具有重力控制的光束的照明系統的製作方法

2023-06-01 13:41:41

專利名稱：具有重力控制的光束的照明系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括用於產生光束的至少一個光源以及用於操縱光束的光學元件的照明系統，該照明系統被設置成使得光束的特性依賴於照明系統相對於重力場的取向。
背景技術：
這樣的照明系統例如可從美國專利US3860811中獲悉，在該專利文獻中公開了發射不同寬度的光束的閃光燈。閃光燈包括光源和用於折射來自光源的光的透鏡。透鏡室位於光源與透鏡之間並且與存儲室流體連通。當閃光燈處於第一取向時，透鏡室填充有液體， 並且來自光源的光在離開閃光燈之前經過液體和透鏡。當閃光燈旋轉到第二取向時，重力將液體牽引出透鏡室進入光路之外的存儲室。來自光源的光於是在離開閃光燈之前只需經過空的透鏡室和透鏡。因此，光束的寬度和強度依賴於閃光燈的取向。US3860811的閃光燈的一個缺點是，必須製造透鏡室和存儲室並且向其填充液體， 使得它們完全密封，以便防止液體洩漏出去。甚至小的洩漏也可能由於液體的蒸發而降低產生的光的質量。此外，透鏡室表面處的汙染或小的突起都可能造成在所有液體都應當進入存儲室時若干液滴繼續留在透鏡室中，這導致對於發射的光束的不希望的幹擾。例如在編號W003/008858A1下公布的國際專利申請中公開了另一種獲得重力控制的光效的可能方式，該文獻公開了這樣的照明系統，該系統使用三個傾斜開關以便檢測系統的取向。傾斜開關耦合到可編程邏輯電路。該可編程邏輯電路耦合到被設置用於根據檢測的照明系統取向產生不同的照明效果的發光裝置。該照明系統的一個缺點是，複雜的電子器件具有發生故障的風險。此外，許多照明效果需要光學元件的移位。為了對這樣的移位進行電子控制，需要附加的複雜且體積龐大的致動器部件。發明目的
本發明的目的是提供一種沒有上述問題的重力控制的照明系統。

發明內容
依照本發明的第一方面，這個目的是通過提供一種照明系統來實現的，該照明系統包括至少一個光源和至少第一光學元件。所述至少一個光源被提供用於產生光束。所述第一光學元件被提供用於改變光束的光束特性。光源和第一光學元件被設置，從而該光源和/或第一光學元件可在重力場的影響下以這樣的方式運動，使得該光源和第一光學元件的相互位置依賴於照明系統相對於重力場的取向。來自照明系統的光束的諸如顏色、寬度和發散度之類的光束特性依賴於許多因素，例如產生的光束的發散度和寬度、光學元件的折射率以及光源和光學元件的相互位置。 如果照明系統相對於重力場的取向改變，那麼光學元件或光源的重量將造成所述元件的移位以及光源和光學元件的相互位置的變化。結果，其中光學元件影響光束的方式改變。光束中的一些或所有光線可能沿著與之前不同的路逕行進，並且可能在另一位置處或者在不同的角度下到達光學元件。如果重力改變光源和光學元件的相互位置，那麼光束特性將相應地改變。影響光源與光學元件之間的距離的重力場通常是地球的重力場。在一個優選的實施例中，照明系統進一步包括第二光學元件，並且第一和第二光學元件包含在外殼內。第二光學元件固定地附接到外殼並且第一光學元件被設置成在重力場的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運動。在一個取向下，自由運動的第一光學元件在固定的第二光學元件的方向上下降。 在另一個取向下，自由運動的第一光學元件在遠離固定的第二光學元件的方向上下降。外殼或者附接到外殼的阻擋元件的形狀可以確定允許自由運動的光學元件下降多遠。在所述取向之一下，自由運動的第一光學元件的降落可以結束於它降落到第二光學元件的表面上之時。 這些光學元件可以例如是正透鏡、負透鏡、正微透鏡(lenslet)陣列或負微透鏡陣列或者拋物面反射器。在一個優選的實施例中，正透鏡和負透鏡具有基本上相等的曲率半徑並且正透鏡和負透鏡被設置成使得它們在距離最小時基本上配合在一起。在該最小距離下，將不存在這兩個透鏡的淨光學效應。當使用正負微透鏡陣列時，可以獲得類似的效果， 其中正微透鏡陣列和負微透鏡陣列具有基本上相等的曲率半徑和基本上相等的間距，其中正微透鏡陣列和負微透鏡陣列被設置成使得它們在距離最小時基本上配合在一起。可替換地，光學元件是反射鏡，其在一個取向下處於相對於光源光束的第一預定角位置，並且其在照明系統的另一個取向下改變為相對於光束的第二預定角位置，從而改變從照明系統發出的光束的光束方向。