CN216693257U - 模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具，照明灯具包括灯具系统模块、背光模块和照明模块，照明模块包括灯源、灯源散热器、灯杯和灯杯固定座，灯杯设置在灯杯固定座上，灯源设置在灯杯内，与灯杯的位置水平对中，灯源散热器设置在灯源远离灯杯的一侧，并与LED灯源水平设置，还包括分光片座和分光片，分光片设置在分光片座上，从而将经灯杯反射的光线进行反射，使反射光线反射到室内地面或墙面。采用由灯源发射和经由灯杯反射再的光线，由分光片进行反射，使其反射光线出现地面或墙面，通过设置多组分光片，和左右对称的照明模块，得到边界清晰、明亮均匀的照明光斑。

Description

模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具

技术领域

本实用新型涉及照明结构技术，尤其涉及模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具。

背景技术

当今人们在室内(办公室、实验室、手术室、地铁、地下商场、潜艇、矿井等等环境)的工作的时间越来越长。本专利技术可实现一种呈现天空景象和阳光照射光束的灯具，使得身临现场的人有沐浴阳光的视觉体验和空间延伸感。

模拟太阳光照射的关键要素有两点：(1)光束指标，具有准直照明光束，能在平整的地面或墙面形成与灯具出光窗口形状相近的光斑。(2)无灯源视角，观看天空景象图案时，至少包括不小于90°总视角内，观看不到灯源影像。

专利文献1：中国专利公开号：CN 205878058 U，公开一种新型照明灯具，其特征在于包括发光光源、泛光照明部和定向照明部，两者均设置在发光光源的路径上，提供泛光和定向照明功能。如附图1，灯源102发射的光线通过21界面反射，在界面上会存在的灯源影像重叠的问题。视觉上，能清楚看到发光部的灯源，无法实现良好的视觉效果。

专利文献2：中国专利公开号：CN 111609356 A，公开一种照明装置，其特征在于包括瑞利散射板、发光部和全反射透镜。发光部与瑞利散射板倾斜设置。全反射透镜用于减小光束角度，阵列设置的遮光部同样倾斜设计在瑞利板和发光组件(发光部和全反射透镜)之间。如附图2a和2b。阵列设置的片状遮光部和发光部对视线均形成严重的视线遮档问题，另外，视角迎着出光方向，能清楚看到发光部和全反射透镜，蓝色天空板(瑞利散射板)也会存在光照不均的现象。

专利文献3：中国专利公开号：CN 110382948 A，公开一种照明装置基于阳光的太阳模拟照明。其特征在于，一种用于提供直射光束(5)的基于阳光的投射系统(3)。投射系统(3)包括具有收集器系统(13)、多个光纤(15)和多个光纤输出通道(44)的阳光接收单元(9)。收集器系统(13)收集自然的室外光，并将收集的光耦合到多个光纤(15)中。投射系统(3)还包括阳光形成单元(11)，其具有以二维阵列布置的多个光学准直器单元(47)，其中每个光学准直器单元(47)接收相应的光纤输出光(45)，并且包括至少一个光学准直器(49)，用于减小所接收的发散光纤输出光(45)的角分布宽度。多个光学准直器单元(47)的输出区域基本上形成用于发射基本上准直的光束(5)的阳光形成单元(11)的连续延伸的大发光面(53)。所产生的直射光束(5)可以与漫射光产生面单元一起使用，以提供具有类似太阳外观的太阳天空模拟照明系统。如附图3，存在灯具体积大、阵列设置的片状遮光部对视线均形成严重的视线遮档问题。

针对以上种种问题，本实用新型专利提出模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具及照明方法。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于在没有阳光照射的室内模拟日光照明以及模拟室外照明环境，并可模拟不同时间段的太阳光的照射角度和强度。针对现有技术的上述缺陷，提供模拟太阳光照射的照明模块、照明灯具。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：构造一种模拟太阳光照射的照明模块，其中，该照明模块包括灯源、灯源散热器、灯杯和灯杯固定座，灯杯设置在灯杯固定座上，灯源设置在灯杯内，与灯杯的位置水平对中，灯源散热器设置在灯源远离灯杯的一侧，并与灯源水平设置，该照明模块还包括分光片座和分光片，分光片设置在分光片座上，从而将经灯杯反射的光线进行反射，使反射光线反射到室内地面或墙面。

