Осветительный элемент, осветительная система и осветительный прибор, обеспечивающий внешний вид светового люка
Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является расширение арсенала технических средств. Осветительный элемент (100,200,300,402,514,610,708) предназначен для светового люка и содержит светопропускающий канал (711) со стенкой (702), отражающей свет в заранее заданном спектральной диапазоне, для получения синего светового излучения, средство(104,308,404,506,706) излучения белого света для излучения белого света, которое расположено в светопропускающем канале (711), и линзу (102,502,552) Френеля, выполненную с возможностью приема света от средства (104, 200,300,402,514,610,708) излучения белого света. Комбинация средств (104,308,404,506,706) излучения белого света и светопропускающего канала (711) выполнена с возможностью получения частично коллимированного пучка белого света и рассеянного синего светового излучения к линзе (102,502,552) Френеля. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники
Изобретение относится к оптическим элементам, которые используются для создания внешнего вида светового люка.
Уровень техники
В опубликованной патентной заявке US 2008/0273323A1 раскрыта конкретная конструкция осветительного прибора для излучения света, который воспринимается пользователями как приятный. Осветительный прибор содержит главный источник света и дополнительный источник света. Дополнительный источник света излучает свет, имеющий распределение цветов, которое отличается от распределения цветов главного источника света. Свет главного источника света и дополнительного источника света смешиваются до излучения через главное окно выхода света осветительного прибора. Кроме того, часть света, излучаемого дополнительным источником света, направляется к боковой или тыльной стороне осветительного прибора для излучения через дополнительное окно выхода света на упомянутой боковой или упомянутой тыльной стороне осветительного прибора. Такой осветительный прибор обеспечивает возможность излучения белого света через главное окно выхода света и также для излучения света другого цвета, например синего света, через дополнительное окно выхода света. До некоторой степени это обеспечивает внешний вид светового люка поскольку излучаются белый свет и, возможно, синий свет. Однако если наблюдатель смотрит в сторону осветительного прибора независимо от угла зрения, осветительный прибор воспринимается как осветительный прибор, излучающий белый свет, и область вокруг него (крыша или стена) воспринимается как синяя светоотражающая область. Световой люк в крыше обеспечивает в солнечные дни направленный световой пучок солнечного света, и синего света в других направлениях. Таким образом, наблюдатель, который смотрит в сторону светового люка и который находится внутри направленного светового пучка солнечного света, видит белый световой люк, тогда как наблюдатели вне направленного светового пучка видят синий световой люк. Другими словами, осветительный прибор цитируемой патентной заявки обеспечивает ограниченное восприятие светового люка.
Кроме того, осветительный прибор согласно цитируемой патентной заявке имеет сложную структуру и требует сравнительно большого количества оптических элементов, например, по меньшей мере, двух источников света, излучающих свет, отличающийся распределением цветов, средства для смешивания света обоих источников света и световодной структуры для направления света дополнительного источника света в сторону дополнительного окна выхода света. Таким образом, известный осветительный прибор для создания привлекательного светового излучения является сравнительно дорогостоящим.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является обеспечение более экономичного оптического элемента для создания внешнего вида светового люка.
Первый аспект изобретения обеспечивает осветительный элемент по п. 1. Второй аспект изобретения обеспечивает осветительную систему по п. 10. Третий аспект изобретения обеспечивает осветительный прибор по п. 11. Преимущественные варианты осуществления заданы в зависимых пунктах формулы изобретения.
Осветительный элемент для получения внешнего вида светового люка в соответствии с первым аспектом изобретения содержит средство излучения белого света для излучения белого света, средство излучения синего света для излучения синего света и линзу Френеля. Линза Френеля выполнена с возможностью приема света от средства излучения белого света и от средства излучения синего света. Средство излучения белого света располагается в первой относительной позиции относительно линзы Френеля для коллимации, по меньшей мере, части света, излучаемого средством излучения белого света для получения коллимированного направленного светового пучка в конкретном направлении. Средство излучения синего света располагается во второй относительной позиции относительно линзы Френеля для получения синего светового излучения, по меньшей мере, вне коллимированного направленного светового пучка.
Осветительный элемент согласно изобретению использует линзу Френеля для коллимации света от средства излучения белого света в коллимированный направленный световой пучок, содержащий белый свет. Центральная ось коллимированного направленного светового пучка имеет конкретный угол относительно нормали к линзе Френеля и направление центральной оси является конкретное направление. Относительная позиция средства излучения синего света относительно линзы Френеля такова, что синий свет излучается во множестве направлений светового излучения, и направления светового излучения таковы, что, по меньшей мере, часть синего света излучается вне коллимированного направленного светового пучка.
Коллимированный направленный световой пучок, излучаемый осветительным элементом, воспринимается наблюдателем как прямой солнечный свет, который падает через световой люк или окно в солнечный день. Если наблюдатель смотрит в сторону осветительного элемента из позиции вне коллимированного направленного светового пучка, он не видит белый свет коллимированного направленного светового пучка и может видеть синий свет, который сравним с синим небом, который человек видит, когда смотрит через световой люк из позиции вне пучка прямого солнечного света. Таким образом, осветительный элемент обеспечивает внешний вид светового люка, который воспринимается пользователями как приятное освещение внутреннего пространства здания. Когда прямой дневной свет или искусственный дневной свет, излучаемый осветительным элементом изобретения, освещает помещение, это положительно влияет на самочувствие людей в помещении, и, например, производительность труда людей может увеличиваться.
