(57)【要約】実施形態によっては、昼光をその第１端から前記第１端の反対側の第２端に導く内部が反射性の管を有する、昼光照明装置を提供する。ディフューザは、前記管の前記第２端に配置され得る。前記ディフューザは、前記第１端が部屋の外に配置され前記第２端が前記部屋に光を供給するように配置されて前記昼光照明装置が設置されるときに、前記昼光の反射された部分が前記部屋の少なくとも天井又は壁面に向けられ、前記昼光の透過した部分が前記部屋の少なくとも床面に向けられるように構成された第１光学構造を有し得る。
2013513920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
昼光照明装置であって、
昼光をその第１端及び前記第１端の反対側の第２端から導く、内部が反射性の管と、
前記管の前記第２端に配置されたディフューザとを備え、
前記ディフューザは、前記第１端が部屋の外に配置され前記第２端が前記部屋に光を供給するように配置されて前記昼光照明装置が設置されるときに、
前記昼光の反射された部分が前記部屋の少なくとも天井又は上方の壁面に向けられ、
前記昼光の透過した部分が前記部屋の少なくとも床又は下方の表面に向けられる
ように構成された第１光学構造を有する昼光照明装置。
【請求項２】
前記第１光学構造は、前記昼光の反射された部分の向きを変えるように形作られ配置された反射面を有する、
請求項１に記載の昼光照明装置。
【請求項３】
前記反射面は、コリメートされた昼光を第１入射角で反射する第１面を少なくとも有する、
請求項２に記載の昼光照明装置。
【請求項４】
前記反射面は、前記コリメートされた昼光を前記第１入射角とは異なる第２入射角で反射する第２面を少なくとも有する、
請求項３に記載の昼光照明装置。
【請求項５】
前記反射面は、コリメートされた昼光を複数の入射角で反射する第１の湾曲面を少なくとも有する、
請求項２に記載の昼光照明装置。
【請求項６】
前記反射面は、下反射面領域、中央反射面領域、及び上反射面領域を有する、
請求項２に記載の昼光照明装置。
【請求項７】
前記下反射面領域、前記中央反射面領域、及び前記上反射面領域のそれぞれは、円錐台（conical frustum）を有する、
請求項６に記載の昼光照明装置。
【請求項８】
前記第１光学構造は、前記昼光の透過した部分の少なくとも一部が前記第１光学構造を通過するように形作られ配置された少なくとも１つの開口を有する、
請求項１に記載の昼光照明装置。
【請求項９】
前記第１光学構造は、前記昼光の透過した部分の少なくとも一部が前記第１光学構造を通過するように構成された複数の穴によって非連続にされた少なくとも１つの反射面を有する、
請求項１に記載の昼光照明装置。
【請求項１０】
前記ディフューザは、前記第１光学構造を出る光を受け取る第２光学構造を有する、
請求項１に記載の昼光照明装置。
【請求項１１】
前記第２光学構造は、前記昼光の反射された部分を広げるように構成されている、
請求項１０に記載の昼光照明装置。
【請求項１２】
前記第２光学構造は、前記昼光の透過した部分を広げるように構成されている、
請求項１１に記載の昼光照明装置。
【請求項１３】
前記第１光学構造は、双曲面の錐台（frustum of a hyperboloid）の形状の反射要素を有する
請求項１に記載の昼光照明装置。
【請求項１４】
構造物の内部に光を供給する方法であって、
内部が反射性の管を、前記構造物の外部の第１位置と前記構造物の部屋内の第２位置との間に、昼光が前記第１位置から前記第２位置まで前記管に沿って導かれるように配置するステップと、
ディフューザが、前記管を出る前記昼光の第１の部分を前記部屋の天井及び上方の壁面の少なくとも１つに向けて反射し、かつ、前記管を出る前記昼光の第２の部分を前記ディフューザを通過させて前記部屋の少なくとも床又は下方の表面に向かわせるように、前記ディフューザを前記部屋内の前記管の端部に配置するステップと
を備える方法。
【請求項１５】
ディフューザを配置することには、
前記昼光の少なくとも一部を反射する第１光学素子を配置し、
前記管を出る昼光を広げる第２光学素子を、前記第１光学素子の周囲に配置することを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ディフューザを前記管の端部に配置することには、光学素子を、前記管の中に少なくとも部分的に広がるように配置することを含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
昼光照明装置を製造する方法であって、
基材の各面上に反射性材料を置いて２つの反射面を有する少なくとも１つのシートを形成するステップと、
前記シートに複数の穴を形成するステップと、
前記少なくとも１つのシートを成型して、少なくとも１つの反射面領域を有し断面がほぼ円形の光学素子、及び前記少なくとも１つの反射面領域にわたって広がる開口を形成するステップと、
昼光を受け取って前記昼光を前記光学素子に向けさせる内部が反射性の管の一端に、前記光学素子を配置するステップと
を備える方法。
【請求項１８】
前記管を出る光を広げる第２光学素子を前記第１光学素子の上に配置するステップを更に備える、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１端が部屋の外に配置され前記第２端が前記部屋に光を供給するように配置されて前記昼光照明装置が設置されるときに、前記昼光の反射された部分が前記部屋の少なくとも天井又は上方の壁面に向けられ、前記昼光の透過した部分が前記部屋の少なくとも床面に向けられるように、前記光学素子が構成される、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのシートを成型することには、
