JP6276777B2 - 自然光を模擬する人工照明システム - Google Patents
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Description
特許文献3は、光透過セルを備え、光透過セルが、光透過チャネル、光入力窓、光出口窓および壁を備える光学要素を開示している。光入力窓は、光透過チャネルの第1の側に配置され、光源から光を受け取る。光出口窓は、天空光のように見える光を放出する。光出口窓の少なくとも一部分は、第1の側とは反対側の光透過チャネルの第2の側に配置される。壁は、光入力窓と光出口窓の前記一部分の間に挿入され、光透過チャネルを取り囲む。光出口窓の前記一部分に対する垂線に対して比較的に大きな発光角で青色光を放出させるため、壁の少なくとも一部分は、予め決められたスペクトル範囲において反射性および/または透過性である。
特許文献4は、熱伝導要素と、固体発光器と、反射要素とを含む照明装置を開示している。伝導要素は開口部を画定し、発光器および反射要素は、伝導要素の第1の側に装着される。
特許文献5は、グレア(glare)のない均一な照明を提供する手段を使用した照明器具を開示している。
特許文献6は、拡散性透明プレートと、光均質化部材と、蛍光ランプと、反射部材とを含む装置を開示している。
図1は人工照明システム1を示す。以後、人工照明システム1を簡潔に照明システム1と呼ぶ。
− 透過成分。この成分は、第1の拡散器パネル4を通過した、偏向をあまり経ていない光線、すなわち0.1°よりも小さな偏向を経た光線によって形成された成分であり、第1の拡散器パネル4に入射した全光束の部分τdirectである光束を有する。
− 前方拡散成分。この成分は、第2の表面S2に対して直角な方向の周りに分布する方向(このような直角方向およびこのような直角方向から0.1°よりも小さな角度だけ異なる方向は除く)に沿って第2の表面S2を出た光線によって形成される成分であり、第1の拡散器パネル4に入射した全光束の部分τscatteredである光束を有する。
− 後方拡散成分。この成分は、第1の表面S1に対して直角な方向の周りに分布する方向(このような直角方向およびこのような直角方向から0.1°よりも小さな角度だけ異なる方向は除く)に沿って第1の表面S1を出た光線によって形成される成分であり、第1の拡散器パネル4に入射した全光束の部分ρscatteredである光束を有する。
− 反射成分。この成分は、第1の表面S1に対するミラー・アングル(mirror angle)(例えばこの場合には直角または直角から0.1°よりも小さな角度だけ異なる角度)の方向に沿って第1の表面S1を出た光線またはこの方向に沿って第1の表面S1から生じた光線によって形成された成分であり、第1の拡散器パネル4に入射した全光束の部分ρdirectである光束を有する。
− τscatteredは、0.05〜0.5、好ましくは0.07〜0.4、より好ましくは0.1〜0.3、よりいっそう好ましくは0.15〜0.25の範囲にある。
− 前方拡散成分の平均相関色温度(「CCT」)CCT_τscatteredは、透過成分の平均相関色温度CCT_τdirectよりもかなり高い。すなわち、CCT_τscattered>h×CCT_τdirectであり、ここでh=1.2、好ましくはh=1.3、より好ましくはh=1.5である。
− 第1の拡散器パネル4は入射光をあまり吸収しない。すなわち、和τdirect+τscattered+ρdirect+ρscatteredが、少なくとも、0.8、好ましくは0.9、より好ましくは0.95、よりいっそう好ましくは0.97に等しい。
− 第1の拡散器パネル4は大部分を前方へ散乱させる。すなわち、τscattered>η×ρscatteredであり、ここで、ηは少なくとも1.1に等しく、好ましくはη=1.3、より好ましくはη=1.5、よりいっそう好ましくはη=2である。
− 第1の拡散器パネル4の反射は小さい。すなわち、ρdirectが<0.09、好ましくは<0.06、より好ましくは<0.03、よりいっそう好ましくは<0.02である。
であり、上式で、νは、1メートル6に等しい次元定数であり、Nminは、数/メートル2として表され、有効径Dはメートルで表され、mは、第2の材料の屈折率と第1の材料の屈折率の比に等しい。
に等しい)。これらの有効径は[5nm〜350nm]の範囲に入ることができる。すなわち、この分布はこの範囲内で非ヌル(non−null)であることができる。この場合、散乱効率が、ほぼ、すなわち小粒子の限界において、ナノ粒子の直径の6乗とともに増大することを考えると、この多分散分布は、ほぼ、