优选的，分光片座水平设置多组，分光片与分光片座对应设置，多组分光片座角度固定或同步调整倾斜角度，使分光片的角度也随着调整。

优选的，多组分光片表面均镀光学膜层，光学膜层可起到分配反射光和透射光比例的作用，多组分光片距离灯源位置越近的光学膜层的反射率越小。

优选的，灯杯内壁设有抛物面反射镜，灯源设置于抛物面反射镜的焦点位置，抛物面反射镜的中心区还设有消光孔，消光孔的直径不小于灯源发光面直径，消光孔区域设置为黑色能消除光线反射的材料和/或消光孔为通孔。

优选的，灯杯固定座和灯杯沿同一轴向设置为多组，灯源与灯杯对应设置，多组灯杯固定座采用型材结构固定为一体。

一种模拟太阳光照射的照明灯具，包括灯具系统模块、背光模块和照明模块，灯具系统模块内设有背光模块和照明模块，背光模块设置在照明模块上方。

优选的，灯具系统模块包括照明灯具外框架、照明灯具后盖和照明灯具窗口板，照明灯具外框架将背光模块和照明模块固定，照明灯具框架与照明灯具后盖形成完整的照明灯具外形，灯具系统模块下方设有照明灯具窗口板，照明灯具窗口板为透明的光学塑料或玻璃。

优选的，背光模块包括背光灯源模组、导光板和图案板，背光灯源模组安装在导光板侧面，图案板设置在导光板下方并与导光板之间留有间隙，导光板为透明的光学塑料或玻璃。

本实用新型的有益效果在于：

1、采用由灯源发射和灯杯反射的光线，再由分光片进行反射，使其反射光线出现地面或墙面，通过设置多组分光片，和左右对称的照明模块，得到边界清晰、明亮均匀的照明光斑。

2、由背光模块的图案板预先设置的环境，从而根据需求实现在室内模拟室外空间环境。

3、由灯具系统模块、背光模块和照明模块组成的整个照明灯具，体积小且组装容易，便于维修和零部件的更换。

4、通过可调整的分光片倾斜角度和灯源亮度，从而进行反射光束亮度和角度的调节，继而实现模拟不同时间段的太阳光照射。

5、人看向照明灯具的时候，不会看到灯源和散热器的影像，不会产生视线遮挡问题，观看视觉效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，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附图：

图1为本实用新型的专利文献1的结构示意图；

图2a为本实用新型的专利文献2的结构示意图；

图2b为本实用新型的专利文献2的结构示意图；

图3为本实用新型的专利文献3的结构示意图；

图4为本实用新型较佳实施例的照明模块的爆炸图(仅爆炸一个灯杯)；

图5为本实用新型较佳实施例的照明灯具的爆炸图；

图6为本实用新型较佳实施例的照明灯具的立体图；

图7为本实用新型较佳实施例的照明灯具的整体光路图；

图8为本实用新型较佳实施例的单一灯杯的光路图；

图9为本实用新型较佳实施例的分光片倾斜角度示意图；

图10为本实用新型较佳实施例的灯杯的参数模型函数图；

图11为本实用新型较佳实施例的实际使用效果图(分光片成45°)。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型较佳实施例的模拟太阳光照射的照明模块，该照明模块3包括灯源33、灯源散热器34、灯杯32和灯杯固定座31；灯杯32固定设置在灯杯固定座31上，并将灯源33设置在灯杯32内，灯源33与灯杯32的位置水平对中，从而实现灯源33照射出的光线首先照射到灯杯32的抛物面反射镜322，经过抛物面反射镜322发射的光线，由出射时的发散光状态，得到近似于准直的平行光线，由实际测量可知，经过抛物面反射镜322反射出来的光线与水平光线误差正负5°，即经过抛物面反射镜322反射后的出射光线的光束全发散角≦5°。灯源散热器34设置在灯源33远离灯杯32的一侧，并与灯源33水平设置，从而对灯源33进行散热，提高灯源33的照明效率和寿命。该照明模块3还包括分光片35和分光片座36，分光片座35设置在灯杯32的抛物面反射镜322的反射光线路径上，将分光片36设置在分光片座35上，从而将经抛物面反射镜322反射出来的光线进行反射和折射，使经过分光片36的光线反射后垂直向下，继而得到光投射能量分布均匀的光斑，形成模拟日光照射的效果。灯杯固定座31采用型材结构固定为一体对灯杯32进行固定。

