CN107477428A - 照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种照明系统（1），包括光源（2），用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束（3），光束（3）沿主光束方向（4）传播；灯罩状结构（10），包括底部单元（12）和屏幕结构（14），底部单元和屏幕结构限定光通道（46）。底部单元包括漫射光发生器（20），用于产生具有第二相关色温的发散光，其中第二相关色温大于第一相关色温，且底部单元（12）对于光束（3）的定向非漫射光至少部分透明，使得至少光束（3）的发散光束部分（53）进入光通道（46）内；屏幕结构（14）空间分布为被发散光束部分（53）的至少一部分照射，从而提供用作散射光源的受照屏幕部分（394、395）。

Description

照明系统

本申请为申请号201510104978.7的中国发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2015年03月10日，发明名称为“照明系统”。

技术领域

本发明主要涉及一种照明系统，尤其是一种用于模拟自然阳光照明的照明系统。进一步地，本发明主要涉及在建筑物内尤其是建筑物的天花板或墙壁内实施这种照明系统。进一步地，本发明涉及模拟自然阳光照明的天花板构造。

背景技术

用于封闭环境的人工照明系统通常致力于提高用户的视觉舒适体验。具体地，目前已出现模拟自然光、尤其是太阳光照明的照明系统。这种照明系统的特点为模拟户外光线，其中户外光线根据阳光与地球大气之间的相互反应，能生成特定的阴影特征。

同一申请人申请的专利申请EP2304478A1和EP2304480A1中，公开了一种照明系统，具有产生可见光的光源和包含纳米颗粒的面板。在照明系统工作时，面板接收光源发出的光，并用作所谓的瑞利漫射器（Rayleigh diffuser），也就是说其与晴朗天空条件下的地球大气类似的方式漫射光线。具体地，其理念为，采用具有低的相关色温（correlatedcolor temperature ，CCT）的定向光和具有较高的相关色温的漫射光，从原理上说，可产生浅蓝色的阴影，其中定向光与阳光对应且在有被照亮物体存在时产生影子，漫射光对应于蓝色天空下的光。

本发明至少部分地涉及提高或克服现有系统的一个或多个方面。

发明内容

第一方面，本发明涉及一种照明系统，包括光源，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束，光束沿主光束方向传播，其中定向非漫射光的传播方向在横穿光束的方向上是变化的，所述传播方向在内部区域基本上平行于主光束方向，且随着距内部区域的距离的增加，相对于主光束方向逐渐倾斜；灯罩状结构，包括被光源在一侧照射的底部单元，和设置在底部单元相反侧的屏幕结构（本文也称为相对侧），底部单元和屏幕结构限定光通道。进一步地，底部单元包括漫射光发生器，用于产生大于第一相关色温的第二相关色温的漫射光，底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透明的，并设置为使得至少光束的发散光束部分进入光通道，屏幕结构相对于发散光束部分的主光束方向空间分布，以被发散光束部分的至少一部分照亮，从而提供作为散射光源的受照屏幕部分。

另一方面，本发明公开了复数个上述类型的照明系统，其中在工作过程中每个照明系统都以至少一条对照线为特点，且照明系统相对彼此布置，使得选定的对照线为平行的，或至少观察者认为是平行的。

另一方面，照明系统包括：光源，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束，光束沿主光束方向传播；灯罩状结构，包括具有孔口的平面前盖、底部单元和屏幕结构。其中底部单元放置为，被光源从一侧照射。底部单元和屏幕结构限定光通道，从底部单元的相反侧延伸至孔口，其中底部单元包括漫射光发生器，用于产生具有第二相关色温的漫射光，第二相关色温大于第一相关色温，且底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透明的，并设置为使得光束的至少发散光束部分进入光通道内。进一步地，漫射光发生器相对于平面前盖是倾斜的。

另一方面，照明单元包括复数个上述的照明系统，和/或照明单元包括复数个照明系统，每个都包括：光源，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束，光束沿主光束方向传播；灯罩状结构，包括具有孔口的平面前盖、底部单元和屏幕结构。其中底部单元放置为被光源从一侧照射。底部单元和屏幕结构限定了从底部单元的相反侧延伸至孔口的光通道，其中底部单元包括漫射光发生器，用于产生具有第二相关色温的漫射光，第二相关色温大于第一相关色温，且底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透明的，使得光束的至少发散光束部分进入光通道内。在这些照明单元中，照明系统基本上是完全相同的，且所有的照明系统以基本相同的空间定位布置在照明单元内。

上述方面的进一步的实施例在从属权利要求中公开，并构成本文的组成部分。例如，在一些实施例中，当其发散光束部分进入光通道内时，屏幕结构的延伸部分沿方位角方向围绕发散光束部分的主光束方向延伸，和/或屏幕结构相对于发散光束部分的空间定位可选择为，使得当发散光束部分进入光通道时，受照屏幕部分以例如最大超过220度、200度或190度、或在一些实施例中仅几十度，沿方位角方向围绕主光束方向部分地延伸。在一些实施例中，所述光源为发散角在从5度至50度范围内的光源，例如，沿设置为长方形的漫射光发生器的两个正交方向具有两个不同的发散角，例如在一个方向具有5度至15度，如10度的发散角，而在垂直于该方向的正交方向的发散角为20度至40度，如30度；和/或

其中所述光源包括，在所述漫射光发生器上游作为用于产生定向非漫射光的所述光束的最大光学元件，准直光在垂直于所述主光束方向的平面内一区域上延伸，当投射至垂直于所述主光束方向的平面上时该区域小于所述漫射光发生器的延伸部分，例如所述区域为所述漫射光发生器投射在垂直于所述主光束方向的平面上的面积的60%或更少如50%、或30%、或更少如20%、甚至为15%或更少如10%或5%。在一些实施例中，所述光源和所述漫射光发生器上的颗粒分布密度选择为，使得所述密度与在照明系统工作过程中所述光源照射在所述漫射光发生器的光照度的乘积在所述漫射光发生器上基本恒定。在一些实施例中，所述漫射光发生器具有面板的形状，和/或包括施加至基板上的膜。在一些实施例中，照明系统进一步设置为复合照明模块，如照明砖瓦。在一些实施例中，其中每个照明系统在工作过程中以至少一条对照线为特点，且所述照明系统相对于彼此布置，使得各对照线平行，或至少观察者认为是平行的；和/或其中每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光都被所述屏幕结构完全阻隔；和/或其中每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光在被所述照明单元照亮的房间内都不重叠；和/或其中每个照明系统都设置为，使得所述屏幕结构可放置及大小设置为，尽管每个照明系统的定向非漫射光可不被所述屏幕结构完全阻隔，至少在选定的位置范围，被所述照明单元照亮的房间内只有单个光源是可被观察者看见的。在一些实施例中，其中所述照明系统整体地形成在建筑物的天花板或墙壁内，并分别形成光井；和/或其中所述照明单元设置为天花板单元。在一些实施例中，其中复数个照明系统中任一个相对于所述复数个照明系统中任意的其他一个的位置可通过空间平移刚性变换来获得。在一些实施例中，其中复数个照明系统中的每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光部分地通过所述屏幕结构，从而生成发散光束部分；及所述照明系统彼此相对一定距离布置和/或设置有发散角，使得每个相邻照明系统的发散光束部分在至少为1.5米的传播长度内不重叠，例如至少2.5米的传播长度，或甚至为至少4米。在一些实施例中，其中复数个照明系统中的每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光部分地通过所述屏幕结构，从而产生发散光束部分；及相邻照明系统相对于彼此以一定距离布置和/或设置有发散角，使得相邻照明系统的发散光束部分在小于3米的传播长度内重叠，例如小于2米，或甚至小于1米。在一些实施例中，其中每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光完全被所述屏幕结构阻隔；和/或两个相邻照明系统的屏幕结构相互邻接。