として定義される代表直径D’effを有する単分散分布として振る舞う。上式で、
であり、D’effは、[5nm〜350nm]、好ましくは[10nm〜250nm]、より好ましくは[40nm〜180nm]、よりいっそう好ましくは[60nm〜150nm]の範囲に入るように選択することができる。
− 光線RL1が、(一例として部屋6から到来し)第1の拡散器パネル4を通り抜け、または第1の拡散器パネル4から生じ、
− 光線RL2が、反射システム20による光線RL1の反射であり、第1の表面S1に再び衝突するように導かれる
ような態様の対が構成されることはない。
− 第1の光源2によって生み出された光線IR1は反射システム(ここでは30によって示される)に当たり、第1の拡散器パネル4上へ運ばれ、第1の拡散器パネル4を横切り、観察者に到達する。
− 第1の光源2によって生み出された光線IR2は反射システム30に当たり(1度目)、第1の拡散器パネル4上へ運ばれ(1度目)、第1の表面S1によるフレネル反射によって部分的に反射され、反射システム30に当たり(2度目)、第1の拡散器パネル4上へ運ばれ(2度目)、第1の拡散器パネル4を横切り、光線IR1に関して異なる方向から観察者に到達する。
− 反射システム20を介して、放出面Sfの重心O”を第1の表面S1の重心Oに接続する光線RL3であって、第1の表面S1に対して直角な、第1の表面S1の重心Oを通る線に対して角度θ1を形成する光線RL3と、
− 反射システム20を介して、放出面Sfの重心O”を、第1の表面S1の重心Oから距離Xだけ離隔した第1の表面S1の点に接続する光線RL4であって、第1の表面S1に対して直角な、この点を通る線に対して角度θ2を形成する光線RL4と
が与えられた場合に、式
が成立するようなものである。上式で、Lは、少なくとも3メートルに等しく、X<<L、例えばX<10cmであることが好ましい。Lは、少なくとも4メートルに等しいことが好ましく、Lが少なくとも5メートルに等しいとよりいっそう好ましい。第1の光源2から第1の拡散器パネル4までの前述の距離dがLに等しいとすれば、このような条件は、図1に示された実施形態によっても満たされることに留意されたい。
が当てはまることによって、第1の光源2によって生成される第1の表面S1上の照度が実質的に均一である実施形態が可能である。上式で、θeは、第1の光源2の放出面Sfの重心O”から生じた別の光線が、第1の表面S1の境界の点に衝突する角度である。この点は、境界の点のうち、第1の表面S1の重心Oからの距離が最大である点である。本出願の出願人はさらに、この場合も、観察者が第1の拡散器パネル4から小さい距離だけ離れて位置しているのであれば、Lが、第1の表面S1の任意の2点間の最大距離の少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、よりいっそう好ましくは少なくとも100%に等しければ十分であることに気づいた。
− ダーク構造体300を可視範囲の第2のアネコーイック・チャンバに置き換えた後に、上述の第1の点220の輝度L1を、第1の観察方向230において測定するステップと、その後に、
− 第2のアネコーイック・チャンバを除去し、ダーク構造体300を提供するステップと、その後に、
− 第1の点220の輝度L2を、やはり第1の観察方向230において測定するステップと、
− 輝度L2と輝度L1の差を計算するステップ。
Claims (41)
- 自然光をシミュレートする照明を用いて環境(6)を照明する(1)照明システムであって、
− 可視光のビームを放出するように構成された第1の光源(2)と、
− 前記光ビームを受け取るように構成された内面(S1、S3)および外面(S2)によって境界画定された拡散光発生器(4;68)であり、前記光ビームに対して少なくとも部分的に透明であり、前記光ビームの少なくとも部分を透過させるように構成されており、さらに、前記外面を通して可視拡散光を放出するように構成されており、前記透過光の相関色温度(CCT)が前記可視拡散光のCCTよりも低い拡散光発生器と
を備え、
前記照明システムが、前記拡散光発生器を介して前記環境に光学的に結合されるように構成されたダーク構造体(10、12;300;310)をさらに備え、
− 該ダーク構造体の少なくとも一部分が、可視範囲において実質的に均一な吸収係数を有し、前記ダーク構造体が、実質的に均一な背景を前記第1の光源に提供するように構成されており、かつ/または
− 前記ダーク構造体の少なくとも一部分が、可視範囲において少なくとも70%に等しい吸収係数を有し、前記ダーク構造体が、前記第1の光源にダーク背景を提供するように構成されており、