进一步地，经抛物面反射镜322反射出来的光线的光束全发散角≦5°，则抛物面反射镜322的面型参数描述需符合以下关系：

(其中，C＝1/R)

Z：字面顶点Z＝0开始，沿光轴方向偏离切平面的偏离量；

R：半径(母线顶点出)；

h：距离光轴的高度；

K：圆锥系数(其中，最关键的特征数据K＝-1)。

将灯源33设置于抛物面反射镜322的焦点位置，其中，抛物面反射镜322焦距f＝R/2；灯源33的发光面直径为D，当D/2≧R/2*tan(5°/2)，即D/R≧0.04366，其中，R：抛物面反射镜322的曲率半径，D：灯源发光面直径。此时可获得准直平行光线。

进一步地，灯杯32的抛物面反射镜322中心区设有消光孔321，消光孔321直径d与灯源33发光面直径D的关系需满足D≧d。可选择在消光孔321区域内设置黑色能消除光线的反射材料，或者将消光孔321设置为通孔，此时灯源33发射的中心区光线则传播出去，对外界起到照明作用。在抛物面反射镜322设置消光孔321可消除灯源33的影像，观察者透过分光片36观看照明灯具时，只会看到光束的照射，不能看到灯源33的影像。

进一步地，灯源散热器34表面有黑色消光的特性，作为优选方法，灯源散热器34对可见光的反射率满足R_H≦10％，从而达到观测者透过分光片36观看照明灯具时，只会看到光束的照射，但不能看到灯源散热器34的影像。同时，灯源散热器34对灯源33工作时产生的热量有传导和散热作用，为了实现更好的对灯源33的遮挡效果，灯源散热器的宽度尺寸W与消光孔321的直径d需满足W≧d，从而实现灯源散热器34将灯源33的影像完全遮挡，使观测者看照明灯具的时候，只能看到光束，而看不到灯源33和灯源散热器34的影响，照射效果更佳。

进一步地，分光片座35和分光片36可设置为多组，呈水平分布，灯杯32反射出来的光线经过分光片36时，部分反射得到垂直向地面或墙面的光线，部分穿过分光片36后由下一组分光片36进行反射，分光片座35和分光片36设为5组，可根据实际情况进行设置多组。本实用新型中分光片座35的角度为固定的，从而得到使光线反射后垂直向下，实际中分光片座35的倾斜角度可设置为可调整的，角度调节可采用常用的手拨带动所有的分光片座35一起转动的方式，如百合窗的连接方式，从而根据实际需要进行调整角度，不同角度分光片36将照射其上的光投射为能量分布均匀的光斑，而形成模拟日光照射的效果，不同角度可以控制模拟日光照射均匀情况，在改变灯源33的光亮强度，则可对应设置为不同时间段的太阳光照射，照射到地面或墙面。采用灯杯32、灯源33、灯源散热器34和分光片36在同一水平位置的结构设计，使得照明光斑照度均匀的方法。

进一步地，为了增加照明效果，灯杯固定座31和灯杯32沿同一轴向设置为多组，对应的灯源33也多组设置，从而使照明效果更好，照明模块3呈左右对称分布，从而实现两侧的照明亮度相同。此时左侧分光片36的调整角度在90°-180°之间，右侧分光片36的调整角度在0°-90°之间，均不含本数。从而实现均匀光斑的照射，得到边界清晰，明亮均匀的高亮度照明光斑，当分光片36左右对称时，能实现高亮度的照明地面或墙面光斑，同时也可以对背光模块2起增强照明效果，当左侧的照明模块3产生的准直平行光束，其中一部分光束透过左侧所有的分光片36后，右侧的分光片36也能对通过的平行光束起反射作用，反射光线可以对背光模块2起增强照明效果；同样的，右侧的照明模块3也能起到相同的作用，从而实现高亮度的照明。

