CN107850287B - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够调节更宽范围的参数并从而能够再现各种光源的照明装置。光源单元10例如由液晶面板和背光构成，并且每个像素用作能够调节多个色调和强度的光源。柱状透镜20由多个微透镜阵列构成，并且每个微透镜相应地布置能够调节多个色调和强度的光源。在每个微透镜的柱状部分的外围形成分间隔部，以阻挡从相邻微透镜下方的像素发射的光，由此防止重复。

Description

照明装置
技术领域
本说明书中公开的技术涉及再现各种光源的照明装置。
背景技术
照明被广泛用于在诸如夜间的黑暗地方获得良好的视觉环境。例如，诸如白炽灯泡、荧光灯和发光二极管(LED)的照明装置是可用的并且被广泛用作主要的家用电器。
另外，众所周知，照明的质量影响人的精神状态、工作效率等。照明通常用于改变空间图像的目的。照明技术也被用于治疗抑郁症的光治疗(光疗)等。当然，自由优化的照明光对于没有特别患病的人来说是舒适和有吸引力的。预计随着未来产品价格的下降，可编程照明装置的需求将迅速增长。
例如，已经提出了控制来自LED光源的照射光的色调的控制装置(例如参照专利文献1)。此外，由Philips提供的色调是无线灯泡系统，通过使用诸如智能手机和平板电脑的信息终端经由互联网进行操作，该无线灯泡系统可再现1600多万种颜色。
如上所述，使用LED灯泡等能够调节光的色调和强度的照明装置是已知的。但是，除了色调和强度之外，还有其他各种实际上决定光的质量的参数，诸如光源的位置和数量以及光如何传播。为了自由地优化光并再现各种光源，认为需要能够操纵更宽范围的参数的照明装置。
引用列表
专利文件
专利文献1：美国专利No.8279079
发明内容
本发明要解决的问题
本说明书中公开的技术的目的是提供优异的照明装置，其不仅能够操纵色调和强度，而且还能够操纵更宽范围的参数来再现各种光源。
解决问题的方案
本说明书中公开的技术是考虑到上述问题而作出的，并且其第一方面是一种照明装置，该照明装置包括：光源单元，该光源单元包括能够调节色调和强度的光源的二维阵列；以及光线控制单元，光线控制单元被配置为控制能够调节色调和强度的光源的照射方向。
根据本说明书中公开的技术的第二方面，根据第一方面的照明装置的光线控制单元包括柱状透镜，该柱状透镜排列成使得多个能够调节色调和强度的光源与每个微透镜相关联。
根据本说明书中公开的技术的第三方面，根据第二方面的照明装置的柱状透镜具有从正面方向倾斜的照射方向。
根据本说明书中公开的技术的第四方面，根据第二方面的照明装置的柱状透镜对于各个方向具有不同的发射角度。
根据本说明书中公开的技术的第五方面，根据第二方面的照明装置的光源单元包括液晶面板和被配置为从后面照射液晶面板的光源。
根据本说明书中公开的技术的第六方面，根据第五方面的照明装置的光源单元还包括百叶片，该百叶片被配置为将柱状透镜上的入射光的入射角度限制为预定值或更小。
根据本说明书中公开的技术的第七方面，根据第一方面的照明装置的光源单元包括发光二极管元件。或者，根据本说明书中公开的技术的第八方面，根据第一方面的照明装置的光源单元包括有机EL元件。
根据本说明书中公开的技术的第九方面，根据第二方面的照明装置的柱状透镜的每个微透镜包括侧表面上的不透明部分。
根据本说明书中公开的技术的第十方面，根据第九方面的照明装置的不透明部分被配置为阻挡来自与相邻微透镜相关联的能够调节色调和强度的光源的光。
根据本说明书中公开的技术的第十一方面，根据第一方面的照明装置的柱状透镜的微透镜彼此分开排列。
根据本说明书中公开的技术的第十二方面，根据第一方面的照明装置还包括控制单元，该控制单元被配置为控制光源单元的驱动。
另外，本说明书中公开的技术的第十三方面是一种柱状透镜，该柱状透镜包括具有形成在相应的侧表面上的不透明部分的微透镜。
本发明的效果
根据本说明书中公开的技术，可以提供优异的装置，其不仅能够操纵色调和强度，而且还能够操纵更宽范围的参数来再现各种光源。
注意，本说明书中描述的效果仅仅是示例，并且本发明的效果不限于这些效果。而且，除了上述效果之外，本发明可提供另外的附加效果。
