JP2016521910A

JP2016521910A - 天空光の見た目を得るための光学素子、及び照明器具

Info

Publication number: JP2016521910A
Application number: JP2016515721A
Authority: JP
Inventors: ガブリエル−ユーゲンオナック; マルセリヌスペトルスカロルスミカエルクライン; ジェルウェヨヘンレナートバン
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2034-05-20
Also published as: CN105247281B; EP3004731B1; CN105247281A; US20160102843A1; US9869452B2; WO2014191250A1; JP6416228B2; EP3004731A1

Abstract

天空光の見た目を得るために光源１０２の前で使用するための光学素子、及び照明器具が提供される。光学素子は、ラスタ構造１４０内の複数の光透過セルと、拡散器１４５と、縁部壁１３０とを備える。光源１０２が、ラスタ構造１４０に向けて光を放出する。ラスタ構造１４０は、光の一部をコリメートし、所定のスペクトル範囲内での光の更なる部分を透過する。ラスタ構造１４０によって透過された白色光１１４及び有色光１１２は、光学素子の側壁１３０に衝突することができる。側壁１３０の一方の面は、鏡面反射領域１３５であり、そこに衝突する光を反射してチャンバ１２５内に戻す。チャンバ１２５は、ラスタ構造１４０と、拡散器１４５と、縁部壁１３０との協働によって形成されている。光は、拡散器１４５を通って光学素子から出る。拡散層１４５の弱い拡散は、光源１０２から直接発した光１１４と、光透過セルの壁を透過された有色光１１２との間の滑らかな遷移を有する光放出分布を得るのに有利である。

Description

本発明は、天空光の見た目を生み出すために使用される光学素子に関する。

国際公開第２０１２／１４０５７９Ａ２号が、天空光の見た目を得るために光源の前で使用するための光学素子、照明システム、及び照明器具を開示している。光源からの光は、光透過セル内に送られる。セルは、壁を有する光透過チャネルを有する。青色光放出を得るために、壁は、所定のスペクトル範囲内で少なくとも一部反射性及び／又は透過性である。

本発明の目的は、より現実のものに近い天空光の見た目を提供することである。従って、国際公開第２０１２／１４０５７９Ａ２号に開示されるような光学素子によって放出される光の均一性を更に改良することが可能であることが本発明者らによって認識されている。

本発明の第１の態様は、請求項１に記載の光学素子を提供する。本発明の第２の態様は、請求項８及び９に記載の照明器具を提供する。有利な実施形態は、従属請求項で規定される。

本発明の第１の態様による天空光の見た目を得るために光源の前で使用するための光学素子は、素子入光窓と、素子出光窓とを備える。光学素子は、素子入光窓に位置されたラスタ構造と、ラスタ構造の逆側にある素子出光窓に位置された拡散器と、ラスタ構造と拡散器との間に延在する縁部壁とを備える。ラスタ構造、拡散器、及び縁部壁が合わさって、チャンバを画定する。ラスタ構造は、複数の光透過セルを備え、各光透過セルが、
−光源によって放出された光の一部をコリメートするための光透過チャネルと、
−光源から光を受け取るための光透過チャネルの第１の側にある入光窓と、
−光を放出するための出光窓であって、少なくとも一部が第１の側とは逆側の光透過チャネルの第２の側に配置された出光窓と、
−前記入光窓と出光窓の前記部分との間に挿間された壁とを備え、壁が、光透過チャネルを取り囲み、壁の少なくとも一部が、前記出光窓の部分の法線に対して比較的大きい光放出角度で有色光放出を実現するために、所定のスペクトル範囲内で透過性である。更に、ラスタ構造に垂直に配置された縁部壁の表面が、ラスタ構造から放出されて縁部壁の前記表面に衝突する光を前記拡散器に向けて鏡面反射するために、鏡面反射性である。

国際公開第２０１２／１４０５７９Ａ２号に記載されている照明器具の一実施形態は、弱い拡散器と組み合わせてラスタ構造を利用することによって、天空光の見た目を提供する。この組合せは、所望のカラーオーバーアングル効果（color over angle effect）を実現し、白色光が下向きに放出され、より一層飽和された青色光が大きな角度で放出される。しかし、この効果は、ラスタの有限のサイズ及びラスタと拡散器との間の側壁により、縁部では乱される。照明器具の縁部壁での光の散乱が、ラスタからの元の光分布を変える。光分布のこの変化は、強度及び色に関して、観察者に向けて放出される光の均一性に影響を及ぼし、目に見える縁部効果をもたらす。