前記ダーク構造体の前記一部分が、前記内面の面積の50%以上の面積を有する照明システム。 - 前記ダーク構造体(10、12;300;310)の前記少なくとも一部分が、可視範囲において実質的に均一な吸収係数を有し、前記ダーク構造体が、実質的に均一な背景を前記第1の光源に提供するように構成されており、前記ダーク構造体の前記少なくとも一部分が、可視範囲において少なくとも70%に等しい吸収係数を有し、前記ダーク構造体が、前記第1の光源にダーク背景を提供するように構成されている請求項1に記載の照明システム。
- 外光が前記拡散光発生器(4;68)を上流から照明することを防ぐように、前記ダーク構造体(10、12;300;310)が構成された請求項1または2に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)がオンであるときに、少なくとも0.1ステラジアンのトップ・アングルを有する方向束(200)が与えられた場合に、前記外面(S2)の少なくとも一部分の任意の第1の点(220)において、該第1の点の第1の背景輝度と第2の背景輝度が、前記第1の背景輝度の50%以下だけ互いに異なるように、前記ダーク構造体(10、12;300;310)が構成されており、前記第1および第2の背景輝度がそれぞれ、第1および第2の観察方向(230、240)に測定され、該第1の観察方向が、前記方向束の方向のうちのどの方向に対しても平行であり、局所眩目方向(250)のうちのどの方向に対しても平行ではなく、前記第2の観察方向が、前記第1の観察方向から、範囲0.3°〜1°の角距離だけ離して設定され、局所眩目方向のうちのどの方向に対しても平行ではなく、前記局所眩目方向が、前記第1の点から前記第1の光源を見る任意の方向(260)から3°未満だけ離して設定された方向であり、前記第1および第2の背景輝度がそれぞれ、前記ダーク構造体に当たった、前記環境(6)をこれまで通過しなかった前記光線だけによって形成される請求項1から3のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記方向束(200)が円錐形であり、軸方向に沿って向けられた軸(210)を有し、該軸方向が、前記外面(S2)の前記一部分の少なくとも1つの第2の点から前記第1の光源(2)を見る方向(260)に対して平行である請求項4に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)がオンであるときに、前記第1の背景輝度が、前記環境(6)から到来する光線がない場合に、前記第1の点(220)の前記第1の観察方向(230)の全輝度の30%に等しいしきい輝度値よりも大きくなることを防ぐように、前記ダーク構造体(10、12;300;310)がさらに構成された請求項4または5に記載の照明システム。
- 前記ダーク構造体(310)の前記一部分がエッジ・フリーである請求項1から6のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器(4;68)が、前記透過光のCCTが前記光ビームのCCTよりも大きくならないような拡散光発生器である請求項1から7のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器(4;68)が、前記可視拡散光のCCTが前記光ビームのCCTよりも大きくなるような拡散光発生器である請求項1から8のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記内面(S1)上で、照度が、最小値と最大値の間で変化するように前記第1の光源(2)が構成されており、前記最大値が、前記最小値の3倍以下である請求項1から9のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)が、前記内面(S1、S3)の重心(O)を通る、前記内面(S1、S3)に対して直角な線(H)に関して、軸外れで配置された請求項1から13のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記ダーク構造体(10)の内側に配置された反射光学システム(20)であり、前記内面(S1、S3)上へ前記光ビームを運ぶように構成された反射光学システム(20)をさらに備え、該反射光学システムが、使用時に前記内面から到来し前記反射光学システムに衝突した光線が前記内面上へ反射されないような反射光学システムである請求項1から14のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記反射光学システム(20)が、平面型の第1のミラー(22)を備える請求項15に記載の照明システム。