本说明书中公开的技术的另一目的、特征和优点将通过稍后描述的实施例和基于附图的更详细的描述来阐明。
附图说明
图1是示意性示出应用本说明书中公开的技术的照明装置100的示例性配置的示图。
图2是示出光源单元10的示例性配置的示图。
图3是示出光源单元10和柱状透镜21的平面图的示图。
图4是示出柱状透镜21中的微透镜的其他排列示例的示图。
图5是示出光源单元10和柱状透镜21的截面的示图。
图6是示出从一个微透镜发射的光线的方向的示图。
图7是示出当在不同方向观看图5所示的照明装置时观察到的颜色的示图。
图8是示出当从柱状透镜21的发射角度外部观察时颜色如何重复的示图。
图9是示出当从发射角度外部观看图5所示的照明装置时观察到的颜色如何重复的示图。
图10是示出仅在正面方向上由照明装置100如何照射光束的示图。
图11是示出即使在照明装置100的正面以外的位置处光如何重复的示图。
图12是示出改进的柱状透镜21的示例性配置的示图。
图13是示出当从改进的柱状透镜的发射角度外部观察时颜色如何不重复的示图。
图14是示出从发射角度外部观看具有改进的柱状透镜的照明装置时观察到的颜色如何不重复的示图。
图15是示出具有改进的柱状透镜的照明装置如何再现像聚光灯那样的光的示图。
图16是示出由照明装置100再现光源(具有不同颜色)的示例的示图。
图17是示出由照明装置100再现光源(具有不同颜色)的示例的示图。
图18是示出由照明装置100再现光源(具有不同颜色)的示例的示图。
图19是示出由照明装置100再现光源(一个聚光灯)的示例的示图。
图20是示出由照明装置100再现光源(多个聚光灯)的示例的示图。
图21是示出照明装置100再现光源(来自诸如枝形吊灯的装饰照明器材的光)的示例的示图。
图22是示出由照明设备100再现自然光(通过树过滤的光)的示例的示图。
图23是示出由照明装置100再现自然光(昏暗光线)的示例的示图。
图24是示出具有扩大的发射角的柱状透镜的示例性配置的示图。
图25是示出具有狭窄的发射角的柱状透镜的示例性配置的示图。
图26是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图27是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图28是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图29是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图30是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图31是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图32是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图33是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图34是用于说明来自柱状透镜的光的照射角度的示图。
图35是示出柱状透镜的示例性配置的示图。
图36是示出柱状透镜的示例性配置的示图。
图37是示出使用液晶单元的光源单元10和柱状透镜21的示例性基本配置的示图。
图38是示出当从上方观看时包括设置有间隔部的微透镜的柱状透镜的外观的示图。
图39是示出包括彼此分开排列的微透镜的柱状透镜的截面的示图。
图40是示出当从上方观看时包括彼此分开排列的微透镜的柱状透镜的外观的示图。
图41是用于说明由来自相邻像素的入射光引起的串扰的问题的示图。
图42是示出光源单元10和柱状透镜21(百叶片层设置在柱状透镜21附近)的示例性配置的示图。
图43是示出光源单元10和柱状透镜21(百叶片层设置在背光12附近)的示例性配置的示图。
图44是示出将自然光作为光源的照明装置100与天窗一样安装在室内的情况的示图。