可選地，第二光學元件的表面包括透明彩色子部分，並且第一和第二光學元件被設置成使得當所述距離具有預定值時，彩色子部分位於第一光學元件的焦點中。該透明彩色子部分可以包括磷光材料。如果平行光束被第一光學元件折射並且透明彩色子部分處於預定距離處，那麼該光學元件將把光束聚焦到透明彩色子部分上。結果，光束的顏色將轉換成透明彩色子部分的顏色。於是，第二光學元件或者另外的光學元件可以將該彩色光散布在照明系統的環境中。當第一光學元件與第二光學元件之間的距離改變時，透明彩色子部分離開焦點並且只有光束的小部分將被著色。對於該實施例而言，重要的是，該不同彩色的子部分僅僅覆蓋第二光學元件的表面區域的相對較小的部分。彩色子部分的尺寸優選地剛好足夠在其位於第一光學元件的焦點中或者非常靠近該焦點時對整個光束著色。當彩色子部分離焦時，光束的顏色應當主要由第二光學元件的表面區域的大得多的其餘部分確定。本發明的這些和其他方面根據以下描述的實施例是清楚明白的，並且將參照這些實施例進行闡述。


在附圖中
圖1示出了依照本發明的照射地板的照明系統， 圖2示出了照射天花板的圖1的照明系統，圖3示出了圖1的照明系統的特寫，
圖4示出了圖2的照明系統的特寫，
圖5示出了能夠提供不同顏色的光的照明系統，
圖6示出了另一個取向下的圖5的照明系統，
圖7示出了能夠提供不同顏色的光的另一照明系統，
圖8示出了另一個取向下的圖7的照明系統，
圖9示出了具有拋物面反射器的依賴於重力的照明系統，
圖10示出了另一個取向下的圖9的依賴於重力的照明系統，以及
圖Ila和圖lib示出了具有活動光源的依賴於重力的光系統。
具體實施例方式圖1示出了依照本發明的照射地板14的燈10。燈10包括外殼11和用於將外殼 11附接到例如壁16的保持器13。外殼11的取向使得來自燈10的光12向下朝著地板14 定向。光束12基本上是平行的並且不太寬，這得到適合於例如閱讀的相對較高強度的光照。圖2示出了圖1的照射天花板15的燈10。外殼11的取向可以通過例如旋轉外殼11或者包括保持器13的整個燈10而改變。作為該旋轉的結果並且在地球重力場的影響下，發射的光束12的一個或多個參數改變。在該實例中，圖1的窄平行光束12改變為更寬的發散光束。結果，光12照射更大的表面區域並且光的強度降低。可以改變的光束12參數包括例如光束12的光束寬度、顏色或色溫、光強度或者發散度。在下文中，參照圖3-8描述若干實施例以便展示讓重力控制一些光束12參數的可能方式。然而，應當指出的是，所描述的實施例僅僅是依照本發明的燈的實例，並且可以以落入本發明範圍內的可替換方式使得這些和其他光束參數依賴於重力。圖3示出了圖1的燈10的特寫。在該特寫中，可以看出外殼11包括光源21，光學元件22、23以及阻擋元件M。光源21可以例如是LED陣列或者滷素燈。由於外殼11的取向的原因，光12向下定向。在光12離開外殼11之前，它經過兩個光學元件22、23。第一光學元件是使到來的光束12會聚的正微透鏡陣列22。第二光學元件是使來自正微透鏡陣列 22的光12發散的負微透鏡陣列23。在該實施例中，正微透鏡陣列22被設置成使得它可以通過外殼11向上或向下運動。負微透鏡陣列固定地附接到外殼。當外殼11處於光12照射地板的該取向下時，正微透鏡陣列22朝著負微透鏡陣列23被向下牽引。如果兩個陣列 22,23的曲率半徑和間距相等，那麼這些陣列很好地配合在一起，並且這兩個光學元件22、 23的組合將對於來自光源21的光束12沒有淨折射效果。如果光源21提供平行光束，那麼離開外殼U的光束12也將是平行的。圖4也示出了圖2的燈10的特寫。事實上，這是在另一個取向下的如圖3中所示的相同的燈10。光12現在定向到天花板15處。由於重力的原因，正微透鏡陣列22被向下牽引，直到其運動被外殼11中的兩個阻擋部件M阻擋，並且該正微透鏡陣列佔據預定位置。當然，也可以以不同的方式停止正微透鏡陣列22的運動。例如，外殼11的內徑可以使得微透鏡陣列22不能運動到預定位置之外。可替換地，微透鏡陣列22的運動由光源21阻擋。應當指出的是，在所述兩個取向下，光經過相同的光學元件。光源與光學元件之間的變化的距離確定了取向對於光束的影響。在新位置中，正微透鏡陣列22具有到負微透鏡陣列23的增大的距離。與圖3不同的是，來自光源21的光12不會經過光學元件而不被折射。光12現在首先被正微透鏡陣列折射和發散。在該實例中，光源21提供平行光束並且該微透鏡陣列中的每個微透鏡在焦平面41中創建聚焦的光斑。