倾斜取向的照明装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种被布置成照亮表面的照明装置，包括：-发射光线的光源；-反射性设备，包括：主反射性构件（50），其被布置成根据初级光束对光线重定向，以用于照亮表面的主区域（27），所述光线关于所述表面倾斜取向，主区域（27）的边缘（11）因此定义了具有顶点（29）的曲线（7），并且不与所述曲线交叉且从所述顶点分离开确定距离的参考线（60）被定义；次级反射性凹形元件（40），其关于所述主反射性构件设计和布置，以便根据相应次级光束照亮位于所述曲线与所述参考线之间的相应次级区域（33，331，35，351，36，361）。本发明还涉及一种光学附件。
【专利说明】倾斜取向的照明装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种被布置成照亮表面的照明装置，该照明装置包括:
-光源；
-反射器，其被设计并取向成对光线重定向以用于照亮表面的主区域，使得光线关于表面倾斜取向。
[0002]这样的倾斜取向的照明装置可以用作嵌顶灯(downlight)，例如作为洗墙灯(wallwasher),即要被照亮的表面是墙壁。
【背景技术】
[0003]所述已知反射器是抛物线形的、半球形的、锥形的，并且被倾斜地且接近于(要被照亮的)表面放置，以便避免光路上的任何干扰且不太笨重。
[0004]由于光线的倾斜取向，来自照明装置的光线与要被照亮的表面的交会在表面的底部处给出了比在其顶部部分处更大的被照亮的表面(如果照明装置被定位成接近于表面的顶部部分):所述被照亮的表面的顶部部分的边缘定义了具有顶点的曲线，该曲线对应于照明装置的边缘的光截止。
[0005]这种非均匀的照明可能不是合期望的，特别是如果在表面的所述顶部部分处需要照亮大元件(例如在墙壁表面上的架子)时。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是增加要照亮的表面上的照明的均匀性。
[0007]本发明的另一目的是增加对应于光截止的被照亮的部分内的照明的均匀性，特别地是为了在被照亮的与未被照亮的区域之间具有较大或较平滑的分离。
[0008]本发明的另一目的是获得在光截止处具有较平坦形状(即，较不弯曲的形状)的被照亮的主区域，而同时维持倾斜取向的反射器。
[0009]本发明试图通过提出根据权利要求1的照明装置来实现这些目的。
[0010]应注意，权利要求1中所提及的“距离”可以为零或更大。
[0011]本发明提出适配反射器本身或者为其添加附件，以根据次级光束对来自源的光的部分重取向，所述次级光束专门用来增加接近于所述曲线的表面的照明。
[0012]换言之，本发明允许经由次级区域或光斑来增加邻近于主区域的弯曲边缘但由预定线限制的区的照明。
[0013]特别地，位于所述顶点附近的被照亮的部分通过邻近于所述曲线并且由次级光束引起的次级光区域或斑的存在而被扩大，并且如果所述参考线是直的，则该曲线因此被补偿(offset)和/或平坦化。
[0014]特别地，可以获得较方的被照亮的表面。
[0015]此外，这些次级光束允许完全照亮表面的一部分，该部分在没有这些次级光束的情况下可能会被位于所述主区域外部并且邻近于所述曲线的弯曲光晕(即，具有明显低于所述主区域光强的光强并且对应于光截止效应)照亮。该光晕是不合期望的光照效果，因为它未在被照亮的与未被照亮的表面之间给出清楚且齐整的分离。发明允许从表面移除或减少光晕，并且因此提高照明装置所提供的照明的质量。
[0016]本发明因此给出了较好的光照效果和较高效的光能使用。
[0017]可选地，照明装置是根据权利要求2的。
[0018]因此本发明允许获得所述主区域的平坦化的、较方的和/或较宽的边缘，从而允许在表面上照亮主区域的边界处的一些较大面积，以给出较好的光照效果和较高效的光使用。
[0019]可选地，照明装置是根据权利要求3的。
