CN110325788B - 可调节点光位置生成 - Google Patents

Abstract

公开了一种照明设备（1），用于在没有移动部分的情况下生成动态可调节点光。该照明设备包括可单独寻址的光源（11）组的平面阵列，每一个组包括至少一个光源，所述光源中的每一个光源被布置为产生发光分布；控制器（20），布置为单独寻址所述光源组；和光学***（100）5，包括多个折射透镜（110、120、130），该多个折射透镜（110、120、130）对于可单独寻址的光源是共用的并且被布置为调整每一个光源组的发光分布形状为点光（13）以及以一角度方向投射所述点光，该角度方向是阵列中的所述组的位置的函数。

Description

可调节点光位置生成

技术领域

本发明涉及用于生成动态可调节点光的照明设备，诸如点光投射仪。

背景技术

在许多应用领域中期望能够远程控制点光的形状和/或投射方位。这样的应用领域例如包括零售应用（例如商铺）、娱乐应用（例如剧场）以及家用应用，其中这样的点光控制可以增加照明应用的美学吸引力和/或增加这样的照明应用的功能。为此目的，照明设备通常包括机动组件，诸如机动滤波器、机动遮光板轮或其他机动光学器件，控制该机动组件来以所需方式调节点光属性，例如，通过相应地控制机动遮光板轮可以移动点光。类似地，可以使用马达来调节照明设备壳体的取向，从而有效地改变利用照明设备生成的光束的方向。

在这样的照明设备中包括这样的机动组件的缺陷是它增加了照明设备的成本和照明设备的形状因子。此外，这样的机动组件噪声大，容易发生故障，并且因此需要定期维护。

因此，期望从照明设备中省略这样的机动组件。Osram公司已经公开了这种照明装置的原型；参见：https://www.osram.com/osram_com/press/press-releases/_trade_press/2016/osram-presents-lighting-innovations-at-the-light--building-preview/，于2017年1月3日从因特网上获取。此圆顶状天花板灯具包括61个可单独控制的发光二极管（LED），每个LED包括以期望的方式调整LED的发光输出的形状的专用光学器件，可以通过DMX512协议使用Wi-Fi来无线控制该灯具。圆顶形状确保每个LED对准不同的方向，从而促进将光点投射在灯具所安装的空间的不同方位上。此灯具的缺陷是，由于每个LED的专用光学器件以及将每个LED安装在圆顶状的表面上的需要而造成的它的相对复杂性。这增加了灯具的成本。

US6796690B2和WO2011144597A2均涉及用于生成动态可调节点光的照明设备。

发明内容

本发明寻求提供一种用于生成动态可调节点光的更简单的照明设备，其可以以更具成本效益的方式制造。

根据一方面，提供了一种用于生成动态可调节点光的照明设备，包括可单独寻址的光源组的平面阵列，每个组包括至少一个光源，所述光源中的每个光源被布置为产生围绕光轴的发光分布；控制器，被布置为单独寻址所述光源组；和光学***，包括多个折射透镜，该多个折射透镜对于可单独寻址的光源是共用的，并且沿共用的光轴顺序地排列以调整每个光源组的发光分布的形状为点光以及在一角度方向上投射所述点光，该角度方向是阵列中的所述组的位置的函数。

本发明基于以下认识：共用于平面阵列的所有光源的折射透镜的布置可以用于调整光源的各自的发光输出的形状使得每个发光输出被投射在不同的方向上，即为平面阵列内的光源组的位置的函数的方向，其中光源优选地是固态照明元件（诸如LED）。由此，实现了一种特别紧凑的照明设备，其可以通过智能寻址照明设备的一个或多个光源组来生成动态可调节点光，其中调节不限于点光位置调节，而是还可以包括点光形状调节。这种照明设备可以仅使用少量（光学）组件来制造，使得该照明设备可以以具成本效益的方式制造。在本申请的上下文中，一组照明设备包括至少一个照明设备，使得在一些实施例中，平面阵列可以包括多个可单独寻址的照明设备，例如LED。可替换地，每组照明设备可以包括多个光源，例如诸如LED的光源的空间簇，例如使得被寻址的光源簇例如通过生成基本上连续的光点而向观察者给出单个光源的外观。

优选地，光学***被布置为以恒定方式改变投射的移动点光的各自的角度方向，其中点光从不同的相邻光源的发光分布生成。此上下文中的“移动点光”的表述须理解为涉及跟随所选轨迹的点光，而不涉及点光的（动态）尺寸。此上下文中的“恒定方式”的表述须理解为涉及生成动态光束，使得当所述移动动态光束暂时具有位于各个光束分量之间的峰值强度时，各个分量是不可区分的，例如当沿指定的轨迹动态放置光点时。例如，可以经由光学***中包括的漫射器而利用照明设备生成以恒定方式平滑地改变或移动的光点的外观，该漫射器通过漫射角导致如由光学***生成的光束的角度模糊，该漫射角与由光学***生成的角度节距相同或比其稍大，即大约比其大10％。在此上下文中，“角度节距”表示在由光学***成像之后光源的最终中心光方向与阵列中相邻光源的最终中心光方向之间的角度差。