少なくとも第１及び第２シートを成型し、
前記第１及び第２シートを少なくとも接合して前記光学素子を形成することを含む、
請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大きくは昼光照明システム及び方法に関し、より具体的には光拡散装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昼光照明システムは、典型的には自然光を構造物の内部に提供する窓、開口、及び／又は表面を含む。昼光照明システムの例には、天窓及び管状昼光照明装置（ＴＤＤ）の設備が含まれる。ＴＤＤ設備においては、透明なカバーが建物の屋根又はその他適当な場所に取り付けられる。内部が反射する管は、照明されるべき部屋又は場所に取り付けられたディフューザにそのカバーを接続し得る。ディフューザは、部屋の天井に、又はその他の適切な場所に設置され得る。屋根上のカバーから入ってくる自然光は、管を通って伝搬し、ディフューザに届き、ディフューザが自然光を構造物の内部にわたって分散させる。現在知られている光拡散のためのある種の装置及び方法にはさまざまな難点がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
ここに記載された例示的実施形態はいくつかの特徴を有し、そのうちのいずれの１つも、それらの望ましい特性に不可欠なものではなく、それらの望ましい特性を単独で担っているわけではない。クレームの範囲を限定することなく、有利な特徴のいくつかが概括される。
【０００４】
実施形態によっては、昼光をその第１端から前記第１端の反対側の第２端に導く内部が反射性の管を有する、昼光照明装置を提供する。ディフューザは、前記管の前記第２端に配置され得る。前記ディフューザは、前記第１端が部屋の外に配置され前記第２端が前記部屋に光を供給するように配置されて前記昼光照明装置が設置されるときに、前記昼光の反射された部分が前記部屋の少なくとも１つの上方領域（例えば、天井又は上方の壁面）に向けられ、前記昼光の透過した部分が前記部屋の少なくとも１つの下方領域（例えば、床面）に向けられるように構成された第１光学構造を有し得る。
【０００５】
前記第１光学構造は、前記昼光の反射された部分の伝搬の向きを変えるように形作られ配置された反射面を有し得る。前記反射面は、コリメートされた昼光を第１入射角で反射する第１面を少なくとも有し得る。前記反射面は、前記コリメートされた昼光を前記第１入射角とは異なる第２入射角で反射する第２面を少なくとも有し得る。前記反射面は、複数の更なる面を有し得る。
【０００６】
前記反射面は、コリメートされた昼光を複数の入射角で反射する第１の湾曲面を少なくとも有し得る。前記反射面は、下反射面領域、中央反射面領域、及び上反射面領域を有し得る。前記下反射面領域、前記中央反射面領域、及び前記上反射面領域のそれぞれは、円錐台（conical frustum）であり得る。前記第１光学構造は、双曲面の錐台（frustum of a hyperboloid）の一般的な形状のような、多数の異なる形状の反射要素を有し得る。
【０００７】
前記第１光学構造は、前記昼光の透過した部分の少なくとも一部が前記第１光学構造を通過するように形作られ配置された少なくとも１つの開口を有し得る。前記第１光学構造は、前記昼光の透過した部分の少なくとも一部が前記第１光学構造を通過するように構成された複数の穴によって非連続にされた少なくとも１つの反射面を有し得る。
【０００８】
前記ディフューザは、前記第１光学構造を出る光を受け取る第２光学構造を有し得る。前記第２光学構造は、前記昼光の反射された部分を広げるように構成され得る。前記第２光学構造は、前記昼光の透過した部分を広げるようにも構成され得る。
【０００９】
ある実施形態は、構造物の内部に光を供給する方法を提供する。この方法は、内部が反射性の管を、前記構造物の外部の第１位置と前記構造物の部屋内の第２位置との間に、昼光が前記第１位置から前記第２位置まで前記管に沿って導かれるように配置するステップと、ディフューザが、前記管を出る前記昼光の第１の部分を前記部屋の少なくとも１つの上方領域（例えば、天井及び壁面）に向けて反射し、かつ、前記管を出る前記昼光の第２の部分を前記ディフューザを通過させて前記部屋の少なくとも１つの下方領域（例えば、床面）に向かわせるように、前記ディフューザを前記部屋内の前記管の端部に配置するステップとを有し得る。
【００１０】
ディフューザを配置することには、前記昼光の少なくとも一部を反射する第１光学素子を配置し、前記管を出る昼光を広げる第２光学素子を、前記第１光学素子の周囲に配置することを含み得る。ディフューザを前記管の端部に配置することには、光学素子を、前記管の中に少なくとも部分的に広がるように配置することを含み得る。
【００１１】
実施形態によっては、昼光照明装置を製造する方法を提供する。この方法は、基材の各面上に反射性材料を置いて２つの反射面を有する少なくとも１つのシートを形成するステップと、前記シートに複数の穴を含むように前記シートを切り取り又は形成するステップと、前記少なくとも１つのシートを成型して、少なくとも１つの反射面領域を有し断面が概して円形の光学素子、及び前記少なくとも１つの反射面領域にわたって広がる開口を形成するステップと、内部が反射性の管の一端に、前記光学素子を配置するステップとを有し得る。前記管は、昼光を受け取って前記昼光を前記光学素子に向けさせるように構成され得る。前記少なくとも１つのシートを成型することには、少なくとも第１及び第２シートを成型し、前記第１及び第２シートを接合して前記光学素子を形成することを含み得る。
【００１２】
