人造天窗的制作方法

本发明涉及一种用于获得人造天空光/日光或自然窗外观的人造天窗。

背景技术：

1、人们对接收日光存在兴趣，因为日光对他们的健康和幸福是重要的。然而，人们倾向于把他们的时间越来越多地花费在室内，这可能使他们远离自然日光。因此，令人感兴趣的是创建人造光，该人造光可以模拟自然窗或天窗的外观和光。为了更真实地仿效日光和天空光，必须仿效太阳光。这已经主要是通过提供人造日光或天空光来完成的，当从一个角度观察时，所述人造日光或天空光发射蓝光(即晴空)，同时仍然提供基本上垂直于日光或天空光的出射窗定向的以白色为主的光束。在us2014133125中示出了一种模拟自然照明的照明系统的示例。所示出的照明系统包括隐藏在假天花板上方的空间中的明亮的灯，其中该灯发射通过包含用于影响波束形状的光学元件的出射窗发光(shine)的定向光束。利用这种系统的缺点是，光源必须比出射窗小得多，以便创建明显清晰的人造太阳光束，但同时光源必须产生非常高的通量，以便创建令人信服的太阳光束效果。因此，需要非常紧凑且极其明亮的光源，这是非常昂贵的。此外，高成本和安装复杂性是(例如诸如由coelux提供的)已知的当前日光体验解决方案的主要问题。

2、us2018098399a1公开了一种能够发射模仿自然界中天空的光的照明装置。

技术实现思路

1、鉴于上述讨论，本发明的关切是提供一种相对简单且便宜的人造天窗，其可以兑现(deliver)令人信服的太阳光束效果。本发明的另外的关切是提供一种人造天窗，其可以在提供相对容易且紧凑的安装的同时模仿天窗或自然窗，且/或其可能需要减少对假天花板/墙壁的需求。

2、为了解决这些关切和其他关切中的至少一个，提供了一种根据独立权利要求的人造天窗。优选实施例由从属权利要求限定。根据本发明的第一方面，提供了一种人造天窗，其包括：

3、-细长光源，其具有纵轴；

4、-细长灯箱，其包括通过灯箱的周向侧壁相互连接的基壁和与基壁相对布置的光出射窗，所述基壁和所述侧壁限定容纳光源的腔，所述周向侧壁包括彼此相对的第一细长壁和第二细长壁，并且沿着纵轴从周向侧壁的第一端壁延伸到相对的第二端壁；

5、-沿着纵轴延伸的第一和第二挡板；

6、其中，光源被配置为向细长灯箱的腔中发出光源光，所述光源光随后将作为灯箱光从腔通过灯箱的光出射窗发出到外部，所述灯箱光包括定向准直光的一部分和漫射光的一部分，

7、其中准直光在横向于纵轴的横向方向t上具有波束角α，该波束角α仅由光源与第一和第二挡板的相互位置确定，

8、其中第一挡板被布置成比第二挡板更靠近光源，以及

9、其中光源在横向方向上偏移，使得在垂直于光出射窗的方向p上光源被遮蔽以免直视。

10、替代地，人造天窗可以起到自然窗的作用并且可以方便地安装在房间的天花板中、相对靠近所述房间的墙壁(例如距所述房间墙壁的平均距离为所述房间的高度的三分之一)，用于方便地将定向准直光投影在所述房间的所述墙壁上。此外，相对于所述房间的所述墙壁的这种位置致使人不太可能能够向腔内看并且直接看见光源。人造天窗是细长的，并且具有长度、宽度和纵轴。纵轴是沿着人造天窗的细长光源的长度取向的轴，并且也被称作纵向方向或长度方向。

11、人造天窗包括腔。该腔可以由内表面限定，该内表面被配置为(漫)反射照射在腔的内表面上的光并且具有允许腔内部的光离开腔的光出射窗。光出射窗不含昂贵的光学元件，如半透明板、漫射器、折射透镜、衍射光学元件、或反射光学元件(诸如反射器杯)，使得灯箱光的至少一部分可以从腔发出到外部而不穿过这样的光学元件。代替地，腔具有两个相对便宜的细长挡板作为波束界定元件，每个挡板被布置在光出射窗处或布置成相对靠近光出射窗并且布置在与细长线性光源相距不同的距离处，以在墙壁上的不同高度处产生天窗投影的图像的边缘，其中投影的图像的顶部边缘比投影的图像的底部边缘更锐利。注意到，表述“顶部”和“底部”与重力的方向有关。投影的图像的锐利顶部边缘和不太锐利的底部边缘的特征促成令人信服的太阳光束效果。然而，可能的情况是，布置在灯箱的第一细长壁处的第一挡板利用延伸到灯箱的第二细长壁的透明板延伸，从而降低可能涉及效率损失和逼真效果的损失的腔(的壁)的污染的风险和/或进一步增强通过窗看见天空的提示。人造天窗可以具有下述特征：第一挡板具有(漫)反射性的内侧以限制效率损失，在所述第一挡板的所述内侧处反射的光源光促成从腔发出的漫射光的部分。

