改變落在其上的光的方向，優(yōu)選地朝向照 明表面發(fā)送。這種光闌可以由朝任意或特定方向散射入射光的散射材 料制成?？商鎿Q地，光闌可以是折射的或衍射的。這種光闌可以包括 微透鏡陣列、閃耀光柵、刻劃光柵、相位光柵等。在一個實(shí)施例中，光闌具有孔徑，由此，例如借助于第二透鏡， 通過在燈中或與燈有關(guān)的反射器，或通過兩者的組合把來自燈的光聚焦在孔徑上。這里，孔徑應(yīng)該;陂理解為光闌的開口或者透光的部分， 其透射光而不改變其方向。這樣，經(jīng)過調(diào)制器透射而未^皮改變方向的 光通過孔徑，而源自其中路徑(即方向)被改變的調(diào)制器元件的光將 不通過孔徑而是落在光闌的散射(或衍射或折射)區(qū)域上。以這種方 式，光路徑轉(zhuǎn)向的效果可被放大和/或光可被引導(dǎo)朝向特定的方向，從 而能實(shí)現(xiàn)更高的對比度以及對光束形狀更多的控制。在另一個實(shí)施例中，非吸收光闌具有局部可調(diào)的光透射特性。這 提供對光束整形甚至更多的控制?？梢酝ㄟ^調(diào)制器使用例如散射、折射或衍射的效應(yīng)來改變?nèi)肷涔?的方向。調(diào)制器可以例如是像素化的液晶單元。


現(xiàn)在將參考附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的所述方面和其它方面， 所述附圖表示了本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的照明器的示意性側(cè)視圖， 圖2是根據(jù)本發(fā)明另 一個實(shí)施例的照明器的示意性側(cè)視圖， 圖3是根據(jù)本發(fā)明又 一 個實(shí)施例的照明器的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式
在圖中，相似的元件用相同的附圖標(biāo)記標(biāo)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的照明器10的示意性側(cè)視圖。照明 器10包括燈12、包括光調(diào)制元件16的陣列的空間光調(diào)制器14、用于 接收數(shù)據(jù)并相應(yīng)地控制調(diào)制器14的控制設(shè)備18以及透鏡20。燈12可以例如是發(fā)光二極管光源。每個元件16適合于依據(jù)其所選擇的狀態(tài)選擇性地透射入射光(即 不顯著改變光的方向或路徑)或者改變?nèi)肷涔獾姆较?。光調(diào)制器14可 以例如是具有有效矩陣的、多路的或直接電尋址的像素化液晶單元， 使用例如散射、折射或衍射的電可控液晶效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)方向或路徑的 改變。適合本發(fā)明的多種液晶設(shè)備對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易 見的。照明器IO還包括反射器22。在圖l中，用橫截面圖示反射器22, 反射器22形成為錐形管，該管的橫截面基本上與調(diào)制器14的形狀相匹配，其中調(diào)制器14設(shè)置在該管的窄端，該管的較寬端被引導(dǎo)朝向照 明表面24。照明器10工作時，燈12照明調(diào)制器14?？刂圃O(shè)備18基于接收的 關(guān)于待投影的圖像或圖案或類似物的數(shù)據(jù)控制調(diào)制器14的元件16的 狀態(tài)。根據(jù)它所處的狀態(tài)，每個元件16或者直接透射入射光，或者改 變?nèi)肷涔獾姆较颉Ｖ苯右黄ね干涞墓庥?支粗的線條表示，而方向#1改變 的光用4交細(xì)的線條表示。例如，元件16a透射光，而元件16b例如借 助于散射改變光的方向。透鏡20把通過調(diào)制器14直接被透射的光投影到照明表面24上以 形成例如圖像、文本等的照明效果。另一方面，-故調(diào)制器14改變方向的光或者通過透鏡20 ^L引導(dǎo)至 照明表面24上，或者被反射器22朝向照明表面24反射。如能夠看到 的，即使以陡的角度離開調(diào)制器14的光也被朝向照明表面24發(fā)送。 因而，基本上所有被調(diào)制器14改變方向的光都被朝向照明表面24發(fā) 送，并與通過調(diào)制器14透射而未被改變的光一起在照明表面24上形 成期望的照明效果。仿真表明，對應(yīng)于調(diào)制器上(例如)散射區(qū)域的 照明表面上的區(qū)域具有較低的強(qiáng)度，而所減少的強(qiáng)度被重新分配至照明表面的其它區(qū)域。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的照明器30的示意性側(cè)視圖。