CN104246358B - 远程光束整形 - Google Patents

Abstract

公开了一种照明系统(100)。该照明系统(100)包括适于发射具有预定义的方向统一性的光场(103)的发光模块(101)和光学元件(102)，其中光学元件(102)被布置成使得接收由发光模块(101)发射的光场(103)的一部分，并且被配置为基于所接收的光场(103)输出经修改的光场(104)。光学元件(102)关于发光模块(101)分隔地布置，并被配置为修改输入到光学元件(102)中的光场，使得从光学元件(102)输出的光场(104)具有关于由发光模块(101)发射的光场(103)变化的方向统一性。还公开适用于包括在照明系统(100)中的光学元件(102)。

Description

远程光束整形

技术领域

本发明大体涉及照明领域。具体地，本发明涉及能够修改发光模块所发射的光场的一部分的照明系统，该发光模块提供具有预定义的方向统一性(uniformity ofdirectionality)的光场。

背景技术

有可能利用合适的一个或多个光源针对在诸如房间的位置中光场光线的方向性提供具有统一光场的光。这样的光可能在以下一些应用中有用，包括例如办公室或零售照明。然而，在这样的应用的某些情况中，对于要便捷地和/或高效地执行的某些任务而言，这样的光场的方向性太一致。这可以通过修改光源或通过提供额外的光源得以缓解。

发明内容

在某些情况中，统一方向的光场可以具有相对小的横截面，例如由聚光灯发射的光束。在这些情况中，可能期望光场散射或发散，从而有效地产生发散光场。

鉴于以上讨论，本发明涉及提供关于在不同需求下和/或在与已知照明系统相比较的不同应用中的操作方面适应性提高的照明系统。

本发明的进一步关注是提供包括适用于发射具有预定义方向统一性的光场的发光模块的照明系统，该照明系统可以减少或消除对于要便捷地和/或高效地执行的某些任务而言由发光模块发射的光场的方向性太一致的问题。

为了处理这些关注和其他关注中的至少一个，提供根据独立权利要求的照明系统。优选的实施例由从属权利要求限定。

根据本发明的第一个方面，提供包括发光模块和光学元件的照明系统。发光模块适用于发射具有预定义的方向统一性的光场。这样布置光学元件以便于接收由发光模块发射的光场的一部分，并被配置为基于所接收的光场输出经修改的光场。光学元件关于发光模块分隔地布置，并被配置为修改输入到光学元件中的光场，使得从光学元件输出的光场具有关于由发光模块发射的光场变化的方向统一性。

通过将发光元件关于发光模块分隔地布置和被配置为修改输入到光学元件的光场使得从光学元件输出的光场具有关于由发光模块发射的光场变化的方向统一性，由发光模块发射的光场可以例如聚焦或汇聚和/或重定向，从而产生期望的照射图案，例如从而产生聚光灯效果。

因此，即使在使用提供具有基本上或完全统一方向性的光场的发光模块的情况中，由发光模块提供的光场可以例如由光学元件聚焦或汇聚和/或重定向，从而产生期望的照射图案，如从而遵循用户需求和/或应用需求。

通过关于发光模块分隔地布置光学元件，修改由发光模块发射的光场的部分以改变由发光模块发射的光场的方向统一性以用于随后照射场景或位置可以实现，而不需要修改发光模块本身。

在下文中，描述根据一个示例的照明系统的操作原理。

通过布置光学元件以便于接收由发光模块发射的光场的一部分，光学元件可以截获由发光模块发射的一部分光场。因此，可以在由照明系统照射的表面上产生阴影区域或面积。然而，通过光学元件被配置为修改输入到光学元件中的光场，然后大部分、一些或甚至所有输入到光学元件中的光场可以例如聚焦或重定向到一部分阴影区域。例如，借助于照明系统，要照射的表面可以统一地照射，除了光学元件具有其“效果”的区域，在该区域根据一个示例包围更亮点的黑环可以在照射表面上产生。因此，照射强度可以借助于光学元件在照射表面上重新分配。这样的效果对于例如零售照明应用中的点照明非常有用。参考以上示例，黑环通过增加对比度使得点看起来更亮，这将使聚光对象或区域更具视觉注意力。