前記方法は、前記管を出る光を広げる第２光学素子を前記第１光学素子の上に配置するステップを有し得る。前記第１端が部屋の外に配置され前記第２端が前記部屋に光を供給するように配置されて前記昼光照明装置が設置されるときに、前記昼光の反射された部分が前記部屋の少なくとも天井又は上方の壁面に向けられ、前記昼光の透過した部分が前記部屋の少なくとも床面に向けられるように、前記光学素子が構成され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
さまざまな実施形態は、図示の目的のために添付の図面に示されるが、本発明の範囲を限定するように決して解釈されてはならない。加えて、異なる開示された実施形態のさまざまな特徴は、更なる実施形態を形成するよう組み合わせられ得る。それらも本開示の一部を成す。いずれの特徴や構成も、削除又は省略され得る。図面全体で、参照番号は参照要素間の対応を示すために再利用され得る。
【図１】図１は、ＴＤＤ設備の例を模式的に図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、概して連続して湾曲した反射面を持つ光学素子を有する例示的ＴＤＤ設備の詳細な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、分けられた複数の反射面を持つ光学素子を有する例示的ＴＤＤ設備の詳細な断面図である。
【図３】図３は、図２Ｂに図示された例示的ＴＤＤ設備を通る光の伝搬を図示する光路図である。
【図４】図４は、図２Ｂに図示された例示的ＴＤＤ設備を通る光の伝搬を図示する他の光路図である。
【図５】図５は、穴の開いた光学素子を有する例示的ＴＤＤ設備を通る光の伝搬を図示する光路図である。
【図６】図６は、第１光学素子及び第２光学素子を有する例示的ＴＤＤ設備を通る光の伝搬を図示する光路図である。
【図７】図７は、ディフューザを有する例示的ＴＤＤ設備のある寸法及び大きさを示す断面図である。
【図８】図８は、例示的ディフューザ及び例示的な付加的光学素子の透視図である。
【図９】図９は、ディフューザ及び付加的光学素子を有する例示的ＴＤＤ設備の透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下ではある好ましい実施形態及び例が開示されているが、発明の主題は、具体的に開示された実施形態を越えて、他の代替実施形態及び／又は使用、並びにその変形及び均等物に及ぶ。よって、ここに添付されたクレームの範囲は、以下に記載された特定の実施形態のいずれによっても限定されない。例えば、ここに開示されたいかなる方法又はプロセスにおいても、その方法又はプロセスの行為又は行程は、いかなる適切な順序で行われてもよいし、必ずしも開示された特定の順序のいずれかに限定されるわけではない。ある実施形態の理解の助けになり得るようなやり方で、さまざまな行程が複数の別々の行程として順に記載されているかも知れない。しかし、記載の順序は、これらの行程が順序に依存することを含意すると解釈されるべきではない。加えて、ここに記載された構造、システム、及び／又は装置は、統合された構成要素として又は分離した構成要素として、具体化され得る。さまざまな実施形態を比較する目的で、これらの実施形態のある局面や利点が記載されている。そのような局面や利点の全てが、必ずしもいずれかの特定の実施形態によって実現されるわけではない。よって、例えば、ここで教示されるような利点又は利点群を実現又は最も効果的にするように、ここで教示又は示唆もされ得るような他の局面又は利点を必ずしも実現することなく、さまざまな実施形態が実行され得る。
【００１５】
実施形態によっては、ＴＤＤ設備は、日光を建物の屋根からその内部に、内側に反射面を有する管を経由させて導く。ＴＤＤ設備は、「管状天窓」とも呼ばれる。ＴＤＤ設備は、建物の屋根上又は他の適切な場所に設置された透明なカバーを含み得る。内側に反射面を有する管は、カバーと、その管の基部に装着されたディフューザとの間に延びる。透明カバーは、ドーム形状又は他の適切な形状であり得、日光を捕捉するように構成され得る。ある実施形態では、このカバーは、環境中の水蒸気及び他の物質が管に入るのを防ぐ。ディフューザは、管から室内へ又はディフューザが位置する場所に、光を広げる。
【００１６】
カバーは、日光のような外部光をシステムに入れることができる。実施形態によっては、カバーは、管に入る日光を増強又は増加させるように構成された集光システムを含む。ある実施形態では、ＴＤＤ設備は、光混合システムを含む。例えば、光混合システムは、管内に位置し得るか、管と一体化され得るものであって、光をディフューザの方向に搬送するように構成され得る。ディフューザは、部屋又は建物内の場所全体にわたって広く光を分配又は分散させるように構成され得る。さまざまなディフューザの設計が可能である。要求されたレベルの屋内照明を提供するのに十分な量の日光が利用できないときに、管から対象とする場所に光を供給するために、ＴＤＤには補助光システムが装着され得る。
【００１７】
管内で反射する光の方向は、さまざまな光伝搬要因によって影響され得る。光伝搬要因は、光がＴＤＤに進入する角度を含み、これはときには「エントランスアングル（entrance angle）」とも呼ばれ得る。エントランスアングルは、中でも、太陽高度、透明カバーの光学的諸特性、及び地面に対するカバーの角度によって影響され得る。他の光伝搬要因には、管の側壁の１以上の部分の傾斜、及び側壁の内部反射面の鏡面度がある。一日を通しての光伝搬要因の多数のあり得る組合せにより、広くかつ絶えず変化する角度範囲で、光がＴＤＤから出て行くという結果になり得る。
【００１８】
