照明系统的制作方法_3

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0的厚度)。需要指出的 是,由于漫射光发生器20上游的光学元件,主光束方向4原则上可改变其空间方位。但是, 由于与漫射光发生器20和屏幕结构的相互反应,对于技术人员来说,只有在漫射光发生器 20正上游的方位需要考虑将是明显的。此外,当发散光束部分53离开漫射光发生器20且 在光通道46内传播时,透射光束(本文称为发散光束部分,因为光束3的一些部分可能由于 漫射光发生器20的尺寸限制而被阻隔)以其主光束方向54为特点。
[0054]为提供可有助于从顶部照射房间30的附加散射光(当照明系统1安装在天花板上 时,如图1所示),侧壁44接触到发散光束部分53,从而致使定向非漫射光在侧壁44的内 屏幕表面上散射,如下文结合附图所说明的。阻隔发散光束部分53的侧壁44部分限定(白 色)散射光的量,作为次生漫射光源。在一些实施例中,发散光束部分53完全被光井40的 侧壁阻隔,使得没有定向非漫射光进入房间30内部。另外,漫射光发生器20的散射光也可 照射侧壁44,且再次散射。
[0055] 如已在图1中示出的,侧壁42和侧壁44沿相对于天花板60不同的角度延伸。这 种差异设置考虑到照明系统1是基于发散光束的,如图2中示意性的说明。
[0056]这种差异设置进一步考虑到,人们将喜欢扩展从漫射光发生器20散射的蓝色天 空的可见性。当侧壁44朝主光束方向4弯曲时(被光束3直接照亮),侧壁42可远离主光 束方向倾斜,随个人喜好设置。需要指出的是,倾斜程度越大,将使观察者可从相对于主光 束方向4更大的角度看到模拟天空的漫射光发生器20。这样,当光井设置在房间内距离地 板给定高度时,即使增加距光井的距离,在该处人们可同样看到漫射光发生器20。
[0057] 在图2中,发散光束203以主光束方向204为特点。但是,在横穿发散光束203的 方向上的局部传播方向,即定向非漫射光的传播方向,根据其在发散光束203的横截面内 的位置而改变。具体地,在发散光束203的内部区域中心传播方向210基本上平行于主光 束方向204。但是,随着距内部区域距离的增加,传播方向212相对于主光束方向204的倾 斜程度增加。示例性地,图2中示出的5度的角度为最外侧的角度。在一些情况下,对于光 束的不同横截面,发散角可不同。例如,在正交光束横截面,发散角可分别为10度和30度, 或总体上在例如5度至15度的范围内,如10度,或20度至40度的范围内,如30度。相应 地,当沿轴向进入中空圆筒时,发散光束203将照射圆筒内壁的全部方位。相对照地,理想 的非发散光束将通过圆筒而不照射任何内壁部分。
[0058]类似地,当以一角度进入中空圆筒时,理想非发散光束将只照射相对的一半,即最 大以围绕传播方向沿方位角方向为180度的范围将被照射。相对照地,发散光束203将能 照射围绕其主光束方向204沿方位角方向的超过180度的范围。当涉及到到模拟阳光辐射 时,观察者将注意到这种相互矛盾的情况,且不能得到光源在无限远的所需效果。
[0059] 为避免相互矛盾,只有在围绕主光束方向54选定的方位角范围内,灯罩状结构10 将包括直接朝向发散光束部分53的屏幕结构,在此范围以外,屏幕结构将不存在或将偏离 发散光束部分53,例如,通过相对于主光束方向54基本上垂直或向后而延伸,从而在这些 方位角部分避免与发散光束部分53相遇。
[0060] 换句话说,在一些实施例中,屏幕结构14将设置为漏斗状结构,其沿顺流方向以 超过发散光束部分的发散程度发散。从而,限定屏幕结构的照明变得可能,使得相对侧分别 保持在阴影内及被照亮,从而模拟阳光照明并补偿光束的发散。
[0061] 光井340的示例性结构如灯罩状结构的实施例,与图3至图6相关并在下文公开。