光学元件可以是无源器件，即无供电的。

根据一个示例，与发光模块相比较光学元件的尺寸显著更小。

在本申请的背景下，通过使得光学元件与发光模块分隔布置，意味着光学元件不机械耦合到发光模块，即光学元件和发光模块之间存在空间隔离。

照明系统可以包括多于一个光学元件。

在某些应用中，照明系统可以包括多个光学元件，其中每个光学元件这样布置以便于接收由发光模块发射的光场的一部分，并配置为基于所接收的光场输出经修改的光场。

由发光模块发射的由光学元件接收的光场的部分可以例如小于由发光模块发射的光场的大约一半。

通过使得由发光模块发射的由光学元件接收的光场部分小于由发光模块发射的光场，这意味着在由发光模块发射的由发光元件接收的光场部分中包括的光线集合或束的横截面小于在由发光模块发射的光场中包括的光线集合或束的横截面。例如，由发光模块发射的由光学元件接收的光场部分的横截面可以小于由发光模块发射的光场横截面的大约一半。

这样布置光学元件，使得可以关于发光模块移动。因此，光学元件可以根据需要定位和重定位，以用于修改输入到光学元件中的光场，使得从光学元件输出的光场具有关于由发光模块发射的光场变化的方向统一性，而不需要修改发光模块本身。

光学元件可以关于输入到光学元件中的光场的修改能力和/或性能可配置。例如，光学元件可配置成这样，使得可以实现由光学元件输出的光场的不同照射图案，其包括例如聚光灯图案。

发光模块可以包括多个光源。

多个光源可以例如包括多个发光二极管(LED)。多个光源可以例如布置在阵列中或布置成使得形成网格。

发光模块和/或多个光源可以例如包括至少一个有机发光二极管(OLED)。

照明系统可以包括准直元件，适于校准由发光模块发射的光场。这样的准直元件可以例如包括光学薄膜或层。

可替换地或可选地，多个光源的每个光源可以包括适用于准直由发光模块发射的光场的准直元件。

准直元件可以限制由各自的光源或由光源发射的光场的方向性。通过该配置，可以提高或增加修改光学元件的效果的光场。例如，通过增加来自多个光源的每个光源的光场的准直，通过光学元件的聚焦可以变得更精确。极其理想的示例是多个光源产生多个平行或基本平行的光线。

多个光源的每个光源可以包括输出表面，光场从光源经由输出表面发射。

每个光源的准直元件可以被配置为这样校准由光源发射的光，使得离开准直元件的光束或光线关于输出表面法线呈低于45°或低于10°的角度，例如关于输出表面的法线呈8°的角度。

由于其中多个光源产生多个平行或基本上平行的光线的极其理想的示例可以提高与光源相关联的任意光学缺陷、空间移位误差、色散等，允许准直器只执行有限程度的准直是期望的。

建模已经表明，每个光源的准直元件被配置为这样校准由光源发射的光，使得离开准直元件的光束展示关于输出表面的法线成大约8°的角度，这特别有益于提高或增强修改光学元件的效果的光场。

发光模块可以适用于发出这样的光场，使得形成光场的每个光线具有的方向性角度与其他光线的方向性角度的差别小于45°，或甚至小于10°。

换句话说，发光模块可以适用于发射具有方向统一性的光场，使得形成光场的光线方向之间的角度差小于45°，或小于10°。

光学元件可以包括至少一个折射元件。至少一个折射元件可以例如包括透镜，诸如双凸面透镜或平凸面透镜或菲涅耳(Fresnel)透镜等，或者棱镜或另一个直线对象(rectilinear object)。

透镜可以例如由玻璃、塑料、水和/或具有折射率超过空气的折射率以及具有充分的透明度而不至于吸收太多光的任何类似光学材料制成，或者包括以上材料，其中水被包括在由塑料或玻璃制成的透明容器中。这样的透镜可以具有许多不同形状，例如，透镜可以是圆形、椭圆形、圆柱形等，这取决于期望的焦点模式。圆柱形透镜是特别有用的，例如从而提供长方形焦点模式而不是圆形透镜将提供的圆形光斑。