本発明者らは、ラスタと拡散器との間の空間内にある、又は拡散器からラスタを越えて、即ちラスタを含んで延在する縁部壁での鏡面反射壁を使用することが、放出される光の均一性を大きく改良することを認識している。昼光効果に関して、角度光分布が同じに維持されることが重要である。それと同時に、輝度の空間的均一性を実現するために、照明器具の中央と縁部とで光強度が同じである必要がある。これらはどちらも、鏡面反射面を使用することによって実現され得て、鏡面反射面は、ラスタ平面に垂直に設置されなければならない。垂直な縁部壁は、白色と、日中の昼光の場合には青色との両方の光角度分布の対称軸に平行であり、縁部壁を超えて続いているラスタから光が生じているかのようにこれらの分布を折り返す。

即ち、（ラスタ平面に対して）垂直な鏡面壁を照明器具の縁部壁に有することによって、ラスタは鏡映され、従って、生じる仮想ラスタ像と共に無限のラスタ構造の効果を生み出す。

従って、輝度均一性とカラーオーバーアングル効果との両方が、縁部から縁部へと保たれ、天空光の印象を向上させる。

生体にとっての昼光の重要性は、広く認識されている。昼光は、例えば、人々の快適さ、身体的及び精神的な健康、及び／又は生産性に影響を及ぼす。建造物内では、建造物のあらゆる空間内で昼光を利用できるようにすることが常に可能なわけではなく、そのような空間では人工昼光光源が広く使用されている。既知の人工昼光光源は、主に、光強度、色温度及び／又は色点、色分布、及び昼夜リズムをシミュレートするためのゆっくりとしたダイナミクスのパラメータに焦点を当てる。本発明者らの洞察は、光学素子内部に鏡面反射領域を含むことによって、望ましいカラーオーバーアングル効果を有するより均質な光（即ち、大きな視野角でのより一層飽和された有色光を伴う、コリメートされて放出される光）が可能にされるというものである。本発明による光学素子は、この特性に従って天空光の見た目を生み出す。

入光窓によって受け取られた光は、少なくとも一部、壁に衝突することなく出光窓に向けて光透過チャネルを通過する。壁に衝突せずに光学素子を透過される部分は、光源によって放出された光分布に比べて、入光窓の法線に対して比較的小さい光放出角度を有する分布である。光源の光のこの部分は、コリメートされた光ビームになる。コリメートされた光ビームは、光源のスペクトルを有する光を有し、光源によって放出された元の光と比較して、角度光放出分布の角度のみが変えられている。

入光窓によって受け取られた光の別の部分は、壁に衝突し、壁を透過される。光が衝突する又は光が透過される壁の少なくとも一部分は、所定のスペクトル範囲内で透過性である。所定のスペクトル範囲は、壁を透過される光の色が、例えばより青い光、より赤い光、又はより橙色の光等、有色光に向けて変わるように選択される。色は、例えば日の出又は日の入り等、様々な昼光効果を提供するように選択され得る。好ましくは、選択されるスペクトル範囲は、壁を透過された光の色を、スペクトルの青色領域内の光に向けて変える。即ち、所定のスペクトル範囲内で透過性がある壁の部分は、透過性の壁に関して選択された色の補色の光を吸収する。特に、一般に、壁に衝突する光の光線は、入光窓の法線軸に対する角度が比較的大きく、壁に衝突しない光線の角度よりも一般に大きい。壁に衝突する及び壁を透過される光線の法線に対する角度は、概して、出光窓の法線に対して比較的大きい。従って、出光窓で、透過性の壁に関して選択された色に向けて色を変えられた光は、比較的大きい放出角度で放出され、一方、壁に衝突しなかった光はコリメートされ、比較的小さい放出角度で放出される。

光源が比較的大きい表面に沿って光を放出する場合、比較的小さい光放出角度で進み、壁に近い光透過チャネルに入射する幾らかの光線も壁に衝突することに留意されたい。従って、概して、壁に衝突する光線は、比較的大きい光放出角度で放出され、また、概して、比較的小さい光放出角度で光源によって放出される光線は、壁に衝突しない。

その結果、本発明による光学素子は、出光窓を通して光放出分布を放出し、この光放出分布は、比較的小さい光放出角度では光源の光の特性を有し、比較的大きい光放出角度では、透過性の壁に関して選択された色に向かって色を変えられた光を含む。特に、光源が、ＣＩＥ色空間内で黒体ラインに近い色点を有する実質的に白色の光を放出する場合、比較的低い光放出角度での光は直射日光として使用者に知覚され、比較的広い光放出角度での光は、日の出や日の入り等、特定の時間に昼光に存在するより有色の拡散光として使用者に知覚される。代替実施形態では、壁に関して青色が選択され、これは、比較的低い放出角度での光が直射日光として使用者に知覚され、比較的広い光放出角度での光が、昼光に存在するより青い拡散光として使用者に知覚されることを意味する。従って、天空光の見た目が得られる。

