照明系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及一种照明系统，尤其是一种用于模拟自然阳光照明的照明系统。 进一步地，本发明主要涉及在建筑物内尤其是建筑物的天花板或墙壁内实施这种照明系 统。进一步地，本发明涉及模拟自然阳光照明的天花板构造。
【背景技术】
[0002] 用于封闭环境的人工照明系统通常致力于提高用户的视觉舒适体验。具体地，目 前已出现模拟自然光、尤其是太阳光照明的照明系统。这种照明系统的特点为模拟户外光 线，其中户外光线根据阳光与地球大气之间的相互反应，能生成特定的阴影特征。
[0003] 同一申请人申请的专利申请EP2304478A1和EP2304480A1中，公开了一种照明系 统，具有产生可见光的光源和包含纳米颗粒的面板。在照明系统工作时，面板接收光源发 出的光，并用作所谓的瑞利漫射器（Rayleigh diffuser)，也就是说其与晴朗天空条件下 的地球大气类似的方式漫射光线。具体地，其理念为，采用具有低的相关色温（correlated color temperature，CCT)的定向光和具有较高的相关色温的漫射光，从原理上说，可产生 浅蓝色的阴影，其中定向光与阳光对应且在有被照亮物体存在时产生影子，漫射光对应于 蓝色天空下的光。
[0004] 本发明至少部分地涉及提高或克服现有系统的一个或多个方面。
【发明内容】
[0005] 第一方面，本发明涉及一种照明系统，包括光源，用于提供具有第一相关色温的定 向非漫射光的光束，光束沿主光束方向传播，其中定向非漫射光的传播方向在横穿光束的 方向上是变化的，所述传播方向在内部区域基本上平行于主光束方向，且随着距内部区域 的距离的增加，相对于主光束方向逐渐倾斜；灯罩状结构，包括被光源在一侧照射的底部单 元，和设置在底部单元相反侧的屏幕结构(本文也称为相对侧)，底部单元和屏幕结构限定 光通道。进一步地，底部单元包括漫射光发生器，用于产生大于第一相关色温的第二相关色 温的漫射光，底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透明的，并设置为使得至少光 束的发散光束部分进入光通道，屏幕结构相对于发散光束部分的主光束方向空间分布，以 被发散光束部分的至少一部分照亮，从而提供作为散射光源的受照屏幕部分。
[0006] 另一方面，本发明公开了复数个上述类型的照明系统，其中在工作过程中每个照 明系统都以至少一条对照线为特点，且照明系统相对彼此布置，使得选定的对照线为平行 的，或至少观察者认为是平行的。
[0007] 另一方面，照明系统包括：光源，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光 束，光束沿主光束方向传播；灯罩状结构，包括具有孔口的平面前盖、底部单元和屏幕结构。 其中底部单元放置为，被光源从一侧照射。底部单元和屏幕结构限定光通道，从底部单元的 相反侧延伸至孔口，其中底部单元包括漫射光发生器，用于产生具有第二相关色温的漫射 光，第二相关色温大于第一相关色温，且底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透 明的，并设置为使得光束的至少发散光束部分进入光通道内。进一步地，漫射光发生器相对 于平面前盖是倾斜的。
[0008] 另一方面，照明单元包括复数个上述的照明系统，和/或照明单元包括复数个照 明系统，每个都包括：光源，用于提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束，光束沿主 光束方向传播；灯罩状结构，包括具有孔口的平面前盖、底部单元和屏幕结构。其中底部单 元放置为被光源从一侧照射。底部单元和屏幕结构限定了从底部单元的相反侧延伸至孔口 的光通道，其中底部单元包括漫射光发生器，用于产生具有第二相关色温的漫射光，第二相 关色温大于第一相关色温，且底部单元对于光束的定向非漫射光至少是部分透明的，使得 光束的至少发散光束部分进入光通道内。在这些照明单元中，照明系统基本上是完全相同 的，且所有的照明系统以基本相同的空间定位布置在照明单元内。