折射棱镜或其他直线对象可以由与之前所述的透镜相同或相似的材料制造。

光学元件可以被配置为这样修改输入到光学元件中的光场，使得从光学元件输出的光场具有预定义的强度和/或辐照度分布。为此，光学元件可以例如包括折射的“自由形状”，其被配置为引起从光学元件输出的光场呈现预定义的光束形状和强度和/或辐照度分布。

光学元件可以包括波长选择元件，其被配置为这样修改输入到光学元件中的光场，使得从光学元件输出的光场是这样，光场的光谱功率分布以预定义的方式关于波长衰减。这样的波长选择元件可以用于，例如减少来自光学元件的处于红外波长范围的光输出。

光学元件可以包括抗反射元件。这样的抗反射元件可以例如包括应用于光学元件的表面的抗反射涂层。这样的抗反射元件可以降低或消除出现镜面反射和/或降低或消除出现不期望的反射，如在关于光学元件的不期望方向上。

可替换地或可选地，光学元件可以包括反射面部分，例如涂有反射涂层的表面部分，或包括反射元件。

照明系统可以包括安装装置，适用于将光学元件可释放地安装在位置，以便于接收由发光模块发射的部分光场。

例如，这样的安装装置可以包括用于将光学元件从房间的天花板悬吊下来的装置、用于将光学元件安装在办公室内桌子的工作场所上方的装置、和/或用于将光学元件附接到房间的墙壁的装置。

根据另一个示例，安装装置可以适用于可释放地将光学元件安装到发光模块的表面、外壳和/或结构。

安装装置可以显示便携性和/或可重配置性的功能，例如通过提供可以能够可控地将光学元件定位和重定位到期望位置的、与装有弹簧的台灯臂相类似的装有弹簧的布置。

照明系统可以包括可移动地可布置在光学元件上从而至少部分地包围光学元件的外罩(envelope)。

该外罩可以被配置为当外罩布置在光学元件上时阻止光到达光学元件。当外罩布置在光学元件上时，还可以通过外罩阻止光离开光学元件。

该外罩可以例如包括可以应用于光学元件的表面的不透明或半透明薄膜或层。这样的外罩可以有益于防止例如在处理、安装、和/或运输光学元件和/或照明系统期间光学元件的不期望操作。

根据本发明的第二个方面，提供适用于包括在根据本发明的照明系统中的光学元件。光学元件可以这样布置以便于接收由包括在照明系统中的发光模块发射的部分光场，并基于所接收的光场输出经修改的光场。

本申请的背景中，‘光场’是指空间的光线集合和/或束，每个光线具有起始点、方向、强度和光谱功率分布。

在本申请的背景中，方向统一性是指光场中的光线集合的个体光线的方向相似性。

例如，方向性上统一的光场，是指如下光线所形成的光场，该光线中的每个光线具有与其他光线的方向性角度相差小于预定义角度的方向性角度，例如小于45°，或甚至小于10°。

方向性上统一的光场的极端示例是其中光场的光线彼此平行或基本上平行。

下面将通过例证实施例描述本发明的进一步目的和优势。

注意的是，本发明涉及权利要求中阐述的特征的所有可能组合。阅读所附权利要求和下列说明书将明显看出本发明的进一步特征和优势。本领域的普通技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合起来产生不同于以下所述的实施例的实施例。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的例证实施例，在附图中：

图1是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意性方框图；

图2是包括在根据本发明的一个实施例的照明系统中的发光模块的示意性侧视图；和

图3是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意性方框图；

图4是根据本发明的一个实施例的照明系统的示意性方框图。

在附图中，相同参考标记贯穿整个视图表示相同或相似元件。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的例证实施例。然而，本发明可以通过许多不同形式实现，并且不应当解释为限于本文中阐述的实施例；相反，仅通过示例的方式提供这些实施例，从而本公开将本发明的保护范围传递给本领域的普通技术人员。而且，相似数字是指贯穿附图的相似元件或部件。

