CN116802433A - 模拟自然光的照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种模拟自然照明的照明装置，该照明装置能够产生至少两种具有不同角度分布且具有不同的相关色温或CCT的光分量。这样构思的模拟自然照明的照明装置能够产生具有不同角度分布的两个色度分量的光，有效地防止了较高色温的光(蓝光)产生眩光效果或使环境产生天空和太阳的自然光不会产生的不自然的颜色。

Description

模拟自然光的照明装置

技术领域

本发明总体上涉及一种模拟自然照明的照明装置，具体而言，模拟天空和太阳的光，从而能够产生至少两个具有不同角度分布并具有不同相关色温或CCT的光分量。特别是，本发明涉及一种照明装置，能够产生第一高度准直的光分量，其CCT小于第二弱准直的光分量的CCT，即其强度分布的角孔径大于高度准直的光分量的角孔径。

背景技术

众所周知，最先进的照明系统能够模拟自然照明，尤其是天空和太阳的光，能够产生具有不同角度分布的色度分量的光，包括具有第一相关色温或较低的CCT的定向光或直射光的第一分量以及具有较大的CCT的第二漫射光分量。

在由同一申请人提交的诸如WO 2009/156347 A1、WO 2009/156348A1、WO 2014/076656A1和WO 2017/0847561A1的若干专利申请中描述的使用例如类瑞利漫射层的这种照明系统的示例性实施例。已知的照明系统大多使用可产生可见光的光源，以及含有纳米粒子的面板。面板被光源照亮，并作为所谓的色度漫射器或类瑞利式漫射器，即它以类似于晴空条件下地球大气层的方式漫射入射光线，从而将入射光线分离为基本上没有被漫射的穿过面板的第一部分直射光和被面板漫射的第二部分光线。特别是，漫射光分量比直射光分量具有更大的CCT，因为类瑞利式漫射器的散射效率是光的波长函数，对于较短的波长，散射效率更高。

由于具有较低CCT的光照亮物体并投射出其阴影的直接组件和具有较大CCT且使阴影呈现蓝色的漫射光之间的相互作用，因此照明系统能够重现太阳能照明，从而使环境具有大空间的感觉。

然而，当已知的模拟自然照明的照明系统与产生传统白光的二次照明装置在环境中结合使用时，这种效果就会大大降低。加入二次照明装置的目的通常是为了实现高于仅由自然照明系统提供的照明度，使照明环境的总成本得到控制。

在这种情况下，因为传统类型的二次照明无法产生自然光所特有的强度和色彩的对比，模拟自然光的照明系统所提供的空间扩展效果事实上已无法感知。

因此，申请人认为，为了不改变模拟自然光的照明系统所提供的感觉，使用二次照明装置是很方便的，这些装置也能够产生具有不同角度分布的光，其色度特征和强度分布的角孔径与模拟自然光的照明系统产生的光分量相当。

因此，申请人为自己设定的目标是设计一款模拟自然光的照明装置，该照明装置可以作为二次照明装置，与模拟自然光的照明系统结合使用。

特别地，申请人为自己设定的目标是实现一种模拟自然照明的照明装置，该装置可以增加模拟自然照明的照明系统所提供的整体照明度而不改变所提供的感觉，并且可以以合理的价格成本实现。

此外，申请人为自己设定的目标是设计一种模拟自然照明的照明装置，该装置可以用来实现局部的自然照明，例如照亮一个有限的区域，如工作台面、办公桌、桌子等等。

特别地，申请人希望研究一种模拟自然光的照明装置，该装置能够再现自然光，而不会在安装该装置的房间的天花板上产生眩光效果或不自然的颜色，同时提供高照明效率。

发明内容

在第一方面，本发明涉及一种模拟自然照明的照明装置，该装置依次包括第一光学单元，该第一光学单元依次包含一个主光源，该主光源被配置为发射可见光谱中的主光，二向色分离光学器件被配置为拦截由该主光源产生的至少部分主光，并从第一发射表面发射至少一个具有传播方向、从主光源开始产生的第一高度准直光分量和至少一个漫射光分量。至少一个第一高度准直光分量和至少一个漫射光分量形成具有不同角度分布的色度分量的光。

此外，至少一个第一高度准直的光分量具有第一相关色温(CCT1)、总通量和发光强度分布，其特征是参考包含传播方向的二向色分离光学器件的至少一个半平面截面按半宽最大值(HWHM)测量，第一角孔α小于30°。

同样，至少一个漫射光分量具有高于第一相关色温(CCT1)的第二相关色温(CCT2)，以及角度比第一角孔径α大2倍的非零发光强度分布，例如基本上为朗伯发光强度分布。

基本上为朗伯发射分布可以理解为与发射角的余弦成正比的发射分布，对于发射表面的法线方向，发射角等于0°。

根据本发明，还提供了一个第二光学单元，该单元包括二级准直光学器件，被配置为至少拦截第一发射表面发射的具有不同角度分布的色度分量的光的一部分，并从该具有不同角度分布的色度分量的光开始产生。

