提供直接和间接照明的照明系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及使用将直接和间接照明提供到位于给定环境中的目标表面的基于固态的照明设备的照明系统，其中通过照亮来自给定环境的一个或多个扩散表面来提供间接照明。
[0002]背景
[0003]在各种应用中使用提供一般照明并为电子显示器(例如IXD)提供光的光源。在历史上，白炽灯光源广泛用于一般照明目的。白炽灯光源通过将灯丝加热到高温直到它发光来产生光。使用填充有惰性气体或被排空的玻璃外壳来保护热灯丝免受空气中的氧化。白炽灯光源在很多应用中逐渐由其它类型的电灯例如荧光灯、紧凑型荧光灯(CFL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、高强度放电灯和发光二极管(LED)代替。
[0004]概述
[0005]本公开涉及使用将直接和间接照明提供到位于给定环境中的目标表面的基于固态的照明设备的照明系统。根据所公开的技术，基于固态的照明设备通过照亮不同于目标表面的来自给定环境的一个或多个扩散表面来提供目标表面的间接照明。表面被称为扩散表面，因为射在扩散表面上的光根据任意强度分布由扩散表面在位于相邻于该表面的半空间中的所有方向上反射(并遵守Lambertian强度分布)。例如，基于固态的照明设备可从房间的天花板被支持，并配置成直接照亮房间的目标表面，例如地板、房间中的桌子、房间中的物体的侧面板或在房间的墙壁上的侧面板，并进一步照亮房间的天花板和/或一个或多个墙壁。在这个布置中，照亮天花板的光从天花板扩散地反射并间接照亮地板。而且，照明设备可配置成以符合眩光标准的方式直接照亮地板。通常，所公开的照明系统可配置成为了特定的照明应用(包括例如办公室照明、车库照明或橱柜照明)提供光。
[0006]公开了配置成操纵由多个发光元件(LEE)提供的光的各种照明设备。LEE可包括LED，例如固态LED。通常，照明设备的实施方式以一个或多个主光学器件(例如抛物面、椭圆形、圆锥形光耦合器)为特征，主光学器件将来自LEE的照明重定向到辅助光学器件，其然后将光输出到一定范围的角内。在一些实施方式中，照明设备包括将光从主光学器件引导到辅助光学器件的光导。照明设备的部件可以用各种方式来配置，所以各种强度分布可由照明设备输出。这样的照明设备可配置成为了特定的照明应用将光直接提供到来自给定环境的目标表面和不同于目标表面的来自给定环境的一个或多个扩散表面。
[0007]附图简述
[0008]图1A示出包括提供直接和间接照明的照明设备的照明系统的例子。
[0009]图1B示出提供在图1A的照明系统中使用的直接和间接照明的照明设备的强度分布的例子。
[0010]图2A示出提供具有如图1B和2B所示的强度分布的直接和间接照明的照明设备的图形表示。
[0011]图2B示出图2A的照明设备的强度分布的实例。
[0012]图3A-3G示出包括在图2A或5A的照明设备中的照明器具模块的例子的方面。
[0013]图4A-4B示出图2A所示的照明设备的实现的方面。
[0014]图5A示出提供具有如图1B和5B所示的强度分布的直接和间接照明的照明设备的图形表示。
[0015]图5B示出图5A的照明设备的强度分布的实例。
[0016]图6A-6B示出图5A所示的照明设备的实现的方面。
[0017]各种附图中的参考数字和名称指示本公开的特定特征的示例性方面、实现。
[0018]详细描述
[0019]本公开涉及配置成使用照明设备来直接和间接照亮在给定环境中的目标表面例如房间、车库等的地板的照明系统，照明设备布置和配置成:(i)直接照亮目标表面；以及(?)照亮不同于目标表面的来自给定环境的一个或多个扩散表面，例如房间、车库等的天花板，使得照亮扩散表面的光从那里反射并间接地照亮目标表面。在一些实现中，扩散表面定位成远离并面向目标区域。例如，扩散表面是房间的天花板，且目标区域是房间的地板(或房间中的桌子表面)。照明设备包括发光元件(LEE，例如发光二极管LED)和配置成提供直接和间接照明分布的重定向光学器件。在一些实现中，照明设备配置成允许由用户相互依赖以及独立地控制间接照明。
[0020](i)包括用于提供直接和间接照明的照明设备的照明系统
