CN111623251A - 一种模拟月光和夜空背景光照明的光源系统 - Google Patents

一种模拟月光和夜空背景光照明的光源系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，涉及照明领域。所述系统主要包括光源，产生模拟月光和夜空背景光的反光板。所述反光板包括包括依次堆叠设置的分光层、蓝色滤光层和漫反射层。光源发出的光照射到反光板上，一部分光被分光层反射形成模拟月光的光束，一部分光透过分光层进入蓝色滤光层，透过蓝色滤光层的蓝光被漫反射层反射再透过蓝色滤光层和分光层形成蓝色漫射光可模拟夜空背景。本发明可以在室内环境中模拟出夜空背景及可变色温的月光，还可以通过移动光源的位置模拟月光不同时间、不同地点的高度角和照度，达到模拟真实月光照明的效果。

Description

一种模拟月光和夜空背景光照明的光源系统
技术领域
本发明涉及照明技术领域，尤其涉及一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统。
背景技术
目前已知封闭环境的照明系统在医学和建筑领域已经广泛应用，在医学上通过模拟月光光线照明，使患者亲身体验接触月光，可促进病患的康复几率和速度；对于医护人员，长期处于室内封闭环境会极大地影响医护人员的身心健康，进而影响工作。经过大量研究证明，月光对医护人员的心理和生理健康起到了很关键的积极影响，可有效的提高工作效率和医疗服务质量。
在建筑领域照明的要求主要有三方面：1、功能性要求，即满足最基本的照明要求；2、装饰性要求，要求美观；3、生理健康和心理健康要求。满足生理健康要求和心里健康要求，首先需要模拟真实的自然天空环境。
发明内容
针对现在的社会需求，本发明提出了一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统。该照明系统应用于类似房屋室内的密闭环境中照明，可在室内照射出夜空背景光和月光通过窗口直射室内的效果。
具体的，所述系统包括反光板、匀光板和光源；
所述反光板与所述匀光板连接，所述反光板位于所述匀光板的上方，所述反光板和所述匀光板之间形成匀光室；
所述反光板包括依次堆叠设置的分光层、蓝色滤光层和漫反射层；所述分光层用于将入射到其上的光部分反射，部分透射；
所述匀光板上开设有透光窗口；
所述光源设置在所述匀光板上。
在一种可实施的方案中，所述光源为多个，多个所述光源可独立控制。优选的，所述光源为LED；更优选地，所述光源包括多个具有不同窄带光谱的LED灯珠或LED灯组。
在另一种可实施的方案中，所述系统还包括滑轨，所述滑轨安装在所述匀光板上，所述光源移动设置在所述滑轨上，优选的，所述光源为LED，更优选地，所述光源包括多个具有不同窄带光谱的LED灯珠或LED灯组。
进一步的，所述反光板为球面、柱面、平面或抛物面。
进一步地，所述分光层的反射率：透射率为8～5:2～5。
在一种可实施的方案中，所述分光层为半透半反层。
本发明提供的一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统可以在室内环境照射出夜空背景光及可变色温的月光，同时通过移动光源的位置模拟月亮不同时间、不同地点的高度角和照度，达到模拟真实月光照明的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的照明系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所述的反光板的结构示意图
图3为本发明实施例所述的照明系统的照明原理图；
图4为本发明实施例所述的光源的发光强度空间分布特性曲线；
图5为光源在第一位置处时，月光高度角的模拟示意图；
图6为光源在第二位置处时，月光高度角的模拟示意图。
其中：1-匀光室，2-反光板，3-光源，4-透光窗口，5-密闭室，6-匀光板，8-滑轨，9-容置腔体，A-分光层，B-蓝色滤光层，C-漫反射层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而为了便于本发明的详细诠释，在本发明的描述中，需要理解的术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“穹顶”、“边缘”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，以及“漫反射光”、“镜反射光”、“直射光”、“透射光”、“散射光”、“月光”、“天空背景光”、“色温”、“渐变”、“发散角”、“照度”等光学术语来对光线或者照明进行描述。且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
