JP2023535497A - 自然光を模擬する照明装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、自然照明を模擬する照明装置に関し、異なる相関色温度またはCCTを有し、様々な角度分布を備えた少なくとも2つの光成分を発生できる。こうして想定された自然照明を模擬する照明装置は、様々な角度分布を有する2つの有色成分を備えた光を発生でき、一方、より高い色温度(青味がかった光)での光がグレア効果を発生したり、天空および太陽の自然光が生成しないような不自然な着色を環境に与えることを有効に防止する。
Description
本発明は、一般的には、自然照明を模擬し、具体的には天空および太陽の光を模擬するための照明装置に関し、様々な角度分布を備え、異なる相関色温度またはCCTを有する少なくとも2つの光成分を発生することが可能である。特に、本発明は、第2弱コリメート光成分のCCTよりも低いCCTを有し、即ち、高コリメート光成分の角度アパーチャよりも大きい強度プロファイルの角度アパーチャを有する、第1高コリメート光成分を発生できる照明装置に関する。
自然照明、具体的には天空および太陽の光を模擬する従来技術の照明システムが知られており、第1相関色温度またはより低いCCTを有する方向性光または直接光の第1成分と、第2のより大きいCCTを有する第2拡散光成分とを有する、様々な角度分布を有する有色成分を備えた光を発生することができる。
こうした照明システムの例示的な実施形態は、同じ出願人の種々の特許出願、例えば、同じ出願人によって出願された国際公開第2009/156347A1号、国際公開第2009/156348A1号、国際公開第2014/076656A1号、および国際公開第2017/0847561A1号などに記載されているようなレイリー型拡散層を使用できる。既知の照明システムは、大部分は、可視光を発生する光源と、ナノ粒子を含むパネルとを使用する。パネルは、光源によって照明され、いわゆる有色拡散器またはレイリー状拡散器として機能し、即ち、入射光を晴天条件の下で地球の雰囲気に類似した方法で拡散させ、これにより、入射光を実質的に拡散せずにパネルと交差する直接光の第1成分と、パネルによって拡散される光の第2成分とに分離する。特に、拡散光成分は、直接光成分よりも大きいCCTを有し、レイリー状拡散器は、光の波長の関数であり、より短い波長についてより大きい散乱効率を有するためである。
物体を照明して、その影を投影する、より低いCCTを備えた直接成分と、より高いCCT(青味がかった着色を影に与える)を備えた拡散光との間の相互作用により、照明システムは、太陽照明を忠実に再現することができ、こうして大きな空間の知覚を環境に与えることができる。
しかしながら、この効果は、ある環境において、従来の白色光を発生する2次照明装置との組合せで自然照明を模擬する既知の照明装置を使用する場合、強く緩和される。2次照明装置の追加は、通常、自然照明システム単独で提供されるものより大きい照度を達成し、含まれる環境を照明するための全体コストを維持することを目的とする。
こうした状況では、自然光を模擬する照明システムによって提供される空間拡張の効果は、実際には全く知覚できない。従来型の2次照明は、自然光の典型的な強度および色のコントラストを発生できないためである。
従って、自然光を模擬する照明システムによって提供される知覚を変化させないように、自然照明を模擬する照明システムによって発生する光成分に適合する強度プロファイルの有色特性および角度開口を備えた様々な角度分布を有する有色成分を備えた光を発生できる2次照明装置を使用することが便利であることを本出願人は観察した。
従って、本出願人は、自然照明を模擬する照明システムとの組合せで、2次照明装置として使用できる、自然照明を模擬する照明装置を設計する目標を設定した。
特に、本出願人は、提供された知覚を変更することなく、自然照明を模擬する照明システムによって提供される全体照明を増加させることを可能にし、合理的なコストで実現できる、自然照明を模擬する照明装置を実現する目的を設定した。
さらに、本出願人は、限定された領域、例えば、作業面、机、テーブルなどを照明するために、局所化した自然照明を実現するために使用できる自然照明を模擬する照明装置を考案する目的を設定した。
特に、本出願人は、高い照明効率を提供するとともに、グレア効果や、設置された部屋の天井の不自然な着色を提示することなく、自然照明を再現できる、自然照明を模擬する照明装置を研究することを切望した。
第1態様では、本発明は、自然照明を模擬する照明装置に関するものであり、可視スペクトル内の1次光を放射するように構成された1次光源と、1次光源によって発生した1次光の少なくとも一部を遮って、1次光から出発して発生した、伝搬方向を有する少なくとも1つの第1高コリメート光成分と、少なくとも1つの拡散光成分とを第1発光面から放射するように構成されたダイクロイック分離光学系と、を順番に備える第1光学ユニットを備える。少なくとも1つの第1高コリメート光成分および少なくとも1つの拡散光成分は、様々な角度分布を有する有色成分を備えた光を形成する。
さらに、少なくとも1つの第1高コリメート光成分は、第1相関色温度(CCT1)と、全光束と、伝搬方向を含む、ダイクロイック分離光学系の少なくとも1つの半平面断面を参照して、半値半幅(HWHM)として測定される、30°未満である第1角度アパーチャ(α)によって特徴付けられる発光強度プロファイルとを有する。
さらに、少なくとも1つの拡散光成分は、第1相関色温度(CCT1)よりも高い第2相関色温度(CCT2)と、第1角度アパーチャ(α)の2倍より大きい角度について非ゼロの発光強度プロファイル、例えば、実質的にランバート(Lambertian)発光強度プロファイルとを有する。
実質的にランバート発光プロファイルとは、出射角の余弦に比例した発光プロファイルを意味し、出射角は、発光面の法線方向に対して0°に等しいと理解される。
本発明によれば、第2光学ユニットも提供される。これは、第1発光面によって放射された様々な角度分布を有する有色成分を備えた光の少なくとも一部を遮って、様々な角度分布を有する有色成分を備えたこの光から出発して、弱コリメート光成分および第2高コリメート光成分を発生するように構成された2次コリメーション光学系を含む。
・弱コリメート光成分は、半平面断面を参照して、減衰角(γ)と90°との間に含まれる減衰角度範囲を参照して計算される平均値によって特徴付けられる、発光強度プロファイルを有する。これは、同じ減衰角度範囲を基準として計算される、少なくとも1つの拡散光成分の発光強度プロファイルの平均値よりも小さい。