图45是示出使用自然光作为光源的照明装置100的应用示例的示图。
图46是示出使用自然光作为光源的照明装置100的应用示例的示图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本说明书中公开的技术的实施例。
A.设备配置
图1是示意性示出应用本说明书中公开的技术的照明装置100的示例性配置的示图。图示的照明装置100包括光源单元10、叠加在光源单元10的照射表面上的光线控制单元20、控制光源单元10的驱动的控制单元30以及由用户操作的用户界面(UI)单元40。
光源单元10包括能够调节色调和强度的能够调节无数色调和强度的光源的二维阵列。此外，光线控制单元20控制从光源单元10发射的光的分布。
光源控制单元20例如包括柱状透镜，该柱状透镜包括多个微透镜(放大透镜)的阵列。在本实施例中，一个微透镜是在圆柱体的一个端面上形成有凸(球面或非球面)透镜的微型透镜。此外，每个微透镜排列成使得能够调节色调和强度的多个光源与每个微透镜相关联，从而控制照射光的方向。因此，通过将光源单元10和柱状透镜组合，可以调节各种其他参数，诸如光源的位置和数量以及光如何传播。或者，光线控制单元20可包括液晶透镜。在这种情况下，通过调节施加的电压，改变液晶的表观折射率动态地切换光的分布。
如图2所示，例如，光源单元10可包括液晶面板11和背光12的组合。液晶面板11包括透射红(R)、绿(G)和蓝(B)的各个成分的光的滤色器，并且可部分透射或阻挡从后面照射的背光12的光，以控制每个像素的色调和强度。液晶面板11可以是具有其中液晶被夹在偏振方向彼此正交的偏振板之间的结构的普通液晶面板。由于液晶面板11的结构是众所周知的，所以这里将省略其详细描述。接着，在液晶面板11的照射表面(显示面)侧上叠加柱状透镜21。
液晶面板11和背光12的组合在结构上部分类似于用作计算机显示器或电视接收机的液晶显示器。然而，根据本实施例的照明装置100由于用于照明的目的而不是为了显示图像的目的而具有结构差异。例如，为了得到明亮的视觉环境，将高功率光源用于背光12(例如，背光12包括具有亮度为8500cd/m2和总光通量20流明的约1500个LED芯片)。
图37是使用液晶单元示出光源单元10和柱状透镜21的示例性基本配置的示图。
背光12包括点光源以二维阵列排列的光源3711、用于漫射每个点光源的照射光的漫射板3712、用于在正面方向定向漫射的光的双层棱镜透镜3713以及利用光的双反射和折射率使光线集中并增加亮度的反射偏振膜(双增亮膜(DBEF))3714。
此外，液晶面板11具有这样的结构，其中液晶3722的两个表面在被设置成使得偏振方向彼此正交的背面和正面上被夹在偏振片3721和偏振片3723之间。实际上，液晶3722具有其中包括TFT阵列、配向膜、公共电极、滤色器等的多层基板的两个表面夹在玻璃基板之间的结构，但是为简单起见在图37中省略示出。
柱状透镜21包括微透镜的二维阵列，并且控制来自光源单元10的光线。柱状透镜的细节将在稍后给出。
注意，代替液晶面板11和背光12的组合，也可使用诸如像有机电致发光(EL)元件的自发光元件和能够输出高亮度的光的发光二极管元件的其他装置作为光源单元10。
例如，UI单元40包括诸如智能电话、平板电脑和个人计算机(PC)的信息终端、设置在控制单元30上的操作面板等。用户可通过UI单元40指定期望的光源(即，用户希望使用照明装置100再现的光源)。可由照明装置100再现的光源的实例可包括自然光(诸如通过树木过滤的光和昏暗光线)以及诸如聚光灯和枝形吊灯(稍后描述)的照明设备。
控制单元30包括指令接收单元31和发光控制单元32，指令接收单元31接收来自UI单元40的指令，发光控制单元32根据要被再现的光源来控制光源单元10的发光。
图3是示出光源单元10和柱状透镜21的平面图的示图。注意，液晶面板11中的R、G和B的颜色排列不限于图示。例如，可以是拜耳阵列(单位阵列的2×2像素中的两个像素对角排列成G像素，其他两个像素排列成R和B像素)。在所示的示例中，每个像素包括R、G和B三种颜色，并构成能够调节色调和强度的光源。然后，通过确定柱状透镜21的尺寸和排列，使得在每个柱状透镜下方包括多个像素，能够调节色调和强度的多个光源与每个柱状透镜相关联，并且每个光源的照射光的发射方向可由微透镜控制。尽管图3以简化的方式描述，但是一个微透镜例如可以具有覆盖20×20像素的尺寸。