-参考半平面截面，具有发光强度分布非一个弱准直的光分量，其特点是参考衰减角γ和90°之间组成的衰减角范围计算，弱准直的光分量的发光强度分布的平均值小于至少一个漫射光分量的发光强度分布的平均值，在同一衰减角范围内计算，衰减角γ是相对于传播方向测量的，并且至少等于第一发射表面发射的第一高度准直光分量的发光强度分布的第一角孔径α的2倍，以及

-第二高度准直的光分量，其总通量与第一高度准直的光分量基本相同，第二发光强度分布角孔α'小于或等于第一发射表面发射的第一高度准直的光分量的第一发光强度分布角孔α；以及

其中，弱准直的光分量和第二高度准直的光分量形成由第二光学单元发射出来的具有不同的角度分布的色度分量的准直光。

这样构思的模拟自然照明的照明装置能够产生具有不同角度分布的两个色度分量的光，有效地防止了较高色温的光(蓝光)产生眩光效果或使环境产生天空和太阳的自然光不会产生的不自然的颜色。与此同时，照明效率也基本保持不变。

如此，根据本发明的照明装置既可以有效地用作二次照明装置，以支持模拟自然照明的照明系统，因为具有不同角度分布的色度分量的产生可以支持这些系统再现的自然照明效果，也可以作为局部自然照明，能够在没有眩光效果的情况下提供良好的照明效率。

根据第二方面，本发明涉及一种模拟自然照明的照明系统包括多个上述类型的照明装置，这些照明装置以产生多个高度准直的光分量的方式排列，每个都围绕多个平行传播方向的相应传播方向，照明装置在垂直于每个传播方向的平面上排列成一个延伸结构。

有利的是，如此配置的照明系统使得其有可能实现与本发明的模拟自然照明的照明装置所描述的相同优点。

本发明至少具有下列优选特征之一；尤其是后者可以根据需要相互结合，以满足具体的申请需要。

优选地，至少一个第一高度准直的光分量具有一个发光强度分布，其特征是参考包含传播方向的二向色分离光学器件的至少一个半平面截面，按半宽最大值(HWHM)测量的第一角孔径α小于20°，更优选是小于15°。

优选地，衰减角γ至少是等于由第一发射表面发射的第一高度准直光分量的发光强度分布的第一角孔径α的2.5倍，更优选是等于其3倍。

在本发明的一个变形中，二级准直光学器件被配置成产生一个具有发光强度分布的弱准直的光分量，参考半平面截面，其特点是其平均值比参考衰减角范围计算的至少一个漫射光分量的发光强度分布的平均值小于60％，优选小于40％，更优选小于20％。

二级准直光学器件进一步优选地被配置为基本上不拦截高度准直的光分量和/或不重新分配和/或不重定向第一角孔径α之外的高度准直的光分量，特别是拦截和/或重新分配和/或重定向在第一角孔径α之外，从第一发射表面25发出的高度准直光分量的总通量小于10％。优选少于5％，最优选少于2％。

在本发明的一个变形中，二级准直光学器件体现为一个折射透镜，被配置为拦截和反射至少部分至少一个漫射光分量并重新分配它，以便产生一个具有一个发光强度分布的弱准直的光分量，参考半平面截面，其特征是其平均值小于在衰减角范围计算的至少一个漫射光分量的发光强度分布的平均值。

替代地或附加地，二级准直光学器件体现为一个折射透镜，被配置为拦截和重新定向至少部分至少一个漫射光分量并重新分配它，以便产生一个具有发光强度分布的弱准直的光分量，参考半平面截面，其特点是平均值小于在衰减角范围计算的至少一个漫射光分量的发光强度分布的平均值。

优选地，折射透镜被配置为额外拦截和重新定向至少部分第一高度准直的光分量，以便产生具有发光强度分布的第二高度准直的光分量，其特征是，参考半平面截面，按半宽最大值(HWHM)测量的第二角孔径α'小于或等于，优选小于第一角孔径α。

替代地或附加地，二级准直光学器件的结构包括具有至少一部分由漫射率至少为50％，优选至少为55％，更优选至少为60％的材料制成的壁。

替代地或附加地，二级准直光学器件的结构包括至少有一部分是由在可见范围内吸收系数至少为70％，更优选至少为80％，最优选至少为90％的入射光的材料制成的壁，其定位是为了拦截和吸收由第一发射表面发射的角度大于衰减角γ的至少部分漫射光分量。

在本说明和随后的权利要求中，术语“吸收系数”、“常规反射率”和“漫反射率”是指标准E284中关于描述材料和光源外观的术语给出的定义。

优选地，二级准直光学器件被配置为基本上不修改具有由第一光学单元发射的不同角度分布的色度分量的光分量的相关色温CCT。

优选地，二级准直光学器件被配置为从第一发射表面发射的具有不同角度分布的色度分量的光开始，产生一个弱准直的光分量，其相关色温基本等于第一发射表面发射的光的漫射光分量的第二相关色温CCT2，以及一个第二高度准直的光分量，其相关色温基本等于第一发射表面发射的光的第一高度准直的光分量的第一相关色温CCT1。

