本发明专利技术提供一种数字控制LED照明器片材，该数字控制LED照明器片材产生提高光利用率和应用效率的远场照明图案或光场分布。动态定向LED(或其他种类的固态光源)片材定位在微透镜阵列的每个小透镜下方。单独的LED光束指向方向取决于相对于小透镜的光轴的离轴位置。来自独立LED的单独的光束在照明平面处或在体积空间内形成照明像素并且可在强度上进行调制。照明像素在远场照明平面和照明体积中部分重叠。在大的照明空间上，许多照明像素将部分叠加在相邻照明像素上，重叠的增量小于像素的大小。该LED可数字地打开或关闭和/或可进行脉冲宽度或振幅调制，以产生具有光谱效率和有效强度的远场照明图案或光场分布。的远场照明图案或光场分布。的远场照明图案或光场分布。
【技术实现步骤摘要】
用于基于光场照明器片材的动态光照输出的系统和方法
[0001]本专利申请整体涉及照明，尤其涉及用于基于光场照明器片材的动态光照输出的系统和方法。
技术介绍
[0002]电气照明是工业社会中最常见的人工照明形式，对于在天黑后和自然光不足的环境中开展活动至关重要。因此，电气照明是电力消耗的重要来源，据估计，2020年商业部门照明用电量占商业部门总用电量的12％。考虑到电能的消耗量，照明系统的效率、便利性和成本变得尤为重要，照明应用效率正成为未来照明节能的新前沿。
[0003]不幸的是，当前的电气照明，尤其是商业电气照明，效率相当低。例如，商业照明是静态的，提供泛光照明，覆盖的区域可能需要也可能不需要光，因此非常浪费电能。
[0004]目前用于改进照明系统，尤其是商业照明系统的光应用效率(LAE)的解决方案已被证明是不够的，原因如下：效率不足，难以将光引导到期望的方向而不是引导到不需要光的位置，无法提供对人类视觉系统最有利的光谱功率分布，无法为特定环境提供有效的光强度，或它们的费用考虑。例如，商业照明源一般是固态光(SSL)源，即利用半导体发光二极管(LED)、聚合物发光二极管(PLED)或有机发光二极管(OLED)灯作为照明源的光源。然而，传统固态光(SSL)源有一些致命缺点，诸如厚度大，重量大，需要昂贵的绝缘材料并且需要在天花板上钻孔以进行安装，不可定制(诸如仅限于支柱布局)，对的热冷却要求较高，并且不可弯曲，因此限制了此类照明系统的布置。
[0005]薄型照明片材(安装有LED或OLED的薄型柔性片材)克服了一些传统SSL源难以布置和维护的缺点。然而，现有的薄型光片材并非动态的，除非重新定位，否则只能在相同方向上提供相同数量的光，并且还存在其他缺点。例如，在有机发光二极管(OLED)应用于薄型光片材的情况下，此类光片材往往价格昂贵，效率低，可靠性低，不允许传感器(或其他电子设备)集成，并且不允许形成可负担得起的自定义形状。同样，由美国亚利桑那州坦佩市的NthDegree Technologies Worldwide公司(NthDegree Technologies Worldwide,Inc.)发行的薄型片材不允许充分利用片材中的LED灯，并且往往会产生不太美观的斑纹或明亮的炫光斑点。
[0006]同样，由Optics公司(Optics)发行的Edge
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光管试图解决照明系统效率低下的问题。然而，此类管很厚，允许的空间控制有限，并且不允许集成传感器或其他电子设备。
[0007]最后，美国加利福尼亚州伯林盖姆的Glint Photonics公司(Glint Photonics,Inc.)发行了Hero
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灯具，当灯具保持在固定位置和取向时，可使用操纵杆调整其光的方向。然而，此类灯具具有高炫光，需要移动机械零件将光指向不同的方向。由荷兰史基浦机场(Schipol)的Lumileds Holding B.V.公司(Lumileds Holding B.V.)发行的动态光投影光源也有类似的缺点，即具有高炫光。
[0008]因此，需要一种低炫光、灵活、可将光传送到需要光的地方、具有合适的光谱分布、
提供有效强度水平且易于定制的高效照明系统。
技术实现思路
[0009]提供了一种数字控制LED照明器片材，该数字控制LED照明器片材产生远场照明图案或光场分布，并提高了光利用率。提供了一种动态定向固态照明片材，该动态定向固态照明片材利用LED(或其他种类的固态光源)，该LED定位在微透镜阵列的每个小透镜下方。单独的LED光束指向方向取决于相对于小透镜的光轴的离轴位置。来自独立LED的单独的光束在照明平面处或在体积空间内形成照明像素并且可在强度上进行调制。照明像素在远场照明平面和照明体积中部分重叠。在大的照明空间上，许多照明像素将部分叠加在相邻的照明像素上，重叠的增量远远小于照明像素的大小。该LED可数字地打开或关闭和/或可进行脉冲宽度或振幅调制，以产生数字控制的远场照明图案或光场分布。LED和小透镜的间距如此近，以至于在正常观察距离下，它们看起来像漫射连续图案，而不是由各个明亮的斑点组成的图案。这一属性负责减少炫光。该LED还可具有彼此不同的光谱特征，这能够通过在各种强度水平下打开某些LED，以数字方式调整照明的光谱功率分布。
