CN104981651B - 模拟自然照明的人工照明系统和包括人工照明系统的建筑 - Google Patents

模拟自然照明的人工照明系统和包括人工照明系统的建筑 Download PDF

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Abstract

一种用于以模拟自然照明的照明来照射环境的照明系统,包括:第一光源,配置为发出可见光光束;以及漫射光产生器,具有内表面和外表面,所述内表面配置为接收所述光束,所述漫射光产生器对所述光束至少是部分透明的。所述漫射光产生器配置为透射所述光束的至少一部分,并且通过外表面发射可见漫射光,透射光的相关色温CCT低于可见漫射光的CCT。该照明系统包括黑暗结构,通过漫射光产生器光学耦接到环境并向第一光源提供基本均匀的背景。

Description

模拟自然照明的人工照明系统和包括人工照明系统的建筑
技术领域
[0001] 本发明涉及一种人工照明系统。具体地,本发明涉及一种模拟自然照明的人工照 明系统和包括人工照明系统的建筑。这种照明系统可以照亮它所在的房间,效果与在打开 另一边有蓝天和太阳的光阑的情况下在相同房间内发生的效果非常类似。
背景技术
[0002] 目前已知的是提供了多种针对封闭环境("室内")的人工照明系统,这些系统的目 的在于改善用户感受到的视觉舒适性。具体地,模拟自然照明(即,在开放环境("室外")中 可获得的照明类型)的照明系统是已知的。室外照明的熟知特性取决于由太阳产生的光线 与地球大气之间的相互作用。
[0003] 在由本发明人提出的待审欧洲专利申请EP 2304480中,描述了一种包括以产生可 见光为目标的光源以及含有纳米粒子的面板的照明系统。使用时,该面板接收来自光源的 光线,用作所谓的瑞利漫射器,即,它以类似于在晴空条件下的地面大气的方式来漫射光 线。
[0004] 在本发明人提交的待审欧洲专利申请EP2304478中描述了关于和待审专利 EP2304480相同的面板的附加详情。此外,待审专利申请EP 2304480描述了多种面板的实施 例以及面板和光源相对彼此的多种排列,目的在于模拟自然照明的多种条件,例如,在晴空 下并且i)太阳在最高点或ii)太阳靠近地平线的情况下,自然界中发生的照明条件。
[0005] 在专利申请EP 2304480中所述的照明系统模拟自然照明,这是由于它在周围环境 中产生相关色温("CCT")较低的直接光线,模仿阳光并在存在被照亮物体的情况下产生阴 影;此外,在专利申请EP 2304480中所述的照明系统模拟自然照明,这是由于它投射CCT较 高的漫射光线,模仿天光并产生具有略带蓝色的阴影。尽管如此,这种照明系统不能完美地 再现当存在面向天空的窗口时观察者感受到的透视效果。具体地,这种照明系统无法引起 观看者感受无限视场深度的视觉感知。
[0006] WO 2012/140579公开了一种包括光透射单元的光学元件,光透射单元包括光透射 通道、光输入窗口、光出射窗口和壁面。光输入窗口被布置在光透射通道的第一侧并接收来 自光源的光线。光出射窗口发射具有天光外观的光线。光出射窗口的至少一部分被布置在 光透射通道的与第一侧相对的第二侧。将壁面夹在光输入窗口和光出射窗口的该部分之 间;所述壁面包围光透射通道。所述壁面的至少一部分在预定光谱范围内是反射型的和/或 透射型的,以便相对光出射窗口的所述部分的法线,以较大光发射角获得蓝光辐射。
[0007] US 7,722,220公开了一种包括热量传导元件、固态发光器和反射元件的照明设 备。所述传导元件限定开口;发射器和反射元件被安装在传导元件的第一侧上。
[0008] US 4,747,028公开了一种使用提供平均的、无眩光的照明的装置的光源。
[0009] US 4,267,489公开了一种包括漫射透明板、光均匀化元件、荧光灯和反射元件的 设备。
发明内容
[0010] 因此,本发明的目的在于提供一种至少能够部分地解决已知的现有技术限制的照 明系统。
[0011] 本发明提供了一种如独立权利要求所述的人工照明系统,从属权利要求记载了有 利的可能实现方案。
附图说明
[0012] 为了更好地理解本发明,这里参考附图,仅作为非限制性示例描述多种实施例,其 中:
[0013] -图1、2和7示出了本照明系统的实施例的示意横截面;
[0014] -图3示出了与本照明系统不同的可能照明系统的示意横截面;
[0015] -图4a和4b示意性地示出了光源的透视图;
[0016]-图5a、6和8不意性地不出了本照明系统的多个部分的透视图;
[0017] -图5b示出了图5a所示的照明系统的部分所包括的反射元件的横截面;
[0018] -图9a和10示出了光源的透视图;
[0019] -图9b示出了图9a所示的光源的一部分的横截面;
[0020] -图11示出了本照明系统的实施例的一部分的横截面;以及
[0021] -图12-15示出了本照明系统的其它实施例的多个部分的示意横截面。
[0022] 一般而言,申请人注意到观察者评估物体距离(从而评估构成三维场景的视场深 度)的能力是基于与聚焦、双眼会聚、双眼像差、运动像差、亮度、尺寸、对比度、空间透视等 相关的多个生理和心理机制。根据观察条件(例如,观察者是移动的或静止的,用一只眼或 两只眼观看等)以及场景的特性,一些机制可能变得比其它机制更重要,其中场景的特性取 决于例如是否存在已知尺寸、距离或亮度的物体用作评估场景中被观察的元素的距离的参 考。
[0023] 具体地,发明人注意到,如果围绕投影仪的背景是黑的并且是均匀的,则当投影仪 的距离大于5米(优选地,7米)时,通过窗口观看该投影仪的观察者将失去估计投影仪有多 远的能力。当遇到这种情况时,观察者无法确定到投影仪的距离。由于i)难以对闪耀光源准 确聚焦,阻止了观察者使用聚焦机制来估计物体的距离;并且ii)当物体超过5米远(优选 地,7米)时,双眼会聚很难难以有效地用于距离估计,从而丧失估计距离的能力;此外,由于 受到缺少其他参考点的抑制,在高距离情况下通常有效并且是高效的其他心理机制失效, 因此,丧失了估计能力。
[0024] 申请人还注意到,当瑞利漫射面板夹在观察者和投影仪之间时(后者被黑色、均匀 背景围绕),导致观察者几乎感觉到该投影仪在与他相距无穷距离处。更具体地,每当观察 者通过瑞利漫射面板观看投影仪时,获得在无穷距离处的感知效果,其中投影仪完全并均 匀地照亮该瑞利漫射面板,实际投影仪与观察者距离为至少5米(优选地,7米)。这种效果可 以解释为所谓的"空间透视"(由瑞利漫射面板引起的感知机制)的结果。实际上,由瑞利漫 射面板散射的光的颜色和强度几乎与天光的对应颜色和强度相同,其中相对透射光的强度 评估强度。具体地,所谓的空间透视机制涉及夹在任何物体和观察者之间的空气层的存在; 这种空气层的颜色和亮度影响估计物体与观察者的距离;由观察者感知的对象处于该空气 层的后方;这种机制在大距离时较为明显,或广义地,当用于距离评估的其它心理与生理机 制受到抑制或效率不足时较为明显。
[0025]申请人还注意到,观察者感知到由瑞利漫射面板发出的光线仿佛来自几乎无限远 的距离,只要发光点在观察者的视场内。这种效果可能是由于瑞利漫射面板用作发光辐射 的次级光源,观察者可能因为空间发光辐射本身的均匀性较高且不提供任何可观看的视觉 参考点,因而难以估计他与这种发光辐射的发射面板的距离。因此,在(物理)距离为5米(优 选地,7米)的视场中存在投影仪通过将瑞利漫射面板的估计位置"拖拽"到双目会聚的距离 感知阈值之外,而影响对整个场景的视场深度的估计。这种效果与投影仪的亮度相关,实际 上,除了瑞利漫射面板,投影仪本身是观察者感知的唯一空间位置元件。基本上,当观看瑞 利漫射面板时,投影仪迫使观察者的眼睛定位为仿佛它们在观看非常遥远的对象。通过这 种眼睛的定位使得产生如下感觉:视场中心的对象(即瑞利漫射面板发出的光)相较于瑞利 漫射面板本身的实际位置要远得多。此外,如下事实有利于将漫射光源感知为处于远离观 察者的位置处的效果:由瑞利漫射面板散射的光与典型的天光具有相同颜色和亮度(相较 于透射光)。由于上述空间透视的机制,这种效果是特别有效的,从而使得将投影仪感知在 几乎无限远距离处。申请人还注意到,不管通过瑞利漫射面板的观察方向如何,都会产生视 觉感知无限视场深度的效果(以下称作"突破效果")。
[0026] 此外,申请人还注意到,如果投影仪在视场外部,则单独的空间感知无法实现理想 的突破效果,这是由于其他生理与心理机制(例如对瑞利漫射面板的划痕或边界的聚焦)将 会占据优势。
[0027] 此外,申请人还注意到,每当将投影仪放置在紧邻瑞利漫射面板的位置处时,例 如,如果没有将其虚像移远的任何反射镜或透镜,则将削弱上述突破效果。实际上,在这种 情况下,观察者可以方便地估计投影仪距离,这样尽管空间透视起作用,然而整个场景的视 场深度将受到限制。类似地,申请人还注意到,只要投影仪不是被黑色、均匀背景围绕,就会 削弱上述突破效果。实际上,尽快空间透视起作用,但观察者可以确定与除了黑色且均匀背 景之外的背景的距离,从而限制整个场景的视场深度。
具体实施方式
[0028] 如上所述,图1示出了人工照明系统1,从现在开始被简称作照明系统1。
[0029] 具体地,照明系统1包括第一光源2,优选地,为定向光源,设计为以小于43isr的发 射立体角发光。此外,第一光源2在光谱的可见光区域内发光,也就是具有400nm到700nm的 波长。此外,第一光源2发射光谱Δ λ宽度优选为高于IOOnm (更优选地,高于170nm)的光(可 见电磁辐射)。光谱宽度A λ可以被定义为第一光源的波长谱的标准差。