図１は、建物１６の屋内部屋１２を自然光で照明するための、建物１６に設置されたＴＤＤ１０の例の切り欠き図を示す。ＴＤＤ１０は、建物１６の屋根１８に設置された、自然光が管２４に入るようにする透明なカバー２０を含む。カバー２０は、雨押さえ（flashing）を用いて屋根１８に設置され得る。雨押さえは、屋根１８に取り付けられたフランジ２２ａと、フランジ２２ａから上に延び、屋根１８の傾斜に合うように適切に曲げられて、カバー２０と結合し、カバー２０をほぼ鉛直に立つ向きに支持する縁２２ｂとを含み得る。他の向きもあり得る。
【００１９】
管２４は、雨押さえ２２に接続され得て、屋内部屋１２の天井１４を通して屋根１８から延び得る。管２４は、管２４に入る光ＬＤを光ディフューザ２６へと下へ導くことができ、光ディフューザ２６は、部屋１２において光を分散する。管２４の内面は、反射性であってもよい。実施形態によっては、管２４は、ほぼ平行な側壁（例えば概して円筒形の面）を有する部分を少なくとも有する。多数の他の管の形状及び構成が可能である。管２４は、金属、繊維、プラスチック、剛性のある材料、合金、他の適切な材料、又は材料の組合せからなり得る。例えば、管２４の本体は、タイプ１１５０のアルミニウム合金（type 1150 alloy aluminum）から構成され得る。管２４の形、位置、構成、及び材料は、管２４に入る昼光ＬＤ又は他のタイプの光の、部屋１２に伝搬する部分を、増加又は最大化するように選択され得る。
【００２０】
管２４は、光ディフューザ２６で終端され得、又は光ディフューザ２６に機能上、結合され得る。光ディフューザ２６は、これやその要素なしの場合より広い領域にわたって、光を適宜、分散又は散乱させる１つ以上の要素を含み得る。実施形態によっては、ディフューザ２６は、ほとんど又はほぼ全ての可視光を、管２４を伝って部屋１２に伝搬させる。ディフューザは、１つ以上のレンズ、磨りガラス、ホログラフィックディフューザ、他の拡散材料、又は材料の組合せを含み得る。ディフューザ２６は、任意の適切な接続技術を用いて管２４に接続され得る。例えば、シールリング２８が管２４の周りに取り付けられ、ディフューザ２６を管２４の端に保持するよう光ディフューザ２６に接続される。実施形態によっては、ディフューザ２６は、天井１４と同じ平面に、天井の平面に概ね平行に、又は天井１４の平面の近くに設置される。
【００２１】
ある実施形態では、ディフューザ２６の直径は、管２４の直径にほぼ等しい、管２４の直径よりわずかに大きい、管２４の直径よりわずかに小さい、又は管２４の直径よりかなり大きい。ディフューザ２６は、ディフューザに入射した光を、ディフューザの下にある下方の面（例えば床１１）に向けて、部屋の構成によっては部屋１２の上方の面（例えば少なくとも壁１３又は天井面１５）に向けて、分配し得る。ディフューザ２６は、例えば、少なくとも１平方フィート及び／又は４平方フィート以下のディフューザ領域からの光が、典型的な部屋の構成において、少なくとも６０平方フィート及び／又は２００平方フィート以下の床及び／又は壁領域に分配され得るように、光を拡散させ得る。
【００２２】
下方へ導くディフューザ（downward directing diffuser）のように、主に直接拡散を採用するディフューザは、望ましくない可能性がある方法で光を分配する。直接拡散ディフューザによっては、水平面で測定される場合の床１１上の光の強度が、ディフューザ２６の直下で最大であり、ディフューザ２６の直下の位置から離れるに従って減少するように、光を分配する。例によっては、床上の光の分布はコサイン効果によって特徴付けられる。例えば、光の強度は、床への光の入射角のコサインに比例の関係にあり得るし、ディフューザ２６と床との間の距離に反比例の関係にあり得る。したがって、あるタイプのディフューザがＴＤＤ１０に使用されるときには、床における光の不均一なレベルが典型的に観察される。更に、あるタイプの直接拡散ディフューザは、天井の高さから１５フィート未満で４５から６０度の角度（鉛直から測定）において、ディフューザから出る強力な光によって特徴付けられる。そのような角度における強力な光は、グレアやコンピュータ画面が白っぽくなってしまうことを含め、ある領域で視認性の問題を引き起こし得る。明るいディフューザ領域と暗い照明されない天井との間のコントラストも、グレアをより感じさせ、天井領域を見えにくくし得る。これらは、下方へ導くディフューザに関する共通の望ましくない特性である。
【００２３】
主に間接拡散を採用するディフューザは、典型的には光を主に天井及び／又は壁のある領域に分配する。間接ディフューザは、望ましくない方法でも光を分配する。例えば、間接ディフューザは、典型的には直接ディフューザより少量の光を床１１又は作業場所に分配する。よって、ＴＤＤ１０の直下の床１１では、かなり暗い又は薄暗く照明された場所があり得る。
【００２４】
実施形態によっては、ディフューザ２６は、かなりの量の直接拡散及び間接拡散の両方を提供する。ある実施形態においては、ディフューザ２６は、管２６を天井の高さで出る光ＬＤの一部を周りの上方領域（例えば天井面１５）に向け、残りを下方領域（例えば床１１及び壁１３）に分配する。そのようなディフューザ２６は、床１１をより均一に照明する。塗装された天井面１５及び壁１３に投射された光ＬＤは、これらの面１３，１５から反射され、床１１の高さに達する前に光をかなり混合させる、拡散され大きく広がったパターンになる。光ＬＤの一部分をディフューザ２６又は光拡散装置を通して床１１に直接通過させることにより、ＴＤＤ１０の下で暗い場所が生じるのを減らしたり、なくしたりすることができる。
【００２５】
