JP6129983B2 - 人工照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽及び空からの自然光の知覚を実現する人工照明装置に関する。
より正確には、太陽及び空からの自然光の知覚は、周囲を所定の効果で照射する照明装置の能力と、装置自体を直接見たときの装置自体の見え方の両方に関係している。ここで、所定の効果とは、もし、それのかなたの空や太陽との開口、即ち窓、が同じ場所にあったとしたならば同じ部屋の中で得られるであろう効果に非常に似た効果である。一方、装置自体の見え方は、空の無限の深さや、太陽源の無限の位置の視覚的な見え方を作り出す。
したがって、本発明の実施形態が満たす目的は、次の２つに関連する主なカテゴリに分類することができる。
（ａ）人工照明装置から放射される光による周囲の照明
（ｂ）人工照明装置自体の視覚的な見え方
空及び太陽からの自然光の知覚のための周囲の照明に関する要求については、同じ出願人が提出した特許文献１に開示された人工照明装置を参照することができる。
これらの人工照明装置の１つは、例えば、図２８に示される。この装置は、広帯域で、スポット状の光源９０２と、光源９０２から一定の距離に配置されたレイリー散乱パネル９０６とを備えている。パネル９０６は、光源９０２からの光線を、光源９０２の相関色温度（ＣＣＴ）よりも低いＣＣＴを有する透過成分９０７と、より高いＣＣＴを有する拡散成分９０５に分離し、ＣＣＴの差は、散乱効率が、該当のレイリー領域における波長の４乗の逆数で増加するという事実に因るものである。
光源９０２がパネル９０６に比べて小さい限り、直接光９０７は、パネル９０６に起因する拡散冷光の下で青みがかっている対象物の影を落とすことができる。より正確には、半影の角度は、ここでは、光源９０２の大きさと、光源−対象物の距離との比によって与えられる。特に、この角度は、実際の装置において、実際の太陽の大きさ（０．５度）のものと容易に同様とすることができる。また、パネルを介して光源を見ている観察者は、観測者が太陽と空を観察するときにそれが発生するように、高ＣＣＴの発光背景に囲まれた、低ＣＣＴの輝点としてそれを知覚する。
しかしながら、半影の小さな角度にもかかわらず、直接光成分を形成する光線９０７は全く平行ではない。何故なら、光が太陽の自然照射からくるとき、それらのすべてが単一の光源から分岐するからである。特に、この状況によって、対象物の影が自然の太陽のケースで発生するときに、平行な向きを有することが妨げられる。実際、各対象物は、照射面上に、光源９０２の投影に向かって配向される影を当該照射面に落とすことになる。例えば、光源９０２が、拡散体９０６の中心を通る照射面（例えば、床又は壁）の法線に沿って位置している典型的なケースでは、この面に垂直な軸を有する細長い対象物の影は、自然に起こるものに反して、照射された光景の中心に向かって配向される。この事実によって、これらの照明装置が、自然光により照射される周囲の視覚特性を忠実に実現することが妨げられる。
さらに、これらの装置は、直接その装置を見たとき、照明装置自体の視覚的な見え方に関する要求を適正に満たすものではない。実際には、パネル９０６を介して光源を見ている観察者は、無限遠で見ているのではなく、光源９０２が位置する所定の空間的位置で見ている。直接光線９０７の分岐は、人工太陽のスポットが見える方向、及び開口角（半影）が固定されている方向を示しているのではなく、それらは観察者の位置と、光源からの観察者の距離に依存している。このような視覚的キュー（visual cue）によって、観察者は、光源が無限の距離に位置しているとして自然に理解することが妨げられ、すなわち、視覚的キューによって、空及び太陽が無限の深さを有するとして知覚されることが妨げられ、光源自体が光源の深さを制約することなる。これらすべての状況によって、実際の空及び太陽により作り出される効果とは異なるという意味において、不自然な効果を作り出してしまうことになる。そこで、照明装置を直接見たとき、照明装置によって生成される太陽及び空の像の広範な無限の奥行き感が、本発明の視覚的な見え方に関する目的の１つである。
視覚的キューにおける内的矛盾の存在は、例えば、図２９に示す上述した特許文献１に提示された人工照明装置においても悩ましい問題を呈している。この配置において、光源９０２は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）９１０が拡張した配列で構成され、それぞれの単一のＬＥＤ９１０は、青色／ＵＶ放射体、蛍光体、及びコリメートドームレンズを備えており、それによって、各ＬＥＤ９１０は、限定された分岐、即ち、レイリーパネル９０６によって発散される光の分岐よりも小さな分岐、を有する白色光円錐を生成する。このケースでは、レイリーパネル９０６は、照明装置を非常にコンパクトにすることを可能にする拡張光源９０２にほぼ接触するように位置する。よって、図２９の照明装置は、要求されるＣＣＴを有する直接光成分と拡散光成分とを提供している。
しかしながら、以下でさらに説明するように、図２９に示されたこのような照明装置は、観察者によって知覚される２つの異なる面の間での内部矛盾を有している。これらの面は、ＬＥＤ９１０配列の実像及び無限遠での太陽のスポットの虚像である。
上述した特許文献１で提示される別の人工照明装置が図３０に示される。光学コリメーション素子として、レンズ９８０が、光源からの一定の距離に位置し、光源は例示的にはレーザダイオード９８２及び（リモート）蛍光体９８４から構成される。ナノ拡散体をも含むレンズ９８０は、反射防止被膜されており、それによって、装置の効率性を低下させる反射を防ぐ、放射線の「温」成分、及びこの成分の外部領域への直接部分（ビームの直接部分）の透過を最適化し、コントラストを低下させる。さらに、図３０の装置は、ナノ拡散体粒子により後方散乱された、後方に伝わる「冷」拡散光成分を取り出すための反射体９８６（例えば、蛍光体源９８４を収容し、且つレンズ９８０が位置する開口部を有する反射房又は反射箱）を備え、それによって、後方散乱拡散光を外側にリダイレクトする。よって、図３０の照明装置は、要求されるＣＣＴを有する直接光成分及び拡散光成分を提供する。
しかしながら、図３０に示されたそのような照明装置は、観察者によって知覚される少なくとも２つの異なる面の間での内部矛盾を有している、これらの面は、レンズ９８０の実像及び蛍光体源９８４の虚像の面であり、虚像面は、図２９における装置のケースに関して、無限の距離でさえ知覚されない。加えて、図２８のケースと同様に、図３０の装置は、有限の距離で単一の光源を使用した照明から生じる典型的な放射状に対称的な外側に向かう挙動によって特徴付けられる影を落とす。
上述した特許文献１で提示された更なる人工照明装置が図３１に示される。ここで、光源９９０及び有色拡散体９９２は、全体的に分離しており、且つハウジング９９６の壁９９４の窓を形成する有色拡散体と相互に間隔を介している。しかしながら、選択された配置に因って、図３１の装置により落とされる影は、有限の距離で単一の光源を使用した照明から生じる典型的な放射状に対称的な外側に向かう挙動を示している。最後に、光源９９０から生じるものではないが、周囲光から、すなわち、ハウジングの外部の環境から生じる、有色拡散体から観察者の目に入る周囲光は、観察者の空／太陽の印象を損ねる。
国際公開第２００９／１５６３４７号
したがって、本発明の目的は、特に、平行し、鮮明、且つ照射された光景の残りよりも青みがかった影を形成することによって、実際の空及び太陽が行うような、周囲を照射し、且つ観察者が人工照明装置を直接見るときに、視覚キューの間の相互的矛盾及び内的矛盾がなく、空及び太陽の像の無限遠の視覚的な奥行き感を経験させるための自然光を合成する人工照明装置を提供することにある。
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。
有利な実装形態は、非独立請求項の主題である。
特に、本発明の好ましい実施形態が、図面に関して以下で説明される。
直接光源の例として、観察者の目が人工照明装置を見ているものとして示され、且つ得られる、拡散光発生器と組み合わされた第１の光放射デバイス及びコリメートレンズの対の配列を概略的に示す図である。 直接光の輝度プロファイルを追加で概略的に示している、実施形態に従った人工照明装置を概略的に示す図である。 直接光の輝度プロファイルを追加で概略的に示している、実施形態に従った人工照明装置を概略的に示す図である。 （Ａ）は、図２Ａ及び図２Ｂそれぞれの実施形態に従った直接光源及び拡散光発生器の配置の３次元概略図である。（Ｂ）は、図２Ａ及び図２Ｂそれぞれの実施形態に従った直接光源及び拡散光発生器の配置の３次元概略図である。 直接光源の放射面を見ている観察者、及び観察者が放射面を見ているときの観察者に見える輝点を概略的に示す図である。 実施形態に従った、適切な直接光源を提供するように適切に構成されたＬＥＤの配列の断面図である。 図５の配列の上面図である。 実施形態に従った、第１の光放射デバイス及びコリメートレンズの対を備える直接光源の部分透視図である。 更なる実施形態に従った、直接光源を提供するように図７に係る対の配列を３次元で示す図である。 実施形態に従った端部照射型導光放射パネルを概略的に示す図である。 端部照射型導光放射パネルの代替的な実施形態を示す図である。 光学ミラー系、放射面の非透過背面照明、及び暗箱を使用した直接光源の実施形態の３次元概略図である。 放射面に沿った側面方向の輝度変動を不明確にする格天井構造の３次元図である。 格天井構造が観察者によって見られ、且つ不明確さを生じさせる方法を概略的に示す図である。 均一な照明を達成するための自由形状レンズを含む、図７の直接光源を概略的に示す図である。 均一な照明を達成するための集光器を含む、図７の直接光源を概略的に示す図である。 左側は元の分布曲線を示し、右側は放射面に沿った横次元での均一な照明を達成するための目標分布曲線を示す、図１４Ａ及び図１４Ｂの自由形状レンズ及び集光器の、第１の光放射デバイスの光度分布曲線への目標となる影響を概略的に示す図である。 微小光学ビームホモジナイザ層を含む直接光源１２を有する人工照明装置を概略的に示す図である。 １つのレンズ配列及び１つのピンホール配列を備える、第１の実施形態に従った微小光学ビームホモジナイザ層の断面を概略的に示す図である。 図１７Ａのビームホモジナイザ層の上流面を示す図である。 図１７Ａのビームホモジナイザ層の下流面を示す図である。 １つのレンズ配列及び１つの管配列を備える、更なる実施形態に従った微小光学ビームホモジナイザ層の断面を概略的に示す図である。 ２つのレンズ配列及び１つのピンホール配列又は管配列を備える、微小光学ビームホモジナイザ層の更なる実施形態の断面を概略的に示す図である。 拡散光発生器の上流に位置する、低角度白色光拡散体を含む人工照明装置を概略的に示す図である。 拡散光発生器の下流に位置する、低角度白色光拡散体を含む人工照明装置の更なる実施形態を概略的に示す図である。 直接光、透過光、及び拡散光の間のＣＣＴオフセットを追加的に示す直接光源と拡散光発生器との組合せを含む人工照明装置を概略的に示す図である。 直接光、透過光、及び拡散光の間でのＣＣＴオフセットを追加的に示す直接光源と拡散光発生器との組合せを含む人工照明装置を概略的に示す図である。 直接光、透過光、及び拡散光の間でのＣＣＴオフセットを追加的に示す直接光源と拡散光発生器との組合せを含む人工照明装置を概略的に示す図である。 拡散光発生器を実装する拡散体パネルを概略的に示す図である。 （Ａ）は、拡散光発生器を実装する拡散体パネルと拡散光源との組合せを概略的に示す図である。（Ｂ）は、拡散光発生器を実装する拡散体パネルと拡散光源との組合せを概略的に示す図である。 拡散光発生器を実装する拡散光源を概略的に示す図である。 実施形態に従った拡散光源の側面を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 直接光と拡散光との間の関係、及びそれらの外側放射面における外側光への寄与に焦点をおいた一般的な用語での、異なる実施形態に従った人工照明装置及びそれの直接光源を概略的に示す図である。 従来技術の人工照明装置の断面を概略的に示す図である。 従来技術に従った更なる人工照明装置を概略的に示す図である。 従来技術に従った更なる人工照明装置を概略的に示す図である。 従来技術に従った更なる人工照明装置を概略的に示す図である。
既に紹介したように、空及び太陽からの自然照射の知覚は、照明装置により放射される光の一側面に依存し、それは、太陽からの光を再現する、低ＣＣＴで多大にコリメートされる直接光成分と、空の照明効果を再現する、高ＣＣＴ拡散光成分とを特徴付けるはずであり、それによって、直接光成分が、照明装置により照射される対象物の鮮明且つ平行な影を落とすことが可能となり、且つ拡散光成分が、そのような影に青みがかった色の影を与える。一方、空及び太陽からの自然照射の知覚は、照明装置自体を直接見るときの空及び太陽像の無限の深さの知覚に依存する。
対象物の距離、よって３次元の光景を構成する見え方の深さを評価する観察者の能力は、集束、両眼視差及び輻輳、運動視差、輝度、大きさ、コントラスト、空気遠近法などに結び付けられる多数の生理学的及び心理学的なメカニズムに基づいている。いくつかのメカニズムは、観察条件（例えば、観察者が移動又は静止しているか、片眼又は両眼で見ているか、など）、及び光景の特性の両方に従って、他と比較して重要となることがあり、後者（光景の特性）は、例えば、既知の大きさ、距離、又は輝度を有する対象物が存在するかに依存し、光景の観察される要素がどの程度離れているかを評価する基準として機能する。特に、これらのメカニズムは、実像及び虚像の両方のケースに適用される。さらに具体的には、単一の視覚キュー、又は２以上の矛盾する異なる高レベルの視覚キューを理由に、観察者によって異なる深さで同時に知覚される２以上の異なる像の面の間に矛盾が存在するときに、視覚的不快感又は目の負担が生じることがある。
言い換えると、発明者は、深さの視覚が一連の視覚キューによって判定されると実際に気付いており、例えば、
（ａ）調節、すなわち、光景に焦点を合わせるための接眼レンズを適合させる毛様筋の動き、調節は数メートルの距離では最も効果的である。
（ｂ）両眼輻輳、すなわち、観察者の２つの眼球の軸が同一の対象物上で収束する、すなわち、対象物が位置している面上で収束するという事実。
（ｃ）運動視差、すなわち、移動している観察者によって見られる背景に対する対象物の明確な相対的な動き、運動視差から深さへの強いキューをごくわずかな身体のゆれのみからでさえ取得することができる。
（ｄ）空気遠近法、すなわち、遠く離れた対象物が、大気によって散乱される光に因る低輝度コントラスト及び彩度を有するという事実。さらに、離れた対象物の色は、スペクトルの最後の青に向かってシフトされる。
（ｅ）両眼視差、すなわち、観察者のそれぞれの目は、同一の光景のその自身の像を記憶する、わずかに異なる角度から見られるそのような２つの異なる像を使用することによって、観察者は、高度な精度で対象物への距離を三角測量することが可能になる。オートステレオグラム、３Ｄ映画、及び立体写真は、この視覚キューを使用して、２次元光景の奥行き感を得る。
（ｆ）動きからの深さ、すなわち、対象物の大きさの動的な変化
（ｇ）遠近法、すなわち、無限に集束する平行線の特性
（ｈ）既知の対象物間の相対的大きさ
（ｉ）他による対象物の遮断
実際の空及び太陽が本来行っているように見える照明装置の要件の１つを表す、空及び太陽の無限の奥行き感が、特に、両眼輻輳、運動視差、及び調節視覚的奥行き感キューなどの相乗効果によって一貫してサポートされるとき、すなわち、上述したそれらの視覚キューの間に矛盾が存在しないときに、実現される。空気遠近法は、空及び太陽の像の無限の深さの知覚にもさらに寄与する。
発明者はまた、視覚の矛盾が以下の２つの主要な理由によって生じることを気付いた。
（ａ）内的矛盾と称される、単一の視覚キューに応じた２以上の異なる深さ面の間の不明瞭さ
（ｂ）相互的矛盾と称される、異なる視覚キューから派生する情報の間の矛盾
視覚的奥行き感のキューの間の内的矛盾及び相互的矛盾がないことは、太陽及び空の両方の無限の深さの自然な知覚をもたらすために必須である。さらに、キューの間での一致の欠如を避けることによって、目の負担及び不快感を回避することができるとともに、見ることの快感を高める。
例えば、図２９で示した上述した人工照明装置を既に参照した。特に、光源９０２を直接見るとき、２つの矛盾する像が観察者によって同時に知覚される。レイリーパネルの固有の透過性に起因する第１の像は、ＬＥＤの配列、調節及びＬＥＤの配列面上の両眼輻輳によって特にサポートされる有限の距離、並びに運動視差の実像である。第２の像は、無限に知覚される、青みがかった背景によって囲まれる輝点の虚像である。この第２の像は、各ＬＥＤ９１０がすべての他のＬＥＤのそれらと同一の分岐及び配光を有する円形対称光円錐を光らせる限り、それぞれの目によって見られるＬＥＤ９１０のグループが、観察者の目の網膜において円形スポットを形成するという事実によって与えられる。言い換えると、ＬＥＤ９１０は、図２９のケースではパネル９０６に垂直なＬＥＤの配列方向によって与えられる固定した方向、及びＬＥＤの分岐の円錐角と一致する固定した開口角を有する円錐の下で見られる。特に、観察者の目の各々は、所与の方向及び円錐角の下に、照射されたＬＥＤ９１０のその自身のグループを見る。これらの輝点は、無限の距離で両眼輻輳によって知覚され、これは、通常の視覚が要求するように、網膜上でそのような円形スポットの同一の中心像を作り出す状況である。この輝点の大きさは、各々の単一のＬＥＤ素子９１０によって放射される光の角分岐に依存する。
光源９０２は、第１の像面、すなわち、ＬＥＤ９１０の配列の実像の面が、光源９０２を直接見る観察者によって見られることを妨げるいかなるメカニズムをも含まないので、異なる面において知覚された２つの上述した像の間で、視覚矛盾が生じる。よって、例えば、両眼輻輳によって判定される内的矛盾として説明することができるこの矛盾は、観察者が自然の空及び太陽の見え方を知覚することを妨げる。特に、そのような知覚矛盾によって、図２９における装置は、本発明の根底にある技術的課題を解決するのに不適格である。言い換えると、観察者が円形輝点からの温光成分、直接光成分のみでなく、ＬＥＤ配列全体からの温光成分、直接光成分をも見ているので、矛盾が生じる。実際には、ＬＥＤからの光のほとんどが、分岐円錐の内部で光っている場合でさえ、無視できない部分は未だに、それの外側で光っており（例えば、ドーム状ＬＥＤ装置９１０の内部で発散が発生していることを理由に、及びドーム状レンズが撮像光学部品では全くないという事実を理由に）、そのことによって、観察の任意のほとんどの角度からの照射対象物として、照射されたＬＥＤが明確に可視的なものとなる。
大角度での、すなわち、ＬＥＤの分岐円錐の外部での、ＬＥＤによって生成される背景光は、全く均一でなく、且つＬＥＤのピッチ周期に従う。そのような均一の不存在は、大角度でのＬＥＤに因る平均輝度が輝点に対して非常に低い場合でさえ、且つそれが拡散光発生器の均一な輝度に対しても弱い場合でさえ、有限の距離でのＬＥＤ配列の第１の像を、無限の距離での輝点の第２の像上に広がらせる主要な理由として、発明者によって理解される。実際には、人類の目は、輝度の空間的勾配に対して、特に輝度の空間的周期変調に対して非常に敏感である。
さらに、大角度でのＬＥＤによって生成される背景光は、例えば、図２８で説明された実施形態のケースに対して、結果として生じる色が、澄んだ空からの光の色と相当に異なるという意味で、拡散光の色品質を多大に損なう。
パネルを超えてＬＥＤ配列全体を観察者が明確に見ているという事実は、ＬＥＤ光源からの背景への寄与が、レイリーパネル自体からのそれを克服することから、背景の均一性及び色の両方を損なう。結果として、自然の空及び太陽の光景の色及び実質的に無限の奥行き感のいずれもが、図２９の装置によって再生されない。
さらに、商業的な、ドーム状の装備されたＬＥＤによって達成可能な最小の分岐は概して、数１０度の階数、すなわち、実際の太陽ビームの分岐を特徴付ける０．５度の値よりもはるかに大きい数字の分岐である。この制限によって、光源９０２に対し自然の一つよりもはるかに大きい半影の角度が生じる。結果として、対象物の影であるが莫大な大きさを有するそれらが全く生成されず、その大きな対象物の影の鮮明さは、とにかく非常に弱い。ＬＥＤ光ビームの分岐は、より大きなコリメータ、例えば、商業的に利用可能なＴＩＲ（全反射）レンズ、又はＣＰＣ（複合放物集光器）反射体を使用することによって、例えば、６度から７度程度の低い値に低減される。しかしながら、この選択は、無限の深さの知覚をサポートすることを補助することにならず、これらの大きなコリメータは、標準的なＬＥＤドームよりも、目によってさらに容易にスポットされる非常に粗い画素化に通じる。
実際に、自然の空及び太陽の視覚的な見え方において不利な、図２９に示された光源９０２の更なる問題は、輝点、すなわち、そのような輝点が観察される角度上の知覚可能な画素化である。実際には、多大にコリメートされたＬＥＤは、標準的なドームよりも通常ははるかに大きい、すなわち、約１ｃｍ以上のレンズ（よってピッチ）の大きさにつながり、非常に少ない画素、すなわち、ＬＥＤ／レンズの対によって形成されることになる輝点を生じさせ、スポットが観察されるより低い円錐角を理由に、及びレンズの大きさの増加を理由に、ＬＥＤ分岐の減少とともに数が減少する。この状況で、無限の深さの面に対応する虚像は、２つの非常に異なる画素化された像に分離し、それらの像によって、ＬＥＤの配列面の知覚が無限の深さ像上で広がる。よって、そのような状況によって、観察者が無意識に太陽の像に対する無限の深さを知覚することが妨げられる。
さらに、周囲光の効果、すなわち、照明装置又はいくつかの他の光源によって照らされる周囲から来る光、及びレイリー散乱パネル９０６を上流／逆方向に交差させる、ＬＥＤ９１０の配列を再度照らす光の効果とともに、レイリーパネル９０６によってＬＥＤ配列に向かって反射又は拡散される光の効果が考慮されるべきである。概してすべての方向から来る、すなわち、拡散されたこの光は、ＬＥＤ配列の可視性をさらに高める、好ましくない寄与をもたらす。言い換えると、図２９の装置は、周囲からの光フィードバックが役割を果たさないときに発生するように、オフに切り替わったときでさえ黒くない。
要約すると、図２９の装置は本発明の根底にある技術的課題を解決することができない。何故ならば、観察者が直接装置自身を見ているとき、同時に発生する視覚面の間での視覚キューの矛盾を引き起こし、それらの面は例えば、ＬＥＤ９１０の配列の実像、及び太陽に対応する輝点の虚像であるので、実際の空及び太陽としての視覚的な見え方の要件を満たさないからである。さらに、輝点が知覚される大きな円錐角、及びそのような虚像の明確に知覚可能な画素化に因って、太陽に対応する像を的確に表すことができない。
