ES2622899T3 - Sistema de iluminación artificial para simular una iluminación natural - Google Patents

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ES2622899T3 ES13812144.7T ES13812144T ES2622899T3 ES 2622899 T3 ES2622899 T3 ES 2622899T3 ES 13812144 T ES13812144 T ES 13812144T ES 2622899 T3 ES2622899 T3 ES 2622899T3
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Abstract

Un sistema de iluminación para iluminar (1) un entorno (6) con una iluminación que simula una iluminación natural, que comprende: - una primera fuente de luz (2) que está configurada para emitir un haz de luz visible; - un generador de luz difusa (4; 68) que está delimitado por una superficie interior (S1, S3) que está configurada para recibir el haz de luz, y por una superficie exterior (S2), siendo dicho generador de luz difusa al menos parcialmente transparente al haz de luz, estando configurado para transmitir al menos parte del haz de luz sin desviaciones significativas y estando adicionalmente configurado para emitir, a través de la superficie exterior, una luz difusa visible, siendo la temperatura de color correlacionada (CCT) de la luz transmitida más baja que la CCT de la luz difusa visible; caracterizado por que comprende adicionalmente una estructura oscura (10, 12; 300; 310), que está configurada para estar ópticamente acoplada con el entorno por medio del generador de luz difusa, y en el que: - al menos una porción de la estructura oscura tiene un coeficiente de absorción sustancialmente uniforme en el intervalo visible, y la estructura oscura está configurada para proporcionar un segundo plano sustancialmente uniforme a la primera fuente de luz; y/o - al menos una porción de la estructura oscura tiene un coeficiente de absorción en el intervalo visible al menos igual a un 70 %, y la estructura oscura está configurada para proporcionar un segundo plano oscuro a la primera fuente de luz.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de iluminacion artificial para simular una iluminacion natural Campo tecnico
La invencion se refiere a un sistema de iluminacion artificial. En particular, la invencion se refiere a un sistema de iluminacion artificial que simula una iluminacion natural. Tal sistema de iluminacion puede iluminar una habitacion en la que se inserta el mismo, con unos efectos muy similares a los efectos que tendnan lugar en la misma habitacion si estuviera abierta una abertura con el cielo y el Sol mas alla del mismo.
Antecedentes de la tecnica
Se sabe que, a dfa de hoy, se encuentran disponibles unos sistemas de iluminacion artificial para entornos cerrados (“en interiores”) que tienen por objeto mejorar la comodidad visual que es experimentada por los usuarios. En particular, se conocen sistemas de iluminacion que simulan una iluminacion natural, en concreto, el tipo de iluminacion disponible en entornos a cielo abierto (“al aire libre”). Las bien conocidas caractensticas de la iluminacion al aire libre dependen de la interaccion entre los rayos de luz que son producidos por el Sol y la atmosfera de la Tierra.
En la solicitud de patente europea pendiente EP2304480, presentada por el solicitante de la presente invencion, se describe un sistema de iluminacion que comprende una fuente de luz, que tiene por objeto la produccion de luz visible, y un panel que contiene nanopartfcuias. Cuando se encuentra en uso, el panel recibe rayos de luz que provienen de la fuente y actua como un asf denominado difusor de Rayleigh, en concreto, el mismo difunde los rayos de luz de forma similar a la atmosfera de la Tierra en condiciones de cielo despejado.
Se describen detalles adicionales en relacion con el panel segun la patente pendiente EP2304480 en la solicitud de patente europea pendiente EP2304478, presentada por el solicitante de la presente invencion. Ademas, la solicitud de patente pendiente EP2304480 describe diversas realizaciones del panel asf como diversas disposiciones del panel y la fuente de luz el uno con respecto a la otra, que tienen por objeto la simulacion de diversas condiciones de iluminacion natural, tales como, por ejemplo, las condiciones de iluminacion que tienen lugar en la naturaleza en caso de un cielo despejado y i) Sol en el cenit o ii) Sol cerca del horizonte.
El sistema de iluminacion que se describe en la solicitud de patente EP2304480 simula una iluminacion natural ya que este genera, en el interior del entorno circundante, una luz directa con una baja Temperatura de Color Correlacionada (“CCT”, Correlated Color Temperature), que imita la luz del sol y genera sombras en presencia de objetos iluminados; asimismo, el sistema de iluminacion que se describe en la solicitud de patente EP2304480 simula una iluminacion natural ya que este arroja una luz difusa con una CCT alta, que imita la luz del cielo y genera sombras con un matiz de color azul. El sistema de iluminacion que se divulga en el documento WO2012/140579 tambien describe un sistema de iluminacion para simular una iluminacion natural de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.
No obstante, tal sistema de iluminacion no reproduce a la perfeccion los efectos perceptivos que experimental un observador en presencia de una ventana que esta orientada hacia el cielo. En particular, tal sistema de iluminacion no lleva a un observador a experimentar la percepcion visual de una profundidad de campo ilimitada.
Divulgacion de la invencion
Por lo tanto, la presente invencion tiene por objeto la provision de un sistema de iluminacion capaz de solucionar las limitaciones del estado de la tecnica, al menos en parte.
La invencion proporciona un sistema de iluminacion artificial tal como se expone en las reivindicaciones independientes, siendo algunas posibles implementaciones ventajosas el sujeto de las reivindicaciones dependientes.
Breve descripcion de los dibujos
Para una mejor comprension de la invencion, por la presente se describen algunas realizaciones, meramente como ejemplos no limitantes y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- las figuras 1, 2 y 7 muestran unas secciones transversales esquematicas de algunas realizaciones del presente sistema de iluminacion;
- la figura 3 muestra una seccion transversal esquematica de un posible sistema de iluminacion, diferente del presente sistema de iluminacion;
- las figuras 4a y 4b muestran de forma esquematica unas vistas en perspectiva de unas fuentes de luz;
- las figuras 5a, 6 y 8 muestran de forma esquematica unas vistas en perspectiva de unas porciones del presente
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sistema de iluminacion;
- la figura 5b muestra una seccion transversal de un elemento reflectante que esta comprendido en la porcion del sistema de iluminacion que se muestra en la figura 5a;
- las figuras 9a y 10 muestran unas vistas en perspectiva de unas fuentes de luz;
- la figura 9b muestra una seccion transversal de una porcion de la fuente de luz que se muestra en la figura 9a;
- la figura 11 muestra una seccion transversal de una porcion de una realizacion del presente sistema de iluminacion; y
- las figuras 12-15 muestran unas secciones transversales esquematicas de unas porciones de realizaciones adicionales del presente sistema de iluminacion.
En general, el solicitante de la presente invencion percibio que la capacidad de un observador para evaluar la distancia de los objetos y, por lo tanto, la profundidad de campo de las vistas que constituyen un escenario tridimensional, se basa en multiples mecanismos fisiologicos y psicologicos que estan conectados con el enfoque, la convergencia binocular, el paralaje binocular, el paralaje de movimiento, la luminancia, el tamano, el contraste, la perspectiva aerea, etc. Algunos mecanismos pueden ganar importancia en comparacion con los otros de acuerdo tanto con las condiciones de observacion (por ejemplo, si el observador se esta moviendo o se encuentra estatico, mirando con uno o dos ojos, etc.) como con las caractensticas del escenario, dependiendo estas ultimas, por ejemplo, de si se encuentran presentes objetos con un tamano, una distancia o una luminancia conocidos, que sirvan como una referencia para evaluar lo distante que se encuentra el elemento observado del escenario.
En particular, el solicitante de la presente invencion percibio que un observador, el cual esta contemplando un proyector de luz a traves de una ventana, pierde la capacidad de estimar lo lejos que se encuentra el proyector cuando tal distancia es mas alta que cinco metros (preferiblemente, siete metros), con la condicion de que el segundo plano que rodea el proyector sea de color negro y uniforme. Cuando se satisfacen tales circunstancias, el observador no determina la distancia con respecto al proyector. La capacidad de estimar distancias se pierde debido a que i) es diffcil un enfoque preciso de una fuente de luz cegadora, lo que evita que el observador use el mecanismo de enfoque para evaluar la distancia del objeto, y ii) la convergencia binocular es poco eficiente como un instrumento para la evaluacion de distancias cuando el objeto se encuentra a mas de cinco metros (preferiblemente, siete metros); ademas, la capacidad de estimar se pierde debido a que fallan los otros mecanismos psicoffsicos que, por lo general, son validos y eficientes en caso de distancias altas, siendo inhibidos por la ausencia de puntos de referencia adicionales.
El solicitante de la presente invencion percibio adicionalmente que, cuando un panel de difusion de Rayleigh esta interpuesto entre el observador y el proyector de luz, estando este ultimo rodeado por un segundo plano de color negro y uniforme, se induce al observador a percibir el proyector de luz virtualmente a una distancia infinita con respecto al mismo. Mas en particular, el efecto de percepcion a una distancia infinita se obtiene siempre que el observador mire hacia el proyector de luz a traves del panel de difusion de Rayleigh, y este ultimo sea iluminado de forma plena y uniforme por el proyector, y la distancia real del proyector al observador sea de al menos cinco metros (preferiblemente, siete metros). Tal efecto se puede interpretar como una consecuencia de la asf denominada “perspectiva aerea”, un mecanismo de percepcion que es inducido por el panel de difusion de Rayleigh. De hecho, el color y la intensidad de la luz que es dispersada por el panel de difusion de Rayleigh son virtualmente identicos al color y la intensidad correspondientes de la luz del cielo, en la que la intensidad se evalua como relativa a la intensidad de la luz transmitida. En particular, el asf denominado mecanismo de perspectiva aerea se refiere a la presencia de una capa de aire que esta interpuesta entre cualquier objeto y el observador; el color y la luminancia de tal capa de aire afectan a la estimacion de la distancia del objeto al observador, siendo percibido el objeto por el observador como si se encontrara por detras de la propia capa de aire; tal mecanismo es dominante a unas distancias altas o, hablando en terminos generales, cuando los otros mecanismos psicoffsicos para la evaluacion de distancias estan suprimidos o son poco eficientes.
El solicitante de la presente invencion percibio adicionalmente que se induce al observador a percibir la luz que es emitida por el panel de difusion de Rayleigh como proveniente de una distancia virtualmente infinita, con la condicion de que el proyector se encuentre en el interior del campo visual del observador. Tal efecto se puede interpretar al considerar que el panel de difusion de Rayleigh actua como una fuente secundaria de radiacion luminosa, y que el observador apenas puede evaluar su distancia con respecto al plano de emision de tal radiacion luminosa debido a la elevada uniformidad espacial de la propia radiacion luminosa, que no proporciona punto de referencia visual alguno que considerar. Por lo tanto, la presencia del proyector de luz en el campo visual a una distancia (ffsica) de cinco metros (preferiblemente, siete metros) afecta a la evaluacion de la profundidad de campo de la totalidad del escenario al “arrastrar” la posicion estimada del panel de difusion de Rayleigh mas alla del umbral de percepcion de distancia por medio de la convergencia binocular. Tal efecto esta conectado con la luminancia del proyector de luz, y con el hecho de que, ademas del panel de difusion de Rayleigh, el proyector de luz es, en sf mismo, el unico elemento espacialmente ubicado que es percibido por el observador. Basicamente, cuando estan mirando hacia el panel de difusion de Rayleigh, los ojos del observador son obligados por el proyector de luz a disponerse a sf mismos como si los mismos estuvieran contemplando un objeto muy distante. Entonces, tal disposicion de los ojos induce a la mente a inferir que el objeto en medio del campo visual, que es la luz que es emitida por el panel de difusion de Rayleigh, se encuentra muy lejos en comparacion con la posicion real del propio panel. Asimismo, el efecto de percibir una fuente de luz difusa a una gran distancia con respecto al observador se ve favorecido por el
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hecho de que la luz que es dispersada por el panel de difusion de Rayleigh tiene el mismo color y luminancia (en comparacion con la luz transmitida) tfpicos de la luz del cielo. Tal efecto, debido al mecanismo de perspectiva aerea que se ha mencionado en lo que antecede, es particularmente eficiente, dando lugar de ese modo a que el proyector de luz se percibiera a una distancia virtualmente infinita. El solicitante de la presente invencion tambien percibio que el efecto descrito, que es la percepcion visual de una profundidad de campo infinita (que se denomina de ahora en adelante “efecto de penetracion”), tiene lugar con independencia de la direccion de observacion a traves del panel de difusion de Rayleigh.
Ademas, el solicitante de la presente invencion percibio que la perspectiva aerea no puede, por sf sola, garantizar perfectamente el efecto de penetracion, si el proyector de luz se encuentra en el exterior del campo visual, debido a que prevalecen otros mecanismos psicoffsicos, tales como el enfoque de estnas o bordes del panel de difusion de Rayleigh.
Ademas, el solicitante de la presente invencion percibio que el efecto de penetracion que se ha mencionado en lo que antecede se reduce siempre que el proyector de luz este colocado junto al panel de difusion de Rayleigh, por ejemplo, sin espejo o lente alguno para alejar su imagen virtual. De hecho, la distancia del proyector de luz sena, en este caso, facilmente estimada por el observador, lo que limitana la profundidad de campo en la totalidad del escenario a pesar de la contribucion de la perspectiva aerea. De forma similar, el solicitante de la presente invencion percibio que el efecto de penetracion que se ha mencionado en lo que antecede se reduce siempre que el proyector de luz no este rodeado por un segundo plano de color negro y uniforme. De hecho, un observador puede determinar la distancia con respecto a un segundo plano que no sea un segundo plano de color negro y uniforme, limitando de ese modo la profundidad de campo de la totalidad del escenario, a pesar de la contribucion de la perspectiva aerea.
Mejor modo para llevar a cabo la invencion
Habiendose expuesto lo anterior, la figura 1 muestra un sistema de iluminacion artificial 1, al que se hara referencia de ahora en adelante de forma concisa como el sistema de iluminacion 1.
Con detalle, el sistema de iluminacion 1 comprende una primera fuente de luz 2, preferiblemente direccional, es decir, que esta disenada para emitir luz en un angulo solido de emision mas pequeno que 4n sr. Ademas, la primera fuente de luz 2 emite luz en la region visible del espectro, es decir, teniendo unas longitudes de onda entre 400 nm y 700 nm. Ademas, la primera fuente de luz 2 emite luz (radiacion electromagnetica visible) con una anchura espectral AA preferiblemente mas alta que 100 nm, mas preferiblemente mas alta que 170 nm. La anchura espectral AA se puede definir como la desviacion tfpica del espectro de longitudes de onda de la primera fuente de luz.