Осветительный элемент согласно изобретению не имеет сложной структуры и использует ограниченное количество компонентов и поэтому сравнительно дешев в производстве. Кроме того, линзы Френеля сравнительно тонки и при использовании линзы Френеля с относительным малым фокусным расстоянием расстояние между средством излучения света и линзой Френеля может быть сравнительно невелико. Следовательно, размеры осветительного элемента могут быть малы. Вследствие преимущества в стоимости и сравнительно малого размера можно сравнительно недорого изготавливать сравнительно большие панели, содержащие множество осветительных систем. Размер сравнительно больших панелей может быть сравним с размером окон или световых люков, что обеспечивает улучшенное восприятие небесного света или дневного света людям в помещении, снабженном такими сравнительно большими панелями.
Средство излучения белого света излучает белый свет, в частности свет, который аналогичен белому свету. Это означает, что распределение по длине волны белого света таково, что цветовая точка белого света является цветовой точкой на или вблизи характеристики черного тела цветового пространства. Невооруженный человеческий глаз воспринимает свет с цветовой точкой на характеристике черного тела как находящийся в диапазоне от холодного белого до теплого белого света. Прямой солнечный свет также является белым светом и имеет цветовую точку вблизи или на характеристике черного тела цветового пространства. Прямой солнечный свет также изменяется в зависимости от времени суток и атмосферных условий между холодным белым и теплым белым. Следует отметить, что это не означает, что распределение по длине волны в точности такое же, как распределение по длине волны прямого солнечного света. Свет, излучаемый средством излучения белого света, может, например, быть комбинацией некоторых основных цветов, которые в упомянутой комбинации, дают цветовую точку в цветовом пространстве, которая находится вблизи или на характеристике черного тела.
Синий свет имеет спектральное распределение, в котором длины волны в синем спектральном диапазоне превалируют над длинами волны вне синего спектрального диапазона, благодаря чему невооруженный человеческий глаз воспринимает свет как свет синего цвета. В необязательном порядке синее световое излучение распространяется во множестве направлений светового излучения и, по меньшей мере, часть этих направлений светового излучения находится вне коллимированного направленного светового пучка.
Коллимированный направленный световой пучок коллимируется в том смысле, что углы излучения света световых лучей в световом пучке имеют лишь сравнительно малый угол относительно центральной оси коллимированного направленного светового пучка, так что размер поперечного сечения коллимированного направленного светового пучка лишь немного расширяется с увеличением расстояний от линзы Френеля. В необязательном порядке все световые лучи коллимированного направленного светового пучка параллельны друг другу.
Конкретное направление является направлением от линзы Френеля, вдоль центральной оси коллимированного направленного светового пучка и проходит под конкретным углом к нормали линзы Френеля. В необязательном порядке конкретное направление включает в себя угол, по существу, нуль градусов к нормали к линзе Френеля.
В необязательном порядке первая относительная позиция средства излучения белого света находится вблизи фокальной плоскости или в фокальной плоскости линзы Френеля. Если средство излучения белого света располагается в фокальной плоскости линзы Френеля, излучаемый свет коллимируется в световой пучок, в котором все световые лучи параллельны и, таким образом, все они излучаются в конкретном направлении. Если средство излучения белого света располагается вблизи фокальной плоскости, не все световые лучи в коллимированном направленном пучке следуют параллельными путями, но их направления светового излучения включают в себя лишь минимальный угол с центральной осью светового пучка. Центральная ось - это воображаемая линия, проходящая через центральную точку средства излучения белого света и центральную точку линзы Френеля.
В необязательном порядке средство излучения синего света содержит множество излучателей синего света, размещенных в фокальной плоскости линзы Френеля. Если средство излучения синего света содержит излучатели света, размещенные в фокальной плоскости линзы Френеля, свет этих излучателей света также коллимируется, но поскольку в этой плоскости существует множество излучателей синего света, синий свет излучается во множестве направлений (отличных от конкретного направления), что, следовательно, приводит к синему световому излучению вне коллимированного направленного светового пучка. Поскольку излучается более одного пучка синего света, наблюдатели могут воспринимать это как более рассеянный синий свет. Заметим, что первая относительная позиция отличается от второй относительной позиции. Такая компоновка средства излучения синего света сравнительно экономична, поскольку если все излучатели света могут располагаться в одной плоскости, все излучатели света могут крепиться к плоской, сравнительно дешевой подложке.
В необязательном порядке средство излучения синего света содержит по меньшей мере один излучатель синего света, размещенный вне фокальной плоскости линзы Френеля. Если излучатель света не размещен в фокальной плоскости, излучаемый свет этого излучателя синего света не коллимируется в той же степени, что и белый свет, и, следовательно, синий свет излучается вне коллимированного направленного светового пучка. Чем больше излучатель синего света удален от фокуса, тем шире будет пучок синего светового излучения, в результате чего наблюдатели воспринимают синий свет как более рассеянный свет. Заметим, что первая относительная позиция отличается от второй относительной позиции. Такая компоновка средства излучения синего света сравнительно экономична; используя лишь один источник синего света, можно получить своего рода рассеянное синее световое излучение.