实施例1
如图1所示，图1示出了本发明所述的一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统的结构示意图，所述照明系统用于向密闭室5中照射模拟月光和/或天空背景光，所述系统包括光源3、反光板2、匀光板6和滑轨8；
具体的，所述反光板2与所述匀光板6连接，所述反光板2位于所述匀光板6的上方，所述反光板2和所述匀光板6之间形成匀光室1；
所述滑轨8安装在所述匀光板6上，所述光源3移动设置在所述滑轨8 上，所述光源3用于模拟月光光源，优选的，所述光源3可以为LED，在本说明书中，所述光源3为LED，包括多个具有不同窄带光谱的LED灯珠或LED灯组。
所述匀光板6上开设有透光窗口4，所述透光窗口4贯穿所述匀光板6；
可以理解的是，所述密闭室5可以是房屋，所述匀光板6可以安装在房屋的顶板上，用于通过所述透光窗口4向所述房屋内照射光，即模拟后的自然光(月光和/或天空背景光)可以从透光窗口4照射到所述密闭室5 中。
进一步的，如图2和图3所示，图2示出了反光板的结构示意图，所述反光板2包括依次堆叠设置的分光层A、蓝色滤光层B和漫反射层C，所述分光层A与所述匀光室连通。所述分光层A用于将入射到其上的光部分反射，部分透射。所述分光层A的反射率和透射率的比值可根据需要设置，优选地，所述分光层A的反射率：透射率为8～5:2～5；更优选地，所述分光层A为半透半反层。
如图3所示，图3示出了本发明所述的照明系统的照明原理图。
具体的，所述光源3发射出的光束Ⅰ照射到所述分光层A时，部分光被反射，形成反射光束Ⅱ；其余部分光透过所述分光层A，进入蓝色滤光层B，形成光束III，由于蓝色滤光层B仅能透过蓝光，其他波段的光均被蓝色滤光层B吸收，因此所述光束III透过所述蓝色滤光层B形成蓝光光束，所述蓝光光束入射到所述漫反射层C上被所述漫反射层C反射，形成蓝色漫反射光Ⅳ，所述蓝色漫反射光Ⅳ透过所述蓝色滤光层B和所述分光层A，形成漫射的天空光。由于光源的亮度、色温调至于夜晚晴空时月亮的真实的亮度和色温，因此在反光板的背侧形成的蓝色漫反射光较弱，且光呈蓝黑色，与月光透过地球大气层后发生的蓝黑色漫反射光接近，因此在视觉上为观察者提供了逼真的夜空环境光景象。所述反射光束Ⅱ由所述透光窗口4射出，照射到密闭室5中，在视觉上呈现月光由室外射入室内的效果。
进一步的，本发明的反光板2不限于球面、柱面、平面、抛物面等外形结构的限制。
进一步的，通过多个改变LED灯珠或LED灯组的光谱搭配，模拟月光的真实光谱，进而能够改变多个LED灯珠或LED灯组输出光的色温，模拟月光的色温。
可以理解的是，基于上述方案，本发明可以实现在室内环境照射出夜空背景光及可变色温的月光。
进一步的，所述光源3还可以通过滑块移动设置在所述滑轨8上，通过滑块与滑轨8之间的滑动，带动所述光源3移动，从而基于移动光源3 的位置模拟月光不同时间、不同地点的高度角和照度，达到模拟真实自然光照明的效果。
具体如图4、图5和图6所示，图4示出了光源的发光强度空间分布特性曲线；LED为近似朗伯光源，即LED光源的发光强度为发光角度的余弦函数：Iθ＝I0cosmθ，其中，θ是发射光线与LED芯片平面法线方向的夹角， I0是法线方向的光强，由上述公式可知，LED光强大小从中心向两边逐渐下降。
图5示出了光源在第一位置处时，月光高度角的模拟示意图；具体的，调节所述光源3至第一位置处，使得所述光源3至所述透光窗口4之间的距离为300mm，通过所述透光窗口4照射到密闭室5内的光线是由所述光源3射出的发光角度为-45°～-60°的光，该方向的光通过反光板2反射，投向地面的光与地面形成的角度为α，地面照度为E1，此时，所述光源3可以模拟高度角为α的月光光源；
进一步的，图6示出了光源在第二位置处时，月光高度角的模拟示意图；具体的，调节所述光源3至第二位置处，使得所述光源3至所述透光窗口4的距离为100mm，通过透光窗口4照射到密闭室5内的光线是由光源3射出的发光角度为-15°～-5°的光，该方向的光通过反射光板2反射，投向地面的光与地面形成的角度为β，地面照度为E2，此时所述光源3可以模拟高度角为β的月光光源，其中α<β，E1<E2。
