CN107949742A - 人工天窗和方法 - Google Patents

Abstract

人工天窗通常包括至少一个光源，至少一个第一准直器、棱镜片以及至少一种透射材料。所述至少一个第一准直器被配置为准直来自所述至少一个光源的光。棱镜片布置为与至少一个第一准直器相邻并且被配置为反射和折射从至少一个第一准直器接收的准直光。该至少一种透射材料被设置为与棱镜片相邻并且被配置为漫射光。

Description

人工天窗和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月16日提交的美国临时专利申请No.62/219,419以及2015年11月11日提交的美国临时专利申请No.62/253,944的优先权，其全部内容引入本文供参考。

技术领域

所公开的系统和方法提供合成天窗，其呈现出逼真外观的人造天空以及设定在无穷远处的虚拟太阳。

背景技术

天窗往往是一个房间或办公室照明的首选，如果人们可以接近屋顶。然而，即使有可用的途径，修改屋顶的成本可能很高，特别是如果必须避开现有的结构和设施。天窗提出了其他许多挑战；光量是可变的并且不容易控制，在一天的不同时间可能导致不希望的眩光，并且最后已知在日光中存在的UV辐射对人和财产有害。

因此，可以安装在典型天花板范围内(在天花板与地板之间，高度通常小于8英寸)的紧凑型人工天窗具有宽阔的天空视野(FOV)，可为商业或家庭用户提供可以享受自然采光带来的已知心理效益的实用手段，并具有控制亮度的附加优势。

发明内容

在一些实施方案中，人工天窗包括至少一个光源、至少一个第一准直器、棱镜片和至少一透射材料。所述至少一个第一准直器被配置为准直来自所述至少一个光源的光。棱镜片布置为与至少一个第一准直器相邻并且被配置为反射并折射从至少一个第一准直器接收的准直光。所述至少一透射材料被设置为与棱镜片相邻并且被配置为漫射光。

在一些实施方案中，一种方法包括：准直从至少一个光源发射的光以提供第一准直光，折射第一准直光以提供折射光，漫射折射光以提供漫射光并反射该漫射光。

附图说明

现在参照附图通过举例的方式描述所公开的系统和方法的特定实施方案，在附图中，相同的部件用相同的附图标记表示，并且其中：

图1是根据一些实施方案的人工天窗的一个实例的横截面图，并且演示了来自光源的光锥如何准直并且随后被引导到棱镜片上，随后其在被部分透射的同时被反射。反射光和透射光通过滤色器进行光谱偏移，然后通过相同的棱镜片重定向到下面的观察者。

图2是根据一些实施方案的人工天窗的另一个实例的横截面图，其包括通过多个光导将光中继到系统的替代方式以及通过光板提供漫射光的替代方式。

图3A是示出根据一些实施方案的棱镜片内的棱镜的小面角(facet angle)如何控制反射角的一个示例的详细视图。

图3B是示出根据一些实施方案如何能够通过将介电涂层施涂到棱镜片材料来增加镜面反射的一个示例的详细视图。

图4A是根据一些实施方案的的系统的一个示例的图解平面图，其中准直光被引导到多个光导中，光导随后将光传送到准直透镜阵列和光板。

图4B是根据一些实施方案的与光板和线灯底盘(line light chassis)接口连接的光导的一个实例的立体图。

图5是根据一些实施方案的准直光束的方向可以通过将线灯向准直透镜的中心轴线的左侧和右侧移动来移动的示意性实例。

图6是根据一些实施方案的安装在天花板中的人工天窗的立体图。

图7是根据一些实施方案的包括用于将光中继到光板的LED阵列的人工天窗的另一示例的截面图。

图8A是根据一些实施方案的来自三个不同颜色的光源的光如何能够通过抛物面反射器准直并且被组合以使得它们在被注入多个光导之前通过棱镜合并到共光路中，随后光导将光传送到准直透镜阵列的一个示例的示意图。

图8B是根据一些实施方案的来自三个不同颜色的光源的光如何能够通过抛物面反射器被准直并且被组合以使得它们在被注入到多个光导之前通过棱镜被合并到共光路中，光导随后将光传送到光板的另一示例的示意图。

