CN111678066A - 模拟日光照射天窗的照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种模拟日光照射天窗的照明系统，包括光源、准直镜模组和分光镜模组，所述光源发出的光由所述准直镜模组准直后形成入射到所述分光镜模组的入射光，所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的多个分光镜单元，每个分光镜单元的入射光斜面上镀有分光膜层，所述入射光经各分光镜单元的分光膜层的反射后形成照明光。该照明系统可为室内提供准直的、具有均匀配光效果的照明，能够模拟出近似太阳直射光照射天窗的光学照明效果。

Description

模拟日光照射天窗的照明系统
技术领域
本发明涉及室内照明装饰灯具，特别是涉及一种模拟日光照射天窗的照明系统。
背景技术
随着社会经济快速发展、在室内(水下潜艇、矿井、地铁隧道)从事工作的人群比率越来越高。众所周知，在室外工作，可以观看广阔天空中的蓝天、白云、灿烂的太阳。同时，阳光的适量照射，非常有益身心健康。蓝天、白云、阳光这些景物，都是长期在室内工作的人们所期待的。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟日光照射天窗的照明系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种模拟日光照射天窗的照明系统，包括光源、准直镜模组和分光镜模组，所述光源发出的光由所述准直镜模组准直后形成入射到所述分光镜模组的入射光，所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的多个分光镜单元，每个分光镜单元的入射光斜面上镀有分光膜层，所述入射光经各分光镜单元的分光膜层的反射后形成照明光。
进一步地：
各分光镜单元的分光膜层设置成相互平行。
各分光镜单元的分光膜层的反射率沿着入射光传播路径依次递增。
所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的N个分光镜单元，其中，沿着入射光传播方向，第1个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/N*100％，第2个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推至第N-1个分光镜单元，且第N个分光镜单元的分光膜层反射率不低于85％。
所述分光镜模组的分光镜单元为分光棱镜单元，所述分光棱镜单元包括两个组合在一起的直角三棱镜，所述分光棱镜单元的内斜面镀有所述分光膜层。
所述分光镜模组的分光镜单元为分光平片单元，所述分光平片单元的入射光斜面镀有所述分光膜层。
所述光源为太阳光，所述照明系统还包括太阳光聚光单元和光纤导光模组，所述太阳光聚光单元收集太阳出射的光线，聚焦到所述光纤导光模组的入射端口，并从所述光纤导光模组的出射端口出射至所述准直镜模组。
所述光纤导光模组包括多束光纤，所述多束光纤对应的多个所述出射端口设置在所述准直镜模组的焦点附近。
所述光源为LED灯源。
还包括图像模组和泛光照明模组，所述图像模组设置在分光镜模组的上方，所述泛光照明模组设置在所述图像模组的上方，所述图像模组上提供静态的图像和/或动态变化的图像，所述泛光照明模组在所述图像模组的上方提供泛光照明。
所述泛光照明模组还提供局部的强光照明，以形成虚拟的太阳亮斑照射区。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种模拟日光照射天窗的照明系统，其中，光源发出的光由准直镜模组准直后入射到分光镜模组，所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的多个分光镜单元，每个分光镜单元的入射光斜面上镀有分光膜层，所述入射光经各分光镜单元的分光膜层的反射后形成照明光，这种光学照明结构为室内提供准直的、具有均匀配光效果的照明，可以模拟出近似太阳直射光照射天窗的光学照明效果。
在优选的方案中，多个分光镜单元在对准直光有不同反射率，各分光镜单元的分光膜层的反射率沿着入射光传播路径依次递增，达到更好的均匀配光效果，照明效果更接近于太阳直射光。最佳地，沿着入射光传播方向，第1个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/N*100％，第2个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推至第N-1个分光镜单元，且第N个分光镜单元的分光膜层反射率不低于85％。
