光源和阳光模仿照明系统技术方案

本申请公开了用于接收光和使光准直的光学系统（2A），其中所述光学系统（2A）包括准直单元（200），该准直单元包括至少一个抛物面界面（220，230），其限定入口开口（212）和出口开口（214），其中，至少一个抛物面界面（220，230）被配置成反射通过所述入口开口（212）进入并穿过所述出口开口（214）的光，并且将所述光的角展度限制在与所述至少一个抛物面界面（220，230）相关联的接收角（θCPC）内；以及均化单元（300），用于均化从所述准直单元（200）发出的光，该均化单元（300）包括具有成对的第一透镜和第二透镜的透镜阵列，其中所述透镜阵列被配置为使得从由第一透镜收集的从出口开口（214）出射的光照射相应的第二透镜，以提供一个连续发光的输出光孔。

Light source and sunlight imitation lighting system

Is disclosed for receiving light and the light collimating optical system (2A), wherein the optical system (2A) comprises a collimating unit (200), the collimating unit includes at least one parabolic interface (220230), the opening (212) defining the entrance and outlet opening (214), wherein at least one a parabolic interface (220230) configured to reflect through the entrance opening (212) to enter and pass through the outlet opening (214) of the light, and will show the light angle limit in the at least one parabolic interface (220230) associated with the receiving angle (theta CPC). All units; and (300), for all from the collimating unit (200) emits light, the homogenizing unit (300) includes a first lens with lens array pairs and second lens, wherein the lens array is matched The present invention relates to a light emitting diode () so as to make the light emitted from the exit opening (214) to be irradiated by the first lens to provide a continuous light emitting light hole.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容总体上涉及照明系统，尤其涉及例如旨在模仿自然阳光照明的照明系统的光源。此外，本公开内容总体上涉及从具有高亮度以及在整个区域具有亮度均匀性的区域产生光束。
技术介绍
用于封闭环境的人工照明系统通常旨在改善用户所体验到的视觉舒适度。具体地说，模仿自然光照(特别是阳光照射)的照明系统是已知的，特别是利用相关色温(CCT)高和显色指数(CRI)大的光。这样的被模仿的室外照明的特性依赖于阳光和地球大气之间的相互作用，并创建特定的阴影特性。在2013年11月14日提交的EP2304478A1、EP2304480A1、PCT/IB2013/060141以及在2014年3月27日由同一申请人申请的PCT/EP2014/000835提交的申请所公开的照明系统具有产生可见光的光源以及含有纳米颗粒的面板。在该照明系统的工作过程中，面板从光源接收光，并作为瑞利漫射器，即它以类似于晴空条件下的地球大气的方式漫射光线。具体来说，该概念使用的定向光对应于太阳光，并在照亮物体存在的情况下的产生阴影，并漫射具有更大CCT的光，其对应于蓝色天空的光。为了提供冷白光以及暖白光，可以采用基于LED的光源，例如基于磷转换的白色LED和/或各种颜色LED的组合。从LED发射的光的光学性质需要光束整形光学结构，通常是例如透镜和/或镜子系统这样的准直光学器件。