- 前記内面を含む平面上への前記第1のミラーの投影が前記内面と重ならないような方式で、前記第1のミラー(22)が、前記内面(S1、S3)に対して平行に配置された請求項16に記載の照明システム。
- 前記反射光学システム(20)が、収束型の第1のミラー(22;24)を備える請求項15に記載の照明システム。
- 前記第1のミラー(22)が、円形放物面の一部分として形づくられた請求項18に記載の照明システム。
- 前記第1のミラー(22)が、放物柱の一部分として形づくられた請求項18に記載の照明システム。
- 前記反射光学システム(20)が、放物柱の一部分として形づくられた第2のミラー(24)をさらに備え、前記第1のミラーの軸と前記第2のミラーの軸が互いに対して実質的に直交する請求項20に記載の照明システム。
- 前記第1および第2のミラー(22;24)が、共通の焦点を共有するように配置されており、前記第1の光源(2)が実質的に前記共通の焦点に配置されている請求項21に記載の照明システム。
- 前記反射光学システム(20)が、前記第1の光源(2)を前記内面(S1、S3)に接続する光路を形成し、前記第1のミラー(22)が、前記内面(S1、S3)の前の前記光路の最後の偏向を引き起こし、前記反射光学システムを介して前記第1のミラーの重心(O’)を前記内面の重心(O)に接続する光線が、前記内面の重心において、前記内面に対して直角な方向に対して40°を含む40°から65°を含む65°までの範囲の角度を形成する請求項16から22のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記ダーク構造体(310)の内側に配置された反射光学システム(20)であり、前記内面(S1、S3)上へ前記光ビームを運ぶように構成された反射光学システム(20)をさらに備え、該反射光学システムが、使用時に前記内面から到来し前記反射光学システムに衝突した光線は前記内面上へ反射されないような反射光学システムであり、前記反射光学システムが、第1のミラー(22)を備え、前記第1の光源(2)を前記内面(S1、S3)に接続する光路を形成し、前記第1のミラー(22)が、前記内面(S1、S3)の前の前記光路の最後の偏向を引き起こし、前記内面(S1)と前記第1のミラー(22)の最も近い2つの点を通る線が、前記ダーク構造体(310)の前記一部分に衝突する請求項1から7のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)が、複数の発光装置(52)および複数の反射集光器(54)によって形成され、それぞれの反射集光器が漏斗形であり、入力開口(IN)および出力開口(OUT)を有し、前記入力開口の面積が前記出力開口の面積よりも小さく、それぞれの発光装置が、対応するそれぞれの反射集光器の前記入力開口に光学的に結合された請求項1から24のいずれか一項に記載の照明システム。
- それぞれの反射集光器(54)の前記出力開口(OUT)が長方形として形づくられた請求項25に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)が、複数の発光装置(52)および複数の反射集光器(54)によって形成され、それぞれの反射集光器が漏斗形であり、入力開口(IN)および出力開口(OUT)を有し、前記入力開口の面積が前記出力開口の面積よりも小さく、それぞれの発光装置が、対応するそれぞれの反射集光器の前記入力開口に光学的に結合されており、前記出力開口(OUT)が伸長方向(57)に沿って細長く、前記光ビームが、最大発散軸(58)を有し、前記反射光学システム(20)が、使用時に、前記第1の光源(2)の放出面(Sf)の重心(O”)から出る、最大発散平面にある光線の束が、前記内面の重心を通り、前記第1のミラー上へのキャリア光線の入射平面に対して直角な軸(y)に接する線に沿って前記内面(S1、S3)に衝突するように構成されており、前記キャリア光線が、前記反射光学システムを介して前記放出面の重心を前記内面の重心に接続する光線である請求項15から24のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記反射光学システム(20)が、前記キャリア光線が単一の平面にあるように構成され、前記第1の光源(2)が、前記最大発散軸が前記単一の平面に対して直角になるように配置された請求項27に