在优选的实施例中，模拟日光照射天窗的照明系统能够产生以太阳光作为光源的太阳全光谱、准直均匀的窗口照明光束。另外，优选的实施例中还提供泛光照明和图像模组，此优选设计可以同时实现静态与/或动态天空图案效果。
本发明实施例提出的模拟日光照射天窗的照明系统可以实现在室内观看蓝天白云、沐浴阳光的效果。
附图说明
图1为本发明一种实施例的模拟日光照射天窗的照明系统结构示意图。
图2为本发明一种实施例的分光镜模组的分光镜单元的结构示意图。
图3为本发明另一种实施例的模拟日光照射天窗的照明系统结构示意图。
图4为本发明另一种实施例的分光镜模组的分光镜单元的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参阅图1和图3，在一种实施例中，一种模拟日光照射天窗的照明系统，包括光源11、准直镜模组5和分光镜模组6，所述光源11发出的光由所述准直镜模组5准直后形成入射到所述分光镜模组6的入射光，所述分光镜模组6包括在入射光传播路径上串联设置的多个分光镜单元，每个分光镜单元的入射光斜面上镀有分光膜层10，所述入射光经各分光镜单元的分光膜层10的反射后形成照明光。本发明实施例照明系统的光学照明结构可以为室内提供准直的、具有均匀配光效果的照明，能够模拟出近似太阳直射光照射天窗的光学照明效果。
参阅图1和图3，在优选的实施例中，各分光镜单元的分光膜层10设置成相互平行。
在优选的实施例中，各分光镜单元的分光膜层10的反射率沿着入射光传播路径依次递增。通过这种设置，可以达到更好的均匀配光效果，照明效果更接近于太阳直射光。
在特别优选的实施例中，所述分光镜模组6包括在入射光传播路径上串联设置的N个分光镜单元，其中，沿着入射光传播方向，第1个分光镜单元的分光膜层10的反射率为1/N*100％，第2个分光镜单元的分光膜层10的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推至第N-1个分光镜单元，且第N个分光镜单元的分光膜层10反射率不低于85％。
参阅图1和图2，在一些优选的实施例中，所述分光镜模组6的分光镜单元为分光棱镜单元9，所述分光棱镜单元9包括两个组合在一起的直角三棱镜，所述分光棱镜单元9的内斜面镀有所述分光膜层10。
参阅图3和图4，在另一些优选的实施例中，所述分光镜模组6的分光镜单元为分光平片单元12，所述分光平片单元12的入射光斜面镀有所述分光膜层10。
参阅图1，在优选的实施例中，所述光源11为太阳光1，所述照明系统还包括太阳光聚光单元2和光纤导光模组3，所述太阳光聚光单元2收集太阳出射的光线，聚焦到所述光纤导光模组3的入射端口，并从所述光纤导光模组3的出射端口4出射至所述准直镜模组5。
参阅图1，在更优选的实施例中，所述光纤导光模组3包括多束光纤，所述多束光纤对应的多个所述出射端口4设置在所述准直镜模组5的焦点附近。
上述优选实施例中，模拟日光照射天窗的照明系统能够产生以太阳光作为光源的太阳全光谱、准直均匀的窗口照明光束。
在另一些实施例中，所述光源11也可以为LED灯源，可以产生包括白光、红外光、紫外等光谱波段的光。
准直镜模组5的焦点附近放置的光源，可以是太阳光通过光纤传导到室内的形式，也可以是LED灯源的形式或其他的光源形式，均具有同等的功能效果。
参阅图1和图3，在优选的实施例中，所述照明系统还包括图像模组7和泛光照明模组8，所述图像模组7设置在分光镜模组6的上方，所述泛光照明模组8设置在所述图像模组7的上方，所述图像模组7上提供静态的图像和/或动态变化的图像，所述泛光照明模组8在所述图像模组7的上方提供泛光照明。
用户可透过分光镜模组目视到泛光照明模组的照明光和图像模组的图像。分光镜的透射和反射效果使用户能目视到清楚的图像。在某些位置/角度下，图像模组7的图像可能会受到分光镜模组6的部分阻挡，但不影响整体照明效果。
在更优选的实施例中，所述泛光照明模组8还提供局部的强光照明，以形成虚拟的太阳亮斑照射区。
本发明实施例提供的模拟日光照射天窗的照明系统可以实现在室内观看蓝天白云、沐浴阳光的效果。
以下结合附图进一步描述本发明的具体实施例。
如图1和图3所示，本发明具体实施例的模拟日光照射的天窗照明的光学系统主要包括光源、准直镜模组5、分光镜模组6、图像模组7、泛光照明模组8。
如图1所示，光源可以为太阳光。其中，太阳光聚光单元2收集太阳出射的光线，聚焦到光纤导光模组3入射端口，从室外传输到室内的灯具光源位置。光纤导光模组3由多束光纤组成。多束光纤可以分成若干到数十个出射光源端口，放置在准直镜模组5焦点位置附近。
光源也可以包括LED灯源。LED灯源主要包括白光、红外光、紫外等光谱波段的LED灯。
准直镜模组5对光源出射的光束进行准直，出射的准直光入射到分光镜模组6。
分光镜模组6可以采用：(1)分光棱镜模组或者(2)分光平片模组。
(1)分光棱镜模组