由此，通过移动滑块，带动光源3在滑轨上移动，实现光源3位置的改变，从而改变光源3和透光窗口4之间的距离，实现光源3的高度角的改变，进而模拟一天中不同时刻月亮高度角的变化；同时也可模拟月光的光强随高度角变化而在地面产生的照度的大小变化。
同时，由于LED光强大小从中心向两边逐渐下降，因此观察者通过透光窗口4向光源系统内部观察时，光源系统内部的月光的亮度会呈现由月亮向远离月亮方向逐渐减弱，夜光的亮度由月亮附近向远离月亮方向逐渐减弱，符合夜空的真实的亮度分布，因此本发明可模拟真实的夜空景象。
进一步的，可以通过改变光源3的电压，控制光源3的亮度，将更真实的模拟出月光在不同时间、不同地点时的亮度。
可以理解的是，所述光源3移动后的位置与透光窗口4之间的距离不限于上述实施例中的距离，在其它可实施的方案中，可以调节光源3的位置，使得光源3与透光窗口4之间的距离为200mm，500mm等，以实现通过所述透光窗口4照射到密闭室5内的光线是由所述光源3射出的发光角度为基于光源与透光窗口的不同距离所确定的不同角度的光，该光通过反光板2反射，投向地面的光与地面形成预模拟的月亮高度角，进而模拟一天中不同时刻月亮高度角的变化；同时也可模拟月光的光强随高度角变化而产生的大小变化。
本发明实施例可以实现在室内环境照射出夜空背景光及可变色温的月光，还可以通过移动光源的位置模拟月光不同时间、不同地点的高度角和照度，达到模拟真实月光照明的效果。
实施例2
本实施例与实施例1的区别只在于在匀光板6上设置多个所述光源3，多个光源3固定设置在所述匀光板6上，每个光源3与透射窗口4之间距离不同，从而不同时刻通过控制不同位置的所述光源3点亮，模拟不同月亮高度角的月光光源。其他设置与实施例1完全相同。
本发明实施例可以实现在室内环境照射出夜空背景光及可变色温的月光，还可以通过控制不同位置的光源点亮模拟月光不同时间、不同地点的高度角和照度，达到模拟真实月光照明的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述系统包括反光板(2)、匀光板(6)和光源(3)；
所述反光板(2)与所述匀光板(6)连接，所述反光板(2)位于所述匀光板(6)的上方，所述反光板(2)和所述匀光板(6)之间形成匀光室(1)；
所述反光板(2)包括依次堆叠设置的分光层(A)、蓝色滤光层(B)和漫反射层(C)；所述分光层(A)用于将入射到其上的光部分反射，部分透射；
所述匀光板(6)上开设有透光窗口(4)；
所述光源(3)设置在所述匀光板(6)上。
2.根据权利要求1所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述光源(3)为多个，多个所述光源(3)可独立控制。
3.根据权利要求1所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述系统还包括滑轨(8)，所述滑轨(8)安装在所述匀光板(6)上，所述光源(3)移动设置在所述滑轨(8)上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述光源(3)为LED。
5.根据权利要求1至4任一项所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述光源(3)包括多个具有不同窄带光谱的LED灯珠或LED灯组。
6.根据权利要求1所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述反光板(2)为球面、柱面、平面或抛物面。
7.根据权利要求1所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：所述分光层(A)为半透半反层。
8.根据权利要求7所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：通过改变LED灯珠或LED灯组的发射光谱，改变LED灯珠或LED灯组输出光的色温，模拟月光的色温。
9.根据权利要求8所述的模拟月光及夜空背景光照明的光源系统，其特征在于：通过改变所述光源(3)的电压，控制所述光源(3)的亮度，模拟月光在不同时间、不同地点时的亮度。
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