在图3所示的示例中，柱状透镜21采用正方形排列，其中微透镜以正方格子形状排列，但微透镜的排列不限于此。可采用另一种增加微透镜填充系数的排列方法，以使得光线控制的颗粒度可更精细。图4是示出柱状透镜21中的微透镜的其他排列示例的示图。在图4所示的示例中，采用三角形排列，其中微透镜的排列按每行偏移半个节距，以使得微透镜排列成使相邻微透镜的中心形成三角形形状(三角形)。结果，微透镜的填充系数增加。在任何透镜状排列中，柱状透镜21的尺寸和排列被确定为使得在每个微透镜下方包括能够调节色调和强度的多个光源。
图5是示出包括光源单元10和柱状透镜21的照明装置的截面的示图。注意，为了简化附图，假定液晶面板11的三个像素作为能够调节色调和强度的多个光源，在水平方向上放置在每个微透镜的下方。
例如，柱状透镜21包括诸如丙烯酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚丙烯(PP)的材料，并且例如，可通过3D打印来制造，或者可通过使用诸如注入成型的成型技术来大量生产。一个微透镜是在圆柱体的一个端面上形成有凸(球面或非球面)透镜的微型透镜。每个微透镜根据圆柱体的高度、表面的凸面形状(曲率)、物质的折射率、相对于下像素的位置等来控制来自每个像素的发射光的光线。
图6是示出从一个微透镜发射的光线的方向的示图。在排列在一个微透镜下方的三个像素从左侧依次发射红(R)、绿(G)和蓝(B)光束并且光束进入微透镜的底表面的情况下，如图6的(A)所示，红光线601在微透镜的右上方向上发射。另外，如图6的(B)所示，绿光线602在正面方向上发射，如图6的(C)所示，蓝光线603在左上方向上发射。
图7是示出当在不同方向观看图5所示的照明装置时观察到的颜色的示图。注意，如图6所示，排列在每个微透镜下方的3个像素从左侧依次发射红(R)、绿(G)、蓝(B)光束，并且照明装置作为整体向右边发射红光线、向正面方向发射绿光线、向左边发射蓝光线。因此，当分别从左侧701、正侧702和右侧703观看照明装置时，观察到蓝色、绿色和红色。
从每个微透镜发出的光的色调和强度可由液晶面板11控制，每个光线的发射方向可由微透镜控制。因此，根据本实施例的照明装置100除了色调和强度之外还可以控制诸如光线方向的参数，使得可再现各种光源。这里使用的光源包括宽范围的光源，包括实光源(例如，诸如太阳光的自然光)和虚光源(例如聚光灯、枝形吊灯等)。
B.柱状透镜的示例性配置
在根据本实施例的照明装置100中，柱状透镜21起到控制来自光源单元10的光线的作用。柱状透镜是在圆柱体的一个端面上形成有凸(球面或非球面)透镜的微型透镜，并且可根据圆柱体的高度、表面的凸面形状(曲率)、物质的折射率、相对于下像素的位置等来确定发射角度。
图24是示出通过减小透镜的高度和减小凸面的曲率实现的具有扩大的发射角度的柱状透镜的示例性配置的示图。图25是示出通过增加透镜高度和增加凸面曲率实现的具有狭窄的发射角度的柱状透镜的示例性配置的示图。
此外，如图26所示，使用包括左右对称的(或旋转对称的)微透镜的柱状透镜的照明装置10照射光2601，光2601的发射角度的中心基本上是朝向前方的并且光2601的照射角度是左右对称的。然而，如图27所示，在照明装置10安装在墙壁附近的情况下，不需要在朝向墙壁的方向上照射光，换句话说，照射到墙上的照射光2601的组分被浪费。
如图28所示，对于安装在墙壁附近的照明装置100，改变光2801的照射角度使得发射角度朝向房间内部是有效的，因为房间可以用相同量的光变得更亮。光的照射方向可以由柱状透镜的形状来控制。图29是示出使用包括在一个方向上倾斜的微透镜的柱状透镜如何使光的照射方向倾斜的示图。另外，图30是示出使用包括具有偏离中心的透镜(凸部)的微透镜的柱状透镜如何使光的照射方向倾斜的示图。例如，通过应用图29或30所示的柱状透镜，如图28所示，照明装置100可改变光2801的照射角度，使得发射角度朝向房间内部。