光学素子は、ラスタ構造と、拡散器と、ラスタ構造と拡散器との間に延在する縁部壁とを備える。ラスタ構造は複数の光透過セルを備え、各光透過セルは、光透過チャネルと、入光窓と、出光窓と、入光窓と出光窓との間に挿間された壁とを備える。この壁は、少なくとも一部、所定のスペクトル範囲内で透過性である。

ラスタ構造と拡散器との間に延在する縁部壁は、ラスタ構造から放出されて縁部壁の前記表面に衝突する光を拡散器に向けて鏡面反射するために、鏡面反射性である表面を有する。

また、縁部壁は、ラスタ構造と拡散器との間に挿間された部分に延在することもある。この延在部分は、ラスタ構造、拡散器、及び縁部壁によって形成されたチャンバ内に延在し、鏡面反射性である。

鏡面反射面が、ラスタ構造に垂直なラスタ構造の対称面に配置される。また、鏡面反射面のこの位置決めは、見掛けは連続するラスタ構造の印象を観察者に与える。

従って、光学素子は、より均質な天空光効果を生み出し、光源又は照明器具を変更せずに既存の光源及び／又は照明器具の前に配置され得る。従って、この解決策は、効果的であり、効率的であり、比較的安価である。

壁が透明である場合、光がそこを通して放出される壁の部分が出光窓の一部分になるので、出光窓は、第２の側に配置された部分よりも大きいことがあることに留意されたい。第２の側に配置される出光窓の部分は、コリメートされた光源の光を放出し、この部分を通して有色光も放出され得る。出光窓が、第２の側に配置されない部分も有する場合、この部分を通して、少なくとも有色光が放出される。

光学素子は、複数の光透過セルを備え、比較的大きい発光面を有する光源又は照明器具の前で使用され得る。異なる光透過セルが空間にわたって分布され、光源又は照明器具の発光面の他の部分の光を受け取る。従って、天空光の見た目は、より大きな表面に沿って得ることができ、従って天空光の見た目が向上される。実際の天空光も局所的な現象でないことに留意されたい。更に、光透過セルの寸法は、光源の光のコリメーションに強い影響を及ぼす。光源が点源でない場合、昼光の見た目を得るために、光透過セルの寸法も増加しなければならない。複数の光透過セルを互いに並べて配置することによって、各光透過セルが、光源の限られた部分領域から光を受け取り、従って光透過セルの寸法は減少され得る。従って、光透過セルの長さが短縮され得て、光透過セルの比較的薄い層が、比較的大きい発光面を有する光源又は照明器具の前に適用され得る。従って、光源又は照明器具と光学素子との組合せの寸法は、許容限度内に留まる。

複数の光透過セルがラスタ構造内に配置される。これは、光透過セルが一定のパターンで互いに配置されること、各光透過セルが複数の隣接する光透過セルを有すること、全ての入光窓が特定の方向に向けられること、従って、全ての出光窓が上記特定の方向の逆方向である別の方向に向いていること、及び従って、光学素子が、隣接する光透過セルの層になることを意味する。光透過セルのラスタ構造を有する光学素子は、光源が全ての光透過セルに同じタイプの光を提供すると仮定して、比較的大きい領域に沿って均一な光出力を提供する。更に、隣接する光透過セルがそれらの壁を共有することができるので、光学素子が非常に効率的に製造され得る。即ち、壁の第１の側が、第１の光透過セルに向いて面しており、他方の側が、第１の光透過セルに隣接する第２の光透過セルに向いて面している。

光学素子は光拡散器を更に備え、光拡散器は、出光窓を通して放出された光を拡散するために、光透過セルの出光窓から小さい距離で配置される。光拡散器は、光を弱く拡散すべきである。弱い光拡散器は、光源から直接発した（白色）光とより有色の光との間のより滑らかな遷移に寄与し、その結果、複数の光透過セルのラスタの前で使用される場合に、光放出をより均一にし、光透過セル壁の縁部を隠すことができる。

ＬＥＤ等の点光源が追加の光学系なしで使用される場合、拡散器は、点光源の点状の非常に明るい見た目をぼかす助けとなることに留意されたい。また、光透過チャネルが透過性の壁を有するので、より大きい角度では、光透過チャネルと壁との界面による光の多くの反射及び透過により、個々の点光源はほとんど見えなくなる。これは、かなり大きな利点である。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による光学素子を備える照明器具が提供される。