除 了圖1中所公開的，照明器30還包括設(shè)置在燈12和調(diào)制器14之間的 第二透鏡32。透鏡32聚焦來自燈12的光。在圖2中，透鏡32的焦點(diǎn) 與第一透鏡20的焦點(diǎn)重合，由此通過調(diào)制器14透射而方向沒有任何 改變的光束被第一透鏡20基本上平行地引導(dǎo)至照明表面24上。另一 方面，被調(diào)制器14改變方向的光或者經(jīng)過透鏡20被引導(dǎo)至照明表面 24上，或者被反射器22朝向照明表面24反射。在另一結(jié)構(gòu)中(未示 出)，第一透鏡20具有與到調(diào)制器14的距離對應(yīng)的焦距，借此調(diào)制 器的圖像被投影到照明表面24上。可選地，照明器30可以包括設(shè)置在調(diào)制器14和第一透鏡20之間 的非吸收光闌34。光闌34可以例如是散射光闌。圖2中的光闌34包 括透光孔徑36。光闌34放置在與第二透鏡的距離等于第二透鏡32的 焦距處，由此，照明器30工作時，通過調(diào)制器14透射而方向沒有任 何改變的光束^皮聚焦在孔徑36上。這又導(dǎo)致這些光束經(jīng)過光闌34到達(dá)第一透鏡20?？梢杂蔁舻奶匦?光束的傳播)決定孔徑36的尺寸。 另一方面，光闌34散射在調(diào)制器14處被改變方向并"錯過"孔徑36 的光束或光線。該光中的一些被散射直接朝向第一透鏡20和/或照明表 面24,并且一些被散射朝向反射器22,反射器22又朝照明表面24的 方向反射該光。因而，基本上所有被調(diào)制器14改變方向的光都被朝向 照明表面24發(fā)送，并與通過調(diào)制器14透射而未被改變的光一起在照 明表面24上形成期望的照明效果。仿真表明，借助于光闌34和孔徑 36,增大了形成的光效果的對比度，而在照明表面幾乎沒有光的損失。 此外，在一個可替換的結(jié)構(gòu)中，調(diào)制器14可以放置在第一透鏡20的 焦距處，由此調(diào)制器的圖像被投影到照明表面24上。在這個結(jié)構(gòu)中， 第一透鏡20具有比第二透鏡32長的焦距。應(yīng)該注意，可替換地，可以借助于提供在燈中或與燈有關(guān)的反射 器裝置，或者借助于這個反射器裝置與第二透鏡的組合來實(shí)現(xiàn)來自燈 的被聚焦的光。代替具有孔徑的非吸收光闌，可以使用具有局部可調(diào)光透射特性 的非吸收光闌。即，可以選擇光闌的至少一個部分來不改變?nèi)肷涔夥?向地透射入射光，并可以選擇光闌的至少一個部分來改變到達(dá)所述部 分(一個或兩個或兩個以上)的入射光的方向。可以例如通過液晶單 元實(shí)現(xiàn)這種光闌，所述液晶單元可,皮局部尋址并展示例如散射、f汴射 或折射的電可控效應(yīng)。圖3是根據(jù)本發(fā)明又一個實(shí)施例的照明器40的示意性側(cè)視圖。與 圖1中所公開的進(jìn)行比較，照明器40包括第二透鏡32和分段透鏡42。圖3中分段透鏡42具有中心第一部分44和外圍第二部分46,第 一部分44具有第一焦距，第二部分46具有第二焦距，第二焦距不同 于第一焦距?？商鎿Q地，兩個部分可以具有相同的焦距，但是具有不 同的光軸。進(jìn)一步這樣設(shè)置透鏡32和42,使得照明器40工作時，通過調(diào)制 器14透射而方向沒有任何改變的光束入射到分段透鏡42的中心第一 部分上。這可以通過為透鏡32和42選擇合適的尺寸、焦距和/或位置 等來實(shí)現(xiàn)。入射到中心第一部分44的光束于是可以被投影或引導(dǎo)至照 明表面24上以形成圖像、圖案等。另一方面，對于被調(diào)制器14改變 的光來說，與(直接或者在通過反射器22的反射之后)到達(dá)外圍部分46的光相比，到達(dá)中心部分44的光將導(dǎo)致圖像形成在照明表面24上 的不同位置，這歸因于這兩個部分不同的焦距和/或光軸。因而，基本 上所有被調(diào)制器14改變方向的光都被朝向照明表面24發(fā)送，并與通 過調(diào)制器14透射而未被改變的光一起在照明表面24上形成期望的照 明效果。在圖3中，第二透鏡32的焦點(diǎn)與分,殳透鏡42的中心部分44的焦 點(diǎn)重合，基本平行于照明器的光軸48引導(dǎo)光束至照明表面24上。在 一個可替換的結(jié)構(gòu)中，調(diào)制器14可以放置在分段透鏡42的中心部分 44的焦距處，由此調(diào)制器的圖像被投影至照明表面24上。同樣，分段 透鏡可以大致放置在第二透鏡32的焦距處以保證基本上所有未被調(diào)制 器14改變方向的光入射到中心部分44上。在這種情況下，燈的特性 即光束的傳播可以決定中心部分44的尺寸。應(yīng)該注意，在圖3中所示的實(shí)施例中可以省略反射器22和/或第二 透鏡32。在前一種情況下，分段透鏡42優(yōu)選地具有這樣的直徑，使得 外圍第二部分46能夠截獲幾乎所有被調(diào)制器14改變方向的光，并將 該光引導(dǎo)朝向照明表面24。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明絕不局限于上述優(yōu)選實(shí)施 例。相反，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，許多修改和變體是可能的。