注意，如图31所示，通过使用其中光3101的照射角度被改变为使得发射角度朝向房间的墙壁的照明装置100，还可以实现照亮墙壁的间接照明。
另外，在像狭长的走廊那样的空间中，如果照明装置100的照射角度在360度左右是均匀的，则照射墙壁的组分在走廊的宽度方向上增加，而照射光不会在走廊的长度方向上从一端传播到另一端，导致出现暗点。因此，如图32所示，考虑到安装照明装置100的空间(房间)的形状，照明装置100被设定为使得照射光3201的发射角度在墙壁之间的距离短的x方向上是狭窄的，其中，并且使得照射光3201的发射角度在壁之间的距离长的y方向上是宽广的，由此可有效地增亮整个空间。
图33是示出在x和y方向上具有不同发射角度的柱状透镜的示例性配置的示图。普通微透镜被成形为使得凸透镜形成在圆柱体的上表面上。另一方面，图33中所示的微透镜3301被成形为使得仅圆柱体的中央部分在x方向上被切割。图34是示出在图33中所示的微透镜3301的x方向和y方向上的发射角度的示图。由于仅中心部分在x方向上被切割以形成微透镜3301，所以发射角度由两个切割端变窄。因此，照明装置100作为整体在x方向上的狭窄范围内照射光。另一方面，由于微透镜3301在y方向上具有原始透镜形状，所以发射角度不会变窄，并且比x方向上的发射角度更宽。因此，照明装置100作为整体在y方向上的宽范围内照射光。
注意，如图33所示，对于各个方向具有不同发射角度的柱状透镜，也可采用其中各个微透镜设置成如图35所示的正方形排列的示例性配置，或者采用其中各个微透镜设置成如图36所示的三角形排列的示例性配置。
C.关于串扰的问题
如参照图6至7所说明的，在柱状透镜21的发射角度内，可以适当地控制光线来观察光。但是，当从柱状透镜21的发射角度的外侧进行观察时，由于来自相邻柱状透镜下方的像素的发射光被观察到，所以产生色重复的问题。在图8所示的示例中，排列在每个微透镜下方的三个像素从左侧依次照射红(R)、绿(G)、蓝(B)光束(与图6的情况同样)。这里，当从发射角度外侧观察来自微透镜812的发射光时，由于发生使从右侧微透镜811下方的像素发射的红光线801也进入微透镜812的串扰，所以在发射角度的左侧重复观察到红光线801。类似地，由于使从左侧微透镜813下方的像素发射的蓝光线803也进入微透镜812的串扰，所以在发射角度的右侧重复观察到蓝光线803。
在图7中，示出在发射角度内的方向上观看照明装置100时所观察到的颜色，并且从左侧开始依次观察到蓝色、绿色和红色。另一方面，如图9所示，当从发射角度的外侧进一步观看照明装置100时，在发射角度的右外侧重复观察到蓝色、绿色、红色，并且在发射角度的左外侧重复观察到红色、绿色、蓝色。
将参照图10和图11来描述当从发射角度外侧观察照明装置100时观察到的颜色的重复所引起的问题。当希望通过仅在照明装置100的特定区域中在正面方向上照射光来再现诸如聚光灯的光源时，仅需要从区域内排列在每个微透镜下方的像素的中心照射光。然而，由于来自相邻微透镜下方的像素的照射光束1112和1113的进入，即由于串扰，如图11所示，不仅在正面方向发射光1101而且在朝向发射角度外侧的方向发射光束1102和1103，并且不能获得聚光效果。
图12是示出改进的柱状透镜21的示例性配置的示图，该改进的柱状透镜21防止在发射角度外侧观察到光(即，防止重复)。一个微透镜是在圆柱体的一个端面上形成有凸(球面或非球面)透镜的微型透镜(如上所述)。在图12所示的示例中，在每个微透镜的圆柱状部分的外围形成有不使光透过的(不透明或遮光的)间隔部1201。来自相邻微透镜下方的像素的发射光被该间隔部1201阻挡，这防止串扰的发生，从而防止重复(即，在发射角度外侧重复观察到从相邻微透镜下方的像素发射的光线的现象)的发生。结果，照明装置100可精确地调节诸如光源的位置和数量以及光如何传播的参数，从而可更加逼真地再现各种光源。