減衰角(γ)は、伝搬方向を基準として測定され、第1発光面によって放射される第1高コリメート光成分の発光強度プロファイルの第1角度アパーチャ(α)の少なくとも2倍に等しい。
・第2高コリメート光成分(34a)は、第1高コリメート光成分と実質的に同じ全光束を有し、そして、第1発光面によって放射される第1高コリメート光成分の第1発光強度プロファイル角度アパーチャ(α)と等しいか、これより小さい第2発光強度プロファイル角度アパーチャ(α’)を有する。
弱コリメート光成分および第2高コリメート光成分は、第2光学ユニットによって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えたコリメート光を形成する。
・弱コリメート光成分は、半平面断面を参照して、減衰角(γ)と90°との間に含まれる減衰角度範囲を参照して計算される平均値によって特徴付けられる、発光強度プロファイルを有する。これは、同じ減衰角度範囲を基準として計算される、少なくとも1つの拡散光成分の発光強度プロファイルの平均値よりも小さい。
減衰角(γ)は、伝搬方向を基準として測定され、第1発光面によって放射される第1高コリメート光成分の発光強度プロファイルの第1角度アパーチャ(α)の少なくとも2倍に等しい。
・第2高コリメート光成分(34a)は、第1高コリメート光成分と実質的に同じ全光束を有し、そして、第1発光面によって放射される第1高コリメート光成分の第1発光強度プロファイル角度アパーチャ(α)と等しいか、これより小さい第2発光強度プロファイル角度アパーチャ(α’)を有する。
弱コリメート光成分および第2高コリメート光成分は、第2光学ユニットによって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えたコリメート光を形成する。
こうして自然照明を模擬する照明装置は、様々な角度分布を有する2つの有色成分を備えた光を発生することができ、一方、より高い色温度の光(青味がかった光)がグレア効果を生じさせたり、または天空および太陽の自然光が生成しないような不自然な着色を環境に与えることを有効に防止する。同時に、照明効率は、実質的に不変に維持される。
このように本発明に係る照明装置は、自然照明を模擬する照明システムをサポートする2次照明装置として(様々な角度分布を備えた有色成分の発生により、これらのシステムが再現する自然な照明効果をサポートすることが可能である)、そして、グレア効果がない良好な照明効率を提供できる局所的な照明として有効に使用できる。
第2態様によれば、本発明は、複数の平行な伝搬方向の個々の伝搬方向の周りに、複数の高コリメート光成分を発生するように配置された、上述したタイプの複数の照明装置を備えた、自然照明を模擬する照明装置に関する。照明装置は、伝搬方向の各々に対して垂直な面上に延長した構造で配置される。
好都合には、こうして構成された照明装置により、本発明に係る自然照明を模擬する照明装置を参照して説明したものと同じ利点を達成することが可能になる。
本発明は、下記の好ましい特徴のうちの少なくとも1つを有してもよい。これらは、特定の用途ニーズを満たすために、必要に応じて互いに組み合わせてもよい。
好ましくは、少なくとも1つの第1高コリメート光成分は、伝搬方向を含む、ダイクロイック分離光学系の少なくとも1つの半平面断面を参照して、半値半幅(HWHM)として測定される、20°未満、より好ましくは15°未満である第1角度アパーチャ(α)によって特徴付けられる発光強度プロファイルを有する。
好ましくは、減衰角(γ)は、第1発光面によって放射される第1高コリメート光成分の発光強度プロファイルの第1角度アパーチャ(α)の少なくとも2.5倍に等しく、より好ましくは3倍に等しい。
本発明の変形例では、2次コリメーション光学系は、減衰角度範囲を基準として計算される少なくとも1つの拡散光成分の発光強度プロファイルの平均値の60%未満、好ましくは40%未満、より好ましくは20%未満の平均値によって特徴付けられる、半平面断面を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分を発生するように構成される。
2次コリメーション光学系は、第1角度アパーチャ(α)の外側で、高コリメート光成分を実質的に遮らず、および/または、高コリメート光成分を再分配および/または方向転換しないように構成され、特に、第1角度アパーチャ(α)の外側で、第1発光面25を出射する高コリメート光成分の全光束の10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2%未満を遮ったり、および/または、再分配および/または方向転換するように構成される。
本発明の変形例では、2次コリメーション光学系は、少なくとも1つの拡散光成分の少なくとも一部を遮って反射し、減衰角度範囲を基準として計算される少なくとも1つの拡散光成分の発光強度プロファイルの平均値よりも低い平均値によって特徴付けられる、半平面断面を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分を発生するように、それを再分配するように構成された屈折レンズとして具現化される。
代替または追加として、2次コリメーション光学系は、少なくとも1つの拡散光成分の少なくとも一部を遮って方向転換し、減衰角度範囲を基準として計算される少なくとも1つの拡散光成分の発光強度プロファイルの平均値よりも低い平均値によって特徴付けられる、半平面断面を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分を発生するように、それを再分配するように構成された屈折レンズとして具現化される。
好ましくは、屈折レンズは、第1高コリメート光成分の少なくとも一部を追加的に遮って方向転換するように構成され、その結果、第1角度アパーチャ(α)と等しいか、好ましくはそれより低い、半平面断面を参照した半値半幅(HWHM)として測定される第2角度アパーチャ(α’)によって特徴付けられる発光強度プロファイルを有する第2高コリメート光コンポーネントを発生する。
代替または追加として、2次コリメーション光学系は、少なくとも50%、好ましくは少なくとも55%、より好ましくは少なくとも60%の拡散反射率を有する材料で製作された部分を少なくとも有する壁を含む構造である。