可替换地或另外地，当在操作照明设备期间，所选择的用于生成光点的光源组具有在所述所选择的方向上与所述所选择的组邻接的开始在调暗水平下操作的光源时，其中调暗水平在远离所述所选择的组的中心的径向方向上逐渐增加，可以利用照明设备来生成以恒定方式且沿一轨迹以所选择的方向平滑移动的光点的外观。具有相同调暗水平的邻接光源可以形成为围绕所述所选择的光源组的中心的部分环，其由在远离所选择的光源组的中心的径向方向上的增加的环数指示。例如，与所述所选择的组直接邻接的第一部分环可以被调暗以产生生成光点的光源强度的约30％，第二部分环可以被调暗以产生生成光点的光源强度的约10％，并且第三部分环可以被调暗以产生生成光点的光源强度的约3％。另一个分级阶梯轮廓例如可以是，对于所选择的光源组为100％的强度，第一部分环在约25％的强度处操作而第二部分环在约5％的强度处操作。可选地，可以对是被移动光点跟随的轨迹的尾部的一部分的光源应用相同的逐渐调暗水平，即在与所选择的方向相反的径向方向上的光源。因此，使得光点方位中的改变可以被保持基本恒定，即当改变被寻址的光源组为与先前被寻址的光源组相邻的光源组时，所生成的光点之间的外观改变中没有重大差异。

在一实施例中，该多个折射透镜包括被布置为接收来自阵列的各自的发光输出的第一折射透镜，和被布置为接收第一折射透镜的发光输出的至少一个另外的折射透镜，所述第一折射透镜具有透镜主体，该透镜主体至少部分地由面向阵列的平面表面和与平面表面相对的凸表面界定，所述透镜主体具有垂直于平面表面的至少平面表面半径的最大高度。由于第一折射透镜的高折射力和光捕获效率，这种光学***提供了特别高效的点光生成。

至少一个另外的折射透镜可以包括第一另外的折射透镜和第二另外的折射透镜，被布置成使得第一另外的折射透镜位于第一折射透镜和第二另外的折射透镜之间，第一另外的折射透镜和第一另外的折射透镜中的每个折射透镜是平凸透镜，其平面表面面向阵列，以便有效地控制平面阵列的光源组的发光输出到点光的期望方向的角度重定向。

在一优选的实施例中，光学***还包括漫射器，其被布置在第一折射透镜下游，诸如在第一另外的折射透镜和第二另外的折射透镜之间。这样的漫射器导致所生成的点光的模糊，该模糊可以有助于给出点光在不同投射方位之间的平滑过渡的外观，特别是在不具有漫射器的光学***的漫射力没有大到足以防止这样的过渡被观察为离散的过渡的情景中，这在其中这样的过渡应该被感知为点光沿期望轨迹的平滑运动的应用领域中可能是美学上不期望的。这样的模糊还确保了当使用多个光源（组）来生成点光时，所产生的点将看起来是均匀的。例如，这允许平滑变焦。可替换地，第一折射透镜和至少一个另外的折射透镜的各自光学表面中的至少一个光学表面至少部分地构建为漫射所述发光分布以便获得这种期望的模糊。

至少一个另外的折射透镜不一定包括一对平凸透镜。可替换地，至少一个另外的折射透镜包括双凸折射透镜，其具有面向第一折射透镜的第一凸表面和与第一凸表面相对的第二凸表面。这具有照明设备中的光学组件甚至更少的优点。

在这样的双凸折射透镜中，当从切开第一凸表面和第二凸表面（即在其之间）的虚拟平面起测量时，第一凸表面的最大高度优选地小于第二凸表面的最大高度，以便当最低曲率表面面向第一折射透镜时最大化光学效率，从而改进它的光捕获效率。

在一实施例中，第一折射透镜具有第一直径，以及至少一个另外的折射透镜具有比第一直径大的第二直径，第一直径比阵列直径大。这确保由相应的光源组生成的基本上所有光都被光学***捕获。

在另一实施例中，第一折射透镜和至少一个另外的折射透镜的相应的光学表面中的至少一些光学表面涂覆有抗反射涂层。这种涂层减少了透镜表面的界面处的菲涅耳反射，从而改进了光学***的光学效率。

在一些境况中，由相对于光学***的光轴轴向移位的光源组（即离心光源组）生成的发光分布可以导致光学***在对这种发光分布成像时生成鬼像。这种鬼像通常是特别是第一折射透镜内的内部反射的结果。在生成这种鬼像可能在美学上是不期望的应用中，照明设备还可以被配置为抑制这种鬼像的生成。

在一示例实施例中，第一折射透镜的凸表面的至少中心部分覆盖有抗反射涂层，所述中心部分覆盖凸表面的至少50%。已发现，这种抗反射涂层（例如交替的高折射率材料和低折射率材料的多层涂层）可以导致在第一折射透镜内内部反射的光线中的相消干涉，而不会显著影响由透镜折射的光线。这进一步具有抑制如前所述的凸表面界面处的菲涅耳反射的优点。

在另一示例实施例中，垂直于第一折射透镜的平面表面的最大高度是该透镜的平面表面半径的1.1到1.3倍。这导致经历菲涅尔反射的光线的焦点大部分位于包括光源的虚拟平面的上方，其导致鬼像的峰值强度相较于半球形第一折射透镜显著减少。换句话说，由于鬼像被这种第一折射透镜扩散在更大区域上，所以鬼像变得不太引人注目。