现在参考图1，示出根据本发明的一个实施例的照明系统100的示意性方框图。照明系统100包括发光模块101和光学元件102。

发光模块101适用于发射具有预定义的方向统一性的光场103。光学元件102这样布置以便于接收由发光模块101发射的部分光场103，并被进一步配置为基于所接收的光场103输出经修改的光场104。

在图1中，仅描绘由发光模块101发射的经由光学元件102接收的部分光场103，而不是由发光模块101发射的整个光场。

表示发光模块的方框101的尺寸和表示图1中的光学元件的方框102的尺寸并非按照比例绘制。光学元件102可以显著小于发光模块101。

光场103和光场104在图1中只通过各自的箭头103和104示意性地表示。

光学元件102关于发光模块101分隔地布置，并被配置为修改输入到光学元件102中的光场103，使得从光学元件102输出的光场104具有相对于由发光模块101发射的光场103变化的方向统一性，即使得从光学元件102输出的光场104具有与由发光模块101发射的光场的方向统一性相比较变化的方向统一性。

根据图1中描绘的实施例，光学元件102适用于使光场103更聚焦或汇聚，导致产生光场104。

根据图1中描绘的实施例，光学元件102包括折射元件105、波长选择元件106，其中波长选择元件被配置为修改输入到光学元件102中的光场103，使得光场103的光谱功率分布关于波长以预定义的方式衰减。例如，通过波长选择元件106，形成光场104的光线的每个可以具有在预定义的波长范围内的波长。光学元件102包括抗反射元件107。

折射元件105、波长选择元件106和抗反射元件107中的每个是可选的。光学元件102可以包括一个或多个折射元件105、波长选择元件106和抗反射元件107。

可替换地或可选地，发光模块101可以包括至少一个有机发光二极管(OLED)。OLED可以是特别有利的，因为其可以从扩展区域发射光。

现在参考图2，示出包括在根据本发明的一个实施例的照明系统(图2中未示出)中的发光模块101的示意性侧视图。

发光模块101包括多个光源108。多个光源108中的每个光源包括准直元件109，其适用于校准由光源108发射的光场。应理解的是，图2中所示的光源108的数量是根据一个示例。原则上，包括在发光模块101中的光源108的数量可以是任意正整数。

多个光源108可以例如包括多个发光二极管(LED)，其中LED例如可以布置在阵列中。多个LED可以例如包括至少一个OLED。

根据图2中描绘的示例，每个光源108包括输出表面110，光经由输出表面110从光源108发射出。图2中只有某些光源108的输出表面110由参考标记110表示。每个光源108的准直元件109被配置为校准由光源108发射的光，使得离开准直元件109的光束显示与输出表面110的法线成角度，该角度在预定义的角度范围内。例如，预定义的角度范围可以是6°到45°。

理解的是，发光模块101可以包括不同于图2中所示的部件的部件，诸如接线、电路、外壳等等。然而，这样的部件在图2中未示出。

现在参考图3，示出根据本发明的一个实施例的照明系统的示意性方框图，照明系统100包括发光模块101和光学元件102。

图3中照明系统100的部件101和102分别与图1中照明系统100的部件101和102相似或相同，并且图3中照明系统100的部件101和102的功能分别与图1中照明系统100的部件101和102相似或相同。

参考图3，照明系统100包括安装装置112，适用于将光学元件可释放地安装在位置，如房间中的期望位置，以便于接收由发光模块101发射的部分光场103，其在图3中由单个箭头示意性地表示。

安装装置112只在图3中示意性地示出。安装装置112可以例如包括用于使光学元件从房间的天花板悬吊下来的装置、用于将光学元件安装在房间内桌子的工作空间上方的装置、和/或用于将光学元件附接到房间内的墙壁的装置。

进一步参考图3，照明系统100包括外罩111，其可移动地布置在光学元件102上，以便于至少部分地包围光学元件102。在图3中，指示其中外罩111布置在光学元件102上的情况。当布置在光学元件102上时，外罩111被配置为阻止光到达光学元件102。