图9是来自图8A和8B所示的两个独立光源的光如何被传送到系统，使得一个光源专门提供准直透镜阵列的照明，而另一个光源专门提供光板的照明的一个实例的截面图。

图10A是根据一些实施方案的人工天窗的一个实例的横截面图，其包括与漫射板相邻且距漫射板一定距离处布置的未涂覆棱镜片。

图10B是根据一些实施方案的人工天窗的另一个实例的横截面图，其包括与漫射板相邻并与漫射板相距一定距离布置的未涂覆棱镜片。

图11A是根据一些实施方案的棱镜片的一个实例的横截面图，该棱镜片设置为与反射表面相邻并距其一定距离。

图11B是根据一些实施方案的与反射表面相邻并距其一定距离设置的棱镜片的另一示例的横截面图。

图12A示出了根据一些实施方案的从光源发出的棱镜折叠光的一个示例。

图12B图示了根据一些实施方案的如图12A中所示的棱镜内的杂散光线如何作为漫射光离开棱镜的一个示例。

图13示出了根据一些实施方案的具有用于准直光的抛物面的棱镜的另一示例。

图14示出了根据一些实施方案的耦合到用于折叠光路的抛物面准直器的反射表面的一个示例。

图15示出了根据一些实施方案的从镜面反射罩反射的光的一个示例。

图15A示出根据一些实施方案的反射罩内的杂散光漫射的一个示例。

图16示出了根据一些实施方案的用于防止杂散光侵入相邻反射罩的遮挡板的一个示例。

图17示出了根据一些实施方案的具有单个光源的实施例的一个示例。

图18A和18B示出根据一些实施方案的没有准直菲涅耳透镜的天窗的一个示例。

具体实施方式

本说明书旨在结合附图来阅读，附图将被视为整个书面描述的一部分。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，并且本发明的某些特征可以放大地示出或者以示意性的形式示出。在说明书中，诸如“水平”，“垂直”，“上”，“下”，“顶部”和“底部”以及其派生词(例如“水平地”，“向下”，“向上”)应被解释为针对附图所描述或在附图中所示的取向。这些相对术语是为了方便描述，通常不打算要求特定的取向。包括“向内”对“向外”、“纵向”对“横向”等术语将被视为适当地相对于彼此或者相对于延伸轴线或者旋转轴线或旋转中心来解释。关于诸如“连接”和“互连”的接合、耦合等术语是指其中各结构通过中间结构直接或间接地彼此固定或附接的关系以及可移动或刚性连接或关系，除非另有明确说明。术语“可操作地连接”是这样一种附接、耦合或连接，其允许相关结构凭借该关系如预期那样操作。在权利要求中，如果使用或意指的是装置加功能从句，旨在涵盖用于执行所述功能的书面说明或附图中描述、提出或呈现的结构，不仅包括结构等同物而且包括等效结构。

所公开的系统和方法的实施方案使得能够创建虚拟太阳热源和弥漫蓝天，从而可以避免提供近似天空的漫射照明以及接近太阳的高度准直的光的问题。此外，所公开的系统足够紧凑以被安装在典型的天花板腔体内，使得它们可以安装在没有自然环境光的办公室空间或其他房间中。所公开的系统和方法还将准直的太阳光与漫射天空光分离，使得可以宽视野观察蓝天。

在一些实施方案中，所公开的系统和方法向观察者提供合成天空，其可以包括具有现实外观的蓝色或其他颜色的默认设置。在一些实施方案中，人工天窗被配置为提供设置在光学无限远处的逼真的太阳，例如使得来自该物体上任何点的光线作为基本平面的波前进入眼睛的如此大的距离。这种人工天窗为建筑师和照明工程师提供了创建新的和其他方式无法获得的照明效果的选项，例如光线和阴影明确的光轴，以补充居住空间。

此外，当没有可看见的对外界的视野时，许多办公室和房间可能看起来是幽闭恐怖的，但是所公开的人工天窗的实施方案可以帮助缓解这个问题并且使得该区域相对吸引人。最后，特别是在冬季和高纬度地区，接受充足的阳光的心理影响已得到充分记录，并且人们普遍认识到，缺乏这会在易感个体中引起季节性影响的疾病(SAD)。考虑到所需的高勒克斯(照度)水平，通过使用广谱人造照明来提供模拟日照的常规方法并不总是实际可行的，然而暴露于由所公开的系统和方法提供的离散且紧密聚焦的人造阳光束使人们能够接收必要的勒克斯(照度)，而不必靠近光源，或者无需提高整个房间的照度。