В необязательном порядке средство излучения белого света содержит источник света, который излучает белый свет. Средство излучения белого света не требует дополнительного средства преобразования света, поскольку источник света непосредственно излучает требуемый цвет света, что дает преимущество в отношении затрат. Как рассмотрено выше, белый свет представляет собой свет, воспринимаемый как белый свет невооруженным человеческим глазом, и имеет цветовую точку на или вблизи характеристики черного тела в цветовом пространстве.
В необязательном порядке средство излучения белого света содержит комбинацию материала отражения света и люминесцентного материала для получения светового излучения, которое имеет спектральное распределение белого света. Материал отражения света выполнен с возможностью отражения света конкретного спектрального распределения. Люминесцентный материал выполнен с возможностью поглощения части света конкретного спектрального распределения и преобразования поглощенной части в свет другого спектрального распределения. Если средство излучения белого света содержит материал отражения света и люминесцентный материал, осветительный элемент может использовать сравнительно дешевый источник света для излучения света конкретного спектрального распределения, и люминесцентный материал используется для преобразования части этого света в свет другого спектрального распределения для получения белого света. Это может быть дешевле в конкретных конфигурациях; осветительный элемент может, например, совместно использовать излучатель синего света между средством излучения синего света и средством излучения белого света.
В необязательном порядке средство излучения синего света содержит источник света, который излучает синий свет. Средство излучения синего света согласно этой необязательной компоновке не требует дополнительного средства преобразования света, поскольку источник света непосредственно излучает требуемый цвет света, что дает преимущество в отношении затрат.
В необязательном порядке средство излучения синего света содержит светоотражающий материал, который отражает в заранее заданном спектральном диапазоне для получения синего светового излучения. Светоотражающим материалом является, например, синяя краска, которая является очень экономичным средством для генерации синего светового излучения. Эта необязательная компоновка обеспечивает, например, возможность совместного использования источника света, который излучает белый свет, между средством излучения белого света и средством излучения синего света.
В необязательном порядке средство излучения синего света содержит первый световод, который содержит первое окно ввода света и первое окно вывода света. Первое окно ввода света располагается в позиции, где оно захватывает свет от средства излучения белого света, который не излучается прямо к линзе Френеля. Первый световод содержит первые отводящие структуры для отвода света через первое окно вывода света. Первое окно вывода света выполнено с возможностью излучения отведенного света к линзе Френеля. Первый световод является светопропускающим в заранее заданном спектральном диапазоне для получения синего светового излучения через первое окно вывода света, или первые отводящие структуры являются светоотражающими в заранее заданном спектральном диапазоне для получения синего светового излучения.
Часто, в практической конфигурации, не весь свет средства излучения белого света напрямую излучается к линзе Френеля, и первый световод захватывает этот свет. Затем световод направляет захваченный свет в сторону первых отводящих структур. Первые отводящие структуры имеют функцию перенаправления захваченного света в сторону первого окна вывода света и, таким образом, к линзе Френеля. Поскольку сам световод пропускает в синем спектральном диапазоне, или отводящие структуры отражают синий свет, отведенный свет является синим. Конкретная компоновка этого варианта экономична, поскольку не требуется никаких дополнительных излучателей синего света, и, в основном, используется свет, который не излучается прямо к линзе Френеля, и не может участвовать в нежелательных световых эффектах.
В необязательном порядке осветительный элемент содержит источник синего света, излучающий синий свет, и второй световод. Второй световод содержит второе окно ввода света и второе окно вывода света. Второе окно ввода света выполнено с возможностью приема света от источника синего света. Второе окно вывода света выполнено с возможностью излучения отведенного света к линзе Френеля. Второй световод содержит люминесцентную отводящую структуру для отвода белого света через второе окно вывода света. Люминесцентная отводящая структура содержит комбинацию светоотражающего материала и люминесцентного материала для получения светового излучения, которое имеет спектральное распределение белого света. Материал отражения света выполнен с возможностью отражения синего света. Люминесцентный материал выполнен с возможностью поглощения части синего света и преобразования части поглощенного света в свет другого конкретного спектрального распределения. Второй световод дополнительно содержит структуры отвода синего света, выполненные с возможностью отвода синего света через второе окно выхода света.
В рассмотренной выше необязательной компоновке один световод совместно используется средством излучения белого света и средством излучения синего света. Средство излучения белого света является комбинацией источника синего света, второго световода и люминесцентной отводящей структуры. Относительная позиция люминесцентной отводящей структуры относительно линзы Френеля определяет конкретное направление коллимированного направленного светового пучка. Эта относительная позиция также позволяет получить коллимированный световой пучок, то есть с учетом преломления света на границе раздела между световодом и средой вокруг световода люминесцентная отводящая структура располагается в или вблизи мнимой фокальной плоскости линзы Френеля. Мнимая фокальная плоскость - это плоскость в световоде, которая соответствует фокальной плоскости линзы Френеля после коррекции позиции фокальной плоскости на преломление на границе раздела между световодом и средой вокруг световода.