本発明の第２の態様による照明器具は、本発明の第１の態様による光学素子と同じ利益を提供し、光学素子の対応する実施形態と同様の効果を有する同様の実施形態を有する。

本発明のこれら及び他の態様は、本明細書で以下に述べる実施形態から明らかであり、それらを参照して説明する。

本発明の上述の実施形態、実装形態、及び／又は態様の２つ以上が、有用と考えられる任意の形で組み合わされ得ることを当業者は理解されよう。

光学素子の上記の修正及び変形に対応する光学素子又は照明器具の修正及び変形は、本明細書に基づいて当業者によって実施され得る。

本発明の第１の態様による、ラスタ構造と、拡散器と、縁部壁とを備える光学素子の断面を概略的に示す図である。複数の光透過セルを備える光学素子の断面を概略的に示す図である。光学素子内部の光透過セルの断面を概略的に示す図である。光学素子内部の光透過セルの別の実施形態を概略的に示す図である。複数の光透過セルを備えるラスタ構造の一実施形態を概略的に示す図である。複数の光透過セルを備えるラスタ構造の別の実施形態を概略的に示す図である。複数の光透過セルを備えるラスタ構造の好ましい実施形態を概略的に示す図である。ラスタ構造内の複数の光透過セルと、拡散器と、縁部壁とを備える光学素子の別の実施形態を概略的に示す図である。光透過セルの入光窓に平行な平面に沿った断面を概略的に示す図である。縁部壁が黒い線として示されており、１列の光透過セルに隣接して位置決めされる。縁部壁の少なくとも一部分が鏡面反射性であり、従って、点線が、生じる鏡映像を示し、これが、見掛けは連続的なラスタ構造を生み出す。光透過セルの入光窓に平行な平面に沿った断面を概略的に示す図である。縁部壁が黒い線として示されており、１列の光透過セルの中心を通過するように位置決めされ、それにより鏡映像を形成し、従って、見掛けは連続するラスタ構造を生み出す。光透過セルの入光窓に平行な平面に沿った断面を概略的に示す図である。縁部壁が黒い線として示されており、１列の隣接する光透過セルを通過するが、その光透過セルの列の中心を通過しないように位置決めされ、それにより、生成される鏡映像が、ラスタ構造の不連続性を生み出す。本発明の第２の態様による照明器具を概略的に示す図である。

異なる図中に同じ参照番号によって表される要素は、同じ構造的特徴及び同じ機能を有する、又は同じ信号であることに留意すべきである。そのような要素の機能及び／又は構造が説明されている場合、詳細な説明においてその説明を繰り返す必要はない。

図は、単に概略的なものであり、正確な縮尺では描かれていない。特に、見やすくするために、幾つかの寸法が大きく誇張されている。

光学素子の第１の実施形態が図１に示されている。光学素子は、ラスタ構造１４０内の複数の光透過セルと、拡散器１４５と、縁部壁１３０とを備える。光源１０２が、ラスタ構造１４０に向けて光を放出する。

ラスタ構造１４０は、複数の光透過セル（図示せず）を備える。各光透過セルは、光源１４０によって放出された光の一部をコリメートする光透過チャネルと、入光窓と、出光窓と、入光窓と出光窓との間に挿間された壁とを備える。入光窓と出光窓との間に挿間された壁は、所定のスペクトル範囲内で透過性である。

光源と同じ色を有するコリメートされた光１１４と、複数の光透過セルの側壁を透過された光１１２とが、光透過セルの出光窓を通ってラスタ構造１４０から出る。光１１２は、透過性の光透過セル壁に関して選択された色に向けて変えられた色で放出される。

光源１０２によって放出された白色光１１４は、色空間（例えば、ＣＩＥｘｙｚ色空間）内での特定の色点等、特定の特性を有し、光１１２は、特定の角度の光放出分布内で放出されて、光透過セル壁を透過することによって色付けされる。

ラスタ構造１４０によって透過された白色光１１４及び有色光１１２は、光学素子の側壁１３０に衝突することができる。側壁１３０の一方の面は、鏡面反射領域１３５であり、そこに衝突する光を反射してチャンバ１２５内に戻す。チャンバ１２５は、ラスタ構造１４０と、拡散器１４５と、縁部壁１３０との協働によって形成されている。

光は、拡散器１４５を通って光学素子から出て、拡散層１４５の弱い拡散は、光源１０２から直接発した光１１４と、光透過セルの壁を透過された有色光１１２との間の滑らかな遷移を有する光放出分布を得るのに有利である。