[0030] 照明系统1还包括第一漫射面板4,其形状例如为平行六面体。具体地,第一漫射面 板4具有彼此平行的第一表面S1和第二表面S 2;优选地,第一漫射面板4较薄,即,沿垂直于第 一和第二表面Si、S2的方向测量的厚度w的平方值不高于第一和第二表面面积的 5%,优选地,1%。
[0031] 更具体地,在图1所示的实施例中,第一漫射面板4操作为所谓的瑞利漫射器,即, 作为本质上不吸收可见光范围内的光并且相对入射光的长波长分量更高效地漫射短波长 的面板,例如,本质上不吸收可见光范围内的光并且相较于波长= 650m的光线(红光),以至 少1.2倍(优选地至少1.4倍,更优选地至少1.6倍)更高效地漫射波长= 450nm的光线(蓝 光),其中通过漫射光辐射功率相对入射光辐射功率的比值来给出漫射效率。相同申请人的 专利申请EP 2304478中还详细描述了类瑞利漫射器的光学特性和微观特性。以下还提供了 微观特性的进一步描述。
[0032] 在图1所示的实施例中,第一光源2与第一漫射面板4垂直对准,即,第一光源2沿着 H轴摆放,H轴垂直于第一和第二表面S1、S2并穿过第一和第二表面51、S 2的质心(图1中,第一 表面S1的质心表示为0)。一般情况下,除了明确描述,否则在本说明书中,术语"质心"意味 它的几何意义,而不是它的物理意义(质量的中心),因此,还可以将其应用于平面表面,以 及应用于具有基本无穷小厚度的物体。因此,术语"质心"必须表示"几何中心"或"形心",假 设物体(或表面)具有无限小厚度,则质心与在假设物体具有均匀密度(精确地,无限小厚 度)的情况下计算出的质量中心相一致。此外,第一光源2照射整个第一漫射面板4。然而,如 下所述,将第一光源2布置为相对第一和第二表面Si、S2的质心离轴的实施例也是可能的。
[0033] 照明系统1被光学耦接到例如形状为平行六面体并被下壁P1、上壁P2和四个侧壁P 1 限定的房间6的环境。具体而不失一般性地,假定上壁内具有腔体8,从上方看,腔体8与第一 漫射面板4具有相同形状,并完全被后者填满。在任何情况下,本发明不限于腔体8的形状 和/或布置;例如,根据另一实施例(未示出),腔体可以被形成在侧壁中。此外,本发明不限 于在室内空间使用;因此,将照明设备1用作在夜间用于室外模拟白天照明的系统的实施例 也是有可能的。因此,照明系统1可以被耦接到室外环境,即,等同于壁是黑色或壁被布置为 处于无限远的房间的环境。
[0034] 照明系统1包括支撑元件10,支撑元件10连同第一漫射面板4的第一表面S1限定位 于房间6外部的外部空间V;第一光源2布置在外部空间V中。尽管未示出,以如下方式将支撑 元件10机械耦接到房间6的实施例也是有可能的:该方式还通过房间6的壁(例如,上壁P 2) 至少部分地限定外部空间V。
[0035] 将由能够吸收入射发光辐射的材料制成的内层12内部涂覆在支撑元件10上;这种 材料例如是黑色的并且可见光范围内的吸收系数高于70% (优选地高于90%,最优选地高 于95%,甚至更优选地高于97%)。内层12用于吸收例如直接来自第一光源2的、或来自第一 漫射面板4的反射和/或散射过程的、或穿过第一漫射面板4来自房间6的入射辐射。优选地, 空间V在它的整个内部涂覆有内层12,除了第一漫射面板4的第一表面S 1之外。换言之,支撑 元件10和内层12限定了一种黑盒(或暗室),其中术语"黑"表示光照极少的情况和/或吸收 光的能力,从而无法看到该盒,如下文所述;因此,在以下描述中,还将使用术语"黑盒10"。 光线仅可以穿过第一漫射面板4进入/射出黑盒。
[0036] 再次参考第一漫射面板4,假设由与第一漫射面板4距离较远的CIE (国际照明委员 会)D65标准发光点源产生光束(因此,该光束由彼此平行的光线构成)并且该光束垂直入射 到第一表面Si,第一漫射面板4将该光束分为四个分量,具体包括:
[0037] -透射分量,由穿过第一漫射面板4并且没有经历明显偏移的光线形成,即,由经历 的偏移小于〇. 1 °的光线形成,其光通量是入射在第一漫射面板4上的全部光通量的一部分 Tdirect;
[0038] -前向漫射分量,由沿分布在与第二表面S2垂直的方向周围(除了该垂直方向和与 该垂直方向的角度偏差小于0.1°的方向之外)的方向射出第二表面S2的光线形成,其光通 量是入射在第一漫射面板4上的全部光通量的一部分Tsciattered;
[0039] -后向漫射分量,由沿分布在与第一表面Si垂直的方向周围(除了该垂直方向和与 该垂直方向的角度偏差小于0.1°的方向之外)的方向射出第一表面S 1的光线形成,其光通 量是入射在第一漫射面板4上的全部光通量的一部分Psc;atte:red;以及
[0040] -反射分量,由沿第一表面Si的反射角方向(例如,此处为垂直的,或与垂直方向相 差小于0.1°的角度)从第一表面Sjf出或出发的光线形成,其光通量是入射在第一漫射面 板4上的全部光通量的一部分Pdirect。
[0041] 如上所述,第一漫射面板4的光学特性如下:
[0042] -Tscattered的范围为〇 · 05-0 · 5,优选地,0 · 07-0 · 4,更优选地,0 · 1-0 · 3,再优选地, 0.15-0.25;
[0043] -前向漫射分量的平均相关色温("CCT")CCTjscattered明显高于透射分量的平均相 关色温("CCT")CCTj direct,g卩,CCT_Tscattered>h*CCT_Tdirect,其中h = 1 · 2,优选地h = 1 · 3,更 优选地h = l .5;
[0044] -第一漫射面板4不显著吸收入射光,即,了(^1^。丨+了3。31^-+03。31^-+0(^6。1;的总和至 少等于0.8,优选地0.9,更优选地0.95,再优选地0.97;
[0045] -第一漫射面板4大部分向前散射,即,Tscattered>rpKpscattered,其中η至少等于1.1,优 选地n=i .3,更优选地n=i .5,再优选地n=2;以及
[0046] -第一漫射面板4具有较低的反射率,即,Pdirect〈0 · 09,优选地〈0 · 06,更优选地〈 〇.〇3,再优选地〈0.02。
[0047] 更具体地,第一漫射面板4包括第一材料的固态基质(例如,具有良好光学透射性 的树脂,诸如,热塑树脂、热固树脂、光固化树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酯纤维树脂、聚 苯乙烯树脂、聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯醇树脂、丁缩醛树脂、氟基树 月旨、乙酸乙烯酯树脂,或塑料(诸如,聚碳酸酯、液晶聚合物、聚亚苯基乙醚、聚砜、聚醚砜、聚 芳酯、非晶聚烯烃、或其混合物或共聚物)),其中第二材料(例如,无机氧化物,例Zn0、Ti0 2、 Zr02、Si02、Al203)的纳米粒子是分散的,这种第二材料的折射率与第一材料的折射率不同。 第一和第二材料均基本不吸收可见波长范围内的电磁辐射。
[0048] 此外,在图1所示的实施例中,第一漫射面板4是均匀的,也就是说,给定第一漫射 面板4的任何点,在该点的第一漫射面板4的物理特性不依赖于该点本身。此外,第一漫射面 板4是单片的(monolithic),即,固态基质不由于胶水或机械耦接而存在任何断点。然而,第 一漫射面板4的这种特性对于本发明的目的而言不是必须的,尽管这种特性使得第一漫射 面板4更易于被制造。
[0049] 更具体地,纳米粒子可以是单分散性的(monodisperse)。纳米粒子可以是球形的 或其它形状的。纳米粒子的有效直径D (在非球形的情况下的定义,如下所述)在[5nm-350nm]的范围内,优选地[10nm-250nm],更优选地[40nm-180nm],再优选地[60nm-150nm], 其中通过将纳米粒子的直径乘以第一材料的折射系数来给出有效直径D。
[0050] 此外,纳米粒子分布在第一漫射面板4内部,使得它们的面密度(即,每平方米的纳 米粒子的数目N,即,在由第一表面面积为Im 2的一部分限定的单位体积内的纳米粒子的 数目)满足条件N彡Nmin,其中:
[0051]
Figure CN104981651BD00111
[0052] 其中u是等于1米6的尺寸常数,N_被表示为数目/米2,有效直径D用米表示,其中m 等于第二材料的折射率与第一材料的折射率的比值。
[0053] 优选地,至少就面密度而言均匀地分布纳米粒子,即,面密度在第一漫射面板4上 是基本均匀的,但是纳米粒子分布可能在垂直于第一和第二表面ShS 2的方向上改变。例如, 面密度改变小于平均面密度的5%。这里将面密度用作在大于0.25_2的面积上定义的量。
[0054] 备选地,面密度改变的实施例是有可能的,以便补偿在由第一光源2照亮的第一漫 射面板4上的照度差。例如,在Si内的点(x,y)处的面密度N (x,y)可以通过等式N (x,y) =Nav* Iav/I (x,y) ±5%,与由第一光源2在点(x,y)产生的照度I (x,y)相关,其中Nav和1是在第一 表面S1上的平均照度和平均面密度。在这种情况下,第一漫射面板4的亮度在第一漫射面板 4上是均衡的,虽然第一光源2在第一漫射面板4上的照度属性是非均匀的。这里需要注意的 是,亮度是在从给定方向观看时,在表面的单位投影面积和单位立体角中,沿所述给定方向 从该表面发出(或入射于该表面上)的光束的光通量,例如在标准ASTM (美国材料与实验协 会)E284-09a中描述的那样。