分光棱镜模组：如图1和图2所示，分光棱镜模组包括多个分光棱镜单元9，每个分光棱镜单元9由两个直角三棱镜组合而成。
其中，分光棱镜单元9内斜面镀有分光膜层10，分光膜层10对入射光束的反射能量与透射能量进行分配。分光膜层10反射率与位置序号存相应关系。最靠近入射光束的，序号设定为1。
分光棱镜模组由N个分光棱镜单元9组成，沿着入射光传播方向，第1个分光棱镜单元9的分光膜层10的反射率为1/N*100％，第2个分光棱镜单元9的分光膜层10的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推；第N个分光棱镜单元9的分光膜层10反射率为85％≤RN≤95％。
(2)分光平片模组
分光平片模组：如图3和图4所示，分光平片模组包括多个分光平片单元12。
其中，分光分光平片单元12入射光斜面镀有分光膜层10，分光膜层10对入射光束的反射能量与透射能量进行分配。分光膜层10反射率与位置序号存相应关系。最靠近入射光束的，序号设定为1。
分光平片模组由N个分光平片单元12组成，沿着入射光传播方向，第1个分光平片单元12的分光膜层10的反射率为1/N*100％，第2个分光平片单元12的分光膜层10的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推；第N个分光平片单元12的分光膜层10反射率为85％≤RN≤95％。
图像模组7可以提供静态图像和/或动态图像。
图像模组7可以是放置在泛光照明模组8的下方的透明的薄片，在透明的薄片上印上蓝天白云等图案，从而产生模拟室外天空的静态图像。
图像模组7也可以是LCD、LED等显示面板模组。可以通过显示面板模组提供动态变化的天空图案和/或静态图像。
如图1和图3所示，泛光照明模组8放置在图像模组7上方，可以提供大面积的泛光照明区域，或还进一步提供局部的强光照明区。
大面积的泛光照明区域可以为图像模组7例如静态图像模组提供泛光照明。
局部的强光照明区可以形成虚拟的太阳亮斑照射区。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种模拟日光照射天窗的照明系统，其特征在于，包括光源、准直镜模组和分光镜模组，所述光源发出的光由所述准直镜模组准直后形成入射到所述分光镜模组的入射光，所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的多个分光镜单元，每个分光镜单元的入射光斜面上镀有分光膜层，所述入射光经各分光镜单元的分光膜层的反射后形成照明光。
2.如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，各分光镜单元的分光膜层设置成相互平行。
3.如权利要求1或2所述的照明系统，其特征在于，各分光镜单元的分光膜层的反射率沿着入射光传播路径依次递增。
4.如权利要求3所述的照明系统，其特征在于，所述分光镜模组包括在入射光传播路径上串联设置的N个分光镜单元，其中，沿着入射光传播方向，第1个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/N*100％，第2个分光镜单元的分光膜层的反射率为1/(N-1)*100％，依次类推至第N-1个分光镜单元，且第N个分光镜单元的分光膜层反射率不低于85％。
5.如权利要求1至4任一项所述的照明系统，其特征在于，所述分光镜模组的分光镜单元为分光棱镜单元，所述分光棱镜单元包括两个组合在一起的直角三棱镜，所述分光棱镜单元的内斜面镀有所述分光膜层。
6.如权利要求1至4任一项所述的照明系统，其特征在于，所述分光镜模组的分光镜单元为分光平片单元，所述分光平片单元的入射光斜面镀有所述分光膜层。
7.如权利要求1至6任一项所述的照明系统，其特征在于，所述光源为太阳光，所述照明系统还包括太阳光聚光单元和光纤导光模组，所述太阳光聚光单元收集太阳出射的光线，聚焦到所述光纤导光模组的入射端口，并从所述光纤导光模组的出射端口出射至所述准直镜模组；优选地，所述光纤导光模组包括多束光纤，所述多束光纤对应的多个所述出射端口设置在所述准直镜模组的焦点附近。
8.如权利要求1至6任一项所述的照明系统，其特征在于，所述光源为LED灯源。
9.如权利要求1至8任一项所述的照明系统，其特征在于，还包括图像模组和泛光照明模组，所述图像模组设置在分光镜模组的上方，所述泛光照明模组设置在所述图像模组的上方，所述图像模组上提供静态的图像和/或动态变化的图像，所述泛光照明模组在所述图像模组的上方提供泛光照明。
10.如权利要求9所述的照明系统，其特征在于，所述泛光照明模组还提供局部的强光照明，以形成虚拟的太阳亮斑照射区。
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