在一些实施例中，所述屏幕结构包括非受照屏幕部分，在所述光源工作时，其不被所述发散光束部分直接照亮，和/或，在照明系统工作过程中，影/光过渡线形成在所述非受照屏幕部分与所述受照屏幕部分之间。在一些实施例中，所述屏幕结构设置为漏斗状结构，在所述屏幕结构的光通道内，所述屏幕结构沿顺流方向的发散程度大于所述发散光束部分；和/或，其中当所述发散光束部分进入所述光通道内时，所述屏幕结构沿方位角方向的延伸部分围绕所述发散光束部分的主光束方向，和/或，所述屏幕结构相对于所述发散光束部分的空间定位选择为，使得当所述发散光束部分进入所述光通道内时，所述受照屏幕部分以，例如最大超过220度、200度或190度的角度，或在一些实施例中只为几十度的角度沿方位角方向围绕所述主光束方向部分地延伸，例如，可在所述光通道内传播过程中增加或减少，以保持自然阳光的效果。在一些实施例中，所述非受照屏幕部分布置在所述受照屏幕部分的一个方位侧或两个方位侧；和/或，其中所述发散光束部分完全被所述屏幕结构阻隔，从而只有散射光离开所述灯罩状结构的光通道；和/或，其中所述受照屏幕结构被所述非受照屏幕结构围绕，或与所述底部单元及所述非受照屏幕结构接界。在一些实施例中，所述屏幕结构包括至少在所述受照屏幕部分内的具有低吸收性能的光散射表面，其对于所述发散光束部分的定向非漫射光、和/或对于所述漫射光发生器的漫射光、和/或对于所述屏幕结构自身的漫射光吸收性能低；和/或，所述屏幕结构包括至少在所述受照屏幕部分内的具有各向异性漫反射率的光散射表面，如漫反射率峰值围绕镜面反射的方向，例如，所述散射光分布在不超过120度、例如90度，最优选地为60度的半峰全宽角具有峰值。在一些实施例中，所述灯罩状结构整体形成在建筑物的天花板或墙壁内，并形成光井。在一些实施例中，所述光井从孔口延伸，所述孔口形成在所述天花板或墙壁上或内部；和/或，所述光井的底面由所述漫射光发生器形成；和/或，所述光井的侧壁从所述底面延伸至所述孔口，从而形成所述受照屏幕部分和/或所述非受照屏幕部分。在一些实施例中，形成所述非受照屏幕部分的侧壁相对于所述发散光束部分的主光束方向的角度，大于形成所述受照屏幕部分的侧壁相对于所述发散光束部分的主光束方向的角度；和/或，所述屏幕结构相对于所述发散光束部分的主光束方向和/或相对于所述孔口是不对称的。在一些实施例中，所述光通道由所述底部单元以预先设置的几何形状而限定，例如为长方形；和/或，所述屏幕结构包括至少一个朝向所述发散光束部分的面；和/或，所述屏幕结构包括至少一个偏离所述发散光束部分的面。在一些实施例中，所述漫射光发生器设置为基本被可见范围内的光穿透，且相对于所述光束中的长波长的成分，更有效地散射短波长的成分；和/或，其中所述漫射光发生器包括第一材料的基体，其中第二材料的第一颗粒散布于其中，所述第一材料和第二材料分别具有第一折射率和第二折射率，所述第一颗粒具有的直径满足，所述直径乘以所述第一折射率的乘积在5纳米至350纳米的范围内。在一些实施例中，照明系统可整体地形成在房间的墙壁或天花板内，并通过光井照亮房间。

通过下文的描述及所附附图，本发明的其他特征和各方面将更清晰。

附图说明

图1是示例的照明系统照射房间的截面示意图；

图2是光束的示意图，该光束在横穿光束的方向上具有不一致的传播方向；

图3是天花板内示例的光井的立体示意图；

图4是示出图3光井的几何结构的示意图；

图5是沿图3示例光井的短边以第一方向来看时的截面示意图；

图6是沿图3中示例光井的长边以第一方向来看时的截面示意图；

图7是另一示例圆形光井的截面示意图；

图8是图7所示光井的几何结构的示意图；

图9是示出照明系统的示例性的受照屏幕的立体示意图；

图10是具有倾斜底部单元的照明系统另一实施例的截面示意图；

图11是示出几何参数的照明系统另一实施例的截面示意图；

图12是示出房间内由包含复数个照明系统的照明单元照射时的立体示意图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的示例性实施例。本文所描述及附图所示的示例性实施例的目的是为了理解本发明的原理，使本领域普通技术人员在众多不同的环境可实施和利用本发明，并用于众多的不同应用条件。因此，示例性实施例并不意图且不应当认为是专利保护范围的限制性描述。而是，专利保护范围应当由所附权利要求书来限定。

本发明部分地基于模拟阳光照明系统的实现，瑞利漫射器设置为一侧具有漫射光，且在另一侧由强定向光（本文也称直射光）穿过的瑞利漫射器。相应地，当安装在天花板内时，照明仅由设置在天花板的一些照明系统经由瑞利漫射器扩展，并由定向光在地板上形成光斑。人们已经意识到，通过在瑞利漫射器的定向光顺流通道内附加设置用作散射表面的受照屏幕，可增加从上向下的照射，从而生成可增加从顶部的光照射的另一漫射器（本文还称为照亮屏幕）。

此外，人们已经意识到，当附加设置用于光影变换的照亮屏幕时，因为定向光源具有原理上的可视发散，成功模拟阳光的效果可改善，尽管定向光自身具有一些发散，光影变换强调特定光传播方向的效果。

相对于光影变换支持阳光的效果，阴影为相对于定向光的阴影。另外，可能具有相对漫射光的阴影变换。但是，这些阴影并非沿阳光入射方向而设置，因此，并不有助于使光线的几何外观具有阳光的效果。

特定光传播方向的效果，可通过仅围绕离开瑞利漫射器的光束的传播方向的有限方位角的角度范围照射来实现。对于阳光，即基本上的非发散光来说，对于倾斜入射角，一半的方位角角度范围会被照亮。在人工系统中，基于可增加至例如大约220度、或200度、或190度的方位角角度范围，其仍可提供阳光效果。

需要指出的是，用于模拟阳光时，理想阳光方位角的角度范围在有限范围内的偏差是可接受的。

但是，结构设置可实现方位角角度范围的精确选择。例如，对于长方形孔口/面板和平行六面体的光井（即具有垂直于面板的侧壁），倾斜阳光束最多可照亮四个侧壁中的两个（因此提供沿方位角方向180度照射）。相对比地，发散光束沿长方形的一个平面倾斜，因此，从一侧（而不是从一个拐角）发射光。用其他术语即为，具有相对两个侧壁倾斜的主光束方向，但在平行六面体光井的另外两个侧壁的平面内传播，将照射三个侧壁而不是两个侧壁，因此，使照射效果不太自然。需要指出的是，当使主光束方向移出另外两个侧壁的平面时，由于发散角具有一定角度，发散光束 -因此来自拐角的发散光束将只照射两个侧壁。根据以上发现，设置从一侧入射的发散光束可包括，在该侧使两个侧壁中的至少一个倾斜，使得不管如何发散，最多两个侧壁被照亮。各实施例在本文中公开。具体地，倾斜侧壁为对应于在该侧的两个侧壁中的一个，如沿主光束方向延伸或甚至基本上与主光束方向平行。这样可限制该侧壁对面对主光束方向的一侧壁和一相邻侧壁的照射。另外，使侧壁从光束入射的一侧远离主光束方向倾斜（本文还称为向后倾斜）可导致一个或两个光影变换，与侧壁的照亮部分接界。

由于发散角的存在，屏幕结构可相对于入射角调节。例如，对于长方形的瑞利漫射器，四侧面屏幕的两相邻侧面可向后倾斜，使得透射的定向光将不照射这些侧面，而只是例如部分地照射四侧面屏幕的剩余两侧面。在一些实施例中，如上所述，在最简单的情况下，只有一个侧面需要倾斜设置。

为进一步改进阳光模拟效果，两剩余侧面中的一个或两个可稍向后折叠，从而提供附加散射表面，但也附加地提供了明暗交界线，例如，至少从照明房间内的一些位置看起来象是基本上平行的，因此生成阳光的效果。如果照明系统，例如安装至靠近墙壁或房间的角落时，基本上房间的一大部分将具有这种效果。在一些实施例中，本文公开的照明系统将安装在房间内，使得灯具的照亮部分距离房间在0米至2米的范围内，例如多达1米。

例如，灯罩状结构设置有可至少部分地被照亮的屏幕结构。在一些实施例中，灯罩状结构在受照屏幕部分与非受照屏幕部分之间提供至少一次过渡。

进一步的实施例基于，已发现瑞利漫射器相对于地板、墙壁或总体上说照明系统的（例如平面）前表面倾斜定位，可使布置更紧凑，同时保持定向光在瑞利漫射器上的适当入射角度。因此，照明系统只需要较小的空间。

进一步的实施例基于已发现通过安装复数个照明系统，可进一步生成定向照射的效果。具体地，通过相对于彼此以固定几何方位布置照明系统，可提供多条可认为是平行的照明系统的对照线。

本文公开的技术进一步参考PCT/EP2012/072648、名称为“人工照明装置”、申请日为2012年11月14日的专利申请及同一申请人的PCT/IB2013/060141、名称为“用于模拟自然光的人工照明系统”的专利申请，其公开的内容全文纳入本文，以用于说明采用瑞利漫射器的照明系统。尽管本文公开的实施例的瑞利漫射器在附图中示例性地示出时为平面板状结构，以模拟窗户外观。但是，也可应用如曲面结构等的非平板状的设置。