El sistema de iluminacion 1 tambien incluye un primer panel de difusion 4 que, por ejemplo, esta conformado como un paralelepfpedo. En particular, el primer panel de difusion 4 esta delimitado por una primera superficie S1 y por una segunda superficie S2, paralelas entre sf; preferiblemente, el primer panel de difusion 4 es delgado, es decir, su espesor w, que se mide a lo largo de una direccion perpendicular con respecto a la primera y la segunda superficies S1, S2, tiene un valor cuadratico no mas alto que un 5%, preferiblemente un 1 %, del area de la primera y la segunda superficies S1, S2.
Mas en particular, en la realizacion que se muestra en la figura 1, el primer panel de difusion 4 funciona como un asf denominado difusor de Rayleigh, es decir, como un panel que sustancialmente no absorbe luz en el intervalo visible y que difunde de forma mas eficiente la longitud de onda corta con respecto a las componentes de longitud de onda larga de la luz incidente, por ejemplo, un panel que sustancialmente no absorbe luz en el intervalo visible y que difunde los rayos de luz de longitud de onda A = 450 nm (color azul) al menos 1,2 veces, preferiblemente al menos 1,4 veces, mas preferiblemente al menos 1,6 veces mas eficientemente que los rayos de luz de longitud de onda A = 650 nm (color rojo), en donde la eficiencia de difusion es dada por la relacion de la potencia radiante de la luz difusa con respecto a la potencia radiante de la luz incidente. Tambien se describen con detalle las propiedades opticas y las caractensticas microscopicas de los difusores de tipo Rayleigh en la solicitud de patente EP2304478 del mismo solicitante de la presente invencion. En lo sucesivo tambien se proporciona una comprension adicional de las caractensticas microscopicas.
En la realizacion que se muestra en la figura 1, la primera fuente de luz 2 esta alineada en sentido vertical con el primer panel de difusion 4, es decir, esta se encuentra a lo largo de un eje H, que es perpendicular con respecto a la primera y la segunda superficies S1, S2 y pasa a traves del baricentro de estas ultimas (en la figura 1, el baricentro de la primera superficie S1 se designa con 0). En general, excepto cuando se exponga lo contrario, en la presente descripcion, el termino “baricentro” se entiende en su aceptacion geometrica, en lugar de su aceptacion ffsica (el centro de masas), por lo tanto este tambien es aplicable a superficies planas y, de todos modos, a objetos que tienen un espesor sustancialmente infinitesimal. Por lo tanto, el termino “baricentro” se ha de interpretar como “centro geometrico” o “centroide” y este coincide, dado un objeto (o superficie) que tiene un espesor infinitesimal, con el centro de masas de este ultimo, que se calcula con la suposicion de que el objeto tiene una densidad uniforme y, de forma precisa, un espesor infinitesimal. Ademas, la primera fuente de luz 2 ilumina completamente el primer panel de difusion 4. Algunas realizaciones en las que la primera fuente de luz 2 esta dispuesta desplazada con respecto al eje con respecto al baricentro de la primera y la segunda superficies S1, S2 son, no obstante,
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posibles, tal como se describe en lo sucesivo.
El sistema de iluminacion 1 esta opticamente acoplado con un entorno, por ejemplo, una habitacion 6 que esta conformada como un paralelepfpedo y que esta delimitada por una pared inferior P1, una pared superior P2 y cuatro paredes laterales Pi. En particular, sin perdida de generalidad, se supone que la pared superior P2tiene una cavidad 8, que tiene, vista desde arriba, la misma forma que el primer panel de difusion 4 y que esta llena en su totalidad por este ultimo. En cualquier caso, la presente invencion no se limita a la forma y/o la disposicion de la cavidad 8; como un ejemplo, de acuerdo con realizaciones adicionales (que no se muestran), la cavidad se puede formar dentro de una pared lateral. Ademas, la presente invencion no se limita a usarse en espacios en interiores; por lo tanto, son posibles algunas realizaciones en las que el dispositivo de iluminacion 1 se usa como un sistema para iluminacion diurna exterior durante la noche. Por lo tanto, el sistema de iluminacion 1 se puede acoplar con un entorno al aire libre, es decir, un entorno equivalente a una habitacion, las paredes del cual o bien son de color negro o estan dispuestas a una distancia infinitamente grande.
El sistema de iluminacion 1 comprende un elemento de soporte 10 que delimita, junto con la primera superficie S1 del primer panel de difusion 4, un volumen externo V que es externo con respecto a la habitacion 6; la primera fuente de luz 2 esta colocada en el interior del volumen externo V. A pesar de que no se muestran, son posibles algunas realizaciones en las que el elemento de soporte 10 esta acoplado mecanicamente con la habitacion 6 de una forma tal que el volumen externo V esta delimitado al menos en parte tambien por una pared de la habitacion 6, como un ejemplo, la pared superior P2.
El elemento de soporte 10 esta revestido internamente por una capa interna 12, que se hace de un material capaz de absorber la radiacion luminosa incidente; tal material es, por ejemplo, un material con color negro y un coeficiente de absorcion mas alto que un 70 %, preferiblemente mas alto que un 90 %, lo mas preferiblemente mas alto que un 95 %, incluso lo mas preferiblemente mas alto que un 97 % en el intervalo visible. La capa interna 12 tiene por objeto la absorcion de la radiacion incidente que, por ejemplo, proviene directamente de la primera fuente de luz 2, o de los procesos de reflexion y/o de dispersion por parte del primer panel de difusion 4, o de la habitacion 6 a traves del primer panel de difusion 4. Preferiblemente, el volumen V esta revestido internamente por la capa interna 12 en su totalidad, con la excepcion de la primera superficie S1 del primer panel de difusion 4. Dicho de otra forma, el elemento de soporte 10 y la capa interna 12 definen un tipo de caja (o camara) oscura, en donde el termino “oscuro” se refiere a una condicion de poca iluminacion y/o a la capacidad de absorber la luz, con el fin de hacer la caja apenas visible, tal como se describe en lo sucesivo en el presente documento; por lo tanto, en lo sucesivo, tambien se hara referencia a una caja oscura 10. La luz puede entrar en / salir de la caja oscura solo a traves del primer panel de difusion 4.
Haciendo referencia de nuevo al primer panel de difusion 4, y suponiendo un haz de luz que es generado por una fuente de iluminacion de tipo punto segun la norma D65 de la CIE (Commission Internationale de I'Eclairage, Comision Internacional de Iluminacion) a una gran distancia con respecto al primer panel de difusion 4 (por lo tanto, un haz que esta constituido por unos rayos de luz paralelos unos con respecto a otros) y que esta orientado en perpendicular con respecto a la primera superficie S1, el primer panel de difusion 4 separa tal haz en cuatro componentes, en particular en:
- una componente transmitida, que esta formada por los rayos de luz que pasan a traves del primer panel de difusion 4 y no experimentan unas desviaciones significativas, es decir, por los rayos de luz que experimentan una desviacion mas pequena que 0,1°, con un flujo luminoso que es una fraccion Tdirecto del flujo luminoso global incidente sobre el primer panel de difusion 4;
- una componente difusa hacia delante, que esta formada por los rayos de luz que salen de la segunda superficie S2 a lo largo de unas direcciones que estan distribuidas en torno a una direccion perpendicular con respecto a la segunda superficie S2 (con la excepcion de tal direccion perpendicular y de las direcciones que difieren de tal direccion perpendicular en un angulo mas pequeno que 0,1°), con un flujo luminoso que es una fraccion Tdispersado del flujo luminoso global incidente sobre el primer panel de difusion 4;
- una componente difusa hacia detras, que esta formada por los rayos de luz que salen de la primera superficie S1 a lo largo de unas direcciones que estan distribuidas en torno a una direccion perpendicular con respecto a la primera superficie S1 (con la excepcion de tal direccion perpendicular y de las direcciones que difieren de tal direccion perpendicular en un angulo mas pequeno que 0,1°), con un flujo luminoso que es una fraccion pdispersado del flujo luminoso global incidente sobre el primer panel de difusion 4; y
- una componente reflejada, que esta formada por los rayos de luz que salen de, o que se originan en, la primera superficie S1 a lo largo de una direccion con un angulo de espejo (por ejemplo, perpendicular, o que difieren de la perpendicular en un angulo mas pequeno que 0,1°, en el presente caso) con respecto de la primera superficie S1, con un flujo luminoso que es una fraccion pdirecto del flujo luminoso global incidente sobre el primer panel de difusion 4.
Habiendose expuesto lo anterior, las propiedades opticas del primer panel de difusion 4 son de tal modo que:
- Tdispersado se encuentra dentro del intervalo de 0,05 - 0,5, preferiblemente 0,07 - 0,4, mas preferiblemente 0,1 - 0,3, aun mas preferiblemente 0,15 - 0,25;
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- la temperatura de color correlacionada (“CCT”, Correlated Color Temperature) promedio CCT_idispersado de la componente difusa hacia delante es significativamente mas alta que la temperatura de color correlacionada promedio CCT_Tdirecto de la componente transmitida, en concreto, CCT_Tdispersado > h * CCT_Tdirecto con h = 1,2, preferiblemente h = 1,3, mas preferiblemente h = 1,5;
- el primer panel de difusion 4 no absorbe de forma significativa la luz incidente, en concreto, la suma Tdirecto + Tdispersado + Pdirecto + Pdispersado es al menos igual a 0,8, preferiblemente 0,9, mas preferiblemente 0,95, aun mas preferiblemente 0,97;
- el primer panel de difusion 4 dispersa en su mayor parte hacia delante, en concreto, Tdispersado > n * Pdispersado, en la que n es al menos igual a 1,1, preferiblemente n = 1,3, mas preferiblemente n = 1,5, aun mas preferiblemente n = 2; y
- el primer panel de difusion 4 tiene una baja reflexion, en concreto, Pdirecto < 0,09, preferiblemente < 0,06, mas preferiblemente < 0,03, aun mas preferiblemente < 0,02. Con mayor detalle, el primer panel de difusion 4 comprende una matriz solida de un primer material (por ejemplo, una resina que tiene una excelente transparencia optica, tal como resinas termoplasticas, resinas termoestables, resinas fotocurables, resinas acnlicas, resinas epoxfdicas, resinas de poliester, resinas de poliestireno, resinas de poliolefina, resinas de poliamida, resinas de poliimida, resinas de poli(alcohol vimlico), resinas de butiral, resinas a base de fluor, resinas de acetato de vinilo, o plasticos tales como policarbonato, polfmeros de cristal Kquido, polifenilen eter, polisulfona, polieter sulfona, poliarilato, poliolefina amorfa, o mezclas o copolfmeros de los mismos), en la que estan dispersadas unas nanopartmulas de un segundo material (por ejemplo, un oxido inorganico tal como ZnO, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3), teniendo este segundo material un mdice de refraccion diferente del mdice de refraccion del primer material. Tanto el primer como el segundo material basicamente no absorben radiacion electromagnetica en el intervalo de longitud de onda visible.
Ademas, en la realizacion que se muestra en la figura 1, el primer panel de difusion 4 es uniforme, en el sentido de que, dado cualquier punto del primer panel de difusion 4, las caractensticas ffsicas del primer panel de difusion 4 en ese punto no dependen del punto en sf Ademas, el primer panel de difusion 4 es monolttico, en concreto, la matriz solida no presenta discontinuidad alguna debida al encolado o acoplamiento mecanico. Tales caractensticas del primer panel de difusion 4 no son, no obstante, necesarias para los fines de la presente invencion, a pesar de que estas hacen que el primer panel de difusion 4 sea mas facil de fabricar.
Mas en particular, las nanopartmulas pueden estar monodispersadas. Las nanopartmulas pueden estar conformadas de forma esferica o estar conformadas de otro modo. El diametro eficaz D de las nanopartmulas (para una definicion en el caso de una forma no esferica, vease en lo sucesivo) cae dentro del intervalo de [5 nm - 350 nm], preferiblemente [10 nm - 250 nm], mas preferiblemente [40 nm -180 nm], aun mas preferiblemente [60 nm - 150 nm], en donde el diametro eficaz D es dado por el diametro de las nanopartmulas por el mdice de refraccion del primer material.
Ademas, las nanopartmulas estan distribuidas en el interior del primer panel de difusion 4 de tal modo que su densidad de area, en concreto, el numero N de nanopartmulas por metro cuadrado, es decir, el numero de nanopartmulas dentro de un elemento de volumen que esta delimitado por una porcion de la primera superficie S1 que tiene un area de 1 m2, satisface la condicion N > Nmin, en la que:
10 29 m2 + 2 2
N - ■ u-------------------------------
n"n Z>6 m2 -1
en la que v es una constante dimensional igual a 1 m6, Nmin se expresa como un numero / metro2, el diametro eficaz D se expresa en metros y en la que m es igual a la relacion del mdice de refraccion del segundo material con respecto al mdice de refraccion del primer material.
Preferiblemente, las nanopartmulas estan distribuidas de forma homogenea, al menos en lo que respecta a la densidad de area, es decir, la densidad de area es sustancialmente uniforme sobre el primer panel de difusion 4, pero la distribucion de nanopartmulas puede variar a lo largo de una direccion perpendicular con respecto a la primera y la segunda superficies S1, S2. La densidad de area vana, por ejemplo, en menos de un 5 % de la densidad de area media. En el presente caso, la densidad de area se preve como una cantidad que se define a lo largo de unas areas mas grandes que 0,25 mm2.
Como alternativa, son posibles algunas realizaciones en las que vana la densidad de area, con el fin de compensar las diferencias de iluminacion a lo largo del primer panel de difusion 4, como si estuviera iluminado por la primera fuente de luz 2. Por ejemplo, la densidad de area N (x, y) en el punto (x, y) dentro de S1 puede estar relacionada con la iluminancia I (x, y) que es producida por la primera fuente de luz 2 en el punto (x, y) por medio de la ecuacion N (x, y) = Nprom * Iprom /1 (x, y) ± 5 %, en la que Nprom e Iprom son la iluminancia y la densidad de area promediadas, promediandose estas ultimas cantidades a lo largo de la primera superficie S1. En este caso, la luminancia del primer panel de difusion 4 se iguala sobre el primer panel de difusion 4, a pesar de la falta de uniformidad del perfil de iluminancia de la primera fuente de luz 2 sobre el primer panel de difusion 4. A este respecto, se recuerda que la
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luminancia es el flujo luminoso de un haz que emana de una superficie (o que cae sobre una superficie) en una direccion dada, por unidad de area proyectada de la superficie tal como se observa desde la direccion dada, y por unidad de angulo solido, tal como se notifica, como un ejemplo, en la norma E284-09a de ASTM (American Society for Testing and Materials, Sociedad Americana para la Realizacion de Ensayos y Materiales).
