Система искусственного освещения для имитации естественного освещения

Система искусственного освещения для имитации естественного освещения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение относится к системе искусственного освещения. В частности, изобретение относится к системе искусственного освещения, которая имитирует естественное освещение. Такая осветительная система может освещать комнату, в которой она установлена, с эффектами, очень похожими на эффекты, которые возникли бы в той же комнате, если бы имелось открытое отверстие с небом и Солнцем позади него.

Уровень техники

Известно, что на текущую дату доступны системы искусственного освещения для закрытых сред ("в помещении"), задачей которых является улучшение визуального комфорта, ощущаемого пользователями. В частности, известны осветительные системы, которые имитируют естественное освещение, а именно тот тип освещения, который доступен на открытом воздухе ("вне дома"). Хорошо известные характеристики освещения вне дома зависят от взаимодействия между световыми лучами, созданными Солнцем, и атмосферой Земли.

В находящейся на рассмотрении заявке на европейский патент ЕР2304480, зарегистрированной настоящим заявителем, описана осветительная система, которая содержит источник света, задачей которого является создание видимого света, и панель, содержащую наночастицы. Во время использования панель принимает световые лучи, идущие от источника, и действует как так называемый рассеиватель Рэлея, а именно она рассеивает световые лучи аналогично атмосфере Земли в условиях чистого неба.

Дополнительные детали, относящиеся к панели как в находящейся на рассмотрении заявке на европейский патент ЕР2304480, описаны в находящейся на рассмотрении заявке на европейский патент ЕР2304478, зарегистрированной настоящим заявителем. Кроме того, в находящейся на рассмотрении заявке на европейский патент ЕР2304480 описаны различные варианты панели, а также различные расположения панели и источника света относительно друг друга, задачей которых является имитация различных условий естественного освещения, таких как, например, условия освещения, которые возникают в природе в случае чистого неба и i) Солнца в зените или ii) Солнца, близкого к горизонту.

Осветительная система, описанная в заявке на патент ЕР2304480, имитирует естественное освещение в том смысле, что она создает внутри окружающей среды прямой свет с низкой коррелированной цветовой температурой (ССТ), который воспроизводит солнечный свет и создает тени при наличии освещенных объектов; также осветительная система, описанная в заявке на патент ЕР2304480, имитирует естественное освещение в том смысле, что она разбрасывает рассеянный свет с высокой ССТ, который воспроизводит свет неба и создает тени с голубым оттенком. При этом такая осветительная система не безошибочно воспроизводит воспринимаемые эффекты, которые может ощутить наблюдатель при наличии окна, обращенного к небу. В частности, такая осветительная система не приводит к тому, что наблюдатель будет визуально ощущать неограниченную глубину поля.

В документе WO 2012/140579 описан оптический элемент, содержащий светопередающую ячейку, которая содержит светопередающий канал, окно ввода света, окно выхода света и стенку. Окно ввода света расположено на первой стороне светопередающего канала и принимает свет от источника света. Окно выхода света испускает свет, выглядящий как свет неба. По меньшей мере, часть окна выхода света расположена на второй стороне светопередающего канала, находящейся напротив первой стороны. Стенка установлена между окном ввода света и частью окна выхода света; стенка ограждает светопередающий канал. По меньшей мере, часть стенки является отражающей и/или пропускающей в заранее заданном спектральном диапазоне, чтобы получить испускание голубого света под относительно большими углами испускания света относительно нормали к части окна выхода света.

В документе US 7,722,220 описано осветительное устройство, включающее теплопроводный элемент, твердотельные эмиттеры света и отражающий элемент. Теплопроводный элемент задает отверстие, эмиттеры и отражающий элемент установлены на первой стороне теплопроводного элемента.

В документе US 4,747,028 описан светильник, использующий средства создания равномерного освещения без бликов.

В документе US 4,267,489 описано устройство, включающее рассеивающую прозрачную пластину, элемент, гомогенизирующий свет, флуоресцентную лампу и отражающий элемент.

Сущность изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является предложить осветительную систему, способную устранить известные ограничения существующего уровня техники, по меньшей мере, частично.

Изобретением предлагается система искусственного освещения, которая указана в независимых пунктах формулы изобретения с предпочтительными возможными воплощениями, которые являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения здесь описаны варианты его реализации чисто в качестве примеров, не накладывающих ограничения, и со ссылкой на приложенные чертежи, из которых:

на Фиг.1, 2 и 7 приведены схематичные поперечные сечения вариантов представленной осветительной системы;

на Фиг.3 приведено схематичное поперечное сечение возможной осветительной системы, отличающейся от представленной осветительной системы;

на Фиг.4а и 4b приведены схематичные общие виды источников света;

на Фиг.5а, 6 и 8 приведены схематичные общие виды частей представленной осветительной системы;

на Фиг.5b приведено поперечное сечение отражающего элемента, входящего в состав части осветительной системы, показанной на Фиг.5а;

на Фиг.9а и 10 приведены общие виды источников света;

на Фиг.9b приведено поперечное сечение части источника света, показанного на Фиг.9а;

на Фиг.11 приведено поперечное сечение части варианта представленной осветительной системы; и

на Фиг.12 – Фиг.15 приведены схематичные поперечные сечения частей дополнительных вариантов представленной осветительной системы.

В общем, заявитель заметил, что способность наблюдателя оценивать расстояние до объектов и таким образом глубину поля видов, которые образуют трехмерную картинку, основана на множестве физиологических и психологических механизмов, связанных с фокусированием, бинокулярным совмещением, бинокулярным параллаксом, параллаксом движения, яркостью, размером, контрастом, воздушной перспективой и т.д. Некоторые механизмы могут приобретать значимость по сравнению с другими в соответствии с условиями наблюдения (например, движется ли наблюдатель или стоит неподвижно, смотрит одним или двумя глазами и т.д.), а также с характеристиками картинки, причем последние зависят, например, от того, присутствуют ли объекты с известными размером, расстоянием или яркостью, которые служат эталоном для оценки того, на каком расстоянии находится наблюдаемый объект картинки.

В частности, заявитель заметил, что наблюдатель, который смотрит на проектор света через окно, теряет способность оценки того, как далеко находится проектор, когда такое расстояние свыше пяти метров (предпочтительно семи метров), при условии, что фон, окружающий проектор, является черным и равномерным. Когда встречаются такие обстоятельства, расстояние от проектора не может быть определено наблюдателем. Способность оценки расстояний теряется из-за того, что i) точная фокусировка слепящего источника света затруднена, что препятствует использованию наблюдателем механизма фокусировки для оценки расстояния до объекта, и ii) бинокулярное совмещение едва ли эффективно как инструмент для оценки расстояния, когда объект находится на удалении больше пяти метров (предпочтительно семи метров); помимо этого, способность оценки теряется из-за того, что другие психофизические механизмы, которые обычно действенны и эффективны в случае больших расстояний, не срабатывают, так как им препятствует отсутствие дополнительных точек эталона.

Заявитель дополнительно заметил, что, когда между наблюдателем и проектором света располагают панель с диффузией Рэлея, причем проектор света окружен черным равномерным фоном, это побуждает наблюдателя воспринимать проектор света фактически на бесконечном расстоянии от себя. Если говорить более конкретно, эффект восприятия на бесконечном расстоянии достигается всякий раз, когда наблюдатель смотрит на проектор света через панель с диффузией Рэлея, эта последняя полностью и равномерно освещается проектором, и реальное расстояние от проектора до наблюдателя составляет, по меньшей мере, пять метров (предпочтительно семь метров). Такой эффект может быть интерпретирован как следствие так называемой "воздушной перспективы", механизма восприятия, вызванного панелью с диффузией Рэлея. По сути, цвет и интенсивность света, рассеиваемого панелью с диффузией Рэлея, фактически идентичны соответствующим цвету и интенсивности света неба, где интенсивность оценивается по отношению к интенсивности пропущенного света. В частности, так называемый механизм воздушной перспективы относится к наличию воздушного слоя, расположенного между любыми объектами и наблюдателем; цвет и яркость такого воздушного слоя влияют на оценку расстояния от объекта до наблюдателя, причем объект воспринимается наблюдателем как лежащий позади воздушного слоя как такового; такой механизм преобладает при больших расстояниях или, если говорить в общем, когда другие психофизические механизмы для оценки расстояния подавляются или едва ли эффективны.

Заявитель дополнительно заметил, что наблюдатель побуждается воспринимать свет, испускаемый панелью с диффузией Рэлея, как идущий с фактически бесконечного расстояния при условии, что точечный источник находится внутри визуального поля наблюдателя. Такой эффект может быть интерпретирован за счет учета того, что панель с диффузией Рэлея действует как вторичный источник светового излучения и что наблюдатель вряд ли может оценить свое расстояние от плоскости испускания такого светового излучения из-за высокой пространственной равномерности светового излучения как такового, что не дает какой-либо визуальной точки эталона, которую можно рассматривать. Таким образом, наличие проектора света в визуальном поле на (физическом) расстоянии пять метров (предпочтительно семь метров) влияет на оценку всей глубины картинки поля за счет "подтаскивания" оцененного положения панели с диффузией Рэлея за порог восприятия расстояния за счет бинокулярного совмещения. Такой эффект связан с яркостью проектора света и с тем фактом, что, помимо панели с диффузией Рэлея, проектор света как таковой является единственным пространственно локализованным элементом, воспринимаемым наблюдателем. В принципе, при взгляде на панель с диффузией Рэлея проектор света принуждает глаза наблюдателя настроиться таким образом, как если бы они смотрели на очень удаленный объект. Тогда сознание подталкивается такой настройкой глаз к тому выводу, что объект в середине визуального поля, то есть свет, испускаемый панелью с диффузией Рэлея, находится очень далеко по сравнению с реальным положением панели как таковой. Кроме того, эффекту восприятия источника рассеянного света на значительном расстоянии от наблюдателя благоприятствует тот факт, что свет, рассеиваемый панелью с диффузией Рэлея, имеет те же цвет и яркость (по сравнению с пропущенным светом), которые типичны для цвета неба. Такой эффект из-за упомянутого выше механизма воздушной перспективы особенно эффективен, что вызывает восприятие проектора света на фактически бесконечном расстоянии. Заявитель также заметил, что описанный эффект, то есть визуальное восприятие бесконечной глубины поля (с настоящего момента называемый "эффектом прорыва"), имеет место вне зависимости от направления наблюдения через панель с диффузией Рэлея.

В дополнение к этому заявитель заметил, что одна воздушная перспектива не может абсолютно гарантировать эффект прорыва, если проектор света находится вне визуального поля, так как превалируют другие психофизические механизмы, такие как фокусирование на царапинах или границах панели с диффузией Рэлея.

Помимо этого, заявитель заметил, что упомянутый выше эффект прорыва уменьшается всякий раз, когда проектор света расположен рядом с панелью с диффузией Рэлея, например, без каких-либо зеркал или линз для перемещения на расстояние ее фактического изображения. Фактически расстояние проектора света было бы в этом случае легко оценено наблюдателем, что ограничило бы глубину поля всей картинки, несмотря на вклад воздушной перспективы. Аналогичным образом, заявитель заметил, что упомянутый выше эффект прорыва уменьшается всякий раз, когда проектор света не окружен черным равномерным фоном. Фактически наблюдатель может определить расстояние от фона, отличающегося от черного и равномерного фона, что ограничивает глубину поля всей картинки, несмотря на вклад воздушной перспективы.

Подробное описание предпочтительных вариантов реализации

С учетом указанного выше на Фиг.1 показана система 1 искусственного освещения, которая с настоящего момента кратко будет называться осветительной системой 1.

Если говорить подробно, осветительная система 1 содержит первый источник 2 света, предпочтительно направленный, то есть выполненный, с возможностью испускать свет под телесным углом испускания меньше 4π стерадиан. Помимо этого, первый источник 2 света испускает свет в видимом диапазоне спектра, то есть с длинами волн между 400 нм и 700 нм. Кроме того, первый источник 2 света испускает свет (видимое электромагнитное излучение) со спектральной шириной Δλ предпочтительно выше 100 нм, более предпочтительно выше 170 нм. Спектральная ширина Δλ может быть задана как стандартное отклонение спектра длин волн первого источника света.

Осветительная система 1 также включает первую панель 4 рассеивателя, которая, например, выполнена в форме параллелепипеда. В частности, первая панель 4 рассеивателя ограничена первой поверхностью S₁ и второй поверхностью S₂, которые параллельны; предпочтительно первая панель 4 рассеивателя является тонкой, т.е. ее толщина w, измеренная в направлении, перпендикулярном первой и второй поверхностям S₁ и S₂, имеет значение в квадрате не выше 5%, предпочтительно 1%, от площади первой и второй поверхностей S₁ и S₂.

Если говорить более конкретно, в варианте, показанном на Фиг.1, первая панель 4 рассеивателя работает как так называемый рассеиватель Рэлея, т.е. как панель, которая, по существу, не поглощает свет в видимом диапазоне и которая рассеивает более эффективно коротковолновые компоненты падающего света по сравнению с длинноволновыми, например панель, которая, по существу, не поглощает свет в видимом диапазоне и которая рассеивает световые лучи с длиной волны λ=450 нм (голубой), по меньшей мере, в 1,2 раза, предпочтительно, по меньшей мере, в 1,4 раза, более предпочтительно, по меньшей мере, в 1,6 раза более эффективно, чем световые лучи с длиной волны λ=650 нм (красный), причем эффективность рассеивания задается отношением между мощностью излучения рассеянного света и мощностью излучения падающего света. Оптические свойства и микроскопические характеристики рассеивателей, подобных рассеивателю Рэлея, также описаны подробно в заявке на патент ЕР2304478, принадлежащей тому же заявителю. Дополнительная информация по микроскопическим особенностям также приведена далее.

В варианте, показанном на Фиг.1, первый источник 2 света вертикально выровнен относительно первой панели 4 рассеивателя, т.е. расположен вдоль оси Н, которая перпендикулярна первой и второй поверхностям S₁ и S₂ и проходит через центр тяжести этих последних (на Фиг.1 центр тяжести первой поверхности S₁ обозначен символом О). Если говорить в общем, за исключением мест, где указано иное, в настоящем описании термин "центр тяжести" используется в его геометрическом значении вместо его физического значения (центр масс), следовательно, он также применим к плоским поверхностям и в любом случае к объектам, имеющим, по существу, бесконечно малую толщину. Таким образом, термин "центр тяжести" должен восприниматься как "геометрический центр" или "центроид", и он совпадает при условии, что объект (или поверхность) имеет бесконечно малую толщину, с центром масс этого последнего, вычисленным при предположении, что объект имеет равномерную плотность и, в точности, бесконечно малую толщину. Помимо этого, первый источник 2 света полностью освещает первую панель 4 рассеивателя. Однако возможны варианты, в которых первый источник 2 света установлен не по оси относительно центра тяжести первой и второй поверхностей S₁ и S₂, как описано далее.

Осветительная система 1 оптически привязана к среде, например комнате 6, выполненной в форме параллелепипеда и ограниченной нижней стеной Р₁, верхней стеной Р₂ и четырьмя боковыми стенами Р₁. В частности, без потери общего характера предполагается, что верхняя стена Р₂ имеет полость 8, которая имеет, если смотреть сверху, ту же форму, что и первая панель 4 рассеивателя, и полностью заполнена этой последней. В любом случае настоящее изобретение не ограничивается формой и/или расположением полости 8; в качестве примера, согласно дополнительным вариантам (не показаны) полость может быть образована внутри боковой стены. Кроме того, настоящее изобретение не ограничивается его использованием в пространствах внутри помещения; поэтому возможны варианты, в которых осветительная система 1 используется как система для дневного освещения вне дома в ночное время. Таким образом, осветительная система 1 может быть привязана к среде вне дома, т.е. среде, эквивалентной комнате, стенки которой либо являются черными, либо установлены на бесконечно большом расстоянии.

Осветительная система 1 содержит опорный элемент 10, который ограничивает вместе с первой поверхностью S₁ первой панели 4 рассеивателя внешний объем V, который является внешним по отношению к комнате 6; первый источник 2 света помещен внутрь внешнего объема V. Хотя это не показано, возможны варианты, в которых опорный элемент 10 механически привязан к комнате 6 таким образом, что внешний объем V ограничен, по меньшей мере, частично также стеной комнаты 6, в качестве примера верхней стеной Р₂.

Опорный элемент 10 внутри покрыт внутренним слоем 12, состоящим из материала, способного поглощать падающее световое излучение, таким материалом, например, является материал с черным цветом и коэффициентом поглощения выше 70%, предпочтительно выше 90%, наиболее предпочтительно выше 95%, даже более предпочтительно выше 97% в видимом диапазоне. Задачей внутреннего слоя 12 является поглощение падающего излучения, которое идет, например, непосредственно от первого источника 2 света или образуется в результате процессов отражения и/или рассеивания, осуществляемых первой панелью 4 рассеивателя, или идет от комнаты 6 через первую панель 4 рассеивателя. Предпочтительно объем V внутри покрыт внутренним слоем 12 полностью за исключением первой поверхности S₁ первой панели 4 рассеивателя. Другими словами опорный элемент 10 и внутренний слой 12 задают типа темного ящика (или камеры), где термин "темный" относится к состоянию небольшого освещения и/или к способности поглощать свет, чтобы сделать ящик едва видимым, как описано ниже; таким образом, в дальнейшем ссылка также будет делаться на темный ящик 10. Свет может входить/выходить из темного ящика только через первую панель 4 рассеивателя.

Снова обращаясь к первой панели 4 рассеивателя и предполагая, что световой пучок, созданный осветительным точечным источником стандарта D65 CIE (Международной комиссии по освещению) на большом расстоянии от первой панели 4 рассеивателя (пучок, таким образом, образованный световыми лучами, параллельными друг другу) и направленный перпендикулярно первой поверхности S₁, первая панель 4 рассеивателя разделяет такой пучок на четыре компонента, в частности, на:

- пропущенный компонент, образованный световыми лучами, которые проходят через первую панель 4 рассеивателя и не испытывают значительных отклонений, т.е. световыми лучами, испытывающими отклонение меньше чем 0,1°, со световым потоком, который является долей τ_direct общего светового потока, падающего на первую панель 4 рассеивателя;

- компонент прямого рассеивания, образованный световыми лучами, выходящими со второй поверхности S₂ в направлениях, которые распределены вокруг направления, перпендикулярного второй поверхности S₂ (за исключением такого перпендикулярного направления и направлений, отличающихся от такого перпендикулярного направления на угол меньше 0,1°, со световым потоком, который является долей τ_scattered общего светового потока, падающего на первую панель 4 рассеивателя;

- компонент обратного рассеивания, образованный световыми лучами, выходящими с первой поверхности S₁ в направлениях, которые распределены вокруг направления, перпендикулярного первой поверхности S₁ (за исключением такого перпендикулярного направления и направлений, отличающихся от такого перпендикулярного направления на угол меньше 0,1°), со световым потоком, который является долей ρ_scattered общего светового потока, падающего на первую панель 4 рассеивателя; и

- отраженный компонент, образованный световыми лучами, выходящими с первой поверхности S₁ (или берущими на ней начало) в направлении под зеркальным углом (например, перпендикулярном или отличающемся от перпендикулярного на угол меньше 0,1° в представленном случае) к первой поверхности S₁, со световым потоком, который является долей ρ_direct общего светового потока, падающего на первую панель 4 рассеивателя.

С учетом указанного выше оптические свойства первой панели 4 рассеивателя таковы, что:

- τ_scattered находится в диапазоне 0,05-0,5, предпочтительно 0,07-0,4, более предпочтительно 0,1-0,3, еще более предпочтительно 0,15-0,25;

- средняя коррелированная цветовая температура (ССТ) ССТ_τ_scattered компонента прямого рассеяния значительно выше средней коррелированной цветовой температуры ССТ_τ_direct пропущенного компонента, а именно ССТ_τ_scattered > h*ССТ_τ_direct c h=1,2, предпочтительно h=1,3, более предпочтительно h=1,5;

- первая панель 4 рассеивателя не поглощает значительно падающий свет, а именно сумма τ_direct + τ_scattered + ρ_direct + ρ_scattered, по меньшей мере, равна 0,8, предпочтительно 0,9, более предпочтительно 0,95, еще более предпочтительно 0,97;

- первая панель 4 рассеивателя рассеивает главным образом вперед, а именно τ_scattered > η*ρ_scattered, где η, по меньшей мере, равно 1,1, предпочтительно η=1,3, более предпочтительно η=1,5, еще более предпочтительно η=2; и

- первая панель 4 рассеивателя имеет низкое отражение, а именно ρ_direct <0,09, предпочтительно <0,06, более предпочтительно <0,03, еще более предпочтительно <0,02.

Если говорить более подробно, первая панель 4 рассеивателя содержит сплошную матрицу из первого материала (например, смолы, имеющей превосходную оптическую прозрачность, такой как термопластичные смолы, термоусадочные смолы, фотоотверждаемые смолы, акриловые смолы, эпоксидные смолы, смолы из сложного полиэфира, полистироловые смолы, полиолефиновые смолы, полиамидные смолы, полиимидные смолы, смолы из поливинилалкоголя, бутираловые смолы, смолы на основе фтора, смолы из винилацетата или пластики, такие как поликарбонат, жидкокристаллические полимеры, простой эфир полифенилена, полисульфон, полиэфирсульфон, полиарилат, аморфный полиолефин, либо их смеси или сополимеры), в котором распределены наночастицы второго материала (например, неорганического оксида, такого как ZnO, TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃), причем этот второй материал имеет коэффициент преломления, отличающийся от коэффициента преломления первого материала. Как первый, так и второй материалы, в принципе, не поглощают электромагнитное излучение в видимом диапазоне длин волн.

Помимо этого, в варианте, показанном на Фиг.1, первая панель 4 рассеивателя является однородной в том смысле, что в любой точке этой панели 4 ее физические характеристики в этой точке не зависят от точки как таковой. Кроме того, первая панель 4 рассеивателя является монолитной, а именно сплошная матрица не обладает какой-либо прерывистостью из-за склейки или механического соединения. Такие характеристики первой панели 4 рассеивателя, однако, не являются обязательными для целей настоящего изобретения, хотя они делают изготовление первой панели 4 рассеивателя более легким.

Если говорить конкретнее, наночастицы могут быть монодисперсными. Наночастицы могут быть выполнены сферической или иной формы. Эффективный диаметр D наночастиц (для определения в случае несферической формы см. ниже) находится в диапазоне [5 нм - 350 нм], предпочтительно [10 нм - 250 нм], более предпочтительно [40 нм - 180 нм], еще более предпочтительно [60 нм - 150 нм], где эффективный диаметр D задается диаметром наночастиц, умноженным на коэффициент преломления первого материала.

Помимо этого, наночастицы распределены внутри первой панели 4 рассеивателя таким образом, что их поверхностная плотность, а именно число N наночастиц на квадратный метр, т.е. число наночастиц в объемном элементе, ограниченном частью первой поверхности S₁, имеющей площадь 1 м², удовлетворяет условию N≥N_min, где:

где ν – размерная константа, равная 1 метру⁶, N_min выражается как число/метр², эффективный диаметр D выражается в метрах и где m равно отношению коэффициента преломления второго материала к коэффициенту преломления первого материала.

Предпочтительно наночастицы распределены равномерно, по меньшей мере, пока это касается поверхностной плотности, т.е. поверхностная плотность, по существу, равномерна для первой панели 4 рассеивателя, но распределение наночастиц может изменяться в направлении, перпендикулярном первой и второй поверхностям S₁, S₂. Поверхностная плотность меняется, например, на менее 5% от средней поверхностной плотности. Под поверхностной плотностью здесь подразумевается величина, заданная на площадях больше 0,25 мм².

В качестве альтернативы, возможны варианты, в которых поверхностная плотность меняется, чтобы компенсировать различия в освещении на первой панели 4 рассеивателя, которая освещена первым источником 2 света. Например, поверхностная плотность N(x,y) в точке (x,y) в пределах S₁ может быть связана с яркостью I(x,y), создаваемой первым источником 2 света в точке (x,y) через уравнение N(x,y)=N_av*I_av/I(x,y)±5%, где N_av и I_av – усредненные яркость и поверхностная плотность, причем эти последние величины усреднены по первой поверхности S₁. В этом случае яркость первой панели 4 рассеивателя выровнена по этой панели 4, несмотря на неравномерность профиля яркости первого источника 2 света на первой панели 4 рассеивателя. В этой связи напомним, что яркость является световым потоком пучка, исходящего с поверхности (или падающего на поверхность) в заданном направлении, на единицу проецированной площади поверхности, если смотреть с заданного направления, и на единицу телесного угла, как указывается в качестве примера в стандарте Е284-09а ASTM (Американского общества испытания материалов).

В пределах небольшого D и небольших объемных долей (т.е. толстые панели) ожидается, что поверхностная плотность N=N_min дает эффективность рассеивания приблизительно 5%. По мере увеличения числа наночастиц на единицу площади ожидается, что эффективность рассеивания будет расти пропорционально N, до тех пор, пока не возникнет множественное рассеивание или интерференции (в случае большой объемной доли), что может повлиять на качество цвета. На выбор числа наночастиц, таким образом, влияет поиск компромисса между эффективностью рассеивания и требуемым цветом, как подробно описано в заявке на патент ЕР2304478. Кроме того, по мере увеличения размера наночастиц растет отношение η=τ_scattered/ρ_scattered прямого светового потока к обратному, причем такое отношение равно единице в пределе Рэлея. Помимо этого, по мере роста η становится меньше апертура прямого рассеивания. Таким образом, на выбор η влияет поиск компромисса между наличием рассеивания света под большими углами и минимизацией потока обратно рассеянного света. Однако, по сути, известным образом на первую и вторую поверхности S₁ и S₂ может быть нанесен противоотражательный слой (не показан) с целью минимизации ρ_direct; за счет этого поднимается световая эффективность осветительной системы 1 и уменьшается видимость первой панели 4 рассеивателя (как физического элемента) для наблюдателя в комнате 6.

Однако возможны варианты, в которых наночастицы не имеют сферической формы; в таком случае эффективный диаметр D может быть задан как эффективный диаметр эквивалентных сферических частиц, а именно эффективный диаметр сферических частиц, имеющих тот же объем, что и упомянутые наночастицы.

Кроме того, возможны варианты, в которых наночастицы являются полидисперсными, т.е. их эффективные диаметры характеризуются распределением N(D). Такое распределение описывает число наночастиц на единицу поверхности и единичный интервал эффективного диаметра по соседству с эффективным диаметром D, то есть, число частиц на единицу поверхности, имеющих эффективный диаметр между D₁ и D₂, равно . Эти эффективные диаметры могут находиться в диапазоне [5 нм – 350 нм], т.е. распределение может быть ненулевым в пределах этого диапазона. В этом случае, учитывая, что эффективность рассеяния приближенно растет, т.е. в пределе небольших частиц, с шестой степенью диаметра наночастиц, полидисперсное распределение ведет себя приближенно как монодисперсное распределение с репрезентативным диаметром D'_eff, заданным как:

где

D'_eff может быть выбран таким образом, чтобы он лежал в диапазоне [5 нм - 350 нм], предпочтительно [10 нм - 250 нм], более предпочтительно [40 нм - 180 нм], еще более предпочтительно [60 нм - 150 нм].

Помимо этого, первая панель 4 рассеивателя находится на расстоянии d от первого источника 2 света, измеренном вдоль оси Н. Такое расстояние d может меняться в соответствии с ожидаемым положением наблюдателя внутри комнаты 6 таким образом, чтобы расстояние между ожидаемым положением наблюдателя и первым источником 2 света было равно, по меньшей мере, пяти метрам, предпочтительно семи метрам. Например, в случае варианта использования, по типу относящегося к потолочному, расстояние d может быть равно трем метрам. В качестве предосторожности расстояние d может быть равно пяти метрам в случае, если наблюдатель находится очень близко ко второй поверхности S₂.

Согласно другому варианту, показанному на Фиг.2, первый источник 2 света и в этот раз установлен внутри внешнего объема V, но установлен не по оси, т.е. сбоку относительно первой панели 4 рассеивателя, т.е. он не пересекается любой линией, которая проходит через первую панель 4 рассеивателя и параллельна оси Н. Кроме того, осветительная система 1 включает отражающую систему 20, которая включает первое зеркало 22 и создает путь света, который соединяет первый источник 2 света с первой панелью 4 рассеивателя; другими словами, световые лучи, созданные первым источником 2 света, транспортируются отражающей системой 20 на первую поверхность S₁. Первое зеркало 22 вызывает последнее отклонение (т.е. последнее изменение направления) пути света перед первой панелью 4 рассеивателя.

В дополнение к этому, первый источник 2 света и отражающая система 20 таковы, что первая панель 4 рассеивателя полностью освещается световыми лучами, идущими от первого источника 2 света. Кроме того, по причинам, которые более точно будут описаны позднее, первая панель 4 рассеивателя и отражающая система 20 установлены таким образом, что они удовлетворяют следующему геометрическому условию. Отсутствуют пары, составленные световым лучом RL1 и световым лучом RL2, такие что:

- световой луч RL1 проходит через первую панель 4 рассеивателя (в качестве примера, идя из комнаты 6) или берет свое начало на первой панели 4 рассеивателя; и

- световой луч RL2 представляет собой отражение светового луча RL1 отражающей системой 20 и он направлен таким образом, чтобы снова падать на первую поверхность S₁.

Упомянутое выше геометрическое условие по световым лучам RL1 и RL2 эквивалентно утверждению, что ни один световой луч, созданный внутри комнаты 6 и пересекающий первую поверхность S₁ в первой точке, не может быть впоследствии отражен отражающей системой 20 таким образом, что он снова попадает на первую поверхность S₁ во второй точке. Даже в качестве альтернативы отражающая система 20 установлена таким образом, что все поступающие световые лучи, исходящие от первой поверхности S₁ и падающие на отражающую систему 20, независимо от положения на первой поверхности S₁, из которого исходят поступающие световые лучи, отражаются на внутренний слой 12.

Упомянутое выше геометрическое условие по световым лучам RL1 и RL2 приводит к уменьшению объема, занимаемого осветительной системой 1, главным образом, с точки зрения объема, занимаемого вне комнаты 6, без ухудшения качества освещения. В частности, осветительная система 1 характеризуется уменьшением пространства, занимаемого по вертикали, т.е. измеренного по оси Н. При условии, что уменьшенное вертикальное пространство является предварительным условием для большого количества вариантов использования, упомянутое выше геометрическое условие позволяет получить эффект прорыва в большом числе ситуаций, представляющих практический интерес. Для краткости с настоящего момента ссылка на вертикальный размер занимаемого пространства будет в основном опускаться.

Если говорить более подробно, кроме того, что оно приводит к уменьшению занимаемого пространства, взаимное расположение отражающей системы 20 и первой панели 4 рассеивателя предотвращает возникновение двух явлений, которые могли бы нарушить естественное качество освещения.

Как показано на Фиг.3, если упомянутое выше геометрическое условие по световым лучам RL1 и RL2 будет нарушено, случится следующее:

- световой луч IR1, созданный первым источником 2 света, попадает в отражающую систему (здесь обозначенную номером 30) и транспортируется на первую панель 4 рассеивателя, пересекает первую панель 4 рассеивателя и достигает наблюдателя; и

- световой луч IR2, созданный первым источником 2 света, попадает в отражающую систему 20 в первый раз, транспортируется первый раз на первую панель 4 рассеивателя, частично отражается из-за отражения Френеля первой поверхностью S₁, попадает в отражающую систему 30 второй раз, транспортируется второй раз на первую панель 4 рассеивателя, пересекает первую панель 4 рассеивателя и достигает наблюдателя с другого направления относительно светового луча IR1.

В этом случае наблюдатель будет видеть два различных изображения первого источника 2 света, которые видятся в различных направлениях. Первое изображение - это изображение, созданное IR1 и всеми световыми лучами, близкими к IR1, т.е. световыми лучами, которые пересекли только один раз первую панель 4 рассеивателя. Второе изображение - это изображение, созданное световым лучом IR2 и всеми световыми лучами, близкими к IR2, т.е. лучами, которые, будучи частично отраженными первой поверхностью S₁, перенаправлены отражающей системой 30 к наблюдателю. Так как отражение Френеля перенаправляет только часть (например, приблизительно 4% на каждую поверхность первой панели 4 рассеивателя для падения почти перпендикулярно и для материала РММА (polymethylmethacrylate - полиметилметакрилат), второе изображение первого источника 2 света слабее первого. Тем не менее, его яркость по-прежнему очень высока; в результате наблюдатель будет ощущать разницу с естественным освещением, которое очевидно характеризуется наличием только одного и