実施形態によっては、ディフューザ２６は、より多くの光ＬＤを天井面１５に上方に向けて分配することにより、管２４の軸から方位角で４５°以上及び／又は６０°以下の領域において光の強度を減少させ、これにより、グレアやディスプレイが白っぽくなってしまう現象が生じることをなくしたり弱めさせる。更に、ディフューザ２６の中空の内部を通過する光は、鉛直から４５°未満の出射角を有するように、向きを変えたり制御され得る。一般に部屋１２の上方の部分にある、少なくともＴＤＤ１０の近くの天井面１５の場所又は他の場所が照明されるときには、ディフューザ２６と周りの天井面１５との間のコントラスト比が小さくなり得、部屋全体がより明るく見えるようになり得る。
【００２６】
図２Ａ〜２Ｂに図示された実施形態において、天井面１５に光を導くために光学素子１１０が天井１４の高さより下に吊り下げられている。光学素子１１０が天井１４の下で達する距離ｚは、光学素子１１０が部屋１２の利用可能な空間に大きく侵入することなく十分な光を天井面１５に導くように選択され得る。距離ｚの選択に影響し得る要因には、天井高、他の部屋の寸法、美しさ、他の機能的若しくは建築上の要因、又は要因の組合せがある。例えば、天井高が低い部屋１２にＴＤＤ１０が設置されるときには、より短い距離ｚが選択され得る。実施形態によっては、距離ｚはディフューザ２６の高さより小さい。
【００２７】
図２Ａに示されているように、ディフューザ２６は、管２４の直下及び管２４の基部の内部の一部分に置かれた湾曲した光学素子１１０を含み得る。図２Ａに図示された例示的実施形態において、光学素子１１０の形は、軸が底面に垂直であって（right circular）、外に向かって凹の双曲錐台（frusto-hyperbolic）の部分に概ね一致する。光学素子１１０の形には、他の多くの変形があり得る。実施形態によっては、光学素子１１０は、光学素子１１０で向きを変えられた光が比較的大きな角度の範囲（例えば少なくとも約１８０°又は少なくとも約２００°）に分散するように、複数の入射角で素子１１０の範囲に入射する光を反射する形状となっている。ある実施形態においては、光学素子１１０に入射する光はほぼコリメートされており、一方、光学素子１１０から出て行く光はＴＤＤ１０が設置された部屋１２のほぼ全体に分配される。実施形態によっては、光学素子１１０から出る光の分布には、部屋１２の上方及び下方領域（例えば天井面１５，壁１３，及び床１１）のそれぞれにわたって分散される光のかなりの部分が含まれる。
【００２８】
光学素子１１０は、例えば、金属、プラスチック、紙、ガラス、セラミック、被膜、フィルム、他の適切な材料、又は材料の組合せを含む材料システムから構成され得る。実施形態によっては、光学素子１１０は、各面に反射コーティングを施されたアルミニウム基材を含む。図２Ａに図示された光学素子１１０は、軸の周囲に広がる反射性の凹面状の外面１１６を有する。外面１１６は軸の反対を向き、外面１１６の反対側の反射性の凸面状の内面１１７は軸の方、光学素子１１０の空洞になっている内部に向いている。ある実施形態では、光学素子１１０の中心軸は、管２４の中心軸とほぼ同一直線上にある。
【００２９】
外面１１６及び内面１１７の表面は、例えば、電気めっき、陽極酸化処理（anodizing）、コーティング、反射性フィルムでの表面１１６，１１７を覆うことを含む任意の適切な技術によって、反射性を有するようになり得る。反射性フィルムは、少なくとも可視スペクトラムにおいて高い反射性を有し得、金属フィルム、金属被覆プラスチックフィルム、多層反射フィルム、又は可視スペクトラムにおいて光を十分に反射する任意の他の構成を含む。また、光学素子１１０を構成する材料は、本質的に反射性を有していてもよい。実施形態によっては、外面１１６及び内面１１７の表面の少なくとも一部分は、概して鏡面である。
【００３０】
光学素子１１０の上面１１２は、管２４を伝って降りてくる光が素子１１０の内部の空洞を通過できるように、概して開いている。光学素子１１０の下面１１４も、素子１１０の内部を通って伝搬する光が素子１１０を出て床１１の多方向において下の部屋１２に入ることができるように、概して開いている。上面１１２の開口及び下面１１４の開口は、ほぼ円形であり得るし、任意の他の適切な形状でもあり得る。実施形態によっては、１以上の開口は、管２４の断面形状と同じ形である。ある実施形態では、下面１１４の開口の直径は、管２４の直径とほぼ同じ、管２４の直径よりわずかに大きい、管２４の直径よりわずかに小さい、又は管２４の直径よりかなり大きい。上面１１２の開口の直径は、下面１１４の開口の直径より小、下面１１４の開口の直径の約半分以下、下面１１４の開口の直径の約７５％以下、又は他の適切な直径であり得る。実施形態によっては、上面１１２の開口の直径は、間接拡散に対する直接拡散の望ましい比が得られるように選択される。例えば、間接拡散に対する直接拡散のより高い比が望まれる場合には、上面１１２の開口の直径は増加され得る。
【００３１】
実施形態によっては、管２４を下に伝播し光学素子１１０に入射するほぼコリメートされた光の典型的な入射角は、光が反射面１１６，１１７の１つに上面１１２に近い位置で入射するかどうか、又は光が光学素子１１０の下面１１４に近い位置に入射するかどうか、に依存する。図示された例示的実施形態においては、面１１６，１１７の形によって、入射するコリメートされた光の入射角は、光学素子１１０の上面１１２により近い位置でより大きくなり、下面１１４により近い位置で比較的小さくなる。図２Ａは、特定の曲率を持った反射面１１６，１１７を有する光学素子１１０を示すが、他の曲率や形を有する面１１６，１１７が使用され得ると理解される。例えば、実施形態によっては、面１１６，１１７の垂直断面（例えば図２Ａに示された断面）は、おおよそ楕円形、おおよそ双曲線形、おおよそ放物線形、おおよそ負の曲率（negative intrinsic curvature）、おおよそ正の曲率（positive intrinsic curvature）、他の形状、又は異なった形の領域の組合せであり得る。面１１６，１１７の形は、光学素子１１０が管２４の下に位置するようにＴＤＤ１０が設置されるときに、十分な量の光が部屋１２の床１１，壁１３、及び天井面１５に導かれるように、選択され得る。