进一步地，分光片36采用透明介质，对经由抛物面反射镜322出来的准直平行光束，可反射一部分光线到地面，并透射一部分光线到下一个分光片36，针对下一个分光片36，仍采用上述原理，以实现光束的充分反射。分光片36的表面反射率为R_p，其满足的参数条件为：2％≦R_p≦45％。在分光片36表面镀光学膜层，光学膜层对入神的准直平行光束，起到分配反射光和透射光比例的作用。当设置N组分光片36的时候，为了实现均匀的照射光斑，对分光片36的参数需要进行合理设置，从左至右，第一分光片36单元的分光膜层的反射率为

第二个分光片36单元的分光膜层的反射率

依次计算。当分光片36呈左右对称分布的时候，则从右至左，按照同样的参数设置方式进行设置，由此可以实现更加均匀的照射光斑。分光片36还可实现另一重要特性，可通过调整分光片36的倾斜角度，实现模拟阳光照射角度的切换，以进行不同时刻的阳光的模拟。在本案中，当分光片36与准直平行光束成45°放置时，则阳光的照射光束竖直向下，可体现为模拟正午是的阳光照射；当分光片36与准直平行光束成θ°时，则反射光束转动角度为2θ°。通过调整分光片36与准直平行光束的夹角，实现了不同时刻的太阳照射角度，再通过调整灯源33的照射亮度和温和度，则也实现了不同时刻的太阳照射强度，可采用外接传感器接收到实时阳光的照射情况，自动进行调整分光片36的倾斜角度和灯源33的照明亮度，从而实现自动模拟阳光照射；也可采用手动调整到某一指定角度和亮度进行使用，应用范围更广。

本实用新型较佳实施例的具有照明模块3的模拟太阳光照射的照明灯具；包括灯具系统模块1、背光模块2和照明模块3，灯具系统模块1内设有背光模块2和照明模块3，背光模块2设置在照明模块3上方。由灯具系统模块1组成的灯具外形，将整个照明灯具悬挂在固定地方，背光模块2和照明模块3设置在灯具系统模块1内部，通过在背光模块2内设置室内模拟环境，如设置广阔的天空、蓝天白云、温暖的太阳等图案，实现在室内模拟室外环境，使人观看照明灯具的时候看到的犹如室外的空间环境。而照明模块3内发射出来的光线，通过灯具系统模块1的下表面反射到室内地面或墙面，对室内进行照射，产生类似阳光照射效果，从而实现模拟日光的照明照明灯具。为了便于背光模块2和照明模块3在灯具系统模块1内的固定，本实用新型采用固定设置的方式，也可采用可拆卸的方式进行连接固定，通过常规的如螺丝固定、卡扣固定等方式也可将背光模块2和照明模块3固定在灯具系统模块1内。

进一步地，灯具系统模块1包括照明灯具外框架12、照明灯具后盖11和照明灯具窗口板13，照明灯具外框架12将背光模块2和照明模块3固定，从而形成整个照明灯具具外型，加上照明灯具后盖11，与照明灯具框架12形成完整的照明灯具具外型。灯具系统模块1下方设置照明灯具窗口板13，照明灯具窗口板13为可使光线透过的透明材料，如透明的光学塑料或玻璃，使照明模块3内的光线透过照明灯具窗口板13从而对室内进行照明。照明灯具窗口板13可根据需求采用淡蓝色透明板、白色透明板或者青空板，从而形成混光效果，使得出光效果均匀。照明灯具外框架12由前后左右四块板子型材组装拆接而成，可方便对照明灯具外框架12内的照明模块3进行组装和维修。

