本公开总体来说涉及照明系统，尤其是涉及用于光学地提供环境空间的扩展的感知/印象、尤其是用于模仿自然阳光照明的照明系统。此外，本公开总体上涉及例如在室内房间或室外环境中实施这样的照明系统。
背景技术：
在16世纪的镜子制造技术的改进导致在室内设计中越来越多地使用光学镜元件。例如，用反射表面覆盖墙壁的一部分产生了空间增强的印象并且增加了深度感知。从那时起，镜子就成为能够通过扩大感知体积来改善氛围舒适感的必不可少的组成部分。一般来说，在现代和当代建筑中，反射表面被用来为观察者提供特定的感知。
以下公开内容至少部分地基于特定的基于纳米颗粒的反射单元，以及它们在主动照明领域中的应用，例如一般性的照明。
如本文将公开的，基于特定纳米颗粒的反射单元可以用于为观察者提供墙壁的特定视觉感知。这些单元可以提供特定的色彩和反射特征，其提供例如在2014年5月13日由相同申请人提交的国际专利申请pct/ep2014/059802中所描述的太阳模仿照明系统的特性，其中对反射层和漫射层进行了组合。
关于类瑞利(rayleigh-like)漫射层，由相同申请人提交的几个申请(例如ep230478a1，ep2304480a1和wo2014/076656a1)公开的照明系统使用了产生可见光的光源以及包含用于透射的纳米颗粒的面板，即光源和受照区域位于面板的相对侧上。在这些照明系统的工作过程中，面板接收来自光源的光并作为所谓的瑞利漫射器进行传播，即，与晴空条件下的地球大气相似地对入射光进行漫射。具体而言，这些概念是指具有较低相关色温(cct)的定向光(相当于日光)和具有较大cct的漫射光(相当于蓝色天空的光)。
然而，例如在上述pct/ep2014/059802中引入反射特征可能会影响由于存在反射而导致的感知。具体来说，对于通过提供自然的模拟天空太阳照明而意图欺骗眼睛的照明系统，例如与天空和太阳的视觉外观一起，避免或至少减少颜色和亮度的不均匀性以保持所需的光学和视觉效果。
因此，本公开至少部分地针对改进或克服现有系统的一个或多个方面。
技术实现要素：
在第一方面，本公开涉及一种照明系统，该照明系统包括被配置为产生光束的光源以及用于被该光束照射的色彩反射单元。色彩反射单元包括多个非共面反射表面部分和色彩漫射层。该色彩漫射层包括嵌入基体中的多个纳米颗粒。所述色彩漫射层设置在所述多个反射表面部分的上游，使得所述光束的至少一部分在被所述多个非共面反射表面部分反射之前和之后穿过所述色彩漫射层，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。
另一方面，本公开涉及一种照明系统装置，其包括诸如房屋的房间、门厅走廊或医院病房之类的房间或者诸如电梯轿厢或公共汽车/小汽车/火车/飞机座舱之类的运输单元舱；以及安装成照亮房间或运输单元舱内部的照明系统。
在另一方面，本公开涉及一种座椅照明系统，其包括：座椅装置，该座椅装置具有座椅表面和为坐在座椅表面上的人所定义的目标区域；安装结构，其相对于座椅装置在空间上固定；安装至安装结构的如本文所公开的照明系统；其中所述多个非共面反射表面部分的反射表面部分的至少一个子组被布置为通过照明光束照射所述目标区域。
另一方面，本公开涉及一种汽车隧道照明系统装置，其包括包含至少一条行车道和隧道天花板的隧道以及如本文所公开的照明系统，其中所述光源和所述色彩反射单元安装到隧道天花板上，并且所述色彩反射单元包括所述多个非共面反射表面部分的反射表面部分的子组，其被定向为照亮所述至少一条行车道。
通常，非共面反射表面部分不位于同一平面中，并且可以通过其反射特征来表征。例如，对于平面反射表面部分，反射表面部分的平面的法线限定反射光束的方向。类似地，对于具有凸面或凹面形状的反射表面部分，可以将相关法线(在后面称为“相关法线na”)与由反射特征给出的表面部分相关联。入射光束在特定入射方向下(即在照明系统参照内的入射角)入射在表面部分上。对于反射表面部分，(发散或聚焦的)反射光束可以与反射光束方向相关联，反射光束方向与入射光束一起定义如同在平面情况下的相关法线。
在一些实施例中，色彩漫射层具有设置在反射表面部分处的背面和用于被入射光照射的正面。此外，所述色彩漫射层包括嵌入在透明基体中的多个纳米颗粒，其中可以选择所述纳米颗粒的折射率相对于所述基体的折射率的差异、所述纳米颗粒的尺寸分布以及每单位表面积的纳米颗粒的数量，以提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。
在一些实施例中，由多个非共面反射表面部分提供的形状可以通过与沿着参考平面延伸的直测量线测量的参考平面的距离的变化来表征，其中该参考平面相对于多个非共面反射表面部分的中心平面共面，中心平面具有(反射器侧)和漫射层侧，参考平面在漫射层侧从中心平面移位超过多个非共面反射表面部分中的任何一个，并且距离的变化包括至少三个局部极值，尤其是，该距离沿着测量线增加和减少至少两次。
在一些实施例中，色彩漫射层被配置为漫射光发生器，用于以大于入射光束的定向非漫射光的第一相关色温的第二相关色温生成漫射光，并且该色彩漫射层对于光束的定向非漫射光至少部分透明。
在一些实施例中，色彩反射单元被构造成使得相对于多个反射表面部分中的单个反射表面部分、和/或相对于多个反射表面部分的子组、和/或相对于所述多个反射表面部分提供相应色彩漫射层部分的恒定或变化的散射特性；和/或每单位表面积的恒定或不同数量的纳米颗粒；和/或恒定或变化的倾斜角度。
这里将理解，非共面反射表面部分不位于同一平面内，并且可以考虑反射表面部分与色彩漫射层(或者色彩漫射层的光学相关部分)的任何组合以形成色彩反射单元的色彩反射部分。
在另一方面，一种照明系统包括光源，该光源被配置为从相应的发射表面发射包括定向光的至少一个光束。例如，光束可以具有在高达80°的范围(例如在高达60°或高达40°的范围或更低的范围)内的角发散度。照明系统还包括色彩漫射层，其包含嵌入在基体中的多个纳米颗粒。所述色彩漫射层设置在所述至少一个光束内，使得所述光束的至少一部分穿过所述色彩漫射层，并且所述色彩漫射层被配置为发射源于所述光束的漫射光，诸如类瑞利散射漫射光。照明系统还包括连续的粗粒表面，其包括多个马赛克状表面结构，其提供用于与光束相互作用的多个表面部分(通常至少为非共面表面部分的子组)。照明系统进一步被配置成提供对传播到目标照明/观察者区域的光束定向光和类瑞利散射漫射光的感知。此外，选择马赛克状表面结构的相关区域，以使得当从目标照明/观察者区域沿着包括连续粗粒表面的光路观察时所述光源发射区域的视野产生碎裂。此外，多个表面部分被配置为对入射光束部分进行重定向，使得连续粗粒表面下游的光束的尺寸扩大，并且在目标照明/观察者区域上的照度值减小，尤其是与(材料、厚度方面)相同但平坦(而不是粗粒)表面的情况下在相同光学距离处传播的情况相比。此外，多个表面部分被配置为使得重定向的光束部分呈现出具有与发射表面的亮度相当的亮度的局部发光峰值，并且在重定向的光束部分周围感知到散射光，尤其是与局部发光峰值交替。
更一般的，提供如本文所公开的用于与光束相互作用的粗粒结构，可以实现光束的增宽，同时提供具有与光束的亮度相当的亮度的发光峰值，尤其是在可以分辨相应光束部分/相应反射表面部分的构造中。
在权利要求书中进一步公开了上述方面的实施例，其通过引用并入本文。
例如，在一些实施例中，反射结构单元基于在上述国际专利申请pct/ep2014/059802中公开的反射镜结构，其以引用方式并入本文。具体而言，国际专利申请pct/ep2014/059802公开了一种具有反射表面和漫射层的反射镜，漫射层位于例如用于以类似太阳的方式照亮展览对象的反射表面的前方。漫射层相对于入射光的长波长分量优先散射入射光的短波长分量。例如，散射发生在瑞利或扩展的类瑞利状态。
关于反射结构单元的色彩漫射层，本公开涉及在相同申请人提交的国际申请wo2009/156348a1中公开的作为中午构型的天空-太阳纳米漫射器的光学漫射器。其中术语“天空-太阳纳米漫射器”是指模拟自然天空对太阳光的漫射的光学漫射器。因此，本文公开的色彩反射单元可以在一些实施方式中涉及wo2009/156348a1中公开的那种类型的光学纳米漫射器，尤其是，该色彩漫射层可以包括基本上透明的固态基体，其中分散有多个呈固态的基本上透明的纳米颗粒，以薄膜、涂层或诸如夹层型实施例的块状材料的形式。在本说明书中，术语“漫射层”、“纳米漫射器”以及主动照明的实施例中的“色彩漫射层”通常表示光学元件，其包括嵌入有这些(基本上透明的)纳米颗粒的基体。
原则上，色彩漫射层能够根据自然界产生色彩分离的相同机制(色彩地)分离具有宽光谱带宽(例如通常为白光)的入射光的不同色彩分量。例如，瑞利散射产生了天空光和太阳光的光谱分布特性。更具体地说，色彩漫射层能够在受到可见白光照射时再现两种不同色彩分量的同时存在：漫射的天空状光，其中蓝色(换句话说，蓝色或“冷”光谱部分)占主导，以及透射的和由反射表面所反射的入射光，其具有蓝色减少的分量(换句话说，黄色或“温暖”光谱部分)。
关于色彩反射单元的色彩反射部分的反射特性，其结构是这样的，即基于纳米颗粒实现这样的特定光学特性，该特定光学特性包括红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率，以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。例如，可以在反射表面部分的至少50％上、优选地在至少70％上、或者甚至在至少90％上实现该光学性质。
这里，如在美国材料和试验协会(astminternational)的e284-09a标准外观术语(standardterminologyofappearance)中所定义的，反射率通常是在给定条件下的发光通量与入射通量之比。例如，漫反射率是由反射通量与入射通量的比率所给出的相应样本的性质，其中除了在镜面反射角度的方向上之外，反射在由测量平面界定的半球内的所有角度上。类似地，镜面反射率是镜面角下的反射率，即与入射角相等且相反的反射角。在本公开的情形中，对于给定的波长和在反射表面部分上的给定位置，漫反射率和镜面反射率适用于相对于给定位置处的反射表面部分的法线具有45°入射角的非偏振入射光。对于测量来说，用于测量镜面反射率和入射光束的角度孔径的检测器的角度大小可以在对于本领域技术人员而言清楚明了的范围内选择。尤其是当考虑(白光)小角度漫射器时，例如，用于测量镜面反射率和入射光束的角度孔径的检测器的角度大小应当被配置为使得检测器接收在围绕反射轴的锥体内反射的光线。在一些实施例中，可以使用2×0.9°的角度孔径，如例如在用于介绍雾度计和光泽度计的byk-gartner“反射雾度的感知和客观测量(perceptionandobjectivemeasurementofreflectionhaze)”，friedhelmfensterseifer，byk-gardner，byk-gardner目录2010/2011)。
此外，反射通量在所有可能的入射方位角上被平均。在漫反射率和/或镜面反射率的测量受到与色彩反射单元的构造相关的几何或其他物理约束的影响的情况下，本领域技术人员可以通过从色彩反射单元形成至少一个分离的色彩反射部分并直接在该部分上测量反射率来获得上述数量。关于微观结构性质的细节，例如参考上述公开说明书wo2009/156348a1。然而，微观参数的不同值也可能是适用的。例如，可以应用相对于非散射光产生更大量散射光的参数。类似地，为了最小化或至少减小镜面反射场景的可见度，人们可能倾向于增加对由于漫射光引起的对于色彩反射单元的亮度的作用，尽管由此产生的感知颜色可能偏离完美晴朗天空的颜色。例如，后者可能是由于其中出现多重散射而降低颜色饱和度的等级所引起，并且甚至可能在浓度低于引起多重散射的浓度下引起。