在又一示例实施例中，控制器被适配为计算用于生成点光的所选择的光源组的鬼像的方位和亮度，以及控制阵列的另外的光源组来生成包裹鬼像的所述点光的背景光照区域，使得该区域和鬼像的组合具有限定的亮度。限定的亮度可以是恒定亮度或在远离鬼像的方向中径向减少的亮度。以这种方式，鬼像被混入背景光照，这致使鬼像不太引人注目或甚至根本看不到，从而改进了照明设备的美学性能。

照明设备还可以包括用户接口和无线通信模块中的至少一个，控制器对其响应以便促进照明设备的控制。例如，在控制器对其进行响应的无线通信模块的情形中，可以使用远程控制器通过无线通信模块来与照明设备无线通信。这种远程控制器可以是专用远程控制器或配置有在电子设备上实施远程控制功能的app等的电子设备。这种电子设备例如可以是诸如智能电话、平板计算机、膝上计算机等的便携式电子设备，但是应当理解，可以出于此目的考虑任何合适的电子设备。

附图说明

参考附图以非限制性示例的方式并更详细地描述了本发明的实施例，其中：

图1示意性描绘了根据一实施例的照明设备；

图2示意性描绘了根据一实施例的照明设备的光学功能；

图3是曲线图，其将根据一实施例的光学***的光轴和照明设备投射点光的方向之间的角度描绘为光源位置的函数；

图4是曲线图，其将照明设备的光学效率描绘为光源位置的函数；

图5示意性描绘了根据另一实施例的照明设备；

图6以曲线图的方式描绘了图5 的照明设备中的漫射器的光学效果；

图7示意性描绘了根据又一实施例的照明设备；

图8示意性描绘了根据又一实施例的照明设备；

图9示意性描绘了可能由根据至少一些实施例的照明设备在一些境况中生成的光学伪影；

图10示意性描绘了该光学伪影的强度相对于利用照明设备生成的点光的强度；

图11示意性描绘了根据另一实施例的照明设备的一方面，该照明设备被配置为抑制这种光学伪影；

图12示意性描绘了根据再一实施例的照明设备的一方面，该照明设备被配置为抑制这种光学伪影；

图13示意性描绘了根据又一实施例的利用照明设备生成的发光输出，该照明设备被配置为掩蔽这种光学伪影；以及

图14示意性描绘了根据又一实施例的利用照明设备生成的发光输出，该照明设备被配置为掩蔽这种光学伪影。

具体实施方式

应该理解，附图纯粹是示意性的并且不是按比例绘制的。还应该理解，贯穿附图使用的相同附图标记指示相同或类似部分。

图1示意性描绘了根据本发明一实施例的照明设备1。照明设备1包括以平面阵列布置的多个光源11；换句话说，每个光源11被布置为沿光轴生成发光分布，其中光源11的相应光轴被排整齐。在本申请的上下文中，应当理解，与完美平面阵列的微小偏离是可接受的；例如，阵列可以位于稍微弯曲的表面上，使得光源11的相应光轴之间的角度的角度扩散不超过5°。

光源11优选地是固态光源，诸如LED。光源11可以是相同光源，例如白色光LED，或可以是不同光源，例如不同颜色的LED。光源11可以安装在任何合适的载体10上，诸如印刷电路板等。出于此目的可以使用任何合适类型的光源11。通过控制器20控制（即寻址）每个光源11。控制器20可以采取任何合适的形式，诸如专用控制器或微控制器或被编程以实施控制功能的合适处理器。控制器20可以被适配为单独寻址每个光源11或可以被适配为寻址光源11的簇。在本申请的上下文中，这两种境况都将被称为控制器20被适配为寻址光源11组，其中组可以仅具有单个成员（即控制器20被适配为寻址单独的光源11）或其中组可以具有多个成员（即控制器20被适配为寻址光源11的簇）。在一实施例中，光源11可以以簇布置在阵列内，其中每个簇限定了被布置为生成不同颜色的光的一组光源11。每一个簇中的光源11例如可以放置在混合室（例如白色混合室）内，或可以放置在混合光导（诸如玻璃方形或PMMA杆）下面，以生成具有期望光谱组成的光。在该实施例中，控制器20可以被适配为寻址单个簇内的单独光源11，使得控制器20可以改变由簇生成的光的颜色。在上述实施例中，利用控制器20寻址光源11可以包括将光源11在开状态和关状态之间切换，以及改变光源11的调暗水平。

控制器20对用户指令接收器30进行响应，该用户指令接收器30可以包括照明设备1上的用户接口和用于从远程控制器无线接收用户指令的无线通信模块中的至少一个。照明设备1上的用户接口可以采取任何合适的形状，例如触摸屏接口、一个或多个拨盘、滑块、按钮、开关等或其任何组合。无线通信模块可以采取任何合适的形状并且可以被配置为使用任何合适的无线通信协议与远程控制器通信，所述无线通信协议是诸如例如蓝牙、Wi-Fi、移动通信标准（诸如UMTS、3G、4G、5G等）、近场通信协议、专有通信协议等。远程控制器可以是专用远程控制器，其例如通过照明设备1提供，或可替换地，可以是被适配用于无线通信的任何合适的电子设备，例如通过在电子设备上安装app或类似软件程序，该电子设备可以被配置为充当远程控制器，其中app或软件程序可以通过照明设备1提供，或可以在互联网（例如因特网）上从网络可访问的存储库（诸如app商店）获取。以此方式，照明设备1的用户可以提供动态调节照明设备1的发光输出的指令，该指令由控制器20译为用于寻址所选择的光源11组（即一个或多个组）的寻址信号，以便生成对应于用户指令的发光输出。