在本发明的一个变形中，参考半平面截面，按发光强度分布的半宽最大值(HWHM)测量，弱准直光分量的角孔径β比按发光强度分布的半宽最大值(HWHM)测量的第一高度准直光分量的第一角孔径α大1.2倍，优选是1.5倍，更优选是2倍。

在本发明的一个变形中，二向色分离光学器件包括一个主准直的光学元件，被配置为从主光开始产生具有第一角孔径α的发光强度分布的高度准直的光分量，以及一个漫射光发生器被配置为产生具有第二相关色温的漫射光分量。

优选地，漫射光发生器是一个色散元件，被配置为至少一个入射到该元件上的光的第一光谱部分是透明的，并至少散射入射光的一个第二光谱部分。

替代地或附加地，漫射光发生器是可调谐类型的色散元件，被配置为主要改变色散射元件在入射光的至少第二光谱部分的散射效率，从而调谐入射光的第二光谱部分的散射效率。

替代地或附加地，漫射光发生器是一个可调谐型的色散元件，包括一个由聚合物材料制成的基体，其中含有液晶的纳米液滴被截留。

替代地或附加地，漫射光发生器是一个形状为面板、薄膜、表面涂层或表面阳极氧化层的色散元件。

替代地或附加地，漫射光发生器是主动式的漫射光发生器，能够独立于主光源产生漫射光，并且是由对光基本透明的材料制成，无论其光谱如何。

更优选的是，色散元件被放置在第一发射表面，或至少在所述主光和所述主准直元件之间的一个相互作用面。

在本发明的一个变形中，至少二向色分离光学器件的主准直的光学元件具有轴向对称性，而且传播方向包含在主准直的光学元件的对称轴上；并且漫射光发生器具有圆形或四边形截面，例如方形或矩形或多边形截面。

在本发明的另一个变形中，用于二向色分离光学器件的主准直的光学元件具有横向于传播轴沿着装置的延伸轴的细长构造。

在本发明的一个变形中，第一光学单元包括多个主光源，例如并排排列和/或沿延伸轴对齐，其中二向色分离光学器件包括至少一个与多个主光源相关的准直透镜，并配置为使每个主光源发射的光沿多个平行传播方向的相应传播方向准直。

附图说明

在此并入并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

其中：

图1是根据本发明模拟自然照明的照明装置的第一实施例的示意图。

图2是根据本发明的模拟自然照明的照明装置的第二实施例的示意图。

图3是根据本发明的模拟自然光照的照明装置的第三实施例的示意图。

图4是根据本发明的模拟自然光照的照明装置的第四实施例的示意图。

图5是根据本发明的模拟自然光照的照明装置的第五实施例的示意图。

图6是根据本发明的模拟自然光照的照明装置的第六实施例的示意图。

图7是根据本发明模拟自然光照的照明装置的第七实施例的示意图；以及

图8是根据本发明的由多个照明装置组成的模拟自然照明的照明系统的一个实施例的示意图。

具体实施方式

以下是对本发明的示范性实施例的详细描述。在此描述并在附图中示出的示例性实施例旨在教导本发明的原理，使得本领域普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同的应用来实现和使用本发明。因此，示例性实施例不旨在并且不应被认为是对专利保护范围的限制描述。相反，专利保护的范围应由所附权利要求界定。

参考图1，示意性地说明了根据本发明的第一个实施例的模拟自然光照的照明装置，为简洁起见，以下称“照明装置”，统称为10。

照明装置10包括相互光学耦合一个第一光学单元20和一个第二光学单元30，以便第二光学单元30拦截由第一光学单元20发出的至少一部分光。

具体的，第一光学单元20包括至少一个被配置为发射主光22的主光源21，主光22包括至少一组电磁辐射，其波长包含在可见光谱中(即380纳米≤λ≤740纳米)，以下也用术语“光束”、“光线”或“光”来指代。例如，主光源21是一个固态发光装置(LED)。

第一光学单元20进一步包括至少具有第一发光表面25的二向色分离光学器件23，从该发光表面25发射的光24具有不同角度分布的色度分量。主光源21的定位是为了将主光22基本引入二向色分离光学器件23。

二向色分离光学器件23被配置为从主光源21发出的主光22开始，至少产生一个穿过第一发射表面25并沿传播方向A传播的第一高度准直的光分量24a，其传播方向A与第一高度准直的光分量24a表现出最大发光强度的方向相吻合；以及产生一个穿过基本在所有方向传播的第一发射表面25的漫射光分量24b。例如，漫射光分量24b有一个基本上是朗伯式的发光强度分布。

