專利名稱：具有重力控制的光束的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括用于產(chǎn)生光束的至少一個(gè)光源以及用于操縱光束的光學(xué)元件的照明系統(tǒng)，該照明系統(tǒng)被設(shè)置成使得光束的特性依賴于照明系統(tǒng)相對(duì)于重力場(chǎng)的取向。
背景技術(shù)：
這樣的照明系統(tǒng)例如可從美國(guó)專利US3860811中獲悉，在該專利文獻(xiàn)中公開了發(fā)射不同寬度的光束的閃光燈。閃光燈包括光源和用于折射來(lái)自光源的光的透鏡。透鏡室位于光源與透鏡之間并且與存儲(chǔ)室流體連通。當(dāng)閃光燈處于第一取向時(shí)，透鏡室填充有液體， 并且來(lái)自光源的光在離開閃光燈之前經(jīng)過液體和透鏡。當(dāng)閃光燈旋轉(zhuǎn)到第二取向時(shí)，重力將液體牽引出透鏡室進(jìn)入光路之外的存儲(chǔ)室。來(lái)自光源的光于是在離開閃光燈之前只需經(jīng)過空的透鏡室和透鏡。因此，光束的寬度和強(qiáng)度依賴于閃光燈的取向。US3860811的閃光燈的一個(gè)缺點(diǎn)是，必須制造透鏡室和存儲(chǔ)室并且向其填充液體， 使得它們完全密封，以便防止液體泄漏出去。甚至小的泄漏也可能由于液體的蒸發(fā)而降低產(chǎn)生的光的質(zhì)量。此外，透鏡室表面處的污染或小的突起都可能造成在所有液體都應(yīng)當(dāng)進(jìn)入存儲(chǔ)室時(shí)若干液滴繼續(xù)留在透鏡室中，這導(dǎo)致對(duì)于發(fā)射的光束的不希望的干擾。例如在編號(hào)W003/008858A1下公布的國(guó)際專利申請(qǐng)中公開了另一種獲得重力控制的光效的可能方式，該文獻(xiàn)公開了這樣的照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用三個(gè)傾斜開關(guān)以便檢測(cè)系統(tǒng)的取向。傾斜開關(guān)耦合到可編程邏輯電路。該可編程邏輯電路耦合到被設(shè)置用于根據(jù)檢測(cè)的照明系統(tǒng)取向產(chǎn)生不同的照明效果的發(fā)光裝置。該照明系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是，復(fù)雜的電子器件具有發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。此外，許多照明效果需要光學(xué)元件的移位。為了對(duì)這樣的移位進(jìn)行電子控制，需要附加的復(fù)雜且體積龐大的致動(dòng)器部件。發(fā)明目的
本發(fā)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(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的第一方面，這個(gè)目的是通過提供一種照明系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該照明系統(tǒng)包括至少一個(gè)光源和至少第一光學(xué)元件。所述至少一個(gè)光源被提供用于產(chǎn)生光束。所述第一光學(xué)元件被提供用于改變光束的光束特性。光源和第一光學(xué)元件被設(shè)置，從而該光源和/或第一光學(xué)元件可在重力場(chǎng)的影響下以這樣的方式運(yùn)動(dòng)，使得該光源和第一光學(xué)元件的相互位置依賴于照明系統(tǒng)相對(duì)于重力場(chǎng)的取向。來(lái)自照明系統(tǒng)的光束的諸如顏色、寬度和發(fā)散度之類的光束特性依賴于許多因素，例如產(chǎn)生的光束的發(fā)散度和寬度、光學(xué)元件的折射率以及光源和光學(xué)元件的相互位置。 如果照明系統(tǒng)相對(duì)于重力場(chǎng)的取向改變，那么光學(xué)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(xué)元件的相互位置的變化。結(jié)果，其中光學(xué)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徑行進(jìn)，并且可能在另一位置處或者在不同的角度下到達(dá)光學(xué)元件。如果重力改變光源和光學(xué)元件的相互位置，那么光束特性將相應(yīng)地改變。影響光源與光學(xué)元件之間的距離的重力場(chǎng)通常是地球的重力場(chǎng)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，照明系統(tǒng)進(jìn)一步包括第二光學(xué)元件，并且第一和第二光學(xué)元件包含在外殼內(nèi)。第二光學(xué)元件固定地附接到外殼并且第一光學(xué)元件被設(shè)置成在重力場(chǎng)的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運(yùn)動(dòng)。