照明设备1被适配为将被寻址的光源11的发光分布转换为用于投射到表面上的点光（即光点），该表面例如可以是商铺地面、剧院舞台或座位区域、行人通道、房屋内的房间的地面、墙壁或天花板等。在一优选的实施例中，照明设备1是点光投射仪。对用户指令接收机30进行响应的控制器20响应于所接收的用户指令（或响应于预编程的调节程序）而促进点光的动态调节，使得照明设备1可以创建美学上令人愉悦和感兴趣的光效果。这种动态调节可以包括点光在它投射于其上的表面上的位移，但是本发明的实施例不限于点光的迁移。点光调节还可以包括对点光的颜色的调节、对点光的形状的调节或这些调节的组合，例如以吸引点光观察者（例如购物的人、被照射陈列空间（诸如博物馆）的参观者等）的注意。还应当注意，为了避免疑问，照明设备1可以被适配为同时创建多个点光，其中每个点光的位置可以独立地动态调节，如本领域技术人员将容易理解的。

有利地，通过如先前解释的那样利用控制器20寻址所选择的光源11组，照明设备1不需要任何移动（机动）部分来实施利用照明设备1创建的点光的动态调节。这是通过提供对于所有光源11组共用的光学***100来实现的，该光学***100被布置为接收由光源11产生的相应的发光分布并调整这些相应的发光分布的形状为点光，该点光具有由被控制器20寻址（启用）的（多个）特定光源11组确定的形状和位置。更具体地，光学***100被适配为将点光以相对于其光轴101的一角度方向投射，该角度方向是光源11的阵列内的被寻址的光源11组的位置的函数。

为此目的，光学***100包括多个折射透镜，该多个折射透镜包括被布置为收集由光源11产生的相应发光分布的第一折射透镜110，以及被布置为收集从第一折射透镜110出射的光的至少一个另外的折射透镜120。在图1中示意性描绘的实施例中，光学***100包括三个平凸透镜110、120、130，其中每个平凸透镜具有其面向光源11的阵列的平面光入射表面111、121、131，并且具有与其相应的光入射表面相对的凸面光出射表面113、123、133。平凸透镜110、120、130优选地围绕共享的光轴101旋转对称，并且每个平凸透镜可以由任何合适的材料制成，例如玻璃或光学级聚合物（诸如聚碳酸酯、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）、聚对苯二甲酸乙二醇酯）等。相应透镜110、120、130可以由相同材料或不同材料制成，例如以调整相应透镜110、120、130的折射率。

折射透镜110、120、130通常被布置为减小利用光源11生成的相应的发光分布的光束扩散角度，即增加这些相应的发光分布的准直度，以便将这些发光分布转换成具有高准直度的光束，使得当被投射至远场中（即在比光学***100的焦距大几个数量级的距离处（诸如例如在1 m、若干米或更远距离处））时，光学***100的发光输出采取点光的形状。这在图2的帮助下被更详细地解释，其中由光学***100实施的光学功能被示意性描绘。

如在图2中可以看到的，光学***100将光源11的发光分布成像为光源11相对于光学***100的光轴101的位置的函数，如通过以下来例示的：第一光源11位于光轴101上，其发光分布12被调整形状（被准直）为沿光轴101，同时第二光源11’相对于光轴101轴向移位，其发光分布12’被调整形状（被准直）为与光轴101成非零角度，其中该角度的大小是光源11相对于光轴101的轴向位移量的函数。发光分布12引致沿光轴101的如方格103中的实线箭头所指示的第一点光的投射，而发光分布12’引致相对于光轴101轴向移位的如方格103中的虚线箭头所指示的第二点光的投射。方格105描绘了方格103中相应的点光的发光强度分布。以这种方式，通过基于所选择的光源11组在阵列中相对于光轴101的位置寻址所选择的光源11组，可以控制利用光学***100生成的点光的投射方向。

第一折射透镜110优选地具有半径r1的至少0.9倍的高度H1，以便实现该第一折射透镜的足够高的折射力。在一实施例中，高度H1等于半径r1，即第一折射透镜110是半球形透镜。如果高度H1不到半径r1的0.9倍，那么第一折射透镜110的折射力将减弱，从而将更高的需求放在光学***100的下游透镜的折射力上，这会需要增加这种下游透镜的尺寸，从而增加光学***100的整体尺寸并减少它的效率。在另一优选实施例中，高度H1未超过半径r1的1.3倍，以便限制第一折射透镜110内的内部反射量，该内部反射减少透镜的光学效率。