12、线性(矩形)腔的基壁可以反射或可以发射带蓝色光以创建天空般的印象。更具体地，线性光源典型地但不一定以某个角度定位在腔天花板一侧，以发射与线性腔的长度方向正交的线性光束。最近的波束界定器是第一挡板，而另一波束界定元件由第二挡板形成，该第二挡板通常是与光出射窗毗邻的边缘的第二部分。

13、细长光源经常是线性光源，并且可以是荧光灯、固态光发射器，但优选地是基于led的灯，诸如led改型tl、led条带或led灯丝。这种细长光源典型地生成具有宽的顶部波束角(例如120°半高全宽)的白色光束。典型地，所述光源安装在相对于侧壁成角度的位置，使得波束的一部分作为定向准直光经由光出射窗直接离开腔，即不照射腔的壁且不被腔的壁反射。在这方面的准直意味着，因为通过第一和第二挡板对波束角的界定，使得如由光源发射的光的原始相对宽的顶部波束角(例如具有大约100°的顶部角)更小，例如定向准直波束具有大约30°(诸如大约20°)的顶部波束角。如上所述，该定向准直波束将被投影在房间的墙壁上，并且表示(人造)太阳光束，墙壁上的投影在其顶部具有锐利的边缘并且在其底部具有不太锐利的边缘。波束的另一部分不直接通过光出射窗离开灯箱的腔，而是在作为漫射光离开之前照射腔的壁并被所述壁反射。在这些壁处的反射提供了给予反射光期望的性质的可能性，例如反射光的漫射程度、通过选择照射在所述壁上的光的吸收程度得到的定向准直光和(反射的)漫射光的强度比、和/或致使(反射的)漫射光具有特定的(改变的)光谱性质(例如因为(反射的)漫射光的颜色有点带蓝色)。有点带蓝色的漫射光可以简单地通过使得腔的壁(诸如基壁)具有有点带蓝色的反射性来获得，这具有的优点是：当人将通过光出射窗向灯箱的腔内看时，所述(基)壁具有无限蓝天的外观，从而呈现改善的天空般的印象。这促成人造天窗的逼真效果。基壁的带蓝色外观可以例如通过下述特征来取得：基壁是带蓝色反射性的和/或覆盖有带蓝色漫射半透明介质。优选地，腔的内表面和光源中的至少一个被配置为使得二次光发射元件(被腔的内表面反射且随后通过光出射窗发出)是总光通量的至少3％在400至470nm的波长范围内的灯。由此，可以增加由照明设备发射的光与自然窗或天窗以及与太阳光波束的光的相似程度。

14、在本发明的上下文中，术语“细长”相对于光源意味着该光源具有纵横比至少为四的长度和宽度(或直径)，即沿着纵轴的长度至少是宽度或直径的四倍，例如，所述纵横比至少是十、或至少是二十五、或至少是四十(诸如例如至少是一百)。在本发明的上下文中，似乎形成连续的单个光源的多个光源的行也被认为是单个光源。由于横纵比，光源也可以被称作细长光源，并且人造天窗也可以被称作(线性)照明设备。构成要求保护的人造天窗的基础的本发明基于以下见解：对于具有细长光源和细长灯箱的人造天窗，可以利用仅在横向方向上的锐利波束清晰度(definition)实现令人信服的效果。所需的光通量可以例如通过由沿着人造天窗的长度方向的led的密集封装形成的单个光源生成。这允许简单的光学架构，该光学架构实现了人造天窗的定向准直光在例如房间的墙壁上的投影的高光通量和锐利的波束截止二者。因此，如要求保护的人造天窗可以用于获得人造天空光/日光或自然窗外观。

15、人造天窗可以具有下述特征：第一挡板布置在基壁和光出射窗之间中。由定向的光投影的图像的底部边缘的锐利度强烈地取决于第一挡板和光源的相互位置，并且因此是控制太阳光束的顶部波束角及其令人信服的逼真效果两者的简单方式。此布置使得第一挡板能够被遮蔽以免被站在人造天窗正下方的用户直视，例如因为腔在基壁附近比在光出射窗处更宽。

16、人造天窗可以具有下述特征：侧壁的第一边缘部分包括与光出射窗毗邻的第一挡板，从而致使本发明的人造天窗甚至更简单且更便宜。这类似地适用于其中侧壁的第二边缘部分包括与光出射窗毗邻的第二挡板的人造天窗。

17、人造天窗可以具有下述特征：至少第一挡板在取向、尺寸和/或位置方面是可调节的。取决于线性天窗到墙壁的距离和房间的高度，可能需要在安装期间将底部波束截止调节到期望的水平，或者提供动态投影图像。这可以通过引入垂直地或水平地移动线性挡板的机构、或者通过使得挡板能够在铰链上旋转来实现。在所有解决方案中，需要克服特定的摩擦以重新定位挡板，这使得能够利用手动力调节挡板，而在调节之后挡板保持在其调节后的位置中。挡板的重新定位甚至可以基于电气装置(诸如电动机)的致动。

18、目前的概念演示器在墙壁上创建线性水平虚拟太阳波束，其可能被感知为轻微人造的。为了使效果更加自然，可以采取措施以使波束不对称。因此，可能期望的是，改变定向准直光束在房间的墙壁上的投影的形状，例如以提供太阳光束以特定锐角进入房间的效果，这将被视为或多或少的梯形投影。为此，人造天窗可以具有下述特征：第一挡板在纵向方向上(即在纵轴的方向上)逐渐变细。替代地或附加地，这可以通过具有下述特征的人造天窗来取得：第一挡板和光源在垂直于光出射窗的方向上相互倾斜。事实上，最好是倾斜两者以保持阴影锐利度在长度上恒定，但替代地，有可能只倾斜其中的一个，例如只倾斜光源。附加地或替代地，还可以存在多个可单独激活的光源，每个光源具有不同的位置和取向，从而实现在墙上激活期望的波束效果。

19、如前面已经讨论的，人造天窗可以具有下述特征：光源被布置成朝向光出射窗发出第一光部分以作为定向准直光从光出射窗发出，并且朝向基壁发出第二光部分，所述基壁是漫反射的并且具有带蓝色以用于将所述第二光部分转换成所述漫射的带蓝色光。然而，替代地或附加地，人造天窗可以具有下述特征：定向准直光是经由光源光在布置在腔中的镜面反射镜处的镜面反射提供的；且/或人造天窗可以具有下述特征：漫射光是经由光源光在腔的至少基壁处的漫反射且/或经由布置在腔中的漫反射镜处的漫反射提供的。这些配置可以被认为是单独的发明。经由反射镜的反射使得能够通过折叠光学路径来减小设备的垂直尺寸(高度)。在这种情况下，线性光源可以定位在线性挡板的顶部上，其向上朝向成角度的线性反射镜发光(shine)，该成角度的线性反射镜反射来自线性光源的光的一部分。替代地，当细长反射镜被水平定位时，细长光源成一定角度。通过使用反射镜折叠波束的准直部分的光学路径，与原始情形相比，第一挡板和基壁之间的距离典型地可以减少一半。其他尺寸保持大致不变。镜面反射镜的尺寸使得镜面反射镜对于站在人造天窗下方且向上看的观看者而言是不可见的。镜面反射镜相对于水平面的角度可以在0°到45°的范围内。

20、代替提供定向准直光和漫射光二者的单个细长光源，人造天窗可以具有下述特征：光源被分成被称作子光源两个光源，并且随之包括被配置为提供定向准直光的第一子光源和被配置为提供漫射光的第二子光源。这具有的优点是：定向准直光和漫射光之间的比率是可容易(动态)调节的，并且可以例如针对一天中的时间或天气条件进行调节。人造天窗可以具有下述特征：第二子光源安装在第一挡板的顶部上并朝向基壁定向(这意味着第二子光源的光束的平均波束方向朝向基壁)，并且第一子光源优选地安装在基壁处或基壁附近(例如更靠近基壁或者在基壁和第一挡板之间的间隔中距基壁1/4以内)并朝向光出射窗定向。在光源包括例如具有可寻址像素的led条带的情况下，甚至可以生成更多的空间动态效果，从而模仿云飘过的效果。可以创建动态效果，使得动态“天空效果”与动态“波束效果”同步，以便产生甚至更自然的视觉提示。在多个线性天窗相互紧邻地定位或定位在同一房间中的情况下，空间动态效果可以基于它们的相对位置分布在设备上。第一子光源和第二子光源也分别被称作太阳光条带和天空光条带。