装置が無限の深さの視覚的な経験を作り出すことを妨げる視覚キューの間での矛盾の発生の更なる例として、図３０に示した既に述べた実施形態への参照がなされる。この点において、コリメーション及びレイリー散乱の両方を実行することに代わって、単一の光学素子の使用によって、直接光及び拡散光の両方を可能な限り前方方向に案内することによって、輝度効率を最大化するために、実施形態が最適化されることに触れる価値がある。処理能力を高めるために、逆散乱光を前方方向にリダイレクトする反射防止被膜及び反射房が提供される。特に、レンズ９８０からの焦点距離に位置する温光源９８４を必要とする、最小分岐を有する温（例えば、低ＣＣＴ）直接光を生成するために、図３０の装置では何ら努力がなされていない。一方で、図３０から明らかなように、光源９８４はレンズのより近くに位置し、目的は、レンズによる集光量を最大化することであって、平行光線を生成することではない。
レンズから光源９８４の短い距離に起因して、蛍光体からレンズへの光線経路がより長く、且つ傾斜角度がより大きい（照射への各光線の寄与は、入射角のコサイン倍の経路長の２乗の逆数に比例する）ことに因って、レンズの円周部に存在する温光は中心よりも弱い。実際には、レンズの外側部分上の６０度の平均入射角を想定すると、差異が係数８としてのレンズにわたる温光輝度変動につながることがあり、それは、レイリー拡散体の輝度における強い空間変調をもたらす。ここで、照度（光源９８４からの）が小さくなる場合に拡散体の密度が下がるので、不均一さが更に増す。
したがって、図３０に示す装置は未だに、観察者が人工照明に関する自然な感覚を得ることを妨げる、視覚的キューの矛盾を含む（それに限定されない）、いくつかの問題を抱えている。実際に、温光源９８４とレンズとの間の短い距離によって、光の虚像が、太陽の自然な像に対して生じるものと異なって、無限の距離で現れることが生じる。さらに、（レンズ）レイリー拡散体の不均質な照明によって、不均質な空−輝度プロファイルが生じ、空輝度プロファイルによって、視覚キューが、実像面と虚像面との間のキュー矛盾を判定する、装置面における照射レンズの実像を形成する。加えて、光源とレンズとの間の同一の近距離は、図３０の装置が、実際の太陽のケースと異なり、典型的な放射状に対称的な外側に向かう挙動によって特徴付けられる影を落とすことにつながる。最終的に、反射体箱９８６は、観察者に向かって、いくつかの照射寄与物を照らす、すなわち、照射寄与物は、光源９８４から直接来る光、２つのレンズ−空気境界面から反射される光、ナノ拡散体から逆散乱される光、並びにレンズ下流の照射された光景から来る光、及び上流方向にレンズを交差させる光、である。結果として、反射体箱によって更に、レンズの像面と光の像面との間の中間位置において、レイリー拡散体を超える、不均質且つ発光背景を作り出すことによって、いずれかの潜在的な大きな深さの視覚的経験が妨げられる。特に、レイリー散乱光の色とは異なる色を有する、光源９８４からの光と、周囲から反射された背景への光との寄与に因って、反射体箱９８６によって、拡散光の色が空の光の実際の色とは異なることが生じ、よって、空の自然な見え方を損ね、且つ知覚された深さを深める空気遠近法に関連する潜在的な好ましい効果を妨げる。要するに、図３０の装置は、本発明の根底にある技術的課題を解決することができない。何故ならば、観察者が装置自体を直接見るときの実際の空及び太陽としての視覚的な見え方の要件と、空及び太陽によって行われるような周囲を照射する要件との両方を満たさないからである。
同一の光源の配列のケースで、輝点の虚像を無限の距離で形成することができるメカニズムをさらに明確にするために、本発明の発明者は図１に例示されるような図２９に示された構造を概念化した。すなわち、拡散光発生器１０が、第１の光放射デバイス１４の２次元配列で構成された直接光源１２に対して下流に位置し、各々の第１の光放射デバイス１４は、それぞれの第１の光放射デバイス１４によって出力される光をコリメートするように、それに関連付けられたコリメータ１６を有する。拡散光発生器１０は、レイリーライク拡散体であってもよく、又は以下でさらに詳細に述べられるような、代替的に若しくは追加的に、直接光源１２によって生成されるコリメート光に対して少なくとも部分的に透過的な拡散光源を備えてもよい。図１はまた、全体的に、参照符号２０で示される人工照明装置の方向を見ている観察者の目１８Ｌ及び１８Ｒを示す。図１では、目１８Ｌ及び１８Ｒは、両眼視力に因って、観察者は必然的にそれぞれの網膜２２上の同一の位置で２つの太陽の像を有することを試みることから、本来的に無限遠に設定される。拡散光発生器１０がコリメータ１６の面の近くに配置されていることに因って、目１８Ｌ及び１８Ｒは、青い空の環境での丸い太陽を見ることになる。特に、部屋の中で歩くことによって、目は、パネルを交差する視太陽を、それが実際に起こっているように見る。光源の角スペクトルがフラットトップでないが鐘形である場合、太陽の像は鮮明でなく青みがかることになる。図１が無限の距離での輝点の虚像の形成のみに関係していることが思い出される一方で、目の調節及びＬＥＤ配列面への収束によって形成され、且つ図２９で示された装置が、空及び太陽の自然の視覚的な見え方を保証することを妨げる、ＬＥＤ配列の実像を考慮していない。
図２Ａは、太陽及び空が窓を介して行うような周囲を照射することが可能であり、且つ空及び太陽が窓を介して観察されるときに本来行うのと同時に、実質的に無限の深さの経験を保証する照明装置の視覚的な見え方を保証する、本発明に従った実施形態を示している。
言い換えると、実施形態は、太陽及び空のように、すなわち、太陽及び空からの光と類似する輝度プロファイル及び見え方を有する、自然光を生成する人工照明装置２０を示している。
図２Ａの人工照明装置は、直接光源を備えている。図２の理解を軽減する目的で、直接光源の第１の放射面２８が単に示されている。しかしながら、図１から明確になり、且つ以下の図面からより明確になるように（図示しない）、直接光源は、主要光を放射するように構成され、且つ光放射面に対して上流に位置する第１の光放射デバイスを備えている。直接光源１２は、主要光から直接光２３６を生成するように構成され、直接光２３６は、第１の放射面２８にわたって均一な（例えば、空間依存性に関して）輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）を有する第１の放射面２８を出射し、且つ直接光方向３２に沿って狭いピーク３０（すなわち、角度依存に関して）を有し、ｘ及びｙは、第１の放射面２８に及ぶ軸ｘ及びｙに沿った横軸座標であり、θは、直接光方向３２に対して測定される極角（polar angle）であり、φは、方位角（azimuthal angle）である。用語「狭い」は、以下で更に明確にされるが、概して、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）が２πｓｒよりも非常に小さく、例えば、０．４ｓｒよりも小さく、好ましくは０．３ｓｒよりも小さく、更に好ましくは０．２ｓｒよりも小さい、立体角によって定められるピークを有する、として理解されてもよい。さらに、図２Ａの人工照明装置はまた、第１の放射面２８の下流に位置するとしても例示されていない、拡散光発生器１０を備えている。拡散光発生器１０は、第２の放射面３４及び第２の放射面と対向する入力面３３を備え、且つ少なくとも部分的に、入力面３３上に影響する光に対して透過的になるように構成されている。さらに、拡散光発生器１０は、第２の放射面３４から拡散光３５を放射するように構成され、拡散光３５は、実質的にすべての前方方向に散乱され、且つ空間座標ｘ、ｙに応じて均一又は少なくとも弱い、第２の放射面３４を出射する、外側光の成分である。例えば、拡散光発生器１０は、狭いピーク３０を定める立体角の少なくとも４倍大きく、好ましくは９倍大きく、より好ましくは１６倍大きい立体角上で、拡散光を放射するように構成されている。
加えて、図２Ａの装置は、直接光源１２によって生成される直接光２３６が、拡散光３５のＣＣＴよりも低い（例えば、少なくとも１．２倍低い、好ましくは１．３倍低い、より好ましくは１．４低い）ＣＣＴを有するように構成されている。拡散光発生器１０が少なくとも部分的に光透過であるという事実に因って、直接光２３６の少なくとも一部は、第２の放射面３４の下流に伝播する。結果として、外側光は、狭いピーク３０内に含まれる方向に沿って（例えば、狭いピーク３０を定める方向の少なくとも９０％に沿って、すなわち、狭いピークのＨＷＨＭ極角よりも小さい極角θを有する方向の９０％に沿って）伝播する第１の光成分と、狭いピーク３０から間隔を介した方向、例えば、方向３２及び狭いピークのＨＷＨＭ極角よりも３倍大きい半開口部に沿って向けられた軸を有する円錐の外側の角領域の少なくとも３０％、好ましくは５０％、最も好ましくは９０％に及ぶ方向、に沿って伝播する第２の光成分とを備えている。
図２Ｂに示される更なる実施形態では、第１の放射面２８及び第２の放射面３４の相互位置は、図２Ａのケースに対して逆になる。言い換えると、図２Ａのケースでは、第２の放射面３４が装置２０の外側面３７を形成し、図２Ｂのケースでは、第１の放射面２８が装置２０の外側面３７を形成する。
具体的には、図２Ｂの実施形態は、主要光（図示せず）を放射するように構成された第１の光放射デバイス１４（図示せず）及び直接光源の下流に位置する第１の放射面２８を備える直接光源（図示せず）を備える人工照明装置に言及し、直接光源１２は、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）を有する第１の放射面２８を出射する直接光２３６を、主要光から生成するように構成されており、輝度プロファイルは、第１の放射面２８にわたって均一であり（例えば、空間依存性に関して）、且つ直接光方向３２に沿って狭いピーク３０を有する（すなわち、角度依存性に関して）。さらに、図２Ｂにおける実施形態はまた、第１の光放射デバイスの下流に位置し、且つ第１の放射面２８の上流に位置し（すなわち、直接光源１２の内部に位置する）、且つ少なくとも部分的に主要光、すなわち、入力面３３上に影響する光に対して透過的であり、第２の放射面３４から拡散光３５を放射するように構成された拡散光発生器１０（図示せず）を備えており、拡散光３５は、実質的にすべての前方方向に散乱され、且つ空間座標ｘ、ｙに応じて均一又は少なくとも弱い、第２の放射面３４を出射する光の成分である。したがって、図２Ｂにおける実施形態について、第１の放射面２８は、第２の放射面３４の下流に位置し、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）は、第１の放射面２８における輝度であり、拡散光発生器１０は、系から物理的に除去される。図２Ｂの実施形態では、照明装置は、主要光１４が、拡散光３５のＣＣＴよりも低いＣＣＴ（例えば、少なくとも１．２倍低く、好ましくは１．３倍低く、より好ましくは１．４倍低い）を有するように構成されている。拡散光発生器１０が少なくとも部分的に光透過であるという事実に因って、第１の放射面２８における外側光は、狭いピーク３０内に含まれる方向に沿って伝播する第１の光成分と、狭いピーク３０と間隔を介した方向に沿って伝播する第２の光成分とを備え、第１の光成分は、第２の光成分のＣＣＴよりも低いＣＣＴを有する。
特定のケースとして、第１の放射面２８が第２の放射面３４と一致するという事実のみについて図２Ｂの実施形態とは異なる更なる実施形態が考えられる。言い換えると、実施形態は、拡散光発生器１０及び第１の放射面２８の両方の機能、例えば、主要光１４のＣＣＴよりも高いＣＣＴを有する拡散光成分を生成する機能、及び図３０におけるレンズ９８０に関して、それぞれ主要光のＣＣＴよりも低いＣＣＴ（例えば、少なくとも１．２倍低く、好ましくは１．３倍低く、より好ましくは１．４倍低い）を有する補完光成分をコリメートする機能、を保証する２色性光学素子を備えている。このケースでは、均一であり（例えば、空間依存性に関して）、且つ直接光方向３２に沿って狭いピーク３０を有する（すなわち、角度依存性に関して）輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）を生成する特性は、２色性光学素子と同一の光学素子を備えるが、拡散光発生器の機能を有しない直接光源１２のケースに起因するはずである。
更なる特定のケースとして、主要光を直接光に変換する処理（例えば、コリメーション処理）が、第１の放射面２８の上流に位置する幾つかの光学素子によって実行される実施形態が可能であり、第１の放射面２８の上流に位置する拡散光発生器１０は、主要光及び直接光のいずれによっても直接照らされないが、主要光から発展し且つ第１の放射面２８において直接光をもたらす中間光によって照らされる。またこのケースでは、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の性能が、照明装置から拡散光発生器を物理的に除去して検証される必要がある。
より全体的な人工照明装置の更なる実施形態が、上記４つの機能のすべての特徴を保証し、したがって、
直接光源１２と、
拡散光発生器１０と
を備え、直接光源１２は、主要光を放射するように構成された第１の光放射デバイス１４と、第１の光放射デバイスの下流に位置する第１の放射面２８とを備え、
拡散光発生器１０は、少なくとも部分的に光透過であり、及び第１の光放射デバイスの下流に位置し、且つ第２の放射面３４を備え、及び第２の放射面３４において拡散光３５を生じさせるように構成され、
直接光源１２は、第１の放射面２８の上流に位置する場合に拡散光発生器１０が除去され、直接光源１２は、第１の放射面２８にわたって均一であり、且つ直接光方向３２の周りの角度分布において狭いピーク３０を有する輝度プロファイルを有する第１の放射面２８を出射する直接光２３６を、主要光から生成するように構成され、
第１の放射面２８及び第２の放射面３４の１つが他に対して下流に位置し、且つ人工照明装置の外側放射面を形成し、又は第１の放射面２８及び第２の放射面３４の両方が、人工照明装置の外側放射面を形成するように一致し、
人工照明装置は、直接光源１２及び拡散光発生器１０が外側放射面において外側光を形成するように協働するように構成され、外側光は、狭いピーク３０に含まれる方向に沿って（例えば、狭いピーク３０を定める方向の少なくとも９０％に沿って）伝播する第１の光成分と、狭いピーク３０から間隔を介した方向に沿って（例えば、方向、及び狭いピークのＨＷＨＭ極角よりも３倍大きい半開口部の少なくとも３０％、好ましくは５０％、最も好ましくは９０％にかかる方向、に沿って）伝播する第２の光成分とを備え、
第１の光成分は、第２の光成分のＣＣＴよりも低い、例えば、１．２倍低く、好ましくは１．３倍低く、より好ましくは１．４倍低い、ＣＣＴを有している。
図２Ａ及び図２Ｂにおける実施形態、並びに述べられた代替手段及び一般化はすべて、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）によって特徴づけられる直接光源を保証し、輝度プロファイルは、空間座標に関して同時に均一であり、且つ角座標に関して狭いピークがある。拡散光発生器が少なくとも部分的に光透過であるので、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の実際の特徴は、視覚キューに関して本質的なものである。
なお、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の均一性（空間座標に関して）は、視覚キューの矛盾を回避するのに十分である。実際には、発明者は、均一の輝度プロファイルが調節、両眼輻輳、及び運動視差の視覚的キューの中のいずれかに対する無限の奥行き感とは異なる奥行き感につながることがないことに気付いた。さらに、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）角プロファイルにおける狭いピーク３０は、広範な無限の奥行き感の視覚的な見え方において重要な役割を果たす。
実際には、鮮明な角度ピークを有する空間座標に沿った均一な輝度プロファイルの存在は、図１に示した配置と同様に、無限遠で両眼輻輳によりサポートされる虚像を生成する。そのような均一性は、ＬＥＤ配列の実像が、例えば、ＬＥＤ素子のピッチに因る非空間的に均一な照射によって判定されるので、図２９における実施形態の明白な制約を克服する。
なお、空間的に均一なＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の角度プロファイルにおけるピーク３０はさらに、無限の奥行き感を改善する。実際に、観察者の視覚的な注意は、好ましくは、最大輝度、最大コントラスト、及び最大空間周波数（角分解能制限に対応する周波数よりも小さいと仮定して）が発生する面に向けられる。言い換えると、鮮明且つ明るい像が、相関位置に関して２つの網膜上に異なって位置することを回避するために、両眼輻輳は目を定める。したがって、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）角度プロファイルにおける狭いピークは、同一方向（Ｌｄｉｒｅｃｔ空間的均一性、及び直接光方向３２に沿ってピークとなる事実から得られる）から両眼で知覚される限り、太陽を表す輝点の無限の奥行き感をサポートする、平行方向に沿って両眼を配置させる。特に、これは、眼球の軸の両方が配置される実際の方向に独立して発生する（すなわち、Ｌｄｉｒｅｃｔのピークが目の網膜の中心から離れてスポットを作り出すように目が向けられる場合でさえ）。言い換えると、明るく且つ狭いスポットが視野にある限り、たとえ、それが中心又は側面にあったとしても、効果が生じる。
さらに、既に述べた、観察者の視覚的注意が好ましくは、最大輝度、最大コントラスト、及び最大空間周波数（分解能未満の）が発生する面に向けられるという事実に因って、図２の実施形態のケースにおける目の調節が、無限遠面を広くもたらし、これは、輝度Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）における狭い角度ピーク３０を理由に、最大輝度、最大コントラスト、及び最大空間周波数が発生する仮想面である。
Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の空間的均一性は、運動視差の視覚キューに対する無限の奥行き感をも保証する。何故ならば、移動している観察者が、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）のいずれかの角度構造、例えば、実際に移動しているように見える対象物から非常に離れた観察者とともに太陽が移動しているとして表す狭いピーク３０に因る虚像を経験するからである。
さらに、上述した実施形態における輝度プロファイルの特性によって、各々の単一の観察者が視覚キューによって一貫してサポートされる同一の無限の奥行き感を経験するという意味で、観察者の数及び光源に対する相対的位置に依存しないようになる。
したがって、直接光源１２の第１の放射面２８に存在する光の輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）は、視覚的奥行き感のキューの間での相互的及び内的矛盾がないことを保証し、これは、太陽及び空の両方の無限の深さの自然な知覚をもたらすために必須となる。
なお。無限の奥行き感を判定するＬｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）の能力は概して、輝度角度プロファイルにおけるピークと背景とのコントラストが増加するとともに増加する、すなわち、明るい角度ピークが存在すると、暗い背景が広範の無限の奥行き感を強くサポートする。
また、暗い背景はさらに、より明るい１つに関して広範の無限の奥行き感を改善する。何故ならば、それらの不均一な構造の平均輝度値が、主な狭い角度ピークに関して低くなると、背景輝度プロファイルにおける潜在的な不均一性の視界が低くなるからである。言い換えると、暗い背景における不均一性は、背景の平均値に関する変動の同一の相対量について、密な背景の不均一性よりも弱い視覚キューの矛盾を判定し、暗さ又は密度は、狭い角度ピーク３０の輝度に関するものとなる。
また、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ、ｙ、θ、φ）が同時に（ｘ、ｙ）プロファイルにおいて均一となり、且つ（θ、φ）プロファイルにおいてピークとなるという要求は、図２９における実施形態のケースと矛盾する。何故ならば、変動が知覚できなくなるように、（ｘ、ｙ）プロファイルにおける均一性が、コリメータの大きさを微小光学領域まで最小化することを要求しており、且つ例えば、ＬＥＤ光源の固有の分岐を除去するために、（θ、φ）プロファイルにおける狭いピークが、コリメータの大きさを最大化することを要求しているからである。
直接光方向３２に沿った狭い角度ピークは、鮮明な反影を有する平行な影を保証する。拡散光発生器１０は、一方では、図２に示された実施形態が、実際の窓に入射する自然光に対して発生するように、影を青みがかった色にする高いＣＣＴ拡散光成分を提供することによって、自然の空及び太陽として周囲を照射することを保証する。もう一方で、拡散光発生器１０は、装置自体を直接見ているときに、装置自体の視覚的な見え方にも影響を与える。実際に、拡散光発生器１０は、直接光源の輝度によって判定される低ＣＣＴ輝点の周りの拡散発光の青みがかった背景を作りだす。この発光背景は、白または灰色の発光背景に対して発生するような無限の奥行き感を損ねる代わりに、空気遠近法の視覚キューと、直接光源に沿ってサポートされる、既に述べた他の視覚キューとの間の相乗作用を理由に、無限の奥行き感をさらにサポートする。
上記相乗作用に関して、すなわち、拡散光発生器１０を見ているとともに、視界の側面上で太陽を表す輝点を有しているとき、観察者によって知覚される深さに関して、発明者は、Ｌｄｉｒｅｃｔ角度プロファイルにおける狭いピークの効果、空間的均一性及び第２の放射面３４から放射される拡散光の平坦な角度依存の効果、並びに拡散光ＣＣＴ（直接光ＣＣＴに関して）の高い値の効果、の３つの同時効果が重要な役割を果たすことに気付いた。実際に、空間的均一性及び拡散光の平坦な角度依存は単独で、拡散光の光源の知覚された距離を不確定なものとし、すなわち、観察者と、均一性がなくなるフレーム又はそれと同様の部分を除く第２の放射面３４との間の距離を観察者が推定することは困難である。そのような状況下で、観察者の注意を拡散光発生器の物理面に向けるいずれかの細事の存在（例えば、拡散体の面上の傷の存在）は、第２の放射面３４に焦点を置いた広範の奥行き感を作り出す。一方で、Ｌｄｉｒｅｃｔ角度プロファイルにおける狭いピークは、目を無限遠で集束させる。結果として、拡散光がそこから向けられる知覚される面も、無限遠とされる。観察者が均一な背景を見ているとき、それ自体が定められていない距離、集束、調節、及び運動視差の視覚キューが、Ｌｄｉｒｅｃｔにおける狭い角度ピーク３０によるこのケースで表される光景の単一の定められた構造によって解決されていないままであることを理由に、これが発生する。図２に示された実施形態のケースでは、拡散体がレイリー発散領域で動作しているような、空の色及び輝度（周囲に関する）と同様の色及び輝度を拡散光が有するときに、この効果が大幅に改良されることが発見されている。実際にこのケースでは、心理学的な観点から、離れた対象物として空を知覚する観察者の習性が、無限の奥行き感を実施する。言い換えると、空気遠近法はさらに、背景を無限の距離に引き込むことに寄与する。最終的に、青みがかった背景の無限の距離への述べられた引き込みは、図２９における実施形態では観察されなかったことに気付くことができる。何故ならば、この場合、知覚可能な画素化が、拡散光の放射の面をＬＥＤ配列の面に引き込むからである。