Следует отметить, что люминесцентная отводящая структура имеет первую относительную позицию относительно линзы Френеля, в результате чего получается направленный коллимированный световой пучок. Поскольку свет, излучаемый люминесцентными отводящими структурами, преломляется на границе раздела между вторым световодом и окружением второго световода, первая относительная позиция не находится вблизи или на фокальной плоскости линзы Френеля, но вблизи или на виртуальной фокальной плоскости во втором световоде. Виртуальная фокальная плоскость - это фокальная плоскость, скорректированная на преломление света на границе раздела между вторым световодом и окружением второго световода. Таким образом, если в световоде свет излучается из точки на виртуальной фокальной плоскости к линзе Френеля, линза Френеля преломляет свет, в результате чего получается параллельный пучок света. Средство излучения синего света является комбинацией источника синего света, второго световода и структур отвода синего света.
Рассмотренная выше необязательная компоновка может содержать только один источник света, и световод используется для распределения света в разные положения, где присутствуют соответствующие отводящие структуры. Таким образом, компоновка позволяет экономично строить осветительный элемент. Кроме того, источник света можно присоединять к печатной плате, и размер этой печатной платы может быть малым, тогда как в других вариантах изобретения печатная плата должна иметь размер, сравнимый с размером световода варианта изобретения.
В необязательном порядке осветительный элемент содержит светопропускающий канал и источник белого света. Светопропускающий канал имеет стенки, обращенные внутрь каналов, и стенки отражают свет в заранее заданном спектральном диапазоне для получения синего светового излучения. Источник белого света излучает белый свет и располагается в светопропускающем канале. Комбинация источника белого света и светопропускающего канала выполнен с возможностью излучения частично коллимированного пучка белого света и рассеянного синего света к линзе Френеля.
Светопропускающий канал предварительно коллимирует свет источника белого света и имеет в качестве дополнительной функции создание синего светового излучения вне предварительно коллимированного пучка белого света. Линза Френеля дополнительно коллимирует белый свет, и, поскольку синий свет излучается вне предварительно коллимированного пучка белого света, синее световое излучение также будет вне коллимированного направленного светового пучка, распространившись за пределы линзы Френеля. Компоновка использует только один источник света для генерации света и использует сравнительно простую структуру канала с синими стенками для генерации синего света. Это экономичный осветительный элемент для получения внешнего вида светового люка.
Согласно второму аспекту изобретения предусмотрена осветительная система, которая содержит множество осветительных элементов согласно первому аспекту изобретения. Конкретное направление направленного коллимированного светового пучка каждого осветительного элемента совпадает с заранее заданным направлением. Другими словами, центральные оси каждого из коллимированных световых пучков параллельны друг другу, в результате чего создается комбинированный большой коллимированный световой пучок. Кроме того, синий свет каждого из осветительных элементов излучается вне отдельных коллимированных световых пучков, и поэтому они создают одно комбинированное синее световое излучение вне комбинированного большого коллимированного светового пучка. Следует отметить, что синие световые излучения каждого из осветительных элементов может различаться, из-за чего люди воспринимают комбинированное синее световое излучение как более рассеянное синее световое излучение; однако синие световые излучения разных осветительных элементов также могут быть аналогичны друг другу. Таким образом, поскольку осветительные элементы являются экономичным средством для создания светового излучения, имеющего внешний вид светового люка, можно изготавливать экономичную осветительную систему для создания внешнего вида светового люка вдоль большей поверхности, который сравним со световым люком в крыше или окном в стене.
Осветительная система согласно второму аспекту изобретения обеспечивает те же преимущества, что и осветительный элемент согласно первому аспекту изобретения, и имеет аналогичные варианты осуществления с аналогичными эффектами, как соответствующие варианты осуществления осветительного элемента.
Следует отметить, что в осветительной системе средство излучения белого света и средство излучения синего света также могут излучать некоторый свет на линзы Френеля других осветительных элементов, в результате чего в осветительной системе возникает световое излучение перекрестной помехи. Конкретные варианты осуществления осветительных элементов препятствуют этой перекрестной помехе между средством излучения света и линзами Френеля, например посредством первых световодных частей или светопропускающих каналов.
Согласно третьему аспекту изобретения предусмотрен осветительный прибор, который содержит осветительный элемент согласно первому аспекту изобретения или осветительную систему согласно второму аспекту изобретения.
Осветительный прибор согласно третьему аспекту изобретения обеспечивает те же преимущества, что и осветительный элемент или осветительная система согласно соответственно первому или второму аспекту изобретения, и имеет аналогичные варианты осуществления с аналогичными эффектами, как соответствующие варианты осуществления соответствующего осветительного элемента или осветительной системе.
Эти и другие аспекты изобретения явствуют из и поясняются со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.
Специалистам в данной области техники очевидно, что два или более из вышеупомянутых вариантов, реализаций и/или аспектов изобретения можно комбинировать любым полезным способом.
Модификации и вариации системы, способа и/или компьютерного программного продукта, которые соответствуют описанным модификациям и вариациям системы, могут осуществляться специалистом в данной области техники на основании настоящего описания.