由二向色分离光学器件23产生的第一高度准直光分量24a的特征是具有一个发光强度分布，参照包含传播方向A的二向色分离光学器件23的至少一个半平面截面X，以半宽最大值(HWHM)测量，发光强度分布的角孔径α小于30°，优选小于20°，更优选小于15°。此外，第一高度准直光分量24a的特征由具有第一相关色温或CCT1和总通量表征。

二向色分离光学器件23进一步被配置为产生至少一个具有第二相关色温或不同的CCT2的漫射光分量24b，特别是高于第一高度准直光分量24a的相关色温CCT1。具体的，第一高度准直光分量24a的相关色温CCT1比漫射光分量24b的相关色温CCT2低1.2倍，优选低1.3倍，更优选低1.4倍。

在示例性术语中，二向色分离光学器件23包括主准直的光学元件23a，例如如图1所示的全内反射(TIR)透镜或如图2所示的反射器，以及漫射光发生器23b、23b'、23b”，在图1的实施例中被制成色散元件23b，置于第一发射表面25，以便拦截从主准直的光学元件23a发出的准直光。特别是，图1的实施例中主准直的光学元件23a具有轴向对称性，以致第一高度准直的光分量24a的发光强度分布基本与包含传播方向A的二向色分离光学器件23的半平面截面X相等。色度散射元件23b也可以通过轴向对称实现，例如通过圆形截面实现，或者是没有轴向对称而是具有四边形截面，例如正方形或长方形，或规则或不规则的多边形截面。

“色度扩散元件”是指其光扩散特性取决于穿过它的光的波长的扩散元件，如瑞利扩散器或类瑞利式扩散器。这种类型的扩散器的特点是对入射到其上的光的第一光谱部分基本透明，或与第一光谱部分的相互作用可忽略不计。

因此，入射光的第一光谱部分基本没有改变地穿过色散射元件23b，并且由于主准直的光学元件23a的作用而被准直，在色散射元件23b的下游产生光24的第一高度准直的光分量24a，光分量24a具有不同的角度分布，具有较低的相关色温CCT1，其中“下游”是相对于传播方向A而言的。相反，色散元件23b主要作用于入射光的第二光谱部分，对其进行明显的散射，从而产生具有不同角度分布的色散成分的光24的漫射光分量24b，因为它基本上不含属于第一光谱部分的波长，因此具有较高的相关色温CCT2。

色差分离和具有较高CCT2(蓝光成分)的漫射光成分24b的产生可以通过使用如图1所示的“厚”面板或“薄”层来实现。图5中举例说明的术语，在这里通常称为“色散射元件23b”，包括主材料中的一层，其中透明纳米散射元件(也称为“散射元件”)以每单位面积预先确定的数量存在，并且相对于主材料的折射率具有不同的折射率。

这样的色散元素可以是面板、薄膜、表面涂层甚至是金属表面的表面阳极氧化层的形式，其具体结构特征在同一申请人提交的意大利专利申请第1020200008113号中有详细描述，本文充分引用并将其内容并入文本。

同样，色散元件可以是可调谐型的，据此可以调谐色散元件和入射光之间的相互作用强度，从而改变扩散效率，特别是入射光的第二光谱部分，即色散元件主要作用的入射光部分。可调谐型的色度扩散元件包括，例如，由聚合物材料(主材料)制成的基体，其中包含液晶(LC)分子的所谓纳米滴(扩散纳米元件)被截留。液晶引起折射率的各向异性，因此可以通过改变施加的电压来调整液晶纳米液滴和主材料之间折射率的跳跃。一般来说，折射率的变化是由于每个纳米液滴内的液晶分子在施加电场时倾向于对齐，其对齐程度可根据施加电压的大小而改变。关于进一步的细节，请参考同一申请人的第WO 2018/091150号国际专利申请，本文充分引用并将其内容并入文本。

与图1的实施例不同，图2所示的实施例包括主动式的漫射光发生器23b'，即能够独立于主光源21产生漫射光23b'，放置在第一发射表面25。特别是，漫射光发生器23b'产生相关色温CCT2比第一发射表面25发射的具有不同角度分布的色度成分的光24高的漫射光分量24b。此外，漫射光发生器23b'是由一种对光基本透明的材料制成的，且不依赖于其光谱。这样，几乎所有从主准直光学元件23a出射的准直光被漫射光发生器23b'拦截后，相对于传播方向A向下游传播，产生了由第一发射表面25发射的具有不同角度分布的色度成分的光24的第一高度准直光分量24a。

第二光学单元30包括至少一个二级准直光学器件33，其有一个光输入面36，其置于第一光学单元20的第一发光表面25的下游，从而使其至少拦截第一光学单元20发出的具有不同角度分布的色度分量的光24的一部分，二级准直光学器件33还具有一个第二发光表面35，具有不同角度分布的色度分量的准直光34从第二发光表面35发出。