[0021]图1A示出照明系统100的方框图，其中为了示意性参考示出笛卡尔(Cartesian)坐标系。照明系统100配置成照亮在给定环境中的目标表面190例如房间的地板，并包括照明设备150。照明设备150包括配置成发射光的发光元件(LEE，例如发光二极管LED)和与LEE耦合并配置成使所发射的光重定向为在直接角范围142a、142a’内和在间接角范围142b、142b’内的输出光的重定向光学器件。照明设备150根据直接角分布142a、142a’通过照亮目标表面190来提供直接照明。而且，照明设备150根据间接角范围142b、142b’通过照亮不同于目标区域190的环境的扩散表面180(例如房间的天花板)来提供对目标表面190的间接照明。以这种方式，扩散表面180使在间接角范围142b、142b’内的从照明设备150接收的光重定向，使得目标表面190根据扩散角范围152、152’使用重定向的光被照亮。在一些实现中，由扩散表面180重定向的光的扩散角范围152、152’相应于Lambertian光分布。在一些情况下，表面180可具有混合的镜面扩散反射特性。因此，在一些实现中，由表面180重定向的光的扩散角范围152、152’相应于Lambertian和镜面反射光分布的组入口 ο
[0022]在一些实现中，照明设备150沿着y轴延长，垂直于页面。在其它实现中，照明设备150是非细长的，例如照明设备150可具有绕着平行于z轴的轴的旋转对称性。在一些实现中，照明设备150配置成允许由用户相互依赖以及独立地控制直接照明(相应于角范围142a、142b)和间接照明(相应于角范围142b、142b’)。可通过相对于多个LEE的重定向光学器件的特定布置并通过选择性地打开或关掉(或变暗)照明设备150的多个LEE中的适当LEE来实现前述相互依赖或独立的控制，如下面关于图1B、2B和5B描述的。
[0023]虽然未在图1A中示出，但是选择性地打开或关掉(或变暗)照明设备150的多个LEE中的适当LEE使用也被称为功率控制器的开关电路来实现。例如，开关电路包括电气开关。在一些实现中，开关电路布置成对照明设备150是本地的。在其它实现中，开关电路布置成远离照明设备，例如在包括地板190和天花板180的房间的墙壁上或在目标表面上，例如在桌子/办公桌/架子上。在一些实现中，开关电路可包括一个或多个电源以使照明设备150的多个LEE中的适当LEE选择性地变暗。例如，可使用脉冲宽度调制、脉冲代码调制、振幅调光、切相调光或其它调光方案来实现调光。
[0024]在图1A所示的例子中，照明设备150通过支持架108由天花板180支持。在一些实现中，支持架108可以是金属丝、棒或其组合。在一些实现中，沿着y轴延长的照明设备150从天花板180由悬挂系统例如框架、飞机电缆或附接到照明设备150的端部的其它悬挂系统支持(如所示，例如在图4B和6B中)。
[0025]照明系统100可配置成提供受到给定约束的在目标表面190上的特定光强分布。例如，照明系统100配置成均匀地照亮地板190 (例如以得到在地板水平处的每个相邻的直接角范围152’、142a’、142a和152之间的10%或其它重叠)，且符合眩光标准。例如，在直接角范围142a和142a’内的朝着地板190重定向的光配置成相对于z轴不超过40°的掠射角。以这种方式，办公室照明美国国家标准实施规程RP-1规定在55°之上发射的光的数量小于300cd。可通过选择系统参数的适当组合例如(i)由照明设备150输出的直接光的直接角范围142a、142a’、(ii)相对于由扩散表面180重定向的光的角范围152、152’的由照明设备150输出的间接光的间接角范围142b、142b’和(iii)从扩散表面180(例如天花板)到照明设备150的有效中心的距离“H”(例如H = 3ft)来实现照明系统100的这样的配置。
[0026](ii)由照明系统的照明设备提供的直接和间接照明
[0027]图1B示出沿着y轴延长(垂直于图1A的截平面)的照明设备150的示例光强分布141的x-z横截面。注意，图1B忽略不同的波瓣142-DL、142-DR、142-1L和142-1R的可能的不同原点。这样的细节在图2B和5B中被指示，且对于远场照明可以或可以不是相关的，取决于实现。
[0028]光强分布141的波瓣142-DR和142-DL分别表示由照明设备150输出到照明设备150的x-z横截面的右侧和左侧的直接光，并相应于相应的直接角范围142a和142a’。光强分布141的波瓣142-1R和142-1L分别表示由照明设备150输出到照明设备150的x_z横截面的右侧和左侧的直接光，并相应于相应的间接角范围142b和142b’。