Figure 0006129983
本発明の或る実施形態では、光照明装置は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、直接光源１２が立方骨内に収容されてもよいという意味でコンパクトであり、その地面１２ａの領域は、光放射面の領域以上であり、高さ１２ｂは、第１の放射面２８の最大幅よりも小さい。地面１２ａは、第１の放射面２８を備えてもよく、又は立方骨内に完全に入る第１の放射面２８と平行に位置してもよい。まさに例を与えるために、第１の放射面２８の領域は、１０ｃｍ×１０ｃｍよりも大きくてもよい。地面１２ａの領域は、第１の放射面２８の領域の１．１倍よりも小さくてもよい。上述した最大幅は、第１の放射面２８のいずれか２つのポイントの間の最小距離として定められ
以下、さらに概要を説明する実施形態では、拡散光発生器１０は、広い空間を収容することができない。例えば、拡散光発生器１０は、図３（Ａ）に示すように、第１の放射面２８と同一面内の研削端面１０ａを有するとともに高さ１０ｂだけ下流方向３６へ延びた立方体内に配置され得る。研削端面１０ａの面積は、研削端面１２ａ以下であってもよい。高さ１０ｂについても同様であり、高さ１２ｂ以下であり得る。研削端面１０ａとは反対側の上面１０ｃは、第２の放射面３４を備えてもよく、後者は、拡散光発生器１０の立方体内に含まれ得る。第２の放射面３４の面積は、例えば第１の放射面２８の面積の±１０％の程度に、第１の放射面２８の面積とほぼ等しいことが好ましい。上述のように、発生器１０と光源１２とは、面３４および２８の面積を超えてもよい。高さ１０ｂは、第１の放射面２８の最大値にかかわらず、第１の放射面２８の上述の最大幅の１０％未満でもよく、１０ｃｍ未満でもよい。下流方向３６は、例えば、直接光源１２で発生した直接光が第１の放射面２８から放射される方向３２を指すように定義され得る。上述のように、この方向３２は、第１の放射面２８の法線と平行であってよい。図３（Ｂ）は、図２Ｂの面２８および３４の一連の配列に対応する。ここで、発生器１０の立方体は、直接光源の立方体内に完全に含まれ得る。
第１の放射面２８の全体に亘って均一であって直接光方向３２周辺に狭いピーク３０がある輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔで、第１の放射面２８から同様に発せられる直接光を放射する直接光源の機能の結果として、以下のようになる。１）直接光方向３２は、第１の放射面２８の全体において実質的に一定であり、２）発散は小さく、３）発散は、第１の放射面２８の全体において実質的に一定である。「小さく」および「実質的に」の程度については、以下により詳細に説明する。いずれの場合でも、図４を参照すると、これらの制約に従う直接光源１２により発せられる直接光により、直接光源およびその第１の放射面２８を見ている観察者３８は、輝点４０を狭い可視円錐角４２で見ており、輝点は、両眼輻輳、遠近調節および運動視差の深さキュー（motion parallax depth cue）に関して、無限の距離で知覚される。換言すれば、観察者３８は、第１の放射面２８を見るときに、輝点４０を見ており、観察者が光放射面に対して動くと、輝点４０は、無限遠の位置にある対象物から生じているかのように、第１の放射面２８に対して動く。
第１の放射面２８で直接光源１２により発せられた光の輝度プロファイルによる上述の均一性およびピークの尖鋭性に関して従うべき上述の制約を定義するため、狭いピークの形成に寄与する一方の内側直接光成分と、残余の背景を形成することになる周辺のより発散性のある他方の成分とを、区別し得るものであり、輝度プロファイルのとりうる変化を、両眼輻輳および運動視差の深さキューに関し、より狭い領域とより広い領域（すなわち、第１の放射面２８のほぼ全領域）とで区別し得る。その制約について、以下に定義する。
特に、直接光源１２は、第１の放射面２８の全体に亘り均一な強度で、放射面の法線ｚに対して単一の所定方向３２に光を発し、発散円錐が非常に低く、好ましくは円形対称で、このような発散円錐の外側の背景も低く、発散と背景の両方ともパネル全体に亘って均一になっている。これについて、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ，ｙ，θ，φ）は、暗環境で直接光源から発せられた直接光の輝度を示すこととする。ここで、暗環境とは、直接光源外部で光が一切発せられたり反射したりすることがないものであり、ｘ、ｙ、θおよびφは、既に定義したとおりである。なお、輝度を、空間および角座標の関数で表すには、検出器の実際の角分解能および光源からの距離を説明すべきであり、これにより、検出可能な空間分解能が決まる。本発明に関し、角分解能は０．０７°と想定されており、これは、典型的な裸眼の角分解能に近似するものである。空間分解能は１ｍｍと想定されており、これは、観察距離が約１ｍであることに対応する。したがって、本発明に関連して説明した輝度プロファイルに関する全ての制約は、上述の分解能となることが意図されている。これは、高い角周波数または空間周波数で（すなわち、高い角分解能および／または近接した距離で）最終的に生じる変動は、本発明の目的からして関係がないということである。制約は以下のようになる。
方向３２から遠い。すなわち、極角θ＞θＨＷＨＭ。ここで、θＨＷＨＭは、平均極角分布のＨＷＨＭ（半値半幅）であり、これは、光放射面における全ての位置（ｘ，ｙ）および全ての方位方向φについての輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔの平均であり、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔは、全ての位置および角度でのＬｄｉｒｅｃｔの絶対最大値の１０％を下回り、好ましくは１％、より好ましくは０．１％を下回る。
方向３２に近い。すなわち、極角θ≦θＨＷＨＭ。ここで、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔは、方位座標φに弱く依存する。例えば、各位置（ｘ，ｙ）について、外側でＬｄｉｒｅｃｔが最大値の１０％を下回る領域θ，φは、実質的に底面が円形の円錐となり、これにより、観察者は、光源を方向３２に見たときに、円形の点を知覚可能となる。定量的には、同量の合計の半分に規格化された上記領域の最大極角と最小極角との差は、サンプルにおけるあらゆる位置について、０．５を下回り、好ましくは０．２を、より好ましくは０．１を下回ることになる。
ここで、θＨＷＨＭ≦２．５°であり、好ましくはθＨＷＨＭ≦１．５°、より好ましくはθＨＷＨＭ≦０．５°である。
数式では、以下のようになる。
Figure 0006129983
および
Figure 0006129983
ここで、
Ａは、第１の放射面２８の面積、
θＨＷＨＭ≦２．５°であり、好ましくはθＨＷＨＭ≦１．５°、より好ましくはθＨＷＨＭ≦０．５°であり、
ｋ＝０．１であり、好ましくはｋ＝０．０１、より好ましくはｋ＝０．００１であり、
ｈ＝０．５であり、好ましくはｈ＝０．２、より好ましくはｈ＝０．１である。
ここで、以下の定義が真として成り立つ。
Figure 0006129983
方向３２から遠く離れた残りの直接光の背景の均一性にさらに注目すると、Ｌｄｉｒｅｃｔについての要件は、極角θが３θＨＷＨＭより大きい場合に、空間振幅変動が最小となることを示している。例えば、上記輝度空間変動の標準偏差と輝度平均値との比は、あらゆる１０ｍｍ径空間円形領域内で光放射面の少なくとも９０％について、０．３の値を超えず、好ましくは０．１の値を超えず、光放射面の少なくとも９０％の全体内であらゆる既定の方位角φおよび３θＨＷＨＭより大きいあらゆる既定の極角θについて、０．４の値を超えず、好ましくは０．３の値を超えず、より好ましくは０．２の値を超えなくともよい。
方向３２に近接した直接光の均一性が考慮される限り、５ｃｍ径の空間領域内でθＨＷＨＭの２０％より大きな標準偏差で、好ましくは１０ｃｍ径、より好ましくは２０ｃｍ径で、Ｌｄｉｒｅｃｔについての要件は、（極大）最大輝度となる（局所的）極角内の空間変動を示すものではなく、光放射面の全体の少なくとも９０％の全体内で、標準偏差がθＨＷＨＭより大きい（極大）最大輝度となる（局所的）極角内の空間変動を示すものではない。ここでθＨＷＨＭ≦２．５°、好ましくはθＨＷＨＭ≦１．５°、最も好ましくはθＨＷＨＭ≦０．５°である。
数式で表現すると、上述の制約は、以下のように定式化される。
Figure 0006129983
要約すると、上記の制約により、直接光方向３２から充分に離れた極角については、Ｌｄｉｒｅｃｔが相当に弱く、均一となる一方、直接光方向３２に近接した極角については、Ｌｄｉｒｅｃｔは方位座標に弱く依存し、同方向にピークを持つ、すなわち、任意の（ｘ，ｙ）∈Ａについてθ＝０、少なくとも実質的に円形の点４０が確実に現れることが、保障される。上述のように、これらの制約により、観察者３８は、２・θＨＷＨＭと同じかまたは同様の全幅角サイズ４２で、弱く均一な背景に囲まれた、明るく円形の点４０のみを見るようになることが保障される。
ある実施形態では、直接光源は、かなり明るい環境内で動作するときにも、背景が確実に暗く均一となるように構成される。すなわち、周辺光は、背景輝度レベルおよび均一性について、第１の放射面２８の形成を損なう程には、反射されたり、後方散乱されたりしない。実際に、第１の放射面２８は、発光するだけでなく、例えば拡散光発生器１０（その下流に位置する場合）からおよび／または周辺から受光する。例えば、人工照明装置２０が完全に白い部屋を照明する理想的な場合には、直接光源から発せられた全光束は、直接光源自体に戻ることになる。
上記要件は、換言すれば、直接光源１２がオフであるときに、拡散した外側の照明下で外観が暗く均一であるという、第１の放射面２８の要件である。特に、本実施形態では、直接光源１２は、第１の放射面２８の全反射（平均）係数がηｒ≦０．４、好ましくはηｒ≦０．２、より好ましくはηｒ≦０．１、さらに好ましくは、ηｒ≦０．０４となるように、構成されている。ここで、全反射係数ηｒは、試料の面が境界となった半球内の全角度で反射した光束と、同一の幾何学的空間的測定条件において完全反射拡散体で反射した光束との比として定義される。これは、例えば、サンプルに均一な照度（ｌｕｘ／ｍ）を提供するＤ６５標準光源による拡散照明下でなされる。
さらに別の実施形態では、方向３２から遠く離れた第１の放射面２８の外観が暗く均一であるという要件は、更に厳しくなっている。これは、絶対輝度値とその変動の両方に関わるため、反射光の上限が直接光により制限されることが要請されるためである。さらに正確には、本実施形態は、第１の放射面２８が、背景光について、受動光学素子としても、同じ特性を保つことを保障している。すなわち、かなり明るい環境内で動作する場合に、反射および拡散する光についても、保障されている。換言すると、直接光源１２は、放射円錐３０の外側での観測におけるあらゆる極角について、また、強い周辺光があるときにも、暗く均一な外観を保障している。
この要件は、換言すると、拡散光発生器１０が人工照明装置から取り外されて、直接光源１２がオフで、第１の放射面２８が第１の放射面２８に当たる外部の拡散光により照明され、オンになっているときに直接光源１２自体によって第１の放射面に当たる照度の平均に等しい一定の照度となる場合、外側の拡散光が、光放射面により反射または後方散乱され、あらゆる位置でＬｄｉｒｅｃｔより弱く、あらゆる角度で第１の放射面２８の少なくとも９０％となる、第１の放射面２８での反射率輝度プロファイルＬＲを生じるように、直接光源１２が構成されるべきということになる。ここで、ＬＲは、任意の１０ｍｍ径の空間円形領域内での振幅の標準偏差が、第１の放射面２８の少なくとも９０％内である対応するＬｄｉｒｅｃｔの標準偏差よりも小さくなっている。
数式におけるＬＲの「弱さ」および「均一性」についての上述の制約は、以下のように読み取ることができる。
Figure 0006129983
全ての（ｘ，ｙ）∈Ａ１０ｍｍ（Ｘ，Ｙ），全てのφ∈［０；２π［，および全てのθ∈［０，π］について
ここで、（Ｘ，Ｙ）∈Ａ９０％について、
Ａ９０％は、第１の放射面２８の全領域の９０％を占める部分を示し、この部分は単連結であってもそうでなくともよく、Ａ１０ｍｍは、Ａ内の（Ｘ，Ｙ）での１０ｍｍ径の任意の
Figure 0006129983
その他の実施形態では、第１の放射面２８での直接光源１２により発せられた光の狭いピーク３０の方向および幅における空間変動についての制約は、異なる形に定式化される。すなわち、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔは、第１の放射面２８の全体における最大値の局所方向の分布範囲が２°未満であることを示し、全ての方位角に亘るＬｄｉｒｅｃｔの局所平均極角プロファイルのＨＷＨＭの第１の放射面２８の全体における平均値が、５°未満である。数式により表現すると、これは以下のようになる。
Figure 0006129983
もちろん、輝度プロファイルの最大値の方向の分布は、放射対称ベクトル場とは異なるべきであるので、直接光内の物体により投射される影は、収束方向に揃わない。これは、図２８、図３０および図３１の装置の場合である。より正確には、直接光源により照明されて、方向３２に沿って互いに平行に配列された複数の長尺物は、有限距離で局所化された光源による照明に典型的な外側に放射対称に向く作用により特徴づけられるものではない、複数の影を、任意の平面に落とすように、直接光源は構成されている。この目的を達成するために、狭いピーク３０の方向の空間変動は、上述の制限内で発生し得るものであり、不規則またはランダムである。
直接光源１２と拡散光発生器１０とを、上述のいずれかの方法で組み合わせることにより、人工照明装置２０は、明るく、好ましくは、空を模して拡散光発生器１０から発せられる青みがかった背景を提供するとともに、直接光源１２から発せられて輝点４０となる光は、より暖かいＣＣＴとなる。第１の放射面２８の前を歩くと、太陽が実際の窓を横切るように、この点４０は面に沿って横切って行く。
特に、直接光源１２の直接光が観察者３８の両眼で一旦視認されると、観察者３８は、無限の距離に輝点４０を知覚する。実際に、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔの概略的特徴によると、図１に示すように、２つの網膜上に等しく位置したそれぞれの輝点を両眼が平行に知覚するようになっている。これは、装置２０が深い奥行き感を提供することを保障する条件である。Ｌｄｉｒｅｃｔがｘ，ｙおよびφから独立し、θ＞θ０について仮想的に０で、θ＜θ０について定数値をとる場合に、これらの条件は理想的に保障され、ここで、θ０は、例えば３°、より好ましくは１°、さらに好ましくは０．５°である。しかしながら、この理想的な領域とある程度の差異は、可能な制約の上述の例に示すように、明らかに許容可能である。許容される差異量は、視覚の不一致の不在または少なくとも有限距離で支配的な奥行き感をもたらす不一致の不在をもたらすように、上述の大きな（仮想的には無限の）奥行き感を保障する必要によって主として決定される。この条件は、可能な制約についての上記の例により保障される。
有限距離での直接光源の実像の視認性は、換言すれば、奥行き効果を妨げないようにある程度の制限内とされた輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔへの所定の寄与である。すなわち、Ｌｄｉｒｅｃｔに対する上述の理想的な制約が満たされた場合、直接光源１２は視認不能であり、可視の物体は輝点４０のみである。許容可能な差異を明瞭にするためには、角周波数は、眼の分解能、すなわち０．０７°により課される制限よりも大きくないという条件で、観察者３８は、色分布と同様、物体の輝度上の非常に弱い空間変動を容易に知覚するものと説明されることになる。これは、観察者３８の装置２０からの最短距離を１ｍと想定して、例えば、直接光源１２の空間変動は、約１ｍｍ未満のスケールで生じるとすれば許容可能であることを意味する。大きなスケールでのこのような変動の発生は、少なくともθ＞θ０について発生する場合、観察者の眼で容易に特定可能である。なお、ここで、視覚は飽和していない。
なお、最大値の１０％の背景輝度は、非常に高い数値であるが、ある条件下で許容可能となりうる。条件は、まさに日の出と日没における空および太陽の照明を再現するためのもので、すなわち、太陽の輝度が、空の輝度に対して、日中と同じようには高くない時である。
略述した制約のいずれかにて、これらの制約が図２８に示す設定を満たさないことは明らかである。これは、光源９０２は、Ｌｄｉｒｅｃｔの空間的均一性が、外側に放射対称に向く作用により特徴づけられる影を確実に妨げるように、パネル９０６から極めて離れたところに配置されるべきであるためである。さらに、図２９の設定は、ドーム集光器を伴うＬＥＤアレイを示し、制約を満たさない。これは、輝度のＨＷＨＭは、必要とされるよりも１オーダー大きいため、および結果としての輝度が、ＬＥＤアレイのピッチにより１ｍｍよりもかなり大きいスケール上で、ＨＷＨＭ円錐放射角について強い空間変動を示すためである。図２９の設定のＬＥＤが接続されていなければ、所望の仕様も得られないことに注目すべきである。例えば、ＴＩＲ光学集光器で、より一般的には、例えば、複合放物面集光器（ＣＰＣ）デバイス等、非結像光学の分野で用いられる標準的な集光器のうちの任意のものによる。実際に、所望の低い発散がかなり大きくなることが保障されるように、これらの光学素子がとるべき横寸法は、すなわち、現在入手可能な一般的照明ＬＥＤチップの最小寸法が約１ｍｍであることと、一般的ＬＥＤライトと光学素子との結合の必要について考慮する場合、数センチである。このことは、少なくとも光放射面に近接して、すなわち、光放射面から１ｍ離れた観察者について、例えば、観察者の眼は、光学素子の各々の内側の輝点４０を見る、すなわち、例えば、１°の完全な発散で１ｍの距離で輝点が２ｃｍなどのように、輝点の寸法は光学素子の寸法よりも小さいことを意味する。そこから（上記参照）短い距離のこのような低発散非結像光学素子を見ている観察者は、あらゆる円形の点の真像を知覚することができず、さらには、あらゆる無限遠焦点深度を経験することができない。これは、このような非結像光学素子により生じた輝度は、真に均一（すなわち、シフト不変）ではなく、方位角について不変でもないからである。結果として、両眼は２つの像を捉える。これらの像は、光学素子と接続された放射光源（例えばＬＥＤ）が円形であって一様でなくとも、（ｉ）が一般には円形ではない。両眼が異なる像を知覚するという事実は、平行方向に向いた両眼が従うべきものについては、非常に好ましくない。一方、この環境下で、両眼にとって真に等しく見えるものに、すなわち有限距離の光源物体に、両眼が焦点を合わせることははるかに容易である。このことにより、太陽の外観の丸みだけでなく、無限の奥行き感をも妨げる。
言及した考え方は、以下の制約がＬＥＤにより満たされる場合には、直接光源１２のさらに別の実施形態が図２９の文脈で解釈され得ることを示唆している。
（ｉ）放射方向に垂直な方向の各ＬＥＤ（レンズドームを含む）の大きさは、実質的に小さくなり得る。すなわち、３ｍｍ、好ましくは１ｍｍ、最も好ましくは０．５ｍｍにまで低減し得る。このことは、オンおよびオフの両モードにおいて、均一性の制約に従うことになる。
（ｉｉ）ＬＥＤ発光器の大きさ、すなわち蛍光体または色素帯の大きさ、すなわち、その線形寸法は、現在入手可能な最小の一般照明ＬＥＤについて通例約１ｍｍであり、これとドームレンズの焦点距離との比は、１°から５°の範囲の発散を保障するためには、約１／１０から１／５０となるべきである。例えば、１°の発散を考慮して、焦点距離を１ｍｍとし、ドーム径が、最大のスループットを保障するのに必要な焦点距離と同等になると想定して、ＬＥＤ発光器の寸法が、結局、２０μｍ未満となる。
（ｉｉｉ）さらに、各ＬＥＤ発光器および対応するドームは、微小な暗箱に実装されている。この暗箱は、ＬＥＤ発光器に帰る周辺光から離れたドームレンズを横切る周辺光を実質的に全て吸収する吸収体により被覆されるべきである。この場合、ＬＥＤマトリクスは、外部の光により照明された場合に暗くなり得る。さらに、レンズドームと組み合わされるＬＥＤ周辺から（例えば、ＬＥＤボードから）の散乱光を防ぐことになる。
（ｉｖ）ＬＥＤドームレンズは、周辺から戻る周辺光の反射を最小化するために、反射防止コーティングされ得る。
上記内容を要約すると、直接光源１２は、図５を参照して以下により詳細に説明する特別な構造のＬＥＤの２次元アレイを備えるものと解釈され得る。特に、各ＬＥＤ４４は、蛍光体および／または色素などを含む発光ダイオードなどの発光体４６と、コリメータとを備える。コリメータは、例えばドームレンズ４８であり、ドームは、発光体４６からドームの焦点距離と実質的に等しい距離４９をとって配置される。発光体４６は、方位座標から独立した輝度分布が得られやすくなるように、方向３２に垂直な平面内に円形の断面を有することが好ましい。ドーム４８における窓５２の上流側を通じて発光体４６が光を発し、下流端部にて光コリメートレンズ面５４が形成されており、窓以外のドームの全内面は、５６として示す微小暗箱を形成するように、光吸収体により被覆される。ここで述べたように、面５４には、反射防止コーティングが施されてもよく、発光体４６の発光帯の横寸法または幅、すなわち５８は、充分に小さくする必要があり、一方の幅５８と他方の長さ４９との比が１／１０未満となる必要があり、好ましくは１／２０未満、最も好ましくは１／５０未満となるとよい。さらに、ピッチ５０は、３ｍｍ未満となる必要があり、好ましくは１ｍｍ未満、最も好ましくは０．５ｍｍ未満になるとよい。上述のように、ＬＥＤ４４は、六角形状になるように密に充填され得る。ＬＥＤ４４のアレイは、第１の放射面２８と同じ面積を覆うことになる。
もちろん、図１の光放射デバイス／コリメータの対を、図５および図６に示すような個々のＬＥＤ素子４４に実装することは、必ずしも必要ではない。これは、以下の実施形態のために説明されている。
図７は、例えば、直接光源１２を、主要光６２を発するように構成された第１の光放射デバイス６０と、コリメートレンズ６４の形をとるコリメータとを備えるものとして示し、コリメータは、下流側に、第１の光放射デバイスから、直接光方向３２と一致する光軸６８に沿って焦点距離６６で配置されている。例えば、図２８の実施形態を特徴づけるＬＥＤドームレンズの場合のような標準的な照明デバイスとは異なり、本実施形態では、レンズ６４は、結像光学素子であってもよい。これは、所定の光学レイアウトパラメータ（系の開口数、レンズと放射デバイスとの距離、焦点距離と横寸法との比など）が、レンズに、第１の光放射デバイス６０の像を無限遠において確実に形成させ得るという意味においてである。
製造コストの削減、および構造的な小型化を図るために、コリメートレンズ６４は、フレネルレンズであってもよい。それにより、第１の光放射デバイス６０は、ＬＥＤとして実装され得る。
