ХРОМАТИЧЕСКОЕ ЗЕРКАЛО, ХРОМАТИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
CHROMATIC MIRROR, CHROMATIC PANEL AND APPLICATION THEREOF

Настоящая заявка относится к хроматическому зеркалу и хроматической панели.
Хроматические компоненты широко распространены. Если речь идет о хроматических линзах, то свойство хроматизма представляет собой по большей части мешающее искажение. Иногда, напротив, в каком-либо компоненте хроматизм желателен. Например, в WO 2009 156347 А1 представлен осветительный прибор, в котором используется комбинация широкополосного искусственного источника света и хроматического рассеивателя, например, для внутреннего освещения комнат, благодаря чему внутреннее пространство комнат выглядит более привлекательно за счет того, что освещение кажется менее искусственным и более естественным, т.е., похожим на наружное освещение. Описанный хроматический рассеиватель имитирует процесс Релеевского рассеяния солнечного света, падающего на Землю.
Было бы предпочтительно, однако, иметь в своем распоряжении другие хроматические компоненты, используя которые, можно упростить решение по меньшей мере некоторых практических задач, в частности, описанных в упомянутой WO 2009 156347 А1. Например, описанный хроматический рассеиватель может имитировать создаваемое небом и Солнцем освещение в окружающей среде. Для этого, однако, источник света должен помещаться за рассеивателем, что требует наличия большого свободного объема, например несколько куб. метров, над фальш-потолком, если освещение устраивается на потолке. Другие ограничения могут быть связаны с материалом рассеивателя, в части его механической прочности, огнестойкости и др.
Соответственно, задачей настоящего изобретения является создание хроматического компонента, обеспечивающего простоту реализации систем и принципов, использующих такой хроматический компонент.
Решение этой задачи достигается совокупностью признаков независимых пунктов прилагаемой формулы изобретения.
В основу настоящей заявки положена идея, что использование хроматических компонентов в различных применениях может быть упрощено, если такой хроматический компонент, согласно первой особенности настоящего изобретения, выполнен в виде зеркально отражающей поверхности и рассеивающего слоя перед зеркально отражающей поверхностью, который сильнее рассеивает коротковолновые компоненты падающего света по сравнению с его длинноволновыми компонентами, и, в соответствии с другой особенностью, если хроматический компонент представляет собой панель из слоистого стекла, содержащую два листа стекла, например, флоат-стекла или закаленных листов стекла, между которыми размещена адгезивная прозрачная полимерная пленка, образующая рассеивающий слой, преимущественно рассеивающий коротковолновые компоненты света, проходящего через панель слоеного стекла, по сравнению с длинноволновыми компонентами этого света.
В соответствии с первой особенностью, используется комбинация отражательных свойств зеркальной поверхности с хроматическими свойствами рассеивающего слоя: во многих применениях, свет, освещающий хроматический компонент, и объект, получающий освещение от хроматического компонента, удобнее располагать с одной стороны. При использовании хроматического зеркала они могут располагаться с зеркально отражающей стороны зеркала. Например, объектом может быть комната, и осветитель для освещения хроматического компонента, т.е., хроматического зеркала, проще располагать внутри этой комнаты, а не вне ее. С другой стороны, размещение рассеивающего слоя, например, непосредственно перед зеркально отражающей поверхностью, не меняет требуемый хроматизм полученного хроматического компонента: свет, зеркально отраженный хроматическим зеркалом, сохраняет исходную диаграмму пространственного распределения яркости, и только его спектр изменяется благодаря частотно-избирательному рассеянию рассеивающего слоя, и та часть падающего света, которая проходит рассеивающий слой дважды, а именно, падая на зеркально отражающую поверхность, и уходя от зеркально отражающей поверхности, сохраняет распределение яркости, которое в любом случае является диффузным, или расширенным, по сравнению с зеркально отраженными световыми лучами, несмотря на введение зеркально отражающей поверхности. Кроме того, введение зеркально отражающей поверхности фактически увеличивает толщину рассеивающего слоя. Предпочтительно, это может способствовать уменьшению размера хроматического зеркала по толщине, по сравнению с размером хроматического рассеивателя, упомянутого по вводной части настоящего описания.
В соответствии со второй особенностью настоящего изобретения, задача упрощения использования хроматического компонента решается путем размещения рассеивающего слоя между двумя листами стекла с формированием панели слоистого стекла, в которой рассеивающий слой одновременно играет роль адгезивной прозрачной полимерной пленки, скрепляющей два листа стекла. Таким способом, рассеивающий слой оказывается защищен от атмосферных воздействий, например, ультрафиолетового света, пыли, влажности, и т.д., которые могут изменить хроматические и оптические свойства рассеивающих слоев, а панель обладает достаточной прочностью для удовлетворения строительных требований, например, по огнестойкости, ударопрочности, стойкости к царапанью и др., а хроматическая панель такой конструкции может быть также использована для создания хроматического зеркала посредством нанесения зеркального слоя на хроматический компонент.
Предпочтительные варианты реализации и системы, использующие хроматические компоненты, определены в зависимых пунктах формулы.
Предпочтительные варианты выполнения настоящей заявки описаны со ссылкой на чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематично представлен перспективный вид хроматического зеркала, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 2 представлен пример принципа и системы освещения с использованием хроматического зеркала, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 3 показано возможное расположение хроматического зеркала при использовании принципа/системы освещения для освещения комнаты в здании;
на фиг. 4 схематично показана модификация варианта выполнения, показанного на фиг. 2, в которой используется вогнутое хроматическое зеркало;
на фиг. 5а представлен перспективный вид варианта использования удлиненного, или цилиндрического, вогнутого хроматического зеркала, соответствующего принципу или системе освещения, в соответствии с другим вариантом выполнения;
на фиг. 5б схематически представлена диаграмма углового распределения яркости осветителя, показанного на фиг. 5а;
на фиг. 5в схематически представлен вид осветителя, показанного на фиг. 5а, при его наблюдении непосредственно со стороны зеркала;
на фиг. 5г схематически представлен вид осветителя, показанного на фиг. 5а, при его наблюдении с положения на оси через отражение в зеркале;
на фиг. 6а и 6б представлены перспективные виды части осветителя, показанного на фиг. 5, на которых фиг.6а изображает источник света с отражателем в виде составного параболического концентратора (СРС - от англ. Compound Parabolic Concentrator) осветителя в соответствии с одним вариантом выполнения, а на фиг.6б показан концентратор света в соответствии с другим вариантом выполнения;
на фиг. 7 представлен вид в плане системы, показанной на фиг. 5, в соответствии с модификацией, согласно которой продольное направление хроматического зеркала и осветителя искривлено с получением круговой конфигурации на виде в плане;
на фиг. 8 схематично представлен перспективный вид хроматического зеркала, дополнительно содержащий слой с эффектом размытия, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 9 представлен вид сечения хроматического зеркала, в соответствии с другим вариантом выполнения, в котором эффект размытия достигается за счет вариаций поперечной физической и/или оптической толщины рассеивающего слоя;
на фиг. 10 схематично представлен перспективный вид осветительной системы, использующей прозрачный слой 84, расположенный в световом потоке после хроматического зеркала, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 11 представлен перспективный вид части сооружения или здания, в котором огороженная область не позволяет посетителям смотреть прямо в часть зеркально отраженного света, используемую для освещения представляющего интерес участка в пределах огороженной области, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 12 схематично представлен перспективный вид хроматического зеркала, в соответствии с вариантом выполнения, в котором для создания рассеивающего слоя с определенными параметрами рассеяния используется дисперсная система рассеивающих центров;
на фиг. 13 представлен перспективный вид хроматического зеркала, в соответствии с вариантом выполнения, в котором используется прозрачная панель или гибкая полимерная пленка в качестве несущего элемента, служащего основой для покрытий или пленок, выполняющих, соответственно, функцию рассеивающего слоя и зеркально отражающей поверхности, в соответствии с вариантом выполнения;
на фиг. 14 представлен перспективный вид хроматического зеркала, отличающегося от зеркала, показанного на фиг. 13, тем, что покрытия или пленки, формирующие зеркально отражающую поверхность и рассеивающий слой, соответственно, расположены на одной грани прозрачной панели или гибкой полимерной пленки;
на фиг. 15 представлен перспективный вид другого варианта выполнения хроматического зеркала, использующий панель из слоистого стекла, состоящую из двух слоев флоат-стекла;
на фиг. 16 представлен перспективный вид хроматического зеркала в соответствии с вариантом выполнения, отличающимся от показанного на фиг.15 тем, что адгезивная прозрачная полимерная пленка между листами флоат-стекла одновременно выполняет функцию рассеивающего слоя;
на фиг. 17 представлен перспективный вид хроматического зеркала, использующего алюминиевую металлическую фольгу, в соответствии с другим вариантом выполнения;
на фиг. 18 представлен перспективный вид хроматического зеркала, использующего рамку для закрепления хроматического зеркала, показанного на фиг. 17;
на фиг. 19 показан фасад здания, частично закрытый хроматическим зеркалом в соответствии с любым вариантом выполнения настоящей заявки с тем, чтобы отражать наружный свет и "скрывать" фасад здания; и
на фиг. 20 представлен перспективный вид хроматической панели, выполненной на основе панели из слоистого стекла, в соответствии с вариантом выполнения.
Далее, приводится описание вариантов выполнения настоящей заявки со ссылкой на чертежи. Для лучшего понимания принципов, лежащих в основе этих вариантов выполнения, рассматривается общие вопросы выполнения хроматического зеркала со ссылкой на фиг. 1, с последующим представлением некоторых применений и систем, использующих такое хроматическое зеркало с примерами изготовления такого зеркала и соответствующих изделий для практического использования. Далее приводится рассмотрение другого хроматического компонента, а именно, хроматической панели, месте с возможными применениями и системами, в которых она используется.
На фиг. 1 показано хроматическое зеркало, в соответствии с вариантом выполнения. Хроматическое зеркало имеет ссылочное обозначение 10 и содержит зеркально отражающую поверхность 12 и рассеивающий слой 14 перед зеркально отражающей поверхностью 12. Направление, куда обращена зеркально отражающая сторона зеркала 10, обозначено цифрой 15.