在下文中，示例性地概述了一些微观特征。
色彩效应基于具有例如10nm至240nm范围内的尺寸的纳米颗粒。例如，平均尺寸可以在该范围内。
从光散射的基础知识可以知道，包含透明基体和相对于基体具有不同折射率并且具有(明显)小于可见光波长的尺寸的透明纳米颗粒的透明光学元件将优先散射光谱的蓝色部分(蓝色)，并透射红色部分(红色)。虽然对于小于或约等于波长λ的1/10的粒径，每单个颗粒的散射效率的波长依赖性接近λ-4瑞利极限定律，在纳米颗粒尺寸的上述范围内可以达到相应的可接受的光学效应。一般而言，共振和衍射效应可能会在尺寸更大的情况下开始出现，例如波长的一半。
另一方面，每个单一颗粒的散射效率随着粒度d的减小而减小，与d-6成比例，使得使用太小的颗粒不方便，并且在传播方向上需要大量的颗粒，这又可能受到允许的填充率的限制。例如，对于厚的散射层，嵌入基体中的纳米颗粒的尺寸(尤其是其平均尺寸)可以在10nm至240nm的范围内，例如20nm至100nm的范围内，例如20nm至50nm，而对于小型器件，例如使用诸如涂层和油漆之类的薄层，尺寸可以在10nm至240nm的范围内，例如50nm至180nm的范围内，例如70nm至120nm。
在一些实施方案中，可以在基体内提供尺寸在该范围之外的较大颗粒，但是那些颗粒可能不会影响类瑞利特征，并且例如仅有助于在镜面反射周围形成小角度散射锥。
色彩效应还基于折射率不同于嵌入基体的折射率的纳米颗粒。为了进行散射，纳米颗粒具有与基体nh(也称为主体材料)足够不同的实际折射率np，以允许发生光散射。例如，颗粒与主体介质的折射率之间的比率m
色彩效应还基于由在给定方向上传播的入射光所见的每单位面积的纳米颗粒的数量以及体积填充率f。体积填充率f由
色彩效应进一步基于根据有效粒径d＝dnh的色彩漫射层的每单位面积的纳米颗粒的数量n。因此，d[米]是平均颗粒尺寸，其在球形颗粒的情况下定义为平均颗粒直径，以及在非球形颗粒的情况下定义为体积-面积当量(volume-to-areaequivalent)球形颗粒的平均直径，如在[tcgrenfell和s.g.warren，“通过散射和吸收辐射的独立球体的集合表示非球形冰粒(representationofanon-sphericaliceparticlebyacollectionofindependentspheresforscatteringandabsorptionofradiation)”。地球物理研究杂志(journalofgeophysicalresearch)104，d24，31697-31709。(1999)]。有效粒径以米为单位，或者在特别规定的情况下以nm为单位。
在一些实施例中：
例如，对于旨在模拟纯晴天的存在的实施例而言，
在旨在最小化镜面反射场景的贡献的其他实施例中，
关于这些物理参数及其一般的相互作用，再次参考例如wo2009/156348a1。
本文公开的色彩反射单元尤其是色彩反射部分的宏观光学性质可以用以下两个量来描述：
(i)单色归一化镜面反射率r(λ)，定义为色彩反射单元的镜面反射率和与色彩反射单元相同的参考样本的镜面反射率之间的比率，除了漫射层不包含尺寸在10nm至240nm范围内的纳米颗粒，即负责优先漫射入射辐射的短波长的纳米颗粒。
(ii)蓝色和红色光密度之间的比率γ定义为：γ≡log[r(450nm)]/log[r(630nm)]，其度量色彩反射装置在入射辐射的长波长和短波长分量之间提供色度分离的能力。
在一些实施例中，所述色彩反射单元(尤其是色彩反射部分)可以具有：
r(450nm)的范围为0.05-0.95，例如0.1-0.9，例如0.2-0.8。例如，对于旨在模拟纯晴天的存在的实施例，r(450nm)可以在0.4-0.95的范围内，例如0.5-0.9，例如0.6-0.8。
在旨在减少(例如最小化)镜面反射场景所起的作用的实施例中，r(450nm)可以在0.05-0.5的范围内，例如0.1-0.4，例如0.2-0.3。
关于在一些实施例中的蓝色和红色光学密度之间的比率γ，γ可以在5≥γ≥1.5范围内，或者5≥γ≥2，甚至可以是5≥γ≥2.5，例如5≥γ≥3.5。
考虑到完整性，适于这种类型的应用的无机颗粒可以包括但不限于zno、tio2、zro2、sio2和al2o3，其例如具有折射率np＝2.0、2.6、2.1、1.5和1.7，以及在可见光区基本上透明的任何其他氧化物。在使用无机颗粒的情况下，可以使用有机基体或无机基体来嵌入诸如钠钙硅玻璃、硼硅酸盐玻璃、熔融石英、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)和聚碳酸酯(pc)的颗粒。通常，也可以使用有机颗粒，尤其是用于例如具有减少的或不具有紫外线(uv)部分的照明构型。
纳米颗粒的形状基本上可以是任何形状，而球形颗粒是最常见的。
如上所述，纳米颗粒和/或基体和/或另外嵌入的颗粒可能不吸收可见光，或者可能仅在一定程度上吸收可见光。因此，离开色彩反射单元的光的亮度和/或光谱(即，颜色)可能仅非常少地或完全不受吸收的影响。可见光谱中基本上与波长无关的吸收也可以是可接受的。
在一些实施例中，使用与色彩漫射层关联的次级光源，例如用于从侧面对色彩漫射层进行附加照明。示例性实施例例如在wo2009/156347a1中公开。在那些实施例中，色彩漫射层可以被配置为主要与该次级光源的光相互作用或者与来自两个光源的光相互作用以提供漫射光。
在一些实施例中，来自发光层的漫射光分量(例如，在那些与照明光束不相关的传播方向上)的cct是照明光束的光的cct的1.2倍或1.1倍。
在一些实施例中，反射表面是平面的或弯曲的，例如抛物面。
如下文当中将针对各种示例性实施例示例性描述的那样，将色彩漫射层的上述特征与本文公开的结构特征进行结合可以解决现有技术的一个或多个方面的问题。
根据以下描述和附图，本公开的其他特征和方面将变得清楚明了。
附图说明
并入本文并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1是具体示出色彩反射单元的概念的示例性照明系统的示意图；
图2(a)是具有多个反射表面部分的示例性色彩反射单元的示意性俯视图；
图2(b)和图2(c)是色彩反射单元的示意性横截面图，示出了漫射光和镜面反射光对于外观所起的作用；
图3是用于基于图2所示的横截面限定反射表面的表面形状的示意图；
图4至图6是色彩反射单元的夹层型构造的示意性横截面图；
图7至图9分别是色彩反射单元的基于面板的结构的示意性横截面图、示意性俯视图和示意性3d视图；
图10和图11是示出多个反射表面部分的示例性布置的示意性俯视图；
图12至图15是提供非平面反射表面部分的色彩反射单元的示意性横截面图；
图16至图18分别是提供反射表面部分子组的色彩反射单元、提供随机定向平面表面部分的色彩反射单元和提供随机定向凹面部分的色彩反射单元的示意性横截面图；
图19(a)和图19(b)分别是基于玻璃面板和基于夹层结构的反射镜单元的示意图；
图20是观察者的感知情况的示意图；
图21是采用成平行面的定向反射表面部分的情况下的光束传播的3d示意图；
图22是从反射光束内看图21的色彩反射单元的外观示意图；
图23是在采用具有随机定向的平面反射表面部分的色彩反射单元的情况下的房间照明的3d示意图；
图24是从反射光束内看图23的色彩反射单元的外观示意图；
图25是在采用具有随机定向的弯曲反射表面部分的色彩反射单元的情况下的房间照明的3d示意图；
图26(a)和图26(b)是从反射光束内的两个位置看图25的色彩反射单元的外观示意图。
图27是使用具有包括示例性表面结构的小规模随机定向反射表面部分的色彩反射单元的照明系统的示意图；
图28是电梯照明概念的示意图；
图29是使用反射器单元-墙壁集成和灯集成的示例性室内装置的示意图；
图30(a)和图30(b)是汽车内的后座照明系统的示例性装置的示意图；
图31是例如火车或飞机的座舱这样的座舱内的座椅照明系统的示意图；和
图32是汽车隧道照明概念的示意图。
具体实施方式
以下是本公开内容的示例性实施例的详细描述。其中所描述的和附图中示出的示例性实施例旨在教导本公开内容的原理，使得本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中以及许多不同的应用中实现和使用本公开内容。因此，示例性实施例并非旨在且不应被认为是对专利保护范围的限制性描述。相反，专利保护的范围应由所附权利要求限定。
本公开在某种程度上基于以下认识：在诸如上述pct/ep2014/059802中描述的那些照明系统中，周围场景的镜面反射(例如可识别的室内或室外环境的场景或以空间结构亮度分布为特征的任何场景)，作为背景叠加到蓝色散射光上。这可能导致装置发射的光的颜色均匀性和亮度均匀性降低，并且因此也导致对无限深度天空的理想感知的破坏。
进一步认识到，当减少反射表面的几何均匀性时，可以减少甚至克服周围场景中明亮物体的镜面反射的色彩破坏效应。例如，在照明系统中提供反射表面部分的随机定向将可以避免反射区域的清晰图像。这里，反射表面部分的随机定向可以理解为基本上不均匀。例如，鉴于数量有限的反射表面部分，可以选择离散数量的定向(倾斜角/入射角)，并且反射表面部分可以单独地或成组地关联到所述定向。
类似地，提供在子集内具有基本上相同的定向但在子集之间具有不同定向的反射表面部分的子集同样可以避免清晰的反射图像的外观(或提供该子集，使得在下文详述的不同位置处可见)。因此，那些结构可以能够维持可由如本文所公开的色彩反射单元提供的特定深度感知。
此外，本公开在某种程度上还基于以下认识：通过提供两个或更多个反射表面部分的子组，可以增加照明系统的与太阳-天空视觉相关的那些观察区域，每个子组将光束的相关部分(每个部分在不同的角度入射)反射到与其他子组空间分离的特定观察区域。例如，这可以允许在多个观察者区域的观察者获得太阳天空印象。
本公开在某种程度上还基于以下认识：通过提供多个非共面反射表面部分，可以将反射光束放大和/或增宽和/或聚焦到相应的更大或更小的观察区域。因此，可以从放大的观察者区域获得照明系统的太阳天空印象。
在下文中，公开了使用色彩反射单元的照明系统的各种实施例。在图1至19中，公开了照明系统的一般概念和色彩反射单元的示例性实施例。在图20至27中，示出了色彩反射单元的示例性实施例的视觉感知。参照图28至图32，描述了示例性环境中的照明系统及其装置的示例性构造。
在此，照明系统被认为基本上包括光源(例如光投射器)和特定类型的色彩反射单元，其尤其是能够产生类似阳光的照明。这些部件相对于待照射的目标区域特定地相适应、定向和安装。下面将示例性地描述基本照明系统的各种特征，然后将其纳入选定的照明系统示例性实施例的环境下。
参考图1，针对示例性照明系统100描述了光学设置的各方面以及(如本文一般性公开的)照明系统的感知方面。
照明系统100包括光源102，其被配置为以发射立体角发射光而形成沿着主光束方向104(也称为主光束轴线)传播的光束103(在图1中由虚线113界定)。通常，光源102可以例如是冷白光源。光源的示例性实施例可以包括基于led的光发射器或基于放电灯的光发射器或基于汞介质-碘化弧灯(hydrargyrummedium-arciodidelamp)的光发射器或基于卤素灯的光发射器以及相应光发射器下游的相应光学系统。