[0055] 在D较小和体积分数较小(即,面板较厚)的限制下,预期面密度N~Nmin产生大约 5%的散射效率。当每个单位面积上的纳米粒子的数目变得更高时,预期散射效率与N成比 例地增长,直到发生可能有损颜色质量的多重散射或干涉(在体积分数较大的情况下)。因 此,对纳米粒子的数目的选择须考虑在在散射效率和所需颜色之间寻求折中,如在专利申 请EP2304478中详细所述。此外,随着纳米粒子的尺寸变得更大,前向与后向光通量的比值η scattered/Pscatte Md增加,这种比值在瑞利限制中等于1。此外,随着η增加,前向散射锥的光 阑变得更小。因此,对η的选择须考虑在以大角度散射光与最小化后向散射光的通量之间寻 求折中。然而,根据已知方式,可以将防反射层(未示出)沉积在第一和第二表面SdPS 2上,以 便最小化Pdm。*;这样做提升了光照系统1的照明效率,并且第一漫射面板4 (作为物理元件) 对房间6的观察者的可视性降低。
[0056] 然而,纳米粒子不是球形的实施例也是有可能的;这种情况下,可以将有效直径D 定义为等同球形粒子的有效直径,即,球形粒子的有效直径与上述纳米粒子具有相同体积。
[0057] 此外,纳米粒子是多分散性的实施例也是有可能的,即,它们的有效直径以分布N 0))为特征。这种分布描述了每单位表面上的纳米粒子的数目,以及与有效直径D相邻的有 效直径的单位间隔(也就是说,每单位表面上有效直径在Dl到D2之间的粒子的数目等于
Figure CN104981651BD00112
。这些有效直径的范围为[5nm-350nm],即,在该范围内的分布可以是 非空的。这样,考虑到在小粒子的限制下,散射效率大约以纳米粒子直径的六次幂的形式增 长,多分散性分布与具有代表直径D' μ的单分散性分布相似,其中D' 被定义为:
[0058]
Figure CN104981651BD00113
[0059] 其中
[0060] N=/N〇))dD
[0061] 可以选择D' eff,使其处于[5nm_350nm]的范围内,优选地[10nm-250nm],更优选地 [40nm_180nm],再优选地[60nm_150nm]。
[0062] 此外,沿H轴测量,第一漫射面板4与第一光源2相距d。该距离d可以根据房间6内的 观察者的预期位置而改变,使得观察者的预期位置和第一光源2之间的距离等于至少5米, 优选地,7米。例如,在天花板型应用的情况下,距离d可以等于3米。谨慎起见,当观察者非常 靠近第二表面S 2时,距离d可以等于5米。
[0063] 根据图2所示的一个不同实施例,第一光源2再次被布置在外部空间V中,但是它是 离轴的,即,相对第一漫射面板4横向偏移,即,它不与穿过第一漫射面板4并平行于H轴的任 何线相交。此外,照明系统1包括反射系统20,反射系统20包括第一反射镜22并形成将第一 光源2与第一漫射面板4相连的光路;换言之,由反射系统20将第一光源2产生的光线传送到 第一表面Si上。第一反射镜22引起在第一漫射面板4之前的光路的最后偏移(即,最后一次 方向改变)。
[0064] 此外,布置第一光源2和反射系统20,使得来自第一光源2的光线完全照亮第一漫 射面板4。此外,为了在下文进行更准确的描述,布置第一漫射面板4和反射系统40,使得它 们满足以下几何条件。不存在由光线RLl和光线RL2构成的耦合,该耦合使得:
[0065] -光线RLl穿过第一漫射面板4 (例如,来自房间6),或源自第一漫射面板4;以及
[0066] -光线RL2是通过反射系统20对光线RLl的反射,该光线被引导为再次入射在第一 表面Si上。
[0067] 关于光线RLl和RL2的上述几何条件等同于表示出:反射系统20不将产生于房间6 内并在第一点与第一表面Si相交的光线反射为使得它在第二点再次碰击第一表面Si。备选 地,布置反射系统20,使得来自第一表面Sl并入射在反射系统20上的所有界内光线(无论界 内光线源自的第一表面Sl内的哪个位置)被反射到内层12上。
[0068] 上述关于光线RLl和RL2的几何条件使得减小光源系统1占据的体积,主要指在房 间6外部占据的体积,而不降低照明质量。具体地,照明系统1在垂直方向上(即,沿H轴测量) 占据的空间较小。考虑到大量应用希望减小垂直占用空间,上述几何条件允许在实际感兴 趣的大量情况中获得突破效果。为了简便起见,现在开始,通常省略对所占用空间的垂直尺 寸的引用。
[0069] 更具体地,除了导致减小所占据的空间之外,反射系统20和第一漫射面板4的关联 布置防止发生可能降低照明的自然质量的两个现象。
[0070] 如图3所示,如果违反上述关于光线RLl和RL2的几何条件,则可能发生如下情况: [00 71]-由第一光源2产生的光线IRl碰击反射系统(由30表不),并被传送到第一漫射面 板4上,与第一漫射面板4相交并到达观察者;以及
[0072] -由第一光源2产生的光线IR2第一次碰击反射系统30,被第一次传送到第一漫射 面板4上,由于第一表面Sl的菲涅尔反射而被部分反射,第二次碰击反射系统30,被第二次 传送到第一漫射面板4上,与第一漫射面板4相交并到达相对光线IRl不同方向的观察者。
[0073] 在这种情况下,观察者可能感受到在不同方向看到的第一光源2的两个不同图像 的视觉。第一图像是由IRl以及所有靠近IRl的光线(即,仅与第一漫射面板4发生一次相交 的光线)形成的图像。第二图像是由光线IRl和靠近IR2的所有光线(即,由反射系统30重新 引导到观察者的被第一表面SI部分反射的光线)形成的图像。由于菲涅尔反射仅重新引导 部分光线(例如,针对几乎垂直入射和PMMA材料,第一漫射面板4的每个表面大约4%),第一 光源2的第二图像弱于第一图像。尽管如此,它的亮度仍然非常高,因此,观察者应感知到与 自然照明的差别,其中自然照明明显以存在一个太阳图像为特征。
[0074] 根据相似方式,如果不满足上述关于光线RLl和RL2的几何条件,则任意颜色的来 自房间6的光线可以穿过第一漫射面板4,被反射系统30反射并在与第一漫射面板4相交之 后重新进入房间6。这样,观察者应感知到存在颜色与第一漫射面板4的颜色不同的发光物 体,如同它们被布置在第一漫射面板4的后方。此外,由于所谓的背向散射,第一漫射面板4 本身不仅可以被观察者直接地观察到,而且还可以通过反射系统30观察到;实际上,第一漫 射面板4可能产生被镜框空间限制的发光点,这样可能损坏背景的均匀性。此外,由于在镜 边缘处发生亮度的迅速改变,观察者能注意到存在反射系统30。所有这些效果将引起照明 表现不自然,第一漫射面板4的图像与自然天空不同。此外,在第一漫射面板4的背景中感知 到物体或反射镜将防止获得突破效果。
[0075] 如上所述,以下实施例是有可能的:如图2所示,第一反射镜22是平面并并行于第 一漫射面板4 (即,平行于第一和第二表面S1、S2),使得最小化所占据的体积。
[0076] 此外,无论第一反射镜22的形状和倾斜角度,以如下方式布置第一光源2和第一反 射镜22:如果第一反射镜22的表面被称作反射表面S r,则第一表面Si的质心0和反射表面Sr 的中心0'可以通过直线连接,该直线相对H轴入射角度为A0,其中入射角度范围在40°到65° 之间,优选地42°到50°之间,更优选地45°附近。这样,在最小化由照明系统1垂直占据的空 间(当入射角AO变大时减小)以及最小化由于在第一漫射面板4处发生的部分反射而引起的 光线损耗(当入射角AO变大时增大)之间实现折中,假设第一漫射面板4的折射率基本等于 1.5,入射角AO高于45°。值得注意的是,在入射角AO基本等于45°处照射第一漫射面板4的优 点同样对所有可能实施例皆成立,包括后面所述的实施例以及没有任何反射镜的实施例。
[0077] 申请人还证实,当第一反射镜22是平面时,如果第一反射镜2平行于第一漫射面板 4,则对于任意入射角A0,由照明系统1占据的垂直空间得到最小化。
[0078] 在进行以下描述之前,将"载波射线(carrier ray)"定义为经由反射系统20将第 一光源2的发射表面Sf (随后定义)的质心0"与第一表面S1的质心0相连的曲折光路,或如果 存在多于一个的光路,则将其定义为这些光路中的最短光路;如果将反射系统20设计为成 像光学组件(imaging-optic component),则仅存在一个光路。
[0079] 此外,引入了笛卡尔参照系,其原点在第一表面S1的质心0处并包括位于由第一表 面S 1S义的平面内的X轴和y轴,被布置为y轴垂直于载波射线在第一反射镜22的反射表面Sr 上的入射平面(即,该平面包含接触第一反射镜22的两段载波射线,以及垂直于该接触点的 反射表面Sr的直线)。
[0080] 无论第一反射镜22的形状和入射角度,以下实施例是有可能的:第一表面S为矩形 或至少细长形,其最长轴与y轴相一致。申请人证实:在第一漫射面板4的面积相同且入射角 度AO相同的情况下,相对于第一漫射面板4不是细长形或沿着X轴为细长形的情况,这些实 施例允许实现沿着H轴以较小高度的照明系统1实现关于光线RLl和RL2的几何条件。换言 之,这些实施例允许针对给定高度的照明系统1和给定入射角度A0,最大化第一漫射面板4 的面积。实际上,申请人注意到,针对给定入射角度AO,第一漫射面板4沿着X轴的最大宽度 与照明系统1沿着H轴的最小高度成正比,当入射角度AO接近45°时,比例系数接近1。
[0081] 申请人还注意到,如果第一光源2具有圆形(图4a)或椭圆形(图4b)发射表面Sf,则 自然照明质量得到进一步改善。假设第一光源2是定向的,它具有主方向(在该方向上,发光 强度具有绝对最大值)和主平面(这里定义为与具有亮度的绝对最大值的主方向相垂直的 平面)。如上所述,发射表面S f是主平面的一部分,在该部分内沿着主方向的亮度高于发光 强度的绝对最大值的10%。如果存在包围发射表面&的圆周或椭圆并且该圆周或椭圆的面 积大于发射表面S f的面积不超过30%,优选地20 %,更优选地10%,则发射表面Sf被称作圆 形或椭圆形。