[0062] 光井340整体地形成在天花板360内,包括相对于天花板360沿小角度延伸的两 个侧壁342和343,和相对于天花板360沿约为90度的角度范围内延伸的侧壁344、345。例 如,侧壁344、345沿范围为60度至130度或更大的角度延伸,沿各方向的光束发散角例如 为5度至15度如10度,或20度至40度如30度,如图5和图6中分别所示。
[0063] 孔口 380由侧壁342、343、344、345形成的拐角和天花板360形成。孔口 380可为 长方形的,具有侧边长度为1. 4米至1. 6米的范围如1. 5米,2米至2. 5米的范围如2. 2米, 分别为其宽度和长度。侧壁342、343、344、345形成与孔口 380连接的不对称漏斗,具有漫 射光发生器312提供的底面313。底面313可不被四个拐角382限定,当从下方来看时,拐 角382由侧壁342、343、344、345和漫射光发生器312形成。底面313也可为长方形的,侧 边范围可为0. 8米至1. 1米如0. 9米,1. 5米至2米如1. 8米,分别为其宽度和长度。在天 花板整体照明系统中,天花板360或其一部分可为前盖的示例。
[0064] 在图3的立体图中,观察者从下方以相对于天花板360约为40度的角度往侧壁 344、345形成的拐角370的方向看光井340。在类似(水平)方向,但从上方,光束照射至漫 射光发生器312上,在图3至图6中主光束方向由箭头304标示。
[0065] 在图3至图6的实施例中,形成孔口 380的各相邻拐角和照亮底面313形成正交 边,使得二者都为长方形。侧壁342、343、344、345的侧面在各拐角之间的平面延伸。
[0066] 但是,孔口 380和受照底面313可为能使平面或非平面侧面在其间延伸的任意其 他形状。
[0067] 如图3中阴影所示,侧壁342和343的侧面不被照亮,因此分别形成参照图4中标 示的非受照屏幕部分392和393。相对照地,侧壁344和345 (至少)部分被照亮,因此形成 受照屏幕部分394和395,及非受照屏幕部分396和397。
[0068] 如图3至图6所示,光束的中心入射照亮底面313的中心X。至少发散光束部分 353穿过漫射光发生器312,并从照亮底面313沿主光束方向354离开。相对于主光束方向 354,受照屏幕部分394和395提供了明亮的次生散射光源,紧邻照亮底面313起始,以超过 180度的方位角延伸,由于屏幕部分具有发散角或倾斜角,然后沿方位角的延伸方向减少或 增加(例如,存在非受照屏幕部分396和397时)。为限制在侧壁344和345上的延伸,侧壁 342和343可相对主光束方向354向后倾斜。
[0069] 在受照屏幕部分394、395与非受照屏幕部分396、397之间的转变处,阴影边界(本 文也称为对照线或影/光过渡线)在图3和图4中分别以标号400和402标示。总体上,侧 壁的倾斜设置可导致,侧面从被直接照亮的区域延伸至不被照亮的区域,从而生成对照线。 其他侧壁可不直接照射而不被照亮。
[0070] 除了照射的不同,直接照亮部分还可被认为颜色与只被漫射光照射的侧壁部分不 同。例如,直接照亮部分可认为是暖色的(用类似阳光的全光谱照射),而只被漫射光照射的 那些部分可认为是冷色的(只被漫射光发生器312的蓝色光照射)。
[0071] 根据透射的发散光束部分353的发散角和侧壁344、345的倾斜角,可定位阴影边 界的方向,使得当从房间内的选定位置来看时,阴影边界看起来是平行的(如图3中示意性 地标示)。从而,即使是发散光束,通过控制屏幕结构、尤其是侧壁的方位,可增强阳光效果、 各阴影边界的预期方向和光照面的延伸。
[0072] 最终,在图3至图6中,通过照明系统1照射产生的光的各成分标示为: 漫射光发生器312的散射光500,例如具有较高的CCT,然后作为照射光束; 发散光束部分353产生的散射光510,起始于光井340的侧壁344、345的受照屏幕部 分;及 发散光束部分353内的定向非漫射光。
