一种能在室内实现阳光光斑的光学系统技术方案

本发明专利技术属于光学照明技术领域，具体为一种能在室内形成阳光光斑的光学系统。本发明专利技术光学系统包括发光模块；发光模块包括多个发光单元；发光单元包括光源和光束整形模块，光源用于发出白光，光束整形模块将光源发出的光进行准直并精准调控使其定向出光；光束整形模块是由底面、下部折射面、上部折射面、四周裁剪面包围形成的光学透镜；每一个发光单元发出定向的准直光束，能够分别在目标照明面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，多个发光单元发出的准直光束重叠能够形成尺寸更大的均匀矩形光斑；产生阳光透过窗户照射入室内的视觉效果，提升光照性能和用户体验。性能和用户体验。性能和用户体验。

【技术实现步骤摘要】
一种能在室内实现阳光光斑的光学系统


[0001]本专利技术属于光学照明
，具体涉及一种照明模组。

技术介绍

[0002]随着城市人口的不断增长，人们对室内空间的使用需求不断增加，大量无窗空间、远窗空间、地下空间等自然采光不足的空间被广泛使用，虽然这在一定程度上拓展了人们日常生活、工作的空间，但同时也大大剥夺了部分人群接受充足自然日光的机会。在无窗空间中通过人工天窗照明系统再现“自然日光”的视觉体验会对人们的情绪、认知起到显著的积极作用，有利于改善焦虑情绪、缓解压力、提高工作效率。因此，在上述背景下，通过人工照明在室内空间复现自然日光的视觉效果具有重要的经济和社会价值。
[0003]但是，目前照明模组的用户体验、性能、通用性仍有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种性能优越、体验良好的能在室内形成阳光光斑的光学系统，以实现模拟高照度的自然日光效果。
[0005]本专利技术提供的能在室内形成阳光光斑的光学系统，具体为一照明模组，包括第一发光模块；所述第一发光模块包括多个发光单元；每一个发光单元发出定向的准直光束，能够分别在目标照明面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，多个发光单元发出的准直光束重叠能够形成尺寸更大的均匀矩形光斑；
[0006]所述发光单元包括第一发光光源和光束整形模块，第一发光光源用于发出白光，所述光束整形模块将第一发光光源发出的光进行准直并精准调控使其定向出光；
[0007]所述光束整形模块是由底面、下部折射面(第一折射面)、上部折射面(第二折射面)、四周裁剪面包围形成的六面体光学透镜；其中，所述底面为四边形(正方形或矩形)平面，所述裁剪面为沿底面四边向上的四个切面，第一折射面位于底面中心部分上方，所述第二折射面为光束整形模块顶部四边形曲面；所述第一发光光源设置于光束整形模块的底面处中心部分的第一折射面内；
[0008]每一个发光单元发出定向的准直光束，能够分别在目标照明面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，多个发光单元发出的准直光束重叠能够形成尺寸更大的均匀矩形光斑；产生阳光透过窗户照射入室内的视觉效果，提升光照性能和用户体验。
[0009]进一步地：
[0010]所述光束整形模块中，所述第二折射面为自由曲面；所述裁剪面为平面，或者为抛物面。
[0011]所述光束整形模块中，所述裁剪面为平面，或者为抛物面。
[0012]所述光束整形模块中，所述第一发光光源为点光源时，所述第一折射面为球面。
[0013]所述第一发光光源为扩展光源时，所述第一折射面为平台面或者为自由曲面。
[0014]上述自由曲面皆为光滑连续的NURBS曲面。
[0015]定义第二折射面中心点与底面所在平面之间的垂直距离为光束整形模块的中心高度，定义光源发光面的直径为第一发光光源的尺寸；所述光束整形模块的中心高度和第一发光光源的尺寸之比较大时，所述第一发光光源的尺寸相对于光束整形模块的中心高度可以忽略，第一发光光源视为点光源，所述第一折射面为球面；所述光束整形模块的中心高度和第一发光光源的尺寸之比较小时，所述第一发光光源的尺寸相对于光束整形模块的中心高度不可忽略，第一发光光源视为扩展光源，所述第一折射面为平台面或者自由曲面。
[0016]上述自由曲面皆为光滑连续的NURBS曲面。
[0017]所述自由曲面是指无法用解析式来描述的曲面，在本专利技术中，采用光滑连续的非均匀有理B样条(Non
‑
Uniform Rational B
‑
Splines，简称NURBS)来描述自由曲面面型。非均匀有理B样条曲线中的非均匀是指一个控制点的影响范围可以改变，因此可以对曲面进行局部的修改，从而可以更好的控制曲面上点的曲线度，相比于传统的网格模型构建技术，NURBS曲线可以更为精确的构建自由曲面。
[0018]进一步地，所述照明模组中，所述多个发光单元沿着第一方向(X方向)阵列排布；