第一折射透镜110优选地具有大于光源11的阵列的直径或最大截面的直径（2*r1），使得第一折射透镜110可以收集由光源11发射的基本上全部的光，而不受限于阵列内光源11的位置。出于此原因，第一折射透镜110的平面光入射表面111优选地位于尽可能靠近光源11的阵列的地方以最大化光学***100的光学效率，然而第一折射透镜110的平面光入射表面111和光源11的阵列之间可以存在微小间隙，例如大约1 mm的间隙。该间隙优选地不超过阵列中的光源11的节距，以及更为优选地，小于或等于该节距的一半。

由于通过第一折射透镜110的凸面光出射表面113而从第一折射透镜110出射的光分布仍然发散（然而角度小于由光源11产生的光的发光分布）事实，一个或多个折射透镜120、130具有比第一折射透镜110更大的直径，以便收获从第一折射透镜110出射的基本上全部的光。第一另外的折射透镜120可以通过具有尺寸D的间隔或间隙与第一折射透镜110分离，尺寸D可以基于第一折射透镜110的半径r1。例如，尺寸D可以上至大约0.30*r1，例如，对于半径r1为30 mm的第一折射透镜110，间隔或间隙在大约6-8 mm范围内，然而可替代地，该间隔或间隙可以不存在，即第一另外的折射透镜120的光入射表面121可以接触第一折射透镜110的光出射表面113。光学***100的相应透镜可以是球形的或非球形的。如本领域技术人员将容易理解的，第一另外的折射透镜120和（如果存在的话）第二另外的折射透镜130的相应高度H2、H3可以依据这些透镜在光学***100内的位置和光学***100的期望的光学功能来优化。

光源11的阵列的空间分辨率由阵列中的光源11的节距确定。该空间分辨率与如由光学***100所确定的最终光分布中的角度分辨率（即“角度节距”）相关联。在此上下文中，“角度节距”表示如先前所解释的由光学***100成像之后的光源11的最终中心光方向与阵列中相邻光源11的最终中心光方向之间的角度差。该角度节距优选地在照明设备1的总角度范围上是近似恒定的，如图3中示意性描绘的，图3描绘了光轴101与光源11的最终中心光方向之间的角度，该角度是光源11相对于光轴101的轴向位移（以mm为单位）的函数。换句话说，点光12的光轴上的角度节距与点的外角度范围处的角度节距大致相同，如图3中所图示的。

图4将所生成的点光的光学效率（%）描绘为光源11相对于光轴101的轴向位移（以mm为单位）的函数，其证明相对恒定的点光强度可以跨光源11相对于光轴101的轴向位移的大范围地生成。

为了使得点光12能够平滑（非离散）明显移动，光学***100的角度模糊应当具有大于由光学***100所生成的角度节距的漫射角。换句话说，例如当沿特定轨迹动态放置点光12时，通过智能控制光源11的强度，可能生成具有位于各个光束分量之间的峰值强度的光束，由此各个分量是不可区分的。看待此事的另一个方式是，在源自阵列中相邻光源11的点光之间应该存在足够的重叠部分，使得这些相邻光源11的顺序寻址给出跨投射该点光于其上的表面平滑过渡的点光12的外观。

这可以公式化地被表达如下。如果光学***100的角度放大率A是近似恒定的，那么距离光轴101轴向位移r处的光源将由光学***100以角度θ成像，或者：

θ = A . r

如果p是光源11的阵列的空间节距，则这转换为角节距θ_p：

θ_p= A . p

光学***100的角度模糊（漫射）Φ_diff必须大于该角度节距，以便在阵列中的相邻光源11的点光之间创建期望的重叠部分：

Φ_diff> A . p

注意，这清楚地将光源11的阵列的空间节距p与所需的漫射联系起来。光学***100的角度模糊由其组成光学元件（例如折射透镜110、120、130）以及光源11的大小（尺寸）所确定，因为较大的像素尺寸引致较大的模糊，这是本领域技术人员将容易理解的。

光学***100可以包括一个或多个元件，用于引入由光学***100成像的光源11的相应发光分布的附加模糊。例如，相应折射透镜110、120、130的光入射表面和光出射表面中的至少一些可以被结构化，例如刻面或纹理化，以便将这种模糊引入光学***100中。可替换地，如图5中示意性描绘的，光学***100可以包括漫射器140，此处其位于第一另外的折射透镜120和第二另外的折射透镜130之间以引入这种模糊。应该理解的是，这种漫射器140可以位于光学***100内的任何合适的位置，例如在第一折射透镜110和第一另外的折射透镜120之间或在第二另外的折射透镜130的下游。任何合适的漫射器140可以用于此目的。光学***100可以包括多个漫射器140，如上所解释的，漫射器140中的每一个可以位于第一折射透镜110下游的任何合适位置。为了完整起见，将容易理解的是，术语“下游”的使用与光源11发射的光的方向有关，即它等同于“在距离光源11增加的距离处”。