进一步地，背光模块2包括背光灯源模组22、导光板21和图案板23，背光灯源模组22安装在导光板21侧面，图案板23设置在导光板21下方并与导光板21之间留有间隙。导光板21可对背光灯源模组22出射的光束进行漫反射，反射光在导光板21内各个角度扩散，再漫反射到导光板21表面，使导光板21发光均匀，从而可为图案板23提供光线。通过在导光板21基材上采用激光雕刻工艺，可实现更好的反射效果。通过在图案板23上设置图案，从而实现室内模拟室外环境，根据需求，在图案板上23设置广阔的天空、蓝天白云、温暖的太阳等图案，实现在室内模拟室外环境。为了实现良好的视觉效果，导光板选择为可透光材料，如透明的光学塑料或玻璃，导光板的照明均匀度≧70％，照度值≧300勒克斯，从而使导光板21提供给图案板23均匀的照明光，照亮图案板23的图案，从而更好的呈现出设定的环境。

进一步地，背光灯源模组22和灯源33采用LED灯，或者可以包括高色温、低色温的白光光谱、还可以包括红外波段、对人体安全有益的、适当的紫外光成份。

本实用新型在组装和拆卸的时候，因为采用了螺丝连接的方式，可对每个零部件进行拆分，方便了维修和零部件的更换，通过调整分光片座35的角度进而调整分光片36的角度，使得照射光斑可以出现在墙面或地面的方法。采用照明分光结构，得到边界清晰，明亮均匀的照明光斑。

应当理解的是，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种模拟太阳光照射的照明模块，该照明模块包括灯源、灯源散热器、灯杯和灯杯固定座，所述灯杯设置在灯杯固定座上，所述灯源设置在灯杯内，与灯杯的位置水平对中，所述灯源散热器设置在灯源远离灯杯的一侧，并与灯源水平设置，其特征在于：该照明模块还包括分光片座和分光片，所述分光片设置在分光片座上，从而将经灯杯反射的光线进行反射，使反射光线反射到室内地面或墙面。

2.根据权利要求1所述的照明模块，其特征在于：所述分光片座水平设置多组，分光片与分光片座对应设置；

所述多组分光片座角度固定或同步调整倾斜角度，使分光片的角度也随着调整。

3.根据权利要求2所述的照明模块，其特征在于：所述多组分光片表面均镀光学膜层，光学膜层可起到分配反射光和透射光比例的作用，所述多组分光片距离灯源位置越近的光学膜层的反射率越小。

4.根据权利要求1-3任一所述的照明模块，其特征在于：所述灯杯内壁设有抛物面反射镜，灯源设置于抛物面反射镜的焦点位置，所述抛物面反射镜的中心区还设有消光孔，所述消光孔的直径不小于灯源发光面直径。

5.根据权利要求4所述的照明模块，其特征在于：所述消光孔区域设置为黑色能消除光线反射的材料和/或消光孔为通孔。

6.根据权利要求1-3、5任一所述的照明模块，其特征在于：所述灯杯固定座和灯杯沿同一轴向设置为多组，灯源与灯杯对应设置，多组灯杯固定座采用型材结构固定为一体。

7.一种模拟太阳光照射的照明灯具，具有灯具系统模块、背光模块和如权利要求1-6任意一项所述的照明模块，其特征在于：所述灯具系统模块内设有背光模块和照明模块，背光模块设置在照明模块上方。

8.根据权利要求7所述的照明灯具，其特征在于：所述灯具系统模块包括照明灯具外框架、照明灯具后盖和照明灯具窗口板，照明灯具外框架将背光模块和照明模块固定，照明灯具框架与照明灯具后盖形成完整的照明灯具外形，所述灯具系统模块下方设有照明灯具窗口板，所述照明灯具窗口板为透明的光学塑料或玻璃。

9.根据权利要求7所述的照明灯具，其特征在于：所述背光模块包括背光灯源模组、导光板和图案板，所述背光灯源模组安装在导光板侧面，所述图案板设置在导光板下方并与导光板之间留有间隙，所述导光板为透明的光学塑料或玻璃。

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