安装装置112和外罩111的每一个都是可选的。照明系统100可以包括安装装置112和外罩111中的任意一个或同时包括两者。

表示发光模块的方框101的尺寸和表示图3中的光学元件的方框102的尺寸都不按比例绘制。光学元件102可以显著小于发光模块101。

现在参考图4，示出包括在根据本发明的一个实施例的照明系统100中的发光模块101的示意性侧视图。

发光模块101包括多个光源108。

照明系统100包括准直元件109，其适于校准由发光模块101发射的光场。

所获得的光场可以是这样的，使得形成光场的光线中的每束光线具有与其他光线的方向性角度成小于45°或甚至小于10°的方向性角度。

理解的是，图4中所示的光源108的数量是根据一个示例的。原则上，包括在发光模块101中的光源108的数量可以是任意正整数。

照明系统100包括光学元件(图4中未示出)，例如一个这样光学元件已经在前面参考图3描述。

综上所述，公开一种照明系统。该照明系统包括适于发射具有预定义的方向统一性的光场的发光模块和光学元件，其中光学元件被布置成使得接收由发光模块发射的一部分光场，并被配置为基于所接收的光场输出经修改的光场。光学元件关于发光模块分隔地布置，并配置为修改输入到光学元件中的光场，使得从光学元件输出的光场具有关于由发光模块发射的光场变化的方向统一性。还公开一种适于包括在照明系统中的光学元件。

尽管在相关附图和前述说明书中已经说明和详细描述了本发明，但是这样的说明和描述认为是说明性的或例证性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。在实践要求的本发明的过程中，通过阅读附图、公开和所附权利要求，本领域的普通技术人员可以理解和实现公开的实施例的其他改变。在相互不同的从属权利要求中阐述的特定措施的仅有事实并不表明不可以有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任意参考标记不应当解释为限制保护范围。

Claims (13)

1.一种照明系统(100)，包括：

适于发射以下光场(103)的发光模块(101)，所述光场具有在光场的光线集合中的个体光线的预定义的方向统一性；和

光学元件(102)，其被布置以便于接收由所述发光模块发射的所述光场的一部分并被配置为基于所接收的光场输出经修改的光场(104)；

其中所述光学元件关于所述发光模块分隔地布置，并被配置为修改输入到所述光学元件中的光场，使得从所述光学元件输出的光场具有关于由所述发光模块发射的所述光场而在从所述光学元件输出的所述光场的光线集合中的个体光线方面有所变化的方向统一性；

其中所述发光模块包括多个光源，所述多个光源中的每个光源包括准直元件，所述准直元件适于准直由所述光源发射的光场，使得离开准直元件的光束呈现与光源的输出表面的法线成从6°到45°范围的预定角度。

2.根据权利要求1所述的照明系统，其中由所述发光模块发射的经由所述光学元件接收的所述光场的一部分小于由所述发光模块发射的所述光场的一半。

3.根据权利要求1或2所述的照明系统，其中所述光学元件被布置为使得可关于所述发光模块移动。

4.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述光学元件关于输入到所述光学元件中的所述光场的修改的能力和/或性能方面可配置。

5.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述发光模块适于发射具有方向统一性的光场，使得形成所述光场的光线的方向之间的角度差小于45°，或小于10°。

6.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述多个光源包括多个发光二极管LED。

7.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述发光模块包括一个或多个有机发光二极管OLED。

8.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述光学元件包括至少一个折射元件(105)。

9.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述光学元件包括波长选择元件(106)，其被配置为修改输入到所述光学元件中的光场，使得所述光场的光谱功率分布以预定义的方式关于波长衰减。

10.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，其中所述光学元件包括抗反射元件(107)。

11.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，进一步包括安装装置(112)，其适于将所述光学元件可释放地安装到位置以便于接收由所述发光模块发射的所述光场的一部分。

12.根据权利要求1到2中任意一个所述的照明系统，进一步包括外罩(111)，其可移动地布置在所述光学元件上从而至少部分地包围所述光学元件，所述外罩被配置为当所述外罩布置在光学元件上时阻止光到达所述光学元件。

13.一种适于包括在根据权利要求1到12中任意一个所述的照明系统(100)中的光学元件(102)，所述光学元件能够被布置成便于接收由包括在所述照明系统中的所述发光模块(101)发射的所述光场(103)的一部分，并基于所接收的光场输出经修改的光场。