在图6中示意性描绘了由一个或多个结构化表面引入的这种模糊效果，其描绘了在光学***100中没有附加模糊措施（顶部方格）和具有附加模糊措施（底部方格）的情况下的角度节距为5°的四角度光源11的2D情况。如在顶部方格中可以看到的，光学***100的角度漫射Φ_diff不足以创建围绕单独点光12的峰值发光强度的有效包裹，使得在这些点光之间的切换看起来如同离散移动，而由模糊措施引入的底部方格中光学***100的增加的角度漫射Φ_diff让单独组件或像素不可区分，使得在该境况中相邻点光之间的切换观察起来如同连续的移动。类似地，如先前解释的，这种模糊还确保由多个空间上分离的光源11形成的点光具有均匀的外观，这例如通过改变被启用以形成点光的光源11的数量（例如通过禁用或启用限定点光边界的光源11）来促进点光的无缝变焦。

在这一点上，要注意的是，光学***100不是必须限定为三个平凸透镜的***。例如如图7中示意性描绘的，第一另外的平凸折射透镜120和第二另外的平凸折射透镜130可以被组合成具有相对的凸表面121和123的单个折射透镜120，即单个折射透镜120可以是双凸透镜，从而进一步减少光学***100的光学组件的数量。可选地，圆柱形部分127可以存在于两个凸表面121、123之间，以说明折射透镜120可以具有任何合适的形状。例如，单个折射透镜120可以是球形或非球形。折射透镜120的凸面光入射表面121的高度H2可以小于折射透镜120的凸面光出射表面123的高度H3，以便实现折射透镜120的期望的光学性能。

类似地，第一折射透镜110可以不是半球形的，而是可以例如通过调节凸面光出射表面113的曲率或通过将圆柱形部分（未示出）添加到平面光入射表面111而具有超过它的半径r1的高度H1。如下面将进一步详细解释的，在一些境况中，被设计为使得H1>r1的第一折射透镜110就抑制鬼像而言可以有益的。光学***100的其他设计变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。例如，相应透镜（诸如第一折射透镜110）的相应光入射表面可以是稍微弯曲的，而不是平面的，尽管这对于第一折射透镜110而言不是特别优选的，因为它会增加光入射表面111和光源11的阵列中最外面的光源11之间的距离，由于这种最外面的光源11的发光分布的较小部分被第一折射透镜110收获的事实，这可能减少光学***100的光学效率。

图8中示意性描绘了光学***100的另一示例修改，其中第一折射透镜110包括在光入射表面111和凸面光出射表面113之间的倾斜或截断边缘116，以便减少第一折射透镜110中的材料量，从而降低其制造成本。这样的截断边缘116还可以帮助第一折射透镜110从制造该透镜的模具等中释放。考虑到该透镜的边缘区域在光学***100内不是光学活跃的，可以在不对第一折射透镜110的光学性能有负面影响的情况下执行这种截断。

在上面描述的照明设备1以及特别是光学***100的实施例中，将清楚的是，光源11的相应发光分布穿越不同折射率的介质之间的若干界面（例如透镜材料-空气界面），这可能由于这些界面处的菲涅耳反射而导致光学损失。这样的光学损失可以通过在这样的接口处的在光学***100的相应光学表面中的至少一些表面（例如第一折射透镜110和至少一个另外的折射透镜120、130的相应光学表面）上的抗反射涂层的应用而减少。这样的抗反射涂层优选地至少在可见光波长范围（例如400-700 nm范围）中是抗反射的。

在光学***100的第一折射透镜110具有球形光出射表面113的情况下，在该表面处的菲涅尔反射可以导致当寻址相对于光学***100的光轴101轴向移位的光源11时在照明设备1的发光输出中生成鬼像。这在图9中示意性地描绘，其中如先前解释的那样在与光轴101成非零角度下生成并且被投射至表面3上的点光13可以导致将鬼像15投射到表面3上关于光轴101的镜面方位处，即相较于点光13的投射角度，鬼像15在镜像投射角度下被投射。这可以通过这些朝向光源11的阵列被反射回的菲涅尔反射来理解，其中这些反射朝向第一折射透镜110被反射回和/或这些反射通过反射光入射至其上的光源11的磷光层的激发而导致生成次光源，导致该次光源被第一折射透镜110成像，从而产生鬼像15。如图10中示意性描绘的，虽然这种鬼像15具有比主点光13低得多的发光强度，例如主点光13的1%或更低的发光强度，这取决于激活的光源11相对于光轴101的轴向位移，然而如前所述，当通过智能寻址光源11组来移动点光13时，这种鬼像15可以变得惹人注意。从美学的视点来看，这是极其不期望的，因为它可能将注意力从由点光13照射的表面3的预期区域吸引开。因此，抑制或去除这种菲涅尔反射，或可替换地模糊鬼像15是期望的。

在第一实施例中，可以通过调整第一折射透镜110的形状来抑制这种菲涅尔反射，使得该透镜具有由凸面光出射表面113所限定的球形帽，该凸面光出射表面113具有高度H1，高度H1在水平面处的球形帽的半径（例如半径r1）的1.1到1.3倍范围内。优选地，H1和球形帽的半径之间的比例是1.1333。如先前解释的，可以通过改变凸面光出射表面113的曲率或通过在球形帽下添加圆柱形区段来实现第一折射透镜110的此形状。以此方式调整第一折射透镜110的形状导致在凸面光出射表面113和空气间的界面处的菲涅尔反射光线的焦点基本上位于光源11的阵列上方，使得它们不在集中区域中由阵列成像。因此，利用减小的峰值发光强度（亮度）和鬼像15在其周边的平滑衰减将鬼像15在更大的区域上模糊掉，使得鬼像15显著地变得不那么惹人注意。