Краткое описание чертежей
В чертежах:
фиг. 1 схематически демонстрирует поперечное сечение осветительного элемента согласно первому аспекту изобретения,
фиг. 2 схематически демонстрирует поперечное сечение другого варианта осуществления осветительных элементов,
фиг. 3 схематически демонстрирует поперечное сечение дополнительного варианта осуществления осветительного элемента,
фиг. 4 схематически демонстрирует поперечное сечение осветительной системы согласно второму аспекту изобретения,
фиг. 5a схематически демонстрирует поперечное сечение варианта осуществления осветительной системы, содержащей световоды,
фиг. 5b схематически демонстрирует трехмерный вид варианта осуществления осветительной системы фиг. 5a,
фиг. 6 схематически демонстрирует поперечное сечение дополнительного варианта осуществления осветительной системы, содержащей световод,
фиг. 7 схематически демонстрирует поперечное сечение варианта осуществления осветительной системы, содержащей светопропускающие каналы, и
фиг. 8 схематически демонстрирует трехмерный вид помещения, которое содержит осветительный прибор согласно четвертому аспекту изобретения.
Следует отметить, что элементы, обозначенные одинаковыми ссылочными позициями на разных фигурах, имеют одинаковые структурные признаки и одинаковые функции, или являются одинаковыми сигналами. В случае если функция и/или структура такого элемента объяснена ранее, нет необходимости повторять их объяснение в подробном описании.
Фигуры являются полностью схематическими и не выполнены в масштабе. В частности, для наглядности, некоторые размеры сильно преувеличены.
Подробное описание
Первый вариант осуществления показан на фиг. 1. Осветительный элемент 100 содержит линзу 102 Френеля, средство 104 излучения белого света и средство 106 излучения синего света. Белый свет излучается средством 104 излучения белого света, и лучи белого света схематически изображены штриховыми линиями. Средство 106 излучения синего света излучает синий свет, и лучи синего света схематически изображены пунктирными линиями. Фокусное расстояние f линзы 102 Френеля и фокальная плоскость 103 на расстоянии f также указаны на фиг. 1.
Средство 104 излучения белого света размещено в фокальной плоскости 103 линзы 102 Френеля и это означает, что линза Френеля коллимирует свет, который излучается источником белого света 104, в коллимированный световой пучок, в котором все световые лучи имеют направление светового излучения, параллельное направлению воображаемой центральной оси коллимированного светового пучка. Воображаемая центральная ось схематически указана на фиг. 1 посредством луча 108 белого света, который исходит из центра средства 104 излучения белого света и следует по пути через центральную точку линзы 102 Френеля. Коллимированный световой пучок представляет собой пучок, направленный к лучу 108 света. Следует отметить, что средство 104 излучения белого света также может быть размещено вблизи фокальной плоскости 103, благодаря чему размер поперечного сечения коллимированного направленного светового пучка белого света может немного расширяться с увеличением расстояния от линзы Френеля. Однако по сравнению со световым пучком, излучаемым средством излучения белого света, коллимированный направленный световой пучок содержит только световые лучи, которые имеют направление светового излучения, которое образует малый угол с воображаемой центральной осью коллимированного направленного светового пучка. Малый угол, например, меньше 15°.
Средство 106 излучения синего света располагается в такой позиции относительно линзы 102 Френеля, что средство 106 излучения синего света не располагается в или вблизи фокальной плоскости 103. Таким образом, световой пучок синего света, который излучается линзой Френеля, является сравнительно широким световым пучком и содержит, по меньшей мере, световое излучение вне коллимированного направленного светового пучка.
На фиг. 1 наблюдатель 112 изображен схематически и этот наблюдатель 112 располагается внутри коллимированного направленного светового пучка. Наблюдатель 112, в основном, видит белый свет коллимированного направленного светового пучка, в особенности, если интенсивность света, излучаемого средством 104 излучения белого света, выше интенсивности света, излучаемого средством 106 излучения синего света. Наблюдатель 112 воспринимает коллимированный направленный световой пучок как прямой солнечный свет. Другой наблюдатель 110 схематически изображен в области вне коллимированного направленного светового пучка. Упомянутый другой наблюдатель 110 не видит белый свет; он видит только синий свет. Упомянутый другой наблюдатель 110 воспринимает синий свет вне коллимированного направленного светового пучка как рассеянный синий свет, который также присутствует в дневном свете в солнечный день. Таким образом, осветительный элемент 100 обеспечивает эффект, сравнимый с внешним видом светового люка. Если световой люк присутствует в крыше помещения, и если день солнечный, в помещение попадают направленные пучки белого света, и вне этого пучка, в помещение попадает рассеянный синий дневной свет.
Следует отметить, что белый свет имеет цветовую точку, которая находится вблизи характеристики черного тела в цветовом пространстве. Это означает, что невооруженный человеческий глаз воспринимает свет как белый свет. Не требуется, чтобы свет имел в точности такое же спектральное распределение, как дневной свет, при условии, что невооруженный человеческий глаз воспринимает цвет света как цвет дневного света.