なお、図７の説明を参照し、光軸６８は、コリメートレンズ６４の光軸と一致してもよく、それとは斜行していてもよく、ここで、光軸６８は、コリメートレンズ６４の主平面（主平面が２つの場合、第１の光放射デバイス６０により近接して位置する面）とレンズ６４の光軸との交点６１を、第１の光放射デバイス６０の発光帯の重心とを結ぶ線により定義されている。フレネルレンズ６４の場合、フレネルレンズ６４は、第１の放射面２８と平行に配列されてもよく、以下に概要を示すように、面内にあってもよい。他のコリメートレンズ６４の場合、主平面について同様のことが適用され得る。いずれにせよ、レンズ６４の開口が、第１の放射面２８と同じ広さの領域を覆う。
第１の光放射デバイス６０は、無限遠に合焦した観察者の眼において輝点４０が円形状になるように、円形の開口を有してもよい。
図７にも示すように、図７の直接光源１２は、第１の光放射デバイス６０を格納する暗箱７０を形成するとともにコリメートレンズ６４が配置される開口を有する吸収体を、さらに備え得る。暗箱７０の内面７２は、可視光の吸収係数が７０％より高く、好ましくは９０％、より好ましくは９５％より高い光吸収材で、形成されている。これにより、反射率輝度角度プロファイルの制約に従う結果となる。
なお、図７は、多くの特徴についての説明に役立つものであり、それぞれの特徴に応じて変化する。例えば、コリメートレンズ６４の開口は、図７に示すように円形である必要はない。その代わりに、矩形、六角形、または他の多角形状でもよい。暗箱７０の形状およびその内面７２についても、上面がコリメートレンズ６４の開口に一致し、第１の光放射デバイス６０が円柱の底面の開口に統合されるか、または円柱内に位置する円柱形である必要はない。第１の光放射デバイス６０とコリメートレンズ６４の開口との間のあらゆる直接光の経路が、遮蔽されていない限り、任意の形状が有効である。例えば、内面７２は、図７に示す円柱と円錐台との間に亘りうる。この円錐台は、非凹状で、最小の体積を有し、一方の第１の光放射デバイス６０の発光帯と他方のコリメートレンズ６４の開口との間に延びる。
輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔに関する、既に略述した可能な制約を満たすために、一方のコリメートレンズ６４の焦点距離６６と第１の光放射デバイス６０の開口との比は、１０より大きくともよく、好ましくは４０より大きくともよい。焦点距離６６は、例えば、１０ｃｍより長くてもよく、好ましくは２０ｃｍより長くてもよい。コリメートレンズ６４の開口の面積は、例えば、８０ｃｍ２より広くてもよく、好ましくは３００ｃｍ２より広くてもよい。コリメートレンズ６４の下流側の面は、光放射面を形成し得る。
なお、図５から図７の実施形態に関して提示された値につき、例えば焦点距離と光出射開口との比に関してこれらの実施形態について提示された値は、輝度プロファイルに関して既に略述された制約に必ずしも完全に従う結果となる必要はない。むしろ、図５から図７の実施形態は、例えば、制約を満たすために、以下に述べる微小光学ビームホモジナイザ層の実施形態と組み合わされてもよい。したがって、図５から図７の実施形態は、直接光源１２の一部のみを形成してもよい。すなわち、プリコリメート光を生成するためのコリメート光源であり、プリコリメート光は、例えば、制限されたＨＷＨＭ角度発散（たとえば、２．５°未満のＨＷＨＭ角度発散）であるが、例えば、光ビーム角度プロファイルにおける第２のピークまたはスパイクとなる迷光のように、大きい角度では迷光の存在により特徴づけられる。
いずれにせよ、フレネルレンズ６４の典型的な寸法である約２０ｃｍ、およびレンズ６４と観察者との典型的な距離である約１．５ｍにつき、図７の構成は、コリメートレンズ６４の観察者について、第１の光放射デバイス６０の虚像の角度発散は、開口角未満という結果になるので、輝点４０の像、すなわち、第１の光放射デバイス６０の像が、コリメートレンズ６４の開口を超えて明るい点として確実に現れる。すなわち、太陽の像が、レンズ６４の開口よりも小さく現れ、レンズ６４自体は、眼と仮想的に遠方にある対象物４０との間にある透明な窓とみなされる。フレネルレンズをレンズ６４として用いる利点は、出力発散角低減を実現する技術的可能性である。例として、ＬＥＤとＴＩＲレンズとの組み合わせの典型的な発散角は、例えば、８°から１０°よりも大きいオーダーである。主要な制限の一つは、光学素子の焦点距離による。すなわち、ＴＩＲレンズでは、１ｃｍから５ｃｍオーダーまたはそれ未満である。フレネルレンズの場合、このようなレンズの焦点距離は、例えば、２０ｃｍから３０ｃｍのオーダーであり得る。このように、出力発散角は、第１の光放射デバイス６０の空間開口７４（ＬＥＤドームなどの一次光学素子を含むかまたは含まない）と上述の焦点距離６６との比により与えられる。第１の光放射デバイス６０の例としての１ｍｍから２ｍｍのＬＥＤおよび２０ｃｍから３０ｃｍの焦点距離について、発散は１°のオーダーまたはそれ未満である。
図７の構成のさらなる利点は、太陽像のピクセレーションがないことである。図２９の場合、最終的に観察者が遠方を見る最終設定に関し、出力発散は、ＬＥＤの光学素子の開口角より大きくなりがちであり、例えば、１ｍのオーダーまたはそれより長くなり、一次光学素子、すなわちドームの開口が１ｃｍのオーダーとなり、それにより、出力発散が８°から１０°であるのに対し、開口角が０．６°という結果となる。このことにより、様々なレンズ素子について像のピクセレーションが決まる。このようなピクセレーションは、眼が個々の素子を区別不能となる限界周期よりも明確に大きい角度周期を特徴づける。この事実は、コントラストに対する眼のさらなる感度とともに、無限遠光源の像の効果を妨げる。これは、観察者が実際に図２９の構造の個々のレンズ素子を実際に見えるようになることによる。このようなことは、図７の例では発生しない。
図８に示すように、第１の光放射デバイス６０とレンズ６４とのペアが、組み合わされて並列配置され、ペアのコリメートレンズ６４が、結合された連続的な平面を形成するように隣接してもい。１つのレンズ６４内の環状の線により図８に示すように、コリメートレンズ６４がフレネルレンズとして形成される場合、フレネルレンズのアレイは、プラスチックまたはガラスなどの単一の連続的な物体で、容易に形成され得る。図６の場合にあるように、光放射デバイス６０とコリメートレンズ６４とのペアは、ペアの２次元アレイに沿って六角形状に充填され得る。したがって、個々のコリメートレンズ６４の開口は、六角形状に形成され得る。素子６０およびレンズ６４の対の各々の光軸６８は、相互にかつ直接光方向３２に平行になるように配列され得る。レンズ６４の下流側の面は、第１の放射面２８を形成し、または少なくとも面２８と同じ面積になり得る。
すなわち、図８の場合、直接光源１２は、図７を参照して上述したように、輝点４０の円形の外観が得られるように円形の開口を備え得る第１の光放射デバイス６０の２次元アレイと、有利な形態としてフレネルレンズとして形成されたコリメートレンズ６４の２次元アレイとを備え、２次元アレイは互いに位置合わせされて、光軸６８が互いに平行かつ直接光方向３２に平行となっている。図７を参照して説明したように、レンズのアレイおよび第１の光放射デバイスのアレイは、互いに変位して、結果的に直接光方向３２となるように、レンズ６４の光軸が第１の光放射デバイスの位置からずれており、直接光方向は、レンズ６４の開口が配置されて分布する面に対して斜行している。
既に上述したように、各コリメートレンズ６４を、第１の光放射デバイス６０から、コリメートレンズ６４の焦点距離に対応するかまたは焦点距離のオーダーで、距離をとって配置することにより、既に定式化した発散の制約を低くすることができるようになる。各コリメートレンズ６４が、対応する単一の第１の光放射デバイスと結合されるため、第１の光放射デバイスのピッチは、図２９による構成と比較して、相当に大きくなっている。このことは、単位面積当たり同じルーメンとなるように、第１の光放射デバイス毎の光束を高める必要があることを意味している。すなわち、コリメートレンズ６４は、観察者の眼のレンズとともに、第１の光放射デバイスとその開口とを網膜上に形成する望遠鏡を形成する。このことが、各第１の光放射デバイスが、観察者の眼で円形の像を形成する、すなわち、輝点４０の丸みを形成するために、円形の開口を有すべき理由である。
これまでのところ、直接光源１２の実施形態は、いくつかのコリメートレンズの下流側に、直接光方向と一致した光軸に沿って配置されるべき実際の発光帯を示してきた。以下にさらに概説する実施形態は、直接光源１２が、端部照射型導光放射パネルを備えうることを示す。端部照射型導光放射パネルは、全反射により作用する導波パネルと、導波パネルの端部に結合した１つまたは複数の光源と、微小プリズムや微小レンズなどの複数の微小光学素子とを備え、微小光学素子は、導波パネルから直接光方向に光を抽出することに寄与する。このように、図５から図８の実施形態が、「背景照明発光体」と呼ばれることがあり、以下の図面を参照してさらに概説する実施形態は、「端部照射型導光放射パネル」と称する。
図９は、直接光源１２の例として端部照射型導光放射パネルの実施形態を示し、これによると、パネルは、光吸収層８２の形態の吸収体と光出射層８４との間に挟まれた楔形導光層８０を備えて、端部照射型導光放射パネルが全反射により導光し、光吸収層８２が楔形層８０よりも上流側に配置され、光出射層８４が、楔形導光層８０よりも下流側に配置される。ここで、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１、ｎ１は、楔形導光層８０の屈折率、ｎ２は光出射層８４の屈折率、ｎ３は光吸収層８２の屈折率である。レイヤ８０および８４については、これらはガラスまたは透明プラスチックからなる一方、光吸収層８２を実現するにはいくつかの可能性がある。楔形層８０が、１°未満の楔形の傾斜を特徴付けてもよい。図９に８６として示すように、光吸収層８２は、実際に、間隙９０を隔てて楔形導光層８０から分離した、光吸収パネル８８であってもよく、間隙は、例えば空気、真空、または低屈折率材で満たされ、その屈折率をｎ３として示す。他の可能性として、光吸収層８２をある種のコーティングで形成することがある。コーティングは、ｎ１未満かつｎ２未満となるように充分小さい屈折率ｎ３の材料から成る。光吸収層８２は、光吸収層８２に当たる可視光の少なくとも７０％、好ましくは９０％、最も好ましくは９５％を吸収し得る。
拡大部９２に示すように、光出射層８４は、楔形導光層８０と光出射層８４との境界面９６と交差して出射層の上（または外側）面１１８の法線に対して所定の角度で伝搬する光線９８の方向を変えるように、光出射層８４と楔形導光層８０との境界面９６にある複数の微小反射体９４を備え、この角度は、上記上面にて全反射の臨界角未満であり、ここで、上記上面は、出射層における楔形層から離れた側の面であり、微小反射体により反射した光は、光出射層外へと方向が変えられて、直接光方向へと伝搬する。
より正確には、図９は、全反射により楔形導光層８０内を導光方向１０６に沿って伝搬する光線を示す。すなわち、この方向は、楔形導光層８０が薄くなる勾配方向であり、点９７で境界面９６と交わり、ここで、境界面９６の法線に対する光線の角度は、全反射の臨界角よりもわずかに小さくなっている。このことにより、光の一部が、光線９８のように、境界面９６と交差し、境界面９６に対して小さな角度で導光方向１０６に沿って伝搬することが可能となる。微小反射体９４は、境界面９６から楔形導光層８０と反対の向きに突出し、上面１１８で反射した後に光線９８の反射が直接光方向３２を指すように配列された反射面１０２を有する。したがって、１０４として示すように、微小反射体９４は、一方向に一様に、すなわち、長手方向には、境界面９６内に勾配１０６の方向に垂直な方向９９に沿って形成され、それらの面１０２は、この導光方向１０よりも上流に向き、境界面９６の法線方向に近い直接光方向３２となるように、例えば、境界面に対して４０°から５０°に向けられている。特に、微小反射体は、例えば、光出射層８４の材料内の溝または空隙として形成されてもよく、この層８４の面には、楔形導光層８０との境界面９６が形成される。しかしながら、他の可能性も存在する。すなわち、図９の端部照射型導光放射パネルは、３層構造（ＴＬＳ）を備える。中心層８０は、楔形であり、屈折率ｎ１の透明材料から成る。下層は、屈折率ｎ３＜ｎ１を有し、最終的に層８４の上面１１８からＴＬＳ構造に入射する可視光を吸収するようになっている。例えば、周辺光または拡散光発生器１０により後方散乱した光を吸収する。上層８４は透明であり、屈折率ｎ２は、ｎ３＜ｎ２＜ｎ１を満たし、ＴＬＳから光を抽出する空隙微小プリズムなどの微小光学素子を備える。
図９の直接光源１２は、端面照射体１０８をさらに備え、この端面照射体は、その端部１１０からの光を導光方向１０６に楔形導光層８０へと結合させるように構成されている。端面照射体１０８は、反射集光器などの集光器１１２と、光源１１４の形態の第１の光放射デバイスとを備える。集光器１１２と光源１１４との組み合わせは、方向１０６および９９により規定された第１の面、ならびに導光方向１０６を含み面１１８と垂直な第２の面においてコリメートされる光を発する。第１の面でのコリメートは、第２の面よりも強い。このような集光素子は、図９に示すように、例えば、矩形の複合放物面集光器（ＣＰＣ）の形状をとり得るものであり、ＬＥＤ光源と結合された矩形入射開口ＩＮと、ライトガイド１１０の入射面に面した矩形出射開口ＯＵＴとを備え、４つの放物鏡面を備え、各面は、一次元的に屈曲して発生放物面を有し、いずれも、第１または第２の面内にあり、全ての発生放物面は、入射開口ＩＮの面内に焦点を有する。例えば、入射開口ＩＮは、第１の面の法線に沿って長尺の薄い矩形状に形成されている。光源１１４は、ＬＥＤなどの第１の光放射デバイス１１１の１次元アレイで形成され得るもので、同じことが集光器１１２にも当てはまり、これは、第１の光放射デバイス１１１と反射器などの集光器１１３との対の１次元アレイ１０９が、端面照射体１０８として利用可能という意味においてである。
なお、図９に示す実施形態の光学作用原理に関するものにつき、第２の面より強い第１の面でのコリメート作用は、面１１８に存在する光線が第３の面の同様の発散を特徴付け、第３の面での同様の発散を特徴付け、第３の面は方向３２および１０６を含み、第４の面は方向３２および９９を含む。実際に、ここに説明する光抽出機構は、光線が境界面９６に入射する面における光線の発散を実質的に減少させ得ものであるが、直交面においてではない。層８０および８４の組み合わせは、はコリメータとして作用し、上記の境界面９６へと光線が入射する面内の光線の発散を減少させるので、コリメート光学素子の作用が出射光線の発散を最小化するのに、さらに寄与する。コリメート光学素子１１２が、白色光などの一次光源１１４から発せられる光を、楔形導光層８０と結合させると、光線１００は、光吸収層８２に面した層８０の下面１１６と層８４に面した境界面９６に当たって全反射する。
値ｎ１／ｎ２は、一次光源１１４と集光器１１２との組み合わせによって決まる選択された入射光の発散についての結合を保障するのに充分に大きく選択されるべきである。
楔形導光層８０の楔構造により、光ビームの発散は、導光層８０内の伝搬導光方向１０６に沿った伝搬が増えるにつれて増加し、境界面９６と交差するときに、層８０から層８４への連続的な漏出をもたらす。すなわち、屈折率値を適切に選択すれば、すなわち、ｎ１／ｎ２＜ｎ１／ｎ３であれば、中心帯と下部帯との境界で漏出は発生しない。層８０と層８４との境界９６と交差する光は、境界面９６にほぼ平行な光出射層８４内を伝搬する。すなわち、例えば、境界面９６に対して５°未満のわずかなかすめ角をとる。この光は、層８０から離れた層８４の上面１１８に当たり、全反射してから、層８０と層８４との境界面９６と再び交差する。一方、光９８は、微小反射体９４の１つに当たるので、ＴＬＳ外へと方向３２に反射する。端面照射体１０８の方向を指す微小反射体８４の反射面は、これらの反射面１０２の法線方向が、界面９６に対して半分の角度に対応した角度を成し、その方向３２は、境界面９６とともに、さらに上述の光線９８のかすめ角をも加えて、その角度を囲むように、配置されている。換言すれば、角度は、所望の出力角方向３２に応じて選択される必要がある。実際に、微小反射体８４は、微小プリズムとして形成されてもよく、特に、これらのプリズムは、既に略述して１０４として図示した空隙プリズムとして形成されてもよい。空隙プリズムは、全反射にて光を反射させることになる。一方、微小反射体は、光出射層８４における鏡面コーティングされた刻み目であってもよい。全ての微小反射体９４は、互いに平行に配置され、出射方向３２が一定になるように同じ頂角を有し得る。
微小反射体９４の単位面積当たりの寸法および数、すなわち密度は、輝度の均一性を最適化するため、すなわち、既に略述した輝度の均一性の要件に従うため、ＴＳＬ全体に亘って、すなわち導光方向１０６に沿って変化する。
第３の面における表面１１８から出射する光線の発散は、一方の第２の面における端面照射体１０８の入力の発散および他方の楔形勾配が減少するにつれて、減少する。例えば、ｎ１／ｎ２＝１．００７６については、約１４°の内部モードに対応したライトガイド８０となる。０．５°の楔形勾配については、上述の第３の面における方向３２にＴＬＳを出射する光の出力の発散は、約２．２５°ＨＷＨＭである。一方、１．００１＜ｎ１／ｎ２＜１．１で、例えば真となり得る。図９に示す実施形態について、直交面、すなわち第４の面における出力の発散は、第１の面における入力の発散と基本的に同じである。すなわち、既述の２つの直交面における出力の発散は、互いに独立しており、出力角スペクトルまたは輝度角度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔは、方向３２に矩形のピークを示しやすい。矩形スペクトルは、第１および第２の面の入力の発散の比を適切に選択することにより得られる。光源の像の外観における所望の丸み、すなわち、輝点４０の丸い外観は、以下に説明するように、図９に示すＴＬＳの下流側に「Ｌｅｅフィルタ２５３Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ Ｆｏｒｓｔ」または「Ｌｅｅフィルタ７５０ Ｄｕｒｈａｍ Ｆｒｏｓｔ」などの小角度白色光拡散体（ｌｏｗ−ａｎｇｌｅ ｗｈｉｔｅ−ｌｉｇｈｔ ｄｉｆｆｕｓｅｒ）を追加することにより得られる。既知のように、小角度白色光拡散体は、所定の応答関数で照射光の角スペクトルのたたみ込みを実行することにより作用する拡散体であり、ここでは、ある方向（例えば、小角度白色光拡散体の表面の法線）のまわりに対称となり、ＨＷＨＭ発散が１０°未満であり、好ましくは５°、より好ましくは２°である。
また、第２の面よりも強い第１の面のコリメート作用を得る目的において、端面照射体１０８の利用の代替となる解決策は、図６に説明したものと同様のＬＥＤのアレイを用いるが、方向４９を含む２つの直交面において２つの異なる発散値をもたらすように構成することによっても得られる。例えば、２つの面における２．２５°および２０°のＨＷＨＭ発散は、大きさが０．３１・２．８ｍｍ２の矩形ＬＥＤ発光器４６と、焦点距離４９が約４ｍｍのレンズドームとを用いることにより得られる。
ＴＬＳの光吸収層８２が光を吸収することにより、直接光源１２がオフの際に外観が黒くなることが保障されるので、反射率輝度プロファイルに関して既に略述した制約、すなわち、出射円錐外の輝度値が低いという制約を満たす。実際に、光吸収層と層８０との境界面は、導光層８０内で導かれた光についてのみ、鏡面として作用するが、ＴＬＳ外から到来した光、すなわち外部から直接光源１２の光放射面に入射する上述の拡散光などについては、仮想的に透明である。そして、このような光は、例えば、光吸収パネル８８により吸収される。
図１０は、端部照射型導光放射の形態の直接光源１２の他の実装例を示す。ここで、端部照射型導光放射パネルは、光吸収層１２２として形成された吸収体と光出射層１２４とに挟まれた導光層１２０を備え、光吸収層１２２は、導光層１２０の上流側に配置され、光出射層１２４は、導光層１２０の下流側に配置される。層１２０、１２２および１２４の可能な実装例に関して、図９の説明を参照する。ただし、層１２０から１２４の屈折率を選択するには、より高い自由度がある。特に、ｎ３＜ｎ１およびｎ２＜ｎ１は、ｎ１が導光層１２０の屈折率、ｎ２が光出射層１２４の屈折率、ｎ３が光吸収層１２２の屈折率で充分であり、図９の層８２について説明したように、透明な間隙を備える。導光層１２０は、光が層１２０および１２４の境界面１３４の法線に対して所定の角度で、導光層１２０内を光出射層１２４へ向けて導かれるように向きを変えるために、光吸収層１２２と導光層１２０との境界面１２８に、複数の微小反射体１２６を備え、その角度は、層１２０内を導かれる光の全反射の臨界角未満である。各微小反射体１２６は、導光層１２０から離れた側の光出射層１２４の外側面１３２上に形成されたレンズ１３０の焦点に配置されている。このように、微小反射体１２６とレンズ１３０アレイとの組み合わせは、コリメータを構成して、出力光の分散を低下させる。
図９の実施形態の他に、図１０の端部照射型導光放射パネルの構成は、矩形の導光層１２０に基づく。すなわち、導光層１２０は、層１２２および１２４とそれぞれ平行な境界面を有する。すなわち、境界面１２８と光吸収層１２２、および境界面１３４と光出射層１２４である。微小反射体１２６と、光出射層１２４の外側面に形成されたコリメートレンズとは、境界面１２８と外側面１３２とにそれぞれ沿って、２次元的に分布し、相互に位置決めされ、各微小反射体１２６およびそれぞれのコリメートレンズ１３０を通って延びる光軸１３５は、相互におよび直接光方向３２と平行になる。さらに、端面照射体１０８は、光を導光層１２０の端部１３６に結合し、ここで、図１０に示すように、この端面照射体１０８は、第１の光放射デバイス１３８と、端部１３６に沿って１次元的に延びる対応する集光器１４０とのペアの１次元アレイによっても構成され得る。これは図９に示したとおりである。
すなわち、各微小反射体１２６は、コリメートレンズ１３０のうちの対応する１つに面し、両者は、互いに焦点距離をとって配置される。微小反射体１２６は、楕円鏡面を有し、この面は、光を反射して、中心伝搬方向１４２（すなわち、ライトガイドが照明される方向）に沿った導光層１２０に結合した光を、方向３２、すなわち、光軸１３５に沿って反射するように配置される。特に、微小反射体１２６の形状は、境界面１２８から突出した円柱形状であってもよく、既述の鏡角で切られており、この角度は、すなわち、方向３２と直交する平面上に突出したときに、円形の断面とするのに必要な角度である。この環境により、円形の出力角スペクトルが保障されて、これにより円形の光源または輝点４０の外観が保障される。レンズの焦点距離と、方向３２と直交する既述の面内で測定された反射体の大きさ／幅との比は、出力ＦＷＨＭ角スペクトルまたは輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔを規定するので、例えば、所望の分散に応じて、１０から１００の範囲の値を有し、この幅は、例えば、面１３４と垂直の方向３２について図１０にて１４４と示すものである。例えば、反射体１２６の直径１４４が１００ミクロンで、レンズの焦点距離１４６が３ｍｍであり、ここで、焦点距離は、屈折層１２０および１２４内で規定されて、面１３２の下流側の分散ＨＷＨＭが約１．５°となり、ここで、層１２０および１２４の屈折率が、約１．５の値を有するものと想定され、空気中の伝搬が下流側の層１２４と想定されている。レンズ１３０の大きさは、微小反射体で反射した光を補足する必要性によって決まる。例えば、焦点距離１４６と内部ライトガイドモードの半分散の正接の２倍との積の１．５倍とすることができ、これは、レンズ径１４８が、２×１０°の内部分散モードと結合したライトガイドの焦点距離の半分のオーダーであることを意味している。横分布または反射体／レンズ−カプラ対の２次元分布の密度は、いくつかのレンズ径の領域に亘って平均化された輝度の均一性を最大化するために、調整されるべきである。レンズ１３０は、導光層１２０との平坦な境界面１３４を特徴付けるとともに屈折率の低い層１２４の材料上に形成され得る。この際、レンズ１３０は、ライトガイド１２０と干渉せず、第１の放射面２８から方向３２に出射するように微小反射体１２６で反射した光についてのみ作用する。