一実施形態では、光拡散器は、光拡散器を透過される角度光放出分布の半値幅（ＦＷＨＭ）角度を２０°以下で増加する。

光拡散器が拡散しすぎる場合（これは、角度光分布の角度が増加されすぎることを意味する）、光源から直接発する（白色）光とより有色の光とが全ての光放出角度で混合されすぎるので、光学素子によって発生される天空光の見た目が打ち消される。従って、拡散は許容限度内で維持されるべきであり、従って、角度光分布のＦＷＨＭ角度の最大増加は、２０°である。

また、光拡散器は異方性拡散器でよく、これは、ＦＷＨＭ角度の増加が、幾つかの方向で他の方向よりも大きいことを意味する。例えば、ｘ方向では５°であり、ｙ方向では１０°である。

一実施形態では、光拡散器は、弱い光拡散器を透過される角度光分布の半値幅（ＦＷＨＭ）角度を１０°以下で増加する。

別の実施形態では、光拡散器は、弱い光拡散器を透過される角度光分布の半値幅（ＦＷＨＭ）角度を５°以下で増加する。

従って、光学素子は、素子出光窓の法線に対して比較的小さい放出角度で、光源１０２と同じ色点を有する光１１４を放出する。一実施形態では、光源１０２の特定の色点は、色空間の黒体ラインに近い色空間内の点である。直射日光も、黒体ライン上又はそれに近い色点を有する。その結果、光源１０２が黒体ラインに近い色点で光を放出する場合、観察者は、コリメートされた光ビーム１１４を直射日光として知覚する。また、有色光１１２は、素子出光窓の法線に対して比較的大きい光放出角度で放出される。そのような光は例えば青色、赤色、又は橙色でよく、青色は、光が、より標準的な日中の天空光の見た目として観察者に知覚されるようにし、赤色又は橙色は、日の出又は日の入りの見た目を生み出す。

図２は、複数の光透過セル２０３を備える光学素子の断面を概略的に示す。複数の光透過セル２０３が壁２０８を共有し、共有される壁２０８の間に光透過チャネル２１６がある。各光透過セル２０３は、図１の光学素子と同様に動作する。光学素子は、複数のセルを有するラスタ層を備え、このラスタ層は、平たい光源２０２の前に配置され得て、光源２０２は、半値幅（ＦＷＨＭ）角度α_１を有する特定の角度光放出分布で光２０４を放出する。光透過セル２０３は、平たい光源２０２から受け取られた光２０４の一部を、ＦＷＨＭ角度α_２を有するコリメートされた光ビーム２１４にコリメートする。α_２＜α_１であることに留意されたい。更に、光学素子は、比較的大きい光放出角度で有色光２１２を放出する。有色光２１２の角度光放出分布は、小さい光放出角度では比較的少量の光を有することがあり、最大光放出角度βを有する。β＞α_１であることに留意されたい。コリメート光ビーム２１４と、大きい光放出角度での有色光２１２との組合せである光は、好ましい人工天空光として知覚される。

各光透過チャネル２１６は長さＬを有し、長さＬは、壁２０８に沿った入光窓２０６から出光窓２１０までの最短距離である。光透過チャネル２１６は距離ｄを有し、距離ｄは、入光窓２０６に平行な仮想面内で測定される光透過チャネル２１６の平均直径である。光源２０２から受け取られた光２０４の特定のコリメーションを実現するため、及び比較的大きい光放出角度での特定量の有色光２１２を得るために、直径ｄと長さＬの比は、０．２よりも大きい。特に、グレアが大きくなりすぎないように（例えば、１０００ニット又はカンデラ毎平方メートル未満）、６０度よりも大きい光放出角度で放出される光の量は制限されるべきである。比が０．２よりも大きい場合（これは光透過チャネルが比較的平たいことを意味する）、多すぎない光が壁に衝突し、その結果、多すぎない光が光透過セル壁を透過され、次いで６０度よりも大きい角度で、又は更にはより小さい光放出角度（例えば３０度）で出光窓を通して放出される。比較的大きい光放出角度での光放出が光源の特性にも依存することに留意されたい。光源が、比較的大きい光放出角度で少量の光しか放出しない場合、それほど多くない光が壁に当たる。光源が、比較的大きい光放出角度でかなりの量の放出光を放出する場合、壁は、相対的に、はるかに多い光を透過する。従って、上記の比は、光源の特性にも適合されるべきである。