关于适用于本文公开的技术的光源，进一步参考由相同申请人于2014年5月14日提交的名称为“光源和阳光模拟照明系统(lightsourceandsunlightimitatinglightingsystem)”的申请pct/ep2014/001293，其内容整体并入本文。具体来说，pct/ep2014/001293示出了提供高质量光束的光源构造。通常，入射到反射器单元上之前光束传播的距离可以为至少0.3m，例如至少0.5m或至少1m。在一些实施例中，光源可以是配置为提供光束的光投射器，例如，具有遍布整个色彩反射单元延伸的平顶强度分布。
为了进一步减小照明系统100的尺寸，相应光发射器下游的光学系统可以包括诸如折叠光学器件(在图1的实施例中未示出)或基于孔径成像这样的光学系统。对于光学成像系统，可能存在几何条件，例如光束的反射光线在尺寸上与下游光学部件特定地相匹配。
照明系统100还包括将源自光源102的光耦合到待照亮的区域的色彩反射单元1，例如坐着的人需要光照的区域，例如，在阅读书时在他/她的大腿上。通常，色彩反射单元1包括多个非共面反射表面部分(通常由反射层3形成)，以及设置在多个反射表面部分上的色彩漫射层5，使得光束103的至少一部分在被多个非共面反射表面部分反射之前和之后穿过色彩漫射层5。在一些实施例中，由此可以形成多个照明光束部分。
色彩漫射层5包括嵌入在基体中的多个纳米颗粒，其中选择纳米颗粒的折射率相对于基体的折射率的差异、纳米颗粒的尺寸分布和每单位表面积的纳米颗粒的数量，以提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。
反射层3通常是反射已经穿过色彩漫射层5的光的任何类型的光学作用界面。例如，反射层3可以是铝层的表面或部件之间的界面，例如反射涂层。由于反射层3的作用，入射到反射层3上的光束103的光被重定向以再次穿过色彩漫射层5，此后形成照明光束103a(在图1中由点划线107a限定)。在图1中，示出了可见太阳位置的范围107，其中示例性地将“可见太阳位置”称为“太阳”，因为照明系统100的特别令人印象深刻的类型的实施例涉及类似太阳的照明。从而，照明光束103a被引导到待照明区域中。照明光束103a包括定向光(下文也称为照明系统的定向(光)分量)。
色彩漫射层5通常被配置为以第一颜色(例如天空模仿情形下的天蓝色)发射漫射光(下文也称为照明系统的漫射(光)分量)。色彩漫射层5叠加到反射层3上，在反射层3的前方延伸，并提供观察者在观察色彩反射单元1时可以看到的色彩反射单元1的可视前部区域部分110a。漫射光分量通过/从可视前部区域部分110a发射。
光源102提供光束103，其通常在尺寸上适于照亮可视前部区域部分110a。尤其是对于在太阳模仿构造中的一致感知，该照明可以确保当观察者移动经过可见太阳位置的范围107时可以看到太阳，直到它从可视前部区域部分110a的边界消失。而且，在如下所述通过色彩漫射层5被动产生光的情况下，对于可视前部区域部分10a的照明可使得整个可视前部区域部分110a有助于产生第一颜色的漫射光分量。
对可视前部区域部分110a的全面照明能够进一步确保光束103的至少一部分在被反射表面部分反射之前和之后穿过色彩漫射层5。反射表面部分通常在尺寸上与前部区域部分110a类似地延伸。照明光束103a具有与例如照明光束cct相关联的第二颜色。与色彩漫射层5发射的光相关联的第一颜色和与照明光束103a相关联的第二颜色在颜色空间中分离。
例如，第一颜色和第二颜色可以在cie1976(u’,v’)颜色空间中分离至少0.006，至少0.008，例如至少0.01、0.025或0.04，其中色差δu’v’被定义为u’v’颜色空间中的欧几里德(euclidean)距离。尤其是对于太阳模拟构造，第二颜色的照明光束cct可以接近普朗克轨迹(planckianlocus)(例如在800k至6500k的范围内)。在一些实施例中，第二颜色可以对应于与普朗克轨迹具有最大距离(例如0.06)的u’v’点。换言之，与普朗克轨迹的距离例如在由δu’v’≤0.060给出的800k至6500k的范围内。在颜色空间和相应颜色测量的情况下，参考图15和16，以及相同申请人于2015年2月23日提交的名称为“用于光学扩展感知的照明系统(illuminatioansystemforopticallywidenedperception)”的申请pct/ep2015/000407中的相关公开。
对于本领域技术人员清楚明了的是，根据色彩漫射层5与光束103的任何相互作用，光束103和照明光束103a的颜色和/或cct可以基本相同或可以不同。根据纳米颗粒的类型及其浓度，cct的差异可以是例如至少300k或甚至1000k或更高。
从可见太阳位置的范围107内观察色彩反射单元1，观察者可以获得图1中示意性示出的在范围107内的光学感知。该光学感知基本上取决于色彩反射单元1以及来自该色彩反射单元1的光(如点划线107b所示)，其对于相应的观察者位置是特定的。具体而言，照明系统100被配置成使得入射在可见太阳位置的范围107内的显著强度的光来源于可视前部区域部分110a。显著强度的光包括照明光束103a的光(源自光源102并且由反射层3重定向的光束103的光)以及源自色彩漫射层5的漫射光。
根据图1所示的色彩反射单元1的示例性配置的光学感知，当从可见太阳位置的范围107内观察色彩反射单元1时，观察者将看到与可视前部区域部分110a相对应的大区域116，其基于以第一颜色均匀发射的漫射光。此外，观察者将看到由光源102(尤其是照明光束103a)的反射光引起的第二颜色的太阳状光斑119。
色彩反射单元1可以具有任何形状，例如(平面)矩形、四边形或圆形。色彩反射单元1至少部分地反射光源102的光。色彩反射单元1的色彩漫射层5可以用作漫射光发生器，例如瑞利或类瑞利漫射器，其基本上不吸收可见光范围内的光，并且相对于入射光的长波长分量更有效地漫射短波长分量。在上述透射型专利申请(例如ep2304478a1)中详细描述了类瑞利漫射器的光学性能和微观特性。
在一些实施例中，色彩反射单元1漫射光源102的光，在此称之为被动的漫射光产生。对于被动的漫射光产生，假定光束103的发散度足以完全照亮可视前部区域部分110a，色彩反射单元1将光束103分成来自整个可视前部区域部分110a的两个分量，尤其是：
由穿过色彩漫射层5两次且除了反射层3的反射之外不会产生显著偏差的光线形成的反射(定向非漫射)分量，例如由相对于镜面反射产生小于例如0.1°或0.05°的偏差的光线形成，透射分量的光通量是入射到色彩漫射层5上的全部光通量的显著部分；在一些实施例中，色彩漫射层可以被配置为将小角度白色散射特征叠加到入射光束上，由此照明光束可以具有在小椎体内(例如小于5°或8°)的方向发散，然而为了本公开的目的，这种改变的照明光束仍然被认为是定向光束(值得注意的是，这种小角度散射可以允许例如对光源光孔上的不均匀性进行平均)；以及
由通过可视前部区域部分110a从色彩漫射层5出射的散射光形成的漫射分量(包括以远离镜面反射方向的角度散射和漫射的光，例如在与镜面反射方向成20°、或者甚至30°或40°的方向，如果包括(白光)小角度漫射器，则该角度甚至更大；通常，漫射分量由在与(白光)小角度漫射器相关联的角散射锥之外的方向上漫射的光形成)；漫射分量包括直接从色彩漫射层5出射的散射光和被反射层3反射的散射光；漫射分量的光通量可以对应于由入射在色彩漫射层5上的总光通量产生的蓝色天空光部分。
对于被动的散射光产生，色彩漫射层5的光学性质可以是这样的：
相对于照射在可视前部区域部分110a上的全部的光(就此而言，小角度散射不被认为对漫射分量存在贡献)，漫射分量的百分比在5％至50％的范围内，例如在7％至40％的范围内，或者甚至在10％至35％的范围内，或者在15％至30％的范围内；
漫射分量的平均cct显著地高于反射分量(例如，在相对于镜面反射小于0.1°的角度处)的平均相关色温cct，例如其可以至少为1.1倍，例如1.2倍、1.3倍、1.5倍或更高；
色彩漫射层5不显著地吸收入射光，即两种分量的总和至少等于80％、或90％、或甚至95％、或97％或更大；
色彩漫射层5可以大部分向前散射，即大于向后散射的1.1倍、或者1.3倍、或者1.5倍、或者甚至2倍；在第一次穿过期间的前向散射光被反射表面部分反射；和
色彩漫射层5本身可具有低反射，即小于光束103的入射光的9％、或6％、或甚至小于3％或2％的部分被反射。
在其他实施例中，色彩漫射层5可以由单独的光源至少部分地照射，该光源适于提供作为本文称为侧光式结构的漫射组件的基础的光。
通常，光源102可以在相对于与色彩反射单元1的相关法线形成的小光束轴入射角下整体地照射色彩反射单元1的正面。基于色彩反射单元1的特定几何构造，尽管入射角度小，但是光束轴线相对于反射表面部分的法线的入射角通常在例如约15°至约70°的范围内，例如对于倾斜的入射角为50°，或者对于陡峭的入射角约为20°。光束的光孔(全光孔)的角度可以在从大约10°至大约60°的范围内。
通常，色彩反射单元1定位在光源102的远场中，使得其与光束相互作用，如图1中示意性示出并且在下面更详细地描述。高质量光束(例如以至少与色彩反射单元和光源之间的距离相当的距离评估时，具有在5°和更小范围内的投射器角光瞳大小)尤其是可以允许光源102提供太阳般的印象。
图1示例性地将光束103示出为远场中的发散光束。远场取决于由光源102产生的近场，并且由主光束方向104表征。发散光束103上的局部传播方向(即，定向非漫射光的传播方向)根据发散光束103以及照明光束103a的横截面内的位置而被修改/改变。针对光束103示例性地示出但同样适用于照明光束103a的中心传播方向122在光束103的内部区域中基本上平行于主光束方向104。然而，传播方向124随着与内部区域的距离增加而相对于主光束方向104逐渐倾斜。示例性地，图1中针对最外侧光束部分示出为5°的最大角度，其对应于2×5°＝10°的发散光束103以及照明光束103a的光束发散度(也称为远场中的总角展度)。
然而，对于本领域技术人员来说清楚明了的是，在下面公开的一些实施例中，例如，可以降低光源102对于光束发散度的要求。
通常，光源102可以包括发射器单元、准直单元和均化单元，它们是定义光学近场并且通过光源出射孔发射光的那些光学单元，所述光源出射孔例如是完全闪烁并且代表具有均匀亮度和尽可能保持发射器单元的原始集光率的集光率(etendue)的发光表面。
光源102可以进一步包括电子控制单元(未示出)，用于提供操作发生在发射器单元中的原初产生过程的电子背景。类似地，光源102可以包括诸如外壳之类的结构部件，以便为光学单元提供支撑并且对它们以固定的方式相对于彼此定位。而且，所产生的光适用于相应照明条件的特定方面。具体地说，它可适于与色彩反射单元1的相互作用，例如，适于提供漫射分量和定向分量的所需颜色。该适应性尤其涉及发射方向分布、色谱和强度分布。
例如，光源102提供波长在400nm至700nm之间且光谱宽度大于100nm(例如大于170nm)的光谱的可见光区中的光。
根据相应的实施例，对于具有例如0.15m的出射孔径的光源，光源102和色彩反射单元1之间的距离可以在从1.5m到7m的范围内。对于这种情况，光源与观察者之间的光学距离例如在至少2.5m至9m或更大的范围内。类似地，例如对于诸如座椅照明应用的室内装置，对于具有例如0.05m的出射孔径的光源，光源102和色彩反射单元1之间的距离可以在从0.5m到1m的范围内。对于这种情况，光源与观察者之间的光学距离可以例如在至少0.5m至1m或更大的范围内。对于本领域技术人员清楚明了的是，对于户外构造，那些几何形状(包括距离和光瞳大小)可以按比例增加到例如3至10倍。