特别是，二级准直光学器件33被配置为与第一光学单元20发射的光24的漫射光分量24b相互作用，以便在第二发光表面35的下游产生参照于二向色分离光学器件23的至少一个半平面截面X具有发光强度分布的弱准直光分量34b，其特点是，参照由衰减角γ和90°之间组成的衰减角范围计算，弱准直光分量34b的平均值小于参照同一衰减角范围计算出的至少一个漫射光分量24b的发光强度分布的平均值。

具体的，衰减角γ是相对于传播方向A测量的，并且等于由第一发射表面25发射的第一高度准直的光分量24a的发光强度分布的第一角孔径α的至少2倍，优选至少2.5倍，甚至更优选至少3倍。

例如，二级准直光学器件33被配置为产生弱准直光分量34b，参照半平面截面X，弱准直光分量34b的发光强度分布的特征是在衰减角范围内，即由衰减角γ和90°之间组成的角度范围内计算的从第一发射表面25发射的漫射光成分24b的发光强度分布的平均值小于60％，优选小于40％，更优选小于20％。这确保了照明装置10的特点是在衰减角范围内的角度，参照至少一个半平面截面X，拥有最小的眩光，同时保持照明装置的高发光效率。

此外，二级准直光学器件33被配置为与第一发射表面25发射的光24的第一高度准直的光分量24a相互作用，以便产生第二高度准直的光分量34a，其总通量与第一高度准直的光分量24a基本相同，该光分量34a的发光强度分布的第二角孔径α'等于或小于第一发射表面25发射的第一高度准直的光分量24a的发光强度分布的第一角孔径α，例如，通过不拦截第一高度准直光分量24a，如图1-3所示，或通过不重新分配第一高度准直光分量24或将第一高度准直光分量24重新定向到其角孔径α之外，如图4所示。换句话说，二级准直光学器件33被配置为基本保持不改变或最多减少第一高度准直光分量24a的发光强度分布的角孔径α，但基本不改变其总通量。例如，二级准直光学器件33被配置为衰减从第一发射表面25发射的第一高度准直光分量24a的总通量的10％，优选少于5％，更优选少于2％。

此外，二级准直光学器件33被配置为基本上不修改由第一光学单元20发射的具有不同角度分布的色度成分的光分量24的相关色温CCT。因此，在第二发光表面35的出口处，产生了一个弱准直的光分量34b，其相关色温基本上等于由第一光学单元20发射的光24的漫射光分量24b的第二相关色温CCT2；以及一个第二高度准直的光分量34a，其相关色温基本上等于由第一发射表面25发射的光24的第一个高度准直的光分量24a的第一相关色温CCT1。这些光分量34a、34b的结合形成了由第二光学单元30的第二发光面35发射且具有不同角度分布的色度成分的准直光34。

特别是，弱准直光分量34b的特点是具有角孔径β大于第二高度准直光分量34a的强度分布的角孔径α'的发光强度分布，其中两个强度分布都是参照二向色分离光学器件23的至少一个半平面截面X。

例如，弱准直光分量34b的角孔径β的半宽最大值(HWHM)比第二高度准直光分量34a的强度分布的角孔径α'的半宽最大值(HWHM)大1.2倍，优选大1.5倍，最优选大2倍。

在图1和图2的实施例中，二级准直光学器件33是由内部不透明的壁构成的结构，其位置设定是为了漫反射大于衰减角γ的角度发射的漫射光分量24b的至少一部分。为此，构成这些壁的材料的漫反射率至少等于50％，优选至少等于55％，更优选至少等于60％。

参照图3，示意性地说明了照明装置10的一个不同的实施例。特别是，图3的实施例在二向色分离光学器件23和二级准直光学器件33的实施方面不同于第一个实施例。

在图3的实施例中，二向色分离光学器件23包括一个主动式的漫射光发生器23b'。此外，将二级准直光学器件33制成反射器，从而构成内部反射壁，并被配置为拦截和反射漫射光分量24b的至少一部分，并重新分配漫射光分量24b，以便参照至少一个半平面截面X对高于衰减角γ(相对于传播方向A测量，且等于至少2倍，优选为2.5倍，更优选为3倍的第一高度准直的光分量24a的发光强度分布的角孔径α)的漫射光分量24b进行衰减。因此，构成内壁的材料至少具有60％，优选至少65％，更优选至少70％的规则反射率。此外，二级准直光学器件33被配置为不拦截由第一发射表面25发射的光的第一高度准直的光分量24a。

参照图4，示意性地说明了根据本发明的照明装置10的另一个实施例。特别是，图4的实施例在二级准直光学器件33的实施方面与在先的实施例不同。

详细地说，在图4的实施例中，二级准直光学器件33体现为折射透镜，被配置为与第一光学单元20的第一发射表面25发射的漫射光分量24b相互作用，以便减少参照至少一个半平面截面X高于衰减角γ的角度的发光强度。因此，一个弱准直的光分量34b在第二发射表面35的下游就产生了，其具有在衰减角γ和90°之间的角度计算的发光强度分布的平均值，该值小于在漫射光分量24b的发光强度分布的相同角度范围内计算的平均值。