技术实现思路
本公开内容至少部分地涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。在第一方面，本公开内容涉及一种光学系统，用于接收光和对光进行准直，其中该光学系统包括准直单元和用于对准直单元形成的光进行均匀化的均化单元。准直单元包括限定入口开口和出口开口的至少一个抛物面界面，其中所述至少一个抛物面界面被配置为反射由入口开口进入并穿过出口开口的光，并将光的角展度限制于与所述至少一个抛物面界面相关联的接收角。均化单元包括具有成对的第一透镜和第二透镜的透镜阵列，其中透镜阵列被配置为使得来自出口开口并由第一透镜收集的光照射相应的第二透镜，以提供连续发光的输出光孔。在另一方面，光源包括具有发光图案的发光单元，例如平面LED的朗伯或准朗伯发射图案以及如上所述的光学系统，其中所述发光图案与所述光学系统的入口开口发生重叠。在另一方面，一种照明系统包括如上所述的光源，所述光源用于沿着主光束方向提供具有第一相关色温的定向非漫射光的光束，以及窗口状单元，例如照明系统出射窗或用于产生具有大于第一相关色温的第二相关色温的漫射光的漫射光发生器。窗口状单元被定位在光束的远场中，并且窗口状单元的尺寸适应于光束的远场的尺寸。另外的实施例例如在从属权利要求中给出，其通过引用并入本文。本公开的其它特征和方面将通过以下描述和附图变得更加清楚。附图说明图1是照亮房间的一个示例性照明系统的示意性截面图；图2是在整个光束上具有非均匀传播方向的光束的示意图；图3是示例性光源的示意性光束路径；图4是基于LED的发光单元的示意图；图5是基于复合抛物面聚光器的准直单元的示意图；图6是圆形复合抛物面聚光器结构的示意图；图7是光线与蝇眼聚光器交互的示意图；图8是位于复合抛物面聚光器下游的蝇眼聚光器的示意图；.和图9是包括收集单元和均化单元的已安装的光学系统的立体图。具体实施方式下面是本公开内容的示例性实施例的详细描述。下文所描述并在附图中所示的示范性实施例旨在教导本公开内容的原理，使本领域普通技术人员能够在众多不同的环境和应用中实施和使用本公开内容，因此，以下的示例性实施例并不意在(也不应被视为)对专利保护范围的限制性说明。专利保护范围而是应由所附的权利要求所限定。本公开内容的实现部分地基于模仿阳光照明的照明系统需要提供具有这种属性的光，该属性能够避免观察者意识到光源的人工性(即模仿太阳)。例如，该照明状况可以包括蓝色天空光光成分和从具有均匀亮度的光源发射的定向非漫射白色光成分。通常，观察者评估照明状况的能力是基于多种生理和心理机制，涉及到聚焦、双目汇合、双目视差、运动视差、亮度、尺寸、对比度、鸟瞰透视等。根据观测条件(例如观察者是否正在移动或静止，使用一只或两只眼睛观看，等等)以及照明状况的特性(例如，是否观察已知大小、距离或亮度的物体)，某些机制与其它机制相比作用更为显著。对于使用光源作为人工太阳得阳光模仿照明装置，该光源被感知为处于无限远距离的太阳的效果涉及到避免(每当所述光源位于观察者的视场内时)人工光源的印象。本专利技术人认识到，这尤其包括光源的均匀亮度。另外，人工太阳需要具有圆形的外观。在一些实施方案中，所述光源用来照亮瑞利漫射面板，此外，该瑞利漫射面板由光源完全和均匀地照明是所需的。眼睛的敏感性在对于太阳模仿以及瑞利漫射面板的亮度调制的很早阶段就已经确定。这种调制可以通过近场的(暗)区域的减少或甚至不促成导致远场光束区域的较小亮度的光发射而创建。此外，尽管光源的亮度可能不允许观察该光源并聚焦于其上，在(短暂地)观察人工太阳时，在视网膜上产生的后像(after-image)可能显示观察者未意识到的强度波动。出于完整性考虑，亮度也影响由光源产生的阴影。特别是，当人工太阳在亮度调制时，半阴影可能还表明眼睛会分辨的调制。类似的考虑也适用于色彩频谱的空间分布和其上的调制。本专利技术人认识到，与投影仪光源(其集中于远场中的图像)相比，阳光模仿照明装置的光源在被观察者所观察时，还需要模仿太阳外观的特定近场。如本文中所公开的，所描述的光学元件的系统在各个方面是专门设计的，每个方面都尽可能地有助于光源的亮度和集光率的维持。在下文中，结合图1和2对阳光模仿照明装置的示范性配置进行描述。