对于本文公开的照明系统，远场中的所需总发散度取决于光源-反射单元-目标照明区域构造的几何尺寸，包括与待照射色彩反射单元1的距离和色彩反射单元1的大小。在45°下照射尺寸为1m×2m的矩形对象(矩形色彩反射单元1)的10°和30°的正交总角展度提供了光源102和色彩反射单元1之间的可接受距离。对于本领域技术人员清楚明了的是，在5°至60°的范围内或5°至50°的范围内的总角展度将适用于本文所论述的那些照明系统中的一些以及相应形状的色彩反射单元1。然而，对于本领域技术人员清楚明了的是，系统的内部角展度可能不仅取决于光源，而且还取决于非平面反射表面部分的色彩反射单元。
值得注意的是，当位于可见太阳位置的范围107之外时，观察者在观看色彩反射单元1时将注意到基本上均匀发射的漫射光区域。该漫射光可以在天空的色谱中，但没有类似太阳的光斑119，因为该反射构造不允许观察者看到光源102的出射光瞳。另外，(在可见太阳位置的范围107之内或之外的)观察者看到光束103a的准直光照亮位于可见太阳位置的范围107内的任何表面。因此，可以实现对阳光模仿的感知。
本领域技术人员将认识到，结合图1所公开的那些方面和特征同样适用于下面结合其余附图公开的其他实施例。这适用于例如色彩漫射层和光源以及对于光传播的论述。
图2(a)示出了具有由色彩漫射层5覆盖的多个反射表面部分3'的示例性色彩反射单元1的俯视图。示例性地，图2(a)中的反射表面部分3'具有矩形的基本形状，并且被布置为使得色彩反射单元1也具有矩形的基本形状。但是，其他形状也可以适用。
从下面描述的实施例中将清楚明了的是，反射表面部分3'可以通过某种类型的过渡表面部分连接，或者可以由结构上独立的表面部分形成。而且，反射表面部分3'可以是平面形状的表面(示例性地在图1中示出了x坐标和y坐标)，或者可以以3d形式延伸为诸如弯曲或部分弯曲的表面的3d型表面。反射表面部分3'可以通过在支撑结构的多个非共面表面部分上施加反射层来形成。
图2(b)和2(c)示出了图1的色彩反射单元1的示意性横截面，用于示出光学特征(参见图2的(b)部分)以及受镜面反射图像影响的光学外观(参见图2的(c)部分)。该横截面示出了在横截面的方向上给出的锯状形状，其中y坐标限定了横截面的方向。如图2所示，色彩反射部分6的反射表面部分3'在y方向上形成一系列表面部分，所述表面部分在y方向上相对于彼此规则地移位并且相对于y方向倾斜。因此，图2中所示的反射表面部分3'彼此不共面，因为它们不位于共同的平面中。
如将在下面描述的那样，值得注意的是，沿x方向(参见图1)的相邻反射表面部分原则上可以是共面的，或者其子组可以是共面的。然而，在x方向上，也可以存在如下所述的类似的横截面表现方式。
参考图2(b)，紧凑构型的色彩反射单元1包括衬底7，衬底7被成形为使得可以在其表面上设置分别形成并定向的色彩反射部分6。衬底7可以是铸塑聚合物层，例如具有例如金属(如铝或钢)的背层的泡沫，并且在一些情况下也可以添加pvc层。衬底7所具有的锯齿状的的弯曲形状被转变成所施加的反射层3的形状。
反射表面部分3'可以是连续反射层3的用作支撑结构的部分，例如设置在衬底7上的反射涂层或反射箔。在一些实施例中，反射层尤其是可以被施加到相应的表面部分7'上。在该反射层上，色彩漫射层5也可例如以连续层的形式施加。在图2(b)和图2(c)中，反射层3和色彩漫射层5由单线进行图示。衬底7的每个“锯齿”包括表面部分7'，该表面部分7'是反射表面部分3'的基部，从而也是色彩反射部分6的基部。
参照图2(b)，色彩反射单元1用反射表面部分3'反射已经穿过色彩漫射层5的入射光，使得镜面反射光穿过色彩漫射层5两次。如图2(b)所示，入射光以及光束103可以是从图2(b)中的右侧入射到色彩反射单元1上的非定向光。
如上所述，色彩漫射层5被构造为使得其相对于入射光的长波长分量优先散射入射光的短波长分量。散射光在本文中被称为漫射光11，并且假设给定选择纳米颗粒的散射条件，则它与蓝色(短波长)颜色相关联。
在图2(b)中，指出了观察者的示例性观察方向13。在观察方向13上，观察者将看到沿其方向发射的漫射光11的部分，因为漫射光11基本上均匀地从色彩漫射层5向所有方向均匀发射。显然，向反射表面部分3'发射的那些部分会被反射，并且在观看色彩反射单元1时也可以看到。但是，沿着图2(b)所示的观察方向13，观察者主要看到透射的光束103a的镜面反射光(如上所述，由于蓝色分量的散射，与光束103相比而呈现“黄色”)。在图2(b)中，光束103和103a由基本上用于单个反射表面部分的箭头示例性地示出。
然而，在范围107之外，所看到的镜面反射光是基于非定向入射光9的由色彩反射单元1重定向而面向观察者的观察方向13的部分。一般而言，所述重定向可以包括纯粹的镜面反射以及之前论述的向前散射。
入射光的经受纳米颗粒基本类瑞利散射的部分以漫射的方式发射，由此获得在远离其表面的所有方向上基本均匀的亮度。值得注意的是，漫射光基于色彩反射单元1从任何方向受到的完整光照。换句话说，入射到色彩反射单元1上的所有光线都对漫射光产生作用，而与光的入射方向无关。
因此，当在特定方向(例如图2(b)中的观察方向13)上观看色彩反射单元1时看到的光包括被镜面反射的光和由散射产生并朝各自方向散射的漫射光的叠加。显然，在由色彩反射单元1提供的色彩分离包括“占主导的”漫射光分量的情况下，从某个观看角度观察色彩反射单元1的观察者可能具有仿佛看向蓝天一样的感知。然而，正如下面将要解释的那样，明亮背景的反射可能会影响太阳-天空感知。
假设如图2(c)所示色彩反射单元的定向的情形，其中色彩反射部分6a、6b被定向为使得人们不能看到光源。色彩反射部分6a、6b可以与相应的法线n相关联。根据法线n的定向，具体而言，沿着方向13a观察色彩反射单元1的色彩反射部分6a的观察者(由图2(c)中的点8所示)，可能看到沿着镜面反射的方向13a'反射的黑暗物体10，例如，看到黑暗的地面。结果，色彩反射部分6a对观察者而言呈现蓝色(更蓝)。实际上，由观察者沿着方向13a看到的色彩反射部分6a的亮度由于镜面反射(即，浅黄色(长波长)分量)而具有较小的促成作用。为此，对于沿着方向13a的色彩反射部分6a的亮度的主要作用是类瑞利散射光所起的作用，即，从任何方向入射到色彩反射部分6a上的光所起的作用，其最终逆着观察者的观察方向13a而被散射。
相反，观察者在沿着方向13b观察色彩反射单元1的色彩反射部分6b处时，将会看到沿着镜面反射方向13b'反射的明亮物体12，例如，明亮的壁。因此，沿着方向13b的色彩反射部分6b的亮度由于镜面反射(即深黄色(长波长)分量)而产生明显的作用。为此，观察者看到的对于色彩反射部分6b的亮度的主要作用是反射光所起的作用。结果，色彩反射部分6b对观察者呈黄色(蓝色较少)。
换句话说，在某些情况下，对于色彩反射单元的那些应该看起来像天蓝色的部分，可以给出以下条件：
1.照亮色彩反射部分或多个色彩反射部分的光的亮度分布的特性可以改变，例如，在x-y平面(如图1中定义的x-y)上的角度和/或强度。例如，色彩反射单元的一部分可能比另一部分获得较少的照明，或者以不同的光角度分布进行照明。
2.观看色彩反射部分或多个色彩反射部分的观察者在显著不同的视角下可以看到不同的部分，这例如可能是由于各个部分的定向上可能的差异。
如上所述，第一和/或第二条件可能导致观察者以不同颜色看到色彩反射部分或不同色彩反射部分的不同部分。
结果，反射的背景的亮度变化可能导致所感知的蓝色的改变。这种颜色差别可能导致所感知到的图像偏离可能所希望获得的蓝天印象。本文公开的构造可以允许减少明亮或不均匀(颜色和/或亮度)背景的影响，并且在观看色彩反射单元1时保持某种类型的太阳-天空感知。
图3是用于解释反射表面部分3'的非共面定向方面的图示。
通常，色彩反射单元的形状可以与表面类型相关联，因为通常该形状沿两个方向层状地延伸。因此，这里的表面类型被理解为色彩反射单元所体现的(3d)表面的类型。表面类型可以是任何表面形状，例如平面表面(对应于如图3的截面图中所示的色彩反射单元的面板形状)或曲面(例如对应于色彩反射单元的凹面或凸面形状)。表面类型例如限定了色彩反射单元1的平面或弯曲可视面，其基本上与反射表面部分的定向无关。
然而，这里公开的反射表面部分的非共面定向导致其定向相对于该表面类型的偏差。通常，可以使用下面介绍的中心平面17和参考平面19来描述该偏差。
在图3中，显示了中心平面17。它代表了非共面反射表面部分的空间定向。例如，中心平面17可以是通过例如线性最小二乘法确定的最佳拟合平面。考虑到色彩反射单元1的反射特征，很显然该中心平面17具有基本面向潜在入射光的方向的漫射层侧17a。中心平面17的另一侧是非照射侧17b(通常，非照射侧17b是反射层基本上限制入射光的传播的一侧)。
基于中心平面17而选择参考平面19，该参考平面19相对于中心平面17共面并且在漫射层侧17a从中心平面17移位超过多个非共面反射表面部分3'中的任何一个。图3中所示的参考平面19是满足上述条件的示例性平面。色彩反射单元1的表面特征由反射表面部分3'和参考平面19上的各个点之间的距离d的变化所给出。两个位置(在参考平面19的法线方向上测量)的示例性最小距离21如图3所示。
在图3中，在y方向上沿着直线测量线的距离d的示例性变化被示意性地指示为距离图23。随着y位置的增加，反射表面部分3'的距离d减小(表示为距离图23的部分3')。
在图3所示的色彩反射单元1的锯状横截面中，相邻的反射表面部分3'由过渡表面部分25连接。表面部分25的距离d沿y方向增加，表示为距离图23的部分25'。
在距离图23中，几个局部极值27(局部最大值或局部最小值)表示了增加部分和减小部分的转折。如图所示，在图3中，距离d沿着y方向上的测量线增加和减少至少两次。类似地，非共面表面构型的特征在于超过三个局部极值(不包括终点)。
换句话说，非共面表面部分相对于预定方向的形状分析可以包括以下步骤：利用例如线性最小二乘法为反射表面估计最佳拟合平面；选择平行于最佳拟合平面的第二平面，使得第二平面不与反射表面相交；估计两个变量的距离函数，例如d(x，y)，其定义了第二平面上的特定点(x，y)与在点(x，y)处与第二平面正交的直线同反射表面的交点之间的距离(在与反射表面多次相交的情况下，选择最短距离作为距离函数d(x，y)的值)；并从d(x，y)中选择一个部分r(q)，其中该部分是距离函数d(x，y)与垂直于第二平面的给定平面的交点。该距离要求是，对于至少一个给定部分r(q)，依赖于变量q的距离具有多于三个局部极值(不包括端点)。
为了完整起见，对于面板形状的色彩反射单元1(平面表面类型)，锯齿状的距离d分布(development)可以在色彩反射单元1的整个范围内基本上不变并且自身重复，而对于弯曲表面类型，对于本领域技术人员清楚明了的是，距离d的分布可朝向色彩反射单元的边界而接近(approach)或远离(veeraway)。
关于非共面反射表面部分和色彩漫射层的构型的色彩反射单元1的各种实施例将结合图4至图6的夹层型构型示例性地描述。
在图4中，示出了色彩反射单元1a的实施例，其包括具有平坦的正面31a(或基本上作为色彩反射单元的基本形状延伸的正面)的色彩漫射层5a和相应成形的背面31b。如上所述，反射层3的反射表面部分3'是非共面的。因此，间隙体积33在平坦的背面31b和厚度变化的反射表面部分3'之间延伸。