在一些实施方案中，人工天窗包括光源例如发光二极管(LED)的一维阵列以及准直透镜例如菲涅耳透镜的一维阵列，使得每个透镜准直来自其中一个光源的光。提供多个成角度的反射表面，例如多面透明棱镜片，来自准直透镜的基本上准直的光线入射到该多个反射表面上。一组遮挡板被配置为允许一个光源通过将其与相邻光源隔离而包围任何给定的准直透镜，并且还提供了辐射漫射光的表面。在一些实施方案中，漫射光是近似天空的蓝光，其通过多面棱镜传播。在一些实施方案中，遮挡板是由诸如酚醛树脂之类的复合材料形成的，然而，本领域普通技术人员将理解，可以使用其他不透明材料。

在一些实施方案中，光源(灯)阵列是白色发光二极管；然而，在一些实施方案中，光源阵列是光学光导的终止点，每个光导直径可以大约为8毫米。本领域的普通技术人员将了解到，光导直径可大于或小于8毫米。准直透镜是一个连续阵列的一部分和准直来自它们的特定LED的光，使得宽的平行光束，如与阳光相关联的光束，入射在带有多个棱镜侧面的材料片上，这里称之为“棱镜片”。棱镜片由基本上透明的材料如丙烯酸树脂形成，通过反射将平行光束重新导向观察者，以产生一个虚拟的太阳。

此外，棱镜片根据其构成的棱镜面的角度影响反射光的角度，因此可以通过选择适当的棱镜面角度来控制虚拟太阳光束的角度。在一个实施方案中，通过施加大约50nm厚度的诸如氧化钛(“Ti₂O”)的介电涂层来增强反射光的程度，但是可以使用其他材料和厚度。

在一些实施方案中，阵列的多个灯包括置于每个准直透镜之间由约0.5mm厚的材料制成的“遮挡板”，以确保每个准直透镜接收来自多个灯中相应的一个的光。通过该方法，观看者可以感受到单一的虚拟太阳。

虚拟天空通过基本上透明的棱镜片辐射漫射光来创建。上述的一维灯阵列(在下文中称为“线光源”)也是所公开系统中的漫射照明源，尽管其可以通过使用位于棱镜片之上或之下的独立光板来增强。光板可用于发出动态变化的漫射彩色光，以模拟变化的天空条件。

在一些实施方案中，将入射在棱镜片上的白色准直光转换成漫射蓝光包括通过棱镜片的棱镜表面，透射没有被棱镜片反射的准直光例如折射光，并且将该光作为折射光漫射，该折射光通过由施加霜花涂层而产生的漫射层而透过平面表面。本领域的普通技术人员将理解，漫射层可以是与例如通过表面粗糙化而产生的棱镜片不可或缺的特性。然后漫射光透过滤色器，将其偏向光谱的蓝色端，通常在7000K左右。然后，漫射光照射到滤色器后面的反射层，通过上述滤色器和棱镜片将漫射光重新引导回，将自己呈现为弥漫的蓝色背景。

可以理解的是，还存在用于漫射重定向光的其他选项和布置，并且可以使用除蓝色之外的滤色器。

现在参考图1，点源1的线性阵列被示出为由多个透镜2例如菲涅耳透镜(例如，每个光源1有一个透镜2)基本准直。每个透镜2准直并将来自相应点光源1的光3引导到部分反射棱镜片5上。未被镜面反射的光通过包括棱镜片的透明介质(诸如包括丙烯酸材料的介质)传输，并且在离开棱镜片5的平面侧6时漫射。穿过棱镜片5的平面侧6的光然后透过滤色器7，该滤色器7邻近棱镜片5设置并且将光偏向光谱蓝色端。反射板8与滤色器7相邻设置并且将从滤色器7接收到的光重新引导通过滤色器7和漫射器(因此光现在是高度漫射的)，以最终通过棱镜片5离开，因此其本身呈现为弥漫的蓝天。