Следует заметить, что фиг. 1 следует воспринимать как схематическое представление только хроматического зеркала 10, и хотя на фиг. 1 хроматическое зеркало 10 представлено в виде плоской панели, зеркально отражающая поверхность 12 может, например, быть выполнена неплоской, например, иметь вогнутую форму, вместо планарной конфигурации, показанной на фиг. 1. Аналогично, хотя на фиг. 1 зеркально отражающая поверхность 12 показана как лицевая сторона плоской детали или слоя 16, обращенная к рассеивающему слою 14, а деталь или слой 16 выступают в боковом направлении за пределы периметра слоя 14, этот вариант был выбран только для иллюстрации принципов и не должен восприниматься как ограничивающий вариант выполнения, показанный на фиг. 1. Эти соображения также справедливы и в отношении показанной на фиг. 1 толщины. Кроме того, как будет показано в других вариантах выполнения, зеркально отражающая поверхность 12 может быть, например, сформирована покрытиями, или пленками, или панелями, а слои 14 и 16 могут непосредственно соприкасаться друг с другом, как это показано на фиг. 2, или один или более слоев могут быть расположены между ними. Например, зеркально отражающая поверхность 12 может быть сформирована покрытием или пленкой на детали или слое 16, а рассеивающим слоем 14 может быть пленка или покрытие, нанесенное на зеркально отражающую поверхность 16 либо непосредственно, либо через один или более дополнительных слоев. Даже и в этом случае, хроматическое зеркало 10 может быть сформировано в виде многослойного компонента, показанного на фиг. 1, либо деталь или слой 16 могут быть сформированы как объемная конструкция или объект на внешней поверхности которой сформирована зеркально отражающая поверхность 12. Как дальше будет понятно при рассмотрении вариантов выполнения, представленных далее, хроматическое зеркало 10 может быть жестким, или растяжимым, или гибким. Любой компонент хроматического зеркала 10 может служить в качестве несущего элемента, например, отражающий элемент 16, боковая сторона которого, обращенная к рассеивающему слою 14, образует зеркально отражающую поверхность 12, рассеивающий слой 14 или какой-либо другой слой, расположенный между зеркально отражающей поверхностью 12 и рассеивающим слоем 14, или помещенный на другой стороне рассеивающего слоя 14, т.е., у лицевой стороны 18 рассеивающего слоя 14, обращенной от зеркальной поверхности 12. Этот несущий элемент может придавать жесткость, растяжимость или гибкость хроматическому зеркалу 10. Какую бы форму фактически не имела зеркально отражающая поверхность 12, рассеивающим слоем 14 является слой, в основном принимающий форму зеркально отражающей поверхности 12, и который может иметь, как будет показано ниже, в основном одинаковую толщину по зеркально отражающей поверхности 12.
Прежде, чем подробно описывать возможности выполнения и реализации зеркала 10, рассмотрим взаимодействие и функции зеркально отражающей поверхности 12 с расположенным перед ней рассеивающим слоем 14.
Рассеивающий слой 14 выполнен таким образом, чтобы преимущественно рассеивать коротковолновые компоненты падающего света 20. Другими словами, слой 14 пропускает длинноволновые компоненты падающего света 20 без их рассеяния с большей вероятностью по сравнению с коротковолновыми компонентами падающего света 20. Выражаясь иначе, рассеивающий слой 14 имеет сечение рассеяния для падающего света 20, увеличивающееся в пределах видимой области спектра от длинных волн к коротким. Это увеличение может быть монотонным. Распространение рассеянного света может быть, например, в основном изотропным, т.е., отличающимся одинаковой интенсивностью во всех направлениях, либо слабо зависящим по интенсивности рассеянного света от направления рассеяния, другими словами, рассеянный свет является диффузным. В результате, это означает, что часть падающего света 20, зеркально отраженная от зеркально отражающей поверхности 12 без какого-либо рассеивающего взаимодействия с рассеивающим слоем 14 внутри сектора 22 траектории света, ведущего внутрь рассеивающего слоя 14, обозначенная ссылочным номером 24 на фиг. 1, имеет спектр, отличающийся от спектра падающего света 20 тем, что центр тяжести распределения части спектра, попадающей в видимую область, сдвинут в сторону более длинных волн. Помимо света 24, зеркально отраженного от хроматического зеркала 10, другая часть падающего света 20 подвержена упомянутому выше рассеянию рассеивающим слоем 14 и выходит из рассеивающего слоя 14 рассеянной, т.е., имея в основном равномерную яркость по всем направлениям полусферы в сторону оси 15, или по меньшей мере яркость, не изменяющуюся более, чем втрое в конусе с угловой апертурой с полушириной на уровне, равном половине максимального (HWHM - от англ. Half Width Half Maximum), по меньшей мере 30°, желательно 45°, наиболее желательно 60° вокруг направления зеркального отражения. Что касается спектра упомянутого диффузно отраженного света, он в основном соответствует спектральному взвешиванию спектра приходящего падающего света 20 с упомянутым сечением рассеяния или, другими словами, спектр рассеянного диффузного света в основном соответствует разнице между спектром приходящего падающего света 20 и зеркально отраженного света 24.
Следует отметить, что в результате описанного действия зеркала 10, свет, излучаемый зеркалом 10 при облучении его в определенном направлении 24 на фиг. 1, представляет собой суперпозицию или сумму света 1), падающего на зеркало 10 под углом зеркального отражения и зеркально отраженного зеркалом 10, т.е., света 20, отраженного в направлении 24, и 2), рассеянного света, образованного в процессе рассеяния света, падающего на зеркало 10 с любого направления и рассеянного хаотически в направлении 24, т.е., весь свет, падающий на зеркало 10, дает вклад в этот рассеянный свет, вне зависимости от направления, в котором свет падает на зеркало 10.
Хроматическое зеркало, описанное со ссылкой на фиг. 1, может быть использовано, например, в конфигурации, показанной на фиг. 2, где, в результате, также показана система в соответствии с вариантом выполнения, содержащим хроматическое зеркало 10 и осветитель 26 для освещения хроматического зеркала 10. Осветителем 26 является, например, источник белого света. Осветитель 26, в соответствии с фиг. 2, излучает или отклоняет свет на зеркало 10. На фиг. 2 световой конус света, излучаемого осветителем 26, показан, для примера полностью покрывающим и в основном совпадающим с протяженностью зеркала 10. Таким образом, площадь поперечного сечения светового конуса 28 в плоскости, в которой располагается зеркало 10, может быть, например, втрое меньше плоскости зеркала 10. Кроме того, осветитель 26 освещает зеркало 10 под углом, т.е., зеркало 10 в данном примере показано имеющим плоскую форму, а проекция осветителя 26 на плоскость зеркала 10 смещена от середины зеркала 10, например, более, чем на 50% квадратного корня из площади зеркала 10.
Для данной конфигурации, на фиг. 2 показано, как она выглядит при наблюдении зеркала 10 с направления зеркального отражения относительно осветителя 26. На фиг. 2 показан глаз или камера 30, расположенные на направлении угла зеркального отражения от зеркала 10 относительно осветителя 26. Наблюдаемая при этом камерой/глазом 30 (например, датчиком изображения или сетчаткой) картина обозначена на фиг, 2 цифрой 32: видны очертания зеркала 10, т.е., 34, и окружающие его части 36 стенки, которые, как предполагается для примера, окружают зеркало 10 и освещены световым конусом 28. В пределах зеркала 10 видно пятно 38, образованное зеркально отраженной частью света, излучаемого осветителем 26, и отличающееся более теплым цветом (более низкой цветовой температурой ССТ - от англ. Correlated Color Temperature), по сравнению с белым цветом осветителя 26. Пятно 38 окружено однородной площадкой 40 света с более высокой ССТ по сравнению с ССТ пятна 38 (и по сравнению с ССТ света осветителя 26). Окружающий свет 40 в основном порождается рассеянным светом, генерируемым благодаря рассеянию внутри рассеивающего слоя 14, и это диффузное рассеяние ответственно за увеличение значения ССТ по сравнению со светом 38. Свет окружающей области 40 кажется голубоватым. На него, однако, накладывается свет, падающий на зеркало 10 под некоторым другим углом по сравнению со светом, излучаемым осветителем 26 и зеркально отражаемым зеркалом 14. Этот свет может исходить, например, от других объектов внутри комнаты, и распространяться по другим траекториям, например, мимо осветителя 26. На фиг. 2, например, показан объект 42, расположенный вблизи осветителя 26 так, что действительное изображение этого объекта 42 будет видеть камера 30. Как показано на фиг. 2, объект 42, например, не освещен непосредственно осветителем 26. Естественно, однако, благодаря свету, отраженному от других объектов, не показанных на фиг. 2, например, другие стены или предметы, объект может вызывать попадание света на зеркало 10. Этот свет будет нарушать однородность рассеянного света, создаваемого рассеивающим слоем 14 в ответ на освещение его осветителем 26. Однако, предпочтительно, рассеянный свет перекрывает зеркально отраженный свет от объекта 42, в результате чего объект 42 не виден для наблюдателя 30 или, по меньшей мере, не привлекает внимания наблюдателя. Например, представим, что наблюдатель 30 означает глаз человека, который, наблюдая Солнце на фоне неба в пределах видимой через зеркало 10 сцены, аккомодируется на бесконечность. В этом случае, может случиться, что благодаря наложению рассеянного света, наблюдатель не "видит" объект 42 и сохраняет ощущение, как если бы он или она смотрит в окно, видя голубоватый свет 40, окружающий солнечно-подобное пятно 38 на бесконечной удаленности. Важно отметить, что осветитель 26 находится в той же комнате, что и наблюдатель 30.
Короче говоря, на фиг. 2 показано, что хроматическое зеркало 10, показанное на фиг. 1, может быть скомбинировано с источником 26 света для освещения хроматического зеркала 10 для формирования осветительной системы. Системой 10 может, например, быть система для освещения внутреннего пространства комнаты в здании. В этом случае, зеркало может быть, например, прикреплено к стене или потолку 46 комнаты 48, в соответствии с иллюстрацией на фиг. 3. Как уже было показано применительно к фиг. 2, осветитель 26 может быть помещен внутри той же комнаты или на стене, потолке 46, или на полу той же комнаты.
Что касается осветителя 26, следует отметить, что он может содержать концентратор света для концентрации испускаемого в разных направлениях света осветителя 26, для формирования светового конуса 28, который, в свою очередь, направлен на зеркало 10 для его освещения. Для обеспечения равномерного освещения осветителем 26 зеркала 10 должны быть приняты определенные меры, например, могут использоваться составные параболические концентраторы (СРС), гомогенизаторы светового луча (решетки микролинз, тандемные решетки и пр.), также и для формирования светового пятна, сопряженного по форме с зеркалом, например, прямоугольной или эллиптической формы.