在图4的实施例中，色彩漫射层5a的背面31b平行于正面31a延伸。因此，色彩漫射层5a具有设置在反射表面部分3'一侧的背面31b，而正面31a将由入射光9照射(见图2)。
在图4的示例性实施例中，色彩漫射层5a的厚度是恒定的，并且间隙体积33可以包括一些(基本上透明的)填充物，诸如空气或某些填充材料(由虚线35表示下部的三个间隙容积33)，例如嵌入基体39的纳米颗粒37材料。在图4的实施例中，每单位表面积的纳米颗粒的数量在y方向上保持恒定。根据尺寸，并取决于配置和观看距离，折射填充材料可以提供可接受的额外的色散效果。
在替代实施例中，色彩漫射层也可以延伸到间隙体积33中，由此提供每单位表面积的不均匀厚度和在y方向上不同数量的纳米颗粒。这也可以产生颜色调制(modulations)，其在一些配置中也是可接受的，尤其是依赖于间隙体积33的形状和观看距离。
类似于图2，图4的实施例的反射层部分3'可以设置在衬底7的横截面锯齿状的一侧上。除了反射层部分3'之外，反射层3可以形成在反射层部分3'之间的过渡表面上。然而，过渡表面不需要是反射表面部分的一部分，尤其是在具有预设的观察方向的应用中，观察者从该观察方向看不到过渡表面。
为了说明另外的夹层型(sandwich-type)实施例，图5示出了包括(色彩漫射层5b的)多个色彩漫射层部分41的色彩反射单元1b，所述多个漫射层部分41分别结合并施加到多个非共面反射表面部分的反射表面部分3'上。
如图5所示，每个色彩漫射层部分41的厚度是恒定的。因此，正面31a的相应正面部分基本上像相应的反射表面部分那样定向，并且正面31a根据衬底7的形状成形。在图5的横截面视图中，正面部分和反射表面部分是示例性的平面。
与图4的实施例类似，假设色彩漫射层5b具有均匀物理微观性质，给入射光提供均匀的散射效应。
关于色彩反射单元1b的制造，图5的具体实施例基于由用作支撑结构的聚合物45隔开的一对金属层43a、43b。金属层43b形成反射层部分3'的基础。图5的结构可以通过使得包括金属层43a、43b和聚合物45的初始平面夹层结构以获得所需非共面形状的方式发生变形来制造。色彩漫射层5b可以在变形之前或之后施加。
图6示出了色彩反射单元1c的替代实施例。类似于图5的实施例，该结构包括作为支撑结构的夹层结构，其包括两个金属层43a、43b和作为芯层的实例的聚合物45。
与图5的实施例不同，图6的实施例不会使整个夹层结构变形，而是在金属层43b上压印(imprint)出所需的表面结构。在一些实施例中，金属层43b可以提供反射特征，这里为反射层。在其他实施例中，可以在金属层43b上提供特定的反射层。色彩漫射层可以在压印之前或之后施加，其在图6中没有明确地标记。通常，与任何机械弯曲(例如图5的实施例所隐含的方式)相比，压印能够实现小尺寸的结构。
根据用途，例如，如果从两侧照射色彩反射单元，则第一金属层43a也可被压印和涂覆以提供多个非共面反射表面部分。
总之，在图4至6中所示的夹层结构包括一系列表面部分，尤其是形成在照射侧稳定层上的表面部分，其相对于色彩反射单元的基部表面形状倾斜，并且形成设置在其上的反射表面部分和色彩漫射层的基础。
如上所述，色彩漫射层5可以是具有例如约0.2mm或更小、例如0.1mm或更小、或者甚至0.05mm或更小的厚度的涂层或膜。而且，涂层或膜可以在形成它们各自的非共面形状之前或之后设置到反射表面部分上。
为了完整起见，除了纳米颗粒37之外，更大的光散射中心也可以嵌入在色彩散射层内或者例如填充间隙空间33的填充材料内。与瑞利活性纳米颗粒37相比，这些额外的光散射中心可以具有更大的平均尺寸，例如在1μm或更大的范围内，例如大于约5μm。除了上面论述的由瑞利活性纳米颗粒37进行的类瑞利漫散射以外，附加的光散射中心也可以提供模糊效应，其使得镜面反射分量在前向“散射”锥体中偏离纯镜面反射。
对于本领域技术人员清楚明了的是，通过在色彩漫射层上(例如在照射侧上)提供微粗糙度和/或通过提供反射表面，可以产生模拟的模糊效果，不是采用具有完美光泽的表面处理，而是采用具有粗糙度的表面处理(例如商业产品中可用的那些，例如某些类型的卷绕涂覆的高反射金属片)，其被配置为提供约3°或更大、例如5°或更大、甚至10°或更大的锥形内的反射光的漫射。
用于施加反射层和/或色彩漫射层的方法包括金属真空沉积、分子束外延、等离子体编码、喷涂、喷墨方法、膜分离等。
在一些实施例中，可以使用金属层作为反射层，例如具有大于95％或甚至大于98％的反射率的铝金属镜箔。
图7示出了色彩反射单元1d的模块化构造。模块化单元尤其可以与室外应用相关，它们通过室外应用被安装到建筑物上。在这种情况下，参照在建筑结构中的使用，色彩反射单元在本文中也被称为色彩反射结构单元。模块化实施例可以允许形成大规模的色彩反射单元。
色彩反射单元1d包括具有一系列安装突起49a的安装结构49。安装结构49可以提供例如待安装到建筑物的墙上的背框架。
在一些实施例中，安装结构49可以在x-y方向上网格化地延伸。因此，x-y平面的法线51表征色彩反射单元1d的表面基本形状(在这种情况下为面板形状)的可视面50。
一系列色彩镜单元53被安装到安装突起49a。执行安装使得每个色彩镜单元53相对于可视面50倾斜。具体而言，如图7所示，各色彩镜单元53的面板法线55相对于法线51在(负)y方向上以倾斜角度α倾斜。
色彩镜单元53在y方向上相对于彼此移位(displaced)并且以基本上相同的方式相对于法线51定向。
每个色彩镜单元53包括被色彩漫射层部分覆盖的反射表面部分。因此，反射表面部分有助于形成色彩反射单元1d的非连续反射表面。
参考图3，对于色彩反射单元1d，也可以确定中心平面17，在该实施例中，中心平面17延伸穿过图8中所示的一个色彩镜单元53的中心线57。此外，可以按要求的方式选择参考平面19，并给出反射表面部分相对于参考平面19的距离的非连续分布(development)的距离图23'。同样，多于三个局部极值27与由色彩反射单元1d的色彩镜单元53提供的非共面反射表面部分的特定3d形状相关联。
图8示出了在视角下的色彩反射单元1d的示例性的一组四个色彩镜单元53的俯视图。如图所示，该视角不能够完全看见每个色彩镜单元53，因为其一部分被相邻的一个覆盖。相应地，当在该视角下观察色彩反射单元1d时，观察者将看到由色彩镜单元53的一部分(即反射器的由色彩漫射层部分所覆盖的部分)组成的连续的马赛克状表面。
图8还示出了色彩镜单元53的矩形基本形状，其中为了改进图示，角部是倒弧的。但是，例如也可以设置矩形的角部。
图9示出了色彩反射单元1d的示意性3d视图。可以看出，色彩镜单元53在y方向以及x方向上形成序列。因此，色彩反射单元1d在例如沿x方向和y方向延伸几米的矩形区域上沿x-y方向延伸。
图7至图9示出了一个实施例，其中多个非共面反射表面部分中的至少一个子组由具有基本相同的形状和相同的空间定向的一系列反射表面部分形成。由此，子组的反射表面部分相对于彼此移位以形成反射表面部分的马赛克状组件。
由于色彩反射单元1d包括具有可视面50的表面状基本形状，并且反射表面部分本身具有以宽度方向和高度方向为特征的表面状形状，所以图7的实施例示出了基本上反射表面部分的宽度方向w沿着可视面50(具体地沿着x方向)延伸，而高度方向h以相对于可视面50形成的倾斜角度延伸，即位于x-y平面以外。
每个色彩镜单元53可以包括被色彩漫射层部分覆盖的反射表面部分。
在一些实施例中，每个反射表面部分设置在诸如聚合物这样的塑料或玻璃平板之类的支撑板上，并在其上设置有色彩漫射层部分；所有支撑板与例如安装结构49一起可以被认为是限定了提供非共面表面部分的支撑结构。在其他实施例中，色彩漫射层部分被配置为足够坚固以用作反射层的支撑体；然后，所有色彩漫射层部分与例如安装结构49一起形成提供多个非共面表面部分的支撑结构，在非共面表面部分上形成有反射层。
图10和图11是示出多个反射表面部分的示例性布置的示意性俯视图。具体地，图10示出了压印表面结构的实施例，其包括在y方向上由过渡表面部分25分开的反射表面部分3'的序列。在y方向上移位的反射表面部分3'形成可以具有第一类型倾斜度的反射表面部分的第一子组61。在x方向上转换，反射表面部分3'的第二子组63可以提供具有不同倾斜度的反射表面部分的序列。在x方向上再次转换，存在另外的反射表面部分3'的子组，其在y方向上延伸并且可以具有另一不同的倾斜度或者具有前面的子组61、63当中一个的倾斜度。
因此，图10的实施例示出了形成马赛克状结构的可能性，所述马赛克状结构具有在空间中具有相同或不同定向的反射表面部分的各种不同子组。
图11的实施例在列(子组、序列)之间另外具有过渡表面，例如在子组61'和子组63'之间的示例性示出的过渡表面部分25’和25”。附加的过渡表面部分可以由相应的制造过程产生，并且可以有助于散射/反射特征，由此例如支持任何反射图像的分解。
总的来说，如图10和图11所示，多个反射表面部分可相对于表面基本形状定向以形成具有相同和/或不同阶梯形状(包括相同和/或不同尺寸、角度和形状，如下面论述的平面或曲面形状)的阶梯状反射表面部分序列。
图12至图15是示出具有非平面反射表面部分的实施例的色彩反射单元的示意性横截面。
具体地，图12示出了图7的实施例的替代方案，其中在例如具有如上面结合图7至9所述构造的模块化构造中，图7的平面色彩镜单元53被凹面镜单元53a代替。在由y方向给出的横截面的平面中给出凹面形状，而该形状在x方向上(或者普遍来说沿着由色彩反射单元的表面状基本形状限定的另一个方向)可以是不弯曲的或者遵循相应的表面状基本形状。对于本领域技术人员清楚明了的是，凹面形状通常导致每个色彩镜单元的(一维)聚焦特征，普遍来说进而导致了沿着色彩反射单元的(一维)聚焦特征。例如，图12的构造可以聚焦照明光束或者独立地将光束的由反射表面部分选择的部分聚焦在一个方向上，或者也可以具有取决于曲率的增宽效果。
相反，图13的实施例使用凸面色彩镜单元53b。凸面色彩镜单元53b可以具有例如上面结合图7至9所述的构造。并且因此引起散焦并且因此针对特定的观察者位置将观察方向13(参见图2)与入射光9的多个方向关联。由此，在定向照明(例如阳光照射)的情况下可以实现反射光束的增宽，并且因此可以实现地面上照度的平滑化。
图14和15示出了用于夹层型构造的与图12和图13类似的实施例。原则上，夹层型结构(尤其是表面压印结构)允许形成非常柔韧的非平面反射表面部分的构造。非平面形状通常可以在x方向和/或y方向上变化，或者普遍来说可以在整个可视面50上变化。因此，可以小规模地提供具有图12和13所述光学效应的马赛克状结构。
图16至图18示出了可用于对模块化构造和夹层型构造的反射表面结构进行定向的适应性。
例如，图16示出了其中色彩镜单元53c以随机方式相对于y方向倾斜的实施例。由于观察者针对特定观察方向看到入射光的各个部分(也参见结合图23的论述)，所以各种色彩镜单元53c的随机定向提供了反射图像的断裂。
图17中示出了更加规则的色彩镜单元的配置，其包括在y方向上交替的子组65a、65b，每个子组具有相应的定向/倾斜。由此，可以实现将观察方向与入射光的两个区域特定地连接的配置。在具有基本上单一入射方向的照明配置中，这方面允许在各个观察者位置处提供天空-太阳印象。
图18示出了随机状定向与反射表面部分3a'的凹状结构组合的配置。该实施例结合了聚焦(或者散焦)与随机和增宽效应的方面。