[0020]该对称布置允许经由次级光束获得限定在所述曲线与所述参考线之间的区的关于所述平面对称的照明。如果主区域也关于所述平面对称，则该选项是特别有用的，因为最终得到的被照亮的表面因此保持对称。
[0021]可选地，照明装置是根据权利要求4的。
[0022]反射性元件因此可以被一体化地制造成一件式。
[0023]此外，扇形体的邻接可以是有用的，以产生一些次级光束的边缘的重叠，使得限定在所述曲线与所述参考线之间的区的最终照明更加均匀。
[0024]可选地，照明装置是根据权利要求5的。
[0025]可以选择该函数的方程和次级反射性元件上的高度(level)(该“切割”函数在该处被应用)，以便或多或少地增大次级光束的宽度，并且因此增大要被照亮的对应次级区域的尺寸以及它们在表面上的相应定位。特别地，该切割函数可以允许将光通量分布在要照亮的表面的底部或顶部部分上。函数也易于在照明装置的设计和生产阶段中实现。
[0026]可选地，照明装置是根据权利要求6的。
[0027]该配置优化了次级光束的光的使用和引导，并且防止了向光源的背反射。
[0028]在其中一个反射性元件是反射性凹椭球形扇形体的特定情形中(如权利要求8中所陈述的那样)，该椭球体的第一焦点和第二焦点二者优选地位于副轴上。特别地，可能有意义的是使第一焦点位于光源处，并且将那些椭球形区段中的多个可旋转地部署在光源(即第一焦点)周围以便将次级射束从光源直接引导到要被照亮的次级区域。
[0029]可选地，照明装置是根据权利要求7的。
[0030]椭球体接近于光束的形状，并且因此将尽可能多地避免向光源的背光反射。
[0031]此外，椭球体是易于设计参数的特定二次形状。
[0032]尽管如此，本领域技术人员可以基于例如用于特定初级反射器的光学计算或建模，通过使用众所周知的设计方法来设计次级反射性元件的其它类型的形状，以便获得照亮在所述曲线与所述参考线之间延伸的区的所述次级光束。本领域技术人员可以例如基于圆柱体、锥体或n阶多项式来设计次级元件的其它形状。
[0033]可选地，照明装置是根据权利要求9的。
[0034]该对称布置允许经由次级光束获得限定在所述曲线与所述参考线之间的区的关于所述平面对称的照明。如果主区域也关于所述平面对称，则该选项是特别有用的，因为最终得到的被照亮的表面因此保持对称。
[0035]在椭球体的数量是奇数的情形中，次级反射性元件包括中央椭球体(对称平面经过该中央椭球体的中心)和对称地位于中央椭球体的两侧的横向椭球体。
[0036]在椭球体的数量是偶数的情形中，次级反射性元件是对称地位于平面的两侧的横向椭球体。
[0037]在这两种情形中，取决于所要求的照明质量的程度来适配椭球体的数量，或者更一般地，适配次级反射性元件的数量。通常，椭球体的数量越多，所述曲线与所述参考线之间的区就越均一地被照亮，其光强接近于主区域的光强并且被照亮的与未被照亮的表面之间的分离平滑化或齐整。所以，本领域技术人员将尝试找到在次级反射性元件的复杂性(和成本)与得到的照明质量之间的折衷。
[0038]可选地，照明装置是根据权利要求10的。
[0039]该实施例允许将次级反射性元件制造为附件，并且独立于主反射性构件，这可以给出该附件的设计中的更多灵活性。
[0040]另外，若干不同附件可以随相同的主反射性构件一起使用，从而给出可能的不同照明效果。可以想象用具有第二光学配置的第二附件来取代具有第一光学配置的第一附件，并且因此改变照明效果，而同时维持相同的照明装置，并且不必置换或再调整照明装置。
[0041]可选地，照明装置是根据权利要求11的。
[0042]该实施例允许与主反射性构件一起制造次级反射性元件，这可以减少整个反射性设备的制造成本。
[0043]可选地，照明装置是根据权利要求12的。
[0044]典型地，在被照亮的表面(“主区域”)的边缘处可见的、由于反射性设备的光截止而获得的光曲率在如果该边缘对应于反射性设备的接近于表面的一侧的光截止时比如果该边缘对应于反射性设备的远离于表面的一侧的光截止时更重要。