在一個(gè)取向下，自由運(yùn)動(dòng)的第一光學(xué)元件在固定的第二光學(xué)元件的方向上下降。 在另一個(gè)取向下，自由運(yùn)動(dòng)的第一光學(xué)元件在遠(yuǎn)離固定的第二光學(xué)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(yùn)動(dòng)的光學(xué)元件下降多遠(yuǎn)。在所述取向之一下，自由運(yùn)動(dòng)的第一光學(xué)元件的降落可以結(jié)束于它降落到第二光學(xué)元件的表面上之時(shí)。 這些光學(xué)元件可以例如是正透鏡、負(fù)透鏡、正微透鏡(lenslet)陣列或負(fù)微透鏡陣列或者拋物面反射器。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，正透鏡和負(fù)透鏡具有基本上相等的曲率半徑并且正透鏡和負(fù)透鏡被設(shè)置成使得它們?cè)诰嚯x最小時(shí)基本上配合在一起。在該最小距離下，將不存在這兩個(gè)透鏡的凈光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)使用正負(fù)微透鏡陣列時(shí)，可以獲得類似的效果， 其中正微透鏡陣列和負(fù)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(fù)微透鏡陣列被設(shè)置成使得它們?cè)诰嚯x最小時(shí)基本上配合在一起?？商鎿Q地，光學(xué)元件是反射鏡，其在一個(gè)取向下處于相對(duì)于光源光束的第一預(yù)定角位置，并且其在照明系統(tǒng)的另一個(gè)取向下改變?yōu)橄鄬?duì)于光束的第二預(yù)定角位置，從而改變從照明系統(tǒng)發(fā)出的光束的光束方向?？蛇x地，第二光學(xué)元件的表面包括透明彩色子部分，并且第一和第二光學(xué)元件被設(shè)置成使得當(dāng)所述距離具有預(yù)定值時(shí)，彩色子部分位于第一光學(xué)元件的焦點(diǎn)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(xué)元件折射并且透明彩色子部分處于預(yù)定距離處，那么該光學(xué)元件將把光束聚焦到透明彩色子部分上。結(jié)果，光束的顏色將轉(zhuǎn)換成透明彩色子部分的顏色。于是，第二光學(xué)元件或者另外的光學(xué)元件可以將該彩色光散布在照明系統(tǒng)的環(huán)境中。當(dāng)?shù)谝还鈱W(xué)元件與第二光學(xué)元件之間的距離改變時(shí)，透明彩色子部分離開焦點(diǎn)并且只有光束的小部分將被著色。對(duì)于該實(shí)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(xué)元件的表面區(qū)域的相對(duì)較小的部分。彩色子部分的尺寸優(yōu)選地剛好足夠在其位于第一光學(xué)元件的焦點(diǎn)中或者非?？拷摻裹c(diǎn)時(shí)對(duì)整個(gè)光束著色。當(dāng)彩色子部分離焦時(shí)，光束的顏色應(yīng)當(dāng)主要由第二光學(xué)元件的表面區(qū)域的大得多的其余部分確定。本發(fā)明的這些和其他方面根據(jù)以下描述的實(shí)施例是清楚明白的，并且將參照這些實(shí)施例進(jìn)行闡述。


在附圖中
圖1示出了依照本發(fā)明的照射地板的照明系統(tǒng)， 圖2示出了照射天花板的圖1的照明系統(tǒng)，圖3示出了圖1的照明系統(tǒng)的特寫，
圖4示出了圖2的照明系統(tǒng)的特寫，
圖5示出了能夠提供不同顏色的光的照明系統(tǒng)，
圖6示出了另一個(gè)取向下的圖5的照明系統(tǒng)，
圖7示出了能夠提供不同顏色的光的另一照明系統(tǒng)，
圖8示出了另一個(gè)取向下的圖7的照明系統(tǒng)，
圖9示出了具有拋物面反射器的依賴于重力的照明系統(tǒng)，
圖10示出了另一個(gè)取向下的圖9的依賴于重力的照明系統(tǒng)，以及
圖Ila和圖lib示出了具有活動(dòng)光源的依賴于重力的光系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式圖1示出了依照本發(fā)明的照射地板14的燈10。燈10包括外殼11和用于將外殼 11附接到例如壁16的保持器13。外殼11的取向使得來(lái)自燈10的光12向下朝著地板14 定向。光束12基本上是平行的并且不太寬，這得到適合于例如閱讀的相對(duì)較高強(qiáng)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(zhuǎn)外殼11或者包括保持器13的整個(gè)燈10而改變。作為該旋轉(zhuǎn)的結(jié)果并且在地球重力場(chǎng)的影響下，發(fā)射的光束12的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)改變。