图18进一步说明了用于曲面表面部分的相关(部分)法线na的概念，类似于平面表面法线(其被认为是本文公开的概念内的相关法线)。原则上，对于入射光束，曲面也将产生反射光束，其可以在反射后与主光束方向相关联。主光束方向和入射光束方向定义了相关法线。如图18所示，对于随机样的定向，相关法线na也是不平行的。如果想要保持某种类似光束的特性，则相关(部分)法线na所指向的一系列可能的方向可以围绕子组倾斜角延伸。子组倾斜角在此指的是那些有助于视觉感知并涉及色彩反射单元的表面类型的反射表面部分。子组倾斜角可以在例如约2°至约88°的范围内，尤其是在约5°至约60°的范围内，例如在约10°至约30°的范围内。通常，相关法线na相对于与色彩反射单元的表面类型的相应部分相关联的单元法线倾斜了一定的倾斜角度。对于给定的倾斜方向(例如，x或y方向或与表面类型有关的任何其它方向)，相关法线na的倾斜角度可以在相对于子组定向方向例如高达约30°的角度范围内，例如在高达大约20°、10°或5°的角度范围内。在一些实施例中，相关法线na的倾斜角度可以不相对于子组定向方向进行限制，由此允许实现例如由光源发射的入射光束的潜在的较大入射角。在一些实施例中，作为近似，相关法线可以是相应表面部分的最佳拟合平面的法线。
例如，与图12至图18中的各个色彩反射部分相关联的倾斜角度可以在约2°至约80°的范围内，例如尤其是在约10°至约40°的范围内。
此外，上面论述的配置示出了相对于相应表面部分中的单个表面部分或相对于多个反射表面部分提供反射表面部分的恒定或变化的散射特性、恒定或变化的纳米颗粒分布和/或恒定或变化的倾斜角度的可能性。这些方面影响特定观察方向上的色彩反射单元的色彩特征。
在下文中，尤其是针对照明概念描述了色彩反射单元的示例性应用。通常，这里描述的色彩反射单元可以在几平方厘米(例如用于局部照明配置)以及高达几百平方厘米、甚至几平方米(用于大规模照明配置)的区域上延伸。
图19示出了面板形状的色彩镜单元53的示例性实施例，因为它们可以用在诸如图7中所示的色彩反射单元中。
具体来说，图19(a)示出了基于玻璃面板的色彩镜单元53c。玻璃面板71(例如安全玻璃面板)形成了色彩反射单元的支撑结构的一部分，并且具有在一侧上施加的反射层73和在另一侧上施加的色彩漫射层75。反射镜单元可以例如包括通孔77，用于将反射镜单元附接到被构造用于在所希望的倾斜度下安装反射镜单元53的网格。
在替代实施例中，玻璃面板71可以由例如由聚合物(例如丙烯酸、聚碳酸酯、聚氯乙烯(pvc)或类似材料)制成的透明面板代替。相应的非玻璃材料可以简化安装并减少色彩镜单元53c的重量。
在图19(b)中，示出了基于夹层型结构的反射镜单元53d的另一替代配置。反射镜单元53d包括安装侧稳定层79、芯层81和照射侧稳定层83，由此形成诸如铝复合板这样的复合板，其形成了色彩反射单元的支撑结构的一部分。反射层部分3'可以由照射侧稳定层83本身(例如通过铝层)提供，或者它们可以通过反射层在其上单独地施加。然后将色彩漫射层85施加到照射侧稳定层83或反射层上。
在下文中，以示例性实施例来说明之前公开的被照明的色彩反射单元的感知。
图20是观察者91对光投射器102所照亮的色彩反射单元1的感知情况的示意图。具体来说，图20以实线示出了在包括成平行面的(plane-parallel)反射镜单元53(也如图21和22所示)的色彩反射单元1的情况下对于光投射器102的感知。另外，图20以虚线和点线示出了在随机定向的平面镜单元(也如图23至26所示)的情况下对于光投射器102的感知。
参照成平行面的反射镜单元253的构造，观察者91看到局部光斑201。在光斑201处，从光投射器102发射的光束103的一部分103'落在一个(或一组)反射镜单元253上，在此示例性实施例中，反射镜单元253相对于面板状色彩反射单元1的平面倾斜(假定反射镜单元253包括平面反射表面部分)。该倾斜使得所述部分103'的光被朝向观察者91镜面反射(在图20中表示为部分103a')。光斑201的大小取决于光束103的发散度，光投射器102与色彩反射单元1之间的距离以及观察者91与色彩反射单元1之间的距离。
在图21中，示出了从光源102发射到安装在待照明房间的墙壁205处的色彩反射单元1上的光束103的传播。作为例子，光束103被示出为在尺寸上适应于色彩反射单元1的尺寸。通常，例如也可以潜在地使用更小或更大的光束，其具有不太可信的太阳-天空模仿。照明光束103a由色彩反射单元1的形状和光束的发散角来确定。在图21中，光束113a在待照明房间的地面203上产生特定的受照区域207。图21中的受照区域207对应于图1中所示的可见太阳位置的范围107。假设色彩反射单元1仅包括成平行面的反射镜单元253，受照区域207由源自相应反射镜单元253的区域253'(光斑)组成。
为了说明的目的，网格结构被叠加在受照区域207上，以说明各个反射镜单元253与相应受照区域253'的关联。
如图20和22示例性所示，光斑201位于色彩反射单元1的中心，因为观察者91大致位于受照区域207的中心，在图21中示出了相应的位置209。当从该位置209观看色彩反射单元1时，将出现如图22所示的色彩反射单元1。具体地说，观察者91在色彩反射单元1的中心看到光斑201。在光斑201的外围，色彩反射单元1例如呈现天蓝色。该天空般的外观归因于源自光束103与纳米颗粒的相互作用所产生的漫散射光。漫射光对于观察者91感知到的主要光有促成作用，因为用于在光斑201外围的光束103的反射状况使得光束103的光不被反射到观察者91而是被反射到受照区域207的其余区域。
如图22中示例性所示，光斑201在两个反射镜单元253a、253b上延伸。假设光投射器102的相应品质以及与光斑201相邻的那些反射镜单元253的蓝色外观的相应均匀性，即，不在与反射镜单元253a和253b相关联的镜面反射角下观看时，该光斑201看起来就像太阳一样。
示例性地，图22进一步示出了通过色彩反射单元1映射到观察者91的那些背景区域的亮度变化的影响。示例性地，图22示出了呈l形的更暗的(即，具有更深的蓝色色调)区域215，其可以例如由来自房间的黑暗角落的镜面反射的促成作用所引起。换句话说，由反射镜单元的相应色彩漫射层发射的漫射光可以包括该区域215的直接反射背景光的较低贡献。相反，色彩反射单元1的较亮区域217可以包括叠加在蓝色散射光上的较大量的镜面反射背景光，从而产生对于这些区域217的浅蓝色感知。因此，存在于房间中的背景光可能导致色彩反射单元1的蓝色外观的变化，并且可能会影响光斑201的太阳般的外观。
例如，参考图11中所示的实施例，反射镜单元53可能不需要定向为所有反射镜单元253都是成平行面的。例如，反射镜单元253的相邻列可以不同地倾斜。为了说明色彩反射单元1的这种构造，在图22中用虚线示意性地示出了第二光斑219。在这种情况下，假设第二列中的各个反射镜单元253的倾斜度使得观察者91也将在第二亮斑219的第二位置处看到光源102。
通常，具有不同倾斜度的实施例(例如图17中所示)可以导致地面上的(部分重叠的)照亮区域。因此，当移动穿过房间时，观察者可能会经过他所看到的没有模拟太阳、一个模拟太阳或多个模拟太阳的区域，这对于本领域技术人员来说是清楚明了的。
图20中所示的第二构造涉及随机定向的反射镜单元，例如在图16中所示。
由于反射镜单元的定向的随机性，观察者91可能有机会在色彩反射单元1上的放大区域221上看到光投射器102。为此目的，假设倾斜角度的随机性在一个或两个方向上限制在某个角度范围。该角度范围产生了放大区域221内的反射镜单元的定向，其将光束103的相应部分朝向观察者91反射，如图20中的虚线223所示。放大区域221外部的反射镜单元的随机定向产生经过观察者91的反射光束部分，如虚线225所示。
图23示出了反射镜单元353的这种随机定向的房间照明。各个受照区域353'不再相对于网格对齐，而是随机分布在地面203上。取决于观察者91在受照区域353'的该散射区域内的位置，观察者91可以看到光源102在反射镜单元353中的(部分)反射。
作为示例，图24示出了观察者位置的情况，其中两个空间上分离的反射镜单元353a和353b的倾斜角使得观察者在每个反射镜单元353a、353b中看到光源102的一部分。在图23中示出了相应的位置309。示例性地，反射镜单元353a和353b属于反射镜单元的中心列361。取决于观察者与色彩反射单元1的距离以及色彩反射单元与光源102的距离，光源102被感知为更大或更小，因此反射图像可以延伸超过反射镜单元353的边界。
为了完整起见，值得注意的是，图24的灰度表示再次表明，对于不同的反射镜单元353所感知到的蓝色色调可能存在变化。这可能也是由镜面反射的背景光的作用所引起的。
在图25和图26中，示出了包括随机定向和凸面反射镜单元453的色彩反射单元1。示例性地，反射镜单元453在x方向和y方向上凸出弯曲。
一般而言，凸面形状将减小每个反射镜单元453上的光斑的尺寸，因为每个反射镜单元上只有较小的区域能满足允许观察者91看到光投射器102的镜面反射状况。然而，为了抵消太阳模仿的尺寸减小的效果，反射镜单元453中包括了一些小角度散射。小角度散射可以例如由如上所公开的粗粒表面和/或附加的微米级散射体所产生。结果，每个太阳光斑看起来更大但没那么亮，如图26(a)和26(b)所示。
此外，由于凸曲面形状、随机定向和小角度散射，与每个反射镜单元453相关联的光束部分可以部分重叠，从而在地面203上产生基本上连续的受照区域。图25中示出了恒定亮度的线407，其基本限定了该受照区域的形状和范围。
另外，由于随机定向，每个反射镜单元453上的光斑的感知位置在色彩反射单元1上也有所不同。对于同一反射镜单元，该倾斜可以在左侧提供一种镜面反射状况，在右侧则提供另一种镜面反射状况。假定具有第二倾斜度，该情况可以在反射镜单元453的顶部或底部给出。
在图26(a)中，观察者91居中地位于可见太阳位置的范围内。因此，对于观察者-单元-光源距离以及光瞳和单元尺寸的某些配置，观察者91可以看到基本上在每个反射镜单元453上的“太阳”反射(这给出了角度覆盖色彩反射单元的角度大小的大的碎片状太阳的感知)。相反，对于相同的配置，在图26(b)中，观察者91位于可见太阳位置范围的一侧，尽管反射镜单元453具有弯曲，但一些反射镜单元不再满足用于将光束103镜面反射到观察者91的眼睛中的条件(这给出了部分进入色彩反射单元的大的碎片状太阳的感知)。图25中示出了相应的位置409a和409b。
由于漫射散射光的作用，色彩反射单元1上的多个“太阳”反射影像中的每一个都被蓝色外观所包围。例如，它们在观察者91看来可能是在不规则表面上的对太阳光的反射，例如湖面的波浪上的阳光反射。
图27示例性地示出了用于具有非共面反射表面部分的色彩反射单元的这种类似太阳的闪烁感知的实施例。在图27(a)中，观察者看着由光源402照射的色彩反射单元401。具体地，光源402发射具有例如高达80°范围内、例如在高达60°的范围内、或高达40°或更低的范围内的发散角的光束403°。
色彩反射单元401可被配置为使得非共面反射部分3'连接并形成连续粗粒表面410。粗粒表面410的示例性剖切视图示于图27(b)和27(c)，示例性俯视图示于图27(d)至27(f)。
如图27(a)进一步所示，粗粒表面410基本上被光束403完全照射，使得整个粗粒表面410可被认为是类瑞利散射光b的源(被认为提供类似天空印象的蓝色)，如粗粒表面410上的三个点p1、p2和p3所示。然而，取决于粗粒表面410的各个定向，观察者可能主要感知到例如对于点p1和p3所表示的光束403的强烈镜面反射部分y1、y3。对于点p2，表面是倾斜的，使得光束403的相应部分y2朝向观察者前方的地面反射，使得观察者仅感知到来自点p2的散射光部分b.