【００３２】
図２Ｂに図示された例示的ディフューザ２６は、複数の（例えば３つの）連続する、軸が底面に垂直な円錐台部分に概して適合する形を有する光学素子２１０を含む。光学素子２１０の形には他の多くの変形が可能である。図示された光学素子２１０は、内部に空洞を有し、管２４の下及び特に内側に配置され得る。実施形態によっては、光学素子２１０は、複数の入射角で光学素子２１０の領域全体に入射した光を、光学素子２１０によって向きを変えられた光が比較的広い角度の範囲（例えば少なくとも１８０°又は少なくとも２００°）に分散されるように反射する、さまざまな角度を向いた複数の面２１６ａ−ｃ，２１７ａ−ｃを有する。ある実施形態においては、光学素子２１０に入射する光はほぼコリメートされており、一方、光学素子２１０から出て行く光はＴＤＤ１０が設置された部屋１２全体にほぼ分配される。実施形態によっては、光学素子２１０から出て行く光の分布には、部屋１２の上方及び下方領域（例えば天井面１５，壁１３及び床１１）のそれぞれにわたって分散される光のかなりの部分が含まれる。
【００３３】
光学素子２１０は、前に光学素子１１０について述べた材料を含むさまざまな材料から構成され得る。図２Ｂに図示された光学素子２１０は、軸の周りに概ね広がる複数の反射性の外面２１６ａ−ｃを有する。外面２１６ａ−ｃは軸の反対を向き、一方、概して外面２１６ａ−ｃの反対側の複数の反射性の内面２１７ａ−ｃは光学素子２１０の内部の空洞に向いている。ある実施形態においては、光学素子２１０の中心軸は、管２４の中心軸とほぼ同一直線上にある。
【００３４】
光学素子２１０の上面２１２は、管２４を伝って降りてくる光が素子２１０の内部の空洞を通過できるように、概して開いている。光学素子２１０の下面２１４も、素子２１０の内部を通って伝搬する光が素子２１０を出て床１１の多方向において下の部屋１２に入ることができるように、概して開いている。上面２１２の開口及び下面２１４の開口の形状及びサイズは、上述の光学素子１１０の開口の形状及びサイズと少なくとも同様に選択され得る。
【００３５】
実施形態によっては、管２４を下に伝搬して光学素子２１０に入射する、ほぼコリメートされた光の入射角は、光が光学素子２１０の上面２１２に近い表面に入射するときには、光が下面２１４に近い表面に入射するときとは異なる。図示された例示的実施形態においては、複数の面２１６ａ−ｃ，２１７ａ−ｃの配置により、コリメートされた入射光の入射角は、光学素子２１０の上面２１２により近い面２１６ａ，２１７ａ（「上表面」）においてより大きくなり、光学素子２１０の下面２１４により近い面２１６ｃ，２１７ｃ（「下表面」）において比較的小さくなる。上表面２１６ａ，２１７ａと下表面２１６ｃ，２１７ｃとの間の表面２１６ｂ，２１７ｂ（「中央表面」）の配置により、コリメートされた光の中央表面２１６ｂ，２１７ｂにおける入射角は、大きさが上表面２１６ａ，２１７ａにおける入射角と下表面２１６ｃ，２１７ｃにおける入射角との間になる。図示された実施形態は３領域の反射面を有しているが、例えば、１領域、２領域、４領域、４より多くの領域、２以上の領域、２領域と４領域との間等を含む、任意の数の反射面領域が用いられ得ると理解される。
【００３６】
外側表面１１６ａ−ｃと内側表面１１７ａ−ｃの数及び配置は、ＴＤＤ１０の設置において光学素子２１０が管２４の下に位置するときに、十分な量の光が、部屋１２の床１１、壁１３，及び天井面１５に向けられるように、又は部屋の上方及び下方領域の両方にわたって光が概して均一に同時に分配されるように、選択され得る。例えば、実施形態によっては、光は、光学素子２１０の基部２１４と概して平行な平面からディフューザ２６に概して垂直で管２４の軸に概して平行な面まで広がる領域にわたって、ディフューザ２６によって概して連続的に分配され得る。ある実施形態においては、光は、ＴＤＤ１０に概して近接する又は近い、部屋１２の上方領域から、概してＴＤＤ１０の下にある、部屋１２の下方領域まで広がる角度にわたって、ディフューザ２６によって概して連続的に分配され得る。例えば、ディフューザ２６は、入射する日光の部分を上に、左に、右に、及び／又は下に向けることができる。
【００３７】
光学素子２１０は、異なる形状を有する反射面の間に配置された遷移領域２１８ａ−ｂを含み得る。例えば、第１遷移領域２１８ａは、上表面２１６ａ，２１７ａと中央表面２１６ｂ，２１７ｂとの間に配置され得、第２遷移領域２１８ｂは、中央表面２１６ｂ，２１７ｂと下表面２１６ｃ，２１７ｃとの間に配置され得る。実施形態によっては、遷移領域２１８ａ−ｂの数は、異なる形状を有する反射面の数より１だけ小さい。例えば、図２Ｂに図示された例示的実施形態は、異なる傾斜角を有する３つの円錐台状の（frustoconical）表面領域と２つの遷移領域２１８ａ−ｂとを有する。遷移領域２１８ａ−ｂは、折り目、丸みのある角、又は反射面領域間の他の遷移要素を含み得る。実施形態によっては、遷移領域２１８ａ−ｂは、反射面領域間に角張った遷移を形成する。代替として、遷移領域２１８ａ−ｂは、反射面領域間に、よりなだらかな遷移を形成する。
【００３８】