図１１は、直接光源１２を形成するその他の可能性の概略を示す。その場合、発光体を備えるとともに図１１で１５０として示す第１の光放射デバイスと集光器との組み合わせなどの一次光源は、直接光源の第１の光放射デバイス２８を、ミラー系１５６を介して照射する。図１１の場合、ミラー系は、１つのミラー１５２のみから成る。光源１５０とミラー系１５６とは、光源１５０により発せられた光線１５４がミラー系１５６によりコリメートされ、上述の制約のいずれかに従って第１の放射面２８から輝度角度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔで直接光方向３２に出射するように、このようにコリメートされて第１の放射面２８の後面に当たる。この目的を達成するために、ミラー系１５６は、例えば、ミラー１５２のように凹状に屈曲したミラーを備える。換言すれば、一次光源１５０は、ミラー系１５６の焦平面に位置し、一次光源１５０を出射した光のためのコリメータとして作用することになり、一次光源１５０の開口を、方向３２に第１の放射面２８を通じて無限遠に結像する。反射率輝度角度プロファイルＬＲについて上記のように特定された制約に従うために、光源１５０およびミラー系１５０は、吸収体内に格納される。吸収体は、暗箱１５８の形状をとり、暗箱の内面に沿って光吸収材で完全に被覆され、第１の放射面２８を形成する窓を備える。好ましくは、ミラー系１５０は、第１の放射面２８から暗箱１５８内部へと光が出射してミラー系１５６のミラー１５２に当たることがないように構成され、ミラー系は、光源１５０から第１の放射面２８へと導く光路１６０に沿って最も下流側に配置され、光がこのミラー系１５６で反射して第１の放射面２８に戻ることがないように構成される。
なお、図５から図１０を参照して提示した直接光源の例は、図１１の実施形態よりもコンパクトであり、より容易に実装され、一方の直接光方向３２と他方の第１の放射面２８の法線方向との角度が、例えば、１０°未満またはさらに５°未満となっているという点で有利である。
既に略述した直接光源の実施形態のいくつかは、第１の放射面２８の全体に亘って強い空間輝度変調にさらされ得る。例えば、図７および図８の実施形態の場合、各コリメートレンズ６４に亘る光の照度は、このような空間変調により特徴づけられる。その空間変調は、例えば、レンズの開口の中央において、各レンズ６４の縁よりも数倍強い。しかしながら、これは、図８に示した実施形態では、照度周期変調となり、これは、レイリー様拡散体を拡散光発生器１０として用いる場合の問題である。この拡散体は、光放射面で直接光源により発せられた直接光の一部を、波長についての拡散効率のレイリー様の依存性を伴って拡散することにより、拡散光を発する。すなわち、拡散効率は、可視領域では、短波長において長波長よりも強い。このような場合、コリメートレンズ６４の既述の照度周期変調は、拡散光発生器１０により発せられた拡散光の高いＣＣＴ背景の周期輝度変調へと、自動的に変換される。これは、周期輝度変調の極めて高い視覚感度によるものである。このような効果は、自然照明の品質にとって有害である。
この問題に対する第１の解決法は、格天井構造を外側放射面３７の下流側に加えることであり、この構造は、例えば、図８の実施形態の場合のコリメートレンズ６４と同じピッチを有する、又はコリメートレンズ６４のピッチの整数倍又は単位分数であるピッチを有する。
例えば、格天井構造は、壁面によって分割された隙間容量によって形成されたセルのネットワークを備えており、前記壁面は、僅かな全透過率を有し、外側放射面３７の平面及び出力ファセットＦ＿ＯＵＴに平行な平面にあり、Ｆ＿ＩＮ及びＦ＿ＯＵＴは、同じ形状を有していても有していなくてもよく、Ｆ＿ＯＵＴの重心は方向３２に沿ってＦ＿ＯＵＴ上のＦ＿ＩＮの重心の投射に対してずれている可能性があり、Ｆ＿ＩＮが、方向３２に沿ってＦ＿ＩＮを含む平面上でレンズ６４及びレンズ６４の開口部の投射内に内接されているという意味では、各セルはレンズ６４に面している。
例えば、図１２を参照すると、さらなる詳細が図８の直接光源１２を使用して以下説明されるレイリー拡散パネルとして例示的に具体化された拡散光発生器１０の下流側に位置決めされたこのような格天井構造１７０を示している。図１２から分かるように、格天井構造１７０は、コリメートレンズ６４及び対応する第１の光放射デバイス（図１２には図示せず）が、図１２の場合に拡散光発生器１０とコリメートレンズ６４の平面の間に延びる放射面２８に沿って分散されている周期性１７４と同一の第１の同期性１７２を有する。明確にするため、図１２に図示した実施形態では、拡散光発生器１０は、第１の放射面２８の下流側に位置決めされ、したがって、外側放射面２７を構成する。普通、格天井構造１７０の存在は、この場合に限ることを意図するものではないが、第１の放射面２８が拡散光発生器１０の下流側に位置決めされ、外側放射面３７を構成する場合、又は拡散光発生器１０の第１の放射面２８及び第２の放射面３４は適合して、外側放射面３７を形成する場合にも当てはまる。
さらに、直接光方向３２は、観察者がコリメートレンズ６４の輝度変調に起因する輝度周期性を実現することから目をそらせる影響を大きくするために考慮することができる。例えば、格天井構造１７０の壁面又は側面は、外側放射面３７に垂直に配向することができ、直接光方向３２は外側放射面３７の法線と平行な方向に対して傾斜又は斜めになっている。さらに一般的には、直接光方向３２は、格天井構造の外側面の９０％より大きく傾斜又は斜めになっている。このように、観察者は、格天井構造１７０の交互に照明される（低ＣＣＴ）側面（図１２では白く示されている）、及び格天井構造１７０の陰影の付いた（高ＣＣＴ）側面（図１２では斜線で示されている）を見る。この設定は、強い強度及び色輝度空間変調を作り出し、自然な効果と完全に準拠しており、コリメートレンズ６４の不均一な照明によって生じる輝度変調を支配する。しかし、格天井構造１７０の壁面の外面を傾斜させることによっても同じ効果を得ることができる。例えば、格天井構造の外面は、直接光方向３２に沿った投射では、格天井構造１７０の外面の少なくとも３０％は対面しており、格天井構造１７０の外面の少なくとも３０％が防止されるように配向させることができる。後者の環境は、光放射面の法線方向に平行であるように直接光方向３２を配置することによってさらに可能になる。
図１２は、図８による直接光源１２に対する実施形態に関する格天井構造を示しているが、格天井構造は次に説明するものを含む直接光源１２のあらゆる実施形態と組み合わせることが可能であることを説明すべきである。さらに、周期性１７４などの周期性はまた、直接光源に対する他の実施形態でも起こる可能性があり、したがって、周期性依存はまた、任意でこのような他の実施形態に当てはめることができる。さらに別の実施形態では、周期性依存は、周期性１７２は、周期性１７４の整数倍又は単位分数であるように選択することができる。
格天井構造をより詳細に明確にするために、図１３を参照する。図１３は、図１２に示した実施形態に言及しており、拡散光発生器の第２の放射面３４は、外側放射面３７を構成している。拡散光発生器１０はまた、以下により詳細に概略を説明するレイリー拡散体であると考えられる。特に、格天井構造１７０は、コリメートレンズ６４の非均一照明による人工空の強度変調の問題を解消する。実際、非均一照明により、レンズ６４自体の空間的寸法に沿った非均一出力光強度が決まる。したがって、拡散体パネル１０に衝突する非均一光により、拡散青色光内の一連のより明るい及び暗い領域、すなわち「空」内のより明るい及び暗いゾーンが決まる。さらに、拡散体パネルに加えて（図８の例示的な場合では）コリメートレンズのアレイにより、このような強度変調の周期性が決まり、観察者の目によって容易に見分けられる。格天井構造１７０は、個別のレンズ６４に重なる（その第２の放射面３４は、この場合、外側放射面３７を構成する）拡散体パネル１０の個別のゾーンの間に延びる一連のバリアからなり、外側放射面３７の外側に延びる、すなわち、そこから突起する。人工太陽からのより低いＣＣＴを有するコリメート直接光成分の方向、すなわち方向３２は、外側放射面３７と垂直な方向に対して傾斜させることができるので、このような直接光成分は、バリア構造１７０の側面の半分だけを照明することしかできない。天井を見る場合、観察者は空と各バリア１７０の一部を見る。より詳細には、観察者は空照明の各高ＣＣＴゾーンの間で、「白色」バリアと呼ぶことができる直接照明によって照らされ、したがってより低いＣＣＴを備えたバリア１７０の一部、又は陰影ゾーンに入る（したがって、「暗い」バリアと呼ぶことができる拡散高ＣＣＴ成分によって部分的に照明される）バリアの一部を見る。両方の場合とも、バリアの輝度は、空の平均輝度とは非常に異なり、「白色」の場合にははるかに高く、「暗い」場合にははるかに低い。空ゾーンと非常に異なる輝度を有するバリアの間のこのような交代は、人工空の変調をマスキングするのに有用である。というのは、空から「白色」へ、又は空から「暗い」への変調は、上に例示したような意図しない輝度変調から生じる、空自体の内部変調よりもはるかに強いからである。このような空変調はその後、大きく減衰するように見える。格天井構造１７０はその後、観察者と明らかに均一な空の間の「白色」及び「暗い」グリッドとして見える。
図１２及び１３に関して、本明細書において使用される限り「格天井構造」という用語は、光放射面が水平に配置されて、例えば、部屋の天井に人工照明デバイスを形成する場合にこれらの実施形態を限るものと理解すべきではない。むしろ、この用語は単に、構造１７０を構造的に説明するものと理解されたい。
最後に、格天井構造１７０は、拡散光発生器１０としてのレイリー拡散体との直接光源１２の組合せに関してだけでなく、拡散光発生器１０が、その実施形態を以下により詳細に説明する拡散光源からなる他の実施形態に関しても有利であることに留意されたい。また、構造１７０は、あらゆる他の源１２と組み合わせることができ、また、構造１７０が外側放射面３７の下流側に位置決めされている限り、拡散光発生器１０が第１の放射面２８に対して上流側に位置決めされている場合にもそうである。
図７及び８の実施形態に関して、ちょうど説明した問題、すなわちコリメートレンズの開口部にわたる一定でない照明に関する問題を、その開口部にわたってコリメートレンズ６４の均一照明を行なうために、第１の光放射デバイスとコリメートレンズ６４の間で第１の光放射デバイス６０の下流側に、好ましくは第１の光放射デバイス６０のより近くに配置された、自由形状レンズなどの主要レンズの使用によって対処することもできる。他の意味では、自由形状レンズは、コリメートレンズの上で主要光の輝度分布を平坦にするように構成されている。
例示的には、図１４Ａは、光軸６８に沿って第１の光放射デバイス６０とそのコリメートレンズ６４の間に位置決めされた自由形状レンズ１８０を示している。自然に、このような自由形状レンズ１８０はまた、各対の第１の光放射デバイス６０とコリメートレンズ６４に対して、図８の実施形態で使用することができる。
自由形状レンズの問題をよりよく理解するために、図１５を参照する。均一照明の要件により、図１２及び１３に関して上で既に説明したように、均一な空外観により人工照明デバイスの最終知覚が良くなる。しかし、一方の第１の光放射デバイス６０ともう一方のコリメートレンズ６４の間の光の伝搬により、レンズ６４の入力面（開口部）上の輝度分布は一般的に非均一である。さらに、光の損失を最小限にするために、レンズ６４の入力面での光分布のさらなる要件は、輝度がレンズ６４の開口部の領域の外側で急速に小さくなることである。
第２の重要な点は、観察者の目に源６０が視覚的に現れることである。人工「太陽」の円形画像が得られるので、第１の光放射デバイス６０の円形外観が必要である。
自由形状レンズは、前の要件の１つ或いはほとんどを達成することができる。より詳細には、均一な照明の要件は、図１５の左手側に示されるように、放射の外側領域に向かって低い伝搬角度で軸方向周りに伝搬する光の方向を変える光学素子を使用することによって対処することができる。
特定の伝搬距離の後、このような強度プロファイルにより、ターゲット上の十分な均一性が達成される。
特定の実施形態では、自由形状レンズ１８０は、自由形状レンズ１８０がレンズ６４を通して観察者の目によって画像化される場合に、丸い光源の視覚的外観を容易にするために、円の形状を特徴とする。
最後に、自由形状レンズと異なる光学成分を前の要件に使用することもできる。例えば、反射複合放物面集光器ＣＰＣを使用して、レンズ６４上に均一の照明を得ることができる。自由形状レンズの場合と同様に、このようなＣＰＣ要素の出力開口部は、ＣＰＣの出力開口部がレンズ６４を通して観察者の目によって画像化される場合に、丸い光源の視覚的外観を容易にするために、円形であってもよい。完全性のために、図１４ｂは、第１の光放射デバイス６０の前、すなわち下流側でこのような反射ＣＰＣ１８２を使用することの代替形態を示している。
図１４Ａ、図１４Ｂ及び１５に示す実施形態の場合、第１の光放射デバイス６０の幅７４、及び第１の光放射デバイス６０とレンズ６４の間の距離６６は、自由形状レンズ１８０又はＣＰＣ１８２の存在により、構成の差を説明するために修正される。
特に、図１４Ａ、図１４Ｂ及び１５の実施形態はまた、図８の実施形態と組み合わせることができる。さらに、図１４Ａ、図１４Ｂ及び１５の実施形態はまた、図１２及び１３の実施形態と組み合わせることができる。
これまで提供した直接光源１２に対する実施形態は、いくつかの場合では、例えば、散乱問題などによる上記輝度角度プロファイル制約を達成する際の小さな問題を示している。以下にさらに概略を説明する実施形態によると、これらの問題は、直接光源１２に対する上記実施形態が、コリメート光源１９０の下流側、及び拡散光発生器１０の上流側に位置決めされた微小光学ビームホモジナイザ層１９２が、ビームホモジナイザ層１９２と拡散光発生器１０の間に位置決めされている、又は拡散光発生器１０の下流側に位置決めされた第１の放射面２８と共に、事前コリメート光を発生させるコリメート光源１９０として使用される点において、次に説明する微小光学ビームホモジナイザ層のいずれかで、直接光源１２に対して概略を説明した実施形態、すなわち図５から１１、１４ａ、ｂ及び１５に関して記載したもののいずれかを使用することによって対処される。そのように位置決めされた微小光学ビームホモジナイザ層１９２は、コリメート光源１９０から前記ホモジナイザ層１９２に衝突する迷光の存在によって特徴付けられる第１のコリメートビームを、第１のコリメートビームの発散と同じ又はそれより大きい分散を備え、迷光の影響を受けない第２のコリメートビームに変換する。このような第２のコリメートビームはしたがって、図１６に示すように、拡散光発生器１０に向かって第１の放射面２８を出る。異なる実施形態では、第１の放射面２８は、拡散光発生器１０の第２の放射面３４の下流側に位置決めされる、又はこれと一致し、したがって、ビームホモジナイザ層１９２から出る第２のコリメートビームは、第１の放射面２８に向かって拡散光発生器１０の上に衝突する。
説明したばかりの迷光は、例えば、コリメートレンズ６４を具体化するために、フレネルレンズを使用した場合に、いくつかのフレネルレンズの非理想的挙動から生じる可能性がある。このようなフレネルレンズ６４の溝先端からの散乱、多数の内部反射などにより、第１の光放射デバイス６０によって照らされたフレネルレンズ６４は、狭いピーク３０からゼロには到達しない輝度プロファイルを有する可能性がある。これに対して、完全に暗い又は均一な背景が必要である、図７及び８の実施形態では、最後にフレネルレンズ６４をはっきり視覚可能で明るい物体にする、角度及び位置の両方でも構造化された残りのプロファイルによって特徴付けることができる。このような問題はまた、それぞれ今までのところ説明した、直接光源及びコリメート光源１９０に対する他の実施形態に関して起こることもある。
このような輝度背景が、その不均一性、及び拡散光発生器１０の透明度により、低い、例えば、ピーク輝度値の１％低いとしても、このような輝度背景は視覚可能であり、したがって、自然の空の質を損なう可能性がある。このような問題を解決するため、微小光学ビームホモジナイザ層１９２を使用することができ、それに対する特定の実施形態を以下にさらに説明する。
微小光学ビームホモジナイザ層１９２の第１の実施形態を、図１７Ａ〜図１７Ｃを参照して説明する。図１７Ａ〜図１７Ｃは、コリメート光源１９０に対する例として、第１の光放射デバイス６０及びフレネルレンズ６４などの光放射器及びコリメータの組合せを例示的に示しているが、前のパラグラフで既に説明したように、図１７Ａ〜図１７Ｃに例示されたビームホモジナイザ層１９２は、コリメート光源１９０及びビームホモジナイザ層１９２の組合せからなる直接光源１２に対する別の実施形態につながるために、上記までに記載した直接光源１２に対する実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
図１７Ａ〜図１７Ｃの微小光学ビームホモジナイザ層１９２は、２次元アレイの微小レンズ１９４、及び各微小レンズ１９４はそれに関連するピンホール１９６を有するように、２次元アレイの微小レンズ１９４の下流側に位置決めされ、延びている２次元アレイのピンホール１９６によって穿孔された吸収層２０２として成形された吸収体を備えている。図１７Ａの実施形態は例示的に、直接光方向３２が２次元アレイの微小レンズ１９４を含む平面と垂直である場合のことに言及している。各ピンホール１９６は、それぞれの微小レンズの焦点長さ１９８に対応するそれぞれの微小レンズ１９４に対する長さで、直接光方向３２と一致する方向に位置決めされている。以下により詳細に設定した理由により、微小レンズ１９４は、直径Ｄｍを有する円形開口部を有することが好ましい。直径Ｄｍは、５ｍｍ未満であることが好ましく、３ｍｍ未満であることがさらに好ましく、１．５ｍｍ未満であることがより好ましい。微小レンズ１９４は、できるだけ密接に、すなわち可能な最も高い密度で２次元アレイに一緒に固められていることが好ましく、したがって、コリメート光源１９０として図７及び８の実施形態のいずれかにより、１つのコリメートレンズ６４に面する微小レンズ１９４の数は、図１７Ａ〜図１７Ｃに例示的に示したものより高い可能性が極めて高い。例えば、微小レンズ１９４及びピンホール１９６がそれぞれ２次元アレイ内に配置されているピッチは、直径Ｄｍに等しい、又は少なくとも１．５×Ｄｍ未満であってもよい。
さらに、微小レンズ１９４の焦点長さｆｍ１９８は、Ｄｍ／ｆｍ＜２・ｔａｎ（７．５°）、好ましくは＜２・ｔａｎ（５°）、最も好ましくは＜２・ｔａｎ（２．５°）に従うように選択することができる。例示的に円形である可能性があるピンホール１９６の直径は、コリメート光源１９０からビームホモジナイザ層１９２に衝突するコリメート光のＨＷＨＭ発散θＩＮにしたがって選択される、例えば、ｄｍはｄｍ≧２ｆｔａｎ（θＩＮ）に従うことがある。
これらの制約を使用して、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔへの上記制約は、図１７Ａ〜図１７Ｃの実施形態により、第１の放射面２８を形成するビームホモジナイザ層１９２の下流側で達成することができる。異なる実施形態では、以下に説明するように、第１の放射面２８は、ビームホモジナイザ層１９２の下流側に位置決めすることができ、それによって、輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔへの制約は、この表面でのみ達成される。非円形であるピンホール１９６の形状の場合、ｄｍは、ピンホール１９６と同じ面積を有する円の直径を示すことがある。
また、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、微小光学ビームホモジナイザ層１９２はさらに、隣り合った対の微小レンズ１９４及びピンホール１９６の間のクロストークを小さくするように構成されたチャネル分離構造２００として成形された吸収体を備えることができる。特に、チャネル分離構造２００は、微小レンズ１９４の１つがそれぞれの管の上流側に位置決めされ、ピンホール１９６の１つがその下流側に位置決めされた方向３２に沿ってそれぞれ延びる管によって形成することができる。有利には、チャネル分離構造２００は、可視領域で光を吸収し、チャネル分離構造２００の上に衝突する光に対して、例えば、７０％、好ましくは９０％、より好ましくは９５％より高い吸収度を可視で有する。チャネル分離構造２００はまた、図１７Ｂに示すように、微小レンズ１９４の間の空間２０４を埋めることができる。
ビームホモジナイザ層１９２の実施形態はしたがって、一連のピンホール１９６を備えたこれらのレンズ１９４の焦点面に置かれた吸収マスク２０２の後に、コリメート光源１９０から放射される入射コリメート光前面に面するレンズ１９４の層の使用を利用する。各ピンホール１９６の中心又はちょうど中心は、方向３２の下でレンズアレイのレンズ１９４の中心又はちょうど中心に対応する、すなわち、レンズ１９４及びピンホール１９６アレイは、互いに対して見当合わせされている。この構成により、出力角度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔは、レンズ１９４の開口部と同じ形状を特徴とするフラットトップ分布を示す、すなわち、四角形タイプのレンズ開口が使用された場合には四角形フラットトップであり、六角形開口部がレンズ１９４に対して使用された場合には六角形である。観察者の目内にスポット４０の円形画像を有するために、したがって、円形開口部を備えたレンズ１９４を有する必要がある。開口部間の空間、すなわち空間２０４は、吸収層で黒くなっているなど、光吸収であるべきである。出力ビームの例えば、θＨＷＨＭによって測定したような発散は、θＨＷＨＭ≒ａｒｃｔａｎ（Ｄｍ／（２ｆｍ））などの、レンズ１９４の焦点長さｆｍ及び全直径Ｄｍに関連している。
コリメート光源１９０からレンズ１９４のアレイに衝突するビームの発散は、フラットトップ分布のブレを案内し、したがって、円形画像の鮮明な位数を円滑にすることによって、出力発散θＨＷＨＭに影響を与える。ピンホール１９６の直径はまた、出力角度分布Ｌｄｉｒｅｃｔの鮮明さに影響を与える。より小さいピンホール１９６は、より鮮明な画像を暗示するが、レンズ１９４のアレイの前の共に比較的大きい発散を備えたより小さいピンホール１９６はまた、吸収マスク２０２でのより高い損失を意味する。