[0045]因此，可能有意义的是在反射性设备的接近于表面的一侧上提供次级反射性元件，以便降低这个更重要的曲率。
[0046]可选地，照明装置是根据权利要求13的。
[0047]根据第二实施例，本发明提出根据权利要求14或15的光学附件。
[0048]根据第三实施例，本发明提出所述照明装置作为洗墙灯的用途，所述表面是墙壁。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]本发明的其它特征和优势从以非限制性示例的方式给出的其实施例之一的以下详细描述而显现，并且参考以下附图:
图1示出洗墙灯系统的简化侧视图。
[0050]图2示出由图1的洗墙灯系统照亮的墙壁的顶部部分的模拟。
[0051]图3示出根据本发明的次级光学设备。
[0052]图4A和4B分别示出包括主反射性构件和图3的次级光学设备的照明装置的反射性设备的底部透视图和底视图。
[0053]图5A，5B, 5C，5D，5E示出图4A-4B的照明装置的底部相应视图，其带有该照明装置所发射的次级和初级光束的方向。
[0054]图6A，6B和6C针对根据本发明的照明装置(具有8个椭球形区段)，在图6A上示意性地示出理论次级光束(光锥)并且示意性地示出在表面上的照明效果(图6B和图6C)。
[0055]图7和8是分别在没有根据本发明的次级光学设备和具有该次级光学设备的情况下使用图4A和4B的照明装置所得到的墙壁照明的两个模拟。
【具体实施方式】
[0056]图1不出在工作中的一般光照系统,包括:
-要被照亮的表面2 (在该情形中是墙壁)；
-照明装置1，其关于表面2倾斜取向以便照亮表面2的主要部分。该照明装置包括光源(例如白炽灯、荧光灯、放电灯和/或(多个)发光二极管(((LED))))和具有光学反射性内表面以便使光束3成形并将其定向到表面2的反射性设备。
[0057]光束3具有由所述反射性构件的形状并且特别地由反射性构件的边缘13确定的射束角。实际上，该边缘13充当光截止并且确定光束3的外围。作为说明，边缘13的第一边缘部分11 (其是边缘13的最接近于表面2的部分)确定光束3的第一外围部分31，并且边缘13的第二边缘部分12 (其是边缘13的最远离于表面2的部分)确定光束3的第二外围部分32。
[0058]根据现有技术的反射性设备典型地关于轴对称，并且是抛物面或半球形或锥形的。
[0059]由这种已知的以表面2倾斜取向的反射性设备发射的光束3的投射照亮表面2的主区域27，如图2中所示(应注意，该模拟是从并排定位的两个照明装置I执行的，因此照亮两个主区域27和27’)。在表面2的顶部部分9处，主区域27由对应于第一边缘部分11的光截止的曲线7限制，这样的曲线7包括顶点29。此外，由于光截止效应，光晕28 (BP,其具有明显低于主区域27光强的光强)出现在所述曲线7的顶部上直至另一曲线8。
[0060]该光晕28的存在通常是不合期望的，特别是用于室内照明时。
[0061]此外，在并排使用若干照明装置I的情形中，两个主区域27-27’被顶部较暗区6分离，所述顶部较暗区6通常也是不合期望的，特别是在需要照亮表面2 (或表面2上的元件)与曲线7-7’重叠的部分的情形中。
[0062]为了解决本发明人所提到的这些问题，由此提出将次级光学器件40和主反射性构件50 —起提供给反射性设备(参见图3，4A和4B)。
[0063]主反射性构件50可能类似于根据现有技术的所述反射性设备。然而，该主反射性构件50可以关于轴对称或不对称，并且可以是任何形状的，例如根据抛物面、椭球、半球形、锥形、二次的和/或任何多项式函数。优选地，主反射性构件50被设计成产生旋转射束
3。可以在主反射性构件50的一侧提供通孔51以通过其定位光源。
[0064]次级光学器件40可以是附件，如图3中所示，或者可以与主反射性构件50—体化制作。可以在次级光学器件40的一侧提供通孔49以与主反射性构件50的通孔51匹配。