此外，二级准直光学器件33被配置为进一步准直由第一发射表面25发射的光的第一高度准直的光分量24a，从而在第二发射表面35的下游获得第二高度准直的光分量34a，该光分量具有发光强度分布的第二角孔径α'，第二角孔径α'小于由第一发射表面25发射的第一高度准直的光分量24a的发光强度分布的第一角孔径α。换句话说，二级准直光学器件33被配置为产生一个从第一发射表面25发射的第一高度准直的光分量24a开始的第二高度准直的光分量34a，保持其总通量基本不变，并减小参考半平面上的发光强度分布的角孔径。

因此，在第二发光表面35的出口处有相关色温较高CCT2的弱准直光分量34b和相关色温较低CCT1的第二高度准直光分量34a。后者的特点是发光强度分布的第二角孔径α'小于从第一光学单元20出来的第一高度准直光分量24a的发光强度分布的第一角孔径α，并且总通量基本上等于第一高度准直光分量24a的总通量。光分量34a,34b的结合形成了由第二光学单元30的第二发光面35发出的准直光34。

参照图5，示意性地说明了根据本发明的照明装置10的另一个实施例。特别是，图5的实施例与其他实施例不同的是，二向色分离光学器件23被制成反射器23a，其壁与主光源21发出的入射光相互作用，即内部反射壁--被由色度扩散材料制成的层23b”所覆盖。例如，如果构成色度扩散层23b”的材料是液晶类型的，则通过层压来使用。或者，例如，该层是作为阳极氧化层直接生长在反射器23a的内壁上。

在这种情况下，由主光源21发出的光22入射到反射器23a的内壁上，部分被准直，部分被漫射。特别是，入射光的第一光谱部分以基本不改变的方式穿过色散层23b”两次(入射光束和反射光束)，从而几乎完全经历了由反射器23a引起的准直作用。相反，入射光的第二个光谱部分与覆盖在反射器23a内壁上的色散层23b”发生显著的相互作用，主要是散射。

如此一来，就产生了两个具有不同角度分布的、从二向色分离光学器件23出来的色度成分：具有较低相关色温CCT1的第一高度准直光分量24a和具有较高相关色温CCT2的漫射光分量24b。

为了确保发射的主光22的几乎所有的第二光谱部分与色散层23b”相互作用，从而产生漫射光分量24b，照明装置10可以包括一个位于相对于传播方向A的主光源21下游的屏幕27，以便阻挡主光源21发射的光通过第一发射表面25的直接出射。

图6展示了根据本发明的照明装置10的另一个实施例，其中二向色分离光学器件23体现为TIR透镜，部分光进入涂有色度散射层23b”的表面26。

在这种情况下，由主光源21发出的光22穿过进入表面26的部分的光，部分被准直，部分被漫射。特别是，光的第一光谱部分穿过进入表面26的部分的光--因此也穿过色散层23b”--基本上没有改变，从而经历了由透镜23a给出的准直作用。相反，入射到色散层23b”上的光的第二光谱部分与色散层23b”发生明显的相互作用，主要被散射。

这就导致产生两个具有不同角度分布的色度分量从二向色分离光学器件23出来：具有较低的相关色温CCT1的第一高度准直的光分量24a和具有较高相关色温CCT2的漫射光分量24b。

此外，在图6的实施例中，二级准直光学器件33被制成包括内部吸收(暗)壁的结构，其定位是为了吸收至少部分参照至少一个半平面截面X以大于衰减角γ的角度发射的漫射光分量24b。为此，所述壁的材料在可见光范围内的吸收系数至少为入射到其上的光的70％，更优选为80％，甚至更优选为90％。

参照图7，展示了根据本发明的照明装置10'的又一个实施例，呈现出一个垂直于图7的平面的细长的延伸。

详细地说，图7装置的第一光学单元20包括多个优选是并排排列并沿着装置10'的细长方向排列的主光源21，以及包括至少与多个主光源21相关的准直光学分量23a的二向色分离光学器件23，并配置为围绕多个平行于传播方向A对多个主光源21发出的光进行准直，每个传播方向与多个主光源中的各自主光源21相关并交叉，以便在二向色分离光学器件23的至少多个平行半平面截面X中产生第一高度准直的光分量24a，每个第一高度准直的光分量24a包含多个平行传播方向中的一个传播方向A，以及漫射光发生器23b'被配置为产生相关色温CCT2与第一高度准直光分量24a的相关色温CCT1不同甚至是更高的漫射光分量24b。

由二向色分离光学器件23产生的第一高度准直光分量24a的特点是，参照二向色分离光学器件23的至少一个包含传播方向A的半平面截面X，其发光强度分布的角孔径α小于30°，优选小于20°，更优选小于15°。

照明装置10'的非轴向对称性的细长延伸的设置，主要是考虑到由二向色分离光学器件23产生的第一高度准直的光分量24a具有相对于包含传播方向A的二向色分离光学器件23的半平面截面X的子集而言的角孔径小于或等于30°(分别为20°或15°)的发光强度分布，围绕传播方向A相互倾斜。特别是，满足这一条件的半平面截面X的子集包括在至少20°的角度范围内相互倾斜的半平面。