在图13所示的示例中，排列在每个微透镜下方的三个像素从左侧依次照射红(R)、绿(G)、蓝(B)光束(与图8的情况相同)。这里，当从发射角度外侧观察来自微透镜1312的发射光时，由于间隔部1201R阻挡从右微透镜1311下方的像素发射的红光线(由图中虚线表示)801，所以防止串扰的发生，并且在发射角度的左侧不会重复地观察到红光线801。类似地，由于间隔部1201L阻挡从左微透镜1313下方的像素发射的蓝光线(由图中虚线表示)803，所以防止串扰的发生，并且在发射角度的右侧不会重复地观察到蓝光线803。
如图14所示，当在发射角度内的方向上观看照明装置100时，从左侧开始依次观察到蓝色、绿色和红色。然而，由于间隔部1201阻挡从相邻微透镜下方的像素照射的光，因此在发射角度之外不会重复地观察到图像。
图38是示出当从上方观看时包括设置有间隔部的微透镜的柱状透镜的外观的示图。在该图中，示出其中微透镜设置成三角形排列的示例性配置，但是可通过正方形排列类似地解决串扰。
另外，图39是示出包括彼此分开排列的微透镜的柱状透镜的截面配置的示图。此外，图40是示出当从上方观看时包括彼此分开排列的微透镜的柱状透镜的外观的示图。如图39和图40所示，如果微透镜彼此分开排列，从微透镜的侧表面泄漏的光难以进入相邻的微透镜，从而能够抑制串扰。在该图中，示出其中微透镜设置成三角形排列的示例性配置，但是可通过正方形排列类似地解决串扰。另外，即使在微透镜彼此分开排列的情况下，也可以通过在各个微透镜的侧表面上形成不透明或遮光的间隔部，来进一步增强抑制串扰的效果。
串扰的原因不限于如图8和图11中所示的从相邻微透镜进入的光。例如，如图41所示，由于来自应该进入相邻微透镜的像素的光的进入，也会发生串扰。液晶面板11具有其中液晶4101的两个表面夹在厚玻璃基板4102和4103(例如，具有约700微米的厚度)之间的结构。因此，由于液晶4101和柱状透镜21彼此间隔开，所以如参考标号4110所示，来自像素的应该进入相邻柱状透镜的光很可能以大入射角度进入，并且由于来自相邻像素的入射光而发生串扰。
抑制由来自相邻像素的入射光引起的串扰的可能方法包括限制入射光在柱状透镜上的入射角度。例如，在柱状透镜的前方排列其中无数的百叶片密集排列的百叶片层，并且将柱状透镜的入射光的入射角度限制到预定值或更小，使得来自相邻像素的入射光可被去除。
图42是示出光源单元10和柱状透镜21(百叶片层设置在柱状透镜21附近)的示例性配置的示图。
百叶片层4201可以设置在前偏振板3723和柱状透镜21之间的任何位置。然而，如果如图所示百叶片层4201紧邻柱状透镜21设置，则限制入射角度的效果很大。此外，可在百叶片层4201的前面或后面设置粘合剂3724。如果插入一个百叶片层，则可控制x或y方向的方向性。如果百叶片以十字形排列，使得插入两个百叶片层，则可控制所有方向的方向性，但是透射率降低并且照射光变暗。
另外，图43是示出光源单元10和柱状透镜21(百叶片层设置在背光12附近)的示例性配置的示图。
百叶片层4301可设置在后偏振板3721和光源3711之间的任何位置。然而，如果如图所示百叶片层4301紧邻后偏振板3721设置，则限制入射角度的效果很大。如果插入一个百叶片层，则可控制x或y方向的方向性。如果百叶片以十字形排列，使得插入两个百叶片层，则可控制所有方向的方向性，但是透射率降低并且照射光变暗。
图15是示出具有改进的柱状透镜的照明装置如何再现像聚光灯那样的光的示图。
图15是示出使用柱状透镜21(参照图12)在照明装置100的特定区域内仅在正面方向照射光而如何再现像聚光灯那样的光的示图，在该柱状透镜21中串扰问题已经得到解决。由于在每个微透镜的侧表面上设置有间隔部1201，所以来自微透镜下方的像素的照射光不进入相邻的微透镜(参照图11)，从而可获得聚光效果。
D.照明装置的应用示例
例如，根据本实施例的照明装置100可安装在房间的天花板上使用。另外，安装位置不限于天花板，也可以是房间的墙面或地面。
例如，在照明装置100安装在房间的天花板上的情况下，可将照明装置100安装在墙壁附近，而不是安装在天花板的中央。在照明装置100安装在墙壁附近的情况下，通过改变要使用的柱状透镜的形状，照明装置100可被配置为照射房间内部(参照图28)或照亮墙壁以实现间接照明(参照图31)。