与粗粒表面410上的区域相关联的明亮光的程度取决于满足镜面反射条件的表面的范围。
假设要求观察者能够从对于所感知的镜面反射不产生作用的周围环境区分独立的亮点，所需的大小对于本领域技术人员将是清楚明了的，因为它取决于照明系统的几何形状，尤其是观察者到粗粒表面410的距离。取决于观察者到色彩反射单元的所希望的距离，表面部分3'可以具有几平方毫米或几平方厘米的大小。
为了比较粗粒表面410与平面色彩反射表面的反射特征，对于每个点p1到p3，反射光束n1'到n3'在图27(a)中用虚线表示。
具体地，图27的实施例可以基于定向光束403提供闪烁光峰(部分y1，...)的视觉，其中闪烁光峰可以与天空样碎片(散射光b)交替。色彩反射单元401可被配置为使得非共面反射表面部分3'连接并形成连续表面。
图27(b)示出了作为第一示例性实施例的提供反射表面部分3'的光滑表面，其基本上满足相似的镜面反射条件。示例性地，光束部分403'表示为由反射表面部分镜面反射以形成照明光束部分403a'。针对该反射表面部分示出了相应的相关法线na。
图27(c)示出了第二示例性实施例，其中图27(b)的光滑表面由基本平坦的小面构成。第二实施例也提供了反射表面部分3'，其提供由相关法线na所示的镜面反射状况，在这种情况下其对应于小面的法线。
一般而言，粗粒表面410(尤其是连续反射表面)可由各种形状和范围的多个平面或准平面表面部分制成。所述形状和范围可以被配置为具有更高或更低程度的规则性、顺序和/或周期性，诸如具有有限数量类型的表面部分、形状或倾斜。
连续反射表面可以完全地(如图27(b)和27(c)所示)或部分地涂覆有色彩漫射层5以在每个单一部分的观察角度处提供(蓝色)散射，所述观察角度即是与起到主要照明作用的光束403的镜面反射方向不同并且远离镜面反射方向上的黄色明亮亮度的角度。镜面反射状况的马赛克样划分与基于纳米颗粒的类瑞利散射相结合的这个二维方面与可被视为天空般碎片的散射光区域一起，可以提供许多闪烁的光峰(光束部分y)的外观(这将被感知为类似于太阳在水中反射的情况)。值得注意的是，当反射表面部分被配置成部分不规则的布置(具有许多不同的形状、尺寸和定向以及不同的曲率射线(raysofcurvatures))时，这种效应可能会增加，即使是非规则的和非周期性的正弦曲线(波形)图的极限情况也可以提供所期望的效果。
图27(d)至(f)示出了连续粗粒表面410的示例性马赛克状表面结构412。多个马赛克状表面结构412被配置为形成有小面(faceted)的表面，并提供多个小面状表面部分与光束403相互作用。选择马赛克状表面结构412的相关区域，以在沿着包括连续粗粒表面410的光路从目标照明/观察者区域观看时，提供光源402发射区域的视野的碎裂(fragmentation)。多个表面部分被配置为重定向入射光束部分，使得连续粗粒表面410下游的光束在尺寸上扩大，类似于图25中所示的具有恒定亮度的线407。从而，目标照明/观察者区域上的照度值减小，而重定向光束部分呈现具有与光源402的发射表面的亮度相当的亮度的局部发光峰值(localluminouspeaks)。
马赛克状表面结构的相关区域基本对应于单个马赛克状表面结构的平均横向尺寸，例如一个完整的表面振荡(例如在表面上从最深点到最高点再到下一个最深点)。此外，相关区域在大小上与(与光相互作用的)表面部分的大小基本相当。因此，为了视觉上可以辨析，它例如约在0.5mm～1m的范围内。原则上，反射表面部分是相关/横向尺寸的一部分(例如，根据小面结构的倾斜度，对称几何形状中的一半或甚至更大的百分比)。本领域技术人员能够理解，在本文中“横向”是指表面类型，例如，与中心平面相平行的平面。相关(correlation)是一个定义的数学术语(这里是二维相关)。值得注意的是，在非平面表面的情况下，可能会出现比该部分更大的相关比例(例如，如果该单元是弯曲的或其本身是正弦的)。
参考图27(d)，连续粗粒表面410包括几种类型的金字塔，其被布置为以规则布置完全覆盖该表面。由此也形成一组规则分布且相同定向的反射表面部分。
相反，图27(e)中所示的连续粗粒表面410包括更多类型的不同的几何形状，尤其包括金字塔形状和楔形形状。几何形状是马赛克状排列，从而以不规则的布置完全覆盖该表面。由此，还形成一组不规则分布且不同定向的反射表面部分，另外所述反射表面部分的尺寸大小也不同。
类似于图27(e)中所示的实施例，图27(f)的连续粗粒表面410包括通常与几何形状有关(但是例如可以由于加工工艺的需要而进行一定程度的倒圆)的各种类型的不同形状。可以看出，小面结构由直接相邻的或者被一些平面过渡表面部分分开的曲面构成。例如，该结构也具有金字塔形状和楔形形状。另外，马赛克状结构的高度可能比图27(e)中的变化更大。从而再次形成一组不规则分布且不同定向且尺寸不同的反射表面部分。
作为一般性的表示，部分的x(或y)尺寸、小块的x(或y)平均尺寸、振荡表面的x(或y)局部周期性、或者一般而言通常支撑反射表面的单个振荡的x(或y)支撑结构尺寸(到参考平面的距离的一个局部最大值和一个局部最小值)可以配置为使得对于站在装置环境中的观察者，各个表面部分可通过眼睛光学分辨以便欣赏颜色和亮度变化。对于室内应用，反射部分可以延伸大约1mm或大于1mm，例如几厘米或者甚至大于0.2m。对于室外应用，表面部分可以大于5mm，例如0.3m，或甚至大于0.5m。
当插入在光源(这可以是特定的光投射器或者也可以是太阳或者具有一些峰值的亮度分布等)和观察者之间时，基于马赛克状表面结构的色彩反射单元在外观上在许多较小的感知源中提供光源的碎裂(例如划分-截断-分离(partition-chopping-splitting))，具有相当的(通常不显著降低的)亮度但具有明显更小的尺寸(角度尺寸，对于距离光源的固定观察者距离)。
那些较小的亮度峰值明显地分布在相对于原始源角度形状的大角度范围内。
这在视觉外观方面产生了由原始光源产生的相同的亮度感知(局部峰值保持光源的亮度水平)，条件是光学结构可以被观察者的眼睛分辨(例如，光谱峰值基本上不混合)，从而例如提供在水中被反射的太阳。
这种外观是特定的并且与精细结构的漫射器(当光学结构不可分辨时将被感知)形成对比，因为在这种情况下，亮度被平均并且高水平的峰被平滑化并且最终显著地降低。
再次参照图27(a)，在投影中，所示照明系统产生从光源可获得的投影光斑的扩大和平滑，而没有粗粒霜。换句话说，结合图27公开的实施例，引入了一种基于非共面表面部分的非吸收性类瑞利散射粗霜单元。
该配置将亮度的截断(chopping)组合成小区域，并作为瑞利漫射器将蓝色分量进行漫射。
这允许通过光源的发射区域的碎裂来获得定向光斑的模糊(smearing)和增宽(broadening)，然而尽管在较小的光源中被切碎，但在色彩和亮度方面每个都被感知为“太阳”，同时天空的颜色也可以被保留。
在一些实施例中，连续粗粒表面410可以涂覆有如本文所公开的色彩漫射层。
虽然前面描述的实施例是针对室内照明系统进行论述的，但类似的户外构造对于本领域技术人员来说也是清楚明了的。例如，可以将色彩反射单元安装到建筑物的外墙并且通过位于柱子或相邻建筑物上的光投射器来照明。例如在夜晚，可以通过建筑物的相应覆盖的墙壁实现太阳-天空般的外观。
在下文中，更详细地公开了照明系统的各种示例性构造。
图28示出了本文所述的色彩反射单元的照明应用的示例性室内构造。具体而言，电梯530(作为室内房间的例子)由壁531a'、531a”、天花板531b和地板531c限定并由照明系统500照明。照明系统500包括色彩反射单元501，其被安装到壁531a'并且与本文公开的概念一致地构造为包括多个非共面反射表面部分。照明系统500还包括安装到天花板531b或靠近天花板531b的投射器523，例如，安装在与色彩反射单元501相对的壁531a”处。投射器523被配置为将光束503发射到色彩反射单元501上。如图21中所示，光束503可以被色彩反射单元501重定向以作为反射照明光束503a照射到地板531c上。
当房间530内的人从反射光束503a的外部观看色彩反射单元501时，看到色彩反射单元501的可视正面550呈偏蓝色的外观。当该人处于反射光束503a内时，也看到从那些具有所需空间定向的反射表面部分所反射的光束503的光。
如本文所述，色彩反射单元501的色彩漫射层可以从散射漫射光产生反射光束503a的规则(镜面)反射光的色彩分离(就相关色温cct而言)。具体而言，漫射光的相关色温将大于镜面反射光的相关色温，例如是其1.2倍或1.1倍等。根据例如从投射器523发射的光的颜色、形状和均匀性，可以生成模仿阳光的照明系统。
色彩反射单元501的各种类型的配置可以允许以紧凑的方式在电梯530内提供照明系统，其利用了本文所公开的人所感知的太阳-天空般的效果。
在图29中，示意性示出了用于房间682的两种类型照明系统的室内装置，一种是局部照明，另一种是房间照明。具体而言，座椅照明系统600对应于类似于2015年2月23日由相同申请人提交的名称为“座椅照明系统(seatilluminatioansystem)”的申请pct/ep2015/000406中所描述构造的座椅照明系统，其内容在此全部并入本文，而房间照明系统700能够实现房间682的具有本文公开的太阳-天空般效果的照明。
座椅照明系统600大体上基于本文所述的照明系统，其包括光源602(产生光束603)和色彩反射单元601，光束603被引导到该色彩反射单元601上，并由色彩反射单元601反射光束603，从而形成一个或多个照明光束603a、603b，这些目标区域可以重叠或不可以重叠。
座椅照明系统600通常还包括座椅装置640，其包括具有例如座椅表面642a、靠背642b和扶手642c的至少一个座椅642。如在附图中进一步表示的，两个目标区域644在座椅表面642a的顶部和靠背642b的下部延伸。座椅642可以延伸到座椅高度。如图29中示例性所示，色彩反射单元601包括分别倾斜以用于照射目标区域644的反射表面部分的两个子组。
图29示出安装结构650的示例性柱状构造，其中光源602和色彩反射单元601安装到柱651上。