在本文中，术语“面板”总体上用于指瑞利漫射器（Rayleigh diffuser），而术语“屏幕”（screen）用于指受照屏幕，其漫射通过瑞利漫射器的定向非漫射光（directed non-diffused light）。

总的来说，瑞利漫射器可设置为无源漫射器（passive diffuser）或侧向照亮漫射器，如被蓝色LED从一侧照射的面板。相应地，在一些实施例中，瑞利漫射器可为发射漫射光的次生光源，且可被（主）光源的光部分地穿透。

在本文中公开的屏幕及瑞利漫射器基本上不吸收光，且都可作为辐射光的次生光源。

参见图1，示意性地示出了房间30的断面内的照明系统1。

具体地，照明系统1包括第一光源2，设置为沿固定发射角度发射光，以形成沿主光束方向4传播的光束3。进一步地，第一光源2发射在光谱可见范围内的光，例如，波长在400纳米至700纳米的光。进一步地，第一光源发射的光（可见电磁波）具有的光谱宽度优选地大于100纳米，更优选地大于170纳米。光谱宽度可作为第一光源的波长频谱的标准偏差而限定。

照明系统1还可包括灯罩状结构10，包括底部单元12和屏幕结构14。如图1所示，第一光源2和灯罩状结构10设置在暗盒16内，从而避免不是第一光源发出的光从暗盒16进入底部单元12内。底部单元12被称为底部单元是因为当从房间内来看时，其位于灯罩状结构的底部。但是，需要指出的是，灯具系统可设置在天花板内或墙壁内，相应地，底部单元12将不在房间的底部或不与灯罩状结构的下端垂直。

暗盒16包括不透光的壳体结构，例如具有盖、侧壁和底部。不透光壳体底部的一部分可由底部单元12和屏幕结构14形成。当在房间的天花板或侧壁上安装照明系统时，暗盒的底部将相应地为房间的天花板或侧壁的一部分。

底部单元12包括漫射光发生器20。例如，漫射光发生器20为面板的形状，如平行六面体面板。具体地，面板被相互平行的第一表面和第二表面限定（例如，参见图10中标号1012A和1012B）。优选地，漫射光发生器20较薄，其沿垂直于第一表面和第二表面的方向测量的厚度的平方值不大于第一表面或第二表面的面积的5%，例如不大于1%。

更具体地，漫射光发生器20作为瑞利漫射器工作，其基本上不吸收可见范围内的光，且相对于波长长的组成部分而言，能更有效地漫射冲击光中波长短的光，如，基本上不吸收可见范围内的光的面板，相对于漫射波长范围约为650纳米的光（红色），在漫射波长范围为450纳米（蓝色）的光时，其漫射效率至少为1.2倍，如至少1.4倍，例如至少1.6倍，其中漫射效率通过漫射的光辐射能与冲击光辐射能之间的比率来给出。瑞利式漫射器的光学性能和微观特性也在上述的专利申请EP2304478A1中详细描述。微观特性的进一步的观察也在下文中提供。

在图1的实施例中，第一光源2相对漫射光发生器20的中心（在一些实施例中薄的漫射光发生器与一些图中参考标号X基本上相同的）沿竖直和水平方向偏离，并以大约为60度的角度（参照主光束方向）照射漫射光发生器整个顶部表面。

在一些实施例中，例如第一光源2可沿竖直方向高于漫射光发生器20的中心，例如当漫射光发生器20相对房间墙壁或天花板的平面倾斜时。但是，技术人员可理解，特别是相对于本文公开的一些方面，光束3的主光束方向4相对于墙壁或天花板为90度的角度将需要更复杂的屏幕结构。相应地，为简化的目的，本文公开的实施例将基于主光束方向4相对整体地安装照明系统的天花板或墙壁沿一角度倾斜。

经由屏幕结构14，照明系统1可与被照射的区域（例如建筑物内的房间30）光耦合。例如，房间30可为平行六面体的形状，且由侧面墙壁、地板和天花板60限定。具体地，但并不损失其通用性，假定屏幕结构14设置为光井40，其向房间30提供光。

基于以上理解，底部单元12在光井40的底部，且屏幕结构14提供了光井40的侧壁42、44。底部单元12和屏幕结构14限定光通道46。在任意情况下，本文公开的方面并不限制光井40的外形和或布置；根据另一实施例，作为示例（例如参见图7至图9），光井40可形成为圆形，或可只包括一个或多个分离的例如平面的、圆形的和/或倾斜的屏幕。

再次参照漫射光发生器20，假定光束3充分发散以照射整个漫射光发生器20或其至少一大部分，漫射光发生器20将把光束3分离成四种成分，具体为：

透射（定向非漫射）成分，由穿过漫射光发生器20的光线形成，并不产生显著的偏离，如由偏离度小于0.1度的光线形成；透射成分的光通量是入射漫射光发生器20的总光通量的主要部分；

向前漫射成分，由从漫射光发生器20进入光通道46内的散射光形成（沿光束方向且相对光束方向的角度小于0.1度的光除外）；向前漫射成分的光通量对应于由入射至漫射光发生器20的总光通量产生的蓝色天光份额；

向后漫射成分，由从漫射光发生器20进入暗盒16的散射光形成；向后漫射成分的光通量，在总体上在蓝色天光份额的范围内，但优选地低于该范围；及

反射成分，由反射光形成，且沿镜面角的方向进入暗盒16内，反射成分的光通量由，例如光束入射漫射光发生器20的入射角而定。

已经说过，漫射光发生器20的光学性能为：

使得蓝色天光份额在5%至50%的范围内，如在7%至40%的范围内，或甚至在10%至30%的范围内，或在15%至20%的范围内；

向前漫射成分的平均CCT显著地高于透射成分的平均相关色温CCT，例如，可以1.2或1.3或1.5或更高的因子高于透射成分的CCT；

漫射光发生器20不显著吸收入射光，也就是说，四个成分的总和至少等于入射光的80%、或90%、或甚至95%、或97%或更多；

漫射光发生器20的发散大部分向前，也就是说与向后发散相比超过1.1、或1.3、或甚至1.5或两倍；及

漫射光发生器20可具有低反射性能，也就是说，小于9%、或6%、或甚至小于3%或2%的部分被反射。

在一些实施例中，漫射光发生器20包括第一材料（如具有优良透光性能的树脂，如热塑性树脂、热固性树脂、光固化树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、多元酯树脂、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、氟基树脂、醋酸乙烯树脂、或如聚碳酸酯等的塑料、液晶聚合物、聚苯乙醚、聚砜、聚醚砜、聚芳酯、无定形聚烯烃、或其混合物或异量分子聚合物）的固态基体，第二材料（如无机氧化物，如ZnO、TiO₂、ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃）的纳米颗粒散布在其内，该第二材料的折射率不同于第一材料的折射率。在附图中，纳米颗粒在漫射光发生器20内以点示意性地示出。在一些实施例中，第一材料和第二材料都基本上不吸收在可见波长范围内的电磁辐射。

此外，漫射光发生器20可为均匀的，在这个意义上说，对于漫射发生器20的任意点来说，漫射发生器20在该点的物理性能并不依赖于该点所在的位置。另外，漫射光发生器可为单片的，也就是说，固态基体没有任何由于粘合或机械结合而形成的不连续的特征。但是，漫射光发生器20的这种特性并不是必需的， 虽然这样可使漫射光发生器20更易于制造。

在一些实施例中，纳米颗粒可为单分散的。纳米颗粒可为球形的或其他形状的。纳米颗粒的有效直径D（用于在非球形时定义，参见下文）落入[5纳米至350纳米]的范围内，如[10纳米至250纳米]，或甚至为[40纳米至180纳米]或[60纳米至150纳米]，其中有效直径D由纳米颗粒的直径乘以第一材料的折射率而定。

此外，纳米颗粒分布在漫射光发生器20内部的方式为，其面密度，也就是每平方米内纳米颗粒的数量N，即由漫射光发生器20的具有面积为1平方米的表面的部分限定体积元素内的纳米颗粒的数量，满足以下条件，N≥Nmin，其中

其中ν为等于1六次方米的量纲常数，Nmin的单位为每平方米的数量，有效直径D的单位为米，其中m等于第二材料折射率与第一材料折射率之比。

在一些实施例中，纳米颗粒均匀分布，至少当考虑到面密度时，即漫射光发生器20的面密度基本上是相同的，但是，漫射光发生器20各处的纳米颗粒分布可能会有所不同。例如，面密度可在低于平均面密度的5%的范围内变化。本文的面密度指的是大于0.25平方毫米的面积上限定的数量。