En el lfmite de un D pequeno y unas fracciones de volumen pequenas (es decir, paneles gruesos), se espera que una densidad de area N “ Nmin produzca una eficiencia de dispersion de aproximadamente un 5 %. A medida que el numero de nanopartmulas por unidad de area se hace mas alto, se espera que la eficiencia de dispersion crezca de forma proporcional a N, hasta que tienen lugar multiples dispersiones o interferencias (en caso de una fraccion de volumen alta), lo que podna afectar a la calidad de color. Por lo tanto, la eleccion del numero de nanopartmulas esta sesgada por la busqueda de un termino medio entre la eficiencia de dispersion y el color deseado, tal como se describe con detalle en la solicitud de patente EP2304478. Ademas, a medida que el tamano de las nanopartmulas se hace mas grande, crece la relacion n = Tdispersado / Pdispersado del flujo luminoso hacia delante con respecto a hacia detras, siendo tal relacion igual a una que se encuentra en el lfmite de Rayleigh. Ademas, a medida que crece n, la abertura del cono de dispersion hacia delante se hace mas pequena. Por lo tanto, la eleccion de n esta sesgada por la busqueda de un termino medio entre hacer que la luz se disperse con unos angulos grandes y reducir al mmimo el flujo de luz dispersada hacia detras. No obstante, de una forma conocida en sf, se puede depositar una capa antirreflexion (que no se muestra) sobre la primera y la segunda superficie Si y S2, con el fin de reducir al mmimo Pdirectoi al hacer esto, se acrecienta la eficiencia luminosa del sistema de iluminacion 1 y se aminora la visibilidad del primer panel de difusion 4 (como un elemento ffsico) desde un observador en la habitacion 6.
No obstante, son posibles algunas realizaciones en las que las nanopartmulas no tienen una forma esferica; en tal caso, el diametro eficaz D se puede definir como el diametro eficaz de las partmulas esfericas equivalentes, en concreto, el diametro eficaz de unas partmulas esfericas que tienen el mismo volumen que las nanopartmulas que se han mencionado en lo que antecede.
Ademas, son posibles algunas realizaciones en las que las nanopartmulas estan polidispersadas, es decir, sus diametros eficaces se caracterizan por una distribucion N (D). Tal distribucion describe el numero de nanopartmulas por unidad de superficie e intervalo unidad de diametro eficaz en las proximidades del diametro eficaz D (es decir, el numero de particulas por unidad de superficie que tienen un diametro eficaz entre D1 y D2 es igual a
d2
N^=\N(D)dD).
Estos diametros eficaces pueden caer en el intervalo de [5 nm - 350 nm], es decir, la
A
distribucion puede ser no nula dentro de este intervalo. En este caso, considerando que la eficiencia de dispersion crece aproximadamente, es decir, en el Kmite de las particulas pequenas, con la sexta potencia del diametro de la nanopartmula, la distribucion polidispersada se comporta aproximadamente como una distribucion monodispersada con un diametro Df representativo que se define como:
imagen1
en la que
imagen2
D’efic se puede seleccionar con el fin de encontrarse dentro del intervalo de [5 nm - 350 nm], preferiblemente [10 nm - 250 nm], mas preferiblemente [40 nm -180 nm], aun mas preferiblemente [60 nm -150 nm].
Ademas, el primer panel de difusion 4 se encuentra a una distancia d con respecto a la primera fuente de luz 2, que se mide a lo largo del eje H. Tal distancia d se puede variar de acuerdo con una posicion esperada del observador en el interior de la habitacion 6, de tal modo que la distancia entre la posicion esperada del observador y la primera fuente de luz 2 es igual a al menos cinco metros, preferiblemente siete metros. Por ejemplo, en el caso de una aplicacion de tipo techo, la distancia d puede ser igual a tres metros. Como precaucion, la distancia d puede ser igual a cinco metros, en el caso de que el observador se encuentre muy cerca de la segunda superficie S2.
De acuerdo con una realizacion diferente que se muestra en la figura 2, la primera fuente de luz 2 esta dispuesta, una vez mas, en el interior del volumen externo V, pero la misma esta dispuesta desplazada con respecto al eje, es decir, en sentido lateral con respecto al primer panel de difusion 4, es decir, esta no es interceptada por lmea alguna que pase a traves del primer panel de difusion 4 y que sea paralela con respecto al eje H. Ademas, el sistema de iluminacion 1 incluye un sistema reflectante 20, que incluye un primer espejo 22 y forma una trayectoria de luz que conecta la primera fuente de luz 2 con el primer panel de difusion 4; dicho de otra forma, los rayos de luz que son
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generados por la primera fuente de luz 2 son transportados por el sistema reflectante 20 sobre la primera superficie Si. El primer espejo 22 da lugar a una ultima desviacion (es decir, un ultimo cambio de direccion) de la trayectoria de luz antes del primer panel de difusion 4.
Ademas, la primera fuente de luz 2 y el sistema reflectante 20 son de tal modo que el primer panel de difusion 4 es iluminado plenamente por los rayos de luz que provienen de la primera fuente de luz 2. Ademas, por razones que se describiran de forma mas precisa en lo sucesivo, el primer panel de difusion 4 y el sistema reflectante 20 estan dispuestos de tal modo que los mismos satisfacen la siguiente condicion geometrica. No hay pareja alguna que este compuesta por un rayo de luz RL1 y un rayo de luz RL2 de tal modo que:
- el rayo de luz RL1 pasa a traves del primer panel de difusion 4 (como un ejemplo, proveniente de la habitacion 6) o se origina en el primer panel de difusion 4; y
- el rayo de luz RL2 es la reflexion del rayo de luz RL1 por el sistema reflectante 20 y el mismo esta orientado con el fin de impactar de nuevo sobre la primera superficie Si.
La condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede sobre los rayos de luz RL1 y RL2 es equivalente a exponer que ningun rayo de luz que se genere en el interior de la habitacion 6 y que interseque a la primera superficie S1 en un primer punto puede ser reflejado posteriormente por el sistema reflectante 20 de una forma tal que este incida de nuevo sobre la primera superficie S1 en un segundo punto. Incluso como alternativa, el sistema reflectante 20 esta dispuesto de tal modo que todos los rayos de luz entrantes que emanan de la primera superficie S1 y que impactan sobre el sistema reflectante 20, con independencia de la posicion dentro de la primera superficie S1 de la cual emanan los rayos de luz entrantes, se reflejan sobre la capa interna 12.
La condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede sobre los rayos de luz RL1 y RL2 conduce a una reduccion en el volumen que es ocupado por el sistema de iluminacion 1, principalmente en terminos del volumen que es ocupado en el exterior de la habitacion 6, sin deteriorar la calidad de la iluminacion. En particular, el sistema de iluminacion 1 presenta una reduccion del espacio que es ocupado en sentido vertical, es decir, medido a lo largo del eje H. Dado que un obstaculo vertical reducido es un prerrequisito para un gran numero de aplicaciones, la condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede permite la obtencion del efecto de penetracion en un gran numero de situaciones de interes practico. Por razones de brevedad, de ahora en adelante se omitira, en general, la referencia a la dimension vertical del espacio ocupado.
Con mayor detalle, ademas de conducir a una reduccion del espacio ocupado, la disposicion redproca del sistema reflectante 20 y el primer panel de difusion 4 evitan la aparicion de dos fenomenos que podnan deteriorar la calidad natural de la iluminacion.
Tal como se muestra en la figura 3, en el caso de que se violara la condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede sobre los rayos de luz RL1 y RL2, tendna lugar lo siguiente:
- un rayo de luz IR1 que es generado por la primera fuente de luz 2 incide sobre el sistema reflectante (que se designa en el presente caso con 30) y es transportado sobre el primer panel de difusion 4, cruza el primer panel de difusion 4 y alcanza al observador; y
- un rayo de luz IR2 que es generado por la primera fuente de luz 2 incide sobre el sistema reflectante 30 una primera vez, es transportado una primera vez sobre el primer panel de difusion 4, se refleja parcialmente debido a la reflexion de Fresnel por la primera superficie S1, incide sobre el sistema reflectante 30 una segunda vez, es transportado una segunda vez sobre el primer panel de difusion 4, cruza el primer panel de difusion 4 y alcanza al observador desde una direccion diferente con respecto al rayo de luz IR1.
En este caso, el observador experimental la vision de dos imagenes diferentes de la primera fuente de luz 2, que se ven desde bajo diferentes direcciones. La primera imagen es la imagen que esta formada por IR1 y por la totalidad de los rayos de luz cerca de IR1, es decir, los rayos de luz que han cruzado solo una vez el primer panel de difusion 4. La segunda imagen es la imagen que esta formada por el rayo de luz IR2 y por la totalidad de los rayos de luz cerca de IR2, es decir, los rayos que, habiendo sido parcialmente reflejados por la primera superficie S1, son reorientados por el sistema reflectante 30 hacia el observador. Debido a que la reflexion de Fresnel reorienta solo una porcion (por ejemplo, aproximadamente un 4 % por cada superficie del primer panel de difusion 4, para una incidencia casi perpendicular y para un material de PMMA), la segunda imagen de la primera fuente de luz 2 es mas debil que la primera. No obstante, su luminancia sigue siendo muy alta; por lo tanto, un observador percibina la diferencia con la iluminacion natural, que evidentemente se caracteriza por la presencia de solo una imagen del Sol.
De una forma similar, en el caso de que faltara la condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede sobre los rayos de luz RL1 y RL2, los rayos de luz que provienen de la habitacion 6 y con cualquier color podnan cruzar el primer panel de difusion 4, ser reflejados por el sistema reflectante 30 y volver a entrar en la habitacion 6 despues de cruzar de nuevo el primer panel de difusion 4. En tal caso, un observador percibina la presencia de objetos luminosos que tienen unos colores diferentes del color del primer panel de difusion 4, como si los mismos estuvieran dispuestos mas alla del primer panel de difusion 4. Ademas, debido a la asf denominada retrodispersion, el propio primer panel de difusion 4 sena visto por el observador no solo directamente, sino tambien a traves del
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sistema reflectante 30; en la practica, el primer panel de difusion 4 generana un punto luminoso, que esta limitado espacialmente por el marco del espejo, lo que deteriorana la uniformidad del segundo plano. Ademas, un observador podna percibir la presencia del sistema reflectante 30 debido al rapido cambio en la luminancia que podna tener lugar en los bordes del espejo. La totalidad de estos efectos danan lugar a que la iluminacion pareciera antinatural, siendo la imagen del primer panel de difusion 4 diferente de la del cielo natural. Ademas, la percepcion de objetos o espejos en el segundo plano del primer panel de difusion 4 evitana la obtencion del efecto de penetracion.
Habiendose expuesto lo anterior, son posibles algunas realizaciones en las que, tal como se muestra en la figura 2, el primer espejo 22 es plano y paralelo con respecto al primer panel de difusion 4 (en concreto, paralelo con respecto a la primera y la segunda superficies Si, S2), de tal modo que se reduce al mmimo el volumen ocupado.
Ademas, con independencia de la forma y el angulo de inclinacion del primer espejo 22, la primera fuente de luz 2 y el primer espejo 22 estan dispuestos de una forma tal que, si se hace referencia a la superficie del primer espejo 22 como la superficie reflectante Sr, el baricentro O de la primera superficie Si y el baricentro 0' de la superficie reflectante Sr pueden estar conectados por una lmea, que tiene un angulo de incidencia AO con respecto al eje H que se encuentra entre 40° y 65°, preferiblemente entre 42° y 50°, mas preferiblemente en las proximidades de 45°. De tal forma, se llega a un termino medio entre reducir al mmimo el espacio que es ocupado en sentido vertical por el sistema de iluminacion 1, que disminuye a medida que el angulo de incidencia AO se hace mas grande, y reducir al mmimo las perdidas de luz debido a la reflexion parcial que tiene lugar en el primer panel de difusion 4, que crece a medida que: el angulo de incidencia AO se hace mas grande, con la hipotesis de que el primer panel de difusion 4 tenga un mdice de refraccion basicamente igual a 1,5 y que el angulo de incidencia AO sea mas alto que 45°. Resulta util hacer notar que el beneficio de iluminar el primer panel de difusion 4 con un angulo de incidencia AO sustancialmente igual a 45° resulta cierto para todas las posibles realizaciones, incluyendo las que se describen mas adelante y las que no tienen espejo alguno.
El solicitante de la presente invencion tambien verifico que, cuando el primer espejo 22 es plano, el espacio vertical que es ocupado por el sistema de iluminacion 1 se reduce al mmimo para cualquier angulo de incidencia AO, con la condicion de que el primer espejo 2 sea paralelo con respecto al primer panel de difusion 4.
Antes de pasar a la descripcion, el “rayo portador” se define como la trayectoria de luz plegada que conecta el baricentro 0” de la superficie de emision Sf (que se define en lo sucesivo) de la primera fuente de luz 2 con el baricentro 0 de la primera superficie S1, por medio del sistema reflectante 20, o la mas corta de entre estas trayectorias de luz, si existe mas de una trayectoria de luz; existe solo una trayectoria de luz si el sistema reflectante 20 esta disenado como un componente de optica de formacion de imagenes.
Ademas, se presenta un sistema de referencia cartesiano, teniendo un sistema de referencia de este tipo un origen en el baricentro 0 de la primera superficie S1, e incluyendo un eje x y un eje y que se encuentran en el plano que es definido por la primera superficie S1 y que estan dispuestos de una forma tal que el eje y es perpendicular con respecto al plano de incidencia del rayo portador sobre la superficie reflectante Sr del primer espejo 22 (es decir, el plano que contiene los dos segmentos del rayo portador que entran en contacto con el primer espejo 22, asf como la lmea perpendicular con respecto a la superficie reflectante Sr en el punto de contacto).