Следует отметить, что если средство 104 излучения белого света перемещается в фокальной плоскости 103, или линза 102 Френеля перемещается относительно средства 104 излучения белого света, и при этом средство излучения белого света остается в фокальной плоскости 103, конкретное направление коллимированного направленного светового пучка изменяется. Если средство 104 излучения белого света, например, перемещается влево в фокальной плоскости 103, конкретное направление коллимированного направленного светового пучка будет меняться на направление, которое указывает в нижний левый конец фиг. 1.
На фиг. 2 схематически представлен другой осветительный элемент 200. Осветительный элемент 200 аналогичен осветительному элементу 100 на фиг. 1 относительно линзы 102 Френеля и средство 104 излучения белого света, однако средство излучения синего света содержит множество источников 202 синего света, каждый из которых излучает свет к линзе 102 Френеля. Источники 202 синего света размещены в фокальной плоскости 103 линзы Френеля, но в позициях, которые отличаются от позиции средства 104 излучения белого света. Синий свет, который излучается линзой 102 Френеля, содержит множество направленных пучков синего света, которые излучаются во множестве направлений. По меньшей мере, некоторые части направленных пучков синего света излучаются вне коллимированного направленного пучка белого света, и поэтому упомянутый другой наблюдатель 110 принимает синий свет с множества направлений, и, следовательно, этот свет воспринимается другим наблюдателем 110 как свет, аналогичный части рассеянного синего света дневного света в солнечный день.
На фиг. 3 представлен другой осветительный элемент 300, который аналогичен осветительному элементу 200, показанному на фиг. 2, однако средство 308 излучения белого света и средство 306 излучения синего света изображены уже не как точечный источник света, а как источники света, имеющие светоизлучающую поверхность определенного размера. Следовательно, коллимированный направленный световой пучок 314 содержит не только световые лучи, которые параллельны воображаемой центральной оси 312 коллимированного направленного светового пучка, но и световые лучи 304, распространяющиеся в направлении светового излучения, которое образует малый угол с воображаемой центральной осью 312, причем малый угол, например, меньше 15°. Средство 306 излучения синего света также является источником синего света, который имеет светоизлучающую поверхность определенного размера. На фиг. 3 показано, что средство излучения синего света располагается в фокальной плоскости 103 линзы Френеля. Поскольку средство излучения синего света имеет сравнительно большую светоизлучающую поверхность (по сравнению с размером светоизлучающей поверхности точечного источника света), синее световое излучение 310 содержит также световые лучи 302 под сравнительно большими углами излучения света относительно воображаемой центральной оси 312 коллимированного направленного светового пучка 312. В других вариантах осуществления средство 306 излучения синего света может располагаться вне фокальной плоскости 103. Кроме того, на фиг. 3 представлено только поперечное сечение, и нарисованные прямоугольники средства 306 излучения синего света могут быть поперечным сечением средства 306 излучения синего света, которое содержит два удлиненных коробчатых источника света, или могут быть поперечным сечением средства 306 излучения синего света, которое является дисковидным источником света с центральным отверстием, в котором располагается средство 308 излучения белого света.
Фиг. 4 схематически представляет поперечное сечение осветительной системы 400, которая содержит матрицу осветительных элементов 402 согласно первому аспекту изобретения. Каждый осветительный элемент 402 содержит средство 404 излучения белого света и средство 406 излучения синего света. Средство излучения синего света имеет сравнительно большую светоизлучающую поверхность. Каждый из осветительных элементов 402 излучает коллимированный направленный световой пучок 408, и все центральные оси 407 коллимированных направленных световых пучков 408, по существу, параллельны. В итоге получается сравнительно большой коллимированный направленный световой пучок. Синее световое излучение 409 схематически изображено пунктирными линиями. Один из внешних световых лучей синего светового излучения 409 указан стрелкой 410. Внешний луч света 410 имеет угол α светового излучения относительно центральных осей 407 коллимированных направленных световых пучков 408. Угол α светового излучения может быть близок 90°, однако интенсивность синего светового излучения под этим углом может быть сравнительно мала.
Фиг. 5a схематически представляет другое поперечное сечение другого варианта осуществления осветительной системы 500. Осветительная система 500 содержит множество осветительных элементов 514. Каждый из осветительных элементов 514 содержит световодные элементы 504, средство 506 излучения белого света и линзу 502 Френеля (линза 502 Френеля схематически представлена прямоугольником, содержащим двустороннюю стрелку).
Каждый световодный элемент 504 содержит окно ввода света, обращенное к области, в которой средство 506 излучения белого света излучает белый свет. Световое излучение средства 506 излучения белого света направляется к линзе 502 Френеля. Однако не весь белый свет напрямую излучается к ближайшей линзе 502 Френеля - этот свет захватывается окном ввода света световодного элемента 504. На фиг. 5 луч белого света 512 является примером луча белого света, который входит в световодный элемент 504 через окно ввода света световодного элемента 504. В световодном элементе 504 свет канализируется, что, например, показано для луча 510 белого света.