在一些实施例中，面密度是变化的，以当光源2照在漫射光发生器20上时补偿照射光的不同。例如，在点（x,y）的面密度N（x,y）可与光源2在点（x,y）产生的光照度I（x,y）经由等式N（x,y）=Nav×Iav/I（x,y）±5%而确定，其中Nav和Iav为平均光照度和平均面密度，这些数量为漫射光发生器20的表面平均而得。在这种情况下，尽管光源2在漫射光发生器20上的光照度分布是非均匀的，漫射光发生器20的亮度可调整为相等。在这一方面，需要提醒的是，照射与从表面发出（或照射在表面上）的光束沿给定方向的光通量，当从给定方向来看时每单位的表面投射区域、每单位立体角度相关，如ASTM（美国材料试验协会）标准E284-09a中所报告。

在D小且体积分数小（即面板厚度小）的限制下，面密度N≈Nmin是所希望的，以产生约为5%的散射率。在每单位面积的纳米颗粒的数量增加时，希望散射率成比例地增加至N，直到影响颜色质量的多重散射或干涉（在高体积分数的情况下）产生。因此，纳米颗粒数量的选择基于发散率与所需颜色之间的折衷方面的探索，如EP2304478A1中的详细描述。此外，当纳米颗粒的尺寸增加时，向前光通量与相后光通量的比率增加，在瑞利限度中这种比率等于1。此外，当比率增加时，向前发散锥形的孔口变小。因此，比率的选择基于具有在大角度发散的光与最小化向后散射光通量的折衷方面的探索。但是，以一种已知的方式，可在漫射光发生器20上设置增透层（未示出），目的是使反射最小化；通过这种方式，照明系统1的发光效率增加，且漫射光发生器20（作为物理元件）被房间30内的观察者看到的可能性减小。

在一些实施例中，纳米颗粒可不为球形；在这种情况下，有效直径D可由同等球形颗粒的有效直径限定，也就是球形颗粒具有与上述的纳米颗粒相同的体积。

此外，在一些实施例中，纳米颗粒为多分散形式，即其有效直径由分布情况N（D）确定。这种分布情况记录每表面单位的纳米颗粒的数量和相邻的有效直径D与有效直径之间的单元间隔（亦即，每表面单位的颗粒数量具有的有效直径在D1与D2之间，等于）。这些有效直径可落入[5纳米至350纳米]的范围内，即在该范围内分布可为非空的。在这种情况下，考虑到散射率的大概增加，即限制小颗粒，为纳米颗粒直径的六次方，多分散分布表现为大约与具有相应D’eff直径的单分散分布类似，限定为：

其中

D’eff可在[5纳米至350纳米]的范围内选择，优选地为[10纳米至250纳米]，更优选地[40纳米至180纳米]，进一步更优选地为[60纳米至150纳米]。

另外，漫射光发生器20可距光源2有一定距离，当光源2可被房间30内观察者发现时，为提供类似阳光的效果其可能并不足够。但是，如下文所述，在一些实施例中，屏幕结构14阻隔从房间30任意方位看到光源2。相应地，观察者的预定位置与光源2之间的距离可小于5米，甚至小于3米。例如，在天花板类型应用的情况下，在非常紧凑的装置内时，漫射光发生器20与光源2之间的距离可等于或小于2米，如甚至为0.2米，或0.1米，或0.01或可更小。

在一些实施例中，照明系统1可包括反射系统（未示出），例如，在上述的专利申请中所描述的。在这些实施例中，可对反射光线设置几何条件，要求房间30内没有光线产生，且没有随后可通过反射系统反射再次冲击漫射光发生器20的光线。甚至替代地，反射系统可布置为，使得漫射光发生器发出的所有返回光线并冲击反射系统，而不考虑漫射光发生器20的位置，发出的返回光线反射至暗盒16的吸光内表面上。

在一些实施例中，因为有屏幕结构14的存在，这种几何条件可放松。例如，反射光线的几何条件可为，房间30内部没有产生可沿顺流方向通过屏幕结构14的光线。因此，暗盒16的吸光内表面的范围可减少。

返回图1，灯罩状结构10的特定布置，相对于主光束方向，光束3将基本上未改变地离开漫射光发生器20（暗含着轻微的移置，由于漫射光发生器20的厚度）。需要指出的是，由于漫射光发生器20上游的光学元件，主光束方向4原则上可改变其空间方位。但是，由于与漫射光发生器20和屏幕结构的相互反应，对于技术人员来说，只有在漫射光发生器20正上游的方位需要考虑将是明显的。此外，当发散光束部分53离开漫射光发生器20且在光通道46内传播时，透射光束（本文称为发散光束部分，因为光束3的一些部分可能由于漫射光发生器20的尺寸限制而被阻隔）以其主光束方向54为特点。

为提供可有助于从顶部照射房间30的附加散射光（当照明系统1安装在天花板上时，如图1所示），侧壁44接触到发散光束部分53，从而致使定向非漫射光在侧壁44的内屏幕表面上散射，如下文结合附图所说明的。阻隔发散光束部分53的侧壁44部分限定（白色）散射光的量，作为次生漫射光源。在一些实施例中，发散光束部分53完全被光井40的侧壁阻隔，使得没有定向非漫射光进入房间30内部。另外，漫射光发生器20的散射光也可照射侧壁44，且再次散射。

如已在图1中示出的，侧壁42和侧壁44沿相对于天花板60不同的角度延伸。这种差异设置考虑到照明系统1是基于发散光束的，如图2中示意性的说明。

这种差异设置进一步考虑到，人们将喜欢扩展从漫射光发生器20散射的蓝色天空的可见性。当侧壁44朝主光束方向4弯曲时（被光束3直接照亮），侧壁42可远离主光束方向倾斜，随个人喜好设置。需要指出的是，倾斜程度越大，将使观察者可从相对于主光束方向4更大的角度看到模拟天空的漫射光发生器20。这样，当光井设置在房间内距离地板给定高度时，即使增加距光井的距离，在该处人们可同样看到漫射光发生器20。

在图2中，发散光束203以主光束方向204为特点。但是，在横穿发散光束203的方向上的局部传播方向，即定向非漫射光的传播方向，根据其在发散光束203的横截面内的位置而改变。具体地，在发散光束203的内部区域中心传播方向210基本上平行于主光束方向204。但是，随着距内部区域距离的增加，传播方向212相对于主光束方向204的倾斜程度增加。示例性地，图2中示出的5度的角度为最外侧的角度。在一些情况下，对于光束的不同横截面，发散角可不同。例如，在正交光束横截面，发散角可分别为10度和30度，或总体上在例如5度至15度的范围内，如10度，或20度至40度的范围内，如30度。相应地，当沿轴向进入 中空圆筒时，发散光束203将照射圆筒内壁的全部方位。相对照地，理想的非发散光束将通过圆筒而不照射任何内壁部分。

类似地，当以一角度进入中空圆筒时，理想非发散光束将只照射相对的一半，即最大以围绕传播方向沿方位角方向为180度的范围将被照射。相对照地，发散光束203将能照射围绕其主光束方向204沿方位角方向的超过180度的范围。当涉及到到模拟阳光辐射时，观察者将注意到这种相互矛盾的情况，且不能得到光源在无限远的所需效果。

为避免相互矛盾，只有在围绕主光束方向54选定的方位角范围内，灯罩状结构10将包括直接朝向发散光束部分53的屏幕结构，在此范围以外，屏幕结构将不存在或将偏离发散光束部分53，例如，通过相对于主光束方向54基本上垂直或向后而延伸，从而在这些方位角部分避免与发散光束部分53相遇。

换句话说，在一些实施例中，屏幕结构14将设置为漏斗状结构，其沿顺流方向以超过发散光束部分的发散程度发散。从而，限定屏幕结构的照明变得可能，使得相对侧分别保持在阴影内及被照亮，从而模拟阳光照明并补偿光束的发散。

光井340的示例性结构如灯罩状结构的实施例，与图3至图6相关并在下文公开。

光井340整体地形成在天花板360内，包括相对于天花板360沿小角度延伸的两个侧壁342和343，和相对于天花板360沿约为90度的角度范围内延伸的侧壁344、345。例如，侧壁344、345沿范围为60度至130度或更大的角度延伸，沿各方向的光束发散角例如为5度至15度如10度，或20度至40度如30度，如图5和图6中分别所示。

孔口380由侧壁342、343、344、345形成的拐角和天花板360形成。孔口380可为长方形的，具有侧边长度为1.4米至1.6米的范围如1.5米，2米至2.5米的范围如2.2米，分别为其宽度和长度。侧壁342、343、344、345形成与孔口380连接的不对称漏斗，具有漫射光发生器312提供的底面313。底面313可不被四个拐角382限定，当从下方来看时，拐角382由侧壁342、343、344、345和漫射光发生器312形成。底面313也可为长方形的，侧边范围可为0.8米至1.1米如0.9米，1.5米至2米如1.8米，分别为其宽度和长度。在天花板整体照明系统中，天花板360或其一部分可为前盖的示例。