[0065]在本发明的该特定实施例中，次级光学器件40包括多个相邻近的反射性凹形延长扇形体43-43’，45-45’，46-46’，它们关于平面90成对地对称定位。这些反射性扇形体在一侧由通孔49限制并且在第二侧由边缘41限制。
[0066]次级光学器件40位于主反射性构件50内，优选地围绕主反射性构件50的第一边缘部分11 (即主反射性构件50的边缘的最接近于表面2的一个部分)，对称平面90优选地包括第一边缘部分11的最接近于表面2的一个点。
[0067]反射性扇形体43-43’，45-45’，46-46’的形状和取向被选择成以便将来自光源的光的部分在表面2上重取向，以通过创建较方的照亮表面来增加照亮表面(主表面27)和靠近表面2的顶部9的光束3的均匀性。
[0068]如图4A, 4B, 5C, 所描绘的,关于主反射性构件50设计和布置反射性扇形体(43,43’ ,45,45' ,46,46')以便根据相应次级光束(分别是33，33’，35，35’，36，36’)照亮在确定区中位于所述曲线7上方的相应次级区域。
[0069]为了说明根据本发明的次级光学器件所牵涉的光效果，图6A，6B和6C概念性地描绘了用由8个椭球形扇形体(未示出)制成的次级光学器件40获得的光分布，其中关于主反射性构件50设计和布置这些反射性扇形体以便根据相应次级光束(分别是93，93’ ,94,94’ ,95,95' ,96,96')照亮在区中位于所述曲线7上方的相应次级区域(分别是23，23’，24，24’，25，25’，26，26’)，所述区在以下二者之间延伸:
-该曲线7 ;和
-参考线60，其位于曲线7的顶部上(即，该参考线60不与所述主区域27交叉)或者在曲线7的顶点90上方某一距离处。在特别的情形中，参考线60平行于与曲线7在顶点90处相切的线或者参考线60是曲线7在顶点90处的切线。
[0070]通过用新的次级射束(33，33’，35，35’，36，36’；或93，93’ ,94,94' ,95,95' ,96,
96’ )照亮该区，表面2的顶部部分根据被照亮的区域27’ ’而被照亮，所述被照亮的区域27’ ’较方(即缩小了暗区6)或被平坦化、具有有限的光晕(28)和较宽的照亮带，如图8中所示。该区中光的均匀性可以通过将反射性扇形体布置成在表面2上产生相邻次级区域(23，23，，24，24’，25，25’，26，26’ )的重叠而被进一步优化。
[0071]在特定情形中，反射性扇形体(43，43’ ,45,45' ,46,46')根据包括光源的中心并被取向到要照亮的对应次级区域的相应副轴(分别是33，33’，35，35’，36，36’ )而取向。在该情形中，反射性扇形体(或次级反射性元件)沿其相应轴被延长，以尽可能多地避免向光源的背反射并且伴随其相应次级光束到相应次级区域。
[0072]在特别的情形中，这些反射性扇形体(43，43’ ,45,45' ,46,46')是椭球形的，即由椭球体制成。特别地，这些椭球体可以是围绕副轴的回转椭球体，从使得其相应第一和第二焦点二者都位于相应副轴(分别是33，33’，35，35’，36，36’)上的相应椭圆构造，特别地通过将第一焦点放置在光源处，以便在没有明显反射的情况下对次级射束从光源到表面2的光引导进行优化。
[0073]每一个椭球体的离心率和椭球体的数量与要被照亮的表面2上所需的均匀性有关联。换言之，椭球体的离心率和数量取决于要被填充的表面2的(在曲线7与参考线60之间的)所述区上的“黑洞”的重要性(表面)和该区位置。
[0074]图5A-?描绘了设计根据本发明的次级光学器件的方法的示例性步骤。首先，光源和主反射性构件被定位成以便照亮表面2的主区域(未示出)。然后，设计者选择他想要在表面2上通过使用次级光学器件40照亮的次级区域的数量、定位和尺寸，这些次级区域位于主区域27的曲线7与参考线60之间。如图5A中所示，然后通过将次级区域(在该特定情形中，存在6个要照亮的次级区域)的中心与光源的中心连接起来而找到副轴33，33’，35,35’，36,36’。然后从其焦点定位在其相应副轴33，33’，35，35’，36，36’上的参考椭圆构造关于这些副轴回转的椭球体14’。如之前所提及的，由本领域技术人员选择椭圆的定位和性质以找到用最少椭球体的可接受的光照结果。如图5B上所示，椭球体的外表面的面向主反射性构件50的内表面的部分是次级光学器件的内表面，其因此定义了椭球形凹表面。次级光学器件的内表面根据如之前所提及的切割函数(例如，椭球形或椭圆或圆形或平面函数)而被进一步切割。