代替または追加として、2次コリメーション光学系は、入射光の少なくとも70%に等しい、より好ましくは少なくとも80%に等しい、さらに好ましくは少なくとも90%に等しい可視領域の吸収係数を有する材料で製作された部分を少なくとも有する壁を含む構造であり、減衰角(γ)よりも大きい角度で第1発光面によって放射される拡散光成分の少なくとも一部を遮って吸収するように位置決めされる。
本明細書および後続の請求項において、用語「吸収係数」、「正反射率」および「拡散反射率」は、材料および光源の外観を記述する専門用語に関して規格E284で与えられる定義を参照する。
好ましくは、2次コリメーション光学系は、第1光学ユニットによって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えた光成分の相関色温度CCTを実質的に変更しないように構成される。
好ましくは、2次コリメーション光学系は、第1発光面によって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えた光から出発して、第1発光面によって放射される光の拡散光成分の第2相関色温度CCT2に実質的に等しい相関色温度を有する弱コリメート光成分と、第1発光面によって放射される光の第1高コリメート光成分の第1相関色温度CCT1に実質的に等しい第1相関色温度を有する第2高コリメート光成分と、を発生するように構成される。
本発明の変形例では、半平面断面を参照して、光強度プロファイルの半値半幅(HWHM)として測定される弱コリメート光成分の角度アパーチャ(β)は、第1高コリメート光成分の強度プロファイルの半値半幅(HWHM)として測定される第1角度アパーチャ(α)より1.2倍大きく、好ましくは1.5倍大きく、より好ましくは2倍大きい。
本発明の変形例では、ダイクロイック分離光学系は、1次光から出発して、第1角度アパーチャ(α)を備えた発光強度プロファイルを有する高コリメート光成分を発生するように構成された1次コリメーション用光学素子と、第2相関色温度を備えた拡散光成分を発生するように構成された拡散光発生器と、を備える。
好ましくは、拡散光発生器は、これの入射光の少なくとも第1スペクトル部分に対して透明であり、入射光の少なくとも第2スペクトル部分を散乱させるように構成された有色散乱エレメントである。
代替または追加として、拡散光発生器は、入射光の少なくとも第2スペクトル部分における有色散乱エレメントの散乱効率を主に変化させるように構成された波長可変型の有色散乱エレメントであり、これにより入射光の第2スペクトル部分の散乱効率を調整する。
代替または追加として、拡散光発生器は、液晶を含むナノ液滴がトラップされたポリマー材料で製作されたマトリクスを含む波長可変型の有色散乱エレメントである。
代替または追加として、拡散光発生器は、パネル、フィルム、表面コート層、または表面陽極酸化層として整形された有色散乱エレメントである。
代替または追加として、拡散光発生器は、1次光源とは独立して拡散光を発生することが可能であり、そのスペクトルに関係なく光に対して実質的に透明な材料で製作されたアクティブ型の拡散光発生器である。
より好ましくは、有色散乱エレメントは、第1発光面または、前記1次光と前記1次コリメーション素子との間の相互作用の少なくとも一方の表面に配置される。
本発明の変形例では、ダイクロイック分離光学系(23)の1次コリメーション用光学素子(23a)は、軸対称を有し、伝搬方向は、1次コリメーション用光学素子の対称軸に含まれており、拡散光発生器は、円形または、四角形の断面(例えば、正方形または長方形)または多角形の断面を有する。
本発明の代替的な変形例では、ダイクロイック分離光学系の1次コリメーション用光学素子は、伝搬軸を横断する、装置の展開軸に沿って細長い構造を有する。
本発明の変形例では、第1光学ユニットは、例えば、隣り合って配置され、および/または展開軸に沿って整列された複数の1次光源を含み、ダイクロイック分離光学系は、複数の1次光源に関連付けられ、1次光源の各々によって放射される光を、複数の平行な伝搬方向の個々の伝搬方向の周りにコリメートするように構成された、少なくとも1つのコリメーションレンズを含む。
ここに組み込まれ、本説明の一部を形成する添付図面は、本発明の例示的な実施形態を図示し、本説明とともに本発明の原理を図示することを意図している。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第1実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第2実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第3実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第4実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第5実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第6実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する照明装置の第7実施形態の概略図である。
本発明に係る自然照明を模擬する複数の照明装置を含む照明システムの実施形態の概略図である。
下記は、本発明の例示的な実施形態の詳細な説明である。ここに記載されて図面に図示される例示的な実施形態は、本発明の原理を教示することを意図しており、当業者が、本発明を異なる状況および/または異なる用途で実施および使用できるようにする。従って、例示的な実施形態は、特許保護の範囲を限定することを意図しておらず、またはそう見做すべきでない。むしろ、特許保護の範囲は、添付の請求項によって定義される。
図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る、自然光を模擬する照明装置(以下、簡潔さのため「照明装置」と称する)を概略的に図示しており、全体で符号10とする。
照明装置10は、互いに連結した第1光学ユニット20と第2光学ユニット30とを備え、第1光学ユニット20によって放射された光の少なくとも一部を第2光学ユニット30が遮るようにしている。
詳細には、第1光学ユニット20は、可視スペクトルに含まれる波長(即ち、380nm≦λ≦740nm)を有する電磁放射線の少なくとも1つのセットを含む1次光22(以下では用語「光ビーム」、「光線」または「光」でも参照される)を放射するように構成された少なくとも1つの1次光源21を備える。例えば、1次光源21は、固体発光素子(LED)である。