[0082] 如上所述,光线在对应入射点碰撞第一表面Si并与垂直于第一表面Si且穿过入射 点的直线形成对应入射角。如上所述,第一光源2和第一漫射面板4的布置和反射系统20使 得:
[0083] -光线RL3经由反射系统20将发射表面Sf的质心0"与第一表面S1的质心0相连并相 对于和第一表面Sl垂直且穿过后者的质心0的直线形成角度Q 1;以及
[0084]-光线RL4经由反射系统20将发射表面Sf的质心0"与第一表面Si的一个点相连,该 点与第一表面S1的质心0相距距离X,并且光线RL4相对于和第一表面S1垂直且穿过该点的直 线形成角度θ 2;
[0085] 因此,存在下式:
[0086] I tan (θι_θ2) I · cos (θι) /L
[0087] 其中L至少等于3米,优选地X〈〈L,例如,X〈 10cm。优选地,L至少等于4米;更优选地, L至少等于5米。应注意,如果第一漫射面板4与第一光源2的上述距离d等于L,则图1所示的 实施例也满足这种条件。
[0088] 这样,光线以几乎平行的方向(与在自然界中的方式类似)入射在第一表面51上。 此外,如果反射系统20包括会聚镜(converging mirrors),即,设计为在大于第一光源2与 第一漫射面板的物理距离的距离处形成第一光源2的虚拟图像的镜子,则即使当该物理距 离低于L时,仍可以满足这种条件。
[0089] 申请人还注意到:在一些应用中(例如,在第一漫射面板4设置为与观察者相距较 小距离的情况下),则满足以下条件就足够了 :L至少等于第一表面Sl的任意两点之间的最 大距离的50 %,优选地70 %,更优选地100 %。
[0090] 然而,不考虑关于第一漫射面板4与第一光源2的距离的上述详情,以下实施例是 有可能的:布置光源2使得第一表面S1I的照度分布在最小值ILLUmir^P最大值ILLU max之间 改变,其中ILLUmax<3*ILLUmin,以便限制在第一漫射面板4上的照度变化。可以通过在第一 光源2和第一表面Si之间插入任意形式的光学兀件和/或通过将光源2与第一表面Si分离适 合距离,来实现关于照度均匀性的这种条件。例如,以下实施例是有可能的:由第一光源2在 第一表面&上产生的照度基本是均匀的,这是由于存在以下关系的事实:
[0091] I tan (Θι-Θθ) I <〇 · 5 · cos (θι)
[0092] 其中,是源自第一光源2的发射表面Sf的质心0"的另一光线入射在第一表面Si的 边界上的一点的角度,该点是边界点中与第一表面㊀:的质心0具有最大距离的点。申请人还 注意到,在这种情况下,如果观察者与第一漫射面板4相距较小距离,则满足以下条件就足 够了:L至少等于第一表面任何两点之间的最大距离的50%,优选地70%,更优选地 100%〇
[0093] 申请人还注意到,每当第一光源2的最大照度大于106cd/m2,优选地0.1*10 6cd/m2, 更优选地l*106cd/m2,再优选地10*10 6cd/m2,则改善自然照明质量。对于这些值,实际上,第 一光源2针对光源本身产生足够的强光而难以被注视,从而防止观看者通过眼睛聚焦的机 制来估计光源的距离。因此,这些照度值有助于获得无限突破效果。此外,强光使得难以检 测第一光源2的亮度分布的可能非均匀性,因此使得难以检测在第一光源2的图像和太阳图 像之间的差别。
[0094] 申请人还证实:如果第一光源2的尺寸和形状使得将发射表面Sf的周长连接到第 一表面S1的质心0的光线与上述光线RL3形成的角度小于4°,优选地3°,更优选地1.2°,再优 选地1.0°,则改善自然照明质量。因此,当这种小角度值与高照度值相关联时,改善自然照 明质量,这种条件允许获得更自然的感受。
[0095] 如图5a和5b所示,独立于第一漫射面板4的详情,第一反射镜22可以是凹面镜,例 如,具有抛物面曲率的凹面镜。具体地,如图5a和5b所示,第一反射镜22可以定形为圆抛物 面的一部分,圆抛物面是通过相对初始抛物线(generator parabola)的A轴旋转初始抛物 线获得的表面,使得与包括A轴的任何平面的交界限定所述初始抛物线。具体地,通过用与A 轴相交角度不是90°的割线平面来划分圆抛物面表面的一部分,获得圆抛物面的所述部分。 为了简便起见,现在起,引述圆抛物面,而不明确表明由圆抛物面的一部分形成所述反射 镜。
[0096] 根据该实施例,第一光源2被布置在圆抛物面的焦点,更准确地,第一光源2的发射 表面S f的质心0"被布置在圆抛物面的焦点处,使得来自该质心并被圆抛物面反射的光线以 全部与A轴平行的传播方向碰撞第一表面S 1。这样,观察者感到第一光源2仿佛被布置在几 乎无限远的距离处,与太阳的情况相似,从而增强自然照明质量。换言之,第一光源2的虚拟 图像与观察者具有无限远的距离。
[0097] 此外,由观察者观察到的第一光源2的尺寸由在视网膜上的第一光源2的图像的尺 寸确定,仅取决于第一光源2的物理尺寸以及由眼透镜(晶状体)和由圆抛物面形成的光学 望远镜系统的放大倍数;这种光学望远镜系统具有分别被布置在眼睛透镜焦点和圆抛物面 焦点中的像平面和物平面。通过眼透镜焦距长度与圆抛物线焦距长度的比值来确定上述放 大倍数;因此,由观察者感知到的第一光源2的尺寸不取决于观察者与照明系统1的距离。因 此,这种附加条件有助于产生自然照明效果,这是由于太阳的感知尺寸不取决于观察者的 位置。
[0098] 申请人还注意到,如果发射表面Sf定形为圆形,则由观察者感知到的第一光源2的 图像仍是圆形的,这是由于图5a所示的光学系统不扭曲图像。
[0099] 图5a所示的实施例的特征在于:在由圆抛物面反射的光线以45°碰撞第一漫射面 板4的情况下,由照明系统1占据的垂直空间几乎等于第一漫射面板4沿X轴的尺寸,并满足 上述几何条件。
[0Ί00] 根据变型,如图5a所不,第一漫射面板4的第一和第二表面Si和S2为椭圆形,该形状 被圆抛物线22沿由A轴给定的方向在xy平面上的投影包围。因此,第一和第二表面SjPSM 以由圆抛物面在xy平面内形成的发光点SP包围,从而减小光损耗。此外,切割第一反射镜 22,以便接受具有圆形发散的光束,即以如下方式切割第一反射镜22:其在与将发射表面S f 的质心0"与圆抛物面的顶点相连的直线相垂直的平面上的投影为圆形或至少十分近似于 圆形。然而,第一反射镜22的其它形状也是有可能的,例如,沿着y方向的细长形。
[0101] 使用圆抛物面意味着:通过第一漫射面板4进入房间6的光线投影在房间6的地面 上,光点与第一漫射面板4具有相同形状和尺寸,与穿过窗口的阳光的情况相同,从而有助 于自然照明效果。此外,由于观察者能够基于发光源产生的光线的汇聚性来估计发光源的 距离,图5a所示的照明系统1产生较大视场深度的效果,即使第一光源2不直接处于观察者 的视场内。
[0102] 如图6所示,第一反射镜22可以定形为柱状对称的抛物面的一部分,即,抛物柱面 的一部分,通过将抛物柱面与三个割线平面相交来获得该部分。具体地,众所周知,给定初 始抛物线和参考线R,抛物柱面是由平行于参考线R并入射在初始抛物线上的直线形成的规 则表面(ruled surface);换言之,通过将初始抛物线沿着参考线R进行平移来得到抛物柱 面。下文中,还将参考线R称作柱轴。
[0103] 在图6所示的实施例中,通过在平行于X轴的方向上对初始抛物线进行平移,来获 得抛物柱面。此外,初始抛物线的顶点在xH平面内,它的轴A定向为沿着与将第一表面Sl的 质心0和第一反射镜22的反射表面S r的质心0'相连的直线成镜像的直线。在该实施例中,在 初始抛物线顶点处与抛物柱面相切的平面平行于xy平面。此外,三个割平面中的两个平面 例如平行于yH平面,而第三个平面例如基本平行于xy平面。如上所述,从现在起,为了简便 性,引用抛物柱面,而不明确说明该反射镜是由抛物柱面的一部分形成的。
[0104] 在图6所示的实施例中,抛物柱面沿X轴与H轴横向分离,使得入射角AO基本等于 45。。
[0105] 更具体地,发射表面Sf的质心0"被布置在xH平面内,靠近由形成抛物柱面的抛物 线的焦点形成的直线,布置在确保导向第一漫射面板4的光线的具有最佳准直的位置处,为 此,考虑在含有y轴的平面内的射线传播以及抛物柱面的质心,更一般地,考虑在沿着平行 于y轴的直线与第一漫射面板4相交的所有平面内的射线传播。下文中,将所述所有平面中 的平均发散简称作沿着y轴方向的发散。
[0106] 图6所示的实施例允许使用y轴明显长于X轴的第一漫射面板4,从而最大化第一漫 射面板4的面积和观察者感知到突破效果的角度。更准确地,这种大型细长的第一漫射面板 4是有可能的,这是由于实施例依赖于使用在y轴方向上具有大型细长结构的反射镜,与此 同时保持在所述y轴方向上的有限(输出)发散。更具体地,申请人还注意到:感知到的第一 光源2沿y轴方向的尺寸(即感知到的发光表面S f沿y轴方向的直径)不依赖于观察者和第一 光源2之间的距离,或它对这种距离的依赖性非常小。至于观察者感知到的第一光源2沿着X 轴方向的尺寸,它依赖于观察者的位置并随着距离而减小。因此,为了确保感知到圆形的第 一光源2,可以采用具有椭圆发射表面S f的光源,其中根据房间6内的预期观察点来固定椭 圆的偏心率。
[0107] 使用抛物柱面得到的另一优点在于:这种类型的反射镜容易制造,这是由于可以 通过平面镜箱(例如,铝反射镜箱)来获得这种类型的反射镜。此外,考虑到观察者站在垂直 位置并从中心位置(即,通过第一表面3 1的质心0)观看第一光源2,且因此眼睛沿着y轴方向 对准,他将感受到第一光源2在遥远的距离处,这是由于他眼睛的会聚仅在含有双眼的平面 (即,在y轴方向上)内工作,在该平面内发生较高的会聚。无论射线是否在垂直方向上发散, 都会发生该现象。