在一些实施方案中，可以组合滤色器和漫射器，使得着色漫射器放置在所述棱镜片后面，或者通过喷涂霜花效应涂层将漫射着色膜直接施加到棱镜片的平面侧。漫射器和滤色器的又一组合包括织构化或“粗糙化”的棱镜片的平面侧，使得其漫射光，并且构成棱镜片的材料在整个过程中通过在模制过程中引入染料或通过使用已知的用于着色基材的着色技术而被着色为蓝色或任何所需的天空颜色。未在图1中示出的是诸如玻璃的透明基材，其可以与棱镜片5隔开的关系放置，例如以菲涅耳透镜2的宽度，使得天窗包括反射表面8和棱镜片5之间的密封内部。图6中示出了这种透明基材20的一个例子。

现在转向图2，其示出了人工天窗的另一种布置，点光源1作为光管9-1的终点示出，并且天空的漫射光通过边缘点亮的光板10被增强，其在一些实施方案中也被光管9-2照射并且直接位于棱镜片5的后面(或者直接邻近于棱镜片5)。边缘点亮的光板10可以是能够从内部解耦光并在各个方向漫射光线的波导。在一些实施方案中，光板10携带由LED阵列22(如图7所示)产生的蓝色(或其他颜色)光，使得滤色器7可以被省略，但仍然是选项。请注意，透过棱镜片的来自透镜2的光没有被浪费，而是用于提高由光板输送的光的勒克斯水平。

使用多个光管9将光传送到棱镜片5和光板10两者的另一个优点是该单元可以被密封以降低维护成本。图4A和4B示出了如何使用光管9传送来自点光源1的光并提供减少的维护组件的一个示例。远程部分准直的光源1可以放置在易于接近的位置，例如在邻近灯开关的水平处的墙壁中，并且被配置为将光传送到多个光管9，如图4A所示。光管9可以分成组13、14，使得如图4B所示组14中的光管9向光板10提供光，同时组13中的光管9行进到线光源支撑面板21并由线光源支撑面板21支撑，线光源支撑面板21引导光线以通过菲涅耳透镜2准直，也如图4B所示。可以理解的是，图4A中示出的一个以上的光源1和准直器15可以用于该任务。

一旦安装好，光管9有利地不需要被移除。一旦发射源，即点光源1发生故障，它就只需要被替换。因此，光源1可以放置在方便位置水平的墙壁中，并为天窗提供光线，其可以定位在天花板或其他难以接近的位置。

然而，如果本地光源的照明是优选的，例如在图1所示的布置中，则天窗组件可以被设计成直接固定到天花板上，如图6所示，或者通过在吊顶内简单的夹具固定。如果直接电照明是优选的，则可以理解的是，该单元也可以像阁楼门那样铰接以允许轻松接近灯，同时单元的重量由所提到的铰链承载。

如上面关于图1所指出的，所公开的天窗可以配备有外部透明基材20(如图6所示)，例如玻璃板，以保护棱镜片5和其他部件不被划伤，并且不受灰尘的侵入。此外，遮挡板19可以位于相邻的光源之间。如上所述，遮挡板19可以由复合材料例如酚醛树脂制成，但是其他材料也可以用于遮挡板。

现在回到虚拟的太阳图像；表观太阳图像的角度可以以多种方式改变。例如，如图5所示，线灯可以左右滑动，使得由附图标记18表示的太阳的横向运动是动态的并且可以远程改变。控制光的方向性是非常理想的。例如，人们可以非常有选择性地和非常严格地选择照亮一个区域，就好像通过一束阳光一样，这可能是出于通过照亮一个角落来改善总体照明的原因，或者出于美学原因，例如建筑师可能想要创造惊人的效果、环境或照明氛围、适合的空间。虚拟太阳可以通过使用具有微处理器的控制器动态地改变亮度和颜色以模拟云阴影和一天中的当前时间，所述微处理器全天控制光源1的亮度和颜色输出。