21、如前面所讨论的，漫射光可以是漫射的带蓝色白光并且促成人造天窗的逼真效果。这种漫射的带蓝色白光可以通过以各种方式转换由光源发射的白色光来获得。针对这种到漫射的带蓝色白光的转换，人造天窗可以具有下述特征：所述漫射的带蓝色白光由下述中的至少一个提供：

22、-第二子光源，其是均匀的、漫射的带蓝色白色发光光源，例如第二子光源体现为光瓦片(tile)，这可以表示为“主动天空”；

23、-基壁，其是带蓝色反射性的且/或覆盖有带蓝色半透明介质(例如诸如带蓝色反射箔、板或涂层)，这可以指示为“被动天空”并且是相对便宜的解决方案，但导致一些功效损失；

24、-第二子光源被布置为在基壁处的背光源，该基壁在覆盖该基壁的漫射半透明介质后面，其中第二子光源是均匀的、漫射的带蓝色白色发光光源且/或漫射半透明介质是带蓝色的，该实施例也可以指示为“主动天空”。在上述所有方式中，基壁具有带蓝色的(主动或被动)天空的迷人外观。

25、在“主动天空”的情况下，第二子光源可以例如是电子显示设备，其呈现具有变化条件(诸如移动的云或飞行的鸟和/或飞机)的天空的(动态)印象。

26、人造天窗可以具有下述特征：第二子光源被布置为在基壁处的背光源，该基壁在覆盖该基壁的漫射半透明板后面以提供蓝天效果，并且其中第一子光源被布置在半透明板旁边的基壁处并且被配置为朝向光出射窗发出定向准直光。重要的是，注意(如由定向准直光提供的)“太阳波束”和(如由漫射光和基壁的带蓝色外观提供的)“天空”这两种光效果可能相互影响。例如，特别地在天空源附近，投影的太阳波束将接收带蓝色光并且显得不太“温暖”。以类似的方式，所呈现的“蓝色天空”将从影响所呈现的天空印象光色的“太阳”光条带接收“暖白色”光，特别是在最靠近该光条带的部段处。为了考虑那些影响，主动天空光源可以考虑“太阳”光条带的当前设置且反之亦然，以便补偿那些影响。此外，在第一和第二子光源操作的情况下，例如第一子光源的(漫)反射图像的不期望的效果可能在所述半透明板中是可见的。在这种情况下，将线性光源定位在半透明板旁边的线性子腔中是有益的，使得第一子光源光的(漫)反射图像无法形成且/或来自第一子光源的光不直接到达(hit)基壁(该基壁充当天空表面)。因此，于是抵消了不期望的相互干扰。

27、人造天窗可以具有下述特征：它包括至少一个另外的细长光源，其被配置成向细长灯箱的腔中发出另外的光源光以用于随后发射到外部，光源和另外的光源二者被布置在第一挡板和基壁之间，所述另外的光源光具有与比光源光的颜色/色温不同的(典型地更低的)颜色/色温，并且所述另外的光源与光源相比被布置在距基壁更大的距离处。通过将另外的光源布置在第一挡板和基壁之间中的不同高度处，另外的定向准直光束的方向将不同于光源的定向准直光束的方向，从而实现了所述定向准直光束在房间的墙壁上的不同方向上的各种投影，因为光源与第一和第二挡板的不同的相互位置。可选地，当光出射窗的法线(这里典型地是当人造天窗安装在天花板处时重力方向)和定向准直光束的主波束传播方向之间的角度π越大时，色温(ct)或相关色温(cct)就越低，这与自然日落和日出相匹配。以这种方式，提供了对逼真的人造天窗的更通用的模仿。另外的细长光源还可以包括另外的第一子光源和另外的第二子光源，其中例如另外的第二子光源是安装在第一挡板的顶部上并定向到基壁(从而用于照亮基壁)的冷白色光条带。

28、人造天窗可以具有下述特征：光源和至少一个另外的光源是可单独控制的。所述可单独控制的多个可激活细长光源实现了在多个“太阳波束”之间的渐变。因此，可选地，至少一个另外的光源提供比光源的光输出更温暖的白色光输出，以在与重力方向成更大角度π处模仿日出或日落。光源和另外的光源二者可以分别包括第一和第二子光源以及另外的第一和第二子光源。然后，在第二子光源(“天空光条带”)中，两个天空光条带可以被单独控制以模仿期望的日光和/或天气条件。例如，第一子光源(“太阳条带”)可以调暗，而“天空条带”被激活以模仿多云条件。此外，太阳光条带和天空光条带两者可以在低强度下激活，同时增加色温以便模仿日出印象。

29、人造天窗可以方便地应用于各种各样的室内空间(诸如办公室、医院、酒店、学校、零售环境等)中。