Con independencia de la forma y el angulo de inclinacion del primer espejo 22, son posibles algunas realizaciones en las que la primera superficie S1 tiene una forma rectangular o al menos una forma alargada, siendo su eje mayor coincidente con el eje y. El solicitante de la presente invencion ha verificado que estas realizaciones permiten cumplir la condicion geometrica sobre los rayos de luz RL1 y RL2 con una altura mas pequena del sistema de iluminacion 1 a lo largo del eje H, con respecto a los casos en los que el primer panel de difusion 4 no es alargado o es alargado a lo largo del eje x, siendo el area del primer panel de difusion 4 y el angulo de incidencia AO los mismos. En otros terminos, estas realizaciones permiten aumentar al maximo el area del primer panel de difusion 4 para una altura dada del sistema de iluminacion 1 y un angulo de incidencia AO dado. De hecho, el solicitante de la presente invencion ha observado que, para un angulo de incidencia AO dado, la anchura maxima del primer panel de difusion 4 a lo largo del eje x es proporcional a la altura minima del sistema de iluminacion 1 a lo largo del eje H, encontrandose el coeficiente de proporcionalidad cerca de 1 cuando el angulo de incidencia AO se encuentra cerca de 45°.
El solicitante de la presente invencion tambien percibio que la calidad natural de la iluminacion se mejora adicionalmente si la primera fuente de luz 2 presenta una superficie de emision circular (la figura 4a) o elfptica (la figura 4b) Sf. Dado que la primera fuente de luz 2 es direccional, esta esta caracterizada por una direccion principal, que es la direccion del maximo absoluto de la intensidad luminosa, y por un plano principal, que se define en el presente caso como el plano, perpendicular con respecto a la direccion principal, en el que tiene lugar el maximo absoluto de la luminancia. Habiendose dicho lo anterior, la superficie de emision Sf es la porcion del plano principal en el que la luminancia a lo largo de la direccion principal es mas alta que un 10 % de este maximo absoluto de la intensidad luminosa. La superficie de emision Sf se denomina circular o elfptica si existe una circunferencia o una elipse que la encierra y que tiene un area mas grande que el area de la superficie de emision Sf, en no mas de un 30 %, preferiblemente un 20 %, mas preferiblemente un 10 %.
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Habiendose dicho todo esto, los rayos de luz inciden sobre la primera superficie Si en unos puntos de incidencia correspondientes y forman unos angulos de incidencia correspondientes con las lmeas perpendiculares con respecto a la primera superficie Si y que pasan a traves de los puntos de incidencia. Habiendose dicho lo anterior, el sistema reflectante 20 y las disposiciones de la primera fuente de luz 2 y del primer panel de difusion 4 son de tal modo que, dados:
- un rayo de luz RL3 que conecta, por medio del sistema reflectante 20, el baricentro O” de la superficie de emision Sf con el baricentro 0 de la primera superficie Si, y forma un angulo 0i con respecto a una lmea perpendicular con respecto a la primera superficie Si y que pasa a traves del baricentro 0 de esta ultima; y
- un rayo de luz RL4 que conecta, por medio del sistema reflectante 20, el baricentro 0” de la superficie de emision Sf con un punto de la primera superficie Si que esta separado una distancia X con respecto al baricentro O de esta ultima, y que forma un angulo 02 con respecto a una lmea perpendicular con respecto a la primera superficie Si y que pasa a traves de este punto; por lo tanto, tiene lugar que:
imagen3
en la que L es al menos igual a tres metros y, preferiblemente, X << L, por ejemplo, X < i0 cm. Preferiblemente, L es al menos igual a cuatro metros; aun mas preferiblemente, L es al menos igual a cinco metros. Observese que tal condicion se satisface tambien por medio de la realizacion que se muestra en la figura i, con la condicion de que la distancia d que se ha mencionado en lo que antecede del primer panel de difusion 4 con respecto a la primera fuente de luz 2 sea igual a L.
De tal forma, los rayos de luz impactan sobre la primera superficie Si con unas direcciones casi paralelas, de una forma similar a lo que tiene lugar en la naturaleza. Ademas, esta condicion se puede satisfacer incluso cuando la primera fuente de luz 2 se encuentra a una distancia ffsica con respecto al primer panel de difusion 4 mas baja que L, con la condicion de que el sistema reflectante 20 comprenda espejos convergentes, es decir, espejos que estan disenados para formar una imagen virtual de la primera fuente de luz 2 a una distancia mas grande que la distancia ffsica.
El solicitante de la presente invencion ha percibido adicionalmente que, en determinadas aplicaciones (por ejemplo, en el caso en el que el primer panel de difusion 4 esta separado una pequena distancia con respecto al observador), es suficiente que L sea al menos igual a un 50 %, preferiblemente un 70 %, incluso mas preferiblemente un i00 %, de la distancia maxima entre cualesquiera dos puntos de la primera superficie Si.
Con independencia de los detalles anteriores acerca de la distancia del primer panel de difusion 4 con respecto a la primera fuente de luz 2, no obstante, son posibles algunas realizaciones en las que la fuente de luz 2 esta dispuesta de tal modo que el perfil de iluminancia sobre la primera superficie Si vana entre un valor mmimo ILUmin y un valor maximo ILUmax, en el que ILUmax ^ 3 * ILUmin, con el fin de limitar las variaciones de iluminancia sobre el primer panel de difusion 4. Una condicion de este tipo sobre la uniformidad de la iluminancia se puede lograr mediante la interposicion de una optica de forma libre entre la primera fuente de luz 2 y la primera superficie Si y/o al separar la fuente de luz 2 con respecto a la primera superficie Si de una distancia adecuada. Como un ejemplo, son posibles algunas realizaciones en las que la iluminancia que es producida por la primera fuente de luz 2 sobre la primera superficie Si es sustancialmente uniforme, debido al hecho de que la siguiente relacion resulta cierta:
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en la que 0e es el angulo con el que un rayo de luz adicional, que se origina en el baricentro O” de la superficie de emision Sf de la primera fuente de luz 2, impacta sobre un punto de la frontera de la primera superficie Si, siendo este punto el punto de entre los puntos de la frontera que tiene la distancia maxima con respecto al baricentro 0 de la primera superficie Si. El solicitante de la presente invencion ha percibido adicionalmente que, tambien en este caso, si el observador esta separado del primer panel de difusion 4 una pequena distancia, es suficiente que L sea al menos igual a un 50%, preferiblemente un 70%, incluso mas preferiblemente un i00%, de la distancia maxima entre cualesquiera dos puntos de la primera superficie Si.
El solicitante de la presente invencion percibio adicionalmente que la calidad natural de la iluminacion mejora siempre que la luminancia maxima de la primera fuente de luz 2 sea mas grande que i06cd/m2, preferiblemente 0,i * i06 cd/m2, mas preferiblemente i * i06 cd/m2, aun mas preferiblemente i0 * i06 cd/m2. Para tales valores, de hecho, la primera fuente de luz 2 genera el suficiente deslumbramiento para que sea diffcil mirar a la propia fuente, evitando de ese modo que el observador evalue la distancia de la fuente por medio del mecanismo de enfoque ocular. Por lo tanto, estos valores de luminancia contribuyen a obtener el efecto de penetracion infinito. Ademas, el deslumbramiento hace diffcil la deteccion de las posibles faltas de uniformidad en el perfil de luminancia de la primera fuente de luz 2, haciendo por lo tanto diffcil la deteccion de las diferencias entre la imagen de la primera fuente de luz 2 y la imagen del Sol.
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El solicitante de la presente invencion tambien verifico que la calidad natural de la iluminacion mejora si el tamano y la forma de la primera fuente de luz 2 son de tal modo que, dado un rayo de luz que conecta el penmetro de la superficie de emision Sf con el baricentro O de la primera superficie Si, el angulo que forma el mismo con el rayo de luz RL3 que se ha mencionado en lo que antecede es mas bajo que 4°, preferiblemente 3°, mas preferiblemente 1,2°, y aun mas preferiblemente 1,0°. De hecho, la calidad natural de la iluminacion mejora cuando los valores inferiores de tal angulo estan asociados con los valores mas altos de luminancia, permitiendo esta condicion la obtencion de una percepcion mas natural.
Tal como se muestra en las figuras 5a y 5b, con independencia de los detalles del primer panel de difusion 4, el primer espejo 22 puede ser un espejo curvado de forma concava, tal como un espejo curvado de forma concava que tiene una curvatura parabolica. En particular, tal como se muestra en las figuras 5a y 5b, el primer espejo 22 se puede conformar como una porcion de un paraboloide circular, es decir, una superficie que se obtiene al rotar una parabola de generacion en torno a su eje A, de tal modo que la interseccion con cualquier plano que incluya el eje A define la misma parabola de generacion. En particular, la porcion de paraboloide circular se obtiene al dividir una porcion de la superficie del paraboloide circular con un plano secante que cruza el eje A formando un angulo diferente de 90°. Por razones de brevedad, de ahora en adelante, se hace referencia al paraboloide circular, sin mencionar de forma explfcita que el espejo esta formado por una porcion del paraboloide circular.
De acuerdo con la presente realizacion, la primera fuente de luz 2 esta dispuesta en el foco del paraboloide circular; de forma mas precisa, el baricentro O” de la superficie de emision Sf de la primera fuente de luz 2 esta dispuesto en el foco del paraboloide circular, de tal modo que los rayos de luz que provienen de ese baricentro y que son reflejados por el paraboloide circular inciden sobre la primera superficie S1 con unas direcciones de propagacion que son, todas ellas, paralelas con respecto al eje A. De esta forma, el observador percibe la primera fuente de luz 2 como si la misma estuviera dispuesta a una distancia virtualmente infinita, de forma similar a lo que tiene lugar con el Sol, potenciando de ese modo la calidad natural de la iluminacion. Dicho de otra forma, la imagen virtual de la primera fuente de luz 2 se encuentra a una distancia infinita con respecto al observador.
Ademas, el tamano de la primera fuente de luz 2 que es percibida por el observador es dado por el tamano de la imagen de la primera fuente de luz 2 en la retina, y depende solo de la dimension ffsica de la primera fuente de luz 2 y del aumento del sistema de telescopio optico que esta formado por la lente del ojo (el cristalino) y por el paraboloide circular; tal sistema de telescopio optico tiene un plano de imagen y un plano de objeto que estan dispuestos, respectivamente, en el foco de la lente del ojo y en el foco del paraboloide circular. El aumento que se ha mencionado en lo que antecede es dado por la relacion de la longitud focal de la lente del ojo con respecto a la longitud focal del paraboloide circular; por lo tanto, el tamano de la primera fuente de luz 2 tal como es percibida por el observador no depende de la distancia del observador con respecto al sistema de iluminacion 1. Por lo tanto, esta condicion adicional contribuye a la creacion de un efecto de iluminacion natural, debido a que el tamano percibido del Sol no depende de la posicion del observador.
El solicitante de la presente invencion tambien percibio que, si la superficie de emision Sf esta conformada como un cfrculo, la imagen de la primera fuente de luz 2 que es percibida por el observador sigue teniendo forma de cfrculo, debido a que el sistema optico que se muestra en la figura 5a no distorsiona la imagen.
La realizacion que se muestra en la figura 5a esta caracterizada por que el espacio vertical que es ocupado por el sistema de iluminacion 1 es casi igual al tamano del primer panel de difusion 4 a lo largo del eje x, en el caso de que los rayos de luz que son reflejados por el paraboloide circular incidan sobre el primer panel de difusion 4 con 45°, y se satisface la condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede.
De acuerdo con una variante, que se muestra en la figura 5a, la primera y la segunda superficies S1 y S2 del primer panel de difusion 4 tienen una forma elfptica, siendo abarcada una forma de este tipo por la proyeccion del paraboloide circular 22 sobre el plano xy a lo largo de la direccion dada por el eje A. Por lo tanto, la primera y la segunda superficies S1 y S2 pueden ser circunscritas por el punto luminoso SP que esta formado por el paraboloide circular en el plano xy, reduciendo de ese modo las perdidas de luz. Ademas, el primer espejo 22 se corta con el fin de aceptar un haz de luz que tiene una divergencia circular, es decir, se corta de forma que su proyeccion sobre el plano ortogonal con respecto a la lmea que conecta el baricentro 0” de la superficie de emision Sf y el vertice del paraboloide circular tiene una forma circular, o al menos circunscribe un cfrculo con una buena aproximacion. No obstante, tambien son posibles otras formas del primer espejo 22, por ejemplo, una forma alargada a lo largo de la direccion y.
El uso del paraboloide circular implica que la luz que entra en la habitacion 6 a traves del primer panel de difusion 4 proyecta sobre el suelo de la habitacion 6 un punto de luz que tiene el mismo tamano y forma que el primer panel de difusion 4, al igual que ocurre con la luz del sol a traves de una ventana, contribuyendo de ese modo al efecto de iluminacion natural. Ademas, debido a que el observador es capaz de evaluar la distancia de una fuente de luz generica basandose en la divergencia del haz de luz que genera esta, el sistema de iluminacion 1 que se muestra en la figura 5a crea un efecto de una gran profundidad de campo incluso si la primera fuente de luz 2 no se encuentra directamente en el campo visual del observador.
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Tal como se muestra en la figura 6, el primer espejo 22 se puede conformar como la porcion de un paraboloide con simetna cilmdrica, es decir, como una porcion de un cilindro parabolico, obteniendose esta porcion mediante la interseccion del cilindro parabolico con tres planos secantes. Con detalle, se sabe que, dada una parabola de generacion y una lmea de referencia R, el cilindro parabolico es la superficie reglada que esta formada por unas lmeas paralelas con respecto a la lmea de referencia R e incidentes sobre la parabola de generacion; dicho de otra forma, el cilindro parabolico se obtiene mediante la traslacion de la parabola de generacion a lo largo de la lmea de referencia R. En lo sucesivo, la lmea de referencia R tambien se denomina eje cilmdrico.