[0009] 上述方面的进一步的实施例在从属权利要求中公开，并构成本文的组成部分。例 如，在一些实施例中，当其发散光束部分进入光通道内时，屏幕结构的延伸部分沿方位角方 向围绕发散光束部分的主光束方向延伸，和/或屏幕结构相对于发散光束部分的空间定位 可选择为，使得当发散光束部分进入光通道时，受照屏幕部分以例如最大超过220度、200 度或190度、或在一些实施例中仅几十度，沿方位角方向围绕主光束方向部分地延伸。
[0010] 在一些实施例中，照明系统可整体地形成在房间的墙壁或天花板内，并通过光井 照亮房间。
[0011] 通过下文的描述及所附附图，本发明的其他特征和各方面将更清晰。
【附图说明】
[0012] 图1是示例的照明系统照射房间的截面示意图； 图2是光束的示意图，该光束在横穿光束的方向上具有不一致的传播方向； 图3是天花板内示例的光井的立体示意图； 图4是示出图3光井的几何结构的示意图； 图5是沿图3示例光井的短边以第一方向来看时的截面示意图； 图6是沿图3中示例光井的长边以第一方向来看时的截面示意图； 图7是另一不例圆形光井的截面不意图； 图8是图7所示光井的几何结构的示意图； 图9是示出照明系统的示例性的受照屏幕的立体示意图； 图10是具有倾斜底部单元的照明系统另一实施例的截面示意图； 图11是示出几何参数的照明系统另一实施例的截面示意图； 图12是示出房间内由包含复数个照明系统的照明单元照射时的立体示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面详细说明本发明的示例性实施例。本文所描述及附图所示的示例性实施例的 目的是为了理解本发明的原理，使本领域普通技术人员在众多不同的环境可实施和利用本 发明，并用于众多的不同应用条件。因此，示例性实施例并不意图且不应当认为是专利保护 范围的限制性描述。而是，专利保护范围应当由所附权利要求书来限定。
[0014] 本发明部分地基于模拟阳光照明系统的实现，瑞利漫射器设置为一侧具有漫射 光，且在另一侧由强定向光(本文也称直射光)穿过的瑞利漫射器。相应地，当安装在天花板 内时，照明仅由设置在天花板的一些照明系统经由瑞利漫射器扩展，并由定向光在地板上 形成光斑。人们已经意识到，通过在瑞利漫射器的定向光顺流通道内附加设置用作散射表 面的受照屏幕，可增加从上向下的照射，从而生成可增加从顶部的光照射的另一漫射器(本 文还称为照亮屏幕)。
[0015] 此外，人们已经意识到，当附加设置用于光影变换的照亮屏幕时，因为定向光源具 有原理上的可视发散，成功模拟阳光的效果可改善，尽管定向光自身具有一些发散，光影变 换强调特定光传播方向的效果。
[0016] 相对于光影变换支持阳光的效果，阴影为相对于定向光的阴影。另外，可能具有相 对漫射光的阴影变换。但是，这些阴影并非沿阳光入射方向而设置，因此，并不有助于使光 线的几何外观具有阳光的效果。
[0017] 特定光传播方向的效果，可通过仅围绕离开瑞利漫射器的光束的传播方向的有限 方位角的角度范围照射来实现。对于阳光，即基本上的非发散光来说，对于倾斜入射角，一 半的方位角角度范围会被照亮。在人工系统中，基于可增加至例如大约220度、或200度、 或190度的方位角角度范围，其仍可提供阳光效果。
[0018] 需要指出的是，用于模拟阳光时，理想阳光方位角的角度范围在有限范围内的偏 差是可接受的。