權(quán)利要求
1.照明器(10，30，40)，包括包括元件(16)陣列的空間光調(diào)制器(14)，每個元件(16)適合于選擇性地-透射入射光而不改變光的方向，或者-改變?nèi)肷涔獾姆较?；?12)，設(shè)置成照明所述調(diào)制器；透鏡(20)，用于引導(dǎo)來自所述調(diào)制器的未被改變的光至照明表面(24)上；用于朝向照明表面發(fā)送基本上所有的被所述調(diào)制器改變方向的光的裝置(22，42)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的照明器，其中所述發(fā)送裝置包括反射器(22), 該反射器(22)適合于朝向照明表面反射被所述調(diào)制器改變方向的光。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的照明器，其中反射器形成為錐形管，其中調(diào)制 器設(shè)置在該管的窄端，該管的較寬端被引導(dǎo)朝向照明表面，其中該管 的橫截面優(yōu)選地基本上與調(diào)制器的形狀相匹配。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的照明器，其中所述發(fā)送裝置包括分 段透鏡(42),其中由分段透鏡的一部分形成所述光引導(dǎo)透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的照明器，其中所述分段透鏡具有中心第一部分 (44)和外圍第二部分(46)，所述第一部分具有不同于所述第二部分的焦距和/或光軸。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的照明器，其中由所述中心第一部分形成所述光 引導(dǎo)透鏡。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的照明器，還包括設(shè)置在燈和調(diào)制器 之間的第二透鏡(32)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的照明器，其中所述第二透鏡具有與所述光引導(dǎo) 透鏡不同的直徑和/或不同的焦距。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)的照明器，還包括設(shè)置在調(diào)制器和所 述光引導(dǎo)透鏡之間的非吸收光闌(34)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的照明器，其中所述非吸收光闌適合于改變?nèi)肷?光的方向，優(yōu)選地朝向照明表面發(fā)送。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO的照明器，其中非吸收光闌具有孔徑(36),其中來自所述燈的光被聚焦在所述孔徑上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO的照明器，其中所述非吸收光闌具有局部可 調(diào)光透射特性。
13. 根據(jù)權(quán)利要求l的照明器，其中由調(diào)制器借助于散射、折射和衍 射之一改變?nèi)肷涔獾姆较颉?br> 14. 根據(jù)權(quán)利要求l的照明器，其中所述調(diào)制器是液晶單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明器(10，30，40)，其包括空間光調(diào)制器(14)、燈(12)、透鏡(20)以及裝置。空間光調(diào)制器(14)包括元件(16)陣列，每個元件(16)適合于選擇性地透射入射光而不改變光的方向，或者改變?nèi)肷涔獾姆较颍粺?12)設(shè)置成照明所述調(diào)制器；透鏡(20)用于引導(dǎo)來自調(diào)制器的未被改變的光至照明表面(24)上；所述裝置用于朝向照明表面發(fā)送基本上所有的被所述調(diào)制器改變方向的光。
文檔編號H04N5/74GK101263711SQ200680033981
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月16日
發(fā)明者M·C·J·M·維森伯格, R·A·M·?？嗣诽?申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司