Хотя это еще не было упомянуто выше, следует иметь в виду, что рассеивающий слой 14 может быть выполнен так, что он не будет или практически не будет поглощать свет. В этом случае, весь свет, излучаемый осветителем 26, используется для освещения. Кроме того, хотя это и не упоминалось ранее, рассеивающий слой может обладать такой частотной зависимостью сечения рассеяния, что в рассеивающем слое происходит Релеевское рассеяние, или по меньшей мере, близкое к Релеевскому. В этом случае, только что упомянутая иллюзия Солнца на небе усиливается тем, что небо также преимущественно рассеивает свет по закону Релея. Иллюзия Солнца на небе способствует тому, что с большой вероятностью наблюдатель, смотрящий в зеркало 10 под углом зеркального отражения относительно осветителя 26, получает ощущение бесконечной глубины, в результате чего зрение наблюдателя будет отвлекаться на края небесно-подобной области 40, образованные объектами в окрестностях зеркала 10, помимо осветителя 26, например, 42 на фиг. 2.
Таким образом, наблюдатель 30, смотрящий на зеркало под углом зеркального отражения, может получить ощущение, что он/она смотрит в небо 40 через окно, образованное зеркалом 10, и одновременно через это окно видит Солнце 38, окруженное небом 40. Следует заметить, что если смотреть на зеркало под каким-либо углом не зеркального отражения, наблюдателю виден просто свет 40, создавая иллюзию, что он/она смотрит на небо через окно, образованное зеркалом 10, не видя Солнца.
Предпочтительно, совместное действие зеркально отражающей поверхности 12 и рассеивающего слоя 14 создает дымку в отражении, превышающую 10%, более желательно, 20%, и еще более желательно, 30% для падающего голубого света на длине волны 450 нм. "Дымкой в отражении" называется описанная выше часть падающего света, образованная рассеянием рассеивающим слоем 14, т.е., рассеянный диффузный свет. Другими словами, совместное действие зеркально отражающей поверхности 12 и рассеивающего слоя 14 может быть подобрано так, чтобы в отраженном свете создавалась дымка, интенсивность которой для падающего света на длине волны 650 нм была бы по меньшей мере вдвое ниже, чем для падающего света на длине волны 450 нм. Как было показано выше, это достигается за счет спектральной зависимости сечения рассеяния рассеивающего слоя 14.
В варианте выполнения, описанном со ссылкой на фиг. 2, упомянутое ощущение бесконечной глубины, возникающее у наблюдателя, воспринимающего виртуальное изображение осветителя 26 в бесконечности, нарушается тем, что осветитель фактически расположен на конечном расстоянии до зеркала 10. Например, оптические факторы, к примеру, бинокулярная конвергенция глаз, параллакс осветителя 26 и аккомодация глаз наблюдателя на, например, детали конструкции осветителя, могут отвлечь наблюдателя от восприятия этого ощущения бесконечной глубины. На фиг. 4 показано, что в отличие от ранее показанных вариантов выполнения, для смягчения этой проблемы можно зеркально отражающую поверхность зеркала 10 выполнить вогнутой, например, вогнутой параболической формы. В частности, вариант на фиг. 4 отличается указанным образом от показанного на фиг. 2, что приводит к осветительной системе, где осветитель 26 помещен в фокальной точке хроматического зеркала так, что свет от осветителя 26 зеркально отражается хроматическим зеркалом 10 параллельными лучами, и зеркально отраженная часть светового конуса 28 имеет вид параллельного светового пучка 50, или светового пучка 50 с низкой расходимостью. Наклонное положение осветителя 26 относительно зеркала 10 сохранено и требует, например, выполнения хроматического зеркала 10 в виде внеосевой секции параболоида вращения, например, части параболоида вращения, которая даже не включает вершину, при этом имея источник 26 света в фокальной точке или вблизи нее. В этом случае, коллимированный пучок зеркально отраженных лучей может быть получен так, что источник света окажется вне пучка, как это имеет место в случае осевой схемы осветителя. Однако, для некоторых вариантов применений, может также использоваться и осевая оптическая схема.
При использовании зеркала 10 с описанной выше, применительно к фиг. 4, формой зеркальной поверхности, увеличивается вероятность того, что наблюдатель, смотрящий в направлении зеркала 10 и видящий, через зеркало 10, осветитель 26, видит Солнце 38 и небо 40 и получает упомянутое ранее ощущение бесконечной глубины и иллюзию наблюдения яркого объекта 38 с более низкой ССТ, например, Солнца, на бесконечном удалении в окружении небесно-подобной атмосферы 40. Это происходит благодаря тому, что виртуальное изображение осветителя 26, наблюдаемое через зеркало 10, теперь фактически находится на бесконечности так, что факторы бинокулярного зрения и аккомодации согласуются с видом неба и Солнца, а возможные объекты, отвлекающие от ощущения бесконечной глубины, могут возникать просто от видимых краев объектов, зеркально отраженных в поле зрения наблюдателя с окружающей областью 40 неба.
Было бы предпочтительно выполнять хроматическое зеркало 10 достаточно широким. Например, зеркально отражающая поверхность может быть сделана такой, чтобы фокусное расстояние зеркала было меньше квадратного корня из площади зеркально отражающей поверхности 12, или даже в 1,5 раза меньше квадратного корня из площади зеркально отражающей поверхности.
Как станет понятно из приведенного далее описания варианта выполнения, нет необходимости в том, чтобы вогнутое зеркало 10 на фиг. 7 обладало вращательной симметрией или было частью поверхности, обладающей вращательной симметрией, т.е., имело фокусное расстояние, равное для всех направлений переноса света. Напротив, зеркало 10 может быть сформировано в виде вогнутого параболического цилиндрического зеркала или иметь другую вогнутую форму вдоль одного поперечного направления, или направления переноса света, далее называемое направлением у, и может быть плоским или планарным, т.е., иметь бесконечно большое фокусное расстояние вдоль другого ортогонального поперечного направления или направления переноса, далее называемого направлением х. Как будет подробно показано ниже, несмотря на то, что цилиндрическое зеркало может сводить в параллельный пучок световые лучи осветителя 26 только в плоскости, ортогональной направлению х, существуют решения, гарантирующие восприятие осветителя на бесконечном расстоянии от наблюдателя.
Такая конфигурация иллюстрируется ссылкой на фиг. 5а. На фиг. 5а показано зеркало 10, зеркально отражающая поверхность 12 которого имеет вогнутую, или параболическую, форму в плоскости, перпендикулярной направлению х, т.е., в проекции на плоскость zy, и линейную или прямую форму вдоль оси х. Другими словами, эта цилиндрическая зеркально отражающая поверхность получена переносом вогнутой, или параболической кривой, лежащей в плоскости zy, вдоль направления х. Таким образом, зеркало 10 представлено как вогнутое цилиндрическое зеркало, фокальная линия которого проходит параллельно оси х. Линейный осветитель 26 расположен параллельно оси х, на фокальной линии зеркала 10, для более или менее полного освещения зеркала 10. Вообще говоря, на фиг. 5 представлена модификация системы, показанной на фиг. 4, согласно которой, например, часть комнаты, освещенная зеркально отраженной частью света осветителя 26, имеет удлиненную форму, например, прямоугольную форму 52, показанную на фиг. 5. Что касается плоскости zy, то обстоятельства, представленные на фиг. 5а, вполне соответствуют описанным со ссылкой на фиг. 4. Свет, излучаемый осветителем 26, расходится, но собирается в параллельные лучи зеркалом 10 вдоль направления прямого луча, по меньшей мере, что касается зеркально отраженной части света, падающего на зеркало 10 от осветителя 26.
R
y
В частности, исходя из понятий основ оптики, следует, что угловая зависимость яркости зеркально отраженной части света, L, в отношении зависимости от угла ϑ может быть описана следующей формулой:
, где
y
w - ширина осветителя 26 вдоль оси у;
y
ƒ - фокусное расстояние зеркала 10, обусловленное его кривизной в плоскости zy;
y
ϑ - угловое направление в плоскости zy, отсчитываемое от направления прямого света, т.е., оси z; и
q - показатель эффективности, имеющий величину d=1 в идеальной системе, а в данном случае предполагается равным предпочтительно в интервале 1≤d≤3, более предпочтительно, 1≤d≤2, и еще более предпочтительно, 1≤d≤l,5,
x
R
x
y
y
и где формула справедлива для любого положения x, y, и для любого углового направления ϑ в плоскости x, z, для которого яркость L(x, y, ϑ, ϑ) превышает 10% максимальной величины яркости. Вкратце, приведенная формула просто утверждает, что осветительная система обеспечивает коллимирование света в плоскости yz с точностью, отличающейся не более чем в три раза, желательно, в два раза, еще более желательно, в 1,5 раза, от оптического предела для Ламбертовского излучателя шириной w.
x
x
R
y
Для плоскости xz ситуация иная. В этой плоскости, свет, излучаемый осветителем 26 и зеркально отражаемый зеркалом 10, сохраняет свою расходимость, отходя от осветителя 26. Соответственно, осветитель 26, как это показано на фиг. 5а, специально выполнен для получения 1) достаточно низкой расходимости в плоскости xz. В частности, учитывая, что угол ϑ является углом направления в плоскости xz относительно оси х, конструкция осветителя 26 предназначена для получения яркости с угловой зависимостью L(ϑ) ширина которой соответствует по ширине яркости L(ϑ) отраженного света в ортогональном направлении. С учетом FWHM угловой зависимости этой яркости, получаем:
y
R
y
y
2
где формула справедлива для любого положения х, у, и для любого углового направления ϑ в плоскости yz, для которого яркость L(x, y, ϑx, ϑ) превышает 10% максимальной величины яркости. Для получения такого результата, расходимость осветителя в плоскости xz должна быть выбрана в соответствии с фактической шириной w осветителя, фокусным расстоянием ƒ зеркала 10, и параметром q эффективности. Кроме того, зависимость яркости должна быть 2) достаточно независимой, т.е., равномерной, по координате х, т.е.,  для любой пары разных точек вдоль оси х. Эта однородность, однако, может быть достигнута только при зернистости, соответствующей угловому разрешению глаза наблюдателя, а именно, для освещенности, просуммированной вдоль оси х в пределах двух разных областей площадью, например, 10 мм. Способ достижения этого иллюстрируется далее со ссылкой на фиг. 6а и 6б. Сначала, однако, во-первых, должны быть даны некоторые специальные разъяснения относительно диаграммы яркости излучателя 26 на фиг. 5а, для более подробного рассмотрения цилиндрической формы зеркала 10, а во вторых, пояснения относительно функциональности и зрительного восприятия освещения, создаваемого системой на фиг. 5а.