Каждый световодный элемент 504 содержит окно вывода света, обращенное к линзе 502 Френеля, и выполнен с возможностью излучения (синего) света к линзе 502 Френеля. Кроме того, каждый световодный элемент 504 содержит синие отводящие структуры 508 для отвода света, который захватывается в световодном элементе 504, к окну вывода света световодного элемента 504, и синие отводящие структуры 508 отражают свет в синем спектральном диапазоне, в результате чего свет в синем спектральном диапазоне отводится через окно вывода света. Синие отводящие структуры 508 представляют собой, например, точки синей краски, обеспеченные на поверхности световодных элементов 504. В другом варианте осуществления отводящие структуры 508 можно изготавливать, создавая выемки в световодном элементе 504 и наполняя выемки синим отражающим материалом.
Следовательно, осветительная система 500 излучает белый свет 518 в параллельных пучках и излучает синий свет 516, по существу, во всех направлениях.
В другом варианте осуществления отводящие структуры 508 не отражают именно в синем спектральном диапазоне, но световодный элемент пропускает в синем спектральном диапазоне, благодаря чему часть света, которая захватывается световодным элементом 504 вне синего спектрального диапазона, поглощается. Следовательно, свет, который выходит из световодного элемента 504 через окно вывода света, является синеватым светом.
Фиг. 5b представляет трехмерный вид осветительной системы, показанной на фиг. 5a. Линзы 552 Френеля изображены схематически, и на одной из линз Френеля коллимированный направленный световой пучок белого света 556 представлен совместно с синим световым излучением 554 вне коллимированного направленного светового пучка.
Фиг. 6 схематически представляет поперечное сечение другого варианта осуществления осветительной системы 600. Осветительная система 600 содержит множество осветительных элементов 610. Каждый осветительный элемент 610 содержит световод 604. Некоторые световоды 604 принимают синий свет от источника 602 синего света через окно ввода света. Световод 604 содержит структуры 608 отвода синего света, которые отводят синий свет, направляемый световодом, к окну выхода света световода 604 для излучения к линзе 502 Френеля. Каждый осветительный элемент 610 также содержит люминесцентную отводящую структуру 606, которая содержит светоотражающий материал для отвода части синего света и которая содержит люминесцентный материал для поглощения части синего света, направляемого световодом, и преобразования поглощенного света в свет другого спектра, так что комбинированное световое излучение люминесцентной отводящей структуры 606 обеспечивает свет, имеющий такое спектральное распределение, которое воспринимается невооруженным человеческим глазом как белый свет. Другими словами, люминесцентные отводящие структуры 606 выполнены с возможностью излучения белого света. Кроме того, световоды 604 множества осветительных элементов 610 оптически связаны, образуя единый световод, если рассматривать его с оптической точки зрения. Этот единый световод принимает свет от по меньшей мере одного источника синего света, который выполнен с возможностью излучения синего света.
Структуры 608 отвода синего света могут представлять собой точки белой или синей краски, обеспеченные на поверхности световода 605, таким образом, сами структуры 608 отвода синего света не являются по определение синими, но выполнены с возможностью отражения синего света. В других вариантах осуществления структуры 608 отвода синего света являются малыми отражателями, обеспеченными на поверхности световода 605, или шероховатой областью на поверхности световода 605 (например, полученной пескоструйной обработкой поверхности или лазерной абляцией). Альтернативно выемки, наполненные отражающим или диффузно отражающим материалом, также могут образовывать структуры 608 отвода синего света. Люминесцентная отводящая структура 606 представляет собой, например, выемку в световоде 604, наполненную смесью люминесцентного материала и светоотражающего материала. Альтернативно люминесцентная отводящая структура 606 предусмотрена на поверхности световода 604.
Следует отметить, что люминесцентные отводящие структуры располагаются в адаптированной фокальной плоскости, которая представляет собой фокальную плоскость линзы 502 Френеля в световоде 602, с учетом преломления света на границе раздела между световодом 602 и окружением световода 602.
Следовательно, как показано на фиг. 6, осветительная система 600 излучает белый свет 616 во множестве параллельных пучков белого света и излучает синий свет 614 во множестве направлений.
Фиг. 7 схематически представляет поперечное сечение дополнительного варианта осуществления осветительной системы 700. Осветительная система 700 содержит осветительные элементы 708, каждый из которых содержит светопропускающий канал 711, имеющий стенки 702, которые отражают в заранее заданном спектральном диапазоне, для получения синего светового излучения. Светопропускающие каналы 711 принимают свет от источника 706 белого света. Световое излучение светопропускающего канала 711 направляется к линзе 502 Френеля. Белый свет, который напрямую излучается через светопропускающий канал 711 и который не падает на стенки 702, коллимируется линзой 502 Френеля для формирования коллимированного направленного светового пучка 714 белого света. Белый свет, который падает на стенки 702, отражается в синем спектральном диапазоне, и, после преломления на одной из линз 502 Френеля, синий свет 712 излучается в окружающую среду во множестве направлений светового излучения. Луч 710 света представляет собой световой луч белого света, который излучается источником 706 белого света под сравнительно большим углом светового излучения относительно центральной оси светопропускающего канала 711 и, таким образом, падает на стенку 702 и становится лучом синего света, например указанным лучом 704 синего света.