第1光学ユニット20はさらに、光24が様々な角度分布を有する有色成分とともに放射される第1発光面25を有する少なくともダイクロイック分離光学系23を備える。1次光源21は、ダイクロイック分離光学系23に1次光22を実質的に導入するように位置決めされる。
ダイクロイック分離光学系23は、1次光源21によって放射された1次光22から出発して、第1発光面25と交差し、伝搬方向Aに沿って伝搬する第1高コリメート光成分24aを少なくとも発生し、伝搬方向Aは、第1高コリメート光成分24aが最大発光強度を示す方向に一致しており、そして、実質的に全ての方向に伝搬する、第1発光面25と交差する拡散光成分24bを発生する。例えば、拡散光成分24bは、実質的にランバート(Lambertian)発光強度プロファイルを有する。
ダイクロイック分離光学系23によって発生する第1高コリメート光成分24aは、発光強度プロファイルによって特徴付けられる。これは、伝搬方向Aを含む、ダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xを参照して、半値半幅(HWHM)に換算して測定される角度アパーチャαを有し、これは、30°未満、好ましくは20°未満、より好ましくは15°未満である。さらに、第1高コリメート光成分24aは、第1相関色温度またはCCT1および全光束によって特徴付けられる。
ダイクロイック分離光学系23はさらに、第1高コリメート光コンポーネント24aの相関色温度CCT1よりも特に高い第2相関色温度または異なるCCT2を備えた少なくとも1つの拡散光成分24bを発生するようにさらに構成される。具体的には、第1高コリメート光成分24aは、拡散光成分24bの相関色温度CCT2よりも、1.2倍低い、好ましくは1.3倍低い、より好ましくは1.4倍低い相関色温度CCT1を有する。
例示的な用語では、ダイクロイック分離光学系23は、1次コリメーション用光学素子23a(例えば、図1に示すような全内部反射(TIR)レンズ、または図2に示すような反射器)と、拡散光発生器23b,23b’、23b”とを備え、これは、図1の実施形態では、有色散乱エレメント散乱素子23bとして製作され、第1発光面25に配置され、1次コリメーション用光学素子23aを出射するコリメート光を遮るようになる。特に、図1の実施形態の1次コリメーション用光学素子23aは、軸対称を有し、第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルは、伝搬方向Aを含む、ダイクロイック分離光学系23の半平面断面Xを参照して実質的に等しくなる。また、有色散乱エレメント23bも、軸対称、例えば、円形断面で実現されていてもよく、または、正方形や長方形等の四角形断面を有する軸対称でなくてもよく、正多角形断面でもよく、そうでなくてもよい。
「有色拡散エレメント」とは、光拡散性が、これと交差する光の波長に依存する拡散素子、例えば、レイリー拡散器またはレイリー状拡散器を意味する。このタイプの拡散器は、それに入射する光の第1スペクトル部分に対して実質的に透明であるか、または、無視できる相互作用を有することによって特徴付けられる。
従って、入射光の第1スペクトル部分は、有色散乱エレメント23bを実質的に不変で交差し、そして、1次コリメーション用光学素子23aの作用の結果としてコリメートされて、有色散乱エレメント23bの下流側に、より低い相関色温度CCT1を有し、異なる角度分布を有する有色成分を備えた光24の第1高コリメート光成分24aを発生する。「下流」とは伝搬方向Aを基準として理解される。これに対して、有色散乱エレメント23bは、これに入射する光の第2スペクトル部分に主に作用して、それを著しく散乱させ、より高い相関色温度CCT2を有し、異なる角度分布を有する有色成分を備えた光24の拡散光成分24bを生じさせる。理由は、それは、第1スペクトル部分に属する波長を実質的に欠いているためである。
より高いCCT2(青味がかった光成分)を備えた拡散光成分24bの有色分離および発生は、図1に例として示すように、「厚い」パネル、または図5に例示で図示される「薄い」層を使用することによって達成できる。これは、ここでは全般的に「有色散乱エレメント23b」と称しており、ホスト材料内にある層を含み、透明なナノメートル散乱エレメント(「散乱エレメント」としても知られる)が、単位面積あたり予め定めた量で存在し、ホスト材料の屈折率に対して異なる屈折率を有する。
こうした有色散乱エレメントは、パネル、フィルム、表面コート層、または同じ出願人によって出願されたイタリア特許出願第1020200008113号(その内容は、参照によりここに完全に参照されて組み込まれる)に詳細に記載された特定の構造的特性を有する金属表面の表面陽極酸化層の形態であってもよい。
また、有色散乱エレメントは、波長可変型でもよく、これにより有色散乱エレメントと入射光との間の相互作用の強度が調整でき、拡散効率、特に入射光の第2スペクトル部分、即ち、有色散乱エレメントが主に作用する入射光の部分の拡散効率を変更できる。波長可変型の有色散乱エレメントは、例えば、液晶(LC)分子(拡散ナノメータエレメント)を含むいわゆるナノ液滴がトラップされたポリマー材料(ホスト材料)で製作されたマトリクスを含む。液晶は、屈折率に異方性を生じさせるため、印加電圧を変化させることによって、液晶ナノドロップとホスト材料との間の屈折率のジャンプを調整することが可能である。一般には、屈折率変化は、電界が印加されると、各ナノ液滴内の液晶分子が配向する傾向があることに起因しており、印加電圧の大きさに従って調整可能である配向度を有する。更なる詳細については、同じ出願人の国際特許出願公開第2018/091150号が参照でき、その内容は、参照によりここに完全に参照され組み込まれる。
図2に示す実施形態は、図1の実施形態とは異なり、アクティブ型の拡散光発生器23b’を備え、即ち、第1発光面25に配置された、主光源21とは独立して拡散光23b’を発生できる。特に、拡散光発生器23b’は、第1発光面25によって放射される、様々な角度分布を有する有色成分を備えた光24よりも高い相関色温度CCT2の拡散光成分24bを発生する。さらに、拡散光発生器23b’は、そのスペクトルとは独立して、光に対して実質的に透明な材料で製作される。このように拡散光発生器23b’で遮られた1次コリメーション用光学素子23aを出射したコリメート光の大部分は、伝搬方向Aに対してその下流側に伝搬し、第1発光面25によって放射される様々な角度分布を有する有色成分の光24の第1高コリメート光成分24aを上昇させる。