更に別の実施形態では、光透過チャネルの直径と、光透過チャネルの長さとの比が、０．５よりも大きい。更なる実施形態では、比は、１．０よりも大きい。

一実施形態では、光透過チャネルの最長直線距離と、光透過チャネルの高さとの比は、１．０よりも大きい。

複数の光透過セル２０３が、互いに対して特定のピッチｐで配置される。ピッチｐは、１つの光透過セル２０３の中心点２０４から、隣接する光透過セル２０３の中心点２０４までの最短距離と規定される。壁２０８は、特定の厚さｔｈを有する。壁２０８の厚さｔｈは、特定の光透過チャネル２１６に向いている壁２０８の表面から、隣接する光透過チャネル２１６に向いている壁２０８の別の表面への最短距離と規定される。壁２０８の厚さｔｈは、複数の光透過セル２０３が配置されているラスタ構造のピッチｐの１／３未満にすべきである。光源２０２に向いた壁２０８の縁部２０７に衝突する光源２０２の光２０４は光学素子を透過されないため、壁２０８は光学素子の非効率性の一因となるので、壁２０８の厚さｔｈは制限されなければならない。更に、観察者に向いた壁２０８の別の縁部２０９は、観察者の目に見え、光学素子によって生成される天空光の見た目を妨げる。

一実施形態では、壁２０８の厚さｔｈは、ラスタ構造のピッチｐの１／６未満である。更に別の実施形態では、壁２０８の厚さｔｈは、ラスタ構造のピッチｐの１／９未満である。

一実施形態では、光源２０２に向いた壁２０８の縁部２０７は、反射性であるか又は白色拡散反射性である。このとき、この光は反射されて光源２０２に戻され、光源２０２がその光を反射して光学素子に戻すことができるという意味でリサイクルされ得る。

図３ａは、光学素子内部の光透過セルの断面を概略的に示す。点光源として示される光源３０２が、光透過セル内に実質的に白色の光を放出する。示される角度α内の光放出角度を有する光は、妨害されることなく光透過セルを透過される。角度α外の光源３０２からの光は、有色透明壁３０８に衝突し、壁を透過される。壁は、壁３０８の色に対して補色の色成分を吸収した。光３１２は、強調された色成分を有し、これは、光３１２が、光源３０２から受け取られた光よりも飽和した色を有することを意味する。従って、前の実施形態に従って、光学素子は、比較的小さい光放出角度で白色光３１４を放出し、比較的大きい光放出角度で有色光３１２を放出し、それにより天空光の見た目が生み出される。

出光窓の一部が入光窓と対向し、出光窓の一部が、透明壁３０８によって形成されることに留意されたい。入光窓と対向する部分を通して、光源から直接発した光３１４が透過され、透明壁３０８によって形成される出光窓の部分を通して、有色光３１２が透過される。しかし、比較的大きい光放出角度で出光窓を通して放出される光は、色付けされる。更に、図２の光学素子と同様の光学素子において、全ての壁が所定のスペクトル範囲内で光透過性を有する場合、各出光窓が、（隣接するセルの壁を通して受け取られた）有色光も放出する。この状況でも、有色光は、比較的大きい光放出角度で主に放出される。

図３ｂは、光学素子内部の光透過セルの別の実施形態を概略的に示す。光学素子の光透過セルの壁３５２は、入光窓３５６から出光窓３６０に向かう方向にテーパする。これは、観察者が光学素子の方を見たときに壁３５２の縁部が見えないので、有利となり得る。更に、他の実施形態でも示されるように、壁３５２の中心線３５８は、入光窓３５６に実質的に垂直である。光透過セルの別の側には出光窓３６０があり、出光窓３６０は、入光窓３５６に実質的に平行である。

図４ａは、複数の光透過セル４０３を備えるラスタ構造の一実施形態を概略的に示す。光透過セル４０３の断面の形状は、正方形である。更に、光透過セル４０３の壁は、所定のスペクトル範囲内で透過性であり、合成材料から形成され得る。ラスタ構造４４０は、射出成形プロセスを用いて製造され得る。ピッチｐ、壁の厚さｔｈ、及び光透過チャネルの長さＬ等、光透過セル４０３の前述のパラメータも示されている。

ラスタ構造４４０内部の光透過セルの壁が透明であることに留意されたい。従って、より大きい視野角（入光窓に対向する出光窓の部分の法線に対して規定される）では、観察者にはより暗い色が見える。なぜなら、これらの角度での光線は、複数の連続する壁を透過され、各壁で色が強められるからである。

図４ｂは、複数の光透過セル４５３を備えるラスタ構造の別の実施形態を概略的に示す。光透過セル４５３の断面の形状は、六角形である。更に、光透過セル４５３の壁は色を付けられ、合成材料から形成され得る。ラスタ構造４９０は、射出成形プロセスを用いて製造され得る。ピッチｐ、壁の厚さｔｈ、及び光透過チャネルの長さＬ等、ラスタ構造４９０及び光透過セル４５３の前述のパラメータも示されている。