图7的第二光学单元30包括二级准直光学器件33，它被制成反射、不透明和/或吸收的屏，其定位是为了仅拦截由第一光学单元20发射的光24的漫射光分量24b。二级准直光学器件33施加的作用是在二向色分离光学器件23的至少一个半平面截面X上，对高于衰减角γ的漫射光分量24b的发光强度进行衰减。这样，参照图7中照明装置10'的特定安装，就有可能再现自然照明效果，防止淡蓝色的漫射光分量24b不自然地投射到天花板上。

此外，为使第一光学单元20发射的第一高度准直光组件24a基本上保持不变，二级准直光学器件33被配置为基本上不改变或最多减少发光强度分布的角孔径α且不修改总通量。

因此，就产生了一个从第二发光表面35发出的弱准直的光分量34b和第二高度准直的光分量34a，它们形成由第二光学单元30发射的准直光34，从而从根据本发明的照明设备10'出射。特别是，从第二光学单元30发出的高度准直的光成分34a具有的角孔径α'等于或小于从第一光学单元20发出的第一高度准直的光成分24a的强度分布的角孔径α，并且其总通量基本上等于该第一高度准直的光成分24a的总通量。

特别是，弱准直光分量34b的特点是具有角孔径β大于第二高度准直光分量23a的强度分布的角孔径α'的发光强度分布，其中两个强度分布都是参照二向色分离光学器件23的至少一个半平面截面X。

图8展示了模拟自然照明的照明系统100，包括图2所示类型的多个照明装置10，其中特别是二向色分离光学器件23的主准直光学元件23a具有轴向对称性，并且照明装置10的布置使各主准直光学分量23a的对称轴彼此平行布置。此外，照明装置10在垂直于用于主准直的光学分量23a的每个对称轴的平面上被安排成一个延长结构。

这样构思的发明是可以进行若干修改和变化的，都属于创造概念的范围。例如，二级准直光学器件33可以实现为一种结构，该结构包括部分吸收和部分反射的内壁，或部分不透明和部分反射，或部分不透明和部分吸收，在任何情况下都被配置为吸收由光学器件33拦截的至少一部分漫射光分量24b，并反射被光学器件33拦截至少另一部分的漫射光分量24b，以便在至少一个半平面截面X中，对高于衰减角γ的漫射光分量24b的发光强度进行衰减。

总之，所有的细节都可以用其他技术上等同的元素代替。

Claims (10)

1.模拟自然照明的照明装置(10.10')，包括：

第一光学单元(20)，包括

主光源(21)，被配置为发射可见光谱的主光(22)，和

二向色分离光学器件(23)，被配置为拦截由主光源(21)产生的至少部分主光(22)，并从第一发射表面(25)发射至少一个从主光(22)开始产生的具有传播方向(A)的第一高度准直的光分量(24a)，以及至少一个漫射光分量(24b)，至少一个第一高度准直光分量(24a)和至少一个漫射光分量(24b)形成一个具有不同角度分布的色度分量的光(24)；

其中，至少一个第一高度准直光分量(24a)具有第一相关色温(CCT1)、总通量和发光强度分布，该发光强度分布的特点是参照包含传播方向(A)的二向色分离光学器件(23)的至少一个半平面截面(X)以半宽最大值(HWHM)测量的第一角孔径(α)小于30°，以及

其中，至少一个漫射光分量(24b)具有高于第一相关色温(CCT1)的第二相关色温(CCT2)和非零的甚至高于2倍的第一角孔径(α)的角度的发光强度分布；和

第二光学单元(30)，包括二级准直光学器件(33)，被配置为拦截由第一发射表面(25)发射的至少部分具有不同角度分布(24)的色度成分的光，并从该具有不同角度分布(24)的色度成分的光开始产生，

-具有发光强度分布的一个弱准直光分量(34b)，参照半平面截面(X)，其特点是，参照由衰减角(γ)和90°之间组成的衰减角范围计算，弱准直光分量(34b)的平均值小于至少一个漫射光分量(24b)的发光强度分布的平均值，在同一衰减角范围内计算，衰减角(γ)是相对于传播方向(A)测量的，并且至少等于由第一发射表面(25)发射的第一高度准直光分量(24a)的发光强度分布第一角孔径(α)的2倍，以及

-第二高度准直光分量(34a)，其总通量与第一高度准直光分量(24a)基本相同，第二高度准直光分量(34a)的第二发光强度分布的角孔径(α')等于或小于第一发射表面(25)发射的第一高度准直光分量(24a)的第一发光强度分布角孔径(α)；