[0075]包括并排放置的两个照明装置I的光学系统的一个示例:
-使用两个正交(X，y, z)参考系来定位该系统的元件，其中使X轴和z轴二者平行于表面2，并且z轴包含在对称平面90中，两个参考系二者进一步使I轴垂直于表面2并且使它们的相应原点(0，0，0)位于相应照明装置I的光源处；
-照明装置I的光源被定位成离表面2的距离Ytl=0.8米；
-主反射性构件50是椭球形扇形体，该椭球体是从以下椭圆定义的回转椭球体:
第一焦点 x=0, Y=O, Z=Omm 第二焦点 X=O，Y=O，Z=280mm 椭球体上的点 X=56.5, Y=O, Z=49.2mm 离心率=0.895902
另外，该椭球体被垂直于z轴并且位于离第一焦点z=49.2mm处的平面切割，因此创建了照明装置的边缘13。
[0076]-然后照明装置I围绕其光源(0，0，0)旋转，以便最终指向表面2的底部部分并且以约-166度的角度倾斜；
-两个照明装置I之间的距离大约为1.2米。
[0077]-从6个椭球体的布尔并集运算来构造次级光学器件40，这6个椭球体分别通过参考椭球体的6种旋转(参见下文对六种旋转的定义)来构造，所述参考椭球体是回转的并且从以下椭圆来构造:
第一焦点 X=O, Y=O, Z=Omm ；
第二焦点 X=O，Y=O，Z=80mm ；
椭球体上的点X=O, Y=9.6, Z=Omm ；
离心率=0.887174。
[0078]围绕第一焦点来执行用于定义所述6个椭球体的该参考椭球体的旋转:
第一椭球体46:
在X=-84，Y=66，Z=150mm方向上的旋转；
第二椭球体46’:
在X=84，Y=66, Z=150mm方向上的旋转；
第三椭球体45:
在 X=-76.5，Y=93.5，Z=165mm 方向上的旋转；
第四椭球体45’:
在 X=76.5，Y=93.5，Z=165mm 方向上的旋转；
第五椭球体43:
在X=-44，Y=121，Z=180mm方向上的旋转；
第六椭球体43’: 在X=44，Y=121，Z=180mm方向上的旋转。
[0079]前面这6个椭球体的布尔并集运算:
-使椭球体在与相邻椭球体的交会处被切割，以用于最终具有凹椭球形扇形体；并且-根据边缘41 (图3)，使椭球体被由以下所定义的另一回转椭球体(“切割椭球体”)进一步切割:
第一焦点 X=O, Y=O, Z=Omm ；
第二焦点 X=O，Y=O，Z=400mm ;
椭球体上的点X=O, Y=12.8, Z=Omm ；
离心率=0.968512 ；
该“切割椭球体”也被在Z=48.24mm和Z=0_处的两个水平面切割。然后次级光学器件40被定位在主反射性构件50内的第一边缘部分I处。
[0080]尽管已经在附图和以上描述中详细说明和描述了本发明，但这样的说明和描述应视为是说明性或示例性且非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例，并且本领域技术人员可以明确地适配本发明的教导，特别是涉及次级反射性元件的数量和部署。例如，次级反射性元件的数量并不限于6或8，而可以更多或更少、奇数或偶数。本领域技术人员可能例如决定为次级光学器件提供仅三个椭球形扇形体，因为为了所期望的光照均匀性无需添加更多的椭球形扇形体。另外，这些次级反射性元件不一定为椭球形，而是还可能具有其它形状(圆柱体、锥体的部分，或者可以从多项式函数计算)。本发明还覆盖由多个根据本发明的照明装置制成的任何光学系统，特别是包括并排放置的这样的照明装置的阵列或矩阵的光学系统，以便在要照亮的表面上获得大光带。