在图3的立体图中，观察者从下方以相对于天花板360约为40度的角度往侧壁344、345形成的拐角370的方向看光井340。在类似（水平）方向，但从上方，光束照射至漫射光发生器312上，在图3至图6中主光束方向由箭头304标示。

在图3至图6的实施例中，形成孔口380的各相邻拐角和照亮底面313形成正交边，使得二者都为长方形。侧壁342、343、344、345的侧面在各拐角之间的平面延伸。

但是，孔口380和受照底面313可为能使平面或非平面侧面在其间延伸的任意其他形状。

如图3中阴影所示，侧壁342和343的侧面不被照亮，因此分别形成参照图4中标示的非受照屏幕部分392和393。相对照地，侧壁344和345（至少）部分被照亮，因此形成受照屏幕部分394和395，及非受照屏幕部分396和397。

如图3至图6所示，光束的中心入射照亮底面313的中心X。至少发散光束部分353穿过漫射光发生器312，并从照亮底面313沿主光束方向354离开。相对于主光束方向354，受照屏幕部分394和395提供了明亮的次生散射光源，紧邻照亮底面313起始，以超过180度的方位角延伸，由于屏幕部分具有发散角或倾斜角，然后沿方位角的延伸方向减少或增加（例如，存在非受照屏幕部分396和397时）。为限制在侧壁344和345上的延伸，侧壁342和343可相对主光束方向354向后倾斜。

在受照屏幕部分394、395与非受照屏幕部分396、397之间的转变处，阴影边界（本文也称为对照线或影/光过渡线）在图3和图4中分别以标号400和402标示。总体上，侧壁的倾斜设置可导致，侧面从被直接照亮的区域延伸至不被照亮的区域，从而生成对照线。其他侧壁可不直接照射而不被照亮。

除了照射的不同，直接照亮部分还可被认为颜色与只被漫射光照射的侧壁部分不同。例如，直接照亮部分可认为是暖色的（用类似阳光的全光谱照射），而只被漫射光照射的那些部分可认为是冷色的（只被漫射光发生器312的蓝色光照射）。

根据透射的发散光束部分353的发散角和侧壁344、345的倾斜角，可定位阴影边界的方向，使得当从房间内的选定位置来看时，阴影边界看起来是平行的（如图3中示意性地标示）。从而，即使是发散光束，通过控制屏幕结构、尤其是侧壁的方位，可增强阳光效果、各阴影边界的预期方向和光照面的延伸。

最终，在图3至图6中，通过照明系统1照射产生的光的各成分标示为：

漫射光发生器312的散射光500，例如具有较高的CCT，然后作为照射光束；

发散光束部分353产生的散射光510，起始于光井340的侧壁344、345的受照屏幕部分；及

发散光束部分353内的定向非漫射光。

漫射光发生器312的散射光500的量，及发散光束部分353内的定向非漫射光的量，可通过光井340的深度、受照屏幕部分394和395的空间定位和其表面特征来控制。至少受照屏幕部分394、395可为具有高漫反射率的材料或涂层材料，例如漫反射率可高于70%或80%或甚至高于90%。相应地，受照屏幕部分394、395将沿反向漫射入射光，且基本上不吸收光。

在一些实施例中，侧壁可用具有各向异性漫反射率（non-isotropic diffusereflectance）的表面特征涂敷，且尤其是具有不同于理想的朗伯漫反射器（Lambertiandiffuser）的漫反射率，如漫反射在沿镜面反射的方向形成峰值。这种表面的一些实施例可在全宽半峰角（full width half maximum angle）不超过120度，例如90度，更优选地为60度显示峰值。这种情况可防止屏幕结构14散射的光的相关部分向后返回穿过漫射光发生器20，并被暗盒26的侧壁吸收。因此，特定表面特征可允许光源2产生的光通量的增加（或避免缩减）。另外，侧壁漫反射围绕镜面反射方向出现峰值的情况，可保证基本上屏幕结构14散射的所有定向成分都沿顺流方向离开光通道46而进入房间30内。

在一些实施例中，当在房间30内有意使存在定向非漫射光穿过屏幕时，这种不透光屏幕可被部分地穿透。在一些实施例中，受照屏幕部分394、395可具有白色粗糙表面。部分穿透的受照屏幕部分可为，例如图9所示的实施例的一部分。

图7示出的截面原理上与图5的截面类似。例如，光束703以约为25度的角度照在包括瑞利面板的漫射光发生器712上。但是，如从图8可以看到的，漫射光发生器712形成了光井740的圆形底面713。光井740的深度选择为，使得已穿过漫射光发生器712的全部的发散光束部分753在弯曲的侧壁部分744上散射，并在其内形成受照屏幕部分794，与圆形底面713相邻部分除外。受照屏幕部分794为高亮的次生散射光源，紧邻照亮底面713起始，沿超过180度的方位角延伸，然后由于发散，沿方位角延伸方向增加。为限制侧壁744上的扩展，侧壁744相对于主光束方向354向后倾斜程度增加，直至，例如图7中所示的墙壁部分742的角度为100度。

从而，同样对于发散光束754，控制屏幕结构尤其是侧壁744的方位，可增强阳光效果，各影/光过渡线800的预期方向，尤其是基本竖直部分802、804和光照面的扩展。

图8示出了倾斜角度进一步的影响，及其对自然光模拟的作用。在图8中，部分802、804（虚线）沿顺流方向指向左侧，因此致使沿方位角照射从180度增加，特征为照亮的半圆开口。这种设置并不太自然，由于受照光壁事实上位于右侧，人们期望阳光从左侧发出。这将使影/光过渡线800的部分802、804沿顺流方向指向右侧，分别如线803、805所标示（因此指向阳光光线的预期方向）。假定光井安装在天花板内，相对竖直方向的倾斜角度的增加，将使该部分从部分802/804的位置移动至部分803/805的位置。

换句话说，再次假定光井安装在天花板内，如果围绕竖直影/光过渡线800的区域内的侧壁的特性为发散角大于直射光束的发散角，所述部分指向如线803、805所标示的右侧，因此与人们自然地期望的一致。在这种情况下，受照屏幕朝地板的方位角的角度将减小，而不是增加。

与图3至图6所示的实施例不同，图7和图8中所示的照明系统没有在房间内提供定向非漫射光，因此，只包括漫射光发生器712的漫射光500成分和发散光束部分753通过侧壁744的受照屏幕部分794产生的散射光510成分。

参照图9，示出了另一照明系统900，特别地，可应用于天花板高度较高的大厅内，使得从漫射光发生器912离开的发散光束部分953将在房间上方展开，例如，同与照明系统900基本上相同的相邻照明系统的发散光束重叠。

下面讨论与图12相关的示例性示例。

总体上说，通过单个或复数个屏幕对（光井构造）光源生成复数个“平行”光影线，与事实上不同光束可在房间内重叠的问题并不相关。

第一个问题是关于通过使每个光源发出的一条（或两条）线并确定所有这些线的平行关系，以生成远距离光源的效果。

第二个问题，附加地，可要求完全阻隔定向光，以防止观察者在给定位置看见许多光源。

返回图9，为提供立体效果，灯罩状结构缩减为单屏幕结构914，例如通过安装架961附接至天花板960。只有部分的发散光束部分953照射屏幕结构914，从而生成受照屏幕部分994和非受照屏幕部分996。

由于屏幕结构914的尺寸限制，在屏幕结构914上只形成单个对照线902。因此，同样在布置复数个照明系统900时，基于一系列的平行过渡线，可形成立体效果。如前所述，至少受照屏幕部分994设置具有漫反射率的材料，且可为完全不透明的，或能够透射一些比例的定向非漫射光。

以上讨论针对实施阳光模拟的实施例是基于发散定向光束的，下面的实施例原理上也可用于非发散定向光束。技术人将可理解，用于发散光束而公开的这些结构特征也可用于非发散光束，在提供阳光效果方面没有必然的相关影响。

对于技术人员来说，以下实施例针对提供更紧凑的设置，使得照明系统可安装至“高度”缩减（假定照明系统安装在天花板内）的位置是明显的。相应地，照明系统可安装在高度为0.5米至1米的范围内，甚至0.1米或0.01米的高度或更小，只要眼睛可看到阴影线的存在即可。

具体地，通过使漫射光发生器倾斜，入射光束可相对于天花板平面沿一角度设置，其小于“水平”漫射光发生器，并仍保持漫射光发生器的光学条件，例如，相对于射入漫射光发生器的入射角及在漫射光发生器的反射部分。同时，照亮的屏幕可进一步相对天花板倾斜，从而扩大漫射光发生器的可视角度。这些进一步使被定向光照亮的区域增加。同时，投影，尤其是照亮区域在天花板/水平面上的投影面积增加（同样假定照明系统安装在天花板内）。显然，从上向下的照射会受到影响，例如增加。