[0108] 在不同实施例(未示出)中,以如下方式安装照明系统1:第一漫射面板4平行于垂 直壁,而不是天花板,这样,来自第一光源2的光束进入房间6,该光束平行于地板并相对垂 直壁的角度大约为45°。在该实施例中,通过沿与y轴(而不是X轴)平行的方向平移初始抛物 线来获得抛物柱面,这是允许观察者进行最大深度感知的配置,其中观察者的眼睛沿X轴对 准。此外,在该情况下,如果照明系统1的高度超过垂直壁,可以通过采用沿y轴方向的细长 结构,来获得第一漫射面板4的最大面积。
[0109] 在不同实施例中,反射系统20可以包括第二反射镜24,例如图7所示。也就是说,上 述第一反射镜22可以是反射系统20的多个反射镜中的一个反射镜,该反射镜造成将由第一 光源2产生的光线传送到第一漫射面板4的光路的最后偏移。
[0110] 第二反射镜24被光学插入在第一反射镜22和第一光源2之间。在这种情况下,不改 变上述几何条件,这是由于该条件是针对整个反射系统20而言的。因此,是通过仅在第一反 射镜22上还是在第一和第二反射镜22、24二者上对光线RLl进行反射而产生光线RL2是无关 紧要的。类似地,反射系统20可以包括附加反射元件(未示出)。
[0111] 第一和第二反射镜22、24中的任何反射镜可以是平面的或具有不同形状。具体地, 如图8所示,如下实施例是有可能的:第一和第二反射镜22、24二者被定形为由位于正交平 面内且沿正交方向平移的初始抛物线产生的两个对应抛物柱面的一部分,因此在正交平面 内执行光学准直。在本实施例中,例如,第一反射镜22与图6所示的抛物柱面相似,而通过采 用xH平面内的第二初始抛物线并将其沿y轴方向平移,获得形成第二反射镜24的第二抛物 柱面,因此实现在xH平面内光束发散缩小。此外,申请人证实:如果布置两个抛物柱面使得 它们共享公共焦点(或更准确地,使得初始抛物线共享公共焦点,第一反射镜22的初始抛物 线的焦点位置负责由反射镜24进行的反射)且第一光源2被基本布置在该公共焦点中,当第 二初始抛物线的轴朝向基本与第一反射镜22的初始抛物线的轴平行的方向时,获得对由第 二反射镜24反射到第一反射镜22的所有方向光线的良好准直。
[0112] 图8所示的实施例支持使用沿y轴的长度明显长于沿X轴的长度的漫射面板,因此 支持最大化第一漫射面板4的面积,其中由该实施例占据的垂直空间等于在方形面板的情 况下占据的垂直空间。此外,该实施例支持产生入射在第一表面3 1的光束,其中该光束沿X 轴和y轴(即,沿着分别沿平行于X轴和y轴的直线与xy平面相交的平面)的发散缩小。因此, 所传输的光线具有类似于阳光的发散。这种条件有助于产生大视场深度感知,即使在第一 光源2不处于观察者视场范围内的情况下。此外,由于第一光源2被布置为靠近公共焦点,观 察者感知到的第一光源2的尺寸不依赖于距离。最终,通过从入射在第二反射镜24上的光束 开始,其中该光束在入射平面和正交平面二者内基本具有相同的发散(即通过有效使用产 生具有方形横截面的光束的光源),实现照亮沿y轴方向为细长形的漫射面板。通过在两个 正交方向上以两个单独步骤执行减小初始光束发散而实现的这种结果相对单个抛物柱面 的情况显示出优点,其中对于单个抛物柱面,需要不对称波束,如下所述。
[0113] 无论第一漫射面板4和反射系统20的详情如何,如上所述,第一光源2可以具有圆 形或椭圆形的发射表面&。具体地,只要反射系统20包括至少一个柱状对称的抛物面,发射 表面S f就可以为椭圆形,使得补偿沿X轴和y轴引起的差异放大倍数,因此允许在观察者的 视网膜上产生圆形光点。
[0114] 如图9a和9b所不,第一光源2可以由一系列发射器件50形成。每个发射器件50由 LED源52和矩形的对应复合抛物面聚光器("CPC")54形成,复合抛物面聚光器具有输入光阑 IN和输出光阑OUT;输入光阑IN和输出光阑OUT可以分别定形为第一和第二矩形,彼此相平 行并对准,其中第一矩形的面积小于第二矩形的面积。此外,第一矩形的对称轴长度之间的 比值与第二矩阵的不同。例如,第一矩阵具有较大的比值,即,相较于第二矩阵,它是更加细 长状的。LED光源52可以由LED发射器阵列(未示出)形成,以如下方式布置为靠近对应输入 光阑IN:经由输入光阑IN将由LED光源52发出的辐射耦合到CPC聚光器54,并从输出光阑OUT 射出。然而,其它类型的反射聚光器是有可能的;类似地,可以使用除了LED之外的发光器 件。
[0115] 由每个发光器件50产生的光束具有矩形横截面,它的发散性在含有光束本身的轴 和由输出光阑OUT限定的矩形的对称轴中较大的对称轴(如图9a中57所示)的平面(即,含有 由聚光器54和对应LED光源52形成的配对的光轴56的平面)内最大。在不同输出光阑OUT的 情况下,通过细长方向(即,出口OUT的最大延伸方向)和光轴56延展最大发散平面。
[0116] 在最大发散平面及其正交平面(也包含光轴56)中各自的光束发散量根据在输入 矩形d IN和输出矩形dQUT的对应边长度之间的比值而改变,具体地,它等于该比值的反正弦值 (即,a rCsin(dIN/dQUT))的二倍。这样,输入和输出光阑的面积和形状都必须是不同的,以便 确保在两个正交平面内进行不同发散。
[0117] 应选择输入光阑IN的尺寸使得它包围LED光源52。在图9a和9b的实施例中,每个聚 光器54具有如同漏斗(funnel)的形状并由四个抛物面反射表面形成,其中每个抛物面反射 表面是一维弯曲的,具有处于最大发散平面或其正交平面内的初始抛物线,所有初始抛物 线的焦点位于输入光阑IN所在的输入平面内。此外,四个抛物面反射表面沿光轴56的方向 具有相同长度。
[0118] 根据实施例,所有发射器件50是相同的,布置聚光器54使得输入光阑IN位于相同 输入平面?_預内,输出光阑OUT位于相同输出平面P_0UT内。具体地,将聚光器54布置为彼此 相邻,输出光阑OUT彼此相邻,即,它们被紧密包装,以确保发射表面S f的最大平均亮度;此 外,聚光器54的数目和排列使得有所有输出光阑OUT的集合构成的表面近似圆形表面,尽管 近似椭圆形的复合表面的实施例也是有可能的。最终,将所有发射器件50布置为将它们的 轴56朝向相同方向。在这种情况下,第一光源2具有自己的"较大发散平面",该发散平面是 包含发射表面S f的质心0"并平行于发射器件50的最大发散平面的平面;此外,第一光源2具 有"较大发散轴" 58,通过第一光源2的较大发散平面与第一光源2的发射表面Sf相交来得到 该较大发散轴58。虽然针对多个矩形聚光器54的情况引入了较大发散轴,显而易见的是其 它形状的沿平行轴57具有细长输出光阑的漏斗状聚光器54也导致光源仍具有与轴57平行 的较大发散轴。
[0119] 图9a和9b所示的第一光源2允许将光束特性(具体地,其横截面的形状与其发散 性)从发射表面Sf的形状解耦,而不引入任何损耗。在此情况下,发射器件50产生相同的具 有矩形横截面的"单位光束",输出光阑OUT的中心之间的距离小于通过对所有单位光束求 和而形成的复合光束的宽度,发生这种求和是由于传播复合光束并发散每个单位光束而导 致的。实际中,单位光束融入一个与单个单位光束具有相同的矩形横截面和相同发散性的 复合光束。换言之,在与发射表面&的直径相比更大的距离处,复合光束与由单个发射器件 50产生的光束具有相同形状和发散性,这是由于该复合光束是通过彼此微小偏移的多个相 同的单位光束形成的。因此,图9a和9b所示的实施例允许在垂直于复合光束自身光轴的平 面内并在相距第一光源2的所需距离处产生具有截面的复合光束,其中复合光束的截面是 具有所需面积和形状的矩形。此外,这种实施例支持产生具有发射表面S f的光源,发射表面 &可以具有例如圆形或椭圆形的任何形状。下文中,将这种光源称作"矩形光束光源"。需要 强调的是通过依靠刀切(knife-cut)光阑和所执行的成像光学(例如,针对标准、类似剧院、 舞台灯光的投影仪)无法得到该结果,其中光束切割引起较高的传输损耗。因此矩形光束光 源允许最小化整体能量消耗。
[0120] 尽管未示出,然而不同实施例是有可能的,其中第一光源包括多个发射器件以及 对应方形的复合抛物面聚光器,其中每个发射器件由方形的LED光源形成,对应的方的复合 抛物面聚光器具有方形输入光阑和方形输出光阑。这样,每个发射器件产生方形光束,所述 光束在两个正交方向上(即,在含有聚光器轴的以及分别含有输出光阑的两个轴的两个平 面内,其中输出光阑的两个轴与输出光阑的侧边平行)具有相同发散性。具体地,本实施例 允许针对任意形状的发射表面S f,产生具有所需发散性的方形光束。下文中,这种第一光源 被称作"方形光束光源"。
[0121] 在其它不同实施例(未示出)中,第一光源包括多个发射器件以及对应的圆型复合 抛物面聚光器(未示出),其中每个发射器件由圆形的LED光源形成,圆型复合抛物面聚光器 具有圆形输入光阑和圆形输出光阑为特征。在此情况下,第一光源产生圆形对称的光束。因 此,这种第一光源允许针对任意形状的发射表面&,产生具有所需发散性的圆形光束。下文 中,这种第一光源被称作"圆形光束光源"。
[0122] 在反射系统20由一个或多个平面镜构成的情况下或在反射系统20包括形状为抛 物柱面的单个反射镜的情况下,矩形光束光源允许获得沿y轴为细长形的发光点SP,即围绕 第一漫射面板4的第一表面发光点SP,第一表面&的形状为沿y轴细长的矩形。在这两种 情况下,矩形光束光源定向为使得通过反射系统20将它的较大发散轴58映射到y轴上,以便 减小反射系统的布局的复杂性。在本发明的上下文中,假设窄光线束包括源自发射表面S f 的质心0"并位于较大发散平面内的载波射线,如果反射系统20引起光线束沿着与y轴相切 的直线与第一漫射面板4相交,则反射系统将较大发散轴映射到y轴上。例如,如果反射系统 20使得载波射线在单个平面内是折叠的,则矩形光束光源朝向与y轴平行的较大发散轴58。