结合图3对光束路径的示例性概述进行说明。形成光束路径的光学单元3的各种示例性配置分别结合图4(基于LED的发光单元)、图5和6(复合抛物面聚光器(CPC，compoundparabolicconcentrator)准直器单元)、图7和8(基于蝇眼冷凝器(FEC，fly’seyecondenser)的均化单元)、图9(已安装的光学系统)而进行公开。图1以剖视图的方式示意性地示出了照明系统1。具体来说，照明系统1包括光源2，构造为以发射立体角发射光，以形成沿主光束方向4传播的光束3。通常，光源2可以是冷白色光源。光源的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、或基于汞弧碘(hydrargyrummedium-arciodide)灯的光发射器、或基于卤素灯的光发射器、以及各光发射器下游的相应的光学系统。为了降低照明系统1的尺寸，各光发射器下游的光学系统可以包括反射系统(如折叠式光学器件，图1中以虚线示例性地表示了镜片5)。光束3所经过的反射系统的具体的例子在上述的专利申请中有所描述，例如PCT/IB2013/060141。对于反射系统，针对反射光线可能存在的几何条件是要求没有源自外部照明系统的光线可随后由反射系统以使得其再次离开照明系统1的方式反射。照明系统1还包括窗口状单元6，该单元与从光源2始发并射向区域7的光相耦合，以照亮例如建筑物的内部空间30。在图1所示的照明系统的实施方式中，窗口状单元6包括灯罩状结构10，该结构包括底部单元12和屏幕结构14。底部单元12被称为底部单元，是鉴于当从房间观看时，它位于灯罩状结构的底部。然而，应该注本文档来自技高网...

【技术保护点】
光学系统(2A)，用于接收光和对光进行准直，所述光学系统(2A)包括：准直单元(200)，包括限定入口开口(212)和出口开口(214)的至少一个抛物面界面(220，230)，其中，所述至少一个抛物面界面(220，230)被配置为反射由所述入口开口(212)进入并穿过所述出口开口(214)的光，并将所述光的角展度限制于与所述至少一个抛物面界面(220，230)相关联的接收角(θCPC)；以及用于对所述准直单元(200)形成的光进行均匀化的均化单元(300)，所述均化单元(300)包括具有成对的第一透镜和第二透镜的透镜阵列，其中所述透镜阵列被配置为使得来自于所述出口开口(214)而由所述第一透镜收集的光照射相应的第二透镜，以提供连续发光的输出光孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光学系统(2A)，用于接收光和对光进行准直，所述光学系统(2A)包括：准直单元(200)，包括限定入口开口(212)和出口开口(214)的至少一个抛物面界面(220，230)，其中，所述至少一个抛物面界面(220，230)被配置为反射由所述入口开口(212)进入并穿过所述出口开口(214)的光，并将所述光的角展度限制于与所述至少一个抛物面界面(220，230)相关联的接收角(θCPC)；以及用于对所述准直单元(200)形成的光进行均匀化的均化单元(300)，所述均化单元(300)包括具有成对的第一透镜和第二透镜的透镜阵列，其中所述透镜阵列被配置为使得来自于所述出口开口(214)而由所述第一透镜收集的光照射相应的第二透镜，以提供连续发光的输出光孔。2.根据权利要求1所述的光学系统(2A)，其中，所述透镜阵列的透镜的尺寸和/或聚焦属性与所述接收角((θCPC)相适应，使得由所述第一透镜收集的光基本上分布在所述第二透镜的整个下游表面；和/或其中，所述第一透镜和第二透镜具有相同的焦距f，且位于相等的距离e处，该距离e＝fn；和/或其中所述透镜阵列为微透镜对的微透镜阵列。3.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中，所述透镜阵列与由tan(βFEC)＝a/2f所限定的接收角(βFEC)相关联，其中a为透镜的全孔径，f为透镜的焦距，并且其中的接收角(θCPC)与接收角(βFEC)的关系由关系式0.85βFEC≤θCPC≤1.15βFEC所确定，例如0.90βFEC≤θCPC≤1.10βFEC或者甚至为βFEC＝θCPC。4.