图10和图11示出了采用倾斜漫射光发生器的照明系统的示例性实施例。图10示出了灯罩状结构的各种结构设置，图11示出了基于灯罩状结构相关实施例的这些设置的特性几何参数。侧壁的几何特征也可应用于“非倾斜”瑞利漫射器。

具体地，图10公开了照明系统1000的截面，沿穿过漫射光发生器1020的中心X的平面延伸。截面垂直于漫射光发生器1020延伸（规范性地假定为平面）且穿过光源1002延伸。

为便于下文中空间布置/定位的描述和标示，假定照明系统1000整体地形成在房间的天花板内。具体地，照明系统1000包括光源1002、具有底部单元1012和屏幕结构1014的光井1040、及平面前盖1011。

平面前盖1011整体地形成在天花板内和/或形成天花板的一部分，使得房间内的人将看到平面前盖1011的底面。平面前盖1011沿水平面延伸。在一些实施例中，照明系统可安装在房间的墙壁内。相应地，空间布置将旋转90度。暗盒可利用平面前盖1011和/或屏幕元件和/或基于单独的元件（未示出）而设置。

光源1002可设置为发射例如发散光束1003，沿主光束方向1004照射在底部单元1012上。以下的概念也可应用于基本上非发散的光束。

光井1040限定沿竖直方向（由虚线1013标示）的光通道1046，光从光源1002通过其进入 房间内。

底部单元1012具有被定向光束1003照射的第一表面1012A。底部单元1012还具有面对光通道1046的第二表面1012B。第一表面1012A和第二表面1012B设置在底部单元1012的相对两侧面。底部单元1012进一步包括漫射光发生器1020。

当从照明系统1000下面向天花板看时，人们将能通过光井1040看到底部单元1012，具体地说，是看到第二表面1012B。在光源1002工作过程中，底部单元1012，尤其是漫射光发生器1020，可发出例如天空般的蓝色漫射光。

在图10中，底部单元1012相对于水平面倾斜，表明漫射光发生器1020也相对于水平面倾斜。在这种布置中，光源1002可放置得离天花板1011很近，同时保持射入漫射光发生器1020的入射角。

图10进一步示出，光井1040设置为灯罩状结构1010，光井1040的侧壁形成屏幕结构1014的受照屏幕部分和非受照屏幕部分。关于屏幕结构1014，光井1040的侧壁的各种角度设置都已示出（一般也可应用于非倾斜的发生器1020）。

在第一实施例中（用实线标示），光井1040包括未被穿过底部单元1012的直射光照射的第一侧壁1042A。光井1040进一步包括至少部分被照射的侧壁1044A。如图10中示意性地所示，侧壁1042A和侧壁1044A基本上平行于竖直方向而延伸。侧壁1044A通过基于定向光的散射光照射房间。

在图10中，侧壁另外的几何设置通过虚线标示。例如，光井1040的非受照侧，该侧壁可远离水平线倾斜。例如，侧壁1042B可相对竖直方向约为30度的角度，侧壁1042C可相对竖直方向约为60度的角度，而侧壁1042D基本上在底部单元所在平面内延伸。

相对于光井1040的受照侧，侧壁可沿相反的方向远离水平线倾斜，因此远离穿过底部单元1012的光束而倾斜。例如，侧壁1044B可相对主光束方向1004约为45度，侧壁1044C可相对主光束方向1004为约15度的角度。

这些侧壁的各种方位都可组合，以形成光井1040，倾斜范围可根据入射角、房间大小、天花板高度等调整。

在图10中明显地示出，倾斜侧壁将增加漫射光发生器1020的可视性，即，增加可看到例如（蓝色）模拟天空的位置的角度范围。另外，倾斜受照侧提供了更大的照亮表面，使得提供了更亮的从上向下（假设为天花板安装）的照明。

在图11中，标出了另一实施例照明系统1100的几何参数，其中平面前盖1111（例如房间的天花板）在一侧与光井1140的倾斜底部单元1112接界。相应地，图11的截面没有示出光井1140的（单独的）非受照侧壁。受照侧壁1144只示意性地标示。入射光束1103通过两个边界线和主光束方向1104示意性地标示。

在图11中，所示的平面前盖111的法向n_c从平面前盖1111沿向上的方向延伸（假定照明系统安装在天花板内）。主光束方向1104在相对天花板1111的法向n_c沿入射角α_i延伸。

此外，法线n_P指的是例如面板形状的漫射光发生器1120的法线。法线n_P相对于天花板的法线n_c（面板）倾斜角度为α_t。

受照侧壁1144的受照屏幕部分相对于主光束方向1104（用于说明目的，同时用箭头1104’示出）以屏幕角度α_s的角度延伸。

在沿垂直于漫射光发生器20并穿过光源的平面延伸的截面内，各种角度的示例值如下：

在射入漫射光发生器1120之前，主光束方向1104相对于平面前盖1111的法向n_c倾斜，倾斜角度为α_i；入射角可设置的角度范围为10度至80度，如40度、50度或60度；和/或

漫射光发生器1120限定的平面的法向n_p相对于平面前盖1111的法向n_c沿小于入射角α_i的倾斜角度α_t倾斜；例如 倾斜角度α_t可在5度至80度的角度范围内设置，如15度至75度的范内，如40度、50度或60度；和/或

屏幕结构包括，相对于主光束方向1104、沿第一屏幕角度α_s1倾斜的照亮表面，该角度的范围为0度至90度，例如为入射角α_i；和/或

屏幕结构包括，相对于主光束方向1104、沿第二屏幕角度α_s2倾斜的暗面，该角度可为入射角α_i的大小，或更大；和/或

暗面的法向相对于平面前盖1111的法向n_c倾斜，角度范围为倾斜角度α_t至90度。

进一步如图10和图11所示，光源可沿平行于平面前盖的方向相对于底部单元偏离。另外，光源可距平面前盖一距离，与底部单元与平面前盖之间的距离相当或大于该距离。如先前所指出的，倾斜的漫射光发生器允许入射角α_i（相对于天花板）大于水平的漫射光发生器的入射角。相应地，相对于漫射光发生器，光源可放置得更靠近侧面（位于天花板所在的平面）。

图12示出了复数个光井的实施方式，用于实现特定照射效果的组合。例如，这复数个光井可以特定产品的方式设置，如（i）整体性天花板，例如设置为包括照明装置和天花板面板的整体式金属天花板，或如（ii）复合光模块，例如设置为照明砖瓦。大房间，如火车站或地铁站等较大建筑物的大厅的照明可应用。

如图12所示，复数个（示例为四个）照明系统安装在天花板1360内，因此形成组合式天花板单元。照明系统设置为基本上相同地，且在天花板1360内以基本上相同的空间定位布置，相应地各光井也在天花板1360内以基本上相同的空间定位布置。每个光井都包括底面1313，例如为长方形的漫射光发生器的平面。光井进一步包括受照侧壁和非受照侧壁，受照侧壁包括受照屏幕部分1394和1395，非受照侧壁包括非受照屏幕部分1393、1397，非受照屏幕部分1397邻接受照屏幕部分1395。这种照明指的是被光源的非漫射光照射。非受照屏幕部分1393、1397可被漫射光发生器发出的漫射光照射。

关于图12所示的光井，示出了对照线1400和1402。在图12的立体图中，五条对照线1400、1402沿基本上平行的方向延伸。平行的视觉效果制造了阳光穿过底面1313的假象。

房间（由天花板1360、墙壁1500和地板1510限定）的照明通过漫射光发生器的漫射光，以及从受照侧壁、尤其是来自受照屏幕部分1394和1395的散射定向光，以从上向下方向实现。另外，房间的照明通过到达地板1510或地板1510上的任意物品的定向光来实现。在图12中，照明区域1600在形状上可基本上相同，并偏离一些距离，其基本上对应于安装在天花板1360内的照明系统间的距离及光束的发散。当受照区域不重叠时，房间内的观察者在向天花板看，且当其位于与一个通过光井的发散光束部分相应的位置时，将每次（最多）只能看到一个定向光源。

在一些实施例中，光束的发散角可足够大，使得受照区域1600变得更大，并与一个或多个相邻区域1600重叠。相应地，房间的地板可被几乎连续地照射。但是，在这种情况下，当观察者朝天花板看时可能看到多个定向光源，当光束在眼睛的高度水平重叠时，可能发生这种现象。