[0123] 在反射系统20包括形状为具有正交柱轴的抛物柱面的两个反射镜的情况下,使用 方形光束光源是有利的。在这种情况下,实际上,有可能依赖于如下事实:为了获得沿y轴细 长的发光点SP,方形光束的初始发散性在相距第一光源2的两个不同距离处减小。这种实施 例允许在商业可用LED发光器(通常是方形的)和聚光器之间实现最优耦合。
[0124] 此外,在反射系统20包括形状为圆抛物面的反射镜的情况下,使用圆形光束光源 是有利的。然而,在该情况下,光源2可以由与圆形LED元件相耦接的单个圆CPC构成,这种解 决方案允许获得圆形发射表面S f。
[0125] 图10示出了通过相同CPC聚光器54再次形成第一光源2的附加实施例,其中它们的 输入光阑IN和输出光阑OUT示例性地仍为矩形。然而,在这种情况下,将掩膜60施加在由输 出光阑OUT形成的整个光阑上;处于输出平面P_0UT内的掩膜60限定掩膜光阑62,其形状为 面积大于单个输出光阑OUT的面积的圆角矩形。具体地,掩膜60可以由光学吸收材料层形 成,使得只有通过掩膜光阑62的辐射可以穿过输出平面P_OUT。这样,第一光源2仍被感知为 具有基本为圆形的发射表面&。申请人还注意到,掩膜60本质上不扭曲在第一表面S1的平面 内形成的发光点SP。
[0126] 独立于形成反射系统20的反射镜的数目和形状,照明系统1还可以包括含有漫射 光发射层的第二光源,该层是透明的或至少部分透明的。使用时,独立于被第一光源2照射, 附加光源从发射层发射漫射光,同时,观察者可以看穿第二光源的漫射光发射层看到第一 光源2在该发射层之后。在本描述中,术语"透明"用于表示所谓的"看穿"光学特性,即,透射 图像形成光的光学元件的特性。更具体地,考虑到由设置在与漫射光发射层相距较大距离 的点状D65标准光源产生的并垂直入射在漫射光发射层使得漫射光发射层的一部分被由 D65标准光源产生的一束射线照亮的光束(该光束由彼此平行的光线构成),如果由FWHM角 孔径不大于8° (优选地4°,最优选地2°)的锥体内的漫射光发射层透射该光线束的至少 50%,优选地70%,更优选地85%,则将漫射光发射层定义为部分透明的。为了完整性,还应 注意,第一漫射面板4也是部分透明的。
[0127] 从实际观点看,如果标准光源(例如,D65光源)从圆形发射表面均匀地发射光线, 并如果标准观察者在8° (优选地4°,最优选地2°)的圆锥形立体角下观看发射表面,当将部 分透明的漫射光发射层夹在观察者和发射表面之间时,由观察者感知到的发射表面的照度 是当缺少漫射光发射层时由观察者感知到的对应照度的至少50%,优选地至少70%,更优 选地至少85 %。
[0128] 如上所述,如图11所示,第二光源(由68所示)可以被布置为平行于第一漫射面板 4,例如,在其上方,并例如与其直接接触。
[0129] 第二光源68可以包括第二漫射面板64和发光体66,第二漫射面板64定形为由发光 体66从侧面照射的光导,发光体66形成为例如LED线带或焚光管灯,使得由发光体66发射的 光在第二漫射面板64中以导模传播,其中第二漫射面板64均匀地漫射该光线。第二漫射面 板64可以例如是适合侧面照明的商用漫射器,例如"Acrylite® LED"或"Plexig丨as® LED EndLighten"。此外,如图11所示,相较于沿着垂直于H轴的方向K的厚度,第二漫射面板64沿 H轴的厚度是可忽略的。
[0130] 在特定配置中,第二漫射面板64由第三材料(例如,从先前针对第一材料所列的材 料中选择的材料)形成,其中散布有第四材料(例如,ZnO、TiO 2、ZrO2、SiO2、A12〇3)的微粒;这 种第三和第四材料不吸收波长在可见光范围内的光线。具体地,微粒的直径范围可以从2μπι 到 20μηι。
[0131] 使用时,由第二漫射面板64传导的辐射的一部分在沿着第二漫射面板64传播的同 时从第二漫射面板64出射,这是由于第四材料的微粒的漫射作用。由于第二漫射面板64沿H 轴具有可忽略的厚度(相较于K方向),第二漫射面板64对于沿H轴传播的辐射而言是基本透 明的,但是对沿着K方向传播的辐射被用作漫射器。
[0132] 此外,如果通过第三和第四表面S3、S4在上方和下方限定第二漫射面板,第三和第 四表面S 3、S4中的至少一个可以是粗糙表面。这种粗糙性有助于第二漫射面板64漫射由发光 体66产生的光线,该漫射过程在沿着平行于K方向的任何方向上是视觉均匀的。根据已知方 式,可以设计粗糙性,使得由发光体66产生的大部分光主要通过第三和第四表面S3、S4中的 一个表面散射,具体地,散射向第一漫射面板4。在第三和第四表面S 3、S4中的至少一个是粗 糙的情况下,不需将微粒扩散在第二漫射面板64中。在任一情况下,可以在第二漫射面板64 的第三和第四表面S3、S4二者上呈现出粗糙性。
[0133] 在不同配置中,第二光源68包括由OLED膜制成的基本透明发射表面。OLED膜还能 够产生具有受控颜色和强度的漫射光,与此同时OLED膜对于沿着垂直于其表面的方向经过 的光线是透明的。
[0134] 第二光源68允许改变通过照明系统1产生的漫射光分量的颜色和强度,而基本不 改变透射分量的颜色和强度。为此,有可能对由第二光源68发射的光的颜色和强度起作用。
[0135] 例如,为了重现傍晚光线的特性,可以将CCT较低(例如,2500K)的灯用作第一光源 2;在这种情况下,透射分量的颜色与在日落之前的日光的颜色相似。在没有第二光源68的 情况下,仅由第一漫射面板4散射的分量的颜色应与对应自然分量的颜色不同。实际上,自 然的情况下,通过白色日光(即还没穿过大气的日光)照亮观察者上方的天空,其中该白色 日光的CCT大约等于6000K,远高于该灯的CCT。因此,假使照亮第一漫射面板4的第一光源2 具有较低CCT,在傍晚时间由观察者上方的天空散射的光的CCT明显高于由第一漫射面板4 散射的光的CCT。然而,如果使用第二光源68,具体地,如果使用第二漫射面板64以及发光体 66且后者由红、绿、蓝("RGB")LED发射器组成,则有可能针对这三个要素中的每个要素调整 光通量;这样允许第二漫射面板64产生具有如下颜色和强度的散射分量:使得从第一漫射 面板4出射的并被第一和第二漫射面板4、64散射的全部分量具有所需颜色。换言之,第二光 源68允许将透射分量的颜色从散射分量的颜色解耦。此外,如果具有可调CCT的灯被用作第 一光源2,则可以重现在一天不同时刻的自然照明变化。
[0136] 其它实施例也是有可能的,在该实施例中,将第二光源68布置在第一漫射面板4下 方使得由第一光源2产生的光在经过第二漫射面板64之前经过第一漫射面板4。此外,将第 一和第二漫射面板4、64物理相分离的附加实施例也是有可能的。
[0137] 在缺少第一漫射面板4 (即,缺少瑞利面板)的情况下使用第二光源68的实施例也 是有可能的。在该情况中,H轴是垂直于漫射光发射层并与漫射光发射层的质心相交的直 线。
[0138] 以上描述中,所有被公开的实施例表不包括第一光源、漫射光产生器和暗室的系 统,其中漫射光产生器定形为由内部表面(面向暗室)和外侧表面(面向房间)限定的分层组 件,第一光源配置为发射可见光束,通过漫射光产生器将暗室光学耦接到该房间。此外,漫 射光产生器被配置为接收可见光束,对于可见光束至少是部分透明的,透射可见光束的至 少一部分,从外部表面发射可视的漫射光,并产生CCT低于可见漫射光CCT的透射光。漫射光 产生器可以基本不进行颜色吸收或反射,即,不会相对另一部分的可见光谱,优选地吸收或 反射有限部分的可见光谱。
[0139] 更具体地,漫射光的CCT高于透射光的CCT,更具体地,透射光的CCT不大于由第一 光源产生的光束的CCT。此外,如上所述,在本发明的上下文中,由光学元件"透射"的光线是 指入射在光学元件上经过该光学元件而不经历明显角度偏转的光线部分(例如,经历小于 0.1 °的偏转角度)。因此,只要光学组件产生透射光分量,就将光学组件称作"透射入射光的 至少一部分"
[0140] 如上所述,漫射光产生器可以由瑞利漫射层(即,选择性地漫射来自主光源的发光 辐射的短波长分量的层)形成,这种瑞利漫射层定形为例如平板(如第一漫射面板4的情况) 或曲面板(未示出)。备选或附加地,漫射光产生器可以形成为漫射光源,即,独立于从主光 源接收到的光线,从垂直于H轴的延伸层发射漫射光的光源。在仅使用漫射光光源的情况 下,这种光源不用于校正由例如第一漫射面板4产生的漫射光的颜色,而是用于产生由照明 系统发射的光的全部漫射分量。在特定实施例中,漫射光产生器可以为细长形,与内表面内 切的第一圆圈的直径比包围相同内表面的第二圆圈小至少1.5倍,优选地,小两倍。
[0141] 此外,还将关于存在瑞利漫射层和/或发射漫射光的光源的考虑应用于以下所述 的变型。
[0142] 通过以上描述证实了由本照明系统带来的优点。
[0143] 具体地,本照明系统允许观察者感知到在漫射光产生器之后存在无限空间,类似 于当天空和太阳通过窗口照射房间时自然发生的情况。这种结果是由于存在通过漫射光产 生器耦接到该房间的暗室。暗室允许感知针对观察第一和/或第二漫射面板的每个方向的 均匀暗背景。此外,通过采用适合的观察者到光源距离(因此,第一和/或第二面板到光源距 离),和/或通过使用对光线进行反射使得光线具有有限范围斜率的反射系统,来改善这种 效果。