第2光学ユニット30は、少なくとも1つの2次コリメーション光学系33を備える。2次コリメーション光学系33は、第1光学ユニット20の第1発光面25の下流側に配置され、それが、第1光学ユニット20によって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えた光24の少なくとも一部を遮るように配置された、光入力面36と、様々な角度分布を有する有色成分を備えたコリメート光34が放射される第2発光面35とを有する。
特に、2次コリメーション光学系33は、第1光学ユニット20によって放射された光24の拡散光成分24bと相互作用して、第2発光面35の下流側で、減衰角γと90°との間に含まれる減衰角度範囲を参照して計算される平均値によって特徴付けられ、同じ減衰角度範囲について算出された少なくとも1つの拡散光成分24bの発光強度プロファイルの平均値よりも小さい、ダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xを参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分34bを発生するように構成される。
詳細には、減衰角γは、伝搬方向Aを基準として測定され、第1発光面25によって放射される第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルの第1角度アパーチャαの少なくとも2倍、好ましくは少なくとも2.5倍、さらに好ましくは少なくとも3倍に等しい。
例えば、2次コリメーション光学系33は、減衰角度範囲、即ち、減衰角γと90°の間に含まれる角度範囲で計算され、第1発光面25を出射する拡散光成分24bの発光強度プロファイルの平均値の60%未満、好ましくは40%未満、より好ましくは20%未満の平均値によって特徴付けられる、半平面断面Xを参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分34bを発生するように構成される。これにより、照明装置10は、照明装置の高い発光効率レベルを維持しつつ、少なくとも1つの半平面断面Xを基準として、減衰角度範囲内の角度について最小のグレアによって特徴付けられる。
さらに、2次コリメーション光学系33は、第1発光面25によって放射される光24の第1高コリメート光成分24aと相互作用して、第1高コリメート光成分24aと実質的に同じ全光束を有する第2高コリメート光成分34aと、例えば、図1~図3に示すように、第1高コリメート光成分24aを遮らないことによって、または、図4に示すように、角度アパーチャαの外側でそれを再配分したり、方向転換しないことによって、第1発光面25によって放射される第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルの第1角度アパーチャαと等しいか、それより小さい発光強度プロファイルの第2角度開口アパーチャα’とを発生するように構成される。換言すると、第2コリメーション光学系33は、第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルの角度アパーチャαを実質的に不変に維持するか、またはせいぜい減少させるか、その全光束を実質的に変更しないように構成される。例えば、2次コリメーション光学系33は、第1発光面25を出射する第1高コリメート光成分24aの全光束の10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2%未満を減衰させるように構成される。
さらに、2次コリメーション光学系33は、第1光学ユニット20によって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えた光成分24の相関色温度CCTを実質的に変更しないように構成される。第2発光面35からの出口において、第1光学ユニット20によって放射される光24の拡散光成分24bの第2相関色温度CCT2と実質的に等しい相関色温度を有する弱コリメート光成分34bと、第1発光面25によって放射される光24の第1高コリメート光成分24aの第1相関色温度CCT1と実質的に等しい相関色温度を有する第2高コリメート光成分34aとがこうして発生する。これらの光成分34a,34bの組合せにより、第2光学ユニット30の第2発光面35によって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えたコリメート光34を形成する。
特に、弱コリメート光成分34bは、第2高コリメート光成分34aの強度プロファイルの角度アパーチャα’より大きい角度アパーチャβを備えた発光強度プロファイルによって特徴付けられる。両方の強度プロファイルは、ダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xを参照する。
例えば、弱コリメート光成分34bの角度アパーチャβは、第2高コリメート光成分34aの強度プロファイルの角度アパーチャα’の半値半幅(HWHM)より1.2倍大きい、好ましくは1.5倍大きい、より好ましくは2倍大きい半値半幅(HWHM)を有する。
図1と図2の実施形態では、2次コリメーション光学系33は、減衰角γより大きい角度で放射される拡散光成分24bの少なくとも一部を拡散反射するように位置決めされた内部不透明壁を含む構造である。そのため、これらの壁が構成される材料は、少なくとも50%、好ましくは少なくとも55%、より好ましくは少なくとも60%に等しい拡散反射率を有する。
図3を参照すると、照明装置10の異なる実施形態が概略的に示される。特に、図3の実施形態は、ダイクロイック分離光学系23および2次コリメーション光学系33の実装の点で第1実施形態とは異なる。
図3の実施形態では、ダイクロイック分離光学系23は、アクティブ型の拡散光発生器23b’を備える。さらに、2次コリメーション光学系33は、反射器として製作され、内部反射壁を備え、拡散光成分24bの少なくとも一部を遮って反射し、伝搬方向Aを基準として測定して、少なくとも1つの半平面断面Xを参照して、第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルの角度アパーチャαの少なくとも2倍、好ましくは2.5倍、より好ましくは3倍に等しい、減衰角γよりも大きい角度でそれを減衰させるように、それを再分配するように構成される。このため、内壁が構成される材料は、少なくとも60%、好ましくは少なくとも65%、より好ましくは少なくとも70%の正反射率を有する。また、2次コリメーション光学系33は、第1発光面25によって放射される光の第1高コリメート光成分24aを遮らないように構成される。