在一些实施方案中，例如图3A和3B所示的实施方案中，可以将一个或多个棱镜片换成另一个带有不同角度的侧面的棱镜片。在这样的实施方案中，太阳的纵向角度由用户通过选择如图3A和3B中的δ所标识的棱镜角度来预先确定，并且可以通过在安装后更换棱镜片5来调节。回到图3A，这里可以看出光线如何通过反射力从棱镜片5的单棱镜面反射，并且其入射角(AOI)通过以下方式有利地朝着观察者改变：

180-2δ-φ＝γ

注意，在未涂覆棱镜片的情况下，例如，假设混合极性光，对于δ值大于10度的情况，反射光3A典型地比透射部分11A小得多。因此，需要特别明亮的光源，因为反射光被设计为模拟太阳，即使材料基本上透明，太阳也必须是明亮的-几乎令人眼花缭乱。因此，在一个实施方案中，如图3B所示，添加诸如TiO₂的介电涂层大大增强了反射射线3B的强度，同时降低了透射射线11B的强度。几乎没有损失，3B和11B的组合强度接近统一。

在一些情况下，未涂覆的棱镜片5(即，没有反射涂层的棱镜片)被配置为，通过将其放置成与光板10相邻但离开光板10一定距离而将大部分准直光3而向观察者重定向，如图10A所示。在一些实施方案中，未涂覆的棱镜片5与光板10之间的距离使得准直光学器件能够在棱镜片5的最上表面和光板10的最下表面之间注入光。

图10B示出了与光板10相邻但距一定距离设置的未涂覆棱镜片5的另一个示例。如图10B所示，在面板矩阵内或面板矩阵表面上的光解耦特征66(例如激光点，凹槽或小分散颗粒)将导致大部分TIR射线从光板10中射出(65)。这些相同的特征也将导致一些虚拟太阳射线3散射(64)，从而软化虚拟太阳的圆盘。在图10B所示的实施方案中，诸如透镜2的准直光学器件位于漫射板的最上表面上方，以及棱镜片5的最上表面的至少一部分与反射表面8的下表面下方之间。

由棱镜片5的折射特性引起的光谱色散可以通过引入补偿光学器件来补偿，如图11A和11B所示。图11A示出如何配置棱镜40以在光进入棱镜片5之前分散光，使得当光线通过棱镜片5时，光线经历的折射恢复所希望的RGB光线的准直。图11B示出了实施方案的另一个非限制性示例。如图11B所示，棱镜片5设置有双棱镜表面，使得第二棱镜表面42补偿由第一棱镜表面41产生的光谱色散。

如前所述，可能需要控制天空和太阳的颜色。在一些实施方案中，通过提供单独的照明装置，即图7中的光源22和图9中的光源23、24，可以独立且动态地控制天空和太阳的颜色。这在图8A和图8B中进一步示出，其中两个图示出正在进行准直的来自三色偏置光源的光，一个具有主要为红色的波长(R)，一个具有主要为绿色的波长(G)，一个具有主要为蓝色的波长B)。由于所有三色偏置光源彼此稍微分离，并且由于它们各自的准直光以基本相同的方向进入光管，所以采用棱镜25来折射它们各自的光线，使得来自所述颜色偏置光源的光现在合并并采用基本上共同的光路。为此，蓝偏置光源的位置使得它的光线经历最大的折射，而红偏置光源的位置使得它的光线经历最小的折射。通过改变将光传送到虚拟太阳的每个颜色偏置光源23的亮度，可以观察到所述虚拟太阳的颜色变化。当分开的照明装置24同样被改变时，可以观察到虚拟天空颜色的改变。然而，本领域普通技术人员将理解，存在用于动态地改变来自任何既定光源的光的颜色的其他手段和机制，不管是基于LED还是以其他方式来提供虚拟太阳和天空。

通过折叠光路，可以缩短来自光源和准直光学元件的光路，同时保持必要的焦距。在一些实施方案中，遮挡板的使用可以被省略。举例来说，图12A示出了经配置以折叠从相应光源1(例如LED光源)发出的光的实心棱镜50的一个实例。在具有多个光源1的一些实施方案中，可以采用相应数量的棱镜50。通过使焦点(“FP”)更靠近准直镜片2，棱镜50的使用提供了更紧凑的准直系统，这可以显著减小天窗的总体尺寸。反射涂层56被施加到棱镜50的一个或多个表面以将来自光源的光引导到准直光学器件2。