図４ｃは、複数の光透過セル４５３を備えるラスタ構造の好ましい実施形態を概略的に示す。光透過セル４５３の断面の形状は、円形である。更に、光透過セル４５３の壁は色を付けられ、合成材料から形成され得る。ラスタ構造４９０は、射出成形プロセスを用いて製造され得る。ピッチｐ、壁の厚さｔｈ、及び光透過チャネルの長さＬ等、ラスタ構造４９０及び光透過セル４５３の前述のパラメータも示されている。

別の実施形態（図示せず）では、壁は、例えば、入光窓近くでの白色から出光窓での有色へ色勾配を有する。これは、観察者がより大きな視野角で光学素子の方を見たときに、より飽和した色に向かう滑らかな遷移を生み出す。

図５は、ラスタ構造５４０内の複数の光透過セルと、拡散器５４５と、縁部壁５３０とを備える光学素子の別の実施形態を概略的に示す。光源５０２が、ラスタ構造５４０に向けて光を放出する。光源と同じ色を有するコリメートされた光５１４と、複数の光透過セルの側壁を透過された光５１２とが、光透過セルの出光窓を通ってラスタ構造５４０から出る。

ラスタ構造５４０によって透過された白色光５１４及び有色光５１２は、光学素子の側壁５３０に衝突することができる。ラスタ要素５４０と拡散器５４５との間に挿間された側壁５３０の部分が、チャンバ５２５内へ内方向に延在し、チャンバ５２５が、ラスタ構造５４０と、拡散器５４５と、縁部壁５３０との協働によって形成されていることが分かる。縁部壁のこの延在部分は、鏡面反射領域５３５であり、そこに衝突する光を反射してチャンバ５２５に戻す。

縁部壁の延在距離Ｄは、光透過セルのピッチの０．５〜５倍の範囲内にすることが可能である。光透過セルのピッチとＤとの関係は、縁部壁５３０の鏡面反射領域５３５をラスタ構造５４０に垂直な対称面に配置できるようにするので重要である。この概念は、図６ａ〜ｃで以下により完全に説明する。

光は、拡散器５４５を通って光学素子から出て、拡散層５４５の弱い拡散は、光源５０２から直接発した光５１４と、光透過セルの壁を透過された有色光５１２との間の滑らかな遷移を有する光放出分布を得るのに有利である。

図６は、光透過セル６０３の入光窓に平行な平面に沿ったラスタ構造の断面を概略的に示す。縁部壁の鏡面反射領域６３５は、１列の光透過セル６０３に隣接して位置決めされる。鏡面反射領域６３５の位置決めは、光学素子が大きい視野角で観察される場合に、密度の明白な途切れなくラスタ構造６４０が鏡面反射領域６３５内で続いているように見えるようなものであり、従ってラスタ構造６４０の鏡映像６４１を与える。

図７は、光透過セル７０３の入光窓に平行な平面に沿ったラスタ構造の断面を概略的に示す。縁部壁の鏡面反射部分７３５は、１列の隣接する光透過セル７０３の中心を通過するように位置決めされる。鏡面反射領域７３５の位置決めは、光学素子が大きい視野角で観察される場合に、密度の明白な途切れなくラスタ構造７４０が鏡面反射領域７３５内で続いているように見えるようなものであり、従ってラスタ構造７４０の鏡映像７４１を与える。

図８は、光透過セル８０３の入光窓に平行な平面に沿ったラスタ構造の断面を概略的に示す。縁部壁の鏡面反射部分８３５は、１列の隣接する光透過セル８０３を通過するが、その隣接する光透過セルの列の中心を通過しないように位置決めされる。光学素子８４０が大きい視野角で観察される場合に、ラスタ構造８４０は、鏡面反射領域８３５内で続くように見える。しかし、密度の明白な途切れがあり、ラスタ構造８４０と鏡映像８４１が合わさった場合に視覚的な不連続が存在する。これは、光学構造の見た目を悪くするので避けるべきである。

図９は、本発明の第２の態様による照明器具９００の一実施形態を概略的に示す。照明器具９００は、前述の実施形態の１つによる光学素子を備える。図９には、照明器具９００の発光面にあるラスタ構造と共に光学素子が概略的に示されている。更に、照明器具は、比較的大きい表面に沿って光を放出する平たい光源を備える。

一実施形態では、光透過チャネルは透明である。光透過チャネルは、空気、又はガラスや透明合成材料等の別の透明材料で満たされ得る。更なる実施形態では、光透過チャネルは、透明な流体で満たされた完全に閉じられた空間である。