x
y
x
y
у
x
y
y
x
x
Линейный осветитель 26 характеризуется его диаграммой яркости, Z(x, y, ϑ, ϑ) где яркость определяется как световой поток в луче, испускаемом поверхностью в данном направлении, на единицу площади проекции поверхности при ее наблюдении с данного направления, в единичном телесном угле (Американское Общество по Испытаниям Материалов, Стандартная Терминология Появления - от англ. ASTM, Е 284-09а, Standard Terminology of Appearance), и где ϑ, ϑ представляют собой угловые направления, измеренные, соответственно, в плоскостях z, x и z, y. В этом отношении, линейный осветитель 26 выполнен с возможностью создания яркости, которая по существу не зависит от координаты х, т.е., обладает однородностью вдоль направления х, и которая обычно не обладает изотропностью ее угловой зависимости (она может быть изотропной в некоторых исключительных случаях), в том смысле, что эта яркость обычно слегка зависит от ϑ, в то время как имеет острый максимум в зависимости от ϑ. Например, угловая зависимость яркости имеет значение FWHM (полная ширина на уровне в половину максимального) более 60°, предпочтительно, более 90°, наиболее предпочтительно, более 120° на зависимости L(ϑ) от угла ϑ, и FWHM менее 45°, предпочтительно, менее 30°, наиболее предпочтительно, менее 15° на зависимости L(ϑ) от угла ϑ, как это схематически показано на фиг. 5б.
x
y
у
у
x
x
x
x
Представим, что наблюдатель смотрел прямо на осветитель 26 (т.е., на фиг. 5а от зеркала вниз). Другими словами, наблюдатель был бы расположен перед линейным осветителем 26 на некотором расстоянии от осветителя, например, 1 м, глядя прямо в центр линейного осветителя 26 с направления ϑ=ϑ=0°. В этом случае, он/она наблюдали бы яркое пятно с угловым размером Δϑ, ограниченным угловой шириной осветителя в направлении у (например, Δϑ=3° при ширине осветителя ~5 см для данного расстояния 1 м), и ограниченным FWHM на угловой зависимости L(ϑ) яркости в направлении х, т.е., Δϑ=fwhm, в предположении достаточно большой длины линейного осветителя (например, несколько метров) в направлении х. Другими словами, наблюдатель, смотрящий прямо в излучающий источник, может воспринимать светящуюся площадку или яркое пятно, которое, на типичном расстоянии наблюдения, сильно вытянуто в направлении х. Например, наблюдатель может воспринимать светящуюся площадку источника под углом Δϑ=10°, или менее. Примером того, как воспринимается линейный облучатель 26 и светящаяся площадка, наблюдаемые наблюдателем, смотрящим прямо в источник, может служить изображение на фиг. 5в. В дальнейшем описании предполагается, что линейный осветитель выполнен так, что наблюдателем, смотрящим в источник, воспринимается только светящаяся площадка.
На фиг. 5г показано, как воспринимается линейный осветитель 26 и его светящаяся площадка наблюдателем, который смотрит на этот осветитель через отражение в цилиндрическом параболическом хроматическом зеркале 10, т.е., наблюдатель находится внутри зеркально отраженного светового пучка. Благодаря тому, что линейный осветитель 26 находится на фокальной линии параболического зеркала 10, изображение линейного осветителя может быть увеличено вдоль направления у. Точнее, угловая ширина , в которой наблюдатель воспринимает светящуюся площадку, больше не зависит от расстояния наблюдатель-источник, как это было в случае, представленном на фиг. 5в, а зависит только от ширины источника в направлении у и фокусного расстояния параболического зеркала. Например, фокусное расстояние примерно равное 30 см позволяет наблюдателю, в идеальных условиях, воспринимать светящуюся площадку под углом  при использовании линейного осветителя шириной ~5 см. Угловая ширина, воспринимаемая наблюдателем светящейся площадки в ортогональной плоскости z, x, напротив, не изменяется из-за присутствия цилиндрическо-параболического зеркала 10, поскольку зеркало имеет бесконечно большое фокусное расстояние в плоскости z, x, в результате чего . Это означает, что для любого расстояния от наблюдателя до источника, и для данной ширины источника в направлении у и диаграмме яркости источника, соответствующим выбором фокусного расстояния параболического зеркала может быть достигнут в основном изотропный, или по меньшей мере не вытянутый вид светящейся площадки источника, т.е., соблюдение условия . Таким образом, настоящее изобретение позволяет сформировать восприятие изображения Солнца, имеющего одинаковую ширину в направлениях х и у, используя осветительное устройство, имеющее произвольную длину в направлении х.
Следует заметить, что наблюдатель, глядящий в линейный осветитель 26 через отражение цилиндрического параболического хроматического зеркала, будет воспринимать светящуюся площадку, или источник, т.е., светящееся пятно, на виртуально бесконечном расстоянии. Действительно, что касается восприятия, относящегося к распределению светового луча в плоскости y, z, тот факт, что источник находится в фокальной плоскости, автоматически обеспечивает восприятие виртуального положения источника на бесконечности. Что касается восприятия, относящегося к распределению светового луча в ортогональной плоскости x, z, то авторы настоящей заявки отмечают, что наблюдатель воспринимает светящееся пятно также на бесконечности. Это соображение вытекает из выбранного распределения яркости источника и, в частности, того, что эта яркость не зависит от координаты х, т.е., однородна вдоль направления х. В результате, факторы, относящиеся к зрению наблюдателя, например, бинокулярный параллакс, параллакс движения и аккомодация, не вызывают конвергенции или аккомодации глаз наблюдателя на физической плоскости, где расположении осветитель, поскольку это противоречит конвергенции/аккомодации глаза на бесконечность в соответствии с виртуальным изображением святящегося пятна, воспринимаемого в ортогональной плоскости. Кроме этого, присутствие однородного голубого святящегося фона, создаваемого добавлением света, рассеянного хроматическим параболическим зеркалом 10, например, Релеевским рассеянием света, дополнительно подталкивает наблюдателя настраивать свое зрение на бесконечность за счет фактора так называемой "воздушной перспективы", т.е., зрительного эффекта, благодаря которому воспринимаемое расстояние до объекта от наблюдателя увеличивается с усилением голубоватой дымки, обычно зависящей от количества воздуха между объектом и наблюдателем, которое, в свою очередь, пропорционально расстоянию между ними.
Таким образом, все упомянутые факторы, т.е., степень фокусирования в плоскости y, z, анизотропную угловую зависимость яркости осветителя, однородность этой зависимости в направлении х, форму параболического цилиндра хроматического зеркала 10 и то, что линейный осветитель 26 расположен на фокальной линии зеркала, и, не в последнюю очередь, способность хроматического зеркала 10 рассеяния волн коротковолновой части спектра падающего света, способствуют созданию визуального впечатления (иллюзии) голубого неба и яркого солнечного пятна на бесконечной дальности, где размер формируемого окна в небо по направлению х может быть сделан произвольно большим, в отличие от случая зеркал с вращательной симметрией, где размеры формируемого неба не могут превышать нескольких фокусных расстояний.
Система, представленная на фиг. 5а, может быть, например, установлена на потолке комнаты, освещая при этом прямоугольную область 52 на полу зеркально отраженным светом с малой расходимостью, являющимся частью света, создаваемого осветителем 26, в то время как другие части комнаты освещаются диффузным светом, образующимся за счет рассеяния внутри рассеивающего слоя зеркала 10. Как было описано со ссылкой на фиг. 4, любой свет, способный непосредственно освещать комнату, т.е., минуя зеркало 10, может быть, опционально, заблокирован световым экраном или световым концентратором, схематически показанным на фиг. 5а ссылочным обозначением 54, в виде вогнутого цилиндра, расположенного с другой стороны осветителя 26 относительно зеркала 10, для предотвращения прохождения любого света осветителя 26, не направленного на зеркало 10, т.е., направленного вниз, не позволяя ему освещать комнату.
y
x
На фиг. 5а показана схема расположения, обладающая описанными выше особенностями. Схематически показанная камера или глаз 30 наблюдателя на фиг. 5а иллюстрирует зрительное восприятие осветительной системы на фиг. 5а, когда наблюдатель смотрит на зеркало 10 так, как если бы в его/ее глаз 30 прямо попадал зеркально отраженный свет осветителя 26, при этом глаз 30 наблюдателя смещен из плоскости zx, т.е., находится под проекцией зеркала 10 на непосредственно освещенную часть 52, но на ее части, смещенной от проекции осветителя 26 на область 52. При этом яркий диск 38 перемещается по координатам х и у, т.е., в плоскости, перпендикулярной направлению прямого света, вместе с глазами 30 наблюдателя и с той же скоростью, что и они, также как перемещается Солнце относительно рамы окна, через которое его наблюдают. То есть, наблюдатель смотрел бы, например, вверх на потолок, где находится зеркало 10 с осветителем 26, стоя в пределах области 52. Благодаря удлиненной форме зеркала 10, он/она видит удлиненную голубоватую (т.е., с более высокой ССТ) часть 40 с фоновым освещением, в пределах которой, вдоль продольного направления, видна обратная сторона светового экрана 54, показанная заштрихованной частью 56. Однако, прямо над ним/ней (по направлению прямого света, в данном случае, параллельно оси z, т.е., для углов ϑи ϑ, равных нулю) наблюдатель видит яркое пятно 38 с более низкой ССТ, возникающее благодаря низкой расходимости зеркально отраженного света, где низкая расходимость по оси х обусловлена, как уже упоминалось, спецификой конструкции осветителя 26, а низкая расходимость по оси у связана с вогнуто-параболической формой зеркала 10.
y
x
y
x
Таким образом, показанные на фиг. 5а осветитель 26 и хроматическое зеркало 10 сформированы вытянутыми вдоль оси продольной х, в то время как зеркало 10 имеет вогнутую форму в плоскости, перпендикулярной продольной оси х, а осветитель 26 имеет расходящуюся, т.е., широкую, диаграмму яркости по первому углу ϑ например, с FWHM равной или даже превышающей угловую ширину зеркала 10 при его наблюдении от осветителя 26, и в основном равномерную в части зависимости яркости по координате х и существенно коллимированную, т.е., суженную, по углу ϑ, со значением FWHM более чем втрое меньшим по сравнению с FWHM диаграммы яркости по углу ϑ. Значение FWHM по углу ϑ может составлять в интервале от  до , включая и границы интервала, причем, предпочтительно, например, a=0,5, b=6, или, более предпочтительно, а=0,7 и b=3, или еще более предпочтительно, а=0,8 и b=1,5.