図4を参照すると、本発明に係る照明装置10の他の実施形態が概略的に示される。特に、図4の実施形態は、2次コリメーション光学系33の実装の点で前の実施形態と相違する。
詳細には、図4の実施形態では、2次コリメーション光学系33は、少なくとも1つの半平面断面Xを参照して、減衰角γよりも大きい角度についてその発光光度を減衰させるように、第1光学ユニット20の第1発光面25によって放射される拡散光成分24bと相互作用するように構成された屈折レンズとして具現化される。こうして弱コリメート光成分34bが、第2発光面35の下流側に発生し、これは、減衰角γと90°のの間に含まれる角度について計算した発光強度プロファイルの平均値を有し、これは、拡散光成分24bの発光強度プロファイルの同じ角度範囲に渡って算出された平均値よりも小さい。
さらに、2次コリメーション光学系33は、第1発光面25によって放射される光の第1高コリメート光成分24aをさらにコリメートするように構成され、これにより第2発光面35の下流側に、第1発光面25によって放射される第1高コリメート光の発光強度プロファイルの第1角度アパーチャαより低い発光強度プロファイルの第2角度アパーチャα’を有する第2高コリメート光成分34aが得られる。換言すると、2次コリメーション光学系33は、第1発光面25によって放射される第1高コリメート光成分24aから出発して、第2高コリメート光成分34aを発生し、その全光束を実質的に不変に維持しつつ、基準半平面における発光強度プロファイルの角度アパーチャを減少させるように構成される。
こうして第2発光面35の出口では、より高い相関色温度CCT2を備えた弱コリメート光成分34bと、より低い相関色温度CCT1を備えた第2高コリメート光成分34aとが存在し、後者は、第1光学ユニット20を出射する第1高コリメート光成分24aの発光強度プロファイルの第1角度アパーチャαより低い発光強度プロファイルの第2角度アパーチャα’と、この第1高コリメート光成分24aの光束に実質的に等しい全光束とによって特徴付けられる。これらの光成分34a,34bの組合せにより、第2光学ユニット30の第2発光面35によって放射されるコリメート光34を形成する。
図5を参照すると、本発明に係る照明装置10の他の実施形態が概略的に示される。特に、図5の実施形態は、ダイクロイック分離光学系23が1次光源21によって放射される入射光と相互作用する壁を備えた反射器23a、即ち、有色拡散材料で製作された層23b”によってコートされた内部反射壁として製作されている点で、他の実施形態と相違する。有色拡散層23b”は、例えば、それを構成する材料が液晶タイプであれば、積層(lamination)により付与される。代替として、この層は、例えば、反射器23aの内壁に直接に陽極酸化層として成長される。
この場合、1次光源21から放射され、反射器23aの内壁に入射した光22は、部分的にコリメートされ部分的に拡散される。特に、入射光の第1スペクトル部分が、有色散乱層23b”を実質的に不変の方法で2回(入射ビームおよび反射ビーム)交差しており、こうして反射器23aによって生ずるコリメーション作用をほぼ独占的に受ける。逆に、入射光の第2スペクトル部分が、反射器23aの内壁を覆う有色散乱層23b”と著しく相互作用して、主として散乱される。
このようにダイクロイック分離光学系23を出射する、様々な角度分布を備えた2つの有色成分、即ち、より低い色相関温度CCT1を備えた第1高コリメート光成分24aと、より高い色相関温度CCT2を備えた拡散光成分24bとが発生する。
放射された1次光22の第2スペクトル部分の大部分が有色散乱層23bと相互作用して、拡散光成分24bを発生することを確保するために、照明デバイス10は、伝搬方向Aを基準として1次光源21の下流側に位置決めされたスクリーン27を備えてもよく、1次光源21によって放射され、第1発光面25を経由した光の直接出射を阻止する。
図6は、本発明に係る照明装置10の更なる実施形態を示し、ダイクロイック分離光学系23は、光入射面26の一部が有色散乱層23b”でコートされたTIRレンズとして具現化される。
この場合、1次光源21によって放射された光22は、光入射面26の一部と交差して、部分的にコリメートされ、部分的に拡散される。特に、光の第1スペクトル部分は、光入力面26の一部と交差し、そして有色散乱層23b”と交差して、実質的に不変のままであり、それによりレンズ23aによって与えられるコリメーション作用を受ける。これに対して有色散乱層23b”に入射した光の第2スペクトル部分は、これと著しく相互作用し、主として散乱される。
これにより、ダイクロイック分離光学系23を出射する、様々な角度分布を備えた2つの有色成分、即ち、より低い色相関温度CCT1を備えた第1高コリメート光成分24aと、より高い色相関温度CCT2を備えた拡散光成分24bとが発生する。
さらに、図6の実施形態では、2次コリメーション光学系33は、少なくとも1つの半平面断面Xを参照して、減衰角γよりも大きい角度で放射された拡散光成分24bの少なくとも一部を吸収するように位置決めされた、内部吸収(暗)壁を含む構造として製作される。このため、前記壁を構成する材料は、可視領域において、そこに入射する光の少なくとも70%、より好ましくは80%、さらに好ましくは90%の吸収係数を有する。
図7を参照すると、本発明に係る照明装置10’の更なる実施形態が示されており、図7の平面に垂直な細長い展開を提示する。
詳細には、図7の装置の第1光学ユニット20は、好ましくは、並んで配置され、装置10’の細長い展開に沿って整列した複数の1次光源21と、複数の1次光源2と関連付けられ、少なくともコリメーション光学系23aを含み、複数の平行な伝搬方向Aの周りで、複数の1次光源21によって放射された光をコリメートするように構成されたダイクロイック分離光学系23とを備え、それぞれが、複数の1次光源のうちの個々の1次光源21に関連付けられて交差しており、それぞれが複数の平行な伝搬方向Aを含むダイクロイック分離光学系23の少なくとも複数の平行な半平面断面Xにおいて第1高コリメート光成分24aを発生するように構成され、そして、異なる相関色温度、特に第1高コリメート光成分24aの相関色温度CCT1よりも高い相関色温度CCT2を有する拡散光成分24bを発生するように構成された拡散光発生器23b’を備える。