En la realizacion que se muestra en la figura 6, el cilindro parabolico se obtiene mediante la traslacion de la parabola de generacion en una direccion paralela con respecto al eje x. Ademas, la parabola de generacion tiene su vertice en el plano xH y su eje A orientado a lo largo de una lmea que es especular con respecto a la lmea que conecta el baricentro O de la primera superficie Si y el baricentro O' de la superficie reflectante Sr del primer espejo 22. En la presente realizacion, un plano tangente con respecto al cilindro parabolico en el vertice de la parabola de generacion es paralelo con respecto al plano xy. Ademas, dos de entre los tres planos secantes son, por ejemplo, paralelos con respecto al plano yH, mientras que el tercer plano es, por ejemplo, sustancialmente paralelo con respecto al plano xy. Habiendose dicho todo lo anterior, de ahora en adelante, por razones de brevedad se hara referencia al cilindro parabolico, sin mencionar de forma explfcita que el espejo esta formado por una porcion del cilindro parabolico.
En la realizacion que se muestra en la figura 6, el cilindro parabolico esta separado en sentido lateral a lo largo del eje x, con respecto al eje H, de tal modo que el angulo de incidencia AO es sustancialmente igual a 45°.
Con mayor detalle, el baricentro O” de la superficie de emision Sf esta dispuesto en el plano xH, cerca de la lmea que esta formada por los focos de las parabolas que forman el cilindro parabolico, en la posicion que asegura la mejor colimacion de los rayos de luz que estan orientados hacia el primer panel de difusion 4, en lo que respecta a la propagacion de los rayos en el plano que contiene el eje y y el baricentro del cilindro parabolico y, mas en general, lo que respecta a la propagacion de los rayos en la totalidad de los planos que intersecan al primer panel de difusion 4 a lo largo de unas lmeas paralelas con respecto al eje y. En lo sucesivo, se hace referencia a la divergencia promedio en estos ultimos planos, por simplicidad, como divergencia a lo largo de la direccion del eje y.
La realizacion que se muestra en la figura 6 permite usar un primer panel de difusion 4 que es considerablemente mas largo a lo largo del eje y que a lo largo del eje x, aumentando al maximo de ese modo el area del primer panel de difusion 4 y, por lo tanto, los angulos bajo los cuales el observador percibe el efecto de penetracion. De forma mas precisa, un alargamiento tan grande del primer panel de difusion 4 es posible debido a que la realizacion se basa en el uso de un espejo que presenta un alargamiento grande en la direccion del eje y, al tiempo que se conserva una divergencia (de salida) limitada en la misma direccion del eje y. Mas en concreto, el solicitante de la presente invencion ha percibido que el tamano percibido de la primera fuente de luz 2 a lo largo de la direccion del eje y, es decir, el diametro de la superficie de emision percibida Sf a lo largo de la direccion del eje y, no depende de la distancia entre el observador y la primera fuente de luz 2, o este depende muy debilmente de esta distancia. En lo que respecta al tamano de la primera fuente de luz 2 que es percibida por el observador a lo largo de la direccion del eje x, este depende de la posicion del observador y disminuye con la distancia. Por lo tanto, con el fin de asegurar que se percibe una forma circular de la primera fuente de luz 2, se puede adoptar una fuente de luz con una superficie de emision elfptica Sf, en la que la excentricidad de la elipse se fija de acuerdo con el punto esperado de observacion en el interior de la habitacion 6.
Una ventaja adicional es dada por el uso de un cilindro parabolico es el hecho de que los espejos de este tipo son faciles de fabricar, debido a que los mismos se pueden obtener mediante una lamina de espejo plana, por ejemplo, una lamina de espejo de aluminio. Ademas, haciendo referencia a un observador que se encuentra en una posicion vertical y que esta mirando hacia la primera fuente de luz 2 desde una posicion central, es decir, a traves del baricentro 0 de la primera superficie Si y que, por lo tanto, tiene los ojos alineados a lo largo de la direccion del eje y, este percibira la primera fuente de luz 2 a una gran distancia, debido al hecho de que su convergencia ocular funciona solo en planos que contienen ambos ojos (es decir, la direccion del eje y), en los que tiene lugar una convergencia alta. Esto tiene lugar sin importar cual sea la divergencia de los rayos en la direccion ortogonal.
En una realizacion diferente (que no se muestra), el sistema de iluminacion 1 esta montado de una forma tal que el primer panel de difusion 4 es paralelo con respecto a una pared vertical, en lugar de un techo, de una forma tal que el haz de luz procedente de la primera fuente de luz 2 entra en la habitacion 6 siendo paralela con respecto al suelo y con un angulo de aproximadamente 45° con respecto a la pared vertical. En la presente realizacion, el cilindro parabolico se obtiene mediante la traslacion de la parabola de generacion en una direccion paralela con respecto al eje y, en lugar del eje x, siendo esta la configuracion que permite la percepcion de profundidad mas grande para un observador, cuyos ojos estan alineados en el eje x. Tambien en este caso, dada una altura del sistema de iluminacion 1 mas alla de la pared vertical, el area mas grande del primer panel de difusion 4 se puede obtener mediante la adopcion de una forma que es alargada en la direccion del eje y.
En una realizacion diferente, el sistema reflectante 20 puede incluir un segundo espejo 24, tal como se muestra para, por ejemplo, en la figura 7. Es decir, el primer espejo 22 que se ha mencionado en lo que antecede puede ser un espejo de una pluralidad de espejos del sistema reflectante 20, que da lugar a la ultima desviacion de la
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trayectoria de luz a lo largo de la cual los rayos de luz que son generados por la primera fuente de luz 2 se transportan sobre el primer panel de difusion 4.
El segundo espejo 24 esta opticamente interpuesto entre el primer espejo 22 y la primera fuente de luz 2. En este caso, la condicion geometrica que se ha mencionado en lo que antecede no cambia, debido a que esta condicion se refiere al sistema reflectante global 20. Por lo tanto, es irrelevante si el rayo de luz RL2 es generado por la reflexion del rayo de luz RL1 solo sobre el primer espejo 22, o sobre el primer y el segundo espejos 22, 24. De forma similar, el sistema reflectante 20 puede incluir elementos reflectantes adicionales (que no se muestran).
Cualquiera del primer y el segundo espejos 22, 24 puede ser plano o tener una forma diferente. En particular, tal como se muestra en la figura 8, son posibles algunas realizaciones en las que tanto el primer como el segundo espejos 22, 24 estan conformados como porciones de dos cilindros parabolicos correspondientes, que son generados por unas parabolas de generacion que se encuentran en planos ortogonales, y que se trasladan a lo largo de unas direcciones ortogonales y, por lo tanto, realizan una colimacion de la luz en planos ortogonales. En la presente realizacion, por ejemplo, el primer espejo 22 es similar al cilindro parabolico que se muestra en la figura 6, mientras que el segundo cilindro parabolico, que forma el segundo espejo 24, se obtiene al tomar una segunda parabola de generacion en el plano xH y mediante la traslacion de la misma a lo largo de la direccion del eje y, obteniendo de este modo una reduccion de la divergencia del haz en el plano xH. Ademas, el solicitante de la presente invencion ha verificado que se obtiene una buena colimacion en la totalidad de las direcciones para los rayos de luz que son reflejados por el segundo espejo 24 hacia el primer espejo 22 cuando la segunda parabola de generacion tiene su eje orientado en una direccion sustancialmente paralela con respecto al eje de la parabola de generacion del primer espejo 22, con la condicion de que los dos cilindros parabolicos esten dispuestos de tal modo que los mismos comparten un foco comun (o, de forma mas precisa, de tal modo que las parabolas de generacion comparten un foco comun, en el que la posicion del foco de la parabola de generacion del primer espejo 22 explica la reflexion por el espejo 24) y la primera fuente de luz 2 esta dispuesta sustancialmente en un foco comun de este tipo.
La realizacion que se muestra en la figura 8 posibilita usar un panel de difusion que tiene una longitud a lo largo del eje y que es considerablemente mas grande que la longitud a lo largo del eje x y, por lo tanto, posibilita aumentar al maximo el area del primer panel de difusion 4, siendo el espacio vertical que es ocupado por la presente realizacion igual al que es ocupado en caso de un panel cuadrado. Ademas, la presente realizacion posibilita generar un haz de luz que impacta sobre la primera superficie Si con una divergencia reducida a lo largo de tanto el eje x como el eje y (es decir, a lo largo de unos planos que intersecan al plano xy a lo largo de unas lmeas que son paralelas con respecto al eje x y el eje y, respectivamente). Por lo tanto, los rayos de luz transmitidos tienen una divergencia similar a la de los rayos del sol. Esta condicion contribuye a la creacion de la percepcion de una gran profundidad de campo incluso cuando la primera fuente de luz 2 no se encuentra en el campo visual del observador. Ademas, debido a que la primera fuente de luz 2 esta dispuesta cerca del foco comun, el tamano de la primera fuente de luz 2 tal como es percibida por el observador no depende de la distancia. Por ultimo, en el presente caso la iluminacion de un panel de difusion que es alargado a lo largo de la direccion del eje y se hace posible al comenzar desde un haz de luz que impacta sobre el segundo espejo 24 con sustancialmente una misma divergencia tanto en el plano de incidencia como en el plano ortogonal, es decir, al usar de forma eficiente una fuente de luz que genera un haz de luz que tiene una seccion transversal de forma cuadrada. Este resultado, que se logra mediante la realizacion de la reduccion de la divergencia de haz inicial en dos etapas separadas en las dos direcciones ortogonales, representa una ventaja con respecto al caso de un unico cilindro parabolico, para el cual se requieren unos haces asimetricos, tal como se describe en lo sucesivo.
Con independencia de los detalles del primer panel de difusion 4 y el sistema reflectante 20, la primera fuente de luz 2 puede tener, tal como ya se ha explicado anteriormente, una superficie de emision Sf con una forma circular o elfptica. En particular, la superficie de emision Sf puede tener una forma elfptica siempre que el sistema reflectante 20 incluya al menos un paraboloide con simetna cilmdrica, de tal modo que se compensan los diferentes aumentos que se introducen a lo largo del eje x y el eje y, permitiendo de este modo la creacion de un punto de luz con forma de cfrculo en la retina del observador.
Tal como se muestra en las figuras 9a y 9b, la primera fuente de luz 2 puede estar formada por un conjunto de dispositivos de emision 50. Cada dispositivo de emision 50 esta formado por una fuente de LED 52 y un correspondiente concentrador parabolico compuesto (“CPC”, compound parabolic concentrator) 54 de tipo rectangular, que presenta una abertura de entrada EN y una abertura de salida SAL; la abertura de entrada EN y la abertura de salida SAL se pueden conformar, respectivamente, como un primer y un segundo rectangulo, paralelos y alineados entre sf, teniendo el primer rectangulo un area mas pequena que el segundo rectangulo. Ademas, el primer rectangulo tiene una relacion entre las longitudes de sus ejes de simetna diferente de la del segundo rectangulo. Por ejemplo, el primer rectangulo tiene una relacion mas grande, es decir, este es mas alargado, que el segundo. La fuente de LED 52 puede estar formada por una agrupacion de emisores LED (que no se muestran) y esta dispuesta cerca de la correspondiente abertura de entrada EN, de una forma tal que la radiacion que es emitida por la fuente de LED 52 esta acoplada con el concentrador CPC 54 a traves de la abertura de entrada EN, y sale de la abertura de salida SAL. No obstante, son posibles otros tipos de concentradores reflectantes; de forma similar, se pueden usar dispositivos de emision de luz que no sean LED.
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El haz de luz que es generado por cada dispositivo de emision 50 tiene una seccion transversal rectangular, siendo maxima su divergencia en el plano que contiene el eje del propio haz, es dedr, que contiene el eje optico 56 del par que esta formado por el concentrador 54 y la correspondiente fuente de LED 52, y el mayor de sus ejes de simetna del rectangulo que es definido por la abertura de salida SAL, que se designa con 57 en la figura 9a. En caso de una abertura de salida SAL diferente, el plano de maxima divergencia sena recorrido por la direccion de alargamiento, es decir, la direccion de maxima extension de la salida SAL, y el eje optico 56.
La cantidad de la divergencia de haz en cada uno del plano de maxima divergencia y su plano ortogonal (conteniendo tambien este ultimo el eje optico 56) vana con la relacion entre las longitudes del lado correspondiente del rectangulo de entrada, dEN, y del lado correspondiente del rectangulo de salida, Dsal y, en particular, esta es igual a dos veces el arco seno de esta relacion, es decir, arcsen (dEN / dsAL). A este respecto, no solo las areas, sino tambien las formas de las aberturas de entrada y de salida han de ser diferentes, con el fin de asegurar diferentes divergencias en los dos planos ortogonales.
El tamano de la abertura de entrada EN se debena elegir de tal modo que la misma encierre la fuente de LED 52. En la realizacion de las figuras 9a y 9b, cada concentrador 54 tiene una forma similar a un embudo y esta formado por cuatro superficies reflectantes parabolicas, cada una de las cuales esta curvada de forma unidimensional y tiene unas parabolas de generacion que se encuentran o bien en el plano de maxima divergencia o bien en su plano ortogonal, teniendo la totalidad de las parabolas de generacion sus focos en el plano de entrada en el que se encuentra la abertura de entrada EN. Ademas, las cuatro superficies reflectantes parabolicas tienen la misma longitud a lo largo de la direccion del eje optico 56.
De acuerdo con una realizacion, la totalidad de los dispositivos de emision 50 son iguales, y los concentradores 54 estan dispuestos de tal modo que las aberturas de entrada EN se encuentran en el mismo plano de entrada P_EN, y las aberturas de salida SAL se encuentran en el mismo plano de salida P_SAL. En particular, los concentradores 54 estan dispuestos uno junto a otro, con las aberturas de salida SAL adyacentes entre sf, es decir, estas presentan una distribucion muy densa, de tal modo que se asegura la luminancia promedio maxima de la superficie de emision Sf; ademas, el numero y la disposicion de los concentradores 54 son de tal modo que la superficie que esta compuesta por la union de la totalidad de las aberturas de salida SAL se aproxima a una superficie circular, a pesar de que son posibles algunas realizaciones en las que la superficie compuesta se aproxima a una forma elfptica. Por ultimo, la totalidad de los dispositivos de emision 50 estan dispuestos con el fin de tener su eje 56 orientado en la misma direccion. En esta circunstancia, la primera fuente de luz 2 tiene su propio “plano de divergencia mas grande”, que es el plano que contiene el baricentro O” de la superficie de emision Sf y que es paralelo con respecto a los planos de maxima divergencia de los dispositivos de emision 50; ademas, la primera fuente de luz 2 tiene un “eje de divergencia mas grande” 58, dado por la interseccion entre el plano de divergencia mas grande de la primera fuente de luz 2 y la superficie de emision Se de la primera fuente de luz 2. Incluso si se ha presentado el eje de divergencia mas grande para el caso de una pluralidad de concentradores rectangulares 54, es evidente que otras formas de los concentradores de tipo embudo 54 que tienen unas aberturas de salida que son alargadas a lo largo de los ejes paralelos 57 conducen a una fuente de luz que sigue teniendo un eje de divergencia mas grande, que es paralelo con respecto a los ejes 57.