[0073] 漫射光发生器312的散射光500的量,及发散光束部分353内的定向非漫射光的 量,可通过光井340的深度、受照屏幕部分394和395的空间定位和其表面特征来控制。至 少受照屏幕部分394、395可为具有高漫反射率的材料或涂层材料,例如漫反射率可高于 70%或80%或甚至高于90%。相应地,受照屏幕部分394、395将沿反向漫射入射光,且基本 上不吸收光。
[0074] 在一些实施例中,侧壁可用具有各向异性漫反射率(non-isotropic diffuse reflectance)的表面特征涂敷,且尤其是具有不同于理想的朗伯漫反射器(Lambertian diffuser)的漫反射率,如漫反射在沿镜面反射的方向形成峰值。这种表面的一些实施例可 在全宽半峰角(full width half maximum angle)不超过120度,例如90度,更优选地为 60度显示峰值。这种情况可防止屏幕结构14散射的光的相关部分向后返回穿过漫射光发 生器20,并被暗盒26的侧壁吸收。因此,特定表面特征可允许光源2产生的光通量的增加 (或避免缩减)。另外,侧壁漫反射围绕镜面反射方向出现峰值的情况,可保证基本上屏幕结 构14散射的所有定向成分都沿顺流方向离开光通道46而进入房间30内。
[0075] 在一些实施例中,当在房间30内有意使存在定向非漫射光穿过屏幕时,这种不透 光屏幕可被部分地穿透。在一些实施例中,受照屏幕部分394、395可具有白色粗糙表面。部 分穿透的受照屏幕部分可为,例如图9所示的实施例的一部分。
[0076] 图7示出的截面原理上与图5的截面类似。例如,光束703以约为25度的角度照 在包括瑞利面板的漫射光发生器712上。但是,如从图8可以看到的,漫射光发生器712形 成了光井740的圆形底面713。光井740的深度选择为,使得已穿过漫射光发生器712的 全部的发散光束部分753在弯曲的侧壁部分744上散射,并在其内形成受照屏幕部分794, 与圆形底面713相邻部分除外。受照屏幕部分794为高亮的次生散射光源,紧邻照亮底面 713起始,沿超过180度的方位角延伸,然后由于发散,沿方位角延伸方向增加。为限制侧 壁744上的扩展,侧壁744相对于主光束方向354向后倾斜程度增加,直至,例如图7中所 示的墙壁部分742的角度为100度。
[0077] 从而,同样对于发散光束754,控制屏幕结构尤其是侧壁744的方位,可增强阳光 效果,各影/光过渡线800的预期方向,尤其是基本竖直部分802、804和光照面的扩展。
[0078]图8示出了倾斜角度进一步的影响,及其对自然光模拟的作用。在图8中,部分 802、804 (虚线)沿顺流方向指向左侧,因此致使沿方位角照射从180度增加,特征为照亮 的半圆开口。这种设置并不太自然,由于受照光壁事实上位于右侧,人们期望阳光从左侧发 出。这将使影/光过渡线800的部分802、804沿顺流方向指向右侧,分别如线803、805所 标示(因此指向阳光光线的预期方向)。假定光井安装在天花板内,相对竖直方向的倾斜角 度的增加,将使该部分从部分802/804的位置移动至部分803/805的位置。
[0079] 换句话说,再次假定光井安装在天花板内,如果围绕竖直影/光过渡线800的区域 内的侧壁的特性为发散角大于直射光束的发散角,所述部分指向如线803、805所标示的右 侦牝因此与人们自然地期望的一致。在这种情况下,受照屏幕朝地板的方位角的角度将减 小,而不是增加。
[0080] 与图3至图6所示的实施例不同,图7和图8中所示的照明系统没有在房间内提 供定向非漫射光,因此,只包括漫射光发生器712的漫射光500成分和发散光束部分753通 过侧壁744的受照屏幕部分794产生的散射光510成分。
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