図１７Ａ〜図１７Ｃのビームホモジナイザ層１９２は、最後の層、すなわちビームホモジナイザの下流端部に配置されたものが、観察者の目に対してレンズ１９４のアレイの存在をマスキングする、２次元アレイのピンホールによって穿孔された黒い（吸収）層である。したがって、図１７Ａ〜図１７Ｃの実施形態は、反射輝度を最小限に抑える、すなわち、デバイスがオフの場合に直接光源１２の黒い外観を保証する目的に関して最適の性能を保証する。
しかし、伝達及び吸収ゾーンの変更によるピンホール層２０２に関連する画像のピクセル化を避けるためには、低角度白色光拡散体２３０は、ピンホール１９６の画像をぼかし、第１の放射面２８とその後一致する低角度白色光拡散体２３０平面で均一な輝度を保証するように、以下に記載するように、ピンホール層２０２の下流側に位置決めすることができる。輝度プロファイルの狭いピーク３０内の余分なブレを防ぐために、白色光拡散体２３０は、ＨＷＨＭ応答関数≦１０°、好ましくは≦５°、より好ましくは≦２°をとる。輝度均一を保証するために、白色光拡散体２３０は、ピンホール層２０２の平面から十分離れて、例えば、ｆｍから１から３倍の距離に置かれる。しかし、白色光拡散体２３０の使用は常に必要ではない、例えば、観察者は大きな距離（例えば、３〜５ｍの距離）からの照明デバイスを観察することになっている場合に必要ないことがあり、レンズ１９４の直径Ｄｍが観察の予測距離に対して十分小さく、例えば、１ｍｍ未満、好ましくは０．５ｍｍ未満をとる場合に必要ない。
レンズ１９４のアレイ、及びピンホール１９６のアレイを見当合わせする問題が、レンズ１９４のアレイ自体によりピンホール１９６のアレイを製造することによって直接解決されても意味がない。例えば、製造プロセスの始めでは、連続層である、すなわちいかなるホール／ピンホール１９６もない吸収層２０２上のレンズ１９４によって焦点が合わせられた高強度層は、層２０２内にピンホール１９６をエッチングする。このようなレーザビームの出力及び発散を制御することによって、ピンホール寸法、すなわち、ピンホール直径ｄｍは、適当に設定される。
例として、レンズ１９４に対する１．５ｍｍの開口部、及び約１．７ｃｍの焦点長さは、２．５°の半分の角度出力発散につながり、上に記載したように、直接光の所望の発散に近づく。
記載したチャネル分離構造２００の使用は、任意選択であるが、隣り合った対のレンズ１９４及びピンホール１９６の間のクロストーク効果を防ぐためのものである。これらのクロストーク効果は、中心高強度のものの周りの太陽画像の一連のゴースト複製内に現れる可能性がある。これらは、図１７Ａで光線２０６によって示されるように、十分に大きい伝搬角度、例えば（Ｄｍ／ｆｍ）−（ｄｍ／（２ｆｍ））ラジアンより大きい、ビームホモジナイザ層１９２に衝突する光ビーム内の強い迷光の存在で起こることがある。この場合、大きな角度で伝搬するこのように強い迷光２０６は、隣接するレンズ１９４に関連するピンホール１０６内で１つのレンズ１９４によって焦点を合わせることができる。
上で説明し、図１７Ａ〜図１７Ｃに示したように、チャネル分離構造は、吸収材料の管のアレイ、すなわちレンズ１９４及びピンホール１９６の対毎に１つの管で形成することができ、これらの管はレンズ１９４のアレイとピンホール１９６のアレイの間に位置決めされた要素の第３のアレイを構成している。大きな角度でレンズ１９４のアレイに衝突し、チャネル分離構造２００なしで、隣接するピンホール、すなわち隣接するレンズ１９４に属するピンホール上で焦点が合わせられる光は、その後、チャネル分離構造２００によって吸収され、したがってクロストークがなくなる。出力ピンホール層２００はまた、後者の場合になくすことができる。というのは、これらは、出力輝度分布に角度ブレを加える代償を払って、チャネル分離構造２００自体の管の開口部に置き換えられる。
したがって、図１８に示すように、微小光学ビームホモジナイザ層１９２に対する別の実施形態は、２次元アレイの微小レンズ１９４と、２次元アレイの微小レンズ１９４の下流側に延びる２次元アレイの微小管２００のチャネル分離構造として成形された吸収体とを備えており、それによって、各微小レンズ１９４は、図１７Ａ〜図１７Ｃの実施形態の場合と同様に、それぞれの微小レンズ１９４から直接光方向３２に延びるこれに関連した微小管を有する。微小レンズ１９４の直径Ｄｍ、及び微小レンズ１９４の焦点長さｆｍに関連して、図１７Ａ〜図１７Ｃの実施形態の説明を参照する。図１８で２１１と印がつけられた微小管２００の長さｌに関して、このような長さｌは必ずしもｆｍと等しくなく、０．５ｆｍ＜ｌ＜１．２ｆｍの範囲で変化してもよい。
図１９は、微小光学ビームホモジナイザ層１９２に対する別の実施形態を示している。図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８それぞれの場合と同様に、微小光学ビームホモジナイザ層１９２は図では、直接光源１２に対する別の実施形態を形成するように、コリメート光源１９０と組み合わせられているが、放射器及びコリメータを備えたコリメート光源１９０は例示的には、図７の例と同様に、フレネルレンズ６４と第１の光放射デバイス６０の組合せを備えているように示されており、図５から１１、１４及び１５の前に記載した例のいずれも、コリメート光源１９０を実施するために使用することができる。
図１９の微小光学ビームホモジナイザ層１９２は、焦点長さｆｍ１の第１の２次元アレイの微小レンズ２１０、焦点長さｆｍ２の第２の２次元アレイの微小レンズ２１２、及び六角形などにつめられたようなアレイ状に横方向に分配され、互いに平行であり、直接光方向３２と平行な望遠鏡軸を有する望遠鏡２１６のアレイを形成するように、第１及び第２のアレイの微小レンズ２１０、２１２の間に配置されたピンホール２１４のアレイによって穿孔された吸収層２２０として成形された吸収体を備えている。各望遠鏡２１６では、それぞれのピンホール２１４、第１の２次元アレイのそれぞれの微小レンズ２１０、及び第２の２次元アレイのそれぞれの微小レンズ２１２が、ｆｍ１である第１の２次元アレイのそれぞれのピンホール２１４とそれぞれの微小レンズ２１０の間の距離、及びｆｍ２である第２の２次元アレイのそれぞれのピンホール２１４とそれぞれの微小レンズ２１２の間の距離で、望遠鏡軸に沿って配置されている。ｆｍ２＜γ・ｆｍ１において、γ＜１、好ましくはγ≦０．９、最も好ましくはγ≦０．８５である。望遠鏡２１６のアレイの下流側に面した外面２１８は、反射防止コーティングを備えることができる。
図１９の実施形態では、ビームホモジナイザ層１９２はしたがって、２つのアレイのレンズ２１０、２１２、及びピンホール２１４の中心アレイから構成されている。両方のレンズ２１０及び２１２の焦点平面に配置されたピンホール２１４は、薄い層の光吸収材料から切り出すことができる。したがって、図１９の構成は、図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８に示した微小光学ビームホモジナイザシステムと同様であるが、レンズ２１２の追加アレイを備えている。各レンズ２１０の開口部は、下流側アレイのレンズ２１２の開口部に、２つのレンズ２１０と２１２の間の軸２１７上で中心合わせされたピンホール２１４に対応する。ビームホモジナイザ層１９２はしたがって、光学望遠フィルタのアレイを形成する。中にピンホール２１４が形成された吸収層２２０は、全ての空間的成分、すなわち、焦点平面内ではピンホール２１４の外側になる伝搬角度をなくす。このビームホモジナイザ層の出力発散は、全幅において測定され、ビームホモジナイザ１９２に衝突する光の入力半幅拡散のｆｍ１／ｆｍ２倍と、Δθ≒ａｒｃｔａｎ（ｄｍ／２・ｆｍ２）の間の最低値であり、ｄｍはピンホール２１４のピンホール直径である。観察者の目に形成される画像は、下流側アレイの１つの単レンズ２１２の焦点平面の画像である。したがって、円形画像がピンホール２１４の円形形状によって与えられる。さらに、コリメートレンズ６４が存在する場合、レンズ２１０と同じ存在により、中心ピンホール２１４の上に主要光源６０が画像化される。したがって、図７及び８に示すむき出しになったコリメートレンズの場合と同様に、観察者の目の中で、図１９の直接光源１２は、ピンホール開口部２１４によってクリッピングすることができる主要光源６０を画像化する。コリメート光源１９０からレンズ２１０のアレイに衝突する光は、例えば、コリメートレンズ６４の出口などで初期発散を示すので、焦点長さｆｍ１及びｆｍ２は同じであるべきではない。第１のアレイ２１０のレンズに衝突する光の入力発散が与えられる、１：１顕微鏡２１６は実際、このようなアレイ２１２に属する対応するレンズの全開口部より大きい第２のアレイ２１２の平面上でのスポットの生成につながる。このような場合はしたがって、このような対応する出力レンズの周りの隣接するレンズの望ましくない照明につながる。所与の入力発散に対する幾何学的検討から、下流側アレイのより短い焦点長さｆｍ２により、このような効果なしでアレイ２１２の単レンズの出力開口部の全照明が決まる。
吸収層２２０での光損失を少なくするために、ピンホール直径ｄｍは、コリメート光源１９０から入射するビームの発散にしたがって選択することができることが望ましい。主要源６０が、例えば、円形形状を呈していない場合、ピンホール２１４に関して損失がある可能性がある。図１７及び１８のビームホモジナイザ層１９２の場合に対して、図１９の例は、レンズ２１０の開口部は円形である必要はなく、その入力面の部分の黒色化は必要ない。すなわち、レンズ２１０の開口部は互いに当接して、コリメートレンズ６４の横寸法、又は図８の場合にはこのようなレンズ６４のアレイなどのコリメート光源１９０から入射する光前部の横延長部と連続して位相が重なる、及び重複することができる。
中心吸収層２２０内のピンホール２１４は、図１７Ａ〜図１７Ｃに関して上に記載した製造プロセスの説明と同様に、レンズ２１０の第１のアレイによって焦点が合わせられた高強度レーザビームの使用によって書き込むことができる。
すなわち、レーザ印刷を使用して、微小レンズはピンホールを製造しなければならない正確な位置でレーザビームに焦点を合わせるように、上流側微小レンズ層を通して適切にコリメートされたレーザビームによって上記成分を照らし、ピンホールの所望の直径が得られるように露光時間及びビーム散乱を調節することによって得られるピンホールのレーザ微小製造の後に、ピンホールを位置決めしなければならない表面上に連続遮断層が蒸着されているという事実とは別に、開示するホモジナイザと同一の成分の第１の実現に依存する上記微小光学ビームホモジナイザ層のピンホールを形成することができる。
図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８のビームホモジナイザ層の出力層のピクセル化に関する検討は、図１９の場合にも当てはまる。したがって、レンズ２１２の開口部は、５ｍｍ未満、好ましくは３ｍｍ未満、最も好ましくは１．５ｍｍ未満であってもよい。しかし、最終散乱は、一方ではレンズ２１０及び２１２のレンズ開口部間の比に、もう一方では焦点長さｆｍ１及びｆｍ２に関連していないので、レンズ２１０及び２１２の焦点長さｆｍ１及びｆｍ２はそれぞれ、ほぼレンズ２１０及び２１２の開口部である、すなわち、図１７及び１８の実施形態の場合よりはるかに短い。
十分に大きい、例えば、Ｄｍ及びｄｍはそれぞれレンズ２１０及びピンホール２１４の直径である、（Ｄｍ／ｆｍ１）−（ｄｍ／（２ ｆｍ１））ラジアンより大きい伝搬角度で、ビームホモジナイザ層１９２に衝突する光ビーム内の強い迷光が存在する状態で、クロストークは、図１７の実施形態で説明したように、図１９の実施形態でも起こる。隣接するレンズ２１０に属するピンホール内に１つのレンズ２１０によって焦点が合わせられた光２２２から生じる前記クロストークは、レンズ２１０のレンズ開口部、焦点長さｆｍ２、及びピンホール直径ｄｍに依存する、大きな伝搬角度で所望の出力スポットの薄れた複製につながる可能性がある。所望の出力スポットの前記薄れた複製が見える可能性がある角度は、図１９の実施形態では、図１７よりはるかに大きく、例えば、約４５°である。その理由は、ピッチと焦点長さの間の比のはるかに大きな値、及びレンズ１９４に関してレンズ２１０によって隣接するピンホールが見られるはるかに大きな角度である。図１９の実施形態の場合では、例えば、１次クロストークの場合では、これを通して前記クロストークが予め成形される二次顕微鏡（すなわち、入力レンズ２１０、及び入力レンズ２１０の前に位置決めされたレンズ２１０に二番目に隣接した出力レンズによって形成された顕微鏡）は、コリメート光を伝達することが可能ではない。実際、方向３２に対して大きく傾斜した前記二次顕微鏡の軸であり（Ｄｍ≒ｆｍ１の典型的な場合に、約４５°である）、前記二次顕微鏡のピンホール２１４と出力レンズ２１２の間の距離はｆｍ２よりはるかに大きく（例えば、√２倍大きい）、二次顕微鏡軸の方向にレンズ２１２の実際の焦点長さは、大きな動作角度によって生じる非点収差により、公称値ｆｍ２より実質的に短い。この状況では、平行方向に沿ってレンズ２１２から次第に出る光線は、ピンホール２１４によって遮断される。というのは、前記ピンホールは二次顕微鏡軸の方向にレンズ２１２の実焦点から離れているからである。二次顕微鏡が平行光線を伝達することができないという事実は、輝度プロファイル中の二次的な狭いピーク、すなわち、ピーク３０の幅に相当するピークにつながるクロストーク形を防ぐ。すなわち、クロストークにより形成することができる二次スポットは、ビームホモジナイザ層１９２に衝突する非コリメート光の場合でさえも、はるかに大きくぶれ、したがって、はるかに見えにくい。より高次のクロストークは、方向３２に対するより大きな顕微鏡軸角度により、さらに大きなブレ効果につながる。したがって、図１７の実施形態が、チャネル分離構造２００なしで作用する限り、図１９の実施形態は、図１７の実施形態に対してはるかに弱いクロストークを発生する利点があり、動作される価格はレンズ２１０に対するレンズ２１２のアレイを見当合わせする必要性に関連している。
別の実施形態では、顕微鏡２１６毎に１つの吸収管がある、吸収管のアレイ、すなわち吸収チャネル分離構造２２４は、レンズ２１０のアレイの下流側に位置決めされている。チャネル分離構造２００の場合、図１７Ａ〜図１７Ｃ及び図１８の実施形態の場合に関して、前記吸収チャネル分離構造２２４は、停止クロストーク２２２の関数を有し、これはしかし、ちょうど説明した前の場合よりもここでははるかに影響が少ない。この吸収チャネル分離構造２２４のバリアは、レンズ２１０と直接接触しているグリッドを形成することができる。レンズ直径と焦点長さの間の比は、図１７Ａ及び図１８の実施形態ではレンズ１９４の場合より、図１９の実施形態のレンズ２１０の場合でははるかに大きい、例えば、３〜３０倍大きい可能性があるので、吸収チャネル分離構造２２４の個別の管の吸収チャネル分離構造２２４、すなわち、レンズ２１０の開口部２２８によって分割される管長さ２２６は、図１７及び１８の場合よりはるかに低い、例えば、０．５〜３の範囲である可能性があり、したがって、はるかに少ない要求の技術的労力につながる。
ｆｍ１より短い、例えばｆｍ１より２５％短い管長さ２２６は、幾何学的検討から明らかであるように、クロストーク除去に十分であることに留意されたい（図１９参照）。
図１９の実施形態ではレンズ２１２のアレイによって形成される外面２１８によって放射される光の特徴に関連して、より詳細には、レンズ２１２のピッチと等しい空間的周期性を有する輝度変調に関する潜在的な問題に関連して、発明者らは、入力レンズ２１０がコリメート光源１９０によって均一に照らされ、比ｆｍ１／ｆｍ２が、コリメート光源１９０ビーム発散を適切に適合させる、すなわち、レンズ寸法に合うレンズ２１２上の光スポットを達成するために選択される前提で、高い均一性が保証されることに気が付いた。この場合、実際、顕微鏡２１６は表面２１８で、レンズ２１０の内面を特徴付けるが、大きな角度成分から生じる（軸方向に反転した）輝度プロファイルを再生する、すなわち、レンズピッチで大きな輝度変調を加えない。すなわち、顕微鏡２１６がコリメート源１９０の特性に合うように適切に設計されているという前提で、５ｍｍ未満のピッチ値が推奨される場合でも、より高いピッチ値も可能である。
コリメート源１９０がオフの場合に、すなわち、外部照明の下で、レンズ２１２のアレイによって形成される表面２１８の外観に関して、吸収層２２０及び可能性のある吸収チャネル分離構造２２４の存在により、上流方向のレンズ２１２を交差する光線が吸収されるが、これらは第１の光放射デバイス６０に接続されていることに、発明者らは気が付いた。このような状況により、上流方向にレンズ２１２を交差する光線は、源６０による反射により生じる可能性がある小さな貢献を除いて、反射輝度を作り出さないが、これは狭いピーク３０の範囲内であり、したがっていかなる外乱も生じさせない。反射輝度への貢献は、レンズ２１２による直接反射により生じる可能性がある。このために、大きなレンズ２１２開口部が選択された、すなわち、１〜３ｍｍより大きい場合、目がスポットを当てる反射輝度での周期的変調が生じる危険性を防ぐために、反射防止コーティングは、レンズ２１４上で実施することができる。
直接光源１２に対する上記実施形態の全ては、図２０及び２１に示すように、拡散光発生器１０の上流側又は下流側のいずれかに位置決めされた、低角度白色光拡散体２３０を人工照明装置２０の直接光源１２に追加で設けることによって拡張することができる。低角度白色拡散器２３０を拡散光発生器１０の上流側に位置決めする場合、後者は、図２０に示すように、直接光源１２の外部及び下流側にある。他の場合では、すなわち、低角度白色拡散体２３０が拡散光発生器１０の下流側に位置決めされている場合、低角度白色光拡散体２３０は、直接光源１２の内部光経路内にあり、その中に位置決めされたデバイスを意味する。両方の場合で、直接光源１２の第１の放射面２８は、低角度白色光拡散体２３０、すなわちその外面に形成される。しかし、図２１の場合、拡散光発生器１０が照明装置２０から物理的に取り除かれる場合に、Ｌｄｉｒｅｃｔ（ｘ，ｙ，θ，φ）は、低角度白色光拡散体２３０外面（すなわち、拡散光発生器１０に対して反対の方向に面する表面２８）で測定可能な輝度を示すことを意図している。図２１では、参照符号１２’が、拡散光発生器１０に対して上流側に位置決めされた直接光源１２の部分を特定するために使用されている。部分１２’及び２３０は両方とも、図２１の中括弧によって示されるように、直接光源１２に属している。反射輝度プロファイルＬＲに関する限り、図２１の場合の直接光源１２内にある拡散光発生器１０で同じことを規定することができる。例えば、低角度白色光拡散体２３０は、Ｌｄｉｒｅｃｔ内の狭いピーク３０のブレを生じさせるように構成されている。白色光拡散体２３０が拡散光発生器１０の上流側及び下流側に位置決めされた両方の場合で、このようなブレが生じる。
低角度白色拡散体２３０は、例えば、透明層材料の外面に形成された、微小屈折器、例えば、微小レンズ、微小空隙、微小プリズム、微小傷、又はこれらの組合せのランダム分布、又は透明なバルク材料内の透明な微小粒子の分散を含むことができ、粒子及びバルク材料は屈折率の不一致がある。すなわち、透明なバルク材料内の透明な微小粒子の分散の場合、透明な微小粒子と透明なバルク材料の間の屈折率の不一致が当てはまる可能性がある。しかし、白色光拡散体に対するいくつかの他の実施形態も可能である。
低角度白色光拡散体に衝突する光線は小さな角度偏差（例えば、２．５°未満）があるだけであるので、小角度白色光拡散体は典型的には、本発明の内容で解釈する透明度の定義にしたがって仮想的に透明な要素であることに留意されたい（光線が２．５°より大きい角度偏差なしで要素を交差する場合に、要路は透明であると考えられる；以下の詳細を参照のこと）。したがって、小角度偏差がある拡散体を交差する光線はここでは、透過光線と考えられる（詳細は以下を参照のこと）。しかし、必要な機能にしたがって、ここで考えられる小角度白色光拡散体により典型的には、透過光線のほとんど（例えば、少なくとも５０％、好ましくは７０％、最も好ましくは９５％）が、少なくともいくつかの角度偏差（例えば、少なくとも０．５°の偏差）があることが保証されるべきである。すなわち、拡散体は、低角度透過率（例えば、５０％未満、好ましくは３０％未満、最も好ましくは５％未満の角度透過度）を保証すべきである。
低角度白色拡散体２３０は、直接光輝度プロファイルＬｄｉｒｅｃｔに以下のプラスの効果を有することができる。より詳細には、この白色光拡散体２３０の散乱断面は、２°から１０°に設定することができる。第１の範囲は、Ｌｄｉｒｅｃｔプロファイル内のあらゆる鮮明な角度ピーク、すなわち、狭いピーク３０の外側で生じる可能性がある、１．５°〜１０°未満のＨＷＨＭによって特徴付けられるピークをぼかすことである。範囲はここでは、Ｌｄｉｒｅｃｔ内の鮮明な二次角度ピークの可視性を小さくすることである。このため、拡散体は、前記輝度角度ピークが配向される平面の下流側であらゆる平面に位置決めすることができる。第２の範囲は、明るく、空間的に局所化されたスポットによって生じる輝度値及びその空間は派生物の両方をぼかし、したがって小さくし、輝度プロファイルの空間的均一性を良くすることである。このため、低角度白色光拡散体は、各局所化されたスポットを、平面上の十分大きく、したがって十分弱いブレたスポットにすることを可能にするために、前記輝度スポットが発生する平面、例えば、図１７Ａの実施形態のピンホール１９６の平面から特定の距離に位置決めすべきである。そうする際、低角度白色光拡散体は、空間輝度プロファイル内のブレを生じさせ、（僅かな角度透過率の場合）点は、拡散体角度応答のタンジェント及びオリジナルの輝度平面と拡散体の間の距離の積にほぼ等しい半径のブレたスポットにぼやける。自然に、新しくブレた輝度プロファイルが、拡散体平面に生じる。例えば、２．５°ＨＷＨＭ白色光拡散体２３０が、≒１０α・ｄｓの距離で前記スポットの下流側に位置決めされている場合に、≒α２の因数によって約分した輝度においてオリジナルの寸法ｄｓの局所化スポットを観察者が見る。ここで、比例して大きくなる距離は、狭い角度応答によって特徴付けられる白色光拡散体に必要である。
今まで、提示した人工照明装置２０の様々な実施形態は、直接光源１２の実施における変更形態に関連するものであった。次に、拡散光発生器１０の実施における可能性のある変更形態を説明する。次に行なう説明は、上に記載した実施形態のいずれかと組み合わせることができる。
図２２Ａは、直接光源１２及び拡散光発光器１０の可能性のある一般的な相対配置の１つを示している。拡散光発生器１０は、この図において、直接光源１２に対して下流側に配置されている。これらの要素の可能性のある他の相対構成は既に、前に説明したが、以下でさらに論じる。図２２Ａでは、拡散光発生器１０の裏側は、直接光源１２及び第１の放射面２８によって生成された直接光２３６によって照らされる。拡散光発生器１０は上に記載したように、直接光２３６、又は主要光から生じ直接光２３６につながるあらゆる中間光に対して少なくとも部分的に透過性があるので、透過した光部分２３８は、拡散光発生器１０の前面／外側放射面３７で生じる。