[0029]如下面详细描述的，照明设备150的部件的构造和几何结构可影响光强分布141。对于图1B所示的例子，照明设备150配置成使实质上所有间接光142-1L朝着天花板180在-90°和-120°之间的极角范围内定向到照明设备150的x-z横截面的左侧，并使所有间接光142-1R朝着天花板180在+90°和+120°之间的极角范围内定向到照明设备150的x-z横截面的右侧。在这种情况下，正向方向是z轴的方向，并对于照明系统100可朝着地板190。在这里，照明设备150配置成将实质上所有正向(例如直接)光142-DR、142-DL定向到在照明设备150的x-z横截平面中的-60°和+60°之间的极角范围内。根据另一实现，正向光的照明分布配置成以特定的均匀度照亮目标表面。这样的照明分布可被称为蝙蝠翼形分布。
[0030]在一些实现中，多个相关的色温(CCT)或其它色度光源可包括在照明设备150中。这些多个CCT光源可被控制(例如某些LEE可在操作期间选择性地被通电/断电、变暗等)以插在CCT之间，且强度水平在波瓣142-DR或142-DL或142-1R或142-1L的任一个中；在波瓣142-DR和142-DL或142-1R和142-1L的任一组合中；以及在波瓣142-DR和142-1R或142-DL和142-1L的任一组合或其它组合中。以这种方式，相应于波瓣或波瓣的组合的CCT可在整个白天中从微蓝色修改到微红色CCT以例如实现某些生物发光(b1luminous)效应。
[0031]在照明设备150的一些配置中，照明设备150的某些LEE可在操作期间变暗或关掉，使得照明设备150输出大部分(或仅仅)在波瓣142-DR和142-DL中的光以相对于照明设备150的x-z横截面直接照亮地板190的右侧和左侧。可使用具有通常关于图2A描述的结构的照明设备来实现照明设备150的这些配置。关于图4A-4B详细描述了这样的照明设备的例子。在照明设备的这些配置中，照明设备的某些其它LEE可在操作期间变暗或关掉，使得照明设备输出大部分(或仅仅)在波瓣142-1R和142-1L中的光以相对于照明设备150的x-z横截面照亮天花板180的右侧和左侧，以便向地板190提供间接照明。
[0032]在照明设备150的其它配置中，照明设备150的一些LEE可在操作期间变暗或关掉，使得照明设备150输出大部分(或仅仅)在波瓣142-DR和142-1R中的光以相对于照明设备150的x-z横截面直接和间接照亮地板190的右侧。可使用具有通常关于图5A描述的结构的照明设备来实现照明设备150的这些其它配置。关于图6A-6B详细描述了这样的照明设备的例子。在照明设备的这些其它配置中，照明设备的一些其它LEE可在操作期间变暗或关掉，使得照明设备输出大部分(或仅)在波瓣142-DL和142-1L中的光以相对于照明设备150的x-z横截面直接和间接照亮地板190的左侧。
[0033](iii)用于在照明设备的右侧和左侧上提供直接和/或间接照明的照明设备
[0034]图2A示出照明设备200的方框图，其中为了示意性参考示出笛卡尔坐标系。在本例中，坐标系相对于照明设备200被定向，使得由照明设备200输出的光在每个直接角范围142a、142a’中有具有平行于z轴的非零分量的主流方向，且在每个间接角范围142b、142b’中有具有反平行于z轴的非零分量的主流方向。此外在本例中，当目标表面在z轴的正方向上与照明设备200间隔开时，照明设备200可向在给定环境中的目标表面提供间接照明。以这种方式，当扩散表面在z轴的负方向上与照明设备200间隔开时，照明设备200配置成照亮在给定环境中的扩散表面(除了目标表面以外)。
[0035]照明设备200包括直接照明部分201a、间接照明部分201b和托台210。直接和间接照明部分201a和201b照明部分由托台210支承，使得(i)直接照明由照明设备200使用由直接照明部分201a输出的在直接角范围142a、142a’内的光提供到目标；以及(ii)间接照明由照明设备200使用由间接照明部分201b输出的在间接角范围142b、142b’内的光提供到目标。
[0036]根据一些实现，照明设备200可配置成提供只在直接角范围142a、142a’之一和间接角范围142b、142b’之一或其组合中的光。示例组合包括{142a和142b}、{142a’和142b’ }、{142a，和 142b}、{142a 和 142b’ }、{142a 和 142a’ 和 142b}等。
[0037]下面关于图4A-4B描述照明设备200的示例实现。下面关于图3A-3G描述直接和/或间接照明部分201a、201b的示例实现。
[0038](ii1-a)照明设备的直接照明部分
[0039]直接照明部分201a包括布置在托台210的