На фиг. 6а и 6б приведены примеры конструкции осветителя 26, показанного на фиг. 6а, изображающие часть осветителя 26 вдоль продольного направления, т.е., оси х. В частности, осветитель 26, показанный на фиг. 6а, содержит линейную решетку попарно объединенных анизотропных излучателей 58 и составных параболических концентраторов (СРС) - отражателей 60, где каждый анизотропный излучатель 58 содержит, например светодиод (СД), например, прямоугольный СД белого цвета, а каждый СРС отражатель 60, например, прямоугольный СРС отражатель, оптически сопряжен и расположен в направлении распространения излучения от СД соответствующей пары, т.е., его входная апертура сопряжена с излучающей поверхностью СД. Каждый СРС отражатель 60 содержит две первых параболических отражающих грани 62, обращенных друг к другу, кривизна которых выбрана для снижения расходимости СД в плоскости x, z, например, для снижения расходимости до 10° или менее. Каждый СРС отражатель 60 может также, в частности, содержать две вторых параболических отражающих грани 64, обращенных друг к другу, кривизна которых выбрана для расходимости излучения СД в плоскости y, z, например, снижения расходимости до 90°.
Таки образом, согласно фиг. 6а, осветитель 26 содержит удлиненный линейный источник 58 света, составленный из одномерной решетки отдельных излучателей 58, расположенных в линию по оси х и излучающих, например, анизотропно, свет на зеркало 10. По направлению излучения каждого излучателя 58 расположен СРС отражатель 60, сокращающий расходимость излучения излучателя вдоль оси х. Каждый СРС отражатель 60 имеет входную апертуру для приема света от обращенного к ней излучателя 58, и выходную апертуру для излучения света, полученного через входную апертуру от своего излучателя 58 и направляемого внутри соответствующего СРС отражателя его внутренними отражающими гранями 62 и 64, для освещения соответствующей части зеркала 10. Предпочтительно, выходные апертуры всех СРС отражателей 60 без зазоров прилегают друг к другу так, что образуют непрерывную поверхность СРС отражателя 60, обращенную к зеркалу 10.
Поперечное сечение каждого СРС отражателя 60 непрерывно расширяется от входной апертуры к выходной апертуре. Расширение параллельно оси х соответствует параболическому или аналогичному расширению, собирающему свет. В частности, каждый СРС отражатель 60 может содержать четыре внутренних отражающих грани 62 и 64: две грани 64, проходящие параллельно оси х, обращенные друг к другу, и две диаметрально расположенные и обращенные друг к другу грани 62, которые, начиная от полностью пленарной протяженности в плоскости, перпендикулярной оси х, изгибаются навстречу друг другу, например, в форме параболы, проходя от выходной апертуры к входной апертуре так, что каждый СРС отражатель 60, благодаря вогнутой, или параболической, форме отражающих граней 62, снижает рассеяние света в плоскости x, z до небольшой расходимости, согласующейся с низкой расходимостью в плоскости z, y, получаемой зеркалом 10, как это было описано выше. Вогнутость, или параболическая кривизна, граней 64, или даже просто их наличие, является опциональным, т.е., они могут быть исключены.
На фиг. 66 представлен частный пример выполнения, в котором упомянутые вторые параболические грани 64 заменены на плоские отражатели. В этом случае, расходимость в плоскости x, z соответствует собственной расходимости излучателей 58.
В некоторых вариантах выполнения, каждый излучатель 58 содержит СД, который может иметь выпуклую линзу, например, цилиндрическую линзу для снижения расходимости в плоскости x, z. В некоторых вариантах выполнения, каждый излучатель 58 имеет СД и линзу с полным внутренним отражением (TIR - от англ. Total Internal Reflectance) вместо СРС, или комбинацию TIR линзы и СРС.
В другом варианте выполнения, после решетки излучателей 58 располагается гомогенизатор луча для улучшения однородности линейного осветителя 26 в направлении х. Например, гомогенизатор луча содержит тандемную решетку микролинз, выполненную с возможностью формирования желательной расходимости источника света в плоскостях x, z и y, z, соответственно.
Следует заметить, что некоторые из рассмотренных линейных осветителей могут формировать пучок с угловой расходимостью прямоугольной формы, что, в свою очередь, дает возможность наблюдателю, по желанию, воспринимать прямоугольное (или квадратное) пятно 38 вместо круглого, когда он/она смотрит на изображение источника, отраженного хроматическим зеркалом 10. В этом отношении, вариант построения, показанный на фиг. 6б, может быть более предпочтительным по своим характеристикам, поскольку он не имеет резкого спада угловой зависимости излучения источника, по меньшей мере, в плоскости x, z.
В одном варианте выполнения, улучшение, относящееся к формированию круговой симметричной угловой расходимости света, отраженного хроматическим зеркалом, достигается введением на хроматическое зеркало слоя с малым углом рассеяния белого света, который действует как полосовой фильтр нижних частот и поэтому придает окраску любому изображению, включая изображение источника, выполняя его свертку с круговой симметричной функцией, что более подробно рассмотрено со ссылкой на фиг. 8 и 9.
Другими словами, на фиг. 5 и 6б показано, что принцип построения, показанный на фиг. 4, т.е., осветительной системы, может быть модифицирован для получения системы, в которой осветитель 26 и хроматическое зеркало 10 сформированы удлиненными вдоль продольной оси х, где осветитель 10 обладает характеристикой излучения, т.е., диаграммой яркости, расходящейся в плоскости, перпендикулярной продольной оси х, и сколлимированной параллельно продольной оси х.
Следует отметить, что продольная ось х не обязательно должна быть прямой линией, как это показано на фиг. 5 и 6а, 6б. Напротив, продольная ось х, например, может быть изогнута в плоскости, перпендикулярной оси z. Например, вся конструкция, показанная на фиг. 5, может быть изогнута, если смотреть сверху, так, что получается круговая форма, при которой зеркальная поверхность 12 зеркала 10 принимает форму тороида, разрезанного вдоль горизонтальной плоскости, в котором осветитель 26 располагается вдоль круговой фокальной линии, определяемой зеркалом 10. Приведенные выше пояснения, остаются, однако, в силе, с заменой оси х на касательное направление к круговому тороиду на плановой проекции, и оси у, соответствующей его радиальному направлению. Такой вид в плане приведен на фиг. 7.
Как было описано выше, принцип формирования зеркальной поверхности 12 зеркала 10 в форме вогнутого или даже параболического зеркала способствует надежности достижения иллюзии Солнца на фоне неба в сочетании с бесконечной глубиной, воспринимаемой глазом наблюдателя, благодаря снижению расходимости зеркально отраженной части прямого света, излучаемого обратно зеркалом 10. Однако, как отмечалось ранее, вне зависимости от использования данного принципа построения с вогнутым/параболическим зеркалом, существуют другие особенности, способствующие привлечению внимания наблюдателя, когда он смотрит прямо в зеркально отраженную часть прямого света, отвлекая его тем самым от получения ощущения бесконечной глубины. Например, все края объектов, например, объекта 42 на фиг. 2, изображение которых находится в пределах поля зрения глаза наблюдателя через отражение в зеркале 10, создают пространственные градиенты яркости в части 40 небесно-подобного фона, и поскольку глаз наблюдателя особенно чувствителен к таким неоднородностям, в описанных далее вариантах выполнения рассмотрены меры, позволяющие избежать описанного влияния.
Первая возможность описана со ссылкой на фиг. 8. На фиг. 8 представлено зеркало 10, содержащее, помимо элементов, изображенных на фиг. 1, другой слой 76, который, в отличие от рассеивающего слоя 14, обеспечивает, по меньшей мере в видимой части спектра, в основном однородное сечение взаимодействия с излучением падающего света 20, причем это взаимодействие с падающим светом состоит в относительно небольшом отклонении направления распространения луча света по сравнению с тем. что он имел до взаимодействия. Соответственно, в варианте выполнения на фиг. 8, зеркально отраженный свет 24 имеет, по существу, тот же спектр, что и в случае на фиг. 1, но часть его энергии размазана вокруг углового направления зеркального отражения, как это показано на фиг. 8 пунктирным кружком 78.
Хотя на фиг. 8 слой 18 показан расположенным со стороны 18 рассеивающего слоя 14, в альтернативном варианте слой 18 может быть расположен, например, между рассеивающим слоем 14 и зеркально отражающей поверхностью 12. Как будет показано ниже при рассмотрении вариантов реализации и изготовления зеркала 10, возможность создания рассеивающего слоя 14, обладающего частотно-зависимым сечением рассеяния, и размывающего слоя 76, обеспечивающего размывание зеркально отраженных световых лучей, реализуется использованием первой дисперсной системы светорассеивающих центров со средним размером менее 250 нм для рассеивающего слоя 14, и второй дисперсной системы светорассеивающих центров в слое 76 со средним размером, например, в 5 или более раз большим, предпочтительно, в 10 или более раз большим, более предпочтительно, в 15 или более раз большим, или даже в 50 или более раз большим, чем средний размер рассеивающих центров, создающих первое рассеяние. В одном варианте выполнения, размер светорассеивающих центров, создающих второе рассеяние в слое 76, будет выбираться так, чтобы быть более 1 мкм, предпочтительно, более 2 мкм, более предпочтительно, более 3 мкм, или даже более 10 мкм. Для обоих слоев 14 и 76 может быть использован прозрачный полимерный слой в качестве материала основы. При этом обе дисперсные системы могут находиться внутри одного слоя основы, т.е., прозрачного полимерного слоя, и, таким образом, описанное применительно к слою 76 свойство размытия, могло бы, согласно альтернативному варианту выполнения, быть реализовано самим слоем 14, т.е., слой 14 сам мог бы обладать этим свойством в дополнение к частотно-зависимому сечению рассеяния, обеспечивающему диффузное рассеяние.
При использовании зеркала, представленного на фиг. 8, в вариантах выполнения, показанных на фиг. 2-7, воспринимаемое глазом 30 наблюдателя изображение будет казаться размытым, т.е., подвергнутым воздействию фильтра низких частот, благодаря чему эффективно подавляются упомянутые ранее резкие градиенты яркости в небесно-подобной области 40 изображения, которые могли бы отвлекать наблюдателя от получения ощущения бесконечной глубины. Например, размер светорассеивающих центров, образующих вторую дисперсную систему 76, и количество этих рассеивающих центров на единицу поверхности хроматического зеркала 10 могут быть выбраны для получения угла размытия примерно 30°, предпочтительно, 20°, более предпочтительно, 10°, или даже только 3°, и эффективности размытия >50%, предпочтительно, >70%, более предпочтительно, >90%, в том смысле, что по меньшей мере 50%, 70% или 90% падающих лучей испытывает отклонение в пределах заданного угла размытия.