これに加えて、拡散光発生器１０は拡散光２４２を生成する。以下により詳細に概略を説明するように、拡散光発生器１０は、直接光２３６、又は主要光から生じ直接光２３６につながる中間光などの入射光の一部を拡散する、及び／又は加えて追加の貢献として拡散光を放射することによって、拡散光２４２を生成するように構成することができる。上で既に説明したように、拡散光発生器１０は、例えば、第１の放射面２８又はいくつかの他の透明物質の上に蒸着された層又は層スタックとしてのパネルとして具体化することができるが、他の実施も実現可能である。
直接光源１２によって放射される直接光２３６は、４００ｎｍと７００ｎｍの間の波長であるスペクトルの可視領域をカバーしていることが好ましい。直接光２３６のスペクトルは、好ましくは１００ｎｍより大きい、より好ましくは２００ｎｍより大きいスペクトル幅Δλを有し、ここでスペクトル幅Δλは直接光２３６のスペクトルの標準偏差として定義することができる。直接光２３６のスペクトルはしたがって、以下においてＣＣＴｄｉｒｅｃｔと呼ばれる関連するＣＣＴ値を特徴付ける。
拡散光発生器１０が、透過光２３８のＣＣＴを増加させない、すなわちＣＣＴｔｒａｎｓ≦ＣＣＴｄｉｒｅｃｔであるが、偏差も可能であることが好ましい。拡散光２４２に関する限り、これは、直接光２３６と比較して、より小さい波長に向かってシフトするスペクトル、したがって、より高いＣＣＴ、及びいずれの場合でも、透過光２３８のＣＣＴと比較してより高いＣＣＴを有する、すなわち、ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅ＞ＣＣＴｄｉｒｅｃｔ及びＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅ＞ＣＣＴｔｒａｎｓである。光２３６及び２３８がコリメートされる、すなわち狭い角度分布を有する、及び直接光２３６、２４２及び２３８のスペクトルが、（スペクトルがそのピーク値に標準化された場合）角度方向から実質的に独立していることが好ましい。この場合、ＣＣＴｄｉｒｅｃｔ、ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅ、及びＣＣＴｔｒａｎｓの定義は直接的である。しかし、より正確にするため、及び一般的な場合、拡散光発生器１０が装置２０内に物理的に設置されない場合に、ＣＣＴｄｉｒｅｃｔは狭いピーク３０内、すなわち、例えばθＨＷＨＭ内で照明装置２０によって生成された光の平均スペクトルに対して、ＣＣＴと定義することができる。拡散光発生器１０が装置２０内で物理的に動作される場合に、ＣＣＴｔｒａｎｓは狭いピーク３０内、すなわち、例えばθＨＷＨＭ内で照明装置２０によって生成された光の平均スペクトルに対して、ＣＣＴと定義することができる。直接光源１２及び拡散光発生器１０の両方が、照明装置２０内で動作させられる場合に、ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅは方向３２から離れた方向で、例えば、角度θ＞３θＨＷＨＭに対して照明装置２０によって生成された光の平均スペクトルに対してＣＣＴと定義することができる。全ての平均は、全ての空間的及び方位角座標の上で予め形成されている。
既に上で説明したように、拡散光発生器１０を具体化することができる、又はより長い波長と比較して、可視領域内、すなわち４００から７００ｎｍ内のより短い波長に対してより十分に入射光を拡散するように構成された拡散体パネルを少なくとも備え、それによって、実際の空による太陽光のレイリー発散と同様に挙動することができる。例えば、４００ｎｍから５５０ｎｍの間隔内でこれによって拡散／発散された部分の光束は、Ｄ６５標準発光体の場合に、５００ｎｍから７００ｎｍ内の波長間隔内の入射光の部分の光束より、少なくとも１．１倍、好ましくは１．２倍、より好ましくは１．３倍大きいように、拡散体が構成されている。
ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅは、例えば、ＣＣＴｔｒａｎｓより少なくとも１．２倍大きい、好ましくは１．３倍大きい、より好ましくは１．４倍大きい。ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅをＣＣＴｄｉｒｅｃｔと比較すると、ＣＣＴｄｉｆｆｕｓｅは、ＣＣＴｄｉｒｅｃｔより１．２倍大きい、又は好ましくは１．３倍大きい、又はより好ましくは１．４倍大きい可能性がある。
ちょうど説明したレイリー型拡散体の場合、透過光２３８が、拡散光２４２に属していない、散乱／拡散されていない入射光の残りの成分を示しているので、拡散体はまた、ＣＣＴｄｉｒｅｃｔに対してＣＣＴｔｒａｎｓを小さくすることができる。
拡散体及び／又は拡散光源であるこれとは別に、拡散光発生器１０は、入射光のかなりの部分を吸収しないことが好ましい。拡散光発生器１０は、好ましくは入射光の光束の２０％未満、より好ましくは１０％未満を吸収する。しかし、これに関して、入射光の一部は、上流方向で入力面３３から離れる方向に後方散乱又は反射されることを説明すべきである。一方では散乱された入射光の部分、及び前方向に、すなわち、下流方向に第２の放射面３４から離れて散乱された入射光の部分を比較すると、透過した拡散光部２４２は、後方散乱された部分より、少なくとも１．１倍大きい、又は１．３倍大きい、又はさらには１．５倍大きい、又はさらには２倍大きいように、光束内で測定して、より大きいことが好ましい。
反射及び後方散乱された部分の合計、すなわち、拡散光発生器１０によって後方反射又は後方散乱された入射光の部分に関する限り、これは入射光の光束の４０％より低いことが好ましく、入射光の光束の２５％より低い、又はさらには１０％より低い、又はさらには５％より低いことが好ましい。
図２３は、拡散光発光体１０が、第１の材料の固体マトリックスを有する拡散体２５０として構成されており、第２の材料のナノ粒子２５４は固体マトリックス２５２内で分散されている実施形態を示している。ナノ粒子材料の屈折率は、固体マトリックス２５２の材料の屈折率とは異なる。両方の材料とも基本的には、可視波長内の電磁放射を吸収するべきではない。例えば、第１の材料は透明樹脂であってもよい。例えば、第２の材料は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの無機酸化物であってもよい。
ナノ粒子２５４は、モノ分散されていてもよい。ナノ粒子２５４は、丸い形状、又は他の形状であってもよい。有効直径Ｄ（非円形の場合の定義は以下を参照のこと）は、５ｎｍ〜３５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２５０ｎｍ、より好ましくは４０ｎｍ〜１８０ｎｍ、さらに好ましくは６０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内であってもよく、Ｄはナノ粒子２５４の直径×第１の材料の屈折率によって求められる。
さらに、ナノ粒子２５４は拡散体２５０の内側に分配することができ、それによって、平方メートル毎の数Ｎ、すなわち光伝搬の方向に直交する表面Ｓの部分によって、１ｍ２面積で区切られたパネル容量要素内のこのような粒子の数は、条件Ｎｍｉｎ≦Ｎを満たす。
Figure 0006129983
（Ｄがｍで示された、数／ｍ２）
式中、有効直径Ｄはメートル（寸法用語）で表さなければならず、ｍは第１の材料の屈折率に対する第２の屈折率の比に等しい。
ナノ粒子２５４は、少なくとも面積密度に関する限り、均一に分配されていることが好ましい。面積密度は、例えば、５％未満又は平均面積密度だけ変化する。別の方法では、面積密度は、入射光によって照らされるようなパネル２５０の上の照明分散を補償するために、意図的に変化することがある。例えば、第２の放射面３４内の点（ｘ，ｙ）での面積密度Ｎ（ｘ，ｙ）は、Ｎ（ｘ，ｙ）＝ＮａｖＩａｖ／Ｉ（ｘ，ｙ）＋−５％により、点（ｘ，ｙ）で源２によって作り出された照度Ｉ（ｘ，ｙ）に関連していてもよい。式中、Ｎａｖ及びＩａｖは、パネル領域上の平均照度及び面積密度である。
小さなＤ及び小さな容量断片（すなわち、厚いパネル）の限界では、面積密度Ｎ≒Ｎｍｉｎは、約５％の散乱効率を作り出すようになっている。単位面積毎のナノ粒子の数が大きくなれば大きくなるほど、色品質を損なう可能性がある、多数の散乱又は干渉（高容量断片の場合）が生じる限り、散乱効率はＮに比例して成長するようになっている。ナノ粒子の数の選択はしたがって、特許出願ＥＰ２３０４４７８に詳細に記載されているように、散乱効率と所望の色の間の妥協に対する探究によって偏る。さらに、ナノ粒子の寸法が大きくなれば大きくなるほど、後方散乱光の光束で割った前方散乱光２４２の光束の比ηが大きくなり、このような比は、レイリー限界内のものと等しい。さらに、ηが大きくなると、前方散乱錐体の開口部はより小さくなる。したがって、ηの選択は、大きな角度で散乱した光を有することと、後方散乱光の束を最小限に抑えることの妥協に対する探究によって偏る。しかし、それ自体知られている方法で、反射防止層は、反射を最小限に抑える目的で、入力及び第２の放射表面３３及び３４上にそれぞれ蒸着させることができる。そうすることによって、装置の輝度効率が上げられ、パネル面上の大気反射による観察者への拡散体パネル２５０の視認性が小さくなる。
しかし、ナノ粒子２５４は球体形状を有していない実施形態が可能である。このような場合、有効直径Ｄは、等価球状粒子の有効直径、すなわち、上記ナノ粒子と同じ容量を有する球状粒子の有効直径と等しくなるように定義することができる。
Figure 0006129983
Ｄ’ｅｆｆは、上記間隔のいずれかのうちに、すなわち、５ｎｍ〜３５０ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜２５０ｎｍ、より好ましくは４０ｎｍ〜１８０ｎｍ、さらにより好ましくは６０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内にあるように選択することができる。
しかし、別の方法では、拡散光発生器１０は、図２４ａ及び２４ｂに示されるように、又は個別に図２５に示されるように、図２３の拡散体パネル２５０に加えて拡散光源２６０によって構成されている、又は備えている可能性がある。拡散体パネル２５０とは異なり、拡散光源２６０は、直接光源１２とは独立して拡散光を放射することができる。というのは、直接光源の第１の光放射デバイスとは異なる第２の光放射デバイス２６６を備えているからである。
図２４ａ及び２４ｂに示すように、拡散光源２６０は、拡散体パネル２５０に対して下流側又は上流側に配置することができる。本明細書で以下に説明するように、拡散光源２６０はパネル形状をしている、層のような形状をしている、又は層スタックとして具体化することができる。図２４ａ及び２４ｂの実施形態のいずれかを図２０及び２１の実施形態と組み合わせる場合、低角度白色光拡散体２３０は、拡散体２５０及び拡散光源２６０の両方の下流側又は上流側に、又はその間に位置決めすることができる。さらに、白色光拡散体２３０の機能性は、拡散体２５０及び／又は拡散光源２６０に組み込むことができる。拡散光源２６０は、拡散された光を放射することが可能である。さらに、拡散光源は基本的に、直接光２３６、又は主要光から生じ直接光２３６につながる中間光に対して透過性がある。図２４ａ及び２４ｂに示すように、拡散光源２６０は、パネル２５０に平行に位置決めし、これと実質的に接触することができる。
拡散光源２６０は、例えば、ＬＥＤ又は蛍光灯の直線ストライプとして成形された第２の光放射デバイス２６６によって端部が照らされたライトガイドとして成形された拡散体パネル２６４を使用して実現することができ、それによって、第２の光放射デバイス２６６は均一に拡散させる拡散体パネル２６４の内側でガイドモードで伝搬する。このようなパネル２６４は、例えば、「Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）ＬＥＤ」又は「Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ（登録商標）ＬＥＤ ＥｎｄＬｉｇｈｔｅｎ」などの側面照明に適切な市販の拡散体であってもよい。さらに、図２６に示すように、拡散体パネル２６４の軸Ｈに沿った厚さは、パネル法線方向Ｈに垂直な方向Ｋに沿った厚さと比べて、僅かである。
特定の構成では、拡散体パネル２６４は、材料、例えばポリメチルメタクリレートによって形成されており、酸化亜鉛などの材料の微小粒子が分散される。このような材料は、可視範囲内の波長を有する光を吸収しないことが好ましい。より詳細には、微小粒子の直径は２μｍから２０μｍの範囲である。
使用の際、拡散体パネル２６４によって案内される放射の一部は、例えば、拡散体パネル２６４内に埋め込まれた微小粒子による拡散により、拡散体パネル２６４に沿って伝搬しながら、拡散体パネル２６４から出る。拡散体パネル２６４は端部放射方向Ｋと比べてパネル主要面に垂直な方向Ｈに沿った僅かな厚さを有するので、パネル２６４は基本的に、方向Ｈに沿って伝搬する放射に対して透過性があるが、方向Ｋに沿って伝搬する放射に対して拡散体として働く。
さらに、拡散体パネル２６４が、それぞれ面Ｓ１、Ｓ２によって上側及び下側で区切られていると想定すると、このような面Ｓ１、Ｓ２の少なくとも１つを表面仕上げして、粗さを出すことができる。このような粗さは、第２の光放射デバイス２６６によって生成される光の拡散体パネル２６４による拡散に貢献し、拡散プロセスは方向Ｋと平行なあらゆる方向に沿って実質的に均一である。それ自体知られている方法で、第２の光放射デバイス２６６によって生成される光の大部分が、主に面Ｓ１、Ｓ２の間の１つを通して散乱されるように、特に下流方向３２に向かって、粗さを設計することができる。面Ｓ１、Ｓ２の間の少なくとも１つが粗さを特徴付ける場合、拡散体パネル２６４内で微小粒子を拡散させる必要がないことがある。あらゆる場合において、粗さは、拡散体パネル２６４の面Ｓ１、Ｓ２の両方に存在することがある。
異なる構成では、拡散光源２６０は側面が照らされていないが、ＯＬＥＤフィルムにより得られる実質的に透明な放射層として成形された第２の光放射デバイスを備えている。側面が照らされたパネル源と同様に、ＯＬＥＤフィルムはまた、調節された色及び強度を有する拡散光を生成することが可能であり、同時に、その表面に垂直な方向に沿って交差する光に対して透過性があることが可能である。
拡散光源２６０により、基本的には透過成分の色及び強度を変えることなく、拡散光成分２４２の色及び強度を変更することが可能になる。この目的で、第２の光放射デバイス２６６によって放射された光の色及び強度に作用することが可能である。
例えば、遅い午後の光の特徴を再現する目的で、低ＣＣＴ、例えば２５００Ｋを有する入射光を使用することができる。このように、透過成分２３８の色は、拡散体パネル２５０を使用する場合の日暮れ前の太陽光の色と同様である。拡散光源２６０なしで、ちょうど拡散体パネル２５０によって散乱された成分の色は、対応する自然の成分の色とは明らかに異なる。実際のところ、自然に起こることは、観察者の上の空が、白色の太陽光によって、すなわち、ランプのＣＣＴよりはるかに高い値である、６０００Ｋにほぼ等しいＣＣＴを有する、まだ大気と交差していない太陽光によって照らされていることである。その結果、遅い午後の時間に観察者の上の空によって散乱された光のＣＣＴは、入射光が低ＣＣＴを有する場合に、拡散体パネル２５０によって散乱された光のＣＣＴよりかなり高い。しかし、拡散光源２６０が使用される場合、特に、拡散体パネル２５０が第２の光放射デバイス２６６と一緒に使用され、後者が赤色、緑色、青色ＬＥＤ放射体の組合せ（「ＲＧＢ」）で作られている場合、このような３つの要素の光束を調節することが可能である。これにより、拡散光源２６０から出る全成分が望ましい色を有するように、パネル２６４が、色及び強度を有する散乱成分を生成することが可能になる。すなわち、拡散光源２６０により、透過成分の色を散乱成分の色から分離させることが可能になる。さらに、調節可能なＣＣＴを有するランプが源２６０として使用される場合、一日の異なる時間での自然の照明の変化を再現することができる。
パネル２５０及び２６０は、理解を容易にするために示されているように、物理的に離れている必要はない。これはまた、他の図で離れているように描かれている構成部品にも当てはまる。
光源２６０が、拡散体パネル２５０がない状態で使用される場合、光源２６０が適切に設計されている限り、拡散光発生器１０は、直接光２３６のＣＣＴより高いＣＣＴを有する、拡散光を放射する。そのような拡散光発生器は少なくとも部分的に光を透過する。この文脈において、光学素子に関する用語「透過性（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ）」は、いわゆる「透けて見える」性質、すなわち画像形成光が透過する光学素子の性質、すなわち、角度偏移を経験することなく、又は小さな角度だけ、例えば、２．５°より小さな角度だけずれるだけで、光学素子を横断する光線が透過する性質を示すために使用される。この文脈において、それ故、用語「透過光」は、妥当な角度偏移を経験することなく、例えば２．５°より大きな角度偏移を経験することなく、光学試料を横断する衝突光の一部を意味する。本定義が「正透過」の概念に依存せず、対照的に、任意の角度偏移なく透過される光を単に説明することに注意されたい。
さらに正確に、円形の放射面ＳＳから一様に光を放射する標準光源（例えばＤ６５光源）を想定し、２．５°、好ましくは１．５°、最も好ましくは０．５°の円錐形のＨＷＨＭ立体角の下で放射面ＳＳを視界にとらえる標準観測者ＯＳを想定すると、拡散光発生器１０が、観測者ＯＳと、その主要面が観測者の目と面ＳＳとの重心を接続するラインに直角に向いている面ＳＳと、の間に配置される場合に、標準観測者ＯＳによって把握されるＤ６５放射面ＳＳの輝度が、拡散光発生器１０が観測者ＯＳと面ＳＳとの間に配置されない場合に観測者ＯＳによって把握される輝度の、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、さらに好ましくは少なくとも８５％であるならば、拡散光発生器１０は、ここで、部分的に透過であると定義される。
要約すると、拡散光発生器１０が、拡散体パネル２５０及び／又は拡散光源２６０、すなわち薄いパネルから拡散光を放射する光源として、具現化されてもよい。まさに拡散光源２６０を使用する場合、拡散光源２６０は、拡散体パネル２５０によって生成される拡散光の色を補正するためでなく、拡散光ＣＣＴの調整有り無しで、全体の拡散成分２４２を生成するために動作する。この場合に、利点は２つではなく１つの拡散素子を有することであり、したがって損失はより少ない。第１の短所は、例えば、図２６の場合には側面からの照射が制限されるため、光源２６０から十分に大きな輝度を取得することの難しさから生じるだろう。さらに、拡散体パネルの拡散メカニズムが実際の空で起こっているメカニズムと同一であるという事実は、拡散体２５０の角度分布及び空間の輝度が光源２６０と比較してより自然に類似するという結果になるだろう。
上記で説明した多くの実施形態に従って、人工照明装置は、第１の放射面２８が全反射率係数ηｒ＜０．４を示すように配置された、光吸収材で作られた吸収体をさらに含む。
そのような吸収体の例は、参照符号５８、７２、８２、１２２、１５８、２００、及び２２４によって示された。吸収体は光吸収材で作られてもよい。この光吸収材は、上記の説明では毎回は言及されないが、可視光について９５％より大きい吸収係数をおそらく有し、とはいえ８０％でも十分だろう。光吸収材は、直接光源１２の第１の光放射デバイス、すなわち１４、４６、６０、１１４、１３８、１５０、の下流に置かれてもよく、次に、用語「下流」は、図９、１０、及び１１の場合などにおいて、反射器における軽い屈曲を含む、光伝搬方向に従うように定義される。一方では、光吸収材は、第１の放射面２８の上流に置かれ、さらには拡散光発生器１０及び低角度白色光拡散体２３０（存在する場合）の上流にも置かれるが、これはそれらが第１の放射面２８の上流に置かれた場合である。もっと正確に言うと、このように置かれた場合、光吸収材は、直接光源の第１の放射面２８を上流方向に横切ると共に、吸収体がない状態では直接光源の第１の光放射デバイスの方向に向かないだろう、光線を吸収するように実質的に構成される。多くの上記で説明した実施形態において、例えば、人工照明装置は、直接光源の第１の光放射デバイスの下流に置かれると共に、第１の光放射デバイスによって生成される主要光の発散を減少させるように構成される、光学素子である光コリメータを含む。上記の実施形態において、光コリメータは、例えば、レンズ１４、４８、６４、１３（ドームレンズ、フレネルレンズ、又は微小レンズなど）、凹面鏡１５２、光出射層８４に連結される楔形ライトガイド８０、集光器（１１２、１１３、１４０）として具現化されたが、しかし一般に、光コリメータは、任意の屈折、反射（全ての内部反射を含む）、回折型光学部品、又は複数のそのような光学部品を含む任意のシステムであってもよい。その場合、吸収体は、上流／逆方向に直接光源の第１の放射面２８を横切ると共に、直接光源の第１の光放射デバイス以外の他の場所の方へ光コリメータによって向きを変える、光線を吸収体が実質的に吸収するように置かれる、その光吸収材を有し、用語「実質的に」は、そのような光線の少なくとも７０％、好ましくは９０％、又はさらに好ましくは９５％が、吸収されるだろうことを意味する。この状況において、吸収体は、直接光２３６の迷光の量、すなわち直接光源１２によって狭いピーク３０の範囲外に生成される光量、の減少に実質的に寄与する。実際、狭いピーク３０の角度幅より大きな角度の方向３２から出発して観察方向へ向かう場合、そのような実施形態が直接光源１２に黒い外観を保証することに注目する。言い換えれば、実施形態は、外部の照明の下で且つ直接光源１２がオフである場合、第１の放射面２８は、直接光源１２がオンである場合に輝点が視界にとらえられる方向から、単に光を再放出してもよいことを保証する。さらに、そのような実施形態は、放出素子の下流に置かれた、コリメータによって、又はデバイス２０の他の部品によって、散乱するか又は反射すると共に、吸収体がない状態では第１の放射面２８から出射するコリメートされた光ビームに起因しないだろう、放出素子によって発生する光線が吸収されることを保証する。
上記を要約すると、具体的な実施形態は、同一のものに基礎をなす考えと同程度にうまく説明された。特に、図５から１１及び１４ａから２１は、直接光源１２の異なる例示的な実装に的をしぼった。これらの実施形態は、直接光源１２が、概略的に図２７Ａに示されるように、それぞれ、素子１４、４６、６０、１１４、１３８、１５０で具現化される、第１の光放射デバイスを含むことを共通に持つ。この第１の光放射デバイスは主要光６２を放射する、すなわち能動的に生成する、ように構成される。それはＬＥＤ、白熱電球、蛍光ランプ、又はハロゲン化金属ランプ、又はある他の光源であるかもしれない。さらに、直接光源１２は光放射デバイスの下流に置かれた第１の放射面２８を含む。第１の放射面２８において直接光２３６を生成する直接光源の１２の能力に関する限り、拡散光発生器１０の影響は、拡散光発生器１０が取り除かれる状態の第１の放射面２８において、直接光２３６を特定することによって排除された。少なくとも、発生器１０が第１の放射面２８の上流に置かれた場合に、除去は効果を有する。他の場合において、拡散光発生器１０はいずれにしろ主要光６２からの直接光の発生に影響しない。特に、上記で説明したように、直接光２３６が、第１の放射面２８に亘って均一であると共に、直接光の方向３２のまわりの角度分布において狭いピーク３０を有する輝度プロファイルで、第１の放射面２８から出射するように、直接光源１２は主要光６２から直接光２３６を生成する。