光学素子２１０は、さまざまな光学素子設計特性やそれに関連する原理に従って、管２４から出る光を制御及び分配し得る。図３に図示された例示的実施形態において、光学素子２１０の反射表面２１６ａ−ｃ，２１７ａ−ｃは、部屋１２の天井面１５及び壁（図示せず）に対して、一定の、ほぼ一定の、又はほぼ均一の照明を維持するための光の角度の特定の範囲に対応するように設計される。光は、管２４に入った角度と同じ、水平からの仰角で、反射して管２４を下る。したがって、地球上のほとんどの居住地では、多くの実施形態において、管２４に入る光の水平線からの仰角は、２０から７０度の範囲であろう。仰角は太陽の角度に依存し、太陽の角度は１日の間を通じて、及び１年の間を通じても変化する。
【００３９】
管２４を通る光の伝搬、及び光の光学素子２１０との間の相互作用は、光の仰角によって変わる。例えば、実施形態によっては、低めの太陽角度で入る光Ａは、図３に示されているように、光学素子２１０の傾斜した表面２１６ｂで１回反射するであろう。ある実施形態においては、高めの太陽角度で管２４に入る光Ｂは、光学素子２１０の表面２１６ａ，２１６ｃで複数回反射するであろう。したがって、低角度光Ａ及び高角度光Ｂはいずれも、管２４に入ったときの仰角よりかなり小さい出射角で、天井面１５に向けられる。光の仰角に応じて異なるように光を反射させることにより、光学素子２１０は、高仰角光及び低仰角光に対して同様の出射角を与え、部屋１２の天井面１５及び壁を照明することができる。
【００４０】
光学素子２１０の上面２１２は、光Ｃを管２４の下の場所に（例えば部屋１２の床に向かって）透過させるために、開、ほぼ開、又は少なくとも部分的に開であり得る。図４に図示された例示的実施形態においては、光Ｃは、光学素子２１０の上面２１２を通過し、内面２１７ａで反射する。内面２１７ａは、ＴＤＤ１０からの光Ｃの出射角が光Ｃのエントランスアングルより垂直に近くなるように、光Ｃの向きを変える。実施形態によっては、光学素子２１０は、図示されているように、光学素子２１０の内部を通って伝搬する光の少なくとも一部の水平線からの仰角を、その光の少なくとも一部がより垂直に近い角度でＴＤＤ１０を出るように、増加させる。光Ｃが向けられる角度は、光Ｃが入射する内面２１７の部分の向き及び位置に依存し得る。
【００４１】
ある実施形態においては、光学素子２１０は、垂直から４５〜６０度の角度でＴＤＤ１０を出る光Ｃを抑制又は阻止するために、光学素子２１０を通過する光が光学素子２１０の下面２１４を垂直から約４５度未満の出射角で又はほぼ垂直の向きに確実に出るように設計されている。このようにして、光学素子２１０は、装置をそのような角度で出る光が引き起こすグレア及び可視性の問題を抑制又は排除し得る。
【００４２】
図５及び８に図示された例示的実施形態において、前述の光学素子１１０，２１０に多くの点で類似し得るが以下で論じられるように異なる光学素子３１０が示されている。光学素子３１０は、少なくとも部分的に反射性があり少なくとも部分的に透過性がある外面３１６ａ−ｃ及び内面３１７ａ−ｃを有している。実施形態によっては、光学素子３１０は、穴が開けられ、切断され、成型され、又は材料３３２全体に広がる複数の穴３３４によって材料が非連続になるように構成された材料から、作られている。十分な量の光Ｄ２が下に透過し十分な量の光Ｄ１が部屋１２の天井面１５又は壁に向かって反射されるようにするために、穴３３４のサイズ及び位置が決められ得る。入射光Ｄは、反射性材料３３２に入射するときには向きが変えられるが、穴３３４を通って透過する。実施形態によっては、穴３３４は光学素子３１０の表面にわたって概して均一に分布している。代替として、穴３３４は、望ましい結果を奏するように構成されたパターンに従って分布し得る。
【００４３】
実施形態によっては、穴３３４，４３４は、本当の穴ではなく、透光性の又は透明な材料で形成され、不透明な又は反射性の材料に囲まれ又は近接した、単なる光学的な穴である。光の一部分がディフューザ２６に対して概して垂直に導かれ、光の一部分がディフューザ２６の周囲の方向に概して導かれるように、他の構造や構成も用いられ得る。
【００４４】
ある実施形態においては、穴３３４は、穴に含まれる総面積が光学素子３１０の表面積の約５０％となるように構成されている。代替として、穴３３４が、表面積の６０％以下、表面積の４０％以上、又は光学素子３１０に任意の望ましい光学特性を与えるために選択され得る他の部分を含むように、穴は構成され得る。光学素子３１０において穴３３４のサイズ及び配置を調整することにより、ＴＤＤの製造者は、光学素子３１０の反射及び透過特性を調整して、部屋１２の天井面１５、壁、及び／又は床に必要な照明の相対的な量を明らかにすることができる。ある実施形態においては、部屋１２の天井面１５、壁、及び／又は床へのＴＤＤ設備からの照明は、管のサイズを増加又は減少させることなく調整され得る。
【００４５】
上述の光学素子２１０，３１０に加えて１以上の光学素子が、ＴＤＤ１０と出るときの光の分布を更に制御するために用いられ得る。図６，８，及び９に図示された例示的実施形態においては、第２光学素子４１０が光学素子２１０と部屋１２との間に配置される。第２光学素子４１０は、光学素子２１０によって反射される光Ｅ，Ｆ及び／又は光学素子２１０を通過する光Ｇと相互に作用するように構成された光拡散構造である。図６に図示された実施形態では、第１パスを伝搬する光Ｅが管２４の内面２５で反射し、光学素子２１０に中央の外面２１６ｂで入射する。中央の外面２１６ｂは、光Ｅを反射して天井面１５に向けさせる。光Ｅは第２光学素子４１０に伝搬し、これが光を広げる。第２光学素子４１０を出る光Ｅ１は、概して部屋１２の天井面１５及び壁１３に向かって拡散パターンで広がる。第２パスを伝搬する光Ｆは、光学素子に上方の外面２１６ａで入射する。上方の外面２１６ａは、光Ｆを反射して光学素子２１０の下方の外面２１６ｃに向けさせる。下方の外面２１６ｃは、光Ｆを反射して天井面１５に向けさせる。光Ｆは第２光学素子４１０に伝搬し、これが光を広げる。第２光学素子４１０を出る光Ｆ１は、概して部屋１２の天井面１５及び壁１３に向かって拡散パターンで広がる。第３パスを伝搬する光Ｇは、管２４の内面で反射し、光学素子２１０の内部を通過する。光Ｇは第２光学素子４１０に伝搬し、これが光を広げる。第２光学素子４１０を出る光Ｇ１は、概して部屋１２の床１１に向かって拡散パターンで広がる。