在一些实施例中，安装结构650可以在空间上相对于座椅装置640固定。在本文中，空间固定表示基本上提供目标区域644相对于相应的光源602和相应的色彩反射单元601的固定位置的刚性布置。由于例如所包含的接头或光学自适应，目标区域644的受控移动也被认为落入光源602和色彩反射单元601在空间上固定安装到安装结构的概念内。
如图29进一步所示，色彩反射单元601安装在高于座椅642的座椅高度的高度处，由此提供对于目标区域644的倾斜的自上而下的照明。
在房间682内，目标区域可以被定义为照明系统700的观察者的优选位置范围。例如，目标区域可以涉及存在于房间682中的人用住宿家具，例如床742、医院病床、座椅、沙发或椅子。在一些实施例中，目标区域可以涉及穿过房间682的观察者路径。照明光束被引导以照射目标区域。在一些实施例中，例如在医院环境中，照明系统可以特别地进行控制，以例如在白天时间以太阳模拟的方式照亮目标区域。提供照明光束的入射角或照明光束和/或发光层的相应配色，由此为患者提供日间式光照/照明模式，这可以提供最佳的觉醒状况和生活节律的其他益处。
如图29所示，房间682包括天花板682a和四个墙壁。通常，照明系统700在房间682内提供向下投射式(drop-down)照明。照明系统700包括安装在房间682内的光源702。例如，光源162安装在墙壁682b处并且将朝上的光束603发射到安装在天花板782a上的色彩反射单元701上。
房间682内的观察者在观察反射器单元601时将同样首先看到漫射光分量，并且当位于太阳感知位置范围内时观察到定向光分量。
此外，可以设置挡光结构788，以便当朝向色彩反射单元701引导光束703时至少在开始阶段隐藏光源702。另外，挡光结构788可以减少房间682内的人与光束703相互干涉(例如伸入光束)的可能性，以避免对色彩反射单元701的感知产生影响。挡光结构788可以是透明(例如玻璃)盖或壳体(甚至在所有侧面完全闭合)以防止人们侵入光束703。
在替代实施例中，光源702可以设置在墙壁682b后面，并且墙壁682b可以包括例如由防反射涂层玻璃窗覆盖的开口。然后，光源的光可穿过玻璃窗并照射到色彩反射单元701上，从而被反射到房间682中。
如图11a进一步示意性所示，挡光结构688覆盖玻璃窗684并且包括在反射器单元606的方向上的开口，使得光束603可以沿着挡光结构688并且在挡光结构688内传播，从而进一步对观察者686隐藏光源602和玻璃窗684的光学构造。
本文公开的实施例可以还包括体积运动传感器(例如无源红外传感器)，用于检测人们对于反射器单元上游的光束周围的体积内的侵入。传感器可以被安装到光源和/或例如在挡光结构788处。此外，可以提供控制单元，其用于接收来自体积运动传感器的相应信号，并且被配置为在检测到侵入的情况下调暗或关闭从光源发出的任何光发射。
本文公开的照明系统的另一个应用领域是运输单元(例如汽车、火车、飞机和船舶)的照明。
作为例子，图30(a)和30(b)示出了用于轿车的后座照明系统800。图30(a)和30(b)分别是简化的示意性侧视图和俯视图。
该轿车包括驾驶员座椅842a、副驾驶员座椅842b和后座座椅842c。例如，后座座椅842c可供三位乘客乘坐，例如由头枕843a、843b和843c所示。此外，该轿车包括车顶，其设置有延伸超过座椅842a、842b和后座座椅842c的天花板854。
照明系统800包括色彩反射单元801和光源802。色彩反射单元801基本位于后座座椅842c的后座椅面842的上方，因而处于后座天窗的通常位置。
光源802可以例如位于驾驶员座椅842a和副驾驶员座椅842b之间。在一些实施例中，光源可以安装在头枕843a-843c旁边或安装至天花板854。
从光源802发射的光束803从下到上(对着天花板854)照射色彩反射单元801。因此，天花板854用作光束挡板，使得即使光束803不能完全对准，也不会有光线离开轿车的内部。
此外，对于本领域技术人员清楚明了的是，光束803将基本上设置在乘客头部通常不会到达的汽车内部的那些部分中，由此避免乘客与光束803的潜在干涉。此外，后座照明系统800可以包括体积运动传感器，以便当例如乘客头部之类的对象进入由光束803占据的空间时使光源802停止工作。
在一些实施例中，色彩反射单元801可以与常规天窗装置结合，例如可缩回到隐藏位置。例如，色彩反射单元801可以被成形为遵循相应天窗构造所规定的曲率。在实际天窗打开的情况下或者一般而言在不需要阳光模仿的情况下，色彩反射单元801可以处于隐藏位置。在伸出位置中，色彩反射单元801可以位于传统天窗之前。
在被反射器单元801反射之后，照明光束803a从反射器单元801向下传播到后座椅面842，在后座椅面842上限定目标区域844。
色彩反射单元801的反射表面部分相对于该轿车的天花板854倾斜，因此能够实现照明系统800的紧凑构造。
此外，使用具有各自定向(相对于天花板854的各个倾斜角度)的反射表面部分的多个子组可以允许在后座座椅842c的表面842上进一步提供乘客特定照明区域844a、844b、844c。
类似于如图30(a)和30(b)所示的示例性天花板构造，通常，可以在运输单元的内壁部分设置色彩反射表面部分，例如侧壁、地板和天花板等。相应的内壁部分可以与法线方向相关联。法线方向可以是恒定的或沿着内壁部分变化。本文公开的色彩反射表面部分基于非共面反射表面部分，所述非共面反射表面部分尤其相对于内壁元件的相应部分的法线倾斜。
作为另一个例子，图31示出了用于例如在火车和飞机的传统座舱布局的座椅照明系统900。
在图31所示的座舱952中，示例性的一对座椅942安装在侧壁954旁边。侧壁954可具有布置在其中并与座椅942相关联的窗户955。
行李储存舱956沿着侧壁954在顶部延伸，由此形成内壁部分的一部分，尤其是座舱952的座椅942区域的顶部结构的一部分。
座椅照明系统900包括色彩反射单元901和光源902。
如图10所示，光源902设置在集成到侧壁954中的安装结构950处。色彩反射单元901集成在头顶储存舱956的底部。从而，色彩反射单元901被光源902由下至上发射的光束903照射，并将光束903向下反射为相应的照明光束903a、903b以照射目标区域944a和944b。目标区域944a、944b例如可以是与座椅942相关联的阅读区域。相应的光束路径通常不会与乘客头部发生干涉。
在一些实施例中，色彩反射单元901可以在一定程度上可移动地安装，由此允许根据需要设置照明光束903a、903b。
在替代实施例中，色彩反射单元901可以在某种程度上类似于座舱1152的窗口，并且被设置在座舱952的侧壁954处或者在侧壁954与行李存储舱956的舱面之间的过渡区域(未示出)中。
作为附加的安全措施，可以提供挡光结构，其至少在初始阶段遮挡光束903，由此降低人们干涉(例如伸入)光束903的可能性，从而避免对色彩反射单元901感知的影响。
对于本领域技术人员清楚明了的是，反射器单元的形状可适应于座舱内壁的形状。
本文公开的照明概念的进一步应用在图32(a)和32(b)中示出，其用于室内/室外混合环境。具体地，以剖视图示出用于照亮汽车隧道1052的照明系统1000。照明系统1000被构造为尤其是为汽车的驾驶员提供警示照明条件。
照明系统1000包括安装到隧道1052的天花板1054上的色彩反射单元1001和利用光束1003照射色彩反射单元1001的光源1002。
照射色彩反射单元1001可以在天花板1054上提供由色彩漫射层产生的自然蓝色天空般的照明。另外，色彩反射单元1001包括相对于天花板1054以及光束1003的传播方向倾斜的多个反射表面部分。由此，产生重定向的隧道照明光束部分1003a、1003b，其例如在行车道1080a、1080b上形成光斑1007a、1007b。因此，除了蓝色天花板区域之外，驾驶员在照明光束1003a、1003b所照射的任何地方看到明亮的受照区域。
照明光束1003a、1003b的方向可以选择为使得汽车的驾驶员在穿过该组光束部分103a、103b并向前看时原则上可以看见小的太阳般的光束(并且实际上看到定向的阳光)。这在图32(a)中以两个车辆进行表示，这两个车辆“逆着”光束方向。因此，在图32(b)中，光斑1007a、1007b分别位于车道1080a、1080b。结果，驾驶员将感受到由照明光束1003a、1003b引起的一些眩光，然而，该眩光仅在空间上受到限制，并因此由于及时的行驶速度而受到限制。
在替代实施例中，照明光束1003a、1003b可以选择为使得汽车的驾驶员当穿过该组光束部分103a、103b并向前看时不能看见小的太阳般的光束，因为光束从后面照射汽车。这在图32(b)中示例性地由车道1080b上的光斑1007c表示。
因此，照明系统1000可以在汽车隧道1052内提供照明区域，该照明区域的特征在于由于太阳般的照射而增加的对比度。由此，可以改善驾驶员在接近隧道1052的出口时或在进入隧道1052之后不久时的意识和/或眼睛的适应性。
如图32(b)所示，由非共面反射表面部分提供的机动性允许通过单个隧道照明系统基于不同传播方向的照明光束部分1003a、1003b照射相邻的行车道。通常，反射表面部分相对于天花板1054的倾斜角度可以例如在10°至80°的范围内，由此可以使照明光束部分相对于地面的传播方向在从70°通过垂直入射达到-70°(对于光束1003的垂直传播)。在图32(a)中，反射表面部分的法线与隧道天花板的法线之间的角度对于光束部分1003a是大约30°，对于光束部分1003b是大约67.5°，使得对于光束部分1003a而言入射角约为30°，对于光束部分1003b而言约为-45°。
虽然本文已经描述了本发明的示例性实施例，但是也可以将实施例组合在一个照明系统中，例如在色彩反射单元上对随机的和成平行面的反射表面部分进行组合。
尽管本文已经描述了本发明的优选实施例，但是也可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下引入改进和修改。