Другая возможность достижения упомянутого эффекта размытия рассматривается со ссылкой на фиг. 9. В соответствии с фиг. 9, зеркало, представленное на фиг. 1, модифицировано так, что физическая и/или оптическая толщина рассеивающего слоя 14 подвергается вариациям в поперечном направлении. Эффект подобных вариаций толщины состоит в создании центров рассеяния, которые, благодаря рефракции и/или дифракции, способны отклонять падающие световые лучи. Что касается величины получающегося углового отклонения, т.е., угла размытия, то из элементарной теории рассеяния хорошо известен метод расчета этого эффекта как функции поперечного размера и глубины модуляции толщины (интуитивно, чем меньше поперечный размер и больше глубина, тем больше угловое отклонение). Что касается эффективности размытия, то предложенный поход, основанный на модуляции толщины позволяет более просто получить большие значения, по сравнению с прежним, основанным на использовании второй дисперсной системы центров рассеяния, поскольку модуляция толщины может быть легко выполнена так, чтобы свести к минимуму и почти избежать наличия плоских профилей, т.е., частей рассеивающего слоя 14 с немодулированной оптической толщиной. Однако, несмотря на то, что метод модуляции толщины обычно используется в промышленности для изготовления фильтров размытия, стоимость такой технологии может быть выше, чем для ранее описанного случая, основанного на второй дисперсной системе. Поэтому, известным для специалистов в области заявки путем может быть выполнена модуляция толщины с такими характеристиками, чтобы получить угол размытия примерно 30°, предпочтительно, 20°, более предпочтительно, 10°, или даже только 3°, и эффективность размытия >50%, предпочтительно, >70%, более предпочтительно, >90%, или даже 97%. Например, модуляция толщины может характеризоваться средней пространственной частотой в интервале 10-200, предпочтительно, 20-1000, более предпочтительно, 40-500 вариаций/мм, а соотношение между глубиной и поперечным размером модуляции толщины может составлять в интервале 0,05-2, предпочтительно, 0,1-1. Однако возможны и другие примеры, касающиеся глубины модуляции и пространственной частоты, а приведенные величины являются только характерными для наиболее часто встречающихся случаев в технологии фильтров размытия.
Механизм, посредством которого модуляция толщины вызывает отклонение падающих световых лучей, схематически проиллюстрированный на фиг. 9, в приведенном примере ограничен влиянием рефракции, которая преобладает, когда поперечная ширина вариаций толщины превышает десятые доли микрометра. Могут, однако, также быть использованы и дифракционные эффекты, упомянутые выше. Благодаря вариации оптической толщины, падающий свет 20 испытывает различные небольшие изменения направления 80 и 82, входя и выходя из рассеивающего слоя 14, что справедливо для зеркально отраженной части 24 света, т.е., части, не участвующей в первом рассеянии при взаимодействии с рассеивающим слоем 14, а также, что менее важно, для диффузной, рассеянной части света. В качестве сравнения, в случае совершенно одинакового по толщине слоя 14, изменения направления при входе в слой 14 и выходе из него будут компенсировать друг друга так, что траектория распространения зеркально отраженного света соответствовала бы углу зеркального отражения относительно траектории распространения падающего света 20. Благодаря меняющемуся наклону рассеивающего слоя 14, обращенного в противоположную от зеркальной поверхности 12 сторону, изменения направления 80 и 82 не компенсируют друг друга. Напротив, в зависимости от точного расположения места падения луча 20 на рассеивающий слой 14, направление, под которым зеркально отражающийся, не рассеянный луч уходит от слоя 14, отклоняется в большей или меньшей степени от углового направления зеркального отражения, которое происходило бы в случае плоского рассеивающего слоя 14, показанного на фиг. 1, или случайно может соответствовать ему. Таким образом, показанная на фиг. 9 меняющаяся толщина позволяет создавать эффект размытия, ранее описанный со ссылкой на фиг. 8, и может, соответственно, быть также использована для ослабления отвлекающего эффекта в отношении восприятия бесконечной глубины изображения.
Следует отметить также некоторые дополнительные преимущества использования описанного эффекта размытия, рассмотренного со ссылкой на фиг. 8 и 9. В дополнение к задаче
1) подавления контуров объектов, например, объекта 42, с использованием рассеяния с малым углом, имеются и другие преимущества, например:
2) большая однородность внутренней части пятна 38,
3) сглаживание очертаний пятна 38 так, что становятся менее заметными отклонения от воспринимаемой круглой формы, как упоминалось выше,
4) увеличивается воспринимаемый размер солнечно-подобного диска 38, в результате чего снижается его яркость,
5) компенсируется неоднородность освещения непосредственно освещенной части освещенной комнаты (ср., например, 52 на фиг. 5), возникающая вследствие дефектов вогнутой зеркальной поверхности.
В частности, поперечные вариации могут быть такими, что свет, пересекающий слой 14 в наружном направлении, испытывает рассеяние с малым углом, благодаря чему лучи красного света с длиной волны 650 нм, пересекающие слой 14 в направлении внутрь и отражающиеся от зеркальной поверхности 12, и снова пересекающие слой 14 в направлении наружу, в предположении равновероятного угла падения, т.е., изотропного освещения, имеют по меньшей мере 50%, предпочтительно, 70%, более предпочтительно, 90%, или даже 97% вероятность угловой девиации в интервале 0,1°-15°, предпочтительно, 0,1°-10°, более предпочтительно, 0,1°-5°, или даже 0,1°-1,5° от направления зеркального отражения.
Кроме того, с другой стороны, вариации физической и/или оптической толщины слоя с переменной толщиной могут быть выбраны так, что хроматическое зеркало 10 имеет, в конце концов, зеркальное отражение, т.е., отражение под зеркальным углом, меньшим 50%, предпочтительно, меньшим 30%, даже, более предпочтительно, меньшим 10%, или даже меньшим 3%, по сравнению со случаем плоского рассеивающего слоя 14, обладающего только первой дисперсной системой с наночастицами.
Более того, следует заметить, что в качестве альтернативы к описанному со ссылкой на фиг. 9, вместо рассеивающего слоя 14, к нему может быть добавлен другой слой, обладающий прозрачностью и имеющий описанные вариации физической и/или оптической толщины. Соответственно, такой прозрачный слой с меняющейся толщиной может быть помещен со стороны 18 рассеивающего слоя 14, так же, как был добавлен к рассеивающему слою 14 слой 76 на фиг. 8.
Другая возможность снижения отвлекающего эффекта представлена ниже со ссылкой на фиг. 10. На фиг. 10 представлена модификация устройства, показанного на фиг. 5, однако полупрозрачный слой, описанный со ссылкой на фиг. 10, может также быть использован в комбинации с любой из других систем, состоящих из осветителя и зеркала 10. В контексте настоящей заявки, термином "полупрозрачный слой" может быть названо что-то, что
(i) пропускает без искажения часть падающего света, например, имеет коэффициент направленного пропускания предпочтительно в интервале 5-50%, более предпочтительно, 10-40%, еще более предпочтительно, 15-30%,
(ii) рассеивает остальной свет в произвольном направлении, предпочтительно, изотропно или по меньшей мере с гарантией того, что более 30%, предпочтительно, 50%, более предпочтительно, 70% рассеянного света отклоняется более, чем на 5°, предпочтительно, более, чем на 10°, более предпочтительно, более, чем на 15° от направления падающего света.
Дополнительно, в некоторых вариантах выполнения, желательно, чтобы рассеяние происходило предпочтительно в переднем направлении, например, предпочтительно, чтобы соотношение между эффективностью рассеяния вперед и рассеяния назад полупрозрачного слоя было >1,1, предпочтительно, >1,5, более предпочтительно, >2, или даже >5.
На фиг. 10 показан полупрозрачный слой 84, расположенный после (по световому потоку) зеркала 10, т.е., между зеркалом и областью 52, освещенной зеркально отраженным светом, где, как предполагается, расположен глаз наблюдателя. Другими словами, полупрозрачный слой 84 располагается и удерживается между наблюдателем, с одной стороны, и зеркалом 10, с другой стороны. Полупрозрачным слоем может быть матерчатый тент. В случае, когда зеркало 10 вместе с осветителем 26 расположено у потолка комнаты, полупрозрачный слой 84 может быть подвешен под осветителем 26. Независимо от расположения зеркала 10 и осветителя 26 внутри комнаты, полупрозрачный слой 84 может действовать как обычный тент перед окном, например, как экран, который
(i) освещен прямым теплым светом Солнца, которое отбрасывает на тент яркое и четко очерченное пятно теплого света, в свою очередь, освещающее комнату рассеянным светом,
(ii) освещен голубоватым рассеянным светом неба, придающим тенту голубоватый оттенок и, в особенности, вокруг пятна теплого солнечного света, обеспечивая естественное восприятие прекрасного результата совместного действия от Солнца и неба.
В одном варианте выполнения, полупрозрачность полупрозрачного слоя 84 может быть представлена как свойство зернистости полупрозрачного слоя 84, разделенного на области, полностью прозрачные для проходящего слой 84 света, и другие, непрозрачные области, отклоняющие свет, проходящий через слой 84. Например, в слое 84 могут быть отверстия, если материал слоя 84 выполняет функцию рассеивателя белого света, как в случае белой ткани. В одном варианте выполнения, полупрозрачный рассеиватель также может быть и окрашенным, как часто бывает в случае домашних тентов из ткани. В других вариантах выполнения, полупрозрачный рассеиватель может обладать коэффициентом направленного пропускания, меняющимся от одной точки к другой, что может быть полезно для получения эстетических живописных эффектов. Во всех вариантах выполнения, тот факт, что полупрозрачный рассеиватель обладает ненулевым коэффициентом направленного пропускания, обеспечивает наблюдателю возможность восприятия яркой части источника света, находящегося за полупрозрачным рассеивателем, и, в соответствии с установленным расстоянием между наблюдателем и действительным/виртуальным изображением источника света, он/она могут воспринять наличие бесконечно глубокого пространства за полупрозрачным рассеивателем, по той же причине, и посредством тех же механизмов, что и в описанном выше случаю, без использования полупрозрачного рассеивателя.