上記の図２０から２６は、拡散光発生器１０と、直接光源１２及びその個別部品に対するその相対的な位置との実現可能な実装に的をしぼった。人工照明装置で生じる異なる光成分のＣＣＴがさらに考慮された。一般に、拡散光発生器１０は、図２７Ｂ及び図２７Ｃに示すように、直接光源１２の第１の光放射デバイスの下流に置かれ、少なくとも部分的に光を透過する。例えば、発生器は、主要光６２の、直接光２３６の、又は、発生器にぶつかり、主要光から進行して結果として直接光２３６になる任意の中間光の、例えば５０％より多くを、実質的にずれることなく通過させ、実質的に、偏差は、単なる小さな角度に亘って、例えば２．５°より小さなＨＷＨＭ角度に亘って、発生する可能性があることを意味する。図２７Ｂ及び図２７Ｃの斜線の部分３０２は、拡散光発生器１０が、それ自身の第２の放射デバイスを有してもよいことを示す。１つの実現可能な具体例は図２６の２６６に示される。もう一方は、拡散光源２６０としてＯＬＥＤを使用することにより形成される。代わりに、又は加えて、光拡散発生器１０は直接光源の第１の光放射デバイスを共通使用する受動的なものでもよい。換言すれば、それは拡散体を有してもよい。使用可能な代替例に関して詳細のために図２３から２５が参照される。拡散体の場合には、それは、直接光、主要光、又は、直接光へのその変換の途中での主要光の中間バージョンに対応する光によって、点灯されるように置かれる。拡散光発生器１０の受動及び／又は能動型にかかわりなく、それは、直接光源１２の第１の放射面２８に対して上流側又は下流側に置かれてもよいが、拡散光発生器１０の第２の放射面３４において拡散光２４２を生じさせるように構成される。また、拡散光発生器１０はそれ自身の光源３０２を有しても有さなくてもよい。拡散光発生器１０が、直接光源１２の第１の放射面２８に対して下流側に置かれた場合、そのとき、直接光２３６は利用可能であり、直接光源１２へ課されるその要求値は、拡散光発生器１０を除去せずに測定可能である。
さらに上記の実施形態から明らかになったように、放射面２８及び３４の一方は他方に対して下流側に置かれる。図２７Ｂの場合、例えば、直接光源１２の第１の放射面２８は、拡散光発生器１０の第２の放射面３４に対して下流側に置かれ、したがって、人工照明装置の外側放射面３７を形成し、一方、図２７Ｃにおいて、それはより下流に置かれる拡散光発生器１０の第２の放射面３４であり、外側放射面３７を形成する。図２７Ｄは、直接光源１２及び拡散光発生器１０の放射面２８及び３４のどちらが、一般に人工照明装置の外側放射面３７を形成することに合致するかに従って、完全性のために更なる代替例を示す。例えば、拡散光発生器１０の粒子が、図２３の実施形態に従って、フレネルレンズを有している任意のそれぞれの実施形態のフレネルレンズ６４の物質内で散在するだろうことを想像する。その場合、直接光源１２のレンズ６４は、同時に拡散光発生器１０として機能する。もっと正確に言うと、フレネルレンズの物質内で散在する粒子２５４は、拡散光発生器１０を形成するだろうが、直接光源１２によって生成される直接光の輝度特性を決定するために（想像上で）取り除かれなければならないだろう。実際には、それら自体が散在する粒子２５４を有している、そのようなフレネルレンズは、これらの粒子２５４のない同一のフレネルレンズによって置き換えられるだろう。したがって、図２７Ｂ及び図２７Ｄから認識できることは、拡散光発生器１０が直接光源１２の第１の放射面２８の上流のどこに置かれても、人工照明装置が連携して作られる状況において、上記で説明された輝度制約に従っている直接光２３６は直接入手可能ではない。逆に、まさに説明されたように、拡散光発生器１０は取り除かれなければならないだろう。
図２７Ｅ及び２７Ｆは、直接光源１２との連携によって、外側放射面３７において形成される外側光２３９、及び、図２７Ｂ及び図２７Ｃの場合に関する拡散光発生器１０に的をしぼる。図２７Ｅにおいて、ここでは、拡散光発生器１０は、直接光源１２の第１の放射面２８に対して上流側に置かれ、それによって、外側放射面３７を形成し、まさに言及された制約に従っている直接光源１２の直接光２３６は、第１の放射面２８において、直接に発生しないだろう。逆に、拡散光発生器１０を通過したその透過変形体が第１の放射面２８で発生し、ここで、透過変形体は、拡散光発生器１０が衝突光に対して、例えば主要光６２に対して、単に部分的に透過させるだろうという事実の結果として、直接光と異なっているだろう。例えば、Ｈ方向に沿って高い規則性を持つ透過率によって特徴づけられる側面が点灯された拡散パネル２６４に基づいて、拡散光源２６０（図２６参照）として拡散光発生器１０が具現化される場合には、透過変形体は直接光と実質的に同一でもよいが、しかし、主に拡散体空気パネル境界面における反射損失のため、わずかに弱い（例えば、１０％さらに弱い）。拡散光発生器１０が、ＯＬＥＤフィルムとして具現化された、拡散光源２６０として具現化される場合には、透過変形体は直接光より実質的に弱い（例えば、４０％さらに弱い）だろう。拡散光発生器１０が、レイリー領域で衝突光を散乱させる、受動的な拡散パネル２５０として具現化される場合には、図２２Ａに関して以下に説明するように、透過変形体は、まさに低いＣＣＴため直接光と異なるだろう。最後に、拡散光発生器１０が、発生器を通過する衝突光線にわずかな偏差（すなわち２．５°より小さな偏差）を生じさせる場合、すなわち、それが低角度白色光拡散体２３０の関数を組み込む場合は、透過変形体は、直接光の角スペクトルと低角度白色光拡散体角インパルス応答関数との畳み込みである、角スペクトルにおいても直接光と異なるだろう。
図２７Ｅの場合、外側放射面３７における外側光２３９は、直接光のまさに前述の透過変形体と、拡散光発生器１０によって放射される拡散光２４２との結果である。角度方向において、外側光２３９は、上述のθＨＷＨＭ内などの狭いピーク３０内に含まれる方向に沿って伝搬する、第１の光成分２４１、及び、狭いピーク３０から基本的に離れた方向に沿って伝搬する、第２の光成分２４３を含み、第１の光成分２４１は、例えば３θＨＷＨＭより大きい方向の第２の光成分２４３のＣＣＴより低いＣＣＴを有している。
図２７Ｄ及び図２７Ｂの比較は、両方の場合が単に異なることを明らかにし、その違いは、直接光の透過変形体及び拡散光の両方を共に不可逆的に融合させ、結果として生じる外側放射面３７において外側光２３９を形成するので、図２７Ｄの場合に拡散光発生器１０によって生成される拡散光が直接光源１２によって生じる直接光から、直接入手可能でないか、又は分離可能でない点にある。
図２７Ｆは、図２７Ｃの場合からの結果として生じる外側光の状態を示す。拡散光発生器１０は、面２８の下流に置かれるので、直接光２３６は入手可能であり、図２２Ａに示すようにＣＣＴｔｒａｎｓを有する、その透過変形体は、拡散光発生器１０の第２の放射面３４によって形成される光放射面３７における外側光２３９に寄与する。角度方向における外側光２３９の構成は、図２７Ｅにおいて示される。
図２７Ｅに関して、図２２Ｂ及び図２２Ｃは、直接光源１２の第１の放射面２８に対して、拡散光発生器を上流側に置く２つの代替例を示す。図２２Ｂは、入力面３３へ衝突する光にとって、例えば主要光６２にとって、例示的にほぼ完全に透過する、能動型拡散光発生器１０を有する場合を例示し、直接光は、それぞれ、放射面２８及び３７において、外側光２３９に実質的に直接寄与する。それにもかかわらず、しかしながら、第１の配光成分２４１は、第１の配光成分２４１が拡散光発生器１０の拡散光の寄与をさらに含むという点で直接光と異なることに注意すべきである。しかしながら、狭いピーク３０によってカバーされる小さな角片のため、後者の寄与はきわめて小さく、したがって、直接光２３６のＣＣＴ又は透過光のＣＣＴと前述の拡散光２４２のＣＴＴとを関連付けるすべてのＣＣＴ関係は、その範囲においてさらに第１の光成分に適用されるだろう。
さらに、第１の配光成分２４１は、狭いピーク３０内の方向に沿った光線伝搬によってのみ形成される、狭角支援（すなわち輝度プロファイルのピークを支持する方向）を有する。対照的に、直接光２３６は、任意の角度における背景光の存在を特徴とするかもしれない。
図２２Ｃは、例えば、ブラーフィルタを発生器１０と放射面２８によって形成される外側放射面との間に配置して、上記で概説されたように、波長選択性拡散効率の拡散体を含む拡散光発生器１０の場合を示す。この場合、単にまさに前述の直接光の透過変形体が、それぞれ、表面２８及び３７において結果として生じ、外側光に寄与する。再び、狭いピーク３０内の外側光２３９の配光成分２４１は、光成分２４１が拡散光発生器１０によって生成される拡散光のそれぞれの角片をさらに含む点で、まさに前述の直接光の透過変形体と異なる。

Claims (26)

  1. 太陽と空からの自然光に似た自然光を生成する人工照明装置であって、観察者が前記人工照明装置を直接見たときに、太陽と空が無限の深さにあるとの知覚を観察者に知覚させる人工照明装置において、
    直接光源（１２）と、
    拡散光発生器（１０）と、
    を備え、
    前記直接光源（１２）は、
    主要光（６２）を放射するように構成された第１の光放射デバイス（１４；４６；６０；１１４；１３８；１５０）と、前記第１の光放射デバイスの下流に設けられる第１の放射面（２８）とを具備し、
    前記直接光源（１２）は、前記第１の放射面（２８）から出射する直接光（２３６）が、輝度プロファイルＬ ｄｉｒｅｃｔ （ｘ、ｙ、θ、φ）を持つように、前記主要光（６２）から前記直接光を生成し、
    前記輝度プロファイルＬ ｄｉｒｅｃｔ （ｘ、ｙ、θ、φ）は、前記第１の放射面（２８）の各空間座標（x、ｙ）において同一形状であり、輝度の空間的変動の標準偏差と輝度の平均値との間の比率が、任意の固定方位角φ及び３θ ＨＷＨＭ 超の任意の固定極角θに対して、前記第１の放射面の少なくとも９０％に対して任意の直径１０ｍｍの円形空間領域内で、値０．３を超えず、
    前記輝度プロファイルＬ ｄｉｒｅｃｔ （ｘ、ｙ、θ、φ）は、前記直接光方向（３２）周りの角度分布における極角θ方向に狭いピーク（３０）を示すように、前記輝度プロファイルは、極角θ＞３θ ＨＷＨＭ の範囲において、前記輝度プロファイルの最大値の１０％未満に低下し、
    ここで、θ ＨＷＨＭ は、すべての前記第１の放射面（２８）のすべての方位角に亘る輝度プロファイルの平均である平均極角分布の半値半幅（ＨＷＨＭ）であり、全ての方位角に対する局所平均極角プロファイルの半値半幅（ＨＷＨＭ）の、前記第１の放射面２８の全体に対する平均値は、５°未満であり、
    極角θ≦θ ＨＷＨＭ の範囲の前記輝度プロファイルは、方位角φに事実上依存せず、前記極角θおよび前記方位角φは、θ＝０を前記直接光方向に割り当てた角座標系で測定され、前記直接光方向は、前記輝度プロファイルが最大値を示す方向を前記第１の放射面（２８）の全体で平均した方向に対応し、
    前記拡散光発生器（１０）は、
    前記狭いピーク（３０）を定める立体角の少なくとも９倍大きい立体角上で、拡散光（３５; ２４２）を放射するように構成され、
    前記第１の光放射デバイスの下流に配置され、
    第２の放射面（３４）を有し、
    少なくとも部分的に光を透過し、
    第２の放射面（３４）から、空間的一様性をもって、前記拡散光（３５; ２４２）を放出し、
    前記第１の放射面（２８）及び前記第２の放射面（３４）の一方は、他方に対して下流側に配置されて前記人工照明装置の外側放射面（３７）を形成し、又は、前記第１の放射面（２８）及び前記第２の放射面（３４）の両方が合致して前記人工照明装置の前記外側放射面（３７）を形成し、
    前記人工照明装置は、前記直接光源（１２）と前記拡散光発生器（１０）とが協働して、前記狭いピーク（３０）の中に含まれる方向に沿って伝搬する第１の光成分（２４１）と、前記狭いピーク（３０）から離れた方向に沿って伝搬する第２の光成分（２４３）とを有する外側光（２３９）を、前記外側放射面（３７）においてを形成するように構成され、
    前記第１の光成分（２４１）のＣＣＴ（相関色温度）は、前記第２の光成分（２４３）のＣＣＴよりも低い、
    人工照明装置。
  2. 前記直接光方向（３２）に近接した直接光の均一性に関して、前記輝度プロファイルは、５ｃｍの径の空間領域内において、θ ＨＷＨＭ の２０％よりも大きな標準偏差をもつ、最大輝度となる極角の空間的な変動、を有さない、
    請求項１に記載の人工照明装置。
  3. 前記輝度プロファイルＬ ｄｉｒｅｃｔ （ｘ、ｙ、θ、φ）は、方位φに対してあまり変化せず、前記輝度プロファイルは、それぞれの位置（x、ｙ）において、その外側がピーク値の１０％よりも低くなる領域（θ、φ）は、実質的に底面が円形の円錐となり、
    同量の合計の半分に正規化された前記領域の、最大極角と最少極角との差は、サンプルにおける任意の位置において、０．２を下回る、
    請求項１又は２に記載の人工照明装置。
  4. 前記直接光源（１２）は、輝度の空間変動の標準偏差と輝度平均値との比が、前記第１の光放射面の少なくとも９０％の全体内で、任意の固定の方位角φ、及び、３θ ＨＷＨＭ より大きい任意の固定の極角θに対して、０．４の値を超えない、
    請求項１又は２に記載の人工照明装置。
  5. 前記拡散光発生器（１０）は、入射する光束の１０％未満を吸収する、
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  6. 前記拡散光発生器（１０）は、第２の光放射デバイス（２６６）を具備する拡散光源（２６０）を備え、
    前記拡散光源（２６０）は、前記直接光源（１２）からは独立して前記拡散光（３５；２４２）を放射するように構成され、
    前記拡散光源（２６０）は、端面照射型散乱拡散体（２６４）又はＯＬＥＤを備え、前記直接光源（１２）及び前記拡散光源（２６０）の少なくとも一方のＣＣＴは、制御可能である、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  7. 前記拡散光発生器（１０）は、拡散体（２５０）を備え、
    前記拡散体（２５０）は、前記直接光（２３６）、前記主要光、又は前記主要光から発展して前記直接光（２３６）となる中間光に照射されるように設置され、
    前記拡散体（２５０）は、照射された前記直接光（２３６）、前記主要光、又は前記中間光を、可視波長領域内の短波長のほうが長波長よりも高くなる散乱効率で散乱するように構成され、
    前記拡散体（２５０）は、第１の材料の固体マトリクス（２５２）を具備し、前記固体マトリクス（２５２）は、可視波長領域内の短波長のほうが長波長よりも高くなる光散乱効率を得るように構成された第２の材料のナノ粒子（２５４）の分散体を含み、
    前記ナノ粒子（２５４）は、少なくとも面積密度の関するかぎり、一様に分布される、
    請求項１乃至５のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  8. 前記人口照明装置は、光吸収材からなる吸収体（５８；７２；８２；１２２；１５８；２００；２２４）を具備し、
    前記吸収体は、可視光の吸収係数が８０％より高く、
    前記吸収体は、前記第１の光放射デバイス（１４；４６；６０；１１４；１３８；１５０）の下流であって、前記第１の放射面（２８）の上流に配置され、
    前記吸収体は、前記第１の放射面（２８）が、η ｒ ≦０．４、となる全反射係数η ｒ を有するように配置され、
    前記全反射係数η ｒ は、試料の面が境界となった半球内の全角度で反射した光束と、同一の幾何学的空間的条件で測定された、完全反射拡散体で反射した光束との比として定義され、前記測定は、サンプルの上に均一な照度を提供するＤ６５標準光源による拡散照明下でなされる、
    請求項１乃至７のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  9. 前記人口照明装置は、光吸収材からなる吸収体（５８；７２；８２；１２２；１５８；２００；２２４）を具備し、
    前記吸収体は、前記第１の光放射デバイス（１４；４６；６０；１１４；１３８；１５０）の下流であって、前記第１の放射面（２８）の上流に配置され、
    前記吸収体は、前記第１の放射面（２８）を上流方向に横切る光線であって、前記吸収体がない状態では前記第１の光放射デバイスの方向に向かないであろう光線、を実質的に吸収するように構成される、
    請求項１乃至８のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  10. 前記直接光源は、
    主要光を放射するように構成された第１の光放射デバイス（６０）と、
    前記第１の光放射デバイスの下流側の焦点距離に、前記直接光方向（３２）に一致する光軸（６８）に沿って配置されたコリメートレンズ（６４）と
    からなる複数の対を備え、
    前記複数の対は、前記対の前記コリメートレンズが相互に隣接して前記コリメートレンズが接合面を形成するように並置される、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  11. 前記第１の光放射デバイスを収容し且つ前記コリメートレンズが配置される開口を有する暗箱をさらに備え、
    前記暗箱の内面は、光吸収体の光吸収材で形成され、前記光吸収材の可視光に対する吸収係数は７０％超である、
    請求項１０に記載の人工照明装置。
  12. 前記コリメートレンズはフレネルレンズである、
    請求項１０又は１１に記載の人工照明装置。
  13. 前記第１の光放射デバイス（６０）はＬＥＤを備える、
    請求項１０又は１１に記載の人工照明装置。
  14. 前記第１の光放射デバイス（６０）と前記コリメートレンズ（６４）との間に自由形状レンズ（１８０）が配置され、前記自由形状レンズ（１８０）が、前記主要光の照度分布を前記コリメートレンズに対して平坦化するように構成される、
    請求項１０又は１１に記載の人工照明装置。
  15. 前記第１の光放射デバイスは円形開口を備え、前記コリメートレンズの焦点距離と、前記第１の光放射デバイスの開口との比は、１０よりも大きい、
    請求項９又は１０に記載の人工照明装置。
  16. 前記直接光源（１２）は、端部照射型導光放射パネルを備え、
    前記直接光方向（３２）から見たときに円形の外観を呈する反射面を有し、前記直接光方向（３２）が導波中心伝搬方向（１４２）に対する整反射方向を形成するように配向された微小反射体（１２６）であって、それぞれが前記端部照射型導光放射パネルの不透明層に面する側面に対向する外面（１３２）に形成された対応する微小レンズ（１３０）の光軸上の焦点距離に配置された微小反射体（１２６）を利用して、前記端部照射型導光放射パネルにより光が抽出される、
    請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  17. 前記直接光方向（３２）は、前記外側放射面（３７）に垂直な方向に対して傾斜している、
    請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  18. 前記外側放射面の下流に配置された格天井構造（１７０）をさらに備え、
    前記格天井構造は、交互に繰り返される、前記格天井構造の照明された側面と、影になった側面とが、観察者に見えるように構成され、
    前記格天井構造の外面は、直接光方向（３２）に沿った投射において、前記格天井構造の前記外面の少なくとも３０％は向かい合い、前記格天井構造の前記外面の少なくとも３０％は背を向けるように、傾斜される、
    請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  19. 前記格天井構造（１７０）は、前記第１の放射面（２８）において、前記直接光源（１２）の構造における第２の周期性の整数倍又は単位分数である第１の周期性を備える、
    請求項１８に記載の人工照明装置。
  20. 前記直接光源（１２）は、事前コリメート光を生成すると共に前記第１の光放射デバイスを含むコリメート光源（１９０）と、前記コリメート光源の下流に配置された微小光学ビームホモジナイザ層（１９２）とを備え、前記微小光学ビームホモジナイザ層は、前記直接光源（１２）の前記狭いピーク（３０）の外側に生成されるような、前記事前コリメート光の迷光成分を軽減するように構成される、
    請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の人工照明装置。
  21. 前記微小光学ビームホモジナイザ層は、微小レンズ（１９４）の２次元配列と、ピンホール（１９６）の２次元配列により穿孔された、吸収体としての光吸収層（２０２）とを備え、前記光吸収層（２０２）は、前記直接光方向（３２）に一致する方向において、各微小レンズが、その焦点距離に、夫々対応する前記ピンホールを持つように、前記微小レンズの２次元配列の下流に配置されて伸びる、
    請求項２０に記載の人工照明装置。
  22. 前記微小レンズ（１９４）は円形開口を備える、
    請求項２１に記載の人工照明装置。
  23. 前記微小光学ビームホモジナイザ層は、微小レンズおよび関連するピンホールの隣接する対の間のクロストークを軽減するように構成されたチャネル分離構造（２２０）をさらに備える、
    請求項２１に記載の人工照明装置。
  24. 前記微小光学ビームホモジナイザ層は、円形開口を有する微小レンズ（１９４）の２次元配列と、各微小レンズから前記直接光方向（３２）に延長し、微小レンズの前記２次元配列の下流に延長する、微小チャネルの２次元配列からなる、吸収体としてのチャネル分離構造とを備え、
    焦点距離ｆｍ をもつ各微小レンズに対して、対応する微小チャネルの出力開口は、各微小レンズから距離ｌだけ離間しており、ここで、０．５ｆｍ＜ｌ＜１．２ｆｍである、
    請求項２０に記載の人工照明装置。
  25. 前記微小光学ビームホモジナイザ層は、望遠鏡（２１６）のアレイを形成するように、焦点距離がｆｍ１である微小レンズの第１の２次元配列（２１０）と、焦点距離がｆｍ２である微小レンズの第２の２次元配列（２１２）と、微小レンズの前記第１の２次元配列と前記第２の２次元配列との間に配置された円形のピンホール（２１４）の配列で穿孔された吸収体としての吸収層（２２０）とを備え、
    前記望遠鏡（２１６）のアレイは、前記第１の放射面（２８）の面に平行な面に分散し、互いに平行であると共に前記直接光方向（３２）に対して平行である望遠鏡軸を有する、
    請求項２０に記載の人工照明装置。
  26. 低角度白色光拡散体（２３０）をさらに備え、
    前記低角度白色光拡散体（２３０）は、１０度未満のフィルタインパルス応答ＨＷＨＭによって、前記輝度プロファイルの角度特性にぼけフィルタにかけるように構成される、請求項１乃至２５のいずれか１項に記載の人工照明装置。
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