本发明公开了一种用于室内模拟蓝天光照的照明装置，属于非成像光学技术领域。其由一块散射板和一个可实现定向均匀光照的照明系统构成。照明系统包含若干沿一个方向均匀排列的自由曲面透镜照明单元和照明光源，自由曲面透镜照明单元包含一个光束准直模块和一个实现光束能量分布精准调控的自由曲面阵列。由照明光源出射的光束先经自由曲面透镜照明单元的光束准直模块扩束准直，后经自由曲面阵列偏折产生定向光照，最后通过阵列叠加各自由曲面单元形成定向均匀光照。该定向均匀光照通过散射板内纳米颗粒的瑞利散射作用形成蓝天光照效果，同时定向均匀照明光束在墙壁上产生具有一定清晰边界的均匀照明光斑，达到在室内模拟蓝天和太阳光照的效果。