在該實(shí)例中，圖1的窄平行光束12改變?yōu)楦鼘挼陌l(fā)散光束。結(jié)果，光12照射更大的表面區(qū)域并且光的強(qiáng)度降低?？梢愿淖兊墓馐?2參數(shù)包括例如光束12的光束寬度、顏色或色溫、光強(qiáng)度或者發(fā)散度。在下文中，參照?qǐng)D3-8描述若干實(shí)施例以便展示讓重力控制一些光束12參數(shù)的可能方式。然而，應(yīng)當(dāng)指出的是，所描述的實(shí)施例僅僅是依照本發(fā)明的燈的實(shí)例，并且可以以落入本發(fā)明范圍內(nèi)的可替換方式使得這些和其他光束參數(shù)依賴于重力。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(xué)元件22、23以及阻擋元件M。光源21可以例如是LED陣列或者鹵素?zé)?。由于外?1的取向的原因，光12向下定向。在光12離開外殼11之前，它經(jīng)過兩個(gè)光學(xué)元件22、23。第一光學(xué)元件是使到來(lái)的光束12會(huì)聚的正微透鏡陣列22。第二光學(xué)元件是使來(lái)自正微透鏡陣列 22的光12發(fā)散的負(fù)微透鏡陣列23。在該實(shí)施例中，正微透鏡陣列22被設(shè)置成使得它可以通過外殼11向上或向下運(yùn)動(dòng)。負(fù)微透鏡陣列固定地附接到外殼。當(dāng)外殼11處于光12照射地板的該取向下時(shí)，正微透鏡陣列22朝著負(fù)微透鏡陣列23被向下牽引。如果兩個(gè)陣列 22,23的曲率半徑和間距相等，那么這些陣列很好地配合在一起，并且這兩個(gè)光學(xué)元件22、 23的組合將對(duì)于來(lái)自光源21的光束12沒有凈折射效果。如果光源21提供平行光束，那么離開外殼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(shí)上，這是在另一個(gè)取向下的如圖3中所示的相同的燈10。光12現(xiàn)在定向到天花板15處。由于重力的原因，正微透鏡陣列22被向下牽引，直到其運(yùn)動(dòng)被外殼11中的兩個(gè)阻擋部件M阻擋，并且該正微透鏡陣列占據(jù)預(yù)定位置。當(dāng)然，也可以以不同的方式停止正微透鏡陣列22的運(yùn)動(dòng)。例如，外殼11的內(nèi)徑可以使得微透鏡陣列22不能運(yùn)動(dòng)到預(yù)定位置之外?？商鎿Q地，微透鏡陣列22的運(yùn)動(dòng)由光源21阻擋。應(yīng)當(dāng)指出的是，在所述兩個(gè)取向下，光經(jīng)過相同的光學(xué)元件。光源與光學(xué)元件之間的變化的距離確定了取向?qū)τ诠馐挠绊?。在新位置中，正微透鏡陣列22具有到負(fù)微透鏡陣列23的增大的距離。與圖3不同的是，來(lái)自光源21的光12不會(huì)經(jīng)過光學(xué)元件而不被折射。光12現(xiàn)在首先被正微透鏡陣列折射和發(fā)散。在該實(shí)例中，光源21提供平行光束并且該微透鏡陣列中的每個(gè)微透鏡在焦平面41中創(chuàng)建聚焦的光斑。在焦平面41之后，光12發(fā)散，到達(dá)負(fù)微透鏡陣列23并且被折射為甚至更加發(fā)散的光束12，該光束非常適合于照射天花板15的更大的部分。應(yīng)當(dāng)指出的是，當(dāng)使用正透鏡和負(fù)透鏡代替正負(fù)微透鏡陣列時(shí)，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(gè)重要的區(qū)別。第一區(qū)別是，先前實(shí)施例的負(fù)微透鏡陣列23被透明元件51代替。透明元件51不折射來(lái)自正微透鏡陣列的光12。光12由正微透鏡陣列23會(huì)聚，經(jīng)過透明元件并且在燈50之外的焦平面41中產(chǎn)生光斑。光12從這些光斑發(fā)散以形成用于照射燈50之下的表面的發(fā)散光12管束(bundle)。與先前實(shí)施例的第二區(qū)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?qǐng)D6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(dāng)燈50 處于圖5所示的取向下時(shí)，小色斑52對(duì)于燈50發(fā)射的光12的總體顏色的影響可以忽略。圖6示出了另一個(gè)取向下的圖5的燈50。像在圖4中那樣，正微透鏡陣列23下降并且?？吭谧钃踉﨧的頂部。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(chǎn)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(chǎn)生聚焦的光斑。色斑52在正微透鏡陣列23產(chǎn)生光斑所在的位置處設(shè)置在透明元件51上或透明元件51中。結(jié)果，離開燈50的大部分光12經(jīng)過色斑 52。