另外，在像狭长的走廊那样的空间中使用照明装置100的情况下，通过改变要使用的柱状透镜的形状(参照图33)，可以使发射角度在墙壁之间的距离短的x方向上变窄，并且使发射角度在墙壁之间的距离长的y方向上变宽，从而有效地增亮整个空间(参照图32)。
另外，根据本实施例的照明装置100可安装在房间的天花板上，以改变光的颜色，如图16至图18所示。
另外，如图19所示，根据本实施例的照明装置100可安装在房间的天花板上，以再现一个聚光灯的光。此外，如图20所示，还可以再现多个聚光灯的光束。
另外，如图21所示，根据本实施例的照明装置100可安装在房间的天花板上，以再现诸如枝形吊灯的装饰照明器材的光。
另外，根据本实施例的照明装置100可安装在房间的天花板上，以再现诸如通过树木过滤的光的自然光，如图23所示，或者再现从云中的断层泄漏的暗光光线，如图22所示。
如上所述，根据本实施例的照明装置100可通过组合光源单元10和柱状透镜21来调节诸如光源的位置和数量以及光如何传播的各种其他参数(如上所述)，并且可更逼真地再现包括实光源(例如，诸如太阳光的自然光)和虚光源(例如聚光灯、枝形吊灯等)的宽范围的光源。在这个行业中，用于高度再现各种光源的技术也被称为整合成像、可编程照明和整合照明。
将描述照明设备100再现各种光源的处理过程。
通过UI单元40输入有关将由照明装置100再现的光源的信息。
基于诸如光线追踪的技术，发光控制单元32计算从柱状透镜21的每个微透镜发射的光的方向、色调、强度，以用于形成所期望的光源。
然后，发光控制单元32计算微透镜下方的液晶面板11的控制信号，用于实现从每个微透镜发射的光的方向、色调和强度，并且基于这个控制信号控制液晶面板11的驱动。
E.照明装置的修改
在图2等中，已经描述了使用光源单元10的照明装置100的示例性配置和应用示例，该光源单元10包括液晶面板11和背光12的组合。作为修改，不使用背光12，而使用诸如太阳光的自然光作为光源，使得通过液晶面板11和诸如柱状透镜的光线控制单元20控制进入房间的自然光的色调、强度和分布。
图44是示出将自然光用作光源的照明装置100(的光线控制单元20及光源单元10)像天窗一样安装在室内的情况的示图。在图44中，以简化的方式描绘照明装置100，但是假设光线控制单元20设置在面向房间的表面上，并且液晶面板11设置在光线控制单元20的外侧。
通常，包括诸如日光和月光的自然光和诸如路灯的人造光的外部光通过天窗照射房间。另一方面，在图44所示的照明装置100的情况下，由液晶面板11进行的快门操作能够控制照射房间的外部光的色调和强度，并且能够由光线控制单元20控制光的分布。例如，通过使用光线控制单元20的液晶透镜，可电地和动态地切换光的分布。注意，在图44所示的状态下，光线控制单元20不改变光的分布，而是在房间中照原样地照射日光。
例如，在炎热的夏日等，如图45所示，可切换光的分布，使得太阳光不照射地板表面而是照射墙壁或天花板，从而可使用照明装置100作为间接照明。相反，在太阳光少的冬季等，如图46所示，可切换光的分布，使得太阳光直接照射地板表面，从而使房间变暖。
工业适用性
到目前为止，已经参考具体实施例详细描述了本说明书中公开的技术。然而，显然本领域的技术人员可在不偏离本说明书中公开的技术主旨的范围内修改或替换实施例。
例如，应用本说明书中公开的技术的照明装置可安装在房间的天花板、墙壁表面、地板等上。应用本说明书中公开的技术的照明装置不仅可简单地调节色调和强度，而且还可控制光线，并且可以逼真地再现各种光源，诸如包括点光源和枝形吊灯的照明器材的人造光和包括通过树木过滤的光和暗光光线的自然光。
综上所述，本发明所公开的技术已经通过示例性实施例进行了描述，并且本说明书的内容不应该解释为限制性的。应该参考权利要求的范围来确定本说明书中公开的技术主旨。
注意，本说明书中公开的技术也可以如下配置。
(1)一种照明装置，包括：
光源单元，包括能够调节色调和强度的光源的二维阵列；以及