在焦平面41之後，光12發散，到達負微透鏡陣列23並且被折射為甚至更加發散的光束12，該光束非常適合於照射天花板15的更大的部分。應當指出的是，當使用正透鏡和負透鏡代替正負微透鏡陣列時，可以獲得類似的效果。圖5示出了能夠提供不同顏色的光12的燈50。原則上，該燈50以與圖3和圖4 的燈相同的方式工作。然而，存在兩個重要的區別。第一區別是，先前實施例的負微透鏡陣列23被透明元件51代替。透明元件51不折射來自正微透鏡陣列的光12。光12由正微透鏡陣列23會聚，經過透明元件並且在燈50之外的焦平面41中產生光斑。光12從這些光斑發散以形成用於照射燈50之下的表面的發散光12管束(bundle)。與先前實施例的第二區別是，透明元件51包括兩種不同顏色的透明材料。透明元件51的大部分具有第一顏色。透明元件的小部分(例如5%或1%)具有第二顏色。下文中將參照圖6討論不同色斑52的位置。色斑52可以集成到或者施加到透明元件51。當燈50 處於圖5所示的取向下時，小色斑52對於燈50發射的光12的總體顏色的影響可以忽略。圖6示出了另一個取向下的圖5的燈50。像在圖4中那樣，正微透鏡陣列23下降並且停靠在阻擋元件M的頂部。在該燈50中，阻擋元件被放置成使得正微透鏡陣列23 的焦平面與透明元件51重合。如果光源21產生基本上平行的光束12，那么正微透鏡陣列 23在透明元件51的平面中產生聚焦的光斑。色斑52在正微透鏡陣列23產生光斑所在的位置處設置在透明元件51上或透明元件51中。結果，離開燈50的大部分光12經過色斑 52。因此，來自燈50的發散光12呈現色斑52的顏色並且具有與圖5中所示的取向下的燈 50發射的光不同的顏色。圖7示出了能夠提供不同顏色的光的另外的燈70。事實上，該燈70是圖3和圖5 的燈10、50的組合。像圖3的燈10那樣，該燈70使用具有基本上相等的曲率半徑和基本上相等的間距的正微透鏡陣列22和負微透鏡陣列71的組合。在負微透鏡陣列71中的每個微透鏡的表面上，施加了色斑72。色斑72可以例如是沉積的磷光或其他種類的材料的散射點。在圖7中，示出燈處於這樣的取向下，其導致離開燈70並且具有由微透鏡陣列22、 71的顏色確定的顏色的光束12。圖8示出了另一個取向下的圖7的燈，其中離開燈70的光12附加地通過色斑72著色。圖9示出了具有拋物面反射器92的依賴於重力的照明系統90。照明系統90包括具有活動拋物面反射器92的外殼95，該反射器具有與光源91重合的焦點93。在該實施例中，光源91固定地附接到外殼95並且反射器92被設置成在重力的影響下在燈外殼95 與阻擋元件94之間自由運動。在圖9所示的取向下，反射器92停靠在外殼95的底部並且光源91置於反射器92的焦點93中，基本上平行的光12管束將離開燈90。圖10示出了另一個取向下的圖9的依賴於重力的燈90。燈90相對於圖9中所示的取向上下倒置。反射器92現在停靠在阻擋元件94上。結果，光12不再來自反射器92的焦點93並且不再平行。應當指出的是，技術人員可以容易地修改該實施例，使得燈95在向下照射時將發射平行光管束12並且在照射天花板時將發射發散管束。這可以例如通過將光源91定位成使得它在圖10的取向下處於焦點93中而實現。像在圖5-8中那樣，施加到或者集成到反射器92表面內的彩色元件可以影響發射的光12的顏色。該影響對於平行光管束與對於發散光管束是不同的。圖Ila和圖lib示出了具有活動光源97的依賴於重力的光系統110。照明系統 110包括具有固定地附接的拋物面反射器92的外殼95，該反射器具有與光源97重合的焦點93。在圖Ila所示的取向下，光源97置於反射器92的焦點93中，基本上平行的光12管束將離開燈110。圖lib示出了另一個取向下的圖Ila的依賴於重力的燈110。燈110相對於圖Ila中所示的取向上下倒置。光源97現在停靠在阻擋元件96上。結果，光12不再來自反射器92的焦點93並且不再平行。應當指出的是，上述實施例說明了而不是限制了本發明，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求書的範圍的情況下應當能夠設計出許多可替換的實施例。在權利要求書中，置於括號之間的任何附圖標記都不應當被視為限制了權利要求。動詞「包括」及其變體的使用並沒有排除存在權利要求中未記載的元件或步驟。元件之前的冠詞「一」並沒有排除存在多個這樣的元件。本發明可以藉助於包括若干不同元件的硬體以及藉助於經過適當編程的計算機來實現。在列舉了若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的一些可以由同一硬體項實施。在相互不同的從屬權利要求中記載了特定的技術措施這一事實並不意味著這些技術措施的組合不可以加以利用。