Фиг. 8 схематически представляет внутреннее пространство помещения 800. Цилиндрический осветительный прибор 806, который содержит осветительную систему (не показана) согласно второму аспекту изобретения, предусмотрен на потолке 804 помещения 800. Альтернативно осветительный прибор содержит осветительный элемент (не показан) согласно первому аспекту изобретения.
Осветительный прибор 806 излучает коллимированный направленный световой пучок 808 белого света, который дает круглое пятно 812 на полу 810 помещения 800. Люди, находящиеся в помещении, воспринимают это световое излучение как солнечный свет, который падает через световой люк. Осветительный прибор 806 дополнительно излучает синий свет 802, по меньшей мере, во множестве направлений вне коллимированного направленного светового пучка 808. Таким образом, Если человек смотрит в сторону осветительного прибора 806, не будучи внутри коллимированного направленного светового пучка 808, он воспринимает осветительный прибор 806 как синюю поверхность, которая сравнима с синим небом в солнечный день.
Следует отметить, что вышеупомянутые варианты осуществления иллюстрируют, но не ограничивают изобретение, и что специалисты в данной области техники могут предложить многочисленные альтернативные варианты осуществления, не выходя за рамки объема нижеследующей формулы изобретения.
В формуле изобретения никакие ссылочные позиции, заключенные в скобки, не следует рассматривать как ограничивающие формулу изобретения. Употребление глагола "содержать" и его производных не исключает наличия элементов или этапов отличных от указанных в формуле изобретения. Употребление наименования элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. В пункте устройства, где перечислено несколько средств, некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом оборудования. Лишь тот факт, что определенные меры упомянуты во взаимно различных зависимых пунктах, не говорит о том, что нельзя выгодно использовать комбинацию этих мер.
1. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) для получения внешнего вида светового люка, причем осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) содержит
- светопропускающий канал (711), содержащий стенку (702), отражающую свет в заранее заданном спектральном диапазоне, для получения синего светового излучения,
- средство (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света для излучения белого света, причем средство излучения белого света располагается в светопропускающих каналах (711),
- линзу (102, 502, 552) Френеля, выполненную с возможностью приема света от средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света,
причем комбинация средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света и светопропускающего канала (711) выполнена с возможностью излучения частично коллимированного пучка белого света и рассеянного синего светового излучения к линзе (102, 502, 552) Френеля.
2. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1, в котором первая относительная позиция средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света находится вблизи фокальной плоскости (103) или в фокальной плоскости (103) линзы (102, 502, 552) Френеля.
3. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1, в котором линза Френеля (102, 502, 552) имеет короткое фокусное расстояние.
4. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 2, в котором первая относительная позиция средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света находится в фокальной плоскости (103) линзы (102, 502, 552) Френеля, и свет, излучаемый средством (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света, коллимируется линзой Френеля (102, 502, 552) в коллимированный световой пучок, в котором все световые лучи имеют световое излучение, параллельное направлению воображаемой центральной оси коллимированного светового пучка.
5. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 2, в котором первая относительная позиция средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света находится вблизи фокальной плоскости (103) линзы (102, 502, 552) Френеля, и свет, излучаемый средством (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света, коллимируется линзой Френеля (102, 502, 552) в коллимированный световой пучок, содержащий только световые лучи, имеющие направление светового излучения, которое образует малый угол с воображаемой центральной осью коллимированного направленного светового пучка.
6. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 5, в котором угол, образованный между световыми лучами, излучаемыми средством (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света и воображаемой центральной осью коллимированного направленного светового пучка, составляет меньше 15°.
7. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 2, в котором первая относительная позиция средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света находится в фокальной плоскости (103) линзы Френеля, причем свет, излучаемый средством излучения белого света, коллимируется линзой Френеля (102, 502, 552) в коллимированный световой пучок, и причем линза Френеля (102, 502, 552) перемещается относительно средства (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света так, что конкретное направление коллимированного направленного светового пучка изменяется.
8. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1, в котором белый свет, напрямую излучаемый средством (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света через светопропускающий канал 711, не падает на стенки 702, при этом белый свет, излучаемый средством (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света, который падает на стенки (702), отражается в синем спектральном диапазоне, и, после преломления посредством одной из линз (102, 502, 552) Френеля, синий свет (712) излучается в окружающую среду во множестве направлений светового излучения.
9. Осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1, в котором средство (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света содержит источник (104, 308, 404, 506) света, который излучает белый свет, или средство (104, 308, 404, 506, 706) излучения белого света содержит комбинацию материала отражения света и люминесцентного материала для получения светового излучения, имеющего спектральное распределение белого света, причем материал отражения света выполнен с возможностью отражения света конкретного спектрального распределения, люминесцентный материал выполнен с возможностью поглощения части света конкретного спектрального распределения и преобразования поглощенной части в свет другого спектрального распределения.
10. Осветительная система (400, 500, 600, 700), содержащая множество осветительных элементов (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1, образующих матрицу, причем конкретное направление направленного коллимированного светового пучка каждого осветительного элемента (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) совпадает с заранее заданным направлением.
11. Осветительный прибор (806), содержащий осветительный элемент (100, 200, 300, 402, 514, 610, 708) по п. 1 или осветительную систему (400, 500, 600, 700) по п. 10.