別の実施形態では、ラスタ構造は、細長い層の伸張スタックである。連続する層の対が、複数の点で互いに接合される。連続する層の連続する対が、異なる点で互いに接合される。層は、光透過チャネルの壁を形成し、光透過チャネルは、細長い層の伸張スタックの２つの連続する層の間の空間によって形成される。層の点毎の接合は、接着によって行われ得る。そのようなラスタ構造は、非常に効率的に製造され得る。有色材料の細長い細片が、連続的に互いに接着され、それにより、連続する層の連続する対の接着点は、細長い層に従う方向で異なり、接着後、細長い層のスタックは、ラスタ構造を得るために伸張される。そのような構造が効率的に製造され得ることに加えて、この実施形態は更に、ラスタ構造の配送及び保管において更なる利益をもたらすことがある。即ち、層を一体に接着した直後に層のスタックを伸張する必要はない。これは、ラスタ構造が光源又は照明器具の前に配置される直前に行われてもよい。従って、層を一体に接着した後、スタックは、その最もコンパクトな形状で保管又は配送され得る。

上述した実施形態は本発明を限定はせずに例示し、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく当業者が多くの代替実施形態を設計することが可能であることに留意すべきである。

特許請求の範囲において、括弧内の任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとは解釈されないものとする。動詞「備える」及びその語形変化の使用は、特許請求の範囲で述べる以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素の前の単数詞は、複数のそのような要素の存在を排除しない。幾つかの手段を列挙する装置請求項において、これらの手段の幾つかは、ハードウェアの同一の要素によって具現化され得る。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されていることだけでは、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことは示さない。

Claims

天空光の見た目を得るために光源の前で使用するための光学素子であって、素子入光窓と、素子出光窓とを有し、前記素子入光窓に位置されたラスタ構造と、前記ラスタ構造の逆側にある前記素子出光窓に位置された拡散器と、前記ラスタ構造と前記拡散器との間に延在する縁部壁とを備え、前記ラスタ構造、前記拡散器、及び前記縁部壁がチャンバを画定し、
前記ラスタ構造が、複数の光透過セルを備え、各光透過セルが、
前記光源によって放出された光の一部をコリメートするための光透過チャネルと、
前記光源から光を受け取るための前記光透過チャネルの第１の側にある入光窓と、
光を放出するための出光窓であって、少なくとも一部が前記第１の側とは逆側の前記光透過チャネルの第２の側に配置された出光窓と、
前記入光窓と前記出光窓の前記部分との間に挿間された壁とを備え、前記壁が、前記光透過チャネルを取り囲み、前記壁の少なくとも一部が、前記出光窓の前記部分の法線に対して比較的大きい光放出角度で有色光放出を実現するために、所定のスペクトル範囲内で透過性であり、前記ラスタ構造に垂直に配置された前記縁部壁の表面が、前記ラスタ構造から放出されて前記縁部壁の前記表面に衝突する前記光を前記拡散器に向けて鏡面反射するために、鏡面反射性である、光学素子。
前記ラスタ構造が、前記縁部壁の第１の区域と協働し、前記拡散器が、前記縁部壁の第２の区域と協働し、前記縁部壁が、前記ラスタ構造と前記拡散器との間に挿間された部分を有し、前記部分が、前記光学素子の前記チャンバ内に内方向に延在し、前記鏡面反射面を備える、請求項１に記載の光学素子。
前記光学素子の前記チャンバ内に内方向に延在する前記縁部壁の前記部分の広がりが、前記ラスタ構造のピッチの０．５〜５倍の範囲内であり、前記ラスタ構造の前記ピッチが、１つの光透過チャネルの中心点から、隣接する光透過チャネルの中心点までの距離によって規定される、請求項２に記載の光学素子。
前記鏡面反射面が、前記ラスタ構造に垂直な前記ラスタ構造の仮想対称面に沿って配置される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
前記ラスタ構造と前記拡散器との間の距離が、前記ラスタ構造のピッチの１〜１０倍の範囲内であり、前記ラスタ構造の前記ピッチが、１つの光透過チャネルの中心点から、隣接する光透過チャネルの中心点までの距離によって規定される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
前記入光窓に平行な仮想面に沿った前記光透過チャネルの断面の形状が、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、又は六角形の１つである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
前記有色光放出が、青色、赤色、及び橙色の光放出の少なくとも１つである、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
天空光の見た目を得るための請求項１に記載の光学素子を備える、照明器具。
光源と、天空光の見た目を得るための請求項１に記載の光学素子とを備える照明器具であって、前記光源が、前記光学素子の前記素子入光窓に向かって光を放出するように構成された、照明器具。