В одном варианте выполнения, полупрозрачный слой 84 может создавать следующий эффект. Наблюдатель, глядящий в зеркало 10 в пределах части 52 прямого света, не получает возможности видеть все части источника отраженного света или, точнее, отраженной комнаты, которые могут испортить ощущение восприятия бесконечной глубины. Действительно, ее/его взгляд может быть теперь более привлечен ярким пятном на полупрозрачном слое, например, тенте, и упомянутым контрастом между теплым и голубоватым светом на этом рассеивателе, т.е., внимание будет привлечено эффектами, естественно возникающими на конечном расстоянии от наблюдателя, вместо того, чтобы отвлекаться на отражение комнаты в зеркале, что выглядит неестественно. В результате, снижается вероятность того, что наблюдатель будет отвлечен от восприятия бесконечной глубины.
Перед описанием некоторых вариантов реализации и изготовления хроматического зеркала 10 в соответствии с любым из описанных выше вариантов выполнения, следует заметить, что осветительные системы, описанные выше со ссылкой на фиг. 2-7 и 10, могут быть использованы в виде решетки таких систем так, что свет, зеркально отраженный хроматическими зеркалами этих систем, формирует решетку световых лучей, ориентированных в одном направлении. Например, осветительные системы, показанные на фиг. 5, могут быть размещены бок о бок так, чтобы закрыть, например, весь потолок комнаты, вместо только его части.
Помимо этого, следует заметить, что все описанные выше осветительные системы, вместе с дополнительными окружающими элементами здания, например, стенами, потолками и т.п., формируют архитектурный объект, т.е., сооружение, например, здание или др., который участвует в обеспечении описанных выше преимуществ.
Кроме того, в этом отношении следует заметить, что преимущества, которыми обладают варианты выполнения, использующие зеркальную поверхность вогнутой, или даже параболической формы, не обязательно используются. В некоторых применениях, например, в условиях, где источник света расположен так близко к хроматическому зеркалу, что наблюдатель неизбежно будет воспринимать его на конечном расстоянии, а также в условиях, где использование нескольких осветительных устройств может вынудить наблюдателя воспринимать одновременно, т.е., из одной точки наблюдения, наличие более чем одного источника света, т.е., более чем одного Солнца. Даже в этих случаях могут быть приняты архитектурные меры к тому, чтобы предотвратить возможность человека смотреть в прямой световой луч, сформированный зеркально отраженным от зеркала 10 светом. На фиг. 11 показан пример такого архитектурного объекта. На фиг. 11 показаны две стены 86а и 86b комнаты архитектурного объекта, в котором зеркало 10 висит на стене 86а для целей иллюстрации. Зеркало 10 освещено осветителем 26, который, в свою очередь, например, подвешен на потолке комнаты. Прямой свет, зеркально отраженный зеркалом 10, показан освещающим в качестве примера определенную область комнаты, где должна располагаться в качестве экспоната скульптура. Для предотвращения случайного взгляда наблюдателя прямо в осветитель 26 через зеркало 10, область 88, непосредственно освещенная прямым светом, включена в зону ограниченного доступа посетителей, куда закрыт вход для желающих попасть туда. На фиг. 11 зона ограниченного доступа, например, обозначена ограждением 90, окружающим область 88, освещенную прямым светом. Соответственно, посетитель или наблюдатель 92 за пределами заблокированной области 88, обозначенной ограждением 90, не имеет возможности смотреть прямо в осветитель 26 через зеркало 10, а может просто наблюдать небесно-подобный рассеянный свет и прямые солнечно-подобные лучи, освещающие экспозицию, и может, соответственно, воспринимать зеркало 10 как окно, открывающее вид на небо, причем все это воспринимается без непосредственного взгляда на Солнце. Примечательно, что подобная схема освещения может быть использована для ослабления ограничений на воспринимаемую форму источника света или его светящейся площадки, которая, в данном случае, может иметь любую форму.
После описания некоторых вариантов выполнения хроматического зеркала и предпочтительных принципов построения использующих его систем, далее приводятся примеры конкретных вариантов осуществления и примеры изготовления такого хроматического зеркала.
Как уже было описано выше, рассеивающим слоем 14 может быть покрытие или пленка, например, слой, имеющие, предпочтительно, толщину <0,2 мм, более предпочтительно, <0,1 мм, еще более предпочтительно, <0,05 мм или, для некоторых вариантов выполнения, даже <0,01 мм, нанесенные на зеркальную поверхность 12. На фиг. 12 показано, что рассеивающий слой 14 может характеризоваться частотно-зависимым сечением рассеяния, что обеспечивается путем формирования рассеивающего слоя 14 в виде прозрачного полимерного слоя с дисперсной системой рассеивающих свет центров, т.е., внедренных наночастиц со средним размером менее 250 нм. Рассеивающие свет центры, или наночастицы, обозначены ссылочным номером 94. На фиг. 12 также показано, что прозрачный слой рассеивающего слоя 14 может, опционально, также иметь вторую дисперсную систему внедренных в него светорассеивающих центров 96, средний размер которых составляет, например, более 5 мкм. Также надо учесть приведенные выше замечания, касающиеся соотношения между средним размером светорассеивающих центров первой и второй дисперсных систем, и примеры для абсолютного минимума средних размеров. В то время как дисперсная система светорассеивающих центров 94 вызывает описанное выше частотно-зависимое диффузное рассеяние, вторая дисперсная система светорассеивающих центров 96 вызывает эффект размытия, описанный со ссылкой на фиг. 8 и слой 76, соответственно. В той же мере, фиг. 12 представляет пример упомянутой выше альтернативы фиг. 8, согласно которой обе характеристики, т.е., частотно-зависимое диффузное рассеяние и размытие белого света в малом угле, обусловлены одним слоем.
При создании зеркала 10, сначала может быть изготовлен прозрачный полимерный слой 14 с дисперсной системой 94 и, опционально, с дисперсной системой 96, в результате чего получится пленка, которая затем может быть нанесена на зеркально отражающую поверхность 12, либо на которой затем может быть сформирована зеркально отражающая поверхность 12, либо, в альтернативном варианте, дисперсная система 94 и опциональная дисперсная система 96 вместе с полимерным материалом слоя 14 непосредственно наносятся на зеркально отражающую поверхность 12, например, посредством распыления, струйного напыления, вытягивания пленки из расплава, методом погружения в раствор (дип-коутинг - от англ. deep coating), койлкоутинга, вакуумного напыления металла, молекулярно-пучковой эпитаксии, плазменным напылением и т.п.
Плотность первой и второй дисперсных систем может быть выбрана так, чтобы рассеянное отражение хроматического зеркала составляло, например, более 50%, более 80% или даже более 90%. Другими словами, может быть рассеян практически весь падающий свет, либо под малыми углами второй дисперсной системой, либо под большими углами первой дисперсной системой, с оставшейся небольшой зеркально отраженной частью света.
На фиг. 13 представлен другой вариант выполнения зеркала 10. Согласно фиг. 13, прозрачная панель 98 располагается между покрытием или пленкой 100, формирующей зеркальную поверхность 12, и другим покрытием или пленкой 102, формирующей рассеивающий слой 14. Покрытия или пленки 100 и 102 могут содержать дисперсные системы, описанные со ссылкой на фиг. 12. Другими словами, прозрачная панель может быть полимерной, например, из акрила, поликарбоната, Майлара, ПВХ, и т.п., стеклянной панелью, или панелью из слоеного стекла, может иметь две главные стороны, или грани, с покрытием или пленкой 100, помещенной на одной грани, и покрытием или пленкой 102, помещенной на другой грани.
Соответственно, в случае, представленном на фиг. 13, зеркало 10 может быть жестким или гибким, или даже растягивающимся,
жесткость/гибкость/растяжимость которого обеспечивается прозрачной панелью 98. Следует отметить, что термин панель в контексте настоящего изобретения используется для обозначения слоя любой возможной толщины, поэтому это также может быть и пленка, или покрытие, и не обязательно этот слой должен быть жестким.
На фиг. 14 представлена версия варианта выполнения, показанного на фиг. 13, согласно которой оба покрытия или пленки 100 и 102 расположены с одной стороны или на одной грани прозрачной панели 98. Например, покрытие или пленка 102 располагается между покрытием или пленкой 100 и прозрачной панелью 98 с покрытием или пленкой 100 или ее стороной, обращенной к рассеивающему слою 14, формирующей зеркальную поверхность 12.
Интересно отметить, что вариант выполнения, показанный на фиг. 14, позволяет избежать использования "оловянной" стороны стеклянной панели в случае использования такой панели из флоат-стекла в качестве прозрачной панели 98. Другими словами, в случае фиг. 14, прозрачная панель 98 может быть выполнена в виде панели из флоат-стекла, и в этом случае "оловянная" сторона может быть обращена в противоположную от покрытий или пленок 100 и 102 сторону, в то время как "воздушная" сторона панели 98 из флоат-стекла соприкасается с покрытием или пленкой 102. Таким способом можно предотвратить негативные воздействия олова, используемого при изготовлении панели из флоат-стекла, на пленки или покрытия 102 и 100.
В качестве иллюстрации, "оловянная" сторона показана на фиг. 14 штриховкой и обозначена ссылочным номером 104.
Фиг. 15 используется в качестве иллюстрации способа изготовления варианта выполнения, показанного на фиг. 13, с использованием листов флоат-стекла, позволяющего избежать нанесения каких-либо пленок или покрытий 100 и 102 на какую-либо сторону листового флоат-стекла. В частности, в соответствии с фиг. 15, хроматическое зеркало 10 содержит панель из слоистого стекла, составленную из двух листов 104 и 106 флоат-стекла, сложенных и скрепленных друг с другом лежащей между ними адгезивной прозрачной полимерной пленкой 108, например, этиленвинил ацетата (ЭВА) или поливинилбутираля (ПВБ), причем гранями двух листов 104 и 106 стекла, обращенных друг к другу и скрепленных друг с другом посредством адгезивной полимерной пленки 108 являются "оловянные" стороны стекла листов 104 и 106 флоат-стекла, и покрытие или пленка 100, формирующая зеркально отражающую поверхность 12, наносится на "воздушную" сторону листа 104 флоат-стекла, а покрытие или пленка 102, формирующая рассеивающий слой 14, наносится на "воздушную" сторону листа 106 флоат-стекла. Таким способом, зеркало 10 на фиг. 15 также выполняет и функцию защитной стеклянной панели и выполняет многие требования, предъявляемые к использованию строительных элементов зданий, например, ударопрочность (например, благодаря тому, что панель не рассыпается на много частей, когда она, в конце концов, будет разбита), пожаростойкость и др.