ダイクロイック分離光学系23によって発生した第1高コリメート光成分24aは、伝搬方向Aを含むダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xを参照して、30°未満、好ましくは20°未満、より好ましくは15°未満の角度アパーチャαを備えた発光強度プロファイルによって特徴付けられる。
細長い展開 を備えた照明装置10’の非軸対称性の観点から、ダイクロイック分離光学系23によって発生する第1高コリメート光成分24Aは、伝搬方向Aを含むダイクロイック分離光学系23の半平面断面Xのサブセットを基準として、30°(20°または15°)より未満またはこれに等しい角度アパーチャを備えた発光強度プロファイルを有すると考えられる。特に、この条件が満たされる半平面断面Xのサブセットは、少なくとも20°の角度範囲で互いに傾斜した半平面を含む。
図7の第2光学ユニット30は、第1光学ユニット20によって放射された光24の拡散光成分24bだけを遮るように位置決めされた反射性、不透明および/または吸収性のスクリーンとして製作された2次コリメーション光学系33を含む。2次コリメーション光学系33による作用は、ダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xにおいて、減衰角γよりも大きい角度について拡散光成分24bの発光強度を減衰させることである。こうして図7の照明装置10’の特定の設置を参照すると、自然な照明効果を再現することが可能であり、青味がかった拡散光成分24bが不自然に天井に投射されるのを防止できる。
さらに、2次コリメーション光学系33は、第1光学ユニット20によって放射された第1高コリメート光成分24aを実質的に不変に維持するように、実質的に、発光強度プロファイルの角度アパーチャαを変化させずに、またはほとんど減少させずに、そして全光束を変更しないように構成される。
こうして第2発光面35を出射する弱コリメート光成分34bおよび第2高コリメート光成分34aが発生し、これらは、第2光学ユニット30によって放射されるコリメート光34を形成しており、本発明に係る照明装置10’を出射する。特に、第2光学ユニット30を出射する高コリメート光成分34aは、第1光学ユニット20を出射する第1高コリメート光の強度プロファイルの角度アパーチャαに等しいか、それより小さい発光強度プロファイルの角度アパーチャα’を有し、この第1高コリメート光成分24aと実質的に等しい全光束を有する。
特に、弱コリメート光成分34bは、第2高コリメート光成分23aの強度プロファイルの角度アパーチャα’より大きい角度アパーチャβを備えた発光強度プロファイルによって特徴付けられ、両方の強度プロファイルは、ダイクロイック分離光学系23の少なくとも1つの半平面断面Xを参照する。
図8は、図2に示すタイプの複数の照明装置10を含む自然照明を模擬する照明システム100を示し、特に、ダイクロイック分離光学系23の1次コリメーション用光学素子23aは、軸対称を有し、照明装置10は、1次コリメーション用の個々の光学素子23aの対称軸が互いに平行に配置されるように構成される。さらに、照明装置10は、1次コリメーション用光学素子23aの対称軸の各々に対して垂直な平面上に延長した構造で配置される。
こうして想定される本発明は、幾つかの変更および変形を受け入れる余地があり、全てが発明概念の範囲内である。例えば、2次コリメーション光学系33は、部分的に吸収し、部分的に反射し、さらにまたは部分的に不透明で、部分的に反射する、あるいは部分的に不透明で、部分的に吸収する内壁を含む構造として実現してもよく、いずれの場合も、光学系33によって遮られる拡散光成分24bの少なくとも一部を吸収するように構成され、そして、光学系33によって遮られる拡散光成分24bの少なくとも一部を反射するように構成され、少なくとも1つの半平面断面Xにおける減衰角γより高い角度について拡散光成分24bの発光強度を減衰させるように構成される。
結論として、全ての詳細は、他の技術的に等価なエレメントに置換できる。
Claims (10)
- 第1光学ユニット(20)および第2光学ユニット(30)を備える、自然光を模擬する照明装置(10,10’)であって、
第1光学ユニット(20)は、
可視スペクトル内の1次光(22)を放射するように構成された1次光源(21)と、
1次光源(21)によって発生した1次光(22)の少なくとも一部を遮って、1次光(22)から出発して発生した、伝搬方向(A)を有する少なくとも1つの第1高コリメート光成分(24a)と、少なくとも1つの拡散光成分(24b)とを第1発光面(25)から放射するように構成されたダイクロイック分離光学系(23)であって、少なくとも1つの第1高コリメート光成分(24a)および少なくとも1つの拡散光成分(24b)は、様々な角度分布(24)を有する有色成分を備えた光を形成する、ダイクロイック分離光学系(23)と、を備え、
少なくとも1つの第1高コリメート光成分(24a)は、第1相関色温度(CCT1)と、全光束と、伝搬方向(A)を含む、ダイクロイック分離光学系(23)の少なくとも1つの半平面断面(X)を参照して、半値半幅(HWHM)として測定される、30°未満である第1角度アパーチャ(α)によって特徴付けられる発光強度プロファイルとを有し、
少なくとも1つの拡散光成分(24b)は、第1相関色温度(CCT1)よりも高い第2相関色温度(CCT2)と、第1角度アパーチャ(α)の2倍より大きい角度について非ゼロの発光強度プロファイルとを有し、
第2光学ユニット(30)は、第1発光面(25)によって放射された様々な角度分布を有する有色成分を備えた光(24)の少なくとも一部を遮って、様々な角度分布(24)を有する有色成分を備えたこの光から出発して、弱コリメート光成分(34b)および第2高コリメート光成分(34a)を発生するように構成された2次コリメーション光学系(33)を含み、
・弱コリメート光成分(34b)は、半平面断面(X)を参照して、減衰角(γ)と90°との間に含まれる減衰角度範囲を参照して計算される平均値によって特徴付けられる、発光強度プロファイルを有し、これは、同じ減衰角度範囲を基準として計算される、少なくとも1つの拡散光成分(24b)の発光強度プロファイルの平均値よりも小さく、減衰角(γ)は、伝搬方向(A)を基準として測定され、第1発光面(25)によって放射される第1高コリメート光成分(24a)の発光強度プロファイルの第1角度アパーチャ(α)の少なくとも2倍に等しいものであり、