在一些实施例中，当穿过漫射光发生器的光束被完全阻隔时，地板1510上不存在定向光区域1600。

当存在对照线1402、光区域1600的几何线时，以及，如光井存在至多两个照亮侧壁时，将在房间内提供阳光照射的效果。

可调整照明系统，例如，使得在房间内发散光束部分之间没有重叠，或具有一些重叠。例如，当复数个照明系统中的每个照明系统都设置为，使得每个照明系统的定向非漫射光至少部分地屏幕结构（从而产生发散光束部分），且照明系统可相对彼此距一定距离而布置和/或设置发散角，使得沿至少为1.5米的传播长度，例如至少为2.5米或甚至至少为4米的传播长度时，每个相邻照明系统的发散光束部分不相互重叠。

在一些实施例中，相邻照明系统可彼此相对一定距离而布置和/或设置发散角，使得沿小于3米的传播长度、如小于2米或甚至小于1米的传播长度时，每个相邻照明系统的发散光束部分相互重叠。

图12示出的光井，与结合图1至图6而公开的第一种类型的光井基本上类似，同时，也可应用结合图7至图11而公开的替代实施例。此外，图12的天花板可认为是包括复数个照明系统的照明单元。但是，天花板也可由复数个照明砖瓦或照明系统元件构建，固定在一起以形成天花板。

工业实用性

如已经介绍的，天空和太阳自然照射的感受在于照明装置发射的光在一侧，其特征是具有低CCT的定向成分具有高的准直度，以模拟阳光，较高CCT的漫射光成分，模拟天空的光照效果，使得当物体被照明装置照射时，定向光成分可投射出清晰平行的阴影，漫射光成分使阴影呈淡蓝色。在另一方面，当从照明装置本身直接来看时，天空和太阳自然照射的感受在于天空和太阳处于无限远的想象。

观察者估计物体间距离的能力与构建三维风景的视线深度，是基于多种与聚焦、双眼视差和融合、运动视差、亮度、大小、对照、空间透视等相联系的生理和心理机制的。根据观察条件（如观察者是移动的还是静止的、用一只眼睛观察还是两只眼睛等）和环境特征这两种因素，相对于其他机制，一些机制可较重要，后者依据如物品是否具有已知尺寸、存在的距离和亮度而定，用作参照物，以估计环境中观察到的元件有多远。值得注意的是，这些机制在实像和虚像的情况下都能持续。更具体地，当两个或更多不同图像平面在不同深度之间存在冲突同时被观察者感知时，由于为单视觉感知提示、或两个或更多不同高度水平视觉感知提示，可产生视觉上的不舒适或眼疲劳。

在一些实施例中，为使仿真太阳不被观察者发现，发明人意识到深度视觉感知主要由传播光类型的指示而决定。因此，相对于生成平行于对照线在无限远收敛的透视影响，如适应、双眼会聚、运动视差、空间透视等的提示可能不那么重要。

在本文公开的一些照明系统实施例中，这种照明系统的多样性可提供重复光影转变，如分别在图3、图8和图9中所示的对照线400和402、或802和804，或902。

相同或至少类似的照明系统以一定模式或定位而布置，使得这些对照线相互平行，将向观察者提供房间被天空和太阳自然照射的感觉。此外，复数个照明系统可整体形成在一个大箱子内，每个照明系统具有自己的盒部分，且每个盒部分通过其自身的光井与房间形成光耦合，但不与相邻的照明系统光耦合。

复数个照明系统布置为生成仿真太阳的复合透视效果，每个照明系统1、900可设置为，使得每个照明系统1、900的定向非漫射光完全被屏幕结构14、914阻隔。这样使观察者不能立刻看到多重仿真太阳。

在一些实施例中，复数个照明系统布置为生成仿真太阳的组合透视效果，屏幕结构可放置且大小设置为，使得至少在选定位置范围内，观察者只能看到单个仿真太阳，尽管每个照明系统1、900的定向非漫射光可能不会完全被屏幕结构14、914阻隔。

在一些实施例中，复数个照明系统布置为，生成仿真太阳的组合透视效果，照明系统设置为，使得发散光束部分53、953在房间内不重叠，从而不具有能看到两个仿真太阳的位置。

在一些实施例中，照明系统的暗盒16可涂敷例如由能吸收入射光辐射的材料制成的内层。这种材料可为，例如呈黑色且在可见光范围内吸收系数高于70%，例如高于90%或95%或甚至高于97%的材料。例如，内层吸收来自第一光源2直射或反射光，和/或漫射光发生器20发散过程中产生的光、或从房间30内穿过灯罩状结构10的光、或从屏幕结构14的光，等等的入射辐射，因此从观察者的视线来看时，保证漫射光发生器后面具有暗的背景。当漫射光发生器20为瑞利散射面板时，这可保证漫射光发生器20具有所需的颜色特征，如视觉上与天空相同的颜色。此外，这可防止漫射光发生器20的颜色和亮度存在空间变化，使观察者可能认为不真实。

优选地，除了漫射光发生器的表面以外，暗盒16的全部内表面涂敷内层。换句话说，暗盒限定一种暗室，其中术语“暗”指的是很少照射的情况和/或具有吸收光的能力，从而使透过漫射光发生器20，暗盒内部几乎不可见，尽管原理上光能经由灯罩状结构10进入/离开暗盒16。

但是，在一些实施例中（如当主要考虑增加装置能效时，例如，使流明/瓦特特性最大化），只在暗盒16的一部分上涂敷吸光材料是可能的。例如，涂层部分可限制在对应于暗盒16的内表面可被穿过漫射光发生器20和光通道46的直线到达的点的那些部分。在这种情况下，观察者通过光通道46和半透明的漫射光发生器20看暗盒16的内表面时，可依然只看到面板后的黑背景。

如在本文提到的，可利用漫射光发生器20上游的光学元件，以折叠入射光束的光路。但是，为了说明的目的，各附图及其描述应用的都是非折叠的光学构造。

如在本文提到的，底部单元包括漫射光发生器和例如一些照明装置等附加元件，以从侧面照射漫射光发生器。假定这些附加元件都不存在，人们可认为扩散发生器即为底部单元。

此外，本发明提出的理念并不严格地只能应用于室内空间。在一些实施例中，照明系统1可用于户外，用于在晚间模拟日光照射。然后，照明系统1将与户外环境结合，即等同于其墙壁为黑色或布置在无限远处的房间内的环境。

在下文中，总结了本文描述的、特别是权利要求所述的照明系统的各方面和示例性实施例：

A1方面，照明系统1000包括

光源1002，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束1003， 沿主光束方向1004传播；和

灯罩状结构1010，包括具有孔口1080的平面前盖1011、底部单元1012和屏幕结构1014，其中底部单元1012放置为被光源1002从一侧照射，底部单元1012和屏幕结构1014限定从底部单元1012的相反侧1012B延伸至孔口1080的光通道1046，其中

底部单元1012包括漫射光发生器1020，用于产生具有第二相关色温的漫射光，第二相关色温大于第一相关色温，其对于光束1003的定向非漫射光至少是部分透明的，使得至少光束1003的一部分光束进入光通道1046内；且其中漫射光发生器1020相对于平面前盖1011倾斜。

A2方面，根据A1方面的照明系统1000，其中漫射光发生器20的法线与平面前盖1111的法线之间的倾斜角αt在5度至80度的范围内，例如，在10度至60度的范围内，如30度、40度或50度。

A3方面，根据A1方面或A2方面的照明系统1000，其中在沿垂直于漫射光发生器1020延伸的平面并穿过光源1020的截面，

在射入漫射光发生器20之前，主光束方向相对于平面前盖1111的法向以入射度为α_i倾斜；入射角可设置的角度范围为10度至80度，如40度、50度或60度；和/或

漫射光发生器20限定的平面的法向相对于平面前盖1111的法向倾斜，倾斜角度为α_t，设置为小于入射角；例如倾斜角度α_t可在15度至75度的范围内设置，如40度、50度或60度。

A4方面，根据A3方面的照明系统，其中屏幕结构包括照亮表面，其相对于主光束方向1004形成第一屏幕角度α_s，其角度范围设置为从0度至90度，例如为入射角α_i。

A5方面，根据A3或A4方面的照明系统1000，其中屏幕结构1014包括不被直接照射的表面，在截面内，相对于主光束方向1104形成第二屏幕角度，该角度可等于入射角αi或更大；和/或

其中不被直接照射表面的法向，在截面内，相对于平面前盖1011的法向倾斜，角度范围为倾斜角度α_t至90度。

A6方面，根据A1至A5方面中任一个的照明系统1100，其中，在沿垂直于漫射光发生器1120的平面延伸并穿过光源的截面内，漫射光发生器1120基本上与平面前盖1111接界。

A7方面，根据A1至A6方面中任一个的照明系统1000，其中光源1002相对于底部单元1012沿平行于平面前盖1011的方向偏离和/或相对于平面前盖1011具有一距离，该距离与底部单元1012与平面前盖1011之间的距离相当或更大。