[0144] 此外,本发明的一些实施例在限制由照明系统占据的空间的同时得到上述突破效 果。具体地,图2所示的实施例是离轴的照明系统,即,光源和第一漫射面板并未对准的系 统,这样允许减小由系统本身占据的空间,而不降低照明质量。
[0145] 最终,显而易见的是可以对本照明系统进行修改和变型,而不脱离由所附权利要 求如果的本发明的范围。
[0146] 此外,光源相对反射系统的光学元件的焦点的位置可以是与上述位置不同的。此 外,代替会聚镜或除了会聚镜之外,反射系统可以包括发散镜。此外,为了实现完全消除发 散,至少沿着y轴方向,可以考虑更多复杂形状的镜子(例如,任意形式形状,)
[0147] 此外,黑暗结构的形式可以是与先前所示的内容是不同的。.实际上,为了提供基 本均匀的背景,足够的是形成具有如下几何特性和/或光学吸收特性的黑暗结构:当第一光 源2 (以及存在情况下的发光体66)接通时,应用如下所述的第一结构条件,参考图12。为了 简便起见,在不丧失任何普遍性的情况下,图12中,第一光源是点状型的;此外,在不暗示丧 失任何普遍性的情况下,由300表示暗结构,且暗结构没有角落。在任何情况下,还可以将下 文所述的第一结构条件应用于如上所述的是实施例中,例如通过将其表示为支撑元件10和 内层12。此外,在图12中,以量化形式示出角度。
[0148] 具体地,上述第一结构条件给出:如果方向束(例如,圆锥束)200的顶角至少为0.1 球面度并具有束轴210,在面积至少等于整个第二表面3 2的面积的50% (优选地80%,更优 选地100%)的至少一部分第二表面32的任意第一点220处,第一点220的第一和第二亮度 (下文中,被称作第一和第二背景亮度)彼此之间的差异不超过第一背景亮度的50%。具体 地,分别沿第一和第二方向230、240测量第一和第二背景亮度,第一观察方向230平行于方 向束200的任何方向并且不平行于任何局部闪耀方向250,第二观察方向240与第一观察方 向230相隔的角度距离范围在0.3°到1°之间并且该观察方向240不平行于局部闪耀方向250 的任何方向,局部闪耀方向250是与从第一点220看到第一光源2的任何点的任意方向260 (如果是点状光源,仅存在一个方向260)相隔小于3°的方向。更具体地,第一和第二背景亮 度中的每个亮度仅由碰撞黑暗结构但不经过房间6 (图12未示出)的光线形成,因此,该光线 不与来自房间6的第二表面S2相交。
[0149] 例如,如果在可见光范围内将第一漫射面板4与第一消波室(anechoic chamber) 相耦接,即通过假设房间6吸收100%的入射光线,则可以通过执行以下步骤,来对第一和第 二背景亮度进行测量:
[0150] -在用可见光范围内的第二消波室替代黑暗结构300之后,沿第一观察方向230测 量上述第一点220的亮度Ll;以及然后
[0151] -去除第二消音室并提供黑暗结构300;以及然后
[0152] -仍沿第一观察方向230测量第一点220的亮度L2;以及
[0153] -计算亮度L2和亮度Ll之间的差值。
[0154] 如图12所示,束轴210可以与从第一点看到第一光源2的方向260相一致。此外,相 对第二表面S 2±的上述第一点220的位置,方向束200及其相对第一漫射面板4的姿态是不 变的。
[0155] 如上所述,其它实施例也可以满足第一结构条件。因此,例如,有可能支撑元件10 和内层12与所示结构不同,但是仍满足第一结构条件。例如,内层12可以仅涂覆在支撑元件 10的一部分上,支撑元件10转而可以形成为多于一件。这样,可以由第一光源2的壳体,或由 一个或多个屏幕来形成黑暗结构的至少一部分;类似地,支撑元件10可以具有一个或多个 光学光阑,该光学光阑例如由在可见光范围内为暗淡的对应元件密封,或由堆叠件覆叠。
[0156] 黑暗结构300还可以配置为实现第二结构条件,即,配置为防止当接通第一光源2 时,上述第一背景亮度大于亮度阈值,其中亮度阈值等于第一点220在第一观察方向230上 的总亮度的30%,在缺少来自房间6的光线的情况下(因此,通过上述第一消波室)测量所述 总亮度。此外,实现第二结构条件但是不实现第一结构条件的实施例是有可能的。此外,其 它实施例也可以实现第二结构条件。因此,例如有可能支撑元件10和内层12与所示结构不 同,但是仍然以任何方式实现第二结构条件。
[0157] 图13示出了黑暗结构的另一实施例,可应用于上述所有实施例。在该示例中,只有 部分的支撑元件10涂覆有内层的对应部分,其中将所述内层的对应部分被称作吸收补丁 310。吸收补丁310在可见光范围内的吸收系数基本均匀和/或可见光范围内吸收系数至少 等于70%、优选地90%;此外,吸收补丁310优选地是无边的,其面积至少等于第一表面&的 50%,优选地80 %。
[0158] 图14示出了其它实施例,其中为了简便起见,参考缺少第二漫射面板64和发光体 66的情况;此外,在图14中,未示出黑暗结构和反射系统。在该示例中,视觉参考要素被布置 在第一散射面板4的下游,例如,反射表面320被边缘限定并布置为使得通过由第一光源2产 生的并由第一漫射面板4透射的光照亮它的至少一部分以及边缘的对应部分。该部分的反 射表面320的面积至少等于整个反射表面320的面积的50%,优选地70%,更优选地100%。 此外,该部分的反射表面320使得将第一光源2与反射表面320相连的光路中的最短路径的 长度等于该部分的反射表面320的任意两点之间的最大距离的50%,优选地70%,更优选地 100%〇
[0159] 如图15所示,视觉参考要素可以由两个房间之间的隔板(diaphragm) 350形成,隔 板350限定对应光阑,这样使两个房间进行光学连通。因此,该光阑形成无形表面(边缘除 外)并具有被对应边缘部分限定的各部分,其中对应边缘部分满足之前参考反射表面320的 上述部分提及的要求。
[0160] 实际中,参考图14和15所示的实施例,观察者移动的速度与他看到的第一光源2相 对视觉参考(反射表面320的上述部分的边缘和隔板350的光阑)移动的速度的比值越接近 1,即,观看者越靠近视觉参考,由所谓的运动像差产生的深度效果越明显。此外,反射表面 320的上述部分和隔板350的光阑可以具有较窄的面积,例如,等于第二表面5 2的面积的1/ 10,优选地3/10,更优选地1/2。

Claims (42)

1. 一种用于以模拟自然照明的照明来照射⑴环境(6)的照明系统,包括: -第一光源(2),配置为发出可见光光束;以及 -漫射光产生器(4; 68),具有内表面(Si,S3)和外表面(S2),所述内表面配置为接收所述 光束,所述漫射光产生器对所述光束至少是部分透明的,并且配置为透射所述光束的至少 一部分,还配置为通过外表面发射可见漫射光,透射光的相关色温CCT低于可见漫射光的 CCT; 其特征在于所述照明系统还包括黑暗结构(10,12;300;310)配置为通过漫射光产生器 光学耦接到环境,其中: 所述黑暗结构的至少一部分在可见光范围内具有基本均匀的吸收系数,所述黑暗结构 配置为向第一光源提供基本均匀的背景;或者 所述黑暗结构的至少一部分在可见光范围内具有至少等于70%的吸收系数,所述黑暗 结构配置为向第一光源提供黑暗背景。
2. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述黑暗结构(10,12;300;310)的所述至少一 部分在可见光范围内具有基本均匀的吸收系数,所述黑暗结构配置为向第一光源提供基本 均匀的背景;并且所述黑暗结构的所述至少一部分在可见光范围内具有至少等于70%的吸 收系数,所述黑暗结构被配置为向第一光源提供黑暗背景。
3. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述黑暗结构(10,12;300;310)配置为防止外 部光从上游照射漫射光产生器(4; 68)。
4. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述黑暗结构(10,12;300;310)配置为:当接 通第一光源(2),并限定方向束(200)具有至少0.1球面度的顶角时,在外表面(S 2)的至少一 部分的任何第一点(220)处,所述第一点的第一和第二背景亮度彼此之间的差异不超过第 一背景亮度的50%,分别沿第一和第二观察方向(230,240)测量所述第一和第二背景亮度, 第一观察方向平行于方向束的任何方向且不平行于任何局部闪耀方向(250),第二观察方 向被设置为与第一观察方向相隔的角度距离范围在〇.3°-1°之间,且第二观察方向不平行 于任何局部闪耀方向,所述局部闪耀方向是与从所述第一点看到第一光源的任意方向 (260)相隔小于3°的方向,其中所述第一和第二背景亮度中的每个背景亮度仅由碰撞黑暗 结构但不经过环境(6)的光线形成。
5. 根据权利要求4所述的照明系统,其中所述方向束(200)是圆锥形,并具有沿轴方向 朝向的轴(210),所述轴方向平行于从外表面(S 2)的所述部分中的至少第二点看到第一光 源⑵的方向(260)。
6. 根据权利要求4所述的照明系统,其中所述黑暗结构(10,12;300;310)配置为当接通 第一光源⑵时,防止所述第一背景亮度大于亮度阈值,其中亮度阈值等于在没有来自环境 (6)的光线的情况下,所述第一点(220)在所述第一观察方向(230)上的总亮度的30%。
7. 根据权利要求1所述的照明系统,其中黑暗结构(12;310)的所述部分的面积至少等 于内表面(Si,S3)面积的50%。
8. 根据权利要求1所述的照明系统,其中黑暗结构(310)的所述部分是无边的。
9. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述漫射光产生器(4;68)使得透射光的CCT不 大于光束的CCT。
10. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述漫射光产生器(4;68)使得可见漫射光的 CCT大于光束的CCT。
11. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述第一光源⑵被配置为使得在内表面(Si) 上,照度在最小值和最大值之间变化,最大值不大于最小值的三倍。
12. 根据权利要求1所述的照明系统,其中相对第一光源(2)布置所述漫射光产生器(4; 68),使得具有以下关系: tan (Θι-Θθ) | <〇 · 5 · cos (θι) 其中: 是源自第一光源的发射表面(Sf)的质心(0")的光束的第一光线入射在内表面质心 上的角度;以及 -Θθ是源自第一光源的发射表面的质心的第二光线入射在内表面的边界上的一点上的 角度,该点是边界上的各点中与内表面质心具有最大距离的点。
13. 根据权利要求1所述的照明系统,其中相对所述第一光源(2)布置所述漫射光产生 器(4; 68),使得针对与内表面⑶,&)的质心(0)相距X的内表面⑶)的至少一点,具有如下 关系: tan (θι-θ2) I · cos (θι) /L 其中 是源自第一光源的发射表面(Sf)的质心(0")的光束的第一光线入射在内表面质心 上的角度; -θ2是源自第一光源的发射表面的质心的第二光线入射在所述内表面的所述至少一点 上的角度;以及 -L等于或大于3米。
14. 根据权利要求1所述的照明系统,其中相对所述第一光源(2)布置所述漫射光产生 器(4; 68),使得针对与内表面⑶,&)的质心(0)相距X的内表面⑶)的至少一点,具有如下 关系: tan (θι-θ2) I · cos (θι) /L 其中 是源自第一光源的发射表面(Sf)的质心(0")的光束的第一光线入射在内表面质心 上的角度; -θ2是源自第一光源的发射表面的质心的第二光线入射在所述内表面的所述至少一点 上的角度;以及 -L等于在内表面的任意两点之间的最大距离的至少70%。
15. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述第一光源(2)被布置为相对垂直于内表 面⑶,&)且穿过内表面⑶,S3)的质心(0)的直线(Η)是离轴的。
16. 根据权利要求1所述的照明系统,还包括反射光学系统(20),布置在黑暗结构(10) 内并配置为将光束传播到内表面(Si,&)上,在使用中,所述反射光学系统使得来自内表面 并入射在反射光学系统上的光线不会被反射到内表面上。
17. 根据权利要求16所述的照明系统,其中所述反射光学系统(20)包括平面型的第一 反射镜(22)。
18. 根据权利要求17所述的照明系统,其中所述第一反射镜(22)被布置为平行于内表 面(Si,S3),使得第一反射镜在含有内表面的平面上的投影不与内表面交叠。
19. 根据权利要求16所述的照明系统,其中所述反射光学系统(20)包括会聚型的第一 反射镜(22; 24)。
20. 根据权利要求19所述的照明系统,其中所述第一反射镜(22)的形状为圆抛物面的 一部分。
21. 根据权利要求19所述的照明系统,其中所述第一反射镜(22)的形状为抛物柱面的 一部分。
22. 根据权利要求21所述的照明系统,其中所述反射光学系统(20)还包括第二反射镜 (24),其形状为抛物柱面的一部分,第一和第二反射镜的轴线基本彼此垂直。
23. 根据权利要求22所述的照明系统,其中所述第一和第二反射镜(22; 24)被布置为共 享公共焦点,第一光源(2)被布置为基本上处于该公共焦点处。
24. 根据权利要求17所述的照明系统,其中所述反射光学系统(20)形成将第一光源(2) 与内表面⑶,S3)相连的光路,第一反射镜(22)引起在内表面⑶,S 3)之前的光路的最后偏 移;其中通过反射光学系统将第一反射镜的质心(〇')与内表面的质心(〇)相连的光线相对 经过内表面质心并垂直于内表面的方向所形成的角度在40°到65°的闭区间内。
25. 根据权利要求1所述的照明系统,还包括反射光学系统(20),布置在黑暗结构(310) 中并被配置为向内表面(Si,S3)传播所述光束,在使用中,所述反射光学系统使得来自内表 面并入射在反射光学系统上的光线不被反射到内表面上;所述反射光学系统包括第一反射 镜(22)并形成将第一光源(2)与内表面(Si,S 3)相连的光路,第一反射镜(22)引起在内表面 (Si,S3)之前的光路的最后偏移;其中通过内表面(Si)和第一反射镜(22)的两个最靠近点的 直线入射在黑暗结构(310)的所述部分上。
26. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述第一光源(2)由多个发光器件(52)和多 个反射聚光器(54)构成,每个反射聚光器是漏斗形的并具有输入光阑(IN)和输出光阑 (OUT),输入光阑的面积小于输出光阑的面积,每个发光器件被光学耦接到对应反射聚光器 的输入光阑。
27. 根据权利要求26所述的照明系统,其中所述每个反射聚光器(54)的输出光阑(OUT) 的形状为矩形。
28. 根据权利要求16所述的照明系统,其中所述第一光源(2)由多个发光器件(52)和多 个反射聚光器(54)构成,每个反射聚光器是漏斗形的并具有输入光阑(IN)和输出光阑 (OUT),输入光阑的面积小于输出光阑的面积,每个发光器件被光学耦接到对应反射聚光器 的输入光阑;其中输出光阑(OUT)沿着伸长方向(57)是细长形的,所述光束具有最大发散轴 (58),在使用中,反射光学系统(20)被配置为使得从第一光源(2)的发射表面(&)的质心 (〇")产生的并位于最大发散平面中的光线束沿与轴(y)相切的直线入射在内表面(S^Ss) 上,该轴穿过内表面的质心并垂直于第一反射镜上的载波射线的入射平面,其中载波射线 是通过反射光学系统将发射表面的质心与内表面的质心相连的光线。
29. 根据权利要求28所述的照明系统,其中所述反射光学系统(20)配置为使得载波射 线位于单个平面内,其中布置第一光源(2),使得所述最大发散轴垂直于所述单个平面。
30. 根据权利要求26所述的照明系统,其中所述第一光源(2)还包括具有圆形或椭圆形 的遮蔽光阑(62)的掩膜(60),所述掩膜与所述输出光阑(OUT)共面,所述掩膜适合用于阻挡 来自输出光阑的布置在所述遮蔽光阑周围的部分的光线。
31. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述漫射光产生器包括第一漫射器(4),配置 为基本不吸收可见光范围内的光线,并相较于光束的长波长分量,更高效地漫射短波长分 量,所述第一漫射器配置为对波长为450nm的光线的漫射效率至少为对波长为650nm的光线 的漫射效率的1.2倍。
32. 根据权利要求31所述的照明系统,其中所述第一漫射器(4)包括第一材料的基质, 在所述基质中散布有第二材料的第一粒子,所述第一和第二材料分别具有第一和第二折射 率,其中所述第一粒子的等效直径与第一折射率的乘积在5nm到350nm的范围内。
33. 根据权利要求32所述的照明系统,其中所述第一光源(2)以及在第一漫射器(4)上 的粒子分布密度使得在使用中,该密度与第一光源在第一漫射器上提供的照度之间的乘积 在第一漫射器上是基本恒定的。
34. 根据权利要求31所述的照明系统,其中所述第一漫射器(4)为面板形,所述内外表 面(&Α2)中的至少一个由第一漫射器构成。
35. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述漫射光产生器包括第二光源(68),配置 为独立于第一光源(2)地发射所述可见漫射光的至少一部分。
36. 根据权利要求35所述的照明系统,其中所述第二光源(68)包括: -第二漫射器(64),形状为导光板并配置为被边缘照亮;以及 -发光体(66),用于边缘照亮第二漫射器(64)。
37. 根据权利要求36所述的照明系统,其中所述第一光源(2)和发光体(66)中的至少一 个的CCT是以可控方式变化的。
38. 根据权利要求35所述的照明系统,其中所述第二光源(68)包括OLED。
39. 根据权利要求1所述的照明系统,其中所述漫射光产生器(4;68)为细长形。
40. 根据权利要求1所述的照明系统,还包括布置在漫射光产生器(4; 68)下游并由反射 表面(320)形成的光学参考装置,所述反射表面的一部分具有对应边缘部分,并配置为使 得: -由第一光源(2)产生并通过漫射光产生器透射的光照亮反射表面的所述部分和所述 边缘部分;以及 -将第一光源与反射表面的所述部分相连的光路中的最短路径的长度等于反射表面的 所述部分的任意两点之间的最大距离的至少70%。
41. 根据权利要求1所述的照明系统,还包括布置在漫射光产生器(4;68)下游并由限定 环境间光阑的隔板(350)形成的光学参考装置,所述环境间光阑的一部分具有对应边缘部 分,并配置为使得: -由第一光源(2)产生的并通过漫射光产生器透射的光照亮所述环境间光阑的所述部 分和所述边缘部分;以及 -将第一光源与所述环境间光阑的所述部分相连的光路中的最短路径的长度等于所述 环境间光阑的所述部分的任意两点之间的最大距离的至少70%。
42. -种建筑,包括根据权利要求1所述的照明系统(1)以及所述环境(6)的壁面(P2), 其中所述壁面形成腔体(8),漫射光产生器(4; 68)在腔体⑶内延伸。
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