因此，來(lái)自燈50的發(fā)散光12呈現(xiàn)色斑52的顏色并且具有與圖5中所示的取向下的燈 50發(fā)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(shí)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(fù)微透鏡陣列71的組合。在負(fù)微透鏡陣列71中的每個(gè)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(diǎn)。在圖7中，示出燈處于這樣的取向下，其導(dǎo)致離開燈70并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(gè)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的依賴于重力的照明系統(tǒng)90。照明系統(tǒng)90包括具有活動(dòng)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(diǎn)93。在該實(shí)施例中，光源91固定地附接到外殼95并且反射器92被設(shè)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(yùn)動(dòng)。在圖9所示的取向下，反射器92?？吭谕鈿?5的底部并且光源91置于反射器92的焦點(diǎn)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(gè)取向下的圖9的依賴于重力的燈90。燈90相對(duì)于圖9中所示的取向上下倒置。反射器92現(xiàn)在?？吭谧钃踉?4上。結(jié)果，光12不再來(lái)自反射器92的焦點(diǎn)93并且不再平行。應(yīng)當(dāng)指出的是，技術(shù)人員可以容易地修改該實(shí)施例，使得燈95在向下照射時(shí)將發(fā)射平行光管束12并且在照射天花板時(shí)將發(fā)射發(fā)散管束。這可以例如通過將光源91定位成使得它在圖10的取向下處于焦點(diǎn)93中而實(shí)現(xiàn)。像在圖5-8中那樣，施加到或者集成到反射器92表面內(nèi)的彩色元件可以影響發(fā)射的光12的顏色。該影響對(duì)于平行光管束與對(duì)于發(fā)散光管束是不同的。圖Ila和圖lib示出了具有活動(dòng)光源97的依賴于重力的光系統(tǒng)110。照明系統(tǒng) 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(diǎn)93。在圖Ila所示的取向下，光源97置于反射器92的焦點(diǎn)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(gè)取向下的圖Ila的依賴于重力的燈110。燈110相對(duì)于圖Ila中所示的取向上下倒置。光源97現(xiàn)在?？吭谧钃踉?6上。結(jié)果，光12不再來(lái)自反射器92的焦點(diǎn)93并且不再平行。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述實(shí)施例說明了而不是限制了本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離所附權(quán)利要求書的范圍的情況下應(yīng)當(dāng)能夠設(shè)計(jì)出許多可替換的實(shí)施例。在權(quán)利要求書中，置于括號(hào)之間的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)被視為限制了權(quán)利要求。動(dòng)詞“包括”及其變體的使用并沒有排除存在權(quán)利要求中未記載的元件或步驟。元件之前的冠詞“一”并沒有排除存在多個(gè)這樣的元件。本發(fā)明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于經(jīng)過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在列舉了若干裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，這些裝置中的一些可以由同一硬件項(xiàng)實(shí)施。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載了特定的技術(shù)措施這一事實(shí)并不意味著這些技術(shù)措施的組合不可以加以利用。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)(10，50，70，90，110)，包括-至少一個(gè)光源(21，91，97)，其用于產(chǎn)生光束(12)，以及-至少第一光學(xué)元件(22，92)，其用于改變光束(12)的光束特性，光源(21，91，97)和第一光學(xué)元件(22，92)被設(shè)置，從而該光源(21，91，97)和/或第一光學(xué)元件(22，92)可在重力場(chǎng)的影響下以這樣的方式運(yùn)動(dòng)，使得該光源(21，91)和第一光學(xué)元件(22，92)的相互位置依賴于照明系統(tǒng)(10，50，70，90，110)相對(duì)于重力場(chǎng)的取向。