[0019]或者，所述多个发光单元沿着第一方向(X方向)和第二方向(Y方向)矩阵排列。
[0020]本专利技术采用智能优化算法，对发光单元阵列排布方式或者矩阵排列方式进行优化，使第一发光模块在目标照明面上产生的光斑照度分布最为均匀。
[0021]所述照明模组中，所述光束整形模块为透明材料，折射率大于1。
[0022]所述照明模组中，所述第一发光光源为LED光源。
[0023]可选方案中，所述照明模组还包括：第二发光模块，其包括泛光元件以及多个第二发光光源，泛光元件设置在第二发光光源的光路上，第二发光光源发出的透过泛光元件后发散导出。
[0024]沿着第二发光模块的出光方向，所述第二发光模块位于第一发光模块的斜后方。
[0025]或者，所述第二发光模块与第一发光模块层叠设置，沿着第二发光模块的出光方向，第二发光模块位于第一发光模块的后方。
[0026]所述第二发光模块发出近似天空颜色的发散光，用来模仿蓝天的视觉景象。因此，在此方案中，照明模组包括用于模拟“阳光光斑”的第一发光模块和用于模拟“蓝天”的第二发光模块，可较好地模拟阳光透过天窗的视觉景象。
[0027]可选方案中，所选第一发光光源发出的白光的显色性指数Ra大于90。显色性指数Ra是用于衡量光源还原物体真实颜色的能力的指数，当Ra＝100时，表示该光源下物体的颜色与参考光源(如自然日光)下物体的颜色感知相同，Ra的数值越小，表示该光源照射下物体与参考光源照射下物体色差越大，色彩感知偏移越大。第一发光光源发出的白光的显色性指数大于90，可较好地模拟阳光的显色能力。
[0028]与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：
[0029]本专利技术提供的照明模组中，第一发光模块包括多个发光单元，单个发光单元发出定向的准直光线，在照明目标面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，采取将发光单元阵列或者矩阵排布的方式，将发光单元产生的多个小尺寸矩形光斑重叠，在不破坏光线准直条件的前提下，可以获得均匀的大尺寸光斑，从而可以根据实际情况来模拟阳光通过不同尺寸天窗在室内形成的阳光光斑。
[0030]发光单元包括第一发光光源和光束整形模块，光束整形模块将第一发光光源发出
的光进行准直并使其能够在照明目标面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，从而使其能够模拟阳光的平行光特性以及阳光透过天窗形成矩形光斑的场景。
[0031]光束整形模块包括第一折射面、裁剪面、第二折射面和底面；其中，所述第一折射面和裁剪面将第一发光光源的光线进行准直使其为近平行光，第二折射面将准直光精准调控使其能够形成边界清晰锐利的矩形光斑，从而能够模拟阳光光斑的视觉场景，所述底面用于使得光束整形模块成为完整的三维实体。
[0032]光束整形模块采取设计自由度很高的自由曲面作为主体，通过对自由曲面面型的设计优化，获得了光斑效果好、光能利用率高的照明模组，并且结构紧凑，厚度低体积小，适用于大多数的建筑空间。
[0033]阳光为平行光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能在室内形成阳光光斑的光学系统，具体为一照明模组，其特征在于，包括第一发光模块；所述第一发光模块包括多个发光单元；所述发光单元包括第一发光光源和光束整形模块，第一发光光源用于发出白光，所述光束整形模块将第一发光光源发出的光进行准直并精准调控使其定向出光；所述光束整形模块是由第一折射面、第二折射面、裁剪面、底面包围形成的光学透镜；其中，所述底面为四边形平面，所述裁剪面为沿底面四边向上的四个切面，第一折射面位于底面中心部分上方，所述第二折射面为光束整形模块顶部四边形曲面；所述第一发光光源设置于光束整形模块的底面处中心部分的第一折射面内；每一个发光单元发出定向的准直光束，能够分别在目标照明面上产生边界清晰锐利的矩形光斑，多个发光单元发出的准直光束重叠能够形成尺寸更大的均匀矩形光斑。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述光束整形模块中，所述第二折射面为自由曲面；所述裁剪面为平面，或者为抛物面；第一发光光源为点光源时，所述第一折射面为球面；第一发光光源为扩展光源时，所述第一折射面为平台面或者自由曲面；所述自由曲面为光滑连续的NURBS曲面。3.根据权利要求2所述的光学系统，其特征在于，所述照明模组中，所述多个发光单元沿着第一方向阵列排布；...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴奇，林畅，
申请(专利权)人：中山复旦联合创新中心，
类型：发明
国别省市：