La primera fuente de luz 2 que se muestra en las figuras 9a y 9b permite desacoplar las caractensticas del haz de luz y, en particular, la forma de su seccion transversal y su divergencia, de la forma de la superficie de emision Sf, sin introducir perdida alguna. En el presente caso, en el que los dispositivos de emision 50 generan unos “haces de luz unitarios” identicos que tienen una seccion transversal rectangular, las distancias entre los centros de las aberturas de salida SAL son pequenas en comparacion con la anchura del haz de luz compuesto que esta formado por la suma de la totalidad de los haces de luz unitarios, teniendo lugar esta suma debido a la propagacion del haz compuesto y la divergencia de cada haz de luz unitario. En la practica, los haces de luz unitarios se fusionan en un haz de luz compuesto que tiene la misma seccion transversal rectangular y la misma divergencia que un unico haz de luz unitario. Dicho de otra forma, a unas distancias que son grandes con respecto al diametro de la superficie de emision Sf, el haz de luz compuesto tiene la misma forma y divergencia del haz que es generado por un unico dispositivo de emision 50, debido a que el mismo esta formado por una pluralidad de haces de luz unitarios identicos que estan ligeramente desplazados uno con respecto a otro. Por lo tanto, la realizacion que se muestra en las figuras 9a y 9b permite que se genera un haz compuesto, que tiene una seccion, en un plano perpendicular con respecto al eje del propio haz compuesto y a una distancia deseada con respecto a la primera fuente de luz 2, que es un rectangulo de un area y una forma deseadas. Ademas, la presente realizacion posibilita crear una fuente de luz que tiene una superficie de emision Sf que puede tener cualquier forma, por ejemplo, una forma circular o una forma elfptica. En lo sucesivo, se hace referencia a esta fuente de luz como “fuente de haz rectangular”. Se debena resaltar que el resultado no se obtiene al confiar en una abertura cortada con cuchilla y optica de formacion de imagenes tal como se realiza, por ejemplo, para proyectores de luz de escenario de tipo cine convencionales, en los que el corte del haz da lugar a unas perdidas de transmision elevadas. Por lo tanto, la fuente de haz rectangular permite reducir al mmimo el consumo global de energfa.
A pesar de que no se muestra, es posible una realizacion diferente, en la que la primera fuente de luz comprende una pluralidad de dispositivos de emision, cada uno de los cuales esta formado por una fuente de LED que tiene una forma cuadrada, y un correspondiente concentrador parabolico compuesto de tipo cuadrado, que presenta una
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abertura de entrada cuadrada y una abertura de salida cuadrada. De tal forma, cada dispositivo de emision genera un haz cuadrado, que tiene la misma divergencia en las dos direcciones ortogonales (es decir, en los dos planos que contienen el eje de concentrador y, respectivamente, los dos ejes de la abertura de salida que son paralelos con respecto a los lados de la abertura de salida). En particular, la presente realizacion permite generar un haz cuadrado con una divergencia deseada, para una forma arbitraria de la superficie de emision Sf. En lo sucesivo, se hara referencia a esta primera fuente de luz como “fuente de haz cuadrado”.
En una realizacion diferente adicional (que no se muestra), la primera fuente de luz comprende una pluralidad de dispositivos de emision, cada uno de los cuales esta formado por una fuente de LED que tiene una circular, y un correspondiente concentrador parabolico compuesto de un tipo circular (que no se muestra), que presenta una abertura de entrada circular y una abertura de salida circular. En este caso, la primera fuente de luz genera un haz con una simetna circular. Por lo tanto, esta primera fuente de luz permite generar un haz circular con una divergencia deseada, para una forma arbitraria de la superficie de emision Sf. En lo sucesivo, se hara referencia a esta primera fuente de luz como “fuente de haz circular”.
En el caso de que el sistema reflectante 20 este hecho de uno o mas espejos planos, o en el caso de que el sistema reflectante 20 incluya un unico espejo que tiene la forma de un cilindro parabolico, la fuente de haz rectangular permite la obtencion de un punto luminoso SP que es alargado a lo largo del eje y, es decir, un punto luminoso SP que circunscribe la primera superficie Si del primer panel de difusion 4, teniendo la primera superficie Si la forma de un rectangulo que es alargado a lo largo del eje y. En ambos casos, la fuente de haz rectangular esta orientada de tal modo que su eje de divergencia mas grande 58 se “mapea” por medio del sistema reflectante 20 sobre el eje y, con el fin de reducir la complejidad de la distribucion del sistema reflectante. En el contexto de la presente invencion, se dice que el sistema de reflexion mapea el eje de divergencia mas grande sobre el eje y si, dado un estrecho haz de rayos de luz que incluyen el rayo portador, que tiene su origen en el baricentro 0” de la superficie de emision Sf y que se encuentra en el plano de divergencia mas grande, el sistema reflectante 20 da lugar a que el haz de rayos cruce el primer panel de difusion 4 a lo largo de una lmea tangente con respecto al eje y. Por ejemplo, si el sistema reflectante 20 es de tal modo que el rayo portador se pliega en un unico plano, la fuente de haz rectangular esta orientada con el eje de divergencia mas grande 58 paralelo con respecto al eje y.
En el caso de que el sistema reflectante 20 comprenda dos espejos que tienen las formas de unos cilindros parabolicos que tienen unos ejes cilmdricos ortogonales, el uso de la fuente de haz cuadrado es ventajoso. En este caso, de hecho, es posible basarse en el hecho de que la divergencia inicial de un haz cuadrado se reduce, a dos distancias diferentes con respecto a la primera fuente de luz 2, para el fin de obtener un punto luminoso SP que es alargado a lo largo del eje y. La presente realizacion permite lograr un acoplamiento optimo entre emisores LED disponibles en el mercado, que son, por lo general, de forma cuadrada, y los concentradores.
Ademas, en el caso de que el sistema reflectante 20 comprenda un espejo que tiene la forma de un paraboloide circular, el uso de la fuente de haz circular es ventajoso. En este caso, no obstante, la fuente de luz 2 se puede hacer de un unico CPC circular, que esta acoplado con un conjunto de LED circular, permitiendo esta solucion la obtencion de una superficie de emision circular Sf.
La figura 10 muestra una realizacion adicional en la que la primera fuente de luz 2 es formada de nuevo por unos concentradores CPC 54 identicos, siendo sus aberturas de entrada EN y sus aberturas de salida SAL, a modo de ejemplo, de nuevo de forma rectangular. En este caso, no obstante, se aplica una mascara 60 sobre la abertura global que es formada por las aberturas de salida SAL; la mascara 60, que se encuentra en el plano de salida P_SAL, define una abertura de mascara 62, que tiene una forma que es un rectangulo redondeado con un area mas grande que el area de una unica abertura de salida SAL. En particular, la mascara 60 puede estar formada por una capa de un material opticamente absorbente, de tal modo que la radiacion puede cruzar el plano de salida P_SAL solo a traves de la abertura de mascara 62. De esta forma, la primera fuente de luz 2 se sigue percibiendo como que tiene basicamente una superficie de emision circular Sf. El solicitante de la presente invencion percibio adicionalmente que la mascara 60 no distorsiona de forma sustancial la forma del punto luminoso SP que se forma en el plano de la primera superficie Si.
Con independencia del numero y la forma de los espejos que forman el sistema reflectante 20, el sistema de iluminacion 1 puede incluir una segunda fuente de luz, que comprende una capa de emision de luz difusa, siendo esta capa transparente, o al menos parcialmente transparente. Durante el uso, la fuente de luz adicional emite una luz difusa a partir de la capa de emision con independencia de ser iluminada por la primera fuente de luz 2, mientras que un observador que mira a traves de la capa de emision de luz difusa de la segunda fuente de luz puede ver la primera fuente de luz 2 mas alla de esta capa de emision. En la presente descripcion, el termino “transparente” se usa para indicar la asf denominada propiedad optica de “ver a traves”, es decir, la propiedad de un elemento optico de transmitir una luz formadora de imagenes. Mas en concreto, considerando un haz de luz que es generado por una fuente de iluminacion segun la norma D65 de tipo punto que esta dispuesta a una gran distancia con respecto a la capa de emision de luz difusa (por lo tanto, un haz que esta constituido por unos rayos de luz paralelos unos con respecto a otros) y que esta orientado en perpendicular con respecto a la capa de emision de luz difusa, de tal modo que una porcion de la capa de emision de luz difusa es iluminada por un determinado haz de rayos que son generados por la fuente de iluminacion segun la norma D65, la capa de emision de luz difusa se define como
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parcialmente transparente si al menos un 50 %, preferiblemente un 70 %, mas preferiblemente un 85 % de los rayos de luz del haz son transmitidos por la capa de emision de luz difusa dentro de un cono con una abertura angular de FWHM no mas grande que 8°, preferiblemente 4°, lo mas preferiblemente 2°. Por razones de complecion, se ha de hacer notar, adicionalmente, que tambien el primer panel de difusion 4 es parcialmente transparente.
Desde un punto de vista practico, dada una fuente de iluminacion normalizada (por ejemplo, una fuente segun la norma D65) que emite luz de manera uniforme a partir de una superficie de emision circular, y dado un observador convencional que ve la superficie de emision bajo un angulo solido conico de 8°, preferiblemente 4°, lo mas preferiblemente 2°, la luminancia de la superficie de emision tal como es percibida por el observador cuando la capa de emision de luz difusa parcialmente transparente esta interpuesta entre el observador y la superficie de emision es, por lo tanto, al menos un 50 %, preferiblemente al menos un 70 %, mas preferiblemente al menos un 85 % de la correspondiente luminancia que es percibida por el observador cuando se encuentra ausente la capa de emision de luz difusa.
Habiendose dicho todo lo anterior, tal como se muestra en la figura 11, la segunda fuente de luz (que se designa con 68) se puede disponer en paralelo con respecto al primer panel de difusion 4, por ejemplo, por encima de de este y, por ejemplo, en contacto directo con el mismo.
La segunda fuente de luz 68 puede comprender un segundo panel de difusion 64 y un iluminador 66, estando conformado el segundo panel de difusion 64 como una grna de luz que esta iluminada lateralmente por el iluminador 66, estando formado el iluminador 66, como un ejemplo, por una banda lineal de LED o una lampara de tubo fluorescente, de tal modo que la luz que es emitida por el iluminador 66 se propaga en modo guiado en el interior del segundo panel de difusion 64, que difunde la misma de forma homogenea. El segundo panel de difusion 64 puede ser, por ejemplo, un difusor disponible en el mercado adecuado para una iluminacion lateral como, por ejemplo, “LED Acrylite®” o “LED EndLighten Plexiglas®”. Ademas, tal como se muestra en la figura 11, el espesor a lo largo del eje H del segundo panel de difusion 64 es despreciable en comparacion con el espesor a lo largo de una direccion K perpendicular con respecto al eje H.
En una configuracion particular, el segundo panel de difusion 64 esta formado por un tercer material (por ejemplo, un material que esta seleccionado de entre los materiales que se han enumerado previamente con referencia al primer material), en el que estan dispersadas unas micropartfculas de un cuarto material (por ejemplo, ZnO, TiO2, ZrO2, SiO2, Al2O3); tales tercer y cuarto material no absorben luz con unas longitudes de onda en el intervalo visible. En particular, los diametros de las micropartfculas pueden variarde 2 pm a 20 pm.
Cuando se encuentra en uso, parte de la radiacion que es guiada por el segundo panel de difusion 64 sale del segundo panel de difusion 64 al tiempo que se propaga a lo largo del segundo panel de difusion 64, debido a la difusion por las micropartfculas del cuarto material. Debido a que el segundo panel de difusion 64 tiene un espesor despreciable a lo largo del eje H en comparacion con la direccion K, el segundo panel de difusion 64 es basicamente transparente a la radiacion que se propaga a lo largo del eje H, pero funciona como un difusor para la radiacion que se propaga a lo largo de la direccion K.
Ademas, suponiendo que el segundo panel de difusion 64 esta delimitado en el lado superior y el lado inferior por una tercera y una cuarta superficie S3, S4, se puede dar un acabado superficial a al menos una de entre tal tercera y tal cuarta superficie S3, S4 para introducir rugosidad. Tal rugosidad contribuye a la difusion por medio del segundo panel de difusion 64 de la luz que es generada por el iluminador 66, siendo el proceso de difusion virtualmente homogeneo a lo largo de cualquier direccion paralela con respecto a la direccion K. De una forma conocida en sf, la rugosidad se puede disenar de tal modo que gran parte de la luz que es generada por el iluminador 66 se dispersa principalmente a traves de una entre la tercera y la cuarta superficie S3, S4 y, en particular, hacia el primer panel de difusion 4. En el caso de que al menos una entre la tercera y la cuarta superficie S3, S4 presente rugosidad, no es necesario que se disperse micropartfcula alguna en el segundo panel de difusion 64. En cualquier caso, se pueden encontrar presente rugosidad tanto sobre la tercera como sobre la cuarta superficie S3, S4 del segundo panel de difusion 64.
En una configuracion diferente, la segunda fuente de luz 68 incluye una superficie de emision sustancialmente transparente, que se hace de una pelfcula de OLED. La pelfcula de OLED tambien es capaz de generar una luz difusa con un color y una intensidad controlados, que es al mismo tiempo transparente a la luz que cruza la misma a lo largo de una direccion perpendicular con respecto a su superficie.
La segunda fuente de luz 68 permite cambiar el color y la intensidad de la componente de luz difusa que es generada por el sistema de iluminacion 1, basicamente sin cambiar el color y la intensidad de la componente transmitida. Para este fin, es posible actuar sobre el color y la intensidad de la luz que es emitida por la segunda fuente de luz 68.