其中，弱准直光分量(34b)和第二高度准直光分量(34a)形成从第二光学单元(30)发射的且具有不同角分布的色度分量的准直光(34)。

2.根据权利要求1所述的照明装置(10,10')，其中二级准直光学器件(33)被配置为产生具有发光强度分布的弱准直光分量(34b)，参照半平面截面(X)，其特点是参照衰减角范围计算，弱准直光分量(34b)的发光强度分布的平均值小于至少一个漫射光分量(24b)的发光强度分布的平均值的60％，优选小于40％，更优选小于20％；以及

二级准直光学器件(33)被配置为基本上不拦截高度准直的光分量(24a)和/或不重新分配和/或不重定向第一角孔(α)之外的高度准直的光分量(24a)，特别是拦截和/或重新分配和/或重定向在第一角孔径(α)以外从第一发射表面25发出的高度准直的光分量(24a)的总通量的10％，优选是小于5％，更优选小于2％。

3.根据权利要求1或2所述的照明装置(10.10')，

其中，二级准直光学器件(33)被制成反射光的光学器件，被配置为拦截和反射至少一部分漫射光分量(24b)并重新分配漫射光分量(24b)，以便产生具有发光强度分布的弱准直光分量(34b)，参照半平面截面(X)，弱准直光分量(34b)的发光强度分布特点是其平均值小于相对于衰减角范围计算的至少一个漫射光分量(24b)的发光强度分布的平均值；和/或

其中，二级准直光学器件(33)体现为折射透镜，被配置为拦截和重新定向至少一个漫射光分量(24b)的至少一部分，并重新分配漫射光分量(24b)，以便产生一个具有发光强度分布的弱准直的光分量(34b)，参照半平面截面(X)，准直的光分量(34b)的发光强度分布特点是其平均值小于相对于衰减角范围计算的至少一个漫射光分量(24b)的发光强度分布的平均值；

其中，二级准直光学器件(33)的结构是包括具有至少一部分由漫反射率至少为50％、优选至少为55％、更优选至少为60％的材料制成的壁；和/或

其中二级准直光学器件(33)的结构是包括具有至少一部分由在可见光范围内的吸收系数等于至少70％，更优选等于至少80％，甚至更优选等于至少90％的入射光的材料制成的壁，其定位是为了拦截和吸收由第一发射表面(25)发射的角度大于衰减角(γ)的至少一部分漫射光分量(24b)。

4.根据前述任何一项权利要求的照明装置(10,10')，其中参照半平面截面(X)，以发光强度分布的半宽最大值(HWHM)测量的弱准直光分量(34b)的角孔径(β)大于以发光强度分布的半宽最大值(HWHM)测量的第一高度准直光分量(24a)的第一角孔径(α)的1.2倍，优选1.5倍，更优选2倍。

5.根据前述任何一项权利要求的照明装置(10,10')，其中二向色分离光学器件(23)包括一个主准直的光学元件(23a)，光学元件(23a)被配置为从主光(22)开始产生具有第一角孔径(α)的发光强度分布的高度准直的光分量(24a)，以及一个漫射光发生器(23b,23b',23b”)，该发生器被配置为产生具有第二相关色温(CCT2)的漫射光分量(24b)。

6.根据权利要求5所述的照明装置(10,10')，其中漫射光发生器(23b,23b”)是一个色散元件，被配置为对入射到该元件上的光的至少第一光谱部分是透明的，并对入射光的至少第二光谱部分散射；和/或

其中，漫射光发生器(23b,23b”)是可调谐类型的色散射元件，被配置为主要改变色散射元件在入射光的至少第二光谱部分的散射效率；和/或

其中，漫射光发生器(23b,23b”)是一个可调谐型的色散元件，包括一个由聚合物材料制成的基体，基体中含有液晶(LC)的纳米液滴被截留；和/或

其中，漫射光发生器(23b,23b”)是一个形状为面板、薄膜、表面涂层或表面阳极氧化层的色散元件；和/或

其中，漫射光发生器(23b')是主动式的漫射光发生器。

7.根据权利要求6所述的照明装置(10,10')，其中色散射元件(23b)被放置在第一发射表面(25)；或被放置在所述主光(22)和所述主准直元件(23a)之间的至少一个相互作用的表面。

8.根据前述任何一项权利要求的照明装置(10,10')，其中至少二向色分离光学器件(23)的主准直光学元件(23a)具有轴向对称性，并且传播方向包含在主准直光学元件(23a)的对称轴内；以及

漫射光发生器(23b)具有圆形或四边形截面，例如正方形或长方形，或多边形截面。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的照明装置(10,10')，其中二向色分离光学器件(23)的主准直光学元件(23a)具有沿装置(10,10')横向于传播轴(A)的延伸轴的细长形状。

10.根据权利要求9所述的照明装置(10,10')，其中第一光学单元(20)包括多个主光源(21)，例如并排排列和/或沿延伸轴排列，其中二向色分离光学器件(23)包括至少一个与多个主光源(21)相关的准直透镜(23a)，并配置为围绕多个平行传播方向(A)的各自传播方向(A)对由每个主光源(21)发射的光进行准直。