可替换地或附加地，如图11中示意性描绘的，第一折射透镜110的凸面光出射表面113的总区域的至少50%的区域涂覆有抗反射涂层117以抑制这种菲涅尔反射的出现，该区域以光轴101为中心围绕光轴101。优选地，抗反射涂层117覆盖凸面光出射表面113的总区域的至少75%的区域，并且更优选地，覆盖凸面光出射表面113的整个区域。抗反射涂层117可以是单层干涉涂层、梯度折射率抗反射涂层、纳米结构抗反射涂层（诸如蛾眼涂层）等。任何合适的抗反射涂层117可以用于此目的。抗反射涂层117优选地在宽光谱范围（诸如从400nm延伸到700 nm的可见光谱）上有效。为此目的，抗反射涂层117可以是多层涂层，如图12中示意性描绘的。这种多层抗反射涂层117通常包括低折射率材料层117’和高折射率材料层117”的交替层堆叠，如本身所众所周知的那样。应注意，因为减少了由于菲涅耳反射造成的损失，（非吸收性）抗反射涂层117还改进了光学***100的光学效率。

在另一实施例中，控制器20被适配为计算由选择用于生成点光13的一个或多个所选择的（轴向移位的）光源11组引起的鬼像15的方位和（峰值）亮度，其可以与上文解释的用于抑制鬼像可检测性的任一实施例组合，如果期望如此的话。控制器20可以使用照明设备1以及特别是光学***100的光学行为的现有知识来根据经由用户指令接收器30接收的控制指令计算鬼像15的方位和（峰值）亮度，其中知识例如可以被编程至控制器20，例如控制器20可以存储光学***100的光学行为的仿真结果，该仿真结果指示由于被寻址的特定光源11组引起的鬼像15的近似方位和峰值亮度。代替使用仿真结果，可以代替地使用实际测量结果，该测量结果例如可以在照明设备1的工厂校准期间被获得。可替代地，鬼像15的近似方位和峰值亮度可以通过控制器20基于光学***100的光学行为的模型来实时计算。

控制器20还被适配为随后将获得的鬼像15的方位和峰值亮度映射至光源11的阵列，以便确定哪些光源11在被控制器20寻址时会导致鬼像15的方位被这种光源11至少部分地照射。控制器20还被适配为寻址对光源11组的选择以便生成点光13的背景光照17的区域，如在图13中示意性描绘的，其示意性描绘了跨表面3的亮度，其中点光13和鬼像15被投射至表面3。背景光照17具有近似等于鬼像15的峰值亮度的亮度，这可以通过控制器20来实现，该控制器20控制用于生成背景光照17 的所选择的光源11组的调暗水平。如对于本领域技术人员来说将显而易见的，用于生成背景光照17 的所选择的光源11组通常不包括由控制器20寻址的用于生成点光13的光源11以及当由控制器20寻址时会导致鬼像15的方位被这种光源11至少部分地照射的光源11，使得背景光照包裹鬼像15，即跨创建背景光照于其上的表面3的区域和鬼像15被投射至的表面3的区域的亮度维持相对恒定，如通过亮度水平19示意性描绘的，从而模糊鬼像15。

在该上述实施例中，背景光照17在照明装置1的全角度范围上延伸，即除了在被控制器20寻址时会导致鬼像15的方位被至少部分地照射的光源11之外的所有光源11被控制器20寻址以便生成点光13或背景光照17。然而，在图14中示意性地描绘的一替代实施例中，背景光照17限于以鬼像15的方位为中心围绕鬼像15的方位的区域，其中背景光照17和鬼像15的组合的亮度在远离鬼像15的中心的径向方向上逐渐减小。发光强度中的这种逐渐减小有效地导致组合的光效果，该光效果相对于背景（即表面3）的空间对比度降低，从而模糊鬼像15。此外，在图14中示出了从用于生成光点的所选择的LED组获得100％的流明输出的峰值强度。所选择的LED组周围的LED在调暗水平处操作，即在所选择的方向和尾部方向上的LED，该调暗水平在远离所述所选择的组的中心14的径向方向上逐渐增加，特别地，与所述所选择的LED组直接邻接的LED的第一部分环在调暗的水平处操作，引致区域13a具有所投射光点的约30％的流明输出，LED的第二部分环在更加调暗的水平处操作，引致区域13b具有所投射光点的约10％的流明输出，以及LED的第三部分环在甚至更加调暗的水平处操作，引致区域13c具有所投射光点的约3％的流明输出。

在一更高级的实施例中，多个照明设备1的互连***可以耦合至或可以包括光学反馈设备，诸如相机等，其被布置为观察光点13要被投射至的表面3。在此实施例中，控制器20可以被适配为评估利用光学反馈设备获得的图像以便确定表面3上的由于利用照明设备1中的一个生成点光13所引起的鬼像15的方位和强度。这例如可以被用来利用其他照明设备1中的至少一些照明设备1来生成背景光照17，这具有改进对背景光照17的强度的控制的优点，特别是最小化该背景光照17的强度，由于单个照明设备1的光源11的阵列内的相邻光源11的点之间的重叠部分，当利用负责生成鬼像15的照明设备1生成背景光照17时，这可能是难以实现的。