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)が、円形または楕円形の全体開口(62)を有するマスク(60)をさらに備え、前記マスクが、前記出力開口(OUT)と共面であり、前記マスクが、前記全体開口の周りに配置された前記出力開口の部分から到来した光を遮断するのに適している請求項25から28のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器が、可視範囲の光を実質的に吸収しないように構成された第1の拡散器(4)であり、前記光ビームの長波長成分よりも効率的に短波長成分を拡散するように構成された第1の拡散器(4)を備え、該拡散器が、450nmに等しい波長を有する光線を、650nmに等しい波長を有する光線よりも少なくとも1.2倍効率的に拡散させるように構成された請求項1から29のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記第1の拡散器(4)が、第2の材料の第1の粒子がその中に分散した第1の材料のマトリックスを含み、前記第1および第2の材料がそれぞれ第1および第2の屈折率を有し、前記第1の粒子が、相当直径に前記第1の屈折率をかけた積が範囲5nm〜350nmにあるような相当直径を有する、請求項30に記載の照明システム。
- 前記第1の光源(2)および前記第1の拡散器(4)を横切る粒子分布の密度が、前記密度と使用時に前記第1の光源によって前記第1の拡散器上に提供される照度との積が前記第1の拡散器上で実質的に一定であるようなものである請求項31に記載の照明システム。
- 前記第1の拡散器(4)がパネルの形状を有し、前記内面および前記外面(S1、S2)のうちの少なくとも一方の面が前記第1の拡散器によって形成された請求項30から32のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器が、前記第1の光源(2)から独立して前記可視拡散光の少なくとも一部分を放出するように構成された第2の光源(68)を備える請求項1から33のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記第2の光源(68)が、
− 光ガイド・パネルとして形づくられ、縁が照らされるように構成された第2の拡散器(64)と、
− 前記第2の拡散器(64)の縁を照らす照明器(66)と
を備える請求項34に記載の照明システム。 - 前記第1の光源(2)と前記照明器(66)のうちの少なくとも一方のCCTが、制御可能な形で可変である請求項35に記載の照明システム。
- 前記第2の光源(68)がOLEDを備える請求項34から36のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器(4;68)が細長い形状を有する請求項1から37のいずれか一項に記載の照明システム。
- 前記拡散光発生器(4;68)の下流に配置され、反射面(320)によって形成された光学基準をさらに備え、前記反射面の一部分が、対応する縁部分によって境界画定されており、前記反射面の前記一部分が、
− 前記反射面の前記一部分および前記縁部分が、前記第1の光源(2)によって生み出され前記拡散光発生器を透過した光によって照らされ、
− 前記第1の光源を前記反射面の前記一部分に接続する前記光路のうちの最も短い光路が、前記反射面の前記一部分の任意の2点間の最大距離の少なくとも70%に等しい長さを有する
ように構成されている請求項1から38のいずれか一項に記載の照明システム。 - 前記拡散光発生器(4;68)の下流に配置され、環境間の開口を境界画定する隔壁(350)によって形成された光学基準をさらに備え、環境間の前記開口の一部分が、対応する縁部分によって境界画定されており、環境間の前記開口の前記一部分が、
− 環境間の前記開口の前記一部分および前記縁部分が、前記第1の光源(2)によって生み出され前記拡散光発生器を透過した光によって照らされ、
− 前記第1の光源を環境間の前記開口の前記一部分に接続する前記光路のうちの最も短い光路が、環境間の前記開口の前記一部分の任意の2点間の最大距離の少なくとも70%に等しい長さを有する
ように構成されている請求項1から38のいずれか一項に記載の照明システム。 - 請求項1から40のいずれか一項に記載の照明システム(1)と、前記環境(6)の壁(P2)とを備え、該壁がキャビティ(8)を形成し、該キャビティ(8)の中に前記拡散光発生器(4;68)が延びている建造物。
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