【００４６】
第２光学素子４１０の形状、位置、及び構造には多くの変形があり得る。第２光学素子４１０は、天井１４から光学素子２１０の基部まで広がる第１拡散面４２０を含み得る。第２拡散面４２６は、光学素子２１０の基部２１４を出る光を屈折させ得る。拡散面４２０，４２６は、例えば、透明プラスチック、半透明プラスチック、ガラス、１以上のレンズ、磨りガラス、ホログラフィックディフューザ、他の拡散材料、又は材料の組合せのような、任意の適切な材料から作られ得る。
【００４７】
実施形態によっては、拡散面４２０，４２６の少なくとも１つは、ほぼ連続した拡散材料４３２を有し、拡散材料４３２には、穴４３４，他の材料、又は材料の組合せが点在している。第２光学素子４１０は、ＴＤＤ１０を出る光Ｅ１，Ｆ１，Ｇ１を更に拡散することにより、ＴＤＤ１０とＴＤＤ１０の周囲の天井面１５及び／又は壁１３との間のコントラストを小さくする。ある実施形態においては、第１光学素子２１０は、整形された反射面を用いて入射光Ｅ，Ｆの少なくとも一部の向きを変え、一方、第２光学素子４１０は、屈折又はフォトン拡散を用いて入射光Ｅ，Ｆ，Ｇを広げる。実施形態によっては、拡散面４２０，４２６は支持構造によって所定の位置に保持又は支持される。支持構造は任意の適切な材料から構成され得、リング４２４，４２６、棒４２８、他の構造部材、又は部材の組合せを含み得る。
【００４８】
ＴＤＤの例示的寸法及び大きさを、図７に示された実施形態を参照して検討する。実施形態によっては、ＴＤＤ１０の設計はコンパクトである。例えば、光学素子２１０の基部２１４の幅又は直径Ｗ２（幅の寸法）は、管２４の幅の寸法Ｗ１にほぼ等しくてよい。実施形態によっては、基部２１４の幅の寸法Ｗ２は、管２４の幅の寸法Ｗ１と比較的短い距離（例えば約１インチ）との和以下である。例示的実施形態においては、管２４の直径Ｗ１が２１インチであるときに、基部の直径Ｗ２は２１．２５インチである。部屋１２に望ましい照明及び拡散特性をもたらすために、他の適切な管２４及び光学素子２１０の寸法が適宜選択され得る。
【００４９】
ある実施形態において、光学素子２１０は天井１４から部屋１２へ短い距離Ｌ２だけ広がっている。例えば、天井１４と光学素子２１０の基部２１４との間の距離Ｌ２は、少なくとも約６インチ及び／又は約１２インチ以下、約１２インチ以下、又は約９インチ以下であり得る。実施形態によっては、光学素子２１０は、少なくとも部分的に管２４の中に広がっている。例えば、光学素子２１０の高さＬ１が８．８５インチで光学素子２１０の基部２１４と天井１４との間の距離Ｌ２が６．５インチである場合、光学素子２１０は管の中に２．３５インチ広がっているであろう。光学素子２１０を少なくとも部分的に管２４の中に配置すると、光学素子２１０の基部２１４と天井１４との間の距離が減少する。
【００５０】
ここに開示された実施形態の少なくともいくつかは、現存する昼光照明システムに対する１以上の利点を提供し得る。例えば、ある実施形態は、ＴＤＤに、ＴＤＤから出る光を部屋の上方及び下方領域（例えば天井、壁、及び／又は床）に効果的に分配させる。他の例として、実施形態によっては、ＴＤＤの直下及びＴＤＤの側方に十分に光を透過させる技術を提供する。他の例として、ある実施形態は、入射光の一部分を、ディフューザを直接通して透過させることも行う間接ディフューザを提供する。他の例として、実施形態によっては、ディフューザの直下を十分に照明してディフューザの基部と照明された天井との間のコントラストを減少させる、間接ディフューザを提供する。
【００５１】
ここに開示されたさまざまな実施形態の検討には、図示された実施形態が概して伴う。しかし、ここで検討されたいずれの実施形態の特定の特徴、構造、又は特性も、明白に図示又は説明されていない１以上の独立した実施形態に、任意の適切なやり方で結合され得るということが意図されている。例えば、ディフューザは、複数の光学素子、反射面、及び／又は拡散面を含み得ると理解される。多くの場合、分割できない又は連続しているとして説明又は図示されている構造は、その分割できない構造の機能をいまだ実行しながら、分離され得る。多くの例では、分離しているとして説明又は図示されている構造は、その分離している構造の機能をいまだ実行しながら、接合又は組み合わされ得る。ここに開示されたディフューザは、少なくとも、ＴＤＤ以外の昼光照明システム及び／又は他の照明設備において使用され得るということが、更に理解される。
【００５２】
上述された実施形態の説明においては、開示を合理化し、発明の１以上のさまざまな局面の理解を助けるために、さまざまな特徴が１つの実施形態、１つの図、又はその説明にまとめられることがある、ということが理解されるべきである。しかし、この開示方法は、いかなるクレームもそのクレームに明白に記載されている以上の特徴を必要とする、という意図を反映しているものと解釈されるべきではない。更に、ここで特定の実施形態に図示及び／又は説明された構成要素、特徴、又は工程は、他のいかなる実施形態にも適用又は使用され得る。よって、ここに開示された発明の範囲は、上述の特定の実施形態によって制限されるべきではなく、以下のクレームの公正な解釈によってのみ決定されるべきであるということが意図されている。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
2013513920.tif 000013
2013513920.tif 000014