權利要求
1.一種照明系統(10，50，70，90，110)，包括-至少一個光源(21，91，97)，其用於產生光束(12)，以及-至少第一光學元件(22，92)，其用於改變光束(12)的光束特性，光源(21，91，97)和第一光學元件(22，92)被設置，從而該光源(21，91，97)和/或第一光學元件(22，92)可在重力場的影響下以這樣的方式運動，使得該光源(21，91)和第一光學元件(22，92)的相互位置依賴於照明系統(10，50，70，90，110)相對於重力場的取向。
2.如權利要求1所述的照明系統(10，50，70)，進一步包括第二光學元件(23，51，71)， 其中第一和第二光學元件包含在外殼(11)內，第二光學元件(23，51，71)固定地附接到外殼(11)並且第一光學元件(22)被設置成在重力場的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運動。
3.如權利要求2所述的照明系統，其中第一光學元件是正透鏡並且第二光學元件是負透鏡。
4.如權利要求2所述的照明系統(10，70)，其中第一光學元件是正微透鏡陣列(22)並且第二光學元件是負微透鏡陣列(23，71)。
5.如權利要求3或4所述的照明系統(10，70)，其中第一光學元件(22)位於光源(21) 與第二光學元件(23，71)之間。
6.如權利要求3所述的照明系統，其中正透鏡和負透鏡具有基本上相等的曲率半徑並且其中正透鏡和負透鏡被設置成使得它們在距離最小時基本上配合在一起。
7.如權利要求4所述的照明系統(10，70)，其中正微透鏡陣列(22)和負微透鏡陣列 (23，71)具有基本上相等的曲率半徑和基本上相等的間距，並且其中正微透鏡陣列(22)和負微透鏡陣列(23，71)被設置成使得它們在距離最小時基本上配合在一起。
8.如權利要求2所述的照明系統(50，70)，其中第二光學元件(51，71)的表面包括透明彩色子部分(52，72)，並且其中第一和第二光學元件被設置成使得當光源與第一光學元件之間的距離具有預定值時，彩色子部分(52，72)位於第一光學元件(22)的焦點中。
9.如權利要求8所述的照明系統(50，70)，其中彩色子部分(52，72)包括磷光材料。
10.如權利要求1所述的照明系統(90，110)，其中第一光學元件是拋物面反射器(92)。
11.如權利要求10所述的照明系統(90)，其中拋物面反射器(92)和光源(91)包含在外殼(95)內，光源(91)固定地附接到外殼(95)，拋物面反射器(92)被設置成在重力場的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運動。
12.如權利要求10所述的照明系統(110)，其中拋物面反射器(92)和光源(97)包含在外殼(95)內，拋物面反射器(92)固定地附接到外殼(95)，光源(97)被設置成在重力場的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運動。
13.如權利要求11或12所述的照明系統(90，110)，其中在第一或第二位置中，光源位於拋物面反射器(92)的焦點(93)中。
全文摘要
提供了一種照明系統(10，50，70，90)，其包括至少一個光源(21，91)和至少第一光學元件(22，92)。光源(21，91)產生光束(12)並且第一光學元件(22，92)折射光束(12)。光源(21，91)和第一光學元件(22，92)被設置，從而該光源(21，91)和/或第一光學元件(22，92)可在重力場的影響下以這樣的方式運動，使得該光源(21，91)與第一光學元件(22，92)之間的距離依賴於照明系統(10，50，70，90)相對於重力場的取向。
文檔編號F21V17/02GK102575833SQ201080041629
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月7日 優先權日2009年9月17日
發明者M.C.J.M.維森伯格, O.H.威廉森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司