在进入棱镜50之前，来自光源1的射线部分地被准直(即，被约束以形成计算出的发散的窄光束)。如图12B所示，图12B是俯视图12A所示的棱镜50(在图12B中标识为棱镜50-1)的视图，由于棱镜50(50-1)的侧壁54反射和散射的射线52，防止超出该光束发散的杂散射线52作为准直光束侵入邻近的棱镜50-2。反射产生于受抑全内反射(“FTIR”)，并且由于FTIR允许一些光被透射，所透射的部分在其穿过漫射层53时被漫射。

图13示出了可以在准直系统中使用的棱镜的另一个示例。如图13所示，棱镜51包括与棱镜50的折射透镜相对的用于准直光的抛物面55。如图13所示，反射涂层56可以施加于至少抛物面55。图14示出了如果TIR用于折叠光路，反射涂层56如何能够限制在抛物线准直器上。本领域的普通技术人员将会理解，可以实施其他棱镜折叠系统。

此外，可以使用棱镜以外的结构来减小准直系统和光源之间的光路。例如，图15示出了反射罩57的一个示例，该反射罩57被耦合到准直光学器件2并且被布置为与光源1相邻。在一些实施方案中，反射罩57是镜面反射器。图15A示出了如何能够漫射反射罩57内的杂散光52，通过放置部分透射的漫射板53，防止观看者看到多个太阳图像，使得一些光漫反射，而剩余的光被漫透射。在一些实施方案中，漫射板53可以是不透明的，以漫反射所有杂散光，而不是仅仅是一些光。在任一种情况下，这种漫射板53可以在张力下由薄织物制成。

图16示出了如何使用遮挡板58防止反射罩57内的杂散光52侵入相邻的罩。在这种情况下，杂散光52被熄灭或者任何漫反射的杂散光通过使用吸光性无光表面而衰减。如本领域普通技术人员将理解的，遮挡板58可以由张力下的薄织物或其他材料制成。

图17示出了具有单个光源1的天窗的一个实施方案的一个示例。如图17所示，光源1位于与棱镜片5相邻设置的准直透镜60的上方，棱镜片5被配置为漫射光3。

图18A和18B示出了一个实施方案，其中通过使棱镜片成为反射性平型抛物面而将菲涅耳透镜和棱镜片组合成准直装置61。例如，从图18A可以看出，图18A是准直装置61的前侧视图，抛物面设计62包括在前表面63中。在图18B中，显而易见的是前表面63基本上是平面的。

在一些实施方案中，人工天窗被配置成提供入射到部分反射表面上的准直光和透过部分反射表面的漫射光，使得直接反射的光暗示远处的光源例如太阳光，而漫射光近似天光。

在一些实施方案中，人工天窗包括一组遮挡板，以将来自一个光源的光引导至相应的准直透镜。在一些实施方案中，部分反射表面包括类似菲涅耳棱镜的棱镜结构。在一些实施方案中，部分反射表面提供基本镜面反射。

在一些实施方案中，人工天窗包括携带反射表面和相对的漫射表面的单张片材。在一些实施方案中，漫射表面是平面的。在一些实施方案中，辐射漫射光的表面与棱镜片分开。

在一些实施方案中，准直光由诸如LED的发光灯的线性阵列产生。在一些实施方案中，线性光源阵列的灯接近于辐射光源的点光源。在一些实施方案中，线性光源阵列的灯是光线从其出射的光管的终点。

在一些实施方案中，人工天窗包括固定到终点的透镜，以约束从光管发出的光锥，使得每个光锥以全开口包封准直透镜，并具有至少少量外溢。

在一些实施方案中，人工天窗包括用于传送透过棱镜片的附加漫射光的光板。

在一些实施方案中，人工天窗包括插入在漫射表面和后反射器之间以形成合成天空的滤色器。在一些实施方案中，漫射天空颜色仅由光板提供。在一些实施方案中，光管为所述光板提供照明源。

