(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を採り込む採光部と、
前記採光部で採り込んだ光を所定方向に伝搬させる第１導光部と、
前記採光部で採り込んだ光を所定の空間に導く屈曲部と、を備え、
前記屈曲部は、前記採光部で採り込んだ光の進行方向を変化させる曲面反射部を有し、
前記曲面反射部は、楕円弧面、または楕円弧面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有し、
前記第１導光部は、楕円弧面、または楕円弧面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する前記曲面反射部を有しておらず、
前記楕円弧面の長軸方向と前記屈曲部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向との為す角度は、前記第１導光部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さく、
前記楕円弧面の長軸上の第１焦点および第２焦点のうち、前記楕円弧面により近い前記第１焦点は、前記第１導光部または前記屈曲部の内部に位置し、かつ、前記第２焦点は、前記屈曲部の出射端面よりも光の進行方向後方に配置される採光システム。
【請求項２】
前記楕円弧面は、楕円面の長軸から短軸までの１／４の面積を有し、
前記屈曲部の出射端面は、楕円面の短軸に接する領域である請求項１に記載の採光システム。
【請求項３】
前記楕円弧面の短軸に対する長軸の比は√２以上である請求項１または２に記載の採光システム。
【請求項４】
光を採り込む採光部と、
前記採光部で採り込んだ光を所定の空間に導く屈曲部と、を備え、
前記採光部は、光透過性をもつ透光性基材と、当該透光性基材内に設けられた複数の反射材と、を有する採光パネルを備え、
前記採光パネルを断面視したときに、複数の前記反射材は、透光性基材の光が出射される側の側面に平行な面内を延びる一軸方向に沿って配列され、かつ、それぞれが前記一軸方向とは異なる向きに傾斜しており、
前記屈曲部は、前記採光部で採り込んだ光の進行方向を変化させる曲面反射部を有し、
前記曲面反射部は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有し、
前記放物面の軸線方向と前記屈曲部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向との為す角度は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する反射部を有しない領域と前記屈曲部との境界面である、前記屈曲部の光が入射される側の末端における光の通過領域の断面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さい採光システム。
【請求項５】
前記採光部で採り込んだ光を所定方向に伝搬させる第１導光部を備え、
前記屈曲部は、前記第１導光部の出射端面から出射された光の進行方向を変化させ、
前記放物面の軸線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度は、前記第１導光部の出射端面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さい請求項４に記載の採光システム。
【請求項６】
前記放物面の焦点は、前記第１導光部または前記屈曲部の内部に位置する請求項５に記載の採光システム。
【請求項７】
前記放物面の焦点は、前記第１導光部の出射端面上に位置する請求項６に記載の採光システム。
【請求項８】
前記屈曲部の出射端面から出射された光を所定方向に導光する第２導光部を備える請求項１乃至７のいずれかに記載の採光システム。
【請求項９】
前記採光部は、光を採り込む入射面を有し、
前記曲面反射部は、前記採光部の光が出射される側に設けられた出光側面、または前記採光部の光が出射される側に設けられた側面を、延長した平面と、前記屈曲部との距離が最も近い箇所を含むように設けられる請求項１乃至８のいずれかに記載の採光システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然光を積極的に採光に利用する採光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自然光を積極的に採光に利用することで、二酸化炭素の発生量を削減して、省エネルギー化を図る技術が注目を浴びている。
この技術の一つとして、外光を屋内の所定の空間まで導光する光ダクトが知られている。光ダクトは、屋内に設けた光伝搬路内を光が伝搬する際に、次第に光量が減衰するという問題がある。そこで、特許文献１では、光ダクトの曲がり部の形状を工夫させることで、光ダクトの内面での光の反射回数を減らして、光の減衰を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−２７１３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の光ダクトは、曲がり部が平面形状になっており、曲がり部で反射された光のほとんどは、光ダクトの内面でさらに反射されることになり、その際に光量が減衰してしまう。
【０００５】
すなわち、特許文献１の光ダクトは、光ダクト内を伝搬する光の反射回数を削減できることはできても、光ダクトの内面で複数回の反射が起きる可能性が高く、光の減衰を抑制できるとは限らない。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、採り込んだ光の減衰を抑制可能な採光システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、光を採り込む採光部と、前記採光部で採り込んだ光を所定方向に伝搬させる第１導光部と、前記採光部で採り込んだ光を所定の空間に導く屈曲部と、を備え、前記屈曲部は、前記採光部で採り込んだ光の進行方向を変化させる曲面反射部を有し、前記曲面反射部は、楕円弧面、または楕円弧面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有し、前記第１導光部は、楕円弧面、または楕円弧面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する前記曲面反射部を有しておらず、前記楕円弧面の長軸方向と前記屈曲部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向との為す角度は、前記第１導光部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さく、前記楕円弧面の長軸上の第１焦点および第２焦点のうち、前記楕円弧面により近い前記第１焦点は、前記第１導光部または前記屈曲部の内部に位置し、かつ、前記第２焦点は、前記屈曲部の出射端面よりも光の進行方向後方に配置される採光システムが提供される。
【０００８】
前記採光部で採り込んだ光を所定方向に伝搬させる第１導光部を備えてもよく、
前記屈曲部は、前記第１導光部の出射端面から出射された光の進行方向を変化させ、
前記楕円弧面の長軸方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度は、前記第１導光部の出射端面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さくてもよい。
【０００９】
前記楕円弧面の長軸上の第１焦点および第２焦点のうち、前記楕円弧面により近い前記第１焦点は、前記第１導光部または前記屈曲部の内部に位置してもよい。
【００１０】
前記第１焦点は、前記第１導光部の出射端面上に位置してもよい。
【００１１】
前記第２焦点は、前記屈曲部の出射端面よりも光の進行方向後方に配置されてもよい。
【００１２】
前記楕円弧面は、楕円面の長軸から短軸までの１／４の面積を有し、
前記屈曲部の出射端面は、楕円面の短軸に接する領域であってもよい。
【００１３】
前記楕円弧面の短軸に対する長軸の比は√２以上であってもよい。
【００１４】
本発明の他の一態様では、光を採り込む採光部と、前記採光部で採り込んだ光を所定の空間に導く屈曲部と、を備え、前記採光部は、光が入射される側に設けられた入光側面と、光が出射される側に設けられた出光側面と、を有する採光パネルを備え、前記採光パネルを断面視したときに、前記入光側面は第１面と、当該第１面と非平行な第２面とが交互に並ぶことにより形成されており、前記屈曲部は、前記採光部で採り込んだ光の進行方向を変化させる曲面反射部を有し、前記曲面反射部は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有し、前記放物面の軸線方向と前記屈曲部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向との為す角度は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する反射部を有しない領域と前記屈曲部との境界面である、前記屈曲部の光が入射される側の末端における光の通過領域の断面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さい採光システムが提供される。また、本発明の他の一態様では、光を採り込む採光部と、 前記採光部で採り込んだ光を所定の空間に導く屈曲部と、を備え、前記採光部は、光透過性をもつ透光性基材と、当該透光性基材内に設けられた複数の反射材と、を有する採光パネルを備え、前記採光パネルを断面視したときに、複数の前記反射材は、透光性基材の光が出射される側の側面に平