控制器20可以被适配为连续生成背景光照17或可替换地可以被适配为响应于移动点光13的用户指令来生成背景光照17，因为这种移动期间，鬼像15的存在变得更加惹人注意。为此目的，控制器24的示例可以在控制器20接收到用户指令时将背景光照水平从0平滑地增加至期望亮度，以及在点光13被移动到它的新方位（如通过接收的用户指令而指定的）时平滑地（逐渐）将亮度减少（调暗）回至0。

应该注意，上面提及的实施例阐释而非限制本发明，以及本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多可替换实施例。在权利要求中，括号内的任何附图标记不应被解释为限制权利要求。“包括”一词不排除权利要求中列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元素的存在。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件来实施。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置中的一些可以由同一个硬件项来体现。在相互不同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (13)

1.一种用于生成动态可调节点光的照明设备（1），包括：

可单独寻址的光源（11）组的平面阵列，每个组包括至少一个光源，所述光源中的每一个光源被布置为产生发光分布；

控制器（20），被布置为单独寻址所述光源组；以及

光学***（100），包括多个折射透镜（110、120、130），所述多个折射透镜（110、120、130）对于可单独寻址的光源是共用的，并且沿共用光轴（101）顺序布置，以调整每个光源组的发光分布的形状为点光（13）并且将所述点光以一角度方向投射，所述角度方向是所述阵列中所述组的位置的函数，其中所述光学***（100）被布置为以恒定方式改变被投射的点光（13）的相应角度方向，所述被投射的点光（13）从不同相邻光源（11）的发光分布生成；

其中所述控制器（20）被适配为计算用于生成点光（13）的所选择的光源（11）组的鬼像（15）的方位和亮度，以及控制所述阵列的另外的光源组来生成所述点光的背景光照（17）的区域，所述背景光照的区域包裹所述鬼像使得所述区域和所述鬼像的组合具有限定的亮度。

2.根据权利要求1所述的照明设备（1），其中在操作所述照明设备期间，用于生成光点的所选择的光源组具有在调暗水平处操作的邻接光源，所述邻接光源以所述所选择的组为中心围绕所述所选择的组，所述调暗水平在远离所述所选择的组的所述中心（14）的径向方向上逐渐增加。

3.根据权利要求1所述的照明设备（1），

其中所述多个折射透镜（110、120、130）包括第一折射透镜（110），其被布置为从所述阵列接收相应的发光输出，和至少一个另外的折射透镜（120、130），其被布置为接收所述第一折射透镜的发光输出，所述第一折射透镜具有透镜主体（115），所述透镜主体（115）至少部分地由面向所述阵列的平面表面（111）和与所述平面表面相对的凸表面（113）界定，所述透镜主体具有垂直于所述平面表面的至少所述平面表面半径r1的最大高度H1，并且

其中所述第一折射透镜（110）和所述至少一个另外的折射透镜（120、130）的相应光学表面中的至少一个光学表面被至少部分地结构化以漫射所述发光分布。

4.根据权利要求3所述的照明设备（1），其中所述至少一个另外的折射透镜（120、130）包括第一另外的折射透镜（120）和第二另外的折射透镜（130），其被布置为使得所述第一另外的折射透镜位于所述第一折射透镜（110）和所述第二另外的折射透镜之间，所述第一另外的折射透镜和所述第二另外的折射透镜中的每一个为平凸透镜，其平面表面（121、131）面向所述阵列。

5.根据权利要求4所述的照明设备（1），其中所述光学***还包括漫射器（140），其被布置在所述第一折射透镜（110）的下游。

6.根据权利要求3所述的照明设备（1），其中所述至少一个另外的折射透镜（120）包括双凸折射透镜，所述双凸折射透镜具有面向所述第一折射透镜（110）的第一凸表面（121）和与所述第一凸表面相对的第二凸表面（123）。

7.根据权利要求6所述的照明设备（1），其中所述第一凸表面（121）的最大高度H2小于所述第二凸表面（123）的最大高度H3。

8.根据权利要求3-5中任一项所述的照明设备（1），其中所述第一折射透镜（110）具有第一直径以及所述至少一个另外的折射透镜（120、130）具有大于所述第一直径的第二直径，所述第一直径大于所述阵列的直径。

9.根据权利要求3-5中任一项所述的照明设备（1），其中所述第一折射透镜和所述至少一个另外的折射透镜的相应光学表面中的至少一些光学表面涂覆有抗反射涂层（117、117’）。

10.根据权利要求9所述的照明设备（1），其中所述第一折射透镜（110）的凸表面（113）的至少中心部分覆盖有抗反射涂层（117、117’），所述中心部分覆盖所述凸表面的至少50%。

11.根据权利要求3-5中任一项所述的照明设备（1），其中垂直于所述平面表面（111）的所述最大高度H1是所述平面表面的半径r1的1.1到1.3倍。

12.根据权利要求1所述的照明设备（1），其中所述限定的亮度是在远离所述鬼像（15）的方向上恒定的亮度或径向地减少的亮度。

13.根据权利要求1-4中任一项所述的照明设备（1），还包括用户接口和无线通信模块（30）中的至少一个，所述控制器（20）对其进行响应。

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