在一些实施方案中，人工天窗包括与棱镜片分离的漫射表面。

在一些实施方案中，人工天窗包括也可以漫射光的滤色器。

在一些实施方案中，人工天窗包括棱镜片，该棱镜片具有直接施加到所述棱镜片的平面侧的漫射涂料，使得所述漫射涂料消除了对单独滤色器的需要。

在一些实施方案中，人工天窗包括棱镜片，该棱镜片具有漫射平面表面，其被着色为天空的颜色，从而组合折射棱镜、滤色器和漫射器的功能。

在一些实施方案中，控制虚拟太阳和虚拟天空的颜色，使得可以通过改变各个RGB光源的亮度而独立于虚拟天空的颜色来改变虚拟太阳的颜色，反之亦然。

在一些实施方案中，人工天窗包括放置在天窗上方的玻璃罩以防止灰尘。

在一些实施方案中，棱镜片不包括漫射器并且被放置为与漫射光板相邻但距一定距离，使得构成虚拟太阳的准直光通过棱镜片的小平面而向观看者重定向。

Claims (16)

1.一种人工天窗，包括：

至少一个光源；

至少一个第一准直器，其被配置为准直来自所述至少一个光源的光；

棱镜片，所述棱镜片邻近所述至少一个第一准直器设置，并被配置为反射和折射从所述至少一个第一准直器接收的准直光；和

至少一透射材料，所述至少一透射材料邻近所述棱镜片设置，并被配置为漫射光。

2.根据权利要求1所述的人工天窗，其中所述棱镜片直接邻近所述至少一透射材料布置。

3.根据权利要求1所述的人工天窗，其中，所述至少一个光源被配置为在所述棱镜片和所述至少一透射材料之间注入光线。

4.根据权利要求1所述的人工天窗，其中所述至少一个光源被配置为在所述棱镜片与反射面板的至少一个反射表面之间注入光线。

5.根据权利要求1所述的人工天窗，其中，所述至少一个光源包括布置成阵列的多个光源，并且其中所述至少一个第一准直器包括布置成准直器的线性阵列的多个第一准直器，多个第一准直器中的每一个被配置成准直来自所述多个光源中的相应一个的光。

6.根据权利要求5所述的人工天窗，还包括设置在所述多个光源的相邻光源之间的遮挡板。

7.根据权利要求5所述的人工天窗，其中所述光源阵列被配置为相对于所述准直器阵列横向移动。

8.根据权利要求1所述的人工天窗，还包括：

至少一个第一光管，其具有第一端和第二端；和

至少一个第二准直器，所述至少一个第二准直器与所述至少一个光源和所述至少一个第一光管的第一端相邻地设置，且配置成将来自所述至少一个光源的光引导到至少一个第一光管的第一端。

9.根据权利要求8所述的人工天窗，其中，所述至少一个第一准直器邻近所述至少一个光管的第二端设置。

10.根据权利要求9所述的人工天窗，还包括至少一个具有第一端和第二端的第二光管，至少一个第二光管的第一端设置成与所述至少一个光源相邻并且被配置为接收来自所述至少一个光源和至少一个第二准直器的光，至少一个第二光管的第二端设置成与包括至少一个漫射表面的光板相邻。

11.一种方法，包括：

使从至少一个光源发射的光准直以提供第一准直光；

将第一准直光折射以提供折射光；

使折射光漫射以提供漫射光；和

使漫射光反射。

12.根据权利要求11所述的方法，其中第一准直光由至少一个棱镜片折射。

13.根据权利要求11所述的方法，在准直从至少一个光源发射的光以提供第一准直光之前进一步包括：

在至少一个第一光管的第一端中接收从至少一个光源发射的光；和

从至少一个第一光管的第二端发射从至少一个光源发出的光。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

在第二光管的第一端接收从光源发射的光；和

从第二光管的第二端发射从光源发出的光，该第二光管设置成与光导邻近，使得从第二光管的第二端发射的光被接收到光导中。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括在从至少一个第一光管的第二端发射从至少一个光源发出的光之前，对从至少一个光源发出的光进行准直以提供第二准直光。

16.根据权利要求11所述的方法，其中至少一个光源包括布置成阵列的多个光源，所述方法还包括相对于准直装置阵列横向移动所述光源阵列。