2.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(10，50，70)，進(jìn)一步包括第二光學(xué)元件(23，51，71)， 其中第一和第二光學(xué)元件包含在外殼(11)內(nèi)，第二光學(xué)元件(23，51，71)固定地附接到外殼(11)并且第一光學(xué)元件(22)被設(shè)置成在重力場(chǎng)的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)，其中第一光學(xué)元件是正透鏡并且第二光學(xué)元件是負(fù)透鏡。
4.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)(10，70)，其中第一光學(xué)元件是正微透鏡陣列(22)并且第二光學(xué)元件是負(fù)微透鏡陣列(23，71)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的照明系統(tǒng)(10，70)，其中第一光學(xué)元件(22)位于光源(21) 與第二光學(xué)元件(23，71)之間。
6.如權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其中正透鏡和負(fù)透鏡具有基本上相等的曲率半徑并且其中正透鏡和負(fù)透鏡被設(shè)置成使得它們?cè)诰嚯x最小時(shí)基本上配合在一起。
7.如權(quán)利要求4所述的照明系統(tǒng)(10，70)，其中正微透鏡陣列(22)和負(fù)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，并且其中正微透鏡陣列(22)和負(fù)微透鏡陣列(23，71)被設(shè)置成使得它們?cè)诰嚯x最小時(shí)基本上配合在一起。
8.如權(quán)利要求2所述的照明系統(tǒng)(50，70)，其中第二光學(xué)元件(51，71)的表面包括透明彩色子部分(52，72)，并且其中第一和第二光學(xué)元件被設(shè)置成使得當(dāng)光源與第一光學(xué)元件之間的距離具有預(yù)定值時(shí)，彩色子部分(52，72)位于第一光學(xué)元件(22)的焦點(diǎn)中。
9.如權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)(50，70)，其中彩色子部分(52，72)包括磷光材料。
10.如權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)(90，110)，其中第一光學(xué)元件是拋物面反射器(92)。
11.如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)(90)，其中拋物面反射器(92)和光源(91)包含在外殼(95)內(nèi)，光源(91)固定地附接到外殼(95)，拋物面反射器(92)被設(shè)置成在重力場(chǎng)的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求10所述的照明系統(tǒng)(110)，其中拋物面反射器(92)和光源(97)包含在外殼(95)內(nèi)，拋物面反射器(92)固定地附接到外殼(95)，光源(97)被設(shè)置成在重力場(chǎng)的影響下在第一位置與第二位置之間自由地運(yùn)動(dòng)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的照明系統(tǒng)(90，110)，其中在第一或第二位置中，光源位于拋物面反射器(92)的焦點(diǎn)(93)中。
全文摘要
提供了一種照明系統(tǒng)(10，50，70，90)，其包括至少一個(gè)光源(21，91)和至少第一光學(xué)元件(22，92)。光源(21，91)產(chǎn)生光束(12)并且第一光學(xué)元件(22，92)折射光束(12)。光源(21，91)和第一光學(xué)元件(22，92)被設(shè)置，從而該光源(21，91)和/或第一光學(xué)元件(22，92)可在重力場(chǎng)的影響下以這樣的方式運(yùn)動(dòng)，使得該光源(21，91)與第一光學(xué)元件(22，92)之間的距離依賴于照明系統(tǒng)(10，50，70，90)相對(duì)于重力場(chǎng)的取向。
文檔編號(hào)F21V17/02GK102575833SQ201080041629
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月17日
發(fā)明者M.C.J.M.維森伯格, O.H.威廉森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司