光线控制单元，被配置为控制能够调节色调和强度的光源的照射方向。
(2)根据(1)所述的照明装置，其中，
光线控制单元包括柱状透镜，柱状透镜排列成使得多个能够调节色调和强度的光源与每个微透镜相关联。
(3)根据(2)所述的照明装置，其中，
柱状透镜具有从正面方向倾斜的照射方向。
(3-1)根据(3)所述的照明装置，其中，
柱状透镜包括在预定方向上倾斜的微透镜。
(3-2)根据(3)所述的照明装置，其中，
柱状透镜包括具有从中心偏离的透镜的微透镜。
(4)根据(2)所述的照明装置，其中，
柱状透镜对于各个方向具有不同的发射角度。
(4-1)根据(4)所述的照明装置，其中，
柱状透镜包括通过仅在一个方向上切除中心部分而形成的微透镜。
(5)根据(2)所述的照明装置，其中，
光源单元包括液晶面板和被配置为从后面照射液晶面板的光源。
(6)根据(5)所述的照明装置，其中，
光源单元还包括百叶片，该百叶片被配置为将柱状透镜上的入射光的入射角度限制为预定值或更小。
(6-1)根据(6)所述的照明装置，其中，
百叶片安装在柱状透镜附近。
(6-2)根据(6)所述的照明装置，其中，
百叶片安装在液晶面板的背面附近。
(7)根据(1)所述的照明装置，其中，
光源单元包括发光二极管元件。
(8)根据(1)所述的照明装置，其中，
光源单元包括有机EL元件。
(9)根据(2)所述的照明装置，其中，
柱状透镜的每个微透镜在侧表面上包括不透明部分。
(10)根据(9)所述的照明装置，其中，
不透明部分阻挡来自与相邻微透镜相关联的能够调节色调和强度的光源的光。
(11)根据(1)所述的照明装置，其中，
柱状透镜的微透镜彼此分开排列。
(12)根据(1)所述的照明装置，还包括：
控制单元，被配置为控制光源单元的驱动。
(13)柱状透镜，包括具有在相应侧表面上形成的不透明部分的微透镜。
参考标记列表
100 照明装置
10 光源单元
11 液晶面板
12 背光
20 光线控制单元
21 柱状透镜
30 控制单元
31 指令接收单元
32 发光控制单元
40 用户界面单元
3711 光源
3712 漫射板
3713 棱镜透镜
3714 反射偏振膜
3721 偏振板(背面)
3722 液晶
3723 偏振板(正面)
3724 粘合剂
4201、4301 百叶片层。

Claims (8)

1.一种照明装置，包括：
光源单元，包括能够调节色调和强度的光源的二维阵列；以及
光线控制单元，被配置为控制所述能够调节色调和强度的光源的照射方向，
其中，
所述光线控制单元包括柱状透镜，所述柱状透镜排列成使得多个所述能够调节色调和强度的光源与每个微透镜相关联，其中，所述微透镜是在圆柱体的一个端面上形成有凸透镜的透镜，
所述柱状透镜的每个微透镜在侧表面上包括不透明部分，
所述不透明部分阻挡来自与相邻微透镜相关联的所述能够调节色调和强度的光源的光，
其中，所述微透镜被配置为彼此分开并呈三角形排列。
2.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述柱状透镜具有从正面方向倾斜的照射方向。
3.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述柱状透镜对于各个方向具有不同的发射角度。
4.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述光源单元包括液晶面板和被配置为从后面照射所述液晶面板的光源。
5.根据权利要求4所述的照明装置，其中：
所述光源单元还包括百叶片，所述百叶片被配置为将所述柱状透镜上的入射光的入射角限制到预定值或更小。
6.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述光源单元包括发光二极管元件。
7.根据权利要求1所述的照明装置，其中，
所述光源单元包括有机EL元件。
8.根据权利要求1所述的照明装置，还包括：
控制单元，被配置为控制所述光源单元的驱动。
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