[0019] 但是，结构设置可实现方位角角度范围的精确选择。例如，对于长方形孔口 /面板 和平行六面体的光井（即具有垂直于面板的侧壁)，倾斜阳光束最多可照亮四个侧壁中的两 个(因此提供沿方位角方向180度照射)。相对比地，发散光束沿长方形的一个平面倾斜，因 此，从一侧(而不是从一个拐角)发射光。用其他术语即为，具有相对两个侧壁倾斜的主光束 方向，但在平行六面体光井的另外两个侧壁的平面内传播，将照射三个侧壁而不是两个侧 壁，因此，使照射效果不太自然。需要指出的是，当使主光束方向移出另外两个侧壁的平面 时，由于发散角具有一定角度，发散光束-因此来自拐角的发散光束将只照射两个侧壁。根 据以上发现，设置从一侧入射的发散光束可包括，在该侧使两个侧壁中的至少一个倾斜，使 得不管如何发散，最多两个侧壁被照亮。各实施例在本文中公开。具体地，倾斜侧壁为对应 于在该侧的两个侧壁中的一个，如沿主光束方向延伸或甚至基本上与主光束方向平行。这 样可限制该侧壁对面对主光束方向的一侧壁和一相邻侧壁的照射。另外，使侧壁从光束入 射的一侧远离主光束方向倾斜(本文还称为向后倾斜）可导致一个或两个光影变换，与侧壁 的照亮部分接界。
[0020] 由于发散角的存在，屏幕结构可相对于入射角调节。例如，对于长方形的瑞利漫射 器，四侧面屏幕的两相邻侧面可向后倾斜，使得透射的定向光将不照射这些侧面，而只是例 如部分地照射四侧面屏幕的剩余两侧面。在一些实施例中，如上所述，在最简单的情况下， 只有一个侧面需要倾斜设置。
[0021] 为进一步改进阳光模拟效果，两剩余侧面中的一个或两个可稍向后折叠，从而提 供附加散射表面，但也附加地提供了明暗交界线，例如，至少从照明房间内的一些位置看起 来象是基本上平行的，因此生成阳光的效果。如果照明系统，例如安装至靠近墙壁或房间的 角落时，基本上房间的一大部分将具有这种效果。在一些实施例中，本文公开的照明系统将 安装在房间内，使得灯具的照亮部分距离房间在0米至2米的范围内，例如多达1米。
[0022] 例如，灯罩状结构设置有可至少部分地被照亮的屏幕结构。在一些实施例中，灯罩 状结构在受照屏幕部分与非受照屏幕部分之间提供至少一次过渡。
[0023] 进一步的实施例基于，已发现瑞利漫射器相对于地板、墙壁或总体上说照明系统 的(例如平面）前表面倾斜定位，可使布置更紧凑，同时保持定向光在瑞利漫射器上的适当 入射角度。因此，照明系统只需要较小的空间。
[0024] 进一步的实施例基于已发现通过安装复数个照明系统，可进一步生成定向照射的 效果。具体地，通过相对于彼此以固定几何方位布置照明系统，可提供多条可认为是平行的 照明系统的对照线。
[0025] 本文公开的技术进一步参考PCT/EP2012/072648、名称为"人工照明装置"、申请日 为2012年11月14日的专利申请及同一申请人的PCT/IB2013/060141、名称为"用于模拟 自然光的人工照明系统"的专利申请，其公开的内容全文纳入本文，以用于说明采用瑞利漫 射器的照明系统。尽管本文公开的实施例的瑞利漫射器在附图中示例性地示出时为平面板 状结构，以模拟窗户外观。但是，也可应用如曲面结构等的非平板状的设置。
[0026] 在本文中，术语"面板"总体上用于指瑞利漫射器（Rayleigh diffuser)，而术 语"屏幕"（screen)用于指受照屏幕，其漫射通过瑞利漫射器的定向非漫射光（directed non-diffused light)。
[0027] 总的来说，瑞利漫射器可设置为无源漫射器（passive diffuser)或侧向照亮漫射 器，如被蓝色LED从一侧照射的面板。相应地，在一些实施例中，瑞利漫射器可为发射漫射 光的次生光源，且可被(主）光源的光部分地穿透。
[0028] 在本文中公开的屏幕及瑞利漫射器基本上不吸收光，且都可作为辐射光的次生光 源。
[0029] 参见图1，示意性地示出了房间30的断面内的照明系统1。
[0030]具体地，照明系统1包括第一光源2,设置为沿固定发射角度发射光，以形成沿主 光束方向4传播的光束3。进一步地，第一光源2发射在光谱可见范围内的光，例如，波长 在400纳米至700纳米的光。进一步地，第一光源发射的光(可见电磁波）具有的光谱宽度 优选地大于10