A8方面，根据A1至A7方面中任一个的照明系统1000，其中照明系统1000进一步根据所引用权利要求的照明系统中的任一个进行设置。

A9方面，根据A1至A8方面中任一个的照明系统1000，其中定向非漫射光的传播方向在横穿光束（1003）的方向上是基本不变的。

此外，在本文公开的一些实施例中，漫射光发生器20接收从第二光源发出的光并在漫射光发生器20内发生散射，以提供散射光500。

尽管本发明的优选实施例已在本文中描述，在不偏离所附权利要求书的范围的情况下，可进行相应的改进和改变。

标号对照表

1 照明系统

2 第一光源

3 光束

4 主光束方向

10 灯罩状结构

12 底部单元

14 屏幕结构

16 暗盒

20 漫射光发生器

30 房间

40 光井

42 侧壁

44 侧壁

46 光通道

53 发散光束部分

54 主光束方向

60 天花板

203 发散光束

204 主光束方向

210 中心传播方向

212 传播方向

304 箭头

312 漫射光发生器

313 底面

340 光井

342 侧壁

343 侧壁

344 侧壁

345 侧壁

353 发散光束部分

354 主光束方向

360 天花板

370 拐角

380 孔口

382 拐角

392 非受照屏幕部分

393 非受照屏幕部分

394 受照屏幕部分

395 受照屏幕部分

396 非受照屏幕部分

397 非受照屏幕部分

400 对照线

402 对照线

500 漫射光

510 漫射光

703 光束

710 灯罩状结构

712 漫射光发生器

713 底面

714 屏幕结构

740 光井

742 墙壁部分

744 侧壁

746 光通道

753 发散光束部分

754 发散光束

793 非受照屏幕部分

794 受照屏幕部分

800 影/光过渡

802 对照线

803 线

804 对照线

805 线

900 照明系统

902 平行对照线

912 漫射光发生器

914 屏幕结构

953 发散光束部分

960 天花板

994 受照屏幕部分

996 非受照屏幕部分

1000 照明系统

1002 光源

1003 光束

1004 主光束方向

1010 灯罩状结构

1011 平面前盖

1012A 第一表面

1012B 第二表面

1012 底部单元

1013 虚线

1014 屏幕结构

1020 漫射光发生器

1040 光井

1042A 第一侧壁

1042B 侧壁

1042C 侧壁

1042D 侧壁

1044A 至少部分受照的侧壁

1044B 侧壁

1044C 侧壁

1046 光通道

1100 照明系统

1102 光源

1103 入射光束

1103 光束

1104 主光束方向

1104 箭头

1110 灯罩状结构

1111 平面前盖

1112 倾斜底部单元

1114 屏幕结构

1120 漫射光发生器

1140 光井

1144 受照侧壁

1146 光通道

1180 孔口

1313 底面

1360 天花板

1393 非受照屏幕部分

1394 受照屏幕部分

1395 受照屏幕部分

1397 非受照屏幕部分

1400 对照线

1402 对照线

1500 墙壁

1510 地板

1600 定向光区域

Claims (10)

1. 照明系统（1），包括：

光源（2），用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束（3），所述光束（3）沿主光束方向（4）传播，其中，所述定向非漫射光的传播方向在横穿设所述光束（3）的方向上是变化的，所述传播方向在内部区域基本上平行于所述主光束方向（4），并且随着距所述内部区域距离的增加，相对于所述主光束方向（4）逐渐倾斜；及

灯罩状结构（10），包括被所述光源（2）在一侧照射的底部单元（12），和设置在所述底部单元（12）的相反侧的屏幕结构（14），所述底部单元（12）和所述屏幕结构（14）限定了光通道（46），其中

所述底部单元（12）包括漫射光发生器（20），用于产生具有第二相关色温的漫射光，其中所述第二相关色温大于所述第一相关色温，且所述底部单元（12）对于所述光束（3）的定向非漫射光至少是部分透明的，并设置为使得至少所述光束（3）的发散光束部分（53）进入所述光通道（46）内；及

所述屏幕结构（14）相对于所述发散光束部分（53）的主光束方向（54）空间分布，以被所述发散光束部分（53）的至少一部分照亮，从而提供作为散射光源的受照屏幕部分（394、395）。

2.根据权利要求1所述的照明系统（1），其中所述屏幕结构（14）包括非受照屏幕部分（392、393、396、397），在所述光源（2）工作时，其不被所述发散光束部分（53）直接照亮，和/或

其中，在照明系统（1）工作过程中，影/光过渡线（400，402）形成在所述非受照屏幕部分（392，393，396，397）与所述受照屏幕部分（394、395）之间。

3.根据权利1或2所述的照明系统（1），其中所述屏幕结构（14）设置为漏斗状结构，在所述屏幕结构（14）的光通道内，所述屏幕结构（14）沿顺流方向的发散程度大于所述发散光束部分（53）；和/或

其中当所述发散光束部分（53）进入所述光通道（46）内时，所述屏幕结构（14）沿方位角方向的延伸部分围绕所述发散光束部分（53）的主光束方向（54），和/或，所述屏幕结构（14）相对于所述发散光束部分（53）的空间定位选择为，使得当所述发散光束部分（53）进入所述光通道（46）内时，所述受照屏幕部分（394、395）以，例如最大超过220度、200度或190度的角度，或在一些实施例中只为几十度的角度沿方位角方向围绕所述主光束方向（54）部分地延伸，例如，可在所述光通道内传播过程中增加或减少，以保持自然阳光的效果。

4. 根据上述任一项权利要求所述的照明系统，其中所述非受照屏幕部分（392、393、396、397）布置在所述受照屏幕部分（394、395）的一个方位侧或两个方位侧；和/或

其中所述发散光束部分（753）完全被所述屏幕结构（714）阻隔，从而只有散射光（500，510）离开所述灯罩状结构（710）的光通道（746）；和/或

其中所述受照屏幕结构（794）被所述非受照屏幕结构（793）围绕，或与所述底部单元（12）及所述非受照屏幕结构（793）接界。

5.根据上述任一项权利要求所述的照明系统（1），其中所述屏幕结构（14）包括至少在所述受照屏幕部分（394、395、794）内的具有低吸收性能的光散射表面，其对于所述发散光束部分的定向非漫射光、和/或对于所述漫射光发生器（20）的漫射光（500）、和/或对于所述屏幕结构自身的漫射光（510）吸收性能低；和/或

其中所述屏幕结构（14）包括至少在所述受照屏幕部分（394、395、794）内的具有各向异性漫反射率的光散射表面，如漫反射率峰值围绕镜面反射的方向，例如，所述散射光分布在不超过120度、例如90度，最优选地为60度的半峰全宽角具有峰值。

6. 根据上述任一项权利要求所述的照明系统，其中所述灯罩状结构（10）整体形成在建筑物的天花板（60）或墙壁内，并形成光井（40）。

7. 根据上述任一项权利要求所述的照明系统（1），其中所述光井（40）从孔口（380）延伸，所述孔口形成在所述天花板（60）或墙壁上或内部；和/或

其中所述光井（40）的底面（313）由所述漫射光发生器（20）形成；和/或

其中所述光井（40）的侧壁（42、44）从所述底面（313）延伸至所述孔口（380），从而形成所述受照屏幕部分（394、395）和/或所述非受照屏幕部分（392、393、396、397）。

8.根据上述任一项权利要求所述的照明系统（1），其中形成所述非受照屏幕部分（392、393、396、397）的侧壁（42）相对于所述发散光束部分（53）的主光束方向（54）的角度，大于形成所述受照屏幕部分（394、395）的侧壁（42）相对于所述发散光束部分（53）的主光束方向（54）的角度；和/或

其中所述屏幕结构（14）相对于所述发散光束部分（53）的主光束方向（54）和/或相对于所述孔口（380）是不对称的。

9. 根据上述任一项权利要求所述的照明系统，其中所述光通道（46）由所述底部单元以预先设置的几何形状而限定，例如为长方形；和/或

其中所述屏幕结构（14）包括至少一个朝向所述发散光束部分（53）的面（394、395）；和/或

其中所述屏幕结构（14）包括至少一个偏离所述发散光束部分（53）的面（392、393）。

10.根据上述任一项权利要求所述的照明系统，其中所述漫射光发生器（20）设置为基本被可见范围内的光穿透，且相对于所述光束中的长波长的成分，更有效地散射短波长的成分；和/或

其中所述漫射光发生器（20）包括第一材料的基体，其中第二材料的第一颗粒散布于其中，所述第一材料和第二材料分别具有第一折射率和第二折射率，所述第一颗粒具有的直径满足，所述直径乘以所述第一折射率的乘积在5纳米至350纳米的范围内。