[0010]在一个实施方案中，提供一种发光二极管照明器片材组件。该片材包括：微透镜阵列，该微透镜阵列包括多个小透镜；发光二极管(LED)阵列，该LED阵列与该小透镜中的每个小透镜对准，其中该阵列中的每个阵列中的该LED中的至少一些LED相对于该阵列与其对准的该小透镜的光轴定位，并且定位在相对于该光轴的与该阵列中的剩余LED中的至少一个LED所位于的相对于其小透镜的光轴的位置不同的位置处；计算机，该计算机控制该LED灯中的每个LED灯，该计算机包括至少一个处理器，该计算机被配置成：获得期望远场照明图案和期望光场分布中的至少一者；基于与该LED灯相关联的角度，识别该LED灯中需要打开以生成该期望远场照明图案和该期望光场分布中的该至少一者的LED灯；以及控制该识别的LED灯以生成该期望远场照明图案和该期望光场分布中的该至少一者。
[0011]在另一个实施方案中，提供了一种用于发光二极管照明器片材组件控制的方法。获得关于发光片材组件的数据，该发光片材组件包括微透镜阵列，该微透镜阵列包括多个小透镜，该发光片材组件还包括发光二极管(LED)阵列，该LED阵列与该小透镜中的每个小透镜对准，其中该阵列中的一个或多个阵列中的该LED中的至少一些LED相对于该阵列与其对准的该小透镜的光轴离轴定位，并且定位在相对于该光轴的与该阵列中的剩余LED中的至少一个LED所位于的位置不同的位置处。获得期望远场照明图案和期望光场分布中的至少一者。基于与该LED灯相关联的角度，识别该LED灯中需要打开以生成该期望远场照明图案和该期望光场分布中的该至少一者的LED灯。控制识别的LED灯以生成该期望远场照明图案和该期望光场分布中的该至少一者。
[0012]根据以下详细描述，本专利技术的另外的其他实施方案对于本领域技术人员来说将变得显而易见，其中通过说明为执行本专利技术而考虑的最佳模式来描述本专利技术的实施方案。如将实现的，本专利技术能够进行其他和不同的实施方案，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本专利技术的精神和范围。因此，附图和详细描述在本质上应被视为说明性的而非限制性的。
附图说明
[0013]图1是示出根据一个实施方案的用于基于光场照明器片材的动态光照输出的系统10的图。
[0014]图2A至图2B是示出根据两个实施方案的两个阵列组的图。
[0015]图3A至图3B是示出根据一个实施方案的金字塔形反射蜂窝状间隔件25的正面(面向小透镜的一侧)和背面(面向LED的一侧)的图。
[0016]图4是示出指向角和发散角的图。
[0017]图5A至图5F出于说明目的示出本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于基于光场照明器片材的动态光照输出的系统，所述系统包括：微透镜阵列，所述微透镜阵列包括多个小透镜；发光二极管(LED)阵列，所述LED阵列与所述小透镜中的每个小透镜对准，其中所述阵列中的一个或多个阵列中的所述LED中的至少一些LED相对于所述阵列与其对准的所述小透镜的光轴离轴定位，并且定位在相对于所述光轴的与所述阵列中的剩余LED中的至少一个LED所位于的位置不同的位置处；计算机，所述计算机控制所述LED灯中的每个LED，所述计算机包括至少一个处理器，所述计算机被配置成：获得期望照明图案，所述期望照明图案包括期望远场照明图案和期望光场分布中的至少一者；基于与所述LED灯相关联的角度，识别所述LED灯中需要打开以生成所述期望照明图案的LED灯；以及控制所识别的LED灯以生成所述期望照明图案。2.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，其中存在以下中的至少一种情况：所述小透镜包括折射元件、离轴元件、菲涅耳元件、全息光学元件和衍射光学元件中的一者或多者；以及所述LED灯中的至少一些LED灯具有与其他LED灯不同的光谱特征。3.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，所述发光二极管照明器片材组件还包括定位在所述微透镜阵列与所述LED灯阵列之间的金字塔形反射蜂窝状间隔件。4.根据权利要求3所述的发光二极管照明器片材组件，其中所述间隔件涂覆有涂层，所述涂层包含铝和银中的至少一者。5.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，所述发光二极管照明器片材组件还包括：背反射器，所述背反射器定位在所述LED灯阵列的与面向所述微透镜阵列的一侧相对的一侧上。6.根据权利要求5所述的发光二极管照明器片材组件，其中所述反射器涂覆有涂层，所述涂层包含铝和银中的至少一者。7.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，光漫射器片定位在所述微透镜阵列的与面向所述LED灯阵列的所述微透镜阵列的一侧相对的一侧上。8.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，其中所述光漫射器的厚度基本上等于所识别的LED灯的间距。9.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，其中所述小透镜为近半球形的。10.根据权利要求1所述的发光二极管照明器片材组件，所述发光二极管照明器片材组件还包括：至少一个传感器，所述至少一个传感器连接到所述计算机，所述至少一个传感器被配置成捕获关于以下中的至少一项的数据：妨碍所述期望照明图案的一个或多个对象、所述期望照明图案的不完全生成和所述传感器周围的环境条件；所述计算机被配置成进行以下中的至少一项：修改所识别的LE...
【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：
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