・第2高コリメート光成分(34a)は、第1高コリメート光成分(24a)と実質的に同じ全光束を有し、そして、第1発光面(25)によって放射される第1高コリメート光成分(24a)の第1発光強度プロファイル角度アパーチャ(α)と等しいか、これより小さい第2発光強度プロファイル角度アパーチャ(α’)を有するものであり、
弱コリメート光成分(34b)および第2高コリメート光成分(34a)は、第2光学ユニット(30)によって放射される様々な角度分布を有する有色成分を備えたコリメート光(34)を形成する、自然光を模擬する照明装置(10,10’)。 - 2次コリメーション光学系(33)は、減衰角度範囲を参照して計算される、少なくとも1つの拡散光成分(24b)の発光強度プロファイルの平均値の60%未満、好ましくは40%未満、より好ましくは20%未満の平均値によって特徴付けられる、半平面断面(X)を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分(34b)を発生するように構成され、
2次コリメーション光学系(33)は、第1角度アパーチャ(α)の外側で、高コリメート光成分(24a)を実質的に遮らず、および/または、高コリメート光成分(24a)を再分配および/または方向転換しないように構成され、特に、第1角度アパーチャ(α)の外側で、第1発光面25から出射する高コリメート光成分(24a)の全光束の10%未満、好ましくは5%未満、より好ましくは2%未満を遮ったり、および/または、再分配および/または方向転換するように構成される、請求項1に記載の照明装置(10,10’)。 - 2次コリメーション光学系(33)は、拡散光成分(24b)の少なくとも一部を遮って反射し、減衰角度範囲を基準として計算される少なくとも1つの拡散光成分(24b)の発光強度プロファイルの平均値よりも低い平均値によって特徴付けられる、半平面断面(X)を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分(34b)を発生するように、それを再分配するように構成された光反射光学系として製作され、および/または、
2次コリメーション光学系(33)は、前記少なくとも1つの拡散光成分(24b)の少なくとも一部を遮って反射し、減衰角度範囲を基準として計算される少なくとも1つの拡散光成分(24b)の発光強度プロファイルの平均値よりも低い平均値によって特徴付けられる、半平面断面(X)を参照した発光強度プロファイルを有する弱コリメート光成分(34b)を発生するように、それを再分配するように構成された屈折レンズとして具現化され、
2次コリメーション光学系(33)は、少なくとも50%、好ましくは少なくとも55%、より好ましくは少なくとも60%の拡散反射率を有する材料で製作された部分を少なくとも有する壁を含む構造であり、および/または、
2次コリメーション光学系(33)は、入射光の少なくとも70%に等しい、より好ましくは少なくとも80%に等しい、さらに好ましくは少なくとも90%に等しい可視領域の吸収係数を有する材料で製作された部分を少なくとも有する壁を含む構造であり、減衰角(γ)よりも大きい角度で第1発光面(25)によって放射される拡散光成分(24b)の少なくとも一部を遮って吸収するように位置決めされる、請求項1または2に記載の照明装置(10,10’)。 - 半平面断面(X)を参照して、発光強度プロファイルの半値半幅(HWHM)として測定される弱コリメート光成分(34b)の角度アパーチャ(β)が、第1高コリメート光成分(24a)の発光強度プロファイルの半値半幅(HWHM)として測定される第1角度アパーチャ(α)より1.2倍大きい、好ましくは1.5倍大きい、より好ましくは2倍大きい、請求項1~3のいずれかに記載の照明装置(10,10’)。
- ダイクロイック分離光学系(23)は、1次光(22)から出発して、第1角度アパーチャ(α)を備えた発光強度プロファイルを有する高コリメート光成分(24a)を発生するように構成された1次コリメーション用光学素子(23a)と、
第2相関色温度(CCT2)を備えた拡散光成分(24b)を発生するように構成された拡散光発生器(23b,23b’,23b”)と、を備える、請求項1~4のいずれかに記載の照明装置(10,10’)。 - 拡散光発生器(23b,23b”)は、これの入射光の少なくとも第1スペクトル部分に対して透明であり、入射光の少なくとも第2スペクトル部分を散乱させるように構成された有色散乱エレメントであり、および/または、
拡散光発生器(23b,23b”)は、入射光の少なくとも第2スペクトル部分における有色散乱エレメントの散乱効率を主に変化させるように構成された波長可変型の有色散乱エレメントであり、および/または、
拡散光発生器(23b,23b”)は、液晶(LC)を含むナノ液滴がトラップされたポリマー材料で製作されたマトリクスを含む波長可変型の有色散乱エレメントであり、および/または、
拡散光発生器(23b,23b”)は、パネル、フィルム、表面コート層、または表面陽極酸化層として整形された有色散乱エレメントであり、および/または、
拡散光発生器(23b’)は、アクティブ型の拡散光発生器である、請求項5に記載の照明装置(10,10’)。 - 有色散乱エレメントは、第1発光面(25)または、前記1次光(22)と前記1次コリメーション素子(23a)との間の相互作用の少なくとも一方の表面に配置される、請求項6に記載の照明装置(10,10’)。
- ダイクロイック分離光学系(23)の少なくとも1次コリメーション用光学素子(23a)が、軸対称を有し、伝搬方向は、1次コリメーション用光学素子(23a)の対称軸に含まれており、
拡散光発生器(23b)は、円形または、四角形の断面(例えば、正方形または長方形)または多角形の断面を有する、請求項1~7のいずれかに記載の照明装置(10,10’)。 - ダイクロイック分離光学系(23)の1次コリメーション用光学素子(23a)は、伝搬軸(A)を横断する、装置(10,10’)の展開軸に沿って細長い形状を有する、請求項1~7のいずれかに記載の照明装置(10,10’)。
- 第1光学ユニット(20)は、例えば、隣り合って配置され、および/または展開軸に沿って整列された複数の1次光源(21)を含み、
ダイクロイック分離光学系(23)は、複数の1次光源(21)に関連付けられ、各1次光源(21)によって放射される光を、複数の平行な伝搬方向(A)の個々の伝搬方向(A)の周りにコリメートするように構成された、少なくとも1つのコリメーションレンズ(23a)を含む、請求項9に記載の照明装置(10,10’)。
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