Другой вариант выполнения представлен на фиг. 16. Здесь показан модифицированный вариант выполнения, изображенный на фиг. 15, отличающийся тем, что свойство рассеяния рассеивающего слоя переносится от отдельной пленки или покрытия 102 на фиг. 15 к прозрачному слою 108 между листами 104 и 106 флоат-стекла, который, соответственно, является одновременно адгезивной прозрачной полимерной пленкой и рассеивающим слоем. Например, адгезивная прозрачная полимерная пленка может одновременно служить и основой для дисперсной системы светорассеивающих центров 96, показанной на фиг. 12. При этом зеркало, показанное на фиг. 16, может быть изготовлено очень просто с использованием технологии, применяемой для изготовления двухслойных стеклянных панелей, в которой требуется только нанесение пленки или покрытия 100 на "воздушную" сторону одного из листов 104 или 106 флоат-стекла (104 в случае, показанном на фиг. 16).
В случае вариантов выполнения, показанных на фиг. 13-16, прозрачная панель и листы стекла, соответственно, играют роль несущего элемента, или несущего слоя. В примерах с листом стекла и стеклянной панелью, они обеспечивают жесткость конструкции зеркала 10.
Варианты выполнения, показанные на фиг. 17, представляют пример, в котором зеркально отражающая поверхность сформирована алюминиевой металлической зеркальной фольгой, имеющей, например, очень высокий коэффициент отражения (например, коэффициент отражения >95%, и даже >98%), используемой в настоящее время, например, для отражателей света флуоресцентных ламп, или для отражения солнечного света для использования на открытом воздухе, и изготовляемой несколькими промышленными технологиями, например, электрофорезом, вакуумным напылением металла, нанесением покрытий органических и/или неорганических материалов, включая использование микро- и наночастиц, согласно требованиям, для управления различием коэффициентов (преломления) и, тем самым, увеличения коэффициента отражения, или для улучшения механической и химической стойкости зеркала к посторонним воздействиям, например, атмосферным воздействиям для применения вне помещений. В некоторых вариантах выполнения, рассеивающий слой 14 может быть сформирован покрытием или пленкой 102, нанесенной непосредственно на полированную алюминиевую зеркально отражающую фольгу, показанную на фиг. 17 ссылочным номером 110. В альтернативном случае, рассеивающий слой 14 может быть нанесен в ходе промышленного процесса, подходящего для производства алюминиевой зеркальной фольги. Это второе решение подразумевает более сложный и дорогой процесс, однако может обеспечить лучшую полировку хроматического зеркала 10, особенно для применения вне закрытых помещений.
В обоих случаях, соответственно, алюминиевая металлическая зеркальная фольга 110 может сформировать зеркало 10 с подходящей гибкостью, необходимой для реализации технологии койлкоутинга и хранения в рулонах. Для примера, на фиг. 17 показано зеркало 10, свернутое в рулон 112, например, для обеспечения поставок и транспортировки.
2
В любом из описанных выше вариантов выполнения, рассеивающий слой или формирующие его пленка или покрытие 102 могут представлять собой прозрачный полимерный слой с дисперсной системой, сформированной упомянутыми светорассеивающими центрами 96. Этими светорассеивающими центрами могут быть, например, органические наночастицы или, для получения повышенной эффективности рассеяния и, значит, и минимально возможной толщины рассеивающего слоя 14, также и неорганические наночастицы, например, наночастицы TiO, ZnO, отличающиеся большей разницей в коэффициенте (преломления) в сравнении с органической основой и имеющие средний диаметр менее 250 нм. Эти неорганические наночастицы могут быть защищены от фотокаталитического разрушения под воздействием ближнего ультрафиолета и/или излучения видимого света, что обычно обеспечивается промышленными поставщиками наночастиц.
В другом варианте выполнения, рассеивающий слой 14 может содержать наночастицы, например неорганические наночастицы, рассеянные в неорганической основе, например в стекле или материале на кварцевой основе, например на золь-гелевой основе. Этот вариант может подразумевать использование больших промышленных установок, что типично для промышленного производства стекла, но позволит сократить число технологических шагов и тем самым упростить процесс производства и снизить стоимость, сделав новый процесс мало отличающимся от стандартного промышленного процесса изготовления стекла, закаленного стекла, слоистого стекла и зеркального стекла.
Кроме того, на фиг. 17 показан защитный слой 112, выполненный из прозрачного материала и обладающий стойкостью к атмосферным воздействиям, который может защищать рассеивающий слой 14, что в равной степени относится ко всем описанным выше вариантам выполнения зеркала 10. В показанном на фиг. 17 случае, например рассеивающий слой 14, т.е., пленка или покрытие 102, размещен между алюминиевой металлической зеркальной фольгой 110 и защитным слоем 112. Защитным слоем 112 может быть, например, неорганическая пленка или пленка из золь-гелевого материала, например, кварцевая или золь-гелевая пленка или пленка, содержащая частицы кварца, микро- или наночастицы.
Как уже упоминалось выше со ссылкой на фиг. 17, зеркало 10, представленное на фиг. 17, обладает гибкостью. В соответствии с вариантом выполнения, показанным на фиг. 18, зеркало 10 удерживается в заданном положении посредством рамы 114, окружающей по периметру зеркало 10, которое обладает гибкостью фольги, в соответствии с вариантом выполнения на фиг. 17.
Посредством рамы 114, зеркало 10 может удерживаться, например зафиксированным относительно стены или другой опоры. В некотором варианте выполнения, хроматическое зеркало 10 на основе подложки из алюминиевой зеркальной фольги может иметь несколько отверстий размером в интервале 1-100 мм, предпочтительно, в интервале 5-50 мм, что делает хроматическое зеркало 10 пригодным для использования для облицовки при строительстве зданий, выполняя функцию цветных вентилируемых фасадов. Однако, некоторые применения хроматического зеркала 10 для вентилируемых фасадов, или даже для художественно оформленных фасадов зданий, не обязательно требуют выполнения отверстий.
В отношении вариантов выполнения, представленных на фиг. 13 и 14, следует отметить, что показанная там прозрачная панель 98 может быть заменена гибкими элементами, например, прозрачной гибкой полимерной пленкой с тем, чтобы получившееся зеркало 10 стало растягивающимся, т.е., могло быть натянуто в подходящей раме, например в натяжной конструкции, которые используют для создания тени на открытом воздухе. Соответственно, при использовании гибкой полимерной пленки 98 в вариантах выполнения, показанных на фиг. 14 и 13, получившееся хроматическое зеркало 10 образует натяжную конструкцию, которая может быть изогнута с получением различной формы, например, вогнутой или даже параболической формы, описанной выше. Это свойство может быть использовано, например, для создания большого небесно-подобного потолка в спортивных залах, СПА салонах, парках развлечений и т.д., в котором обеспечивается вид не только неба, но также и Солнца.
Вместо металлической фольги, для формирования зеркальной поверхности может быть использована ткань с отражающим покрытием. Такая опция может быть использована, например, в пошиве модной одежды для создания небесно-солнечной одежды, вид которой изменяется с изменением типа освещения и, в частности, при изменении направленности освещения, которое, в свою очередь, означает изменение атмосферных условий от ясного дня с сильным направленным светом до облачной погоды с рассеянным освещением.
Наконец, на фиг. 19 представлен вариант выполнения, где на фасаде здания, в частном случае, фасаде небоскреба 116, установлены одно или более хроматических зеркал 10, при этом на фиг. 19 для примера показана только часть фасада, имеющая зеркала 10, а именно, часть 118. В соответствии с настоящей заявкой, фасад здания можно заставить выглядеть как участок неба, когда он освещен каким-либо направленным светом, например, светом Солнца в ясный день или даже при переменной облачности, что позволяет существенно модифицировать внешний вид здания и его эстетическое взаимодействие с окружающей природой и небом. Несмотря на то, что приведенные выше примеры зеркал 10 могут быть использованы, по меньшей мере отчасти, для фасада (с обращенной наружу зеркальной стороной), на фиг. 19 представлен случай, где часть 118 заполнена решеткой зеркал типа показанного на фиг. 18. Это обстоятельство не следует, однако, представлять как исключающее использование любого другого из вариантов выполнения зеркала 10 для создания части 118 фасада с зеркальным эффектом.
Эффект облицовки части 118 небоскреба 116 зеркалом 10 может быть объяснен следующим образом: обычно солнечный свет освещает фасад небоскребов 116. Однако, благодаря диффузному действию рассеивающего слоя зеркала 10, наблюдатель, смотрящий на небоскреб 116, будет воспринимать небо находящимся сзади небоскреба в пределах его части 118, покрытой зеркалом 10. Благодаря этому приему, небоскреб 116 может быть сделан почти невидимым, по меньшей мере, что касается его части 118, и этот прием может быть использован для многих целей, например из эстетических соображений.
Наконец, на фиг. 20 приведен пример хроматической панели, сформированной в виде панели из слоистого стекла. Эта панель отличается от показанной на фиг. 16 только отсутствием покрытия или пленки 100. То есть, на фиг. 20 показана хроматическая панель, которая легко может быть превращена в хроматическое зеркало, представленное на фиг. 16, и которая обладает теми же преимуществами при использовании в строительстве и архитектуре: она легко изготавливается, поскольку здесь, в принципе, нет дополнительной операции, необходимой для формирования панели из слоистого стекла со слоем 100, и в ней предполагается объединение функций скрепления друг с другом листов 104 и 106 стекла и получения частотной зависимости рассеяния света. Листами стекла могут быть листы закаленного стекла или флоат-стекла. Интересно, что внутри здания хроматические панели, показанные на фиг. 20, могут быть использованы как для пропускания, так и для отражения, если речь идет о половине рассеянного света, выходящей из хроматического компонента со стороны падающего света. Таким образом, при замене, например, зеркала 10 на боковой стене на фиг. 3 хроматической панелью, показанной на фиг. 20, и освещении этой хроматической панели из соседней комнаты слева от комнаты 48, наблюдатель, находящийся внутри комнаты 48, получит восприятие неба с Солнцем, аналогичное описанному со ссылкой на фиг. 2, и отличающееся тем, что осветитель находится в соседней комнате. Наблюдатель, находящейся в соседней комнате, показанной на фиг. 3 пунктирными линиями, в свою очередь, увидел бы просто небо без Солнца. Использование хроматического компонента внутри здания, имеющего две комнаты, не вызовет сложности, благодаря конструкции панели из слоистого стекла.
Что касается создания/изготовления рассеивающего слоя, то следует обратиться к описанным выше вариантам выполнения и, в частности к формулировкам, приведенным выше со ссылкой на фиг. 12.