[0081]本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、本公开内容和随附的权利要求，可以理解并实现所公开实施例的其它变体。在权利要求中，词语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。
【权利要求】
1.被布置成照亮表面的照明装置，包括: -发射光线的光源； -反射性设备，包括: -主反射性构件，其被布置成根据初级光束对光线重定向，以用于照亮所述表面的主区域，所述光线关于所述表面倾斜取向，所述主区域的边缘因此定义具有顶点的曲线，并且不与所述曲线交叉且从所述顶点分离开确定距离的参考线被定义； -次级凹形反射性元件，其关于所述主反射性构件设计和布置，以便根据相应的次级光束照亮位于所述曲线与所述参考线之间的相应次级区域。
2.权利要求1的照明装置，其中所述参考线平行于与所述顶点相切的线。
3.权利要求1的照明装置，其中次级反射性元件被布置在一起以形成关于平面对称的反射性组件。
4.权利要求1的照明装置，其中次级反射性元件是相邻近的反射性扇形体。
5.权利要求1的照明装置，其中次级反射性元件是在相对边缘处根据例如椭球体、平面或圆形函数的切割函数被切割的反射性扇形体。
6.权利要求1的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件中的至少一个根据包括所述光源的中心并且指向对应次级区域的副轴取向。
7.根据权利要求1-6中的一项的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件中的至少一个的形状是椭球形扇形体。
8.根据权利要求7中的一项的照明装置，其中所述椭球形扇形体中的至少一个根据副轴取向，并且其中椭球体的第一焦点和第二焦点位于所述副轴上。
9.权利要求7的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件包括至少两个相邻近的椭球扇形体，它们被布置在一起以形成关于平面对称的反射性组件。
10.根据权利要求1-9中的一项的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件形成被定位或固定在所述主反射性构件内部的一体化附件。
11.根据权利要求1-9中的一项的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件与所述主反射性构件一体化形成。
12.根据权利要求1-11中的一项的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件位于所述反射性设备的一侧上，所述一侧在所述照明装置关于所述表面倾斜定位时最接近于要照亮的表面。
13.根据权利要求1-12中的一项的照明装置，其中所述次级凹形反射性元件被设计和取向成照亮相应的次级区域，以便作为所述次级区域存在的结果而使被照亮的主区域的所述曲线平坦化。
14.光学附件，其被布置成固定或定位在包括光源的照明装置的主反射性构件内，所述主反射性构件被布置成根据初级光束对所述光源发射的光线重定向，以用于照亮要照亮的表面的主区域，所述光线关于所述表面倾斜取向，所述主区域的边缘因此定义具有顶点的曲线，并且不与所述曲线交叉且从所述顶点分离开确定距离的参考线被定义；其中所述光学附件包括次级反射性元件，其被设计和取向成根据相应的次级光束照亮位于所述曲线与所述参考线之间的相应次级区域。
15.根据权利要求14的光学附件，其中所述次级反射性元件包括椭球形扇形体。
【文档编号】F21V7/09GK103782090SQ201280043325
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年9月3日 优先权日:2011年9月6日
【发明者】L.蒙塔格内 申请人:皇家飞利浦有限公司