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中，所述准直单元(200)包括多个矩形复合抛物面聚光器(210)，每个都包括两对相对的抛物面界面(220，230)，其中所述多个矩形复合抛物面聚光器(210)的出口开口(214)被布置成组合以在近场发射大致圆形或椭圆形的光束，在远场变换成矩形光束。5.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，所述矩形复合抛物面聚光器(210)提供了用于小发散方向和正交于该小发散方向的大发散方向，并且所述透镜阵列的透镜的尺寸和/或聚焦特性相应地与矩形形状相适应，使得在两个方向的接收角(θCPC)与接收角(βFEC)的关系由关系式0.85βFEC≤θCPC≤1.15βFEC所确定，例如0.90βFEC≤θCPC≤1.10βFEC或者甚至为βFEC＝θCPC；和/或CPC接收角和FEC接收角的匹配被选择为使得所述第二透镜阵列的表面的至少70％、至少90％、至少85％、至少95％或甚至100％被照亮；和/或所述收集的光基本上分布在整个透镜上。6.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中所述接收角(θCPC)在小发散方向上的范围是从3.5°至10°，在大发散方向上的范围是从7.5°至25°。7.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中所述透镜的矩形形状的尺寸被选择为使得在所述透镜和矩形复合抛物面聚光器(210)之间存在相对位置的改变，以接近矩形复合抛物面聚光器(210)。8.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中，在所述准直单元(200)的横截面的中心部分，矩形复合抛物面聚光器(210)布置为多行相同数量的矩形复合抛物面聚光器(210)，从而限定了具有长边和短边的矩形形状，以及，邻近每个长边布置有类等腰梯形截面，其在每一行中包括逐一减少数量的矩形复合抛物面聚光器(210)，其中外面一行的长度大约延伸为所述中心部分的短边长度一样长。9.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统(2A)，其中所述矩形复合抛物面聚光器(210)的行相对于所述中心对称轴在所述中心部分的长边的方向上对称地延伸；和/或其中所述矩形复合抛物面聚光器(210)在所述类等腰梯形部分内从一行移动到所述下一行，其移动距离为所述矩形复合抛物面聚光器(210)的长度的大约一半。10.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中，所述准直单元(200)的出口侧包括位于出口开口(214)之间的暗区(260)，所述第一透镜相对于所述出口开口(214)移动距离(dCPC-FEC)，该距离取决于暗区(260)的横向长度p和所述准直单元(200)的接收角(θCPC)。11.如前述权利要求中的任一项所述的光学系统(2A)，其中，最小距离dCPC-FEC,min是p/(2tan(θCPC))，用于与具有横向长度p的暗区(260)相对的第一透镜的照明，并且例如在针对不同方向具有不同最小距离的情况下，选择较大的最小距离作为最小距离；和/或其中所述距离(dCPC-FEC)为所述最小距离dCPC-FEC,min的至少3到5倍；和/或其中所述距离(dCPC-FEC)被选择为使得与所述暗区(260)相对的第一透镜也从相邻的出口开口接收光；和/或其中所述距离(dCPC-FEC)为所述最小距离dCPC-FEC,min的至多20至5倍(例如，15至10倍)；和/或其中所述距离(dCPC-FEC)被选择为使得与所述暗区(260)相对的第一透镜基本上仍然位于相应CPC的近场和/或近场光束的横截面没有扩大超过光束直径的10％。12.如前述权利要求10或11中的任一项所述的光学系统(2A)，其中所述暗区由中空复合抛物面聚光器(210)的壁或相邻矩形复合抛物面聚光器(210)之间的间隙产生，和/或其中，所述暗区覆盖所有出口开口(214)的面积的至多1％，或至多0.3％，或至多0.1％。13.根据前述权利要求任一项所述的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·迪特拉帕尼，D·马加蒂，
申请(专利权)人：科勒克斯有限责任公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT