阅读说明：本技术 一种产生天蓝色天空光的人工照明装置 ([db:专利名称-en]) 是由 张飞 金尚忠 金怀洲 侯彬 王赟 陈亮 石岩 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种产生天蓝色天空光的人工照明装置,该装置包括人工光源和散射器两部分,采用了亚微米颗粒溶液作为散射器主体来产生天蓝色天空光,解决了现有技术中颗粒容易堆积,颗粒置固化等问题,而且该装置容易制作,适用于工业化生产,发出的蓝色光可以满足家用照明、室内装饰、植物生长等众多领域的要求,具有很好的经济效益,也能够产生很好的社会效益。([db:摘要-en])

一种产生天蓝色天空光的人工照明装置

技术领域

本发明属于照明领域，尤其是一种产生天蓝色天空光的人工照明装置。

背景技术

近年来有相关研究清楚的表明，蓝色光在人们的生活和生产中起着很重要的作用，如蓝色光可以增加室内柔和效果，在帮助人们缓解失眠、降低血压和预防感冒方面起到一定的有益效果。蓝色光也是植物生长灯的主要色调之一，据称，植物细胞内的蓝光受体在蓝色光诱导下作出快速反应，蓝色光对植物的主要作用表现在碳水化合物和蛋白质代谢、气孔开启、叶片衰老、质膜蛋白磷酸化和基因表达的调控。

在专利CN109153232A中，揭露了一种可以形成仿真天空光的照明系统，在该专利中，使用一种具有纳米颗粒涂层的散射板，让光源的光经过该散射板形成瑞利散射，从而模仿出天空蓝色光的效果。

然而，该专利中，由于采用了固体纳米颗粒涂层，会产生如下的问题：

第一、颗粒的位置是固定的，也就是说对于该技术方案下的照明系统，显示效果单一，想要多种效果，就需要购置多款不同的照明装置，这对于用户而言，产品的体验效果不佳。

第二、颗粒的分布均匀度不佳，纳米颗粒涂层材料在固化过程中，往往溶胶材质的流动性差，导致纳米颗粒无法均匀的分布在溶胶中，尤其是在颗粒的体积填充率过高时，往往会失去随机性，大大影响最后的散射效果。

因此，有必要对现有的人工照明系统进行改善，以提高用户的使用体验。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种新的产生天蓝色天空光的照明装置，该照明装置可以形成时时变化的显示效果，大大提升用户的体验。

根据本发明的目的提出的一种产生天蓝色天空光的照明装置，包括人工光源和散射器，所述散射器为亚微米颗粒溶液散射器，包括长方体管腔和位于该长方体管腔中的亚微米溶液，所述亚微米溶液中设有分散在该溶液中的亚微米颗粒，该亚微米颗粒的尺寸满足产生瑞利散射所需的条件，所述散射器具有入光面和与该入光面成非零夹角的出光面，所述长方体管腔上与该入光面和出光面相对设置的两个面上设有反光镜，所述人工光源发出的光入射到所述入光面上并进入所述亚微米溶液中，由所述亚微米溶液中的亚微米颗粒产生瑞利散射后，从所述出光面上射出。

优选的，所述人工光源包括白光光源、非球面聚光透镜、柱状透镜，所述白光光源位于非球面聚光透镜的一侧，所述柱状透镜位于非球面聚光透镜的另一侧，所述白光光源发出的光被非球面聚光透镜收集和聚焦，收集和聚焦后的光入射到柱状透镜上，所述柱状透镜通过透镜折射来控制光线行进方向，然后将光束发射到所述入光面上并进入所述亚微米溶液中。

优选的，所述白光光源包括布置成点状阵列的多组白光LED，使用点状阵列可以增强散射光的天蓝色效果。

优选的，所述白光光源还包括控制器，所述控制器用于控制所述多组白光LED的驱动电流大小来调节照明所需要的光源亮度。

优选的，所述人工光源包括白光LD、激光扩束器和柱状透镜，所述白光LD位于激光扩束器的一侧，所述柱状透镜位于激光扩束器的另一侧，所述白光LD发出的光经所述激光扩束器扩束后，入射到柱状透镜上，所述柱状透镜通过透镜折射来控制光线行进方向，然后将光束发射到所述入光面上并进入所述亚微米溶液中。

优选的，所述人工光源发出的光入射到所述亚微米溶液后，出光角度对着所述反光镜所在的面时，被所述发光镜反射回所述亚微米溶液中再次发生散射，反光镜提高了散射效率。

优选的，所述亚微米溶液由亚微米球形颗粒和蒸馏水混合制成，所述亚微米球形颗粒为氧化硅和/或氧化钛颗粒，在光照和热影响下进行布朗运动，克服了颗粒下沉的困难，所述亚微米球形颗粒的尺寸满足使得入射光在所述亚微米溶液中发生瑞利散射，其散射强度与波长的四次方成反比，并呈现天蓝色天空光。

优选的，所述亚微米颗粒的有效直径D在100nm到200nm，当亚微米颗粒有效直径D满足

时，都能够产生蓝天效果，但是当D≧200nm时颜色就会表现出相当复杂的色调，其中D＝n₁d，n₁是亚微米颗粒的折射率，d是亚微米颗粒几何直径，是入射光波长。

优选的，还包括滤光片，设置在出光面上，所述滤光片过滤非蓝色的光，经过瑞利散射的光从所述出光面射出后，非蓝色光被滤光片过滤。

优选的，还包括***头和控制器，所述***头的信号输出端与控制器的信号输入端相连接，所述***头检测室内是否有人存在，当检测到室内有人时，则控制器自动打开所述人工光源，当检测到室内无人时，则控制器自动关闭所述人工光源。

与现有技术相比，本发明由于采用了亚微米颗粒溶液作为散射材料主体，其技术优势在于：

第一、亚微米颗粒在溶液中能够形成无规则的布朗运动，充分使得颗粒均匀的分布在溶液中，解决了现有技术中颗粒容易堆积的问题，让散射效果达到最佳。

第二、由于颗粒在溶液中每时每刻都处于运动状态，其位置随机发生变化，相比固体涂层，具有更加丰富的显示效果。

第三、亚微米颗粒在溶液中的布朗运动容易受温度等条件的影响，因此增加了产品的控制手段，使得产品后续的功能开发更具潜力。

附图说明

图1是本发明的一实施例的人工照明装置示意图。

图2是本发明的一实施例的散射器部分***示意图。

图3是本发明的一实施例的颗粒做布朗运动示意图。

图4是本发明的一实施例的LED发光的装置示意图。

图5是本发明的一实施例的LD发光的装置示意图。

具体实施方式

以下将结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述.

根据本发明的一具体实施例，参见附图1和图2，一种产生天蓝色天空光的人工照明装置，包括人工光源10和散射器20，所述散射器20为亚微米颗粒溶液散射器，包括长方体管腔21和位于该长方体管腔中的亚微米溶液22，所述亚微米溶液中设有分散在该溶液中的亚微米颗粒23，该亚微米颗粒23的尺寸满足产生瑞利散射所需的条件，所述散射器20具有入光面24和与该入光面24成非零夹角的出光面25，所述长方体管腔21上与该入光面24和出光面25相对设置的两个面上设有反光镜26，所述人工光源10发出的光入射到所述入光面24上并进入所述亚微米溶液22中，由所述亚微米溶液22中的亚微米颗粒23产生瑞利散射后，从所述出光面25上射出。

其中，该亚微米溶液22由亚微米球形颗粒和蒸馏水混合制成，所述亚微米球形颗粒23为氧化硅和/或氧化钛颗粒，颗粒的有效直径在100nm到200nm，这样根据瑞利散射原理，当白光进入溶液后，由于散射强度跟波长的四次方成反比，使得短波段的蓝紫光散射效果比短波段的红黄光更明显，在出光面上可以看到均匀的蓝色面光源(如图中细箭头所示)，而红黄光由于散射不明显，会从比较集中的方向射出，形成类似太阳光的效果(如图中粗箭头所示)。

请参见图3，图3所示是本发明的亚微米颗粒在溶液中做布朗运动的示意图。如图所示，根据布朗运动原理，在颗粒直径小于微米级别时，颗粒物受到液体分子的碰撞，会在溶液中做无规则的运动，因此本发明的液体散射器中，亚微米颗粒在溶液中时时刻刻进行布朗运动，从宏观来看，溶液中的亚微米颗粒在一定时间范围内时始终均匀的分布在液体中，从而保证入射光线能够在溶液的各个位置均匀地与亚微米颗粒作用形成有效散射。与固体散射板相比，溶液中的微粒位置不固定，并且容易受温度等因素的影响，比如对溶液进行局部加热，将会导致受热区域中的微粒更容易往温度低的区域移动，使得溶液中微粒的浓度产生局部变化，从而可以改变散射器的发光效果，增加了产品的可控手段。

此外，人工光源10发出的光入射到所述亚微米溶液22后，出光角度对着所述反光镜所在的面时，被所述发光镜反射回所述亚微米溶液中再次发生散射，这样白色入射光中的蓝紫部分将得到充分的散射，而红黄部分的光本身在溶液中散射效果不明显，所以在经过几次反射后依旧沿特定角度射出，相对蓝光来说，射出的短波段部分的光的角度将更加集中。

根据本发明的一具体实施例，结合图2，所述的人工照明装置，还包括滤光片27，设置在出光面上，所述滤光片27过滤非蓝色的光，经过瑞利散射的光从所述出光面射出后，非蓝色光被滤光片27过滤。在该实施方式下，其它颜色的光被滤光片进行过滤之后，整个出光面看上去都将成为蓝色效果。

具体地，参见附图4，在一种实施方式中：所述人工光源10包括白光光源11、非球面聚光透镜12、柱状透镜13，所述白光光源10位于非球面聚光透镜12的一侧，所述柱状透镜13位于非球面聚光透镜12的另一侧，所述白光光源11发出的光被非球面聚光透镜12收集和聚焦，收集和聚焦后的光入射到柱状透镜13上，所述柱状透镜13通过透镜折射来控制光线行进方向，然后将光束发射到所述入光面24上并进入所述亚微米溶液22中。

根据本发明的一具体实施例，所述白光光源11包括布置成点状阵列的多组白光LED。

根据本发明的一具体实施例，所述人工光源10还包括控制器14，所述控制器14用于控制所述多组白光LED的驱动电流大小来调节照明所需要的光源亮度。

根据本发明的一具体实施例，所述的人工光源10还包括***头15，该***头15的信号输出端与控制器14的信号输入端相连接，所述***头15检测室内是否有人存在，当检测到室内有人时，则控制器自动打开所述人工光源，当检测到室内无人时，则控制器自动关闭所述人工光源。

图5给出了本发明人工光源的另一具体实施例，如图所示，该人工光源包括白光LD11’、激光扩束器12’和柱状透镜13’，所述白光LD11’位于激光扩束器12’的一侧，所述柱状透镜13’位于激光扩束器12’的另一侧，所述白光LD11’发出的光经所述激光扩束器12’扩束后，入射到柱状透镜13’上，所述柱状透镜13’通过透镜折射来控制光线行进方向，然后将光束发射到所述入光面上并进入所述亚微米溶液中。利用激光的高强度光源，可以进一步促进溶液中亚微米颗粒的布朗运动，让微粒在溶液中的分布更加均匀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不能以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。