Por ejemplo, teniendo por objeto la reproduccion de las caractensticas de la luz al caer la tarde, se puede usar una lampara con una CCT baja, por ejemplo, 2500 K, como la primera fuente de luz 2; de esta forma, el color de la componente transmitida es similar al color de la luz del sol antes de la puesta de sol. Sin la segunda fuente de luz
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68, el color de la componente que es dispersada solo por el primer panel de difusion 4 sena diferente del color de la correspondiente componente natural. De hecho, lo que tiene lugar en la naturaleza es que el cielo por encima del observador es iluminado por una luz del sol blanca, es decir, por una luz del sol que no ha cruzado todavfa la atmosfera, que tiene una CCT que es aproximadamente igual a 6000 K, un valor mucho mas alto que la CCT de la lampara. Como consecuencia, la CCT de la luz que es dispersada por el cielo por encima del observador en las ultimas horas de la tarde es significativamente mas alta que la CCT de la luz que es dispersada por el primer panel de difusion 4, en el caso de que la primera fuente de luz 2 que ilumina este ultimo tenga una CCT baja. No obstante, si se usa la segunda fuente de luz 68 y, en particular, si se usa el segundo panel de difusion 64 junto con el iluminador 66, y este ultimo se hace de un conjunto de emisores LED de colores rojo, verde, azul (“RGB”, red, green, blue), es posible ajustar el flujo luminoso para cada uno de tres elementos de este tipo; esto permite que el segundo panel de difusion 64 genere una componente dispersada que tiene un color y una intensidad que son de tal modo que la componente global que sale del primer panel de difusion 4 y es dispersada por el primer y el segundo panel de difusion 4, 64, tiene el color deseado. Dicho de otra forma, la segunda fuente 68 permite desacoplar el color de la componente transmitida del color de la componente dispersada. Ademas, si se usa una lampara con una CCT ajustable como la primera fuente de luz 2, se puede reproducir la variacion de la iluminacion natural a diferentes horas del dfa.
Tambien son posibles otras realizaciones en las que la segunda fuente de luz 68 esta colocada bajo el primer panel de difusion 4, de una forma tal que la luz que es generada por la primera fuente de luz 2 pasa a traves del primer panel de difusion 4 antes de pasar a traves del segundo panel de difusion 64. Ademas, son posibles realizaciones adicionales en las que el primer y el segundo paneles de difusion 4, 64 estan ffsicamente separados.
Tambien son posibles algunas realizaciones en las que la segunda fuente de luz 68 se usa en ausencia del primer panel de difusion 4, es decir, en ausencia del panel de Rayleigh. En este caso, el eje H es una lmea perpendicular con respecto a la capa de emision de luz difusa y que cruza el baricentro de la capa de emision de luz difusa.
A la vista de lo anterior, la totalidad de las realizaciones que se divulgan hacen referencia a un sistema que incluye una primera fuente de luz, un generador de luz difusa y una camara oscura, en donde el generador de luz difusa esta conformado como un componente en capas que esta delimitado por una superficie interior (que esta orientada hacia la camara oscura) y una superficie exterior (que esta orientada hacia la habitacion), y la primera fuente de luz esta configurada para emitir un haz de luz visible, y la camara oscura esta opticamente acoplada con la habitacion por medio del generador de luz difusa. Ademas, el generador de luz difusa esta configurado para recibir el haz de luz visible, y para ser al menos parcialmente transparente al haz de luz visible, y para transmitir al menos parte del haz de luz visible, y para emitir una luz difusa visible a partir de la superficie exterior, y para generar una luz transmitida que tiene una CCT mas baja que la CCT de la luz difusa visible. El generador de luz difusa se puede encontrar sustancialmente libre de absorcion o reflexion cromatica, es decir, de absorber o reflejar, de forma preferente, una porcion limitada del espectro de luz visible con respecto a otra porcion.
Mas en particular, la CCT de la luz difusa es mas alta que la CCT de la luz transmitida; aun mas en particular, la CCT de la luz transmitida no es mas grande que la CCT del haz de luz que es generado por la primera fuente de luz. Ademas, tal como ya se ha indicado, en el contexto de la presente invencion, la luz que es “transmitida” por un elemento optico se entiende como la porcion de los rayos de luz que impactan sobre el elemento optico que cruzan el elemento optico sin experimentar una desviacion angular significativa, por ejemplo, siendo desviados un angulo mas pequeno que 0,1°. Por lo tanto, se dice que una componente optica “transmite al menos una porcion” de un haz de luz incidente siempre que produzca una componente de luz transmitida.
Tal como ya se ha explicado en lo que antecede, el generador de luz difusa puede estar formado por una capa de difusion de Rayleigh, es decir, una capa que difunde de forma selectiva la componente de longitud de onda corta de la radiacion luminosa que proviene de una fuente de luz principal, estando conformada esta capa de difusion de Rayleigh, por ejemplo, como un panel plano (al igual que en el caso del primer panel de difusion 4), o como un panel curvado (que no se muestra). Ademas, o como alternativa, el generador de luz difusa puede estar formado por una fuente de luz difusa, es decir, una fuente de luz que emite una luz difusa a partir de una capa extendida ortogonal con respecto al eje H, con independencia de la luz que se recibe a partir de la fuente de luz principal. En el caso de usar solo la fuente de luz difusa, esta fuente no opera para corregir el color de la luz difusa tal como es producida, por ejemplo, por el primer panel de difusion 4, sino para generar la totalidad de la componente difusa de la luz que es emitida por el sistema de iluminacion. En determinadas realizaciones, el generador de luz difusa puede tener una forma alargada, en el sentido de que un primer cfrculo que esta inscrito en la superficie interior tiene un diametro al menos 1,5 veces mas pequeno, preferiblemente dos veces mas pequeno que un segundo cfrculo que esta circunscrito a la misma superficie interior.
Ademas, las consideraciones en lo que respecta a la presencia de una capa de difusion de Rayleigh y/o una fuente de luz que emite una luz difusa tambien son de aplicacion a las variantes que se describiran en lo sucesivo.
Las ventajas aportadas por el presente sistema de iluminacion se ponen de manifiesto por medio de la descripcion previa.
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Con detalle, el presente sistema de iluminacion permite que un observador perciba la existencia de un espacio ilimitado mas alla del generador de luz difusa, de forma similar a lo que tiene lugar en la naturaleza cuando el cielo y el Sol iluminan una habitacion a traves de una ventana. Tal resultado es debido a la presencia de la camara oscura, que esta acoplada con la habitacion por medio del generador de luz difusa. La camara oscura permite percibir un segundo plano de color negro homogeneo para cada direccion a lo largo de la cual se observan el primer y/o el segundo paneles de difusion. Ademas, tal efecto se mejora mediante la adopcion de una distancia adecuada del observador a la fuente (y, por lo tanto, una primera y/o segunda distancia del panel a la fuente), y/o mediante el uso de un sistema reflectante que refleja los rayos de luz de una forma tal que estos presentan un intervalo limitado de pendientes.
Ademas, algunas realizaciones de la presente invencion dan lugar al efecto de penetracion que se ha mencionado en lo que antecede al tiempo que limitan el espacio que es ocupado por el sistema de iluminacion. En particular, la realizacion que se muestra en la figura 2 es un sistema de iluminacion desplazado con respecto al eje, en concreto, un sistema en el que la fuente de luz y el primer panel de difusion no estan alineados, lo que permite reducir el espacio que es ocupado por el propio sistema, sin deteriorar la calidad de la iluminacion.
Finalmente, es evidente que se pueden hacer modificaciones y variaciones al presente sistema de iluminacion sin apartarse del alcance de la presente invencion, tal como es definido por las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, la posicion de la fuente de luz con respecto al foco/focos de los elementos opticos del sistema reflectante puede ser diferente de las que se describen. Ademas, en lugar de, o ademas de un espejo convergente, el sistema reflectante puede comprender un espejo divergente. Ademas, con el fin de lograr una eliminacion completa de la divergencia, al menos a lo largo de la direccion del eje y, se pueden considerar unas formas mas complejas de los espejos (por ejemplo, conformaciones de forma libre).
Ademas, la forma de la estructura oscura puede ser diferente de lo que se ha mostrado previamente. De hecho, con el fin de proporcionar un segundo plano sustancialmente uniforme, es suficiente formar una estructura oscura cuyas caractensticas geometricas y/o de absorcion de luz son de tal modo que, cuando la primera fuente de luz 2 (y el iluminador 66, si se encuentra presente) esta activada, es de aplicacion una primera condicion estructural, que se describe en lo sucesivo en el presente documento, con referencia a la figura 12. Por simplicidad, y sin perdida alguna de generalidad, en la figura 12 la primera fuente de luz del tipo similar a un punto; ademas, la estructura oscura se designa con 300 y no tiene esquinas, sin que eso implique perdida alguna de generalidad. La primera condicion estructural que se describe en lo sucesivo en el presente documento es aplicable, en cualquier caso, tambien a las realizaciones que se han descrito en lo que antecede, al referir esta, como un ejemplo, a las caractensticas del elemento de soporte 10 y la capa interior 12. Ademas, en la figura 12, los angulos se muestran de una forma cualitativa.
Con detalle, la primera condicion estructural que se ha mencionado en lo que antecede preve que, dado un haz de direcciones (por ejemplo, un haz conico) 200 con un angulo superior de al menos 0,1 estereorradianes y un eje de haz 210, en cualquier primer punto 220 de al menos una porcion de la segunda superficie S2 que tiene un area igual a al menos un 50 %, preferiblemente un 80 %, incluso mas preferiblemente un 100 %, del area de la totalidad de la segunda superficie S2, una primera y una segunda luminancias del primer punto 220, a la que se hara referencia en lo sucesivo en el presente documento como la primera y la segunda luminancias de segundo plano, difieren una de otra en no mas de un 50 % de la primera luminancia de segundo plano. Con mayor detalle, la primera y la segunda luminancias de segundo plano se miden en una primera y una segunda direcciones de observacion 230, 240, respectivamente, siendo la primera direccion de observacion 230 paralela con respecto a cualquiera de las direcciones del haz de direcciones 200 y siendo no paralela con respecto a cualquiera de las direcciones de deslumbramiento local 250, estando la segunda direccion de observacion 240 separada de la primera direccion de observacion 230 una distancia angular en el intervalo entre 0,3° y 1° y siendo no paralela con respecto a cualquiera de las direcciones de deslumbramiento local 250, siendo las direcciones de deslumbramiento local 250 las direcciones que estan separadas menos de 3° con respecto a cualquier direccion 260 bajo la cual cualquier punto de la primera fuente de luz 2 se ve desde el primer punto 220 (dada la suposicion de una fuente de tipo punto, se encuentra presente solo una direccion 260). Con mayor detalle, cada una de la primera y la segunda luminancias de segundo plano esta formada solo por los rayos de luz que han incidido sobre la estructura oscura y nunca han pasado a traves de la habitacion 6 (que no se muestra en la figura 12), los cuales nunca han cruzado, por lo tanto, la segunda superficie S2 viniendo de la habitacion 6.
Como un ejemplo, haciendo referencia a cualquiera de la primera y la segunda luminancias de segundo plano, la misma se puede medir con la suposicion de acoplar el primer panel de difusion 4 con una primera camara anecoica en el intervalo visible, en concreto, al suponer que la habitacion 6 absorbe el 100 % de la luz incidente, y al llevar a cabo las etapas de:
- despues de sustituir la estructura oscura 300 con una segunda camara anecoica en el intervalo visible, medir la luminancia L1 del primer punto 220 que se ha mencionado en lo que antecede, en la primera direccion de observacion 230; y posteriormente
- eliminar la segunda camara anecoica y proporcionar la estructura oscura 300; y posteriormente
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- medir la luminancia L2 del primer punto 220, aun en la primera direccion de observacion 230; y
- calcular la diferencia entre la luminancia L2 y la luminancia L1.
Tal como se muestra en la figura 12, el eje de haz 210 puede coincidir con la direccion 260 bajo la cual la primera fuente de luz 2 se ve desde el primer punto 220. Ademas, el haz de direcciones 200 y la orientacion del mismo en relacion con el primer panel de difusion 4 son invariantes con respecto a la posicion del primer punto 220 que se ha mencionado en lo que antecede sobre la segunda superficie S2.
Tal como se ha mencionado previamente, la primera condicion estructural puede ser cumplida tambien por las otras realizaciones. Por lo tanto, es posible, como un ejemplo, que el elemento de soporte 10 y la capa interior 12 sean diferentes de lo que se ha mostrado, pero tal como para cumplir, de todos modos, la primera condicion estructural. Como un ejemplo, la capa interior 12 puede revestir solo una porcion del elemento de soporte 10, que, a su vez, se puede formar en mas de una pieza. A este respecto, al menos parte de la estructura oscura puede estar formada por una carcasa de la primera fuente de luz 2, o por una o mas pantallas; de forma similar, el elemento de soporte 10 puede presentar una o mas aberturas opticas, como un ejemplo, que estan cerradas por unos elementos correspondientes que son mates en el intervalo visible, o que estan cubiertos por elementos de enladrillado.
La estructura oscura 300 se puede configurar adicionalmente para cumplir una segunda condicion estructural y, en concreto, para evitar que, cuando la primera fuente de luz 2 esta activada, la primera luminancia de segundo plano que se ha mencionado en lo que antecede sea mas grande que un valor umbral de luminancia igual a un 30 % de la luminancia total del primer punto 220 en la primera direccion de observacion 230, midiendose esta luminancia total con la suposicion de ausencia de rayos de luz que provienen de la habitacion 6 y, por lo tanto, por medio de la primera camara anecoica que se ha mencionado en lo que antecede. Ademas, son posibles algunas realizaciones en las que se cumple la segunda condicion estructural, pero no la primera condicion estructural. Ademas, la segunda condicion estructural puede ser cumplida tambien por las otras realizaciones. Por lo tanto, como un ejemplo, es posible que el elemento de soporte 10 y la capa interior 12 sean diferentes de lo que se ha mostrado, pero tal como para cumplir, de cualquier forma, la segunda condicion estructural.
Un ejemplo adicional de estructura oscura, aplicable a la totalidad de las realizaciones que se han descrito en lo que antecede, se muestra en la figura 13. En este ejemplo, solo una porcion del elemento de soporte 10 esta revestida por una correspondiente porcion de la capa interior, a la que se hace referencia como parche absorbente 310. El parche absorbente 310 tiene un coeficiente de absorcion en el intervalo visible sustancialmente uniforme y/o un coeficiente de absorcion en el intervalo visible al menos igual a un 70 %, preferiblemente un 90 %; ademas, preferiblemente el parche absorbente 310 se encuentra libre de bordes y tiene un area al menos igual a un 50 %, preferiblemente un 80 %, de la primera superficie S1.
Una realizacion adicional se muestra en la figura 14, en la que, por simplicidad, se hace referencia al caso en el que se encuentran ausentes el segundo panel de difusion 64 y el iluminador 66; ademas, en la figura 14 no se muestran la estructura oscura y el sistema reflectante. En la presente realizacion, aguas abajo del primer panel de difusion 4 esta dispuesto un elemento de referencia visual, tal como un ejemplo, una superficie reflectante 320, que esta delimitado por un borde y esta dispuesto de tal modo que al menos una porcion del mismo es iluminada, junto con una correspondiente porcion del borde, por la luz que es generada por la primera fuente de luz 2 y que es transmitida por el primer panel de difusion 4. Esta porcion de la superficie reflectante 320 tiene un area al menos igual a un 50%, preferiblemente un 70%, incluso mas preferiblemente un 100%, del area de la totalidad de la superficie reflectante 320. Ademas, esta porcion de la superficie reflectante 320 es de tal modo que la trayectoria mas corta de entre las trayectorias opticas que conectan la primera fuente de luz 2 con la superficie reflectante 320 tiene una longitud igual a al menos un 50 %, preferiblemente un 70 %, incluso mas preferiblemente un 100 %, de la distancia maxima entre cualesquiera dos puntos de esta porcion de la superficie reflectante 320.
Tal como se muestra en la figura 15, el elemento de referencia visual puede estar formado por un diafragma 350 entre dos habitaciones, que delimita una correspondiente abertura, que pone en comunicacion optica las dos habitaciones. Por lo tanto, esta abertura forma una superficie inmaterial (con la excepcion del borde) y tiene una porcion respectiva, que esta delimitada por una correspondiente porcion del borde, que cumple los requisitos que se han mencionado hace poco con referencia a la porcion que se ha mencionado en lo que antecede de la superficie reflectante 320.
En la practica, haciendo referencia a las realizaciones que se muestran en las figuras 14 y 15, ocurre que, cuanto mas cerca de uno se encuentra la relacion de la velocidad a la que se mueve el observador con respecto a la velocidad a la que el mismo ve moverse la primera fuente de luz 2 con respecto a la referencia visual (el borde de las porciones que se han mencionado en lo que antecede de la superficie reflectante 320 y la abertura del diafragma 350), es decir, cuanto mas cerca de la referencia visual se encuentra el observador, mas grande es el efecto de profundidad que es inducido por el asf denominado paralaje de movimiento. Ademas, las porciones que se han mencionado en lo que antecede de la superficie reflectante 320 y de la abertura del diafragma 350 pueden tener unas areas estrechas, como un ejemplo, iguales a 1/10, preferiblemente 3/10, incluso mas preferiblemente 1/2, del area de la segunda superficie S2.

Claims (19)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de iluminacion para iluminar (1) un entorno (6) con una iluminacion que Simula una iluminacion natural, que comprende:
    - una primera fuente de luz (2) que esta configurada para emitir un haz de luz visible;
    - un generador de luz difusa (4; 68) que esta delimitado por una superficie interior (Si, S3) que esta configurada para recibir el haz de luz, y por una superficie exterior (S2), siendo dicho generador de luz difusa al menos parcialmente transparente al haz de luz, estando configurado para transmitir al menos parte del haz de luz sin desviaciones significativas y estando adicionalmente configurado para emitir, a traves de la superficie exterior, una luz difusa visible, siendo la temperatura de color correlacionada (CCT) de la luz transmitida mas baja que la CCT de la luz difusa visible; caracterizado por que comprende adicionalmente una estructura oscura (l0, 12; 300; 310), que esta configurada para estar opticamente acoplada con el entorno por medio del generador de luz difusa, y en el que:
    - al menos una porcion de la estructura oscura tiene un coeficiente de absorcion sustancialmente uniforme en el intervalo visible, y la estructura oscura esta configurada para proporcionar un segundo plano sustancialmente uniforme a la primera fuente de luz; y/o
    - al menos una porcion de la estructura oscura tiene un coeficiente de absorcion en el intervalo visible al menos igual a un 70 %, y la estructura oscura esta configurada para proporcionar un segundo plano oscuro a la primera fuente de luz.
  2. 2. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que la estructura oscura (10, 12; 300; 310) esta configurada para evitar que la luz externa ilumine el generador de luz difusa (4; 68) desde aguas arriba.
  3. 3. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la estructura oscura (10, 12; 300; 310) esta configurada de tal modo que, cuando la primera fuente de luz (2) esta activada, y dado un haz de direcciones (200) con un angulo superior de al menos 0,1 estereorradianes, en cualquier primer punto (220) de al menos una porcion de la superficie exterior (S2), una primera y una segunda luminancias de segundo plano de dicho primer punto difieren una de otra en no mas de un 50 % de la primera luminancia de segundo plano, midiendose dicha primera y dicha segunda luminancias de segundo plano respectivamente en una primera y una segunda direcciones de observacion (230, 240), siendo la primera direccion de observacion paralela con respecto a cualquiera de las direcciones del haz de direcciones y no paralela con respecto a cualquiera de las direcciones de deslumbramiento local (250), estando la segunda direccion de observacion separada de la primera direccion de observacion una distancia angular en el intervalo de 0,3° -1° y siendo no paralela con respecto a cualquiera de las direcciones de deslumbramiento local, siendo dichas direcciones de deslumbramiento local las direcciones que estan separadas menos de 3° con respecto a cualquier direccion (260) bajo la cual la primera fuente de luz se ve desde dicho primer punto, estando cada una de dicha primera y dicha segunda luminancias de segundo plano formada solo por los rayos de luz que han incidido sobre la estructura oscura y nunca han pasado a traves del entorno (6).
  4. 4. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 3, en el que la estructura oscura (10, 12; 300; 310) esta adicionalmente configurada para evitar que, cuando la primera fuente de luz (2) esta activada, dicha primera luminancia de segundo plano sea mas grande que un valor de luminancia umbral igual a un 30% de la luminancia global de dicho primer punto (220) en dicha primera direccion de observacion (230), en ausencia de rayos de luz que provienen del entorno (6).
  5. 5. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador de luz difusa (6; 68) esta dispuesto con respecto a la primera fuente de luz (2) de tal modo que la relacion
    imagen1
    resulta cierta, en la que:
    - 01 es el angulo con el que un primer rayo de luz del haz de luz, que se origina en el baricentro (O”) de una superficie de emision (Sf) de la primera fuente de luz, impacta sobre el baricentro de la superficie interior; y
    - 0e es el angulo con el que un segundo rayo de luz, que se origina en el baricentro de la superficie de emision de la primera fuente de luz, impacta sobre un punto de la frontera de la superficie interior, siendo dicho punto el punto de entre los puntos de la frontera que tiene la distancia maxima con respecto al baricentro de la superficie interior.
  6. 6. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el generador de luz difusa (4; 68) esta dispuesto con respecto a la primera fuente de luz (2) de tal modo que la relacion
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    resulta cierta para al menos un punto de la superficie interior (S1) que presenta una separacion X con respecto a un baricentro (0) de la superficie interior (S1, S3), en la que:
    - 0i es el angulo con el que un primer rayo de luz del haz de luz, que se origina en el baricentro (O”) de una superficie de emision (Sf) de la primera fuente de luz, impacta sobre el baricentro de la superficie interior;
    - 02 es el angulo con el que un segundo rayo de luz, que se origina en el baricentro de la superficie de emision de la primera fuente de luz, impacta sobre dicho al menos un punto de la superficie interior; y
    - L es igual a, o mas grande que, tres metros.
  7. 7. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el generador de luz difusa (6; 68) esta dispuesto con respecto a la primera fuente de luz (2) de tal modo que la relacion
    imagen3
    resulta cierta para al menos un punto de la superficie interior (Si) que presenta una separacion X con respecto a un baricentro (0) de la superficie interior (Si, S3), en la que:
    - 0i es el angulo con el que un primer rayo de luz del haz de luz, que se origina en el baricentro (O”) de una superficie de emision (Sf) de la primera fuente de luz, impacta sobre el baricentro de la superficie interior;
    - 02 es el angulo con el que un segundo rayo de luz, que se origina en el baricentro de la superficie de emision de la primera fuente de luz, impacta sobre dicho al menos un punto de la superficie interior; y
    - L es igual a al menos un 70 % de la distancia maxima entre cualesquiera dos puntos de la superficie interior.
  8. 8. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente un sistema optico reflectante (20) que esta dispuesto en el interior de la estructura oscura (10) y que esta configurado para transportar el haz de luz sobre la superficie interior (Si, S3), siendo dicho sistema optico reflectante de tal modo que los rayos de luz que provienen, durante el uso, de la superficie interior y que impactan sobre el sistema optico reflectante no se reflejan sobre la superficie interior.
  9. 9. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el sistema optico reflectante (20) comprende un primer espejo (22) de tipo plano; y en el que dicho primer espejo (22) esta dispuesto en paralelo con respecto a la superficie interior (Si, S3), de una forma tal que la proyeccion del primer espejo sobre un plano que contiene la superficie interior no se solapa con la superficie interior.
  10. 10. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el sistema optico reflectante (20) comprende un primer espejo (22; 24) del tipo convergente; y en el que el primer espejo (22) esta conformado como una porcion de un paraboloide circular.
  11. 11. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el sistema optico reflectante (20) comprende un primer espejo (22; 24) del tipo convergente; y en el que el primer espejo (22) esta conformado como una porcion de un cilindro parabolico.
  12. 12. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion ii, en el que el sistema optico reflectante (20) comprende adicionalmente un segundo espejo (24) que esta conformado como una parte de un cilindro parabolico, siendo los ejes del primer y el segundo espejos sustancialmente ortogonales entre sf
  13. 13. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones i-4, que comprende adicionalmente un sistema optico reflectante (20) que esta dispuesto en el interior de la estructura oscura (3i0) y que esta configurado para transportar el haz de luz sobre la superficie interior (Si, S3), siendo dicho sistema optico reflectante de tal modo que los rayos de luz que provienen, durante el uso, de la superficie interior y que impactan sobre el sistema optico reflectante no se reflejan sobre la superficie interior; comprendiendo dicho sistema optico reflectante un primer espejo (22) y formando una trayectoria optica que conecta la primera fuente de luz (2) con la superficie interior (Si, S3), dando lugar el primer espejo (22) a una ultima desviacion de la trayectoria optica antes de la superficie interior (Si, S3); y en el que la lmea que pasa a traves de los dos puntos mas cercanos de la superficie interior (Si) y el primer espejo (22) impacta sobre dicha porcion de la estructura oscura (3i0).
  14. 14. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera fuente de luz (2) esta formada por una pluralidad de dispositivos de emision de luz (52) y una pluralidad de concentradores reflectantes (54), teniendo cada concentrador reflectante forma de embudo y teniendo una abertura de entrada (EN) y una abertura de salida (SAL), siendo el area de la abertura de entrada mas pequena que el area de la abertura de salida, estando cada dispositivo de emision de luz opticamente acoplado con la abertura de entrada de un concentrador reflectante respectivo; y en el que la abertura de salida (SAL) de cada concentrador
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    reflectante (54) esta conformada como un rectangulo.
  15. 15. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-13, en el que la primera fuente de luz (2) esta formada por una pluralidad de dispositivos de emision de luz (52) y una pluralidad de concentradores reflectantes (54), teniendo cada concentrador reflectante forma de embudo y teniendo una abertura de entrada (EN) y una abertura de salida (SAL), siendo el area de la abertura de entrada mas pequena que el area de la abertura de salida, estando cada dispositivo de emision de luz opticamente acoplado con la abertura de entrada de un concentrador reflectante respectivo; y en el que las aberturas de salida (SAL) son alargadas a lo largo de una direccion de alargamiento (57), teniendo dicho haz de luz un eje de maxima divergencia (58), estando el sistema optico reflectante (20) configurado de tal modo que, durante el uso, un haz de rayos de luz que emanan del baricentro (O”) de una superficie de emision (Sf) de la primera fuente de luz (2) y que se encuentran en el plano de maxima divergencia impacta sobre la superficie interior (Si, S3) a lo largo de una lmea tangente con respecto a un eje (y) que pasa a traves del baricentro de la superficie interior y es perpendicular con respecto al plano de incidencia de un rayo portador sobre el primer espejo, siendo el rayo portador el rayo de luz que conecta el baricentro de la superficie de emision con el baricentro de la superficie interior, por medio del sistema optico reflectante.
  16. 16. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador de luz difusa comprende un primer difusor (4) que esta configurado para no absorber de forma sustancial la luz en el intervalo visible y para difundir de forma mas eficiente las componentes de longitudes de onda cortas con respecto a las componentes de longitud de onda larga del haz de luz, estando dicho difusor configurado para difundir los rayos de luz con una longitud de onda igual a 450 nm al menos 1,2 veces mas eficientemente que los rayos de luz con una longitud de onda igual a 650 nm; y en el que el primer difusor (4) comprende una matriz de un primer material en la que estan dispersadas unas primeras partfculas de un segundo material, teniendo dicho primer y dicho segundo materiales, respectivamente, un primer y un segundo indices de refraccion, teniendo dichas primeras partfculas unos diametros equivalentes de tal modo que el producto de dichos diametros equivalentes por el primer mdice de refraccion se encuentra en el intervalo de 5 nm - 350 nm.
  17. 17. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador de luz difusa comprende una segunda fuente de luz (68) que esta configurada para emitir al menos una porcion de dicha luz difusa visible con independencia de la primera fuente de luz (2); y en el que la segunda fuente de luz (68) comprende:
    - un segundo difusor (64) que esta conformado como un panel de guiado de luz y que esta configurado para
    iluminarse por el borde; y
    - un iluminador (66) para iluminar por el borde el segundo difusor (64).
  18. 18. El sistema de iluminacion de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que la CCT de al menos uno de la primera fuente de luz (2) y el iluminador (66) es variable de una forma controlable.
  19. 19. El sistema de iluminacion de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17-18, en el que la segunda fuente de luz (68) comprende un OLED.
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