燈具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供一種燈具，包括：平行光光源和散射板，其中，散射板包括接收光線的入光面，以及出射光線的出光面；平行光光源發(fā)出平行光照射至散射板的入光面，平行光的光譜為可見太陽光光譜；散射板還包括透明介質(zhì)，以及分散在透明介質(zhì)內(nèi)的第一類型散射粒子，其中，第一類型散射粒子對經(jīng)散射板的入光面接收的光形成瑞利散射；散射板的入光面接收平行光光源發(fā)出的平行光，第一類型散射粒子對平行光進(jìn)行瑞利散射，并從散射板的出光面射出。通過本發(fā)明實施例的燈具用戶能感受到和日光一樣的平行光線，以及和日光一樣的色溫，并能體會到藍(lán)色天穹的感覺和太陽的視覺效果從而使用戶能夠體會真正的日光照射的自然的感受，提升用戶體驗。
【專利說明】
燈具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明實施例涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種燈具?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在宇宙空間中由于沒有大氣，當(dāng)人們沒有正面面對太陽或者恒星時，太陽光或者恒星的光線無法通過散射或折射進(jìn)入人眼，因此天空是黑色。而從地球上看，由于大氣粒子對光線進(jìn)行了散射，可以看到，在晴天的情況下，經(jīng)過散射的自然光使天空呈現(xiàn)明亮的藍(lán)色或者淡藍(lán)色。而在陰天的情況下，經(jīng)過散射的自然光使天空呈現(xiàn)正白色，而在早晚的地平線的天空呈現(xiàn)橘紅色。
[0003]在現(xiàn)代建筑中，由于空間限制經(jīng)常缺乏自然光或出現(xiàn)采光不足的情況，為改善這種情況，在大部分建筑中都安裝了人工照明的燈具，但是，這些燈具發(fā)出的光在亮度和色溫方面始終固定，不能像自然光一樣隨著季節(jié)或一天中的時間的變化而變化，也不能隨著天氣狀況的變化而變化，這種光智能滿足人的照明需求，而忽略了人對自然光線和環(huán)境的需求。
[0004]此外，當(dāng)人長時間在這種亮度和色溫始終不變的環(huán)境下工作，會引起視覺疲勞，甚至引起心理的不適。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)的燈具，不能使用戶在視覺上感受到真實日照效果，也不能感受到藍(lán)色天穹，無法給人以視覺上和心理上的滿足感。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例的目的在于提供一種燈具，能夠模擬真實日照的感覺，讓用戶感受到藍(lán)色的天穹以和日光照射的感覺。
[0007]本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明一實施例提供一種燈具，包括:平行光光源和散射板，其中，散射板包括接收光線的入光面，以及出射光線的出光面；
[0009]平行光光源發(fā)出平行光照射至散射板的入光面，平行光的光譜為可見太陽光光譜；
[0010]散射板還包括透明介質(zhì)，以及分散在透明介質(zhì)內(nèi)的第一類型散射粒子，其中，第一類型散射粒子對經(jīng)散射板的入光面接收的光形成瑞利散射；
[0011]散射板的入光面接收平行光光源發(fā)出的平行光，第一類型散射粒子對平行光進(jìn)行瑞利散射，并從散射板的出光面射出。
[0012]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，還包括第二類型散射粒子，第二類型散射粒子分散在散射板的透明介質(zhì)內(nèi)，第二類型散射粒子對經(jīng)散射板的入光面接收的光形成米氏散射，經(jīng)第二類型散射粒子形成的米氏散射光線經(jīng)散射板的出光面射出。
[0013]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，平行光光源由多個平行光單元組成，平行光單元能夠發(fā)出平行光。
[0014]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，平行光單元包括點光源、非球面透鏡和菲涅爾透鏡，點光源發(fā)出的光線依次經(jīng)過非球面透鏡和菲涅爾透鏡形成平行光出射。
[0015]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，第一類型散射粒子以第一預(yù)設(shè)濃度均勻分散在透明介質(zhì)內(nèi)，和/或，第二類型散射粒子以第二預(yù)設(shè)濃度均勻分散在透明介質(zhì)內(nèi)。
[0016]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，第一預(yù)設(shè)濃度和第二預(yù)設(shè)濃度都能夠調(diào)整。
[0017]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，散射板的入光面和散射板的出光面相互平行;或者，散射板的入光面和散射板的出光面形成預(yù)設(shè)夾角。
[0018]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，透明介質(zhì)為液體，或者，透明介質(zhì)為固體。
[0019]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，當(dāng)透明介質(zhì)為液體時，第一類型散射粒子，和/或，第二類型散射粒子在透明介質(zhì)中形成液體溶膠。
[0020]本發(fā)明另一實施例還提供一種燈具，其中，第一類型散射粒子包含至少一種能夠產(chǎn)生瑞利散射效果的粒子;第二類型散射粒子包含至少一種能夠產(chǎn)生米散射效果的粒子。
[0021]本發(fā)明實施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:本發(fā)明實施例的一種燈具采用光譜與太陽光中的可見光一致的平行光光源，該平行光光源發(fā)出的平行光照射到散射板，通過散射板內(nèi)的散射粒子對光線進(jìn)行散射，當(dāng)光線從散射板出射之后，當(dāng)用戶觀察散射板的出光面時，若觀察的方向和平行光光線平行，則觀察者能體會到視覺上“太陽”的感覺，出光面其他區(qū)域呈現(xiàn)類似天空的藍(lán)色。而在其他位置，當(dāng)觀察的方向和平行光光線不平行時，則只能夠看到散射板的出光面呈現(xiàn)藍(lán)色的散射光，同時出射光線的色溫降低。從而使得用戶能夠通過本發(fā)明實施例的燈具感受到和日光一樣的平行光線，以及和日光一樣的色溫，并能體會到藍(lán)色天穹的感覺，若觀察方向和平行光光線平行還能夠同時觀察到視覺上的“太陽”。從而使用戶能夠體會真正的日光照射的自然的感受，提升用戶體驗?！靖綀D說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。[0〇23]圖1為本發(fā)明一實施例一種燈具結(jié)構(gòu)不意圖；
[0024]圖2為本發(fā)明一實施例一種燈具中第一類型散射粒子對光線的散射示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明一實施例一種燈具中第二類型散射粒子對光線的散射示意圖?！揪唧w實施方式】
[0026]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0027]本發(fā)明發(fā)明人在研究模擬日光的燈具時發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中模擬日光的燈具裝置或方法有以下三個缺點:其一，不能模擬日光中平行光照射的感覺;其二，不能模擬藍(lán)色天穹； 其三，不能夠模擬視覺上“太陽”的效果。
[0028]現(xiàn)有技術(shù)還通過藍(lán)色透明玻璃或者亞克力這類的透明介質(zhì)，當(dāng)光線透過這些透明介質(zhì)，吸收除了藍(lán)色之外的其他光線，而藍(lán)色光線則透過透明介質(zhì)出射，這樣的藍(lán)色玻璃雖然可以模擬藍(lán)色的天幕，但是出射光線卻變成了比白光更冷的藍(lán)光，更不能模擬真實自然光照的感覺和太陽的視覺效果。發(fā)明人通過大量的研究和實驗，發(fā)明本發(fā)明實施例的燈具。
[0029]圖1為本發(fā)明一實施例一種燈具結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)圖1所示，本發(fā)明實施例一種燈具，包括:平行光光源1 〇和散射板20，其中，散射板20包括入光面21和出光面22;
[0030]平行光光源10發(fā)出平行光照射至散射板20的入光面21，平行光的光譜為可見太陽光光譜，或者為近似的可見太陽光光譜；
[0031]其中，散射板20包括接收光線的入光面21，以及出射光線的出光面22，該散射板20 的入光面21和出光面12可以相互平行，也可以相互形成一個預(yù)設(shè)的角度。改變散射板20的出光面22和入光面21之間的角度可以調(diào)整從出光面22射出的光的角度，可以使得光線照射不同的方向。[〇〇32]散射板20還包括透明介質(zhì)，以及分散在透明介質(zhì)內(nèi)的第一類型散射粒子，其中，第一類型散射粒子對散射板的入光面接收的光進(jìn)行瑞利散射。[〇〇33]具體而言，平行光光源10發(fā)出平行光照射至散射板20的入光面21，光線透過散射板的入光面之后，進(jìn)入透明介質(zhì)，當(dāng)光線在透明介質(zhì)中照射到第一類型散射粒子上時，第一類型散射粒子對光線進(jìn)行瑞利散射，當(dāng)光線穿過透明介質(zhì)但沒有照射到第一類型散射粒子上時，該光線則直接穿過透明介質(zhì)。上述照射到第一類型散射粒子進(jìn)行瑞利散射的光線，以及上述直接穿過散射板的透明介質(zhì)的光線，從散射板的出光面射出。[〇〇34]可以理解的是，瑞利散射又稱“分子散射”。當(dāng)散射粒子尺度遠(yuǎn)小于入射光波長時， 其各方向上的散射光強(qiáng)度是不一樣的，該強(qiáng)度與入射光的波長四次方成反比，這種現(xiàn)象稱為瑞利散射。散射的光線在光線前進(jìn)方向和反方向上的程度是相同的，而在與入射光線垂直的方向上程度最低。
[0035]通過本發(fā)明實施例，本發(fā)明實施例的一種燈具能夠?qū)钠叫泄夤庠瓷涑龅缴⑸浒迦牍饷?，光線經(jīng)過透明介質(zhì)和分散在透明介質(zhì)內(nèi)的散射粒子時由第一類型粒子形成瑞利散射，形成瑞利散射的第一類型粒子能夠?qū)⒍滩ㄩL光線藍(lán)光和紫光進(jìn)行強(qiáng)烈的散射，對長波長光線直接通過或吸收很少，這樣就能在正白色光線通過此散射板后，散射板散射出藍(lán)色的光線，而經(jīng)過本發(fā)明實施例散射板的光線則呈現(xiàn)暖白的色溫，因而使得在同一時間呈現(xiàn)藍(lán)色天幕和平行的暖白自然光以及視覺上“太陽”的效果。
[0036]通過本發(fā)明實施例的燈具，采用具有近似太陽光中的可見光光譜的平行光作為光源發(fā)出近似太陽光中可見光光譜一致的平行光，散射板中的散射粒子對該平行光進(jìn)行瑞利散射，在散射板的出光面可以觀察到直接透射穿過散射板透明介質(zhì)的平行光，也可以觀察到經(jīng)過瑞利散射的藍(lán)色的散射光，從而使得用戶能夠通過本發(fā)明實施例的燈具感受到和日光一樣的平行光線，以及和日光一樣的色溫，并能體會到藍(lán)色天穹的感覺，以及視覺上“太陽”的效果，從而使用戶能夠體會真正的日光照射的自然的感受，提升用戶體驗。
[0037]進(jìn)一步的，本發(fā)明實施例的燈具，還包括第二類型散射粒子，該第二類型散射粒子分散在透明介質(zhì)內(nèi)，第二類型散射粒子對散射板的入光面接收的光形成米氏散射，經(jīng)第二類型散射粒子形成的米氏散射光線經(jīng)散射板的出光面射出。
[0038]第二類型散射粒子能夠?qū)ι⑸浒宓娜牍饷娼邮盏墓庑纬擅资仙⑸?，?dāng)平行光光源發(fā)出的平行光經(jīng)過散射板的入光面進(jìn)入透明介質(zhì)，該光線可以照射到第二類型散射粒子上，此時，光線經(jīng)第二類型散射粒子散射形成的米氏散射光線經(jīng)散射板的出光面射出。 [〇〇39]可以理解的是，米氏散射，又稱米散射，是一種“粗粒散射”或者“大顆粒散射”。當(dāng)散射粒子尺度接近或大于入射光波長時，其散射的光強(qiáng)在各方向是不對稱的，其中大部分入射光線沿著前進(jìn)方向進(jìn)行散射，這樣的現(xiàn)象稱為米散射。
[0040]在本發(fā)明該實施例中，當(dāng)光線進(jìn)入透明介質(zhì)，有三種可能性:其一，光線既沒有照射到第一類型散射粒子上，也沒有照射到第二類型散射粒子上，而是直接穿過透明介質(zhì)從散射板的出光面射出；其二，光線照射到第一類型散射粒子上進(jìn)行瑞利散射之后從散射板的出光面射出；其三，光線照射到第二類型散射粒子上進(jìn)行米氏散射之后從散射板的出光面射出。還有一種可能性就是既經(jīng)過瑞利散射也經(jīng)過米散射過程，但是需要注意的一點是不碰撞到任何粒子的概率是極小極小的。
[0041]在本發(fā)明實施例中，透明介質(zhì)中同時包含對光線進(jìn)行瑞利散射的第一類型散射粒子和對光線進(jìn)行米氏散射的第二類型散射粒子兩種散射粒子，從而對入射的光線產(chǎn)生瑞利散射和米氏散射，由于真實的大氣散射總是包含瑞利散射和米氏散射，因此，本發(fā)明實施例中包含瑞利散射和米氏散射時，可以更完善的模擬真實日光照射的感覺。
[0042]圖2為本發(fā)明實施例中以多個平行光單元組成平行光光源陣列示意圖。如圖2所示，在本發(fā)明實施例中，平行光光源由多個平行光單元組成，平行光單元能夠發(fā)出平行光。 在圖2中，平行光光源由3行3列的9個平行光單元組成。
[0043]例如，當(dāng)平行光光源為具有日光可見光光譜的大面積平行光光源時，可以使用多個小面積的平行光單元進(jìn)行拼接實現(xiàn)，每個平行光單元都射出光譜為日光可見光光譜的平行光。例如，平行光單元的照射面積為l〇*l〇cm2,則可以采用25個平行光單元拼接組合形成 50*50cm2的大面積的平行光光源。在例如，可以采用100個平行光單元拼接組合形成100* 100cm2的大面積的平行光光源。以上兩種具體數(shù)值僅僅是舉例，在采用多個平行光單元拼接組成大面積平行光光源時，可以考慮大面積平行光的形狀、面積大小，以及平行光單元的大小。當(dāng)然，在考慮大面積平行光光源的大小和形狀時也可以考慮散射板的大小和形狀。具體如何實現(xiàn)本發(fā)明實施例不做限制。
[0044]在本發(fā)明實施例中，采用多個平行光單元拼接形成大面積平行光光源，可以降低平行光光源的造價，節(jié)省成本，提高商業(yè)價值。
[0045]圖3為本發(fā)明實施例中平行光單元結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)圖3所示，平行光單元包括點光源、非球面透鏡和菲涅爾透鏡。
[0046]點光源發(fā)出的光線經(jīng)過非球面透鏡的第一次折射，從非球面透鏡出射之后入射到菲涅爾透鏡進(jìn)行二次折射，最終從菲涅爾透鏡出射形成平行光出射。
[0047]其中，點光源可以是LED點光源。當(dāng)平行光單元由光源、非球面透鏡和菲涅爾透鏡組成時，平行光單元拼接后排列在一起形成平行光光源的出光面。
[0048]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，第一類型散射粒子以第一預(yù)設(shè)濃度均勻分散在透明介質(zhì)內(nèi)，和/或，第二類型散射粒子以第二預(yù)設(shè)濃度均勻分散在透明介質(zhì)內(nèi)。
[0049]其中，第一預(yù)設(shè)濃度和第二預(yù)設(shè)濃度可以根據(jù)需要產(chǎn)生的散射效果決定。例如，以第一類型散射粒子粒徑為3-10納米的銳鈦型二氧化鈦粒子為例，能夠形成較為強(qiáng)烈的瑞利散射的銳鈦型二氧化鈦粒子在透明介質(zhì)內(nèi)的第一預(yù)設(shè)濃度可以在4-20g/L范圍內(nèi)，形成厚度在l-4mm的透明介質(zhì)層，例如，形成3mm的濃度在4-20g/L的透明介質(zhì)層。以第二類型散射粒子粒徑為18至100納米的親水性二氧化鈦粒子為例，能夠形成較為輕微的米氏散射的親水性二氧化鈦粒子在透明介質(zhì)內(nèi)的第二預(yù)設(shè)濃度可以在〇.1-0.30g/L范圍內(nèi)，形成厚度在 l-4mm的透明介質(zhì)層，例如，形成3mm的濃度在0.1?0.3g/L的透明介質(zhì)層。在上述濃度下，將兩種納米粒子的水溶膠進(jìn)行混合后，形成3_厚度的透明介質(zhì)層，本發(fā)明實施例的散射板可以使經(jīng)過散射板的入光面入射的光線在經(jīng)過透明介質(zhì)和散射粒子時模擬晴朗天空的散射效果。
[0050]例如，以第一類型散射粒子為粒徑為5納米的銳鈦型二氧化鈦粒子為例，能夠形成較為強(qiáng)烈的瑞利散射的銳鈦型二氧化鈦粒子在透明介質(zhì)內(nèi)的第一預(yù)設(shè)濃度可以大約4-20g/L左右，形成厚度在1?4mm的透明介質(zhì)層，例如形成3mm的濃度在4-20g/L的透明介質(zhì)層。以第二類型散射粒子為粒徑為30納米的親水性二氧化鈦粒子為例，能夠形成較為強(qiáng)烈的米氏散射的親水性二氧化鈦粒子在透明介質(zhì)內(nèi)的第二預(yù)設(shè)濃度可以在大約4-20g/L范圍內(nèi)左右，形成厚度在1?4mm的透明介質(zhì)層，例如形成3mm濃度在4-20g/L的透明介質(zhì)層。在上述濃度下，將兩種納米粒子的水溶膠進(jìn)行混合后，形成3mm厚度的透明介質(zhì)層，在這種濃度下，可以使照射到散射板的光線在經(jīng)過散射板透明介質(zhì)和散射粒子時并經(jīng)出光面出射時， 模擬輕度污染的大氣的效果。[〇〇51]可以理解的是，在本發(fā)明實施例中，能夠產(chǎn)生瑞利散射的第一粒子的第一預(yù)設(shè)濃度可以根據(jù)大氣層中能夠產(chǎn)生瑞利散射粒子的濃度確定，能夠產(chǎn)生瑞利散射的第二粒子的第二預(yù)設(shè)濃度可以根據(jù)大氣層中能夠產(chǎn)生米氏散射粒子的濃度確定。當(dāng)某一種類型的散射粒子在透明介質(zhì)中的濃度越大，則相應(yīng)的散射強(qiáng)度越大，例如，當(dāng)?shù)谝活愋蜕⑸淞Ｗ訚舛仍酱螅瑒t瑞利散射強(qiáng)度越大，當(dāng)?shù)谝活愋蜕⑸淞Ｗ訚舛仍叫。瑒t瑞利散射強(qiáng)度越小，同樣的，當(dāng)?shù)诙愋蜕⑸淞Ｗ訚舛仍酱螅瑒t米散射強(qiáng)度越大，當(dāng)?shù)诙愋蜕⑸淞Ｗ訚舛仍叫。瑒t米散射強(qiáng)度越小。[〇〇52]可以理解的是，隨著兩者濃度的變化，入射光線的散射效果會變得不同，從而使得出射光線效果隨著變化。具體來講，第二類散射粒子的濃度越高，則藍(lán)色天幕的藍(lán)色飽和度越低，逐漸向淡藍(lán)色甚至白色天空轉(zhuǎn)變;對于平行光的色溫降低效果越低；出射光的平行度越低，會變得邊緣模糊，出射角度變大;視覺上“太陽”的效果會更大但會變的模糊。
[0053]在本發(fā)明實施例中，由于散射粒子的濃度可調(diào)，平行光光源發(fā)出的平行光經(jīng)過散射板中的散射粒子的散射之后，可以模擬各種情況下日光照射的感覺。[〇〇54]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，第一預(yù)設(shè)濃度與第二預(yù)設(shè)濃度的比例能夠調(diào)整。
[0055]可以理解的是，在本發(fā)明實施例中，第一散射粒子的第一預(yù)設(shè)濃度和第二散射粒子的第二預(yù)設(shè)濃度是可以分別調(diào)整的，當(dāng)著兩者分別調(diào)整時，第一預(yù)設(shè)濃度和第二預(yù)設(shè)濃度的比例，或者這兩者之間的差值都會發(fā)生變化。而兩者比例或者差值的變化也會使得散射效果隨之變化。以比例變化為例，當(dāng)調(diào)整第一類型散射粒子的第一預(yù)設(shè)濃度和第二類型散射粒子的第二預(yù)設(shè)濃度的比例時，可以使得經(jīng)過本發(fā)明實施例散射板的出射光的效果不同，例如，當(dāng)?shù)谝活A(yù)設(shè)濃度高于第二預(yù)設(shè)濃度時，經(jīng)過該散射板可以形成晴天的天幕的效果，而當(dāng)?shù)诙A(yù)設(shè)濃度逐漸增高時，光線經(jīng)過該散射板可以模擬輕度霧霾的天氣的大氣散射效果，而當(dāng)繼續(xù)增加第二類型散射粒子的濃度時則可以進(jìn)一步模擬重度霧霾的天氣的大氣散射效果。
[0056]具體的，在5L蒸餾水中加入25克5納米二氧化鈦粒子和1克30納米二氧化鈦粒子后，攪拌分散均勾，形成3mm的透明介質(zhì)層后，可以模擬瑞利氏散射較多的大氣散射;再例如，在5L蒸餾水中加入25克5納米二氧化鈦粒子和10克30納米二氧化鈦粒子后，攪拌分散均勻，形成3_的透明介質(zhì)層后，可以模擬米氏散射較多的大氣散射。通過類似的方法，可以調(diào)整分散在固體介質(zhì)中的第一類型散射粒子的濃度，和/或，第二類型散射粒子的濃度。在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)整透明介質(zhì)中均勻分布的第一類型散射粒子，和/或，第二類型散射粒子的數(shù)量，可以調(diào)整兩種散射粒子的濃度，從而也可以調(diào)整第一類型散射粒子和第二類型散射粒子濃度的比例。當(dāng)?shù)谝活愋蜕⑸淞Ｗ拥臐舛缺壤岣?，則通過本發(fā)明實施例的散射板能夠模擬天氣晴朗時的大氣層的散射，而當(dāng)?shù)诙愋蜕⑸淞Ｗ拥臐舛缺壤岣邥r，則當(dāng)光線經(jīng)過本發(fā)明實施例的散射板能夠模擬有污染的大氣散射，而進(jìn)一步，通過改變第二類型散射粒子的濃度，或者說，通過改變第二類型散射粒子的濃度和第一類型散射粒子的濃度的比例可以模擬不同真實大氣散射效果。
[0057]更進(jìn)一步的，可以利用瑞利散射和米散射的產(chǎn)生條件公式確定第一類型散射粒子和第二類型散射粒子的濃度以及兩者的濃度比例，通過瑞利散射和米散射的產(chǎn)生條件公式，選擇直徑合適并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定淺色粒子，將之均勻分散在透明度高并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的介質(zhì)中，再通過調(diào)整粒子的濃度，來模擬大氣對于光線的瑞利散射和米散射效果。在本發(fā)明實施例中，散射粒子只要是化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的淺色粒子就可以，包括但并不限于二氧化鈦粒子，透明介質(zhì)可以是液體或者固體，例如亞克力、PC或者玻璃等，只要其性狀穩(wěn)定，不容易與散射粒子反應(yīng)就可以。[〇〇58]在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)整第一預(yù)設(shè)濃度與第二預(yù)設(shè)濃度的比例可以模擬不同情況下的大氣的散射效果。
[0059]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，散射板的入光面和散射板的出光面相互平行，或者，散射板的入光面和散射板的出光面形成預(yù)設(shè)夾角。當(dāng)散射板的入光面和散射板的出光面相互平行時，則散射板對于入射光的散射效果在平面的各個區(qū)域是一樣的。
[0060]當(dāng)散射板的入光面和散射板的出光面形成預(yù)設(shè)夾角時，由于光程短的散射效果小，光程長的散射效果大，因此，能夠讓光線在透明介質(zhì)中形成不同的光程路徑，散射板對于入射光的散射效果在平面的各個區(qū)域是不同的，達(dá)到散射的漸變效果。[0061 ]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，透明介質(zhì)為液體，或者，透明介質(zhì)為固體。
[0062]以透明介質(zhì)為液體透明介質(zhì)為例，第一類型散射粒子，或/和，第二類型散射粒子分散在液體透明介質(zhì)內(nèi)形成穩(wěn)定的液體溶膠，對入射光線產(chǎn)生瑞利散射，或/和，米氏散射。
[0063]例如，當(dāng)透明介質(zhì)為液體透明介質(zhì)時，該液體可以是水，例如，可以是沒有雜質(zhì)的超純水，也可以是蒸餾水，或者，該透明介質(zhì)也可以是其他溶劑，或者混合溶劑，例如水性溶劑或者油性溶劑，水性溶劑例如乙醇溶劑、甲醇溶劑、丙酮溶劑，油性溶劑例如丙二醇溶劑或二甲苯溶劑等。
[0064]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)透明介質(zhì)為液體時，散射板的入光面和散射板的出光面為透明材料。例如，散射板的入光面和出光面為高度透明的固體基材，例如玻璃。采用透明材料作為散射板的入光面和出光面可以使得光線以最大的比例通過入光面和出光面，從而提高經(jīng)過散射板的光線的出光率。
[0065]當(dāng)透明介質(zhì)為固體透明介質(zhì)時，該固體透明介質(zhì)可以是水凝膠，散射粒子均勻的分散水凝膠中，具體的做法可以是是將散射粒子、單體、交聯(lián)劑和水發(fā)生交聯(lián)形成水合物。 以第一類型散射粒子為例，具體的方案可以是，第一類型散射粒子、單體、交聯(lián)劑三者均勻的分散在超純水中，形成散射粒子均勻分散在其中的水凝膠。
[0066]以第一類型分散粒子為二氧化鈦為例，可以將二氧化鈦粒子均勻分散在超純水中，形成二氧化鈦水溶膠，將二氧化鈦水溶膠、丙烯酸和N，N_二甲基丙烯酰胺在催化劑四甲基乙二胺和過硫酸鉀的作用下，形成水凝膠，最終使得二氧化鈦粒子均勻的分散在固體透明介質(zhì)水凝膠中；以第一類型分散粒子為二氧化硅為例，可以將二氧化硅粒子均勻分散在超純水中，形成二氧化硅水溶膠，將二氧化硅水溶膠、丙烯酰胺和N，N_二甲基丙烯酰胺在催化劑四甲基乙二胺和過硫酸鉀的作用下，形成水凝膠，最終使得二氧化硅粒子均勻的分散在固體透明介質(zhì)水凝膠中。
[0067]可以理解的是，在本發(fā)明實施例中，第一類型散射粒子只要滿足能夠在透明介質(zhì)中對入射光線產(chǎn)生瑞利散射就可以，并不限定是某一種或者某幾種本發(fā)明實施例中所舉的例子。值得說明的是，在本發(fā)明實施例中的透明介質(zhì)，如論是液體透明介質(zhì)還是氣體透明介質(zhì)，或者固體透明介質(zhì)，只要透明度高，使得大多數(shù)光線能順利透射，并且能夠很好的分散散射粒子就可以，也不限于本發(fā)明實施例中所舉的例子，在此不一一列舉。
[0068]當(dāng)透明介質(zhì)為固體透明介質(zhì)時，該固體透明介質(zhì)相對的兩個面可以分別作為該散射板的入光面和出光面，第一類型散射粒子分散在固體透明介質(zhì)內(nèi)。例如，透明介質(zhì)為固體透明介質(zhì)時，具體的方案還可以是，將作為散射粒子的納米粒子使用表面改性劑進(jìn)行表面改性，之后混合到甲基丙基酸甲酯內(nèi)進(jìn)行本體聚合成有機(jī)玻璃。
[0069]當(dāng)透明介質(zhì)為固體透明介質(zhì)時，第一類型散射粒子，和/或，第二類型散射粒子可以均勻分散在透明介質(zhì)中。在本發(fā)明實施例中可以將粒子均勻地分散在固態(tài)透明介質(zhì)中， 形成穩(wěn)定的固_固溶膠。例如，可以采用亞克力、PC、玻璃等高透明的固態(tài)材料作為固態(tài)分散介質(zhì)，將納米材料均勻地分布在其中，并且在保證散射粒子在此介質(zhì)中能夠均勻分散不發(fā)生團(tuán)聚的情況下，濃度盡可能大，這樣就可以減小所需達(dá)到散射強(qiáng)度的散射板的厚度，從而避免水溶膠在實際使用上帶來的不便。
[0070]值得說明的是，在本發(fā)明實施例中的固體透明介質(zhì)只要透明度高，使得大多數(shù)光線能順利透射，并且能夠很好的分散散射粒子就可以，在此不一一列舉。
[0071]更進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中的透明介質(zhì)，無論是液體透明介質(zhì)，還是固體透明介質(zhì)，在滿足高度透明并且能夠很好地分散散射粒子的基礎(chǔ)上，同時能夠耐光老化，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，且不容易和散射粒子發(fā)生反應(yīng)，長期放置粒子不沉淀，本體不變性則是本發(fā)明實施例的一種優(yōu)選的透明介質(zhì)。
[0072]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)透明介質(zhì)為液體時，第一類型散射粒子，和/或， 第二類型散射粒子在透明介質(zhì)中形成穩(wěn)定的液體溶膠
[0073]當(dāng)透明介質(zhì)為液體時，第一類型散射粒子，和/或，第二類型散射粒子在透明介質(zhì)中形成穩(wěn)定的液體溶膠。具體的，液體透明介質(zhì)可以是水、超純水、蒸餾水或者是其他性狀透明且均勻穩(wěn)定的單一的或者混合的溶劑。
[0074]具體的，第一類型散射粒子和第二類型散射粒子在透明介質(zhì)中形成穩(wěn)定的液體溶膠。例如，第一類型散射粒子和第二類型散射粒子可以均勻的分散在蒸餾水溶劑中形成穩(wěn)定的水溶膠，再例如，第一類型散射粒子和/或第二類型散射粒子可以均勻的分散在透明的液態(tài)分散介質(zhì)中形成穩(wěn)定的液體溶膠。
[0075]進(jìn)一步的，在本發(fā)明實施例中，第一類型散射粒子包含至少一種能夠產(chǎn)生瑞利散射效果的粒子;第二類型散射粒子包含至少一種能夠產(chǎn)生米散射效果的粒子。[〇〇76]現(xiàn)有理論通常根據(jù)尺度數(shù)a來定義粒子會產(chǎn)生何種散射效果，粒子的直徑為r，尺度數(shù)為a = 2iir/A，A為光波長。
[0077]當(dāng)尺度數(shù)a遠(yuǎn)小于0.1時，可用瑞利散射判斷散射方式；[〇〇78]當(dāng)尺度數(shù)50>a多〇.1時，需用米散射判斷散射方式；[〇〇79] 以480nm藍(lán)光為例，根據(jù)公式，當(dāng)粒子直徑小于7.9nm時，對于波長480nm的藍(lán)光線形成的是瑞利散射，。當(dāng)粒子直徑大于7.9nm小于4微米的情況下，對于波長480nm的藍(lán)光線形成的是米散射。
[0080]本發(fā)明發(fā)明人經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，粒子的散射并不總是遵循上述公式中的規(guī)律。以第一類型散射粒子進(jìn)行說明，例如，5納米銳鈦型二氧化鈦在蒸餾水溶劑中，其產(chǎn)生的光學(xué)散射效果為瑞利散射;30納米氧化鋁在蒸餾水溶劑中，其產(chǎn)生的光學(xué)散射效果為瑞利散射;18納米二氧化硅在蒸餾水溶劑中，其產(chǎn)生的光學(xué)散射效果為瑞利散射。在本發(fā)明實施例中，不對此進(jìn)行列舉。
[0081]發(fā)明人通過大量實驗獲得實驗數(shù)據(jù)來確定粒子的有效散射直徑，發(fā)現(xiàn)粒子對光線進(jìn)行散射的效果與粒子本身的性質(zhì)、形狀，以及粒子所處的介質(zhì)有關(guān)。散射粒子本身是何種物質(zhì)、具備什么形狀及大小，以及某種散射粒子處于何種分散介質(zhì)中，決定了該散射粒子在這種分散介質(zhì)中產(chǎn)生的散射效果，可以理解的是，上述的分散介質(zhì)即透明介質(zhì)。
[0082]具體的確定粒子的有效散射直徑可以通過實驗和統(tǒng)計的方法，例如，要測試特定粒子在某種介質(zhì)中的“有效散射直徑”，先計算理論上光線從入光面到出光面所碰撞的平均粒子數(shù)量，再通過例如光學(xué)儀器測量光線經(jīng)過過程中對特定頻率光線的總體散射強(qiáng)度，用總體散射強(qiáng)度和平均粒子數(shù)量獲取該粒子在這種介質(zhì)中的有效光學(xué)散射強(qiáng)度，再根據(jù)現(xiàn)有理論中散射強(qiáng)度和球形粒子直徑的關(guān)系得出這種特定粒子在這種特定介質(zhì)中的有效散射直徑。[〇〇83]由于上述方法涉及到比較復(fù)雜昂貴的設(shè)備，故本發(fā)明在研究過程中采用光譜儀， 通過測定散射效果滿足的是瑞利散射的公式還是米散射的公式，來簡單區(qū)分此粒子形成的是米散射還是瑞利散射，之后通過調(diào)節(jié)散射粒子的濃度達(dá)到需要的強(qiáng)度。
[0084]因此，在本發(fā)明實施例中，可以通過實驗的方式，測定某種大小的特定粒子在某種特定介質(zhì)中的散射效果滿足哪種散射來區(qū)分這種特定粒子在該特定的介質(zhì)中為第一類型散射粒子或者是第二類型散射粒子，在形成本發(fā)明實施例的散射板時，根據(jù)實驗結(jié)果對粒子和透明介質(zhì)進(jìn)行選材。
[0085]在實際實現(xiàn)中，可以通過上述方法的實驗和統(tǒng)計來得出各種粒子在不同形狀不同大小以及分散在不同介質(zhì)中的散射類型，在此不進(jìn)行贅述。
[0086]在本發(fā)明實施例中，第一類型散射粒子包含至少一種能產(chǎn)生瑞利散射效果的粒子;第二類型散射粒子包含至少一種能產(chǎn)生米散射效果的粒子。
[0087]例如，第一類型散射粒子可以包括以下之一或者組合:
[0088]粒徑為5納米左右的銳鈦型二氧化鈦粒子，該銳鈦型二氧化鈦粒子均勻分散在蒸餾水溶劑中；粒徑為20-30納米的氧化鋁，該氧化鋁粒子均勻分散在蒸餾水溶劑中；粒徑為 18-30納米的二氧化硅粒子，該二氧化硅粒子均勻分散在蒸餾水溶劑中。
[0089]經(jīng)過實驗分析，5納米銳鈦型二氧化鈦水溶膠，其粒子能夠產(chǎn)生瑞利散射，30納米氧化鋁水溶膠，其粒子能夠產(chǎn)生瑞利散射，18納米二氧化硅水溶膠，其粒子能夠產(chǎn)生瑞利散射。
[0090]第二類型散射粒子可以包括以下之一或者組合:
[0091]粒徑為30納米的二氧化鈦粒子在蒸餾水溶劑中，其能夠產(chǎn)生米散射，50納米二氧化硅粒子在蒸餾水溶劑中能夠產(chǎn)生米散射。
[0092]在本發(fā)明實施例中，使用粒徑在18至100納米的親水性二氧化鈦粒子來形成光線的米散射效果，特別的，例如選用平均粒徑為30nm的親水二氧化鈦粒子作為實現(xiàn)米散射的粒子。
[0093]在一個具體的實施例中，為模擬實現(xiàn)晴朗天空日光照射的效果，使用真實太陽光譜的平行光垂直照射穿過厚度為5MM的二氧化鈦納米水溶膠，其中5nm的銳鈦型二氧化鈦納米粒子濃度為5g/L左右，30納米的親水性二氧化鈦納米粒子濃度為0.2g/L左右。
[0094]為模擬實現(xiàn)霧霾天空日光照射的效果，使用的方法是將真實太陽光譜的平行光垂直照射穿過5MM的二氧化鈦納米水溶膠，其中5nm的銳鈦型二氧化鈦納米粒子濃度為5g/L左右，30納米的親水性二氧化鈦納米粒子濃度為5g/L左右。[〇〇95]在另一個具體的實施例中，
[0096]為了實現(xiàn)晴朗天空的日光照射效果，采用如下方案:
[0097]選用不含雜質(zhì)及離子的純凈蒸餾水作為透明介質(zhì)，也可以稱為分散介質(zhì)。[〇〇98]選用5nm的銳鈦型光觸媒二氧化鈦粒子作為實現(xiàn)瑞利散射的第一類型散射粒子； [〇〇99] 選用平均粒徑為18-100nm的親水二氧化鈦粒子，例如30nm的親水二氧化鈦例子作為實現(xiàn)米散射的第二類型散射粒子。
[0100] 平行光光源:選用l〇*l〇CM2照射面積，功率為5W、色溫為70000K的光斑均勻、光譜接近真實太陽光譜的平行光照射模塊，拼接后組合的成50*50CM2的大面積平行光，光照角度為2.5度左右。[〇1〇1]散射板:選用底面為50*5cm，高度為50cm的玻璃容器。頂面預(yù)留小孔作為出入水孔。[〇1〇2] 在5L蒸餾水中加入50-300克，例如100克5納米二氧化鈦粒子和10-50克，例如25克左右30nm納米二氧化鈦粒子后，攪拌分散均勻，灌入散射板容器中，將光源放置在距離散射板約10CM位置，并垂直照射散射板。
[0103]將平行光光源固定好之后，打開平行光光源開關(guān)，在散射板的另一面進(jìn)行觀察，當(dāng)觀察者觀察散射板的出光面，若觀察的方向和平行光的光線正好平行，則可看到視覺上“太陽”的感覺，散射板其他區(qū)域呈現(xiàn)藍(lán)色的散射光，同時從出光面出射的平行光色溫降低，從 7000K的正白光變?yōu)榧s5500K的暖黃光，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以調(diào)整為真實的日光色溫;若觀察的方向和平行光的方向不平行，則能看到整個出光面呈現(xiàn)藍(lán)色的散射光，同時從出光面出射的平行光色溫降低，從7000K的正白光變?yōu)榧s5500K的暖黃光，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以調(diào)整為真實的日光色溫。
[0104]為了模擬輕度污染時的日光照射效果，采用如下方案:
[0105]選用不含雜質(zhì)及離子的純凈蒸餾水作為透明介質(zhì)，也可以稱為分散介質(zhì)。
[0106]第一類型散射粒子:選用5nm的銳鈦型光觸媒二氧化鈦粒子作為實現(xiàn)瑞利散射的粒子。
[0107]第二類型散射粒子:選用平均粒徑為30nm的親水二氧化鈦粒子作為實現(xiàn)米散射的粒子。[〇1〇8] 平行光光源:選用10*10CM2照射面積，功率為5W、色溫為7000K的光斑均勻、光譜接近真實太陽光譜的平行光照射模塊，拼接后組合的成50*50CM2的大面積平行光，光照角度為2.5度左右；[〇1〇9]散射板:選用底面為50*5cm，高度為50cm的玻璃容器。頂面預(yù)留小孔作為出入水孔。
[0110]在5L蒸餾水中加入50-300克，例如100克5納米二氧化鈦粒子和50-300克，例如50 克的18-100納米二氧化鈦粒子，例如30nm二氧化鈦例子后，攪拌分散均勻。灌入散射板容器中，將光源放置在距離散射板約10CM位置，并垂直照射散射板。
[0111]將光源固定好之后，打開開關(guān)，在作為散射板的玻璃容器的另一面進(jìn)行觀察，當(dāng)觀察者觀察散射板的出光面，若觀察的方向和平行光的方向正好平行，則可看到視覺上“太陽”的感覺，散射板其他區(qū)域呈現(xiàn)出低飽和度的淺藍(lán)色，同時從出光面出射的平行光色溫降低，從7000K的正白光變?yōu)榧s6500K的暖黃光，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以調(diào)整為真實的日光色溫； 若觀察的方向和平行光的方向不平行，則能看到整個出光面呈現(xiàn)呈現(xiàn)出低飽和度的淺藍(lán)色，同時從出光面出射的平行光色溫降低，從7000K的正白光變?yōu)榧s6500K的暖黃光，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整可以調(diào)整為真實的日光色溫。之所以色溫降低比較少，是因為米散射對于長波長的光線散射強(qiáng)度更高，并且會使得光線進(jìn)行強(qiáng)烈的前向散射。
[0112]利用本發(fā)明散射板的燈具，其發(fā)出的光經(jīng)過散射板之后能夠模擬經(jīng)過日光經(jīng)過大氣層散射的色溫、平行光效果、藍(lán)色天幕效果、視覺上太陽的效果，從而使人們能在室內(nèi)感受到天空的感覺，提高用戶體驗。
[0113]以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性的勞動的情況下，即可以理解并實施。
[0114]通過以上的實施方式的描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到各實施方式可借助軟件加必需的通用硬件平臺的方式來實現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件?；谶@樣的理解，上述技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機(jī)軟件產(chǎn)品可以存儲在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，如R0M/RAM、磁碟、光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機(jī)設(shè)備(可以是個人計算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行各個實施例或者實施例的某些部分所述的方法。
[0115]最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種燈具，其特征在于，包括:平行光光源和散射板，其中，所述散射板包括接收光線 的入光面，以及出射光線的出光面；所述平行光光源發(fā)出平行光照射至所述散射板的入光面，所述平行光的光譜為可見太 陽光光譜；所述散射板還包括透明介質(zhì)，以及分散在所述透明介質(zhì)內(nèi)的第一類型散射粒子，其中， 所述第一類型散射粒子對經(jīng)所述散射板的入光面接收的光形成瑞利散射；所述散射板的入光面接收所述平行光光源發(fā)出的平行光，所述第一類型散射粒子對所 述平行光進(jìn)行瑞利散射，并從所述散射板的出光面射出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燈具，其特征在于，還包括第二類型散射粒子，所述第二類型散射粒子分散在所述散射板的透明介質(zhì)內(nèi)， 所述第二類型散射粒子對經(jīng)所述散射板的入光面接收的光形成米氏散射，所述經(jīng)第二類型 散射粒子形成的米氏散射光線經(jīng)所述散射板的出光面射出。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燈具，其特征在于，所述平行光光源由多個平行光單元組成，所述平行光單元能夠發(fā)出平行光。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燈具，其特征在于，所述平行光單元包括點光源、非球面透鏡 和菲涅爾透鏡，所述點光源發(fā)出的光線依次經(jīng)過非球面透鏡和菲涅爾透鏡形成平行光出 射。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燈具，其特征在于，所述第一類型散射粒子以第一預(yù)設(shè)濃度均 勻分散在所述透明介質(zhì)內(nèi)，和/或，所述第二類型散射粒子以第二預(yù)設(shè)濃度均勻分散在所述 透明介質(zhì)內(nèi)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燈具，其特征在于，所述第一預(yù)設(shè)濃度和第二預(yù)設(shè)濃度都能夠調(diào)整。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燈具，其特征在于，所述散射板的入光面和所述散射板的出光面相互平行;或者所述散射板的入光面和所述散射板的出光面形成預(yù)設(shè)夾角。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燈具，其在于，所述透明介質(zhì)為液體，或者，所述透明介質(zhì) 為固體。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燈具，其特征在于，當(dāng)所述透明介質(zhì)為液體時，所述第一類型散射粒子，和/或，所述第二類型散射粒子在 所述透明介質(zhì)中形成液體溶膠。10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燈具，其特征在于，所述第一類型散射粒子包含至少一種能 夠產(chǎn)生瑞利散射效果的粒子;所述第二類型散射粒子包含至少一種能夠產(chǎn)生米散射效果的 粒子。
【文檔編號】F21V3/04GK106090822SQ201610607563
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610607563.6, CN 106090822 A, CN 106090822A, CN 201610607563, CN-A-106090822, CN106090822 A, CN106090822A, CN201610607563, CN201610607563.6
【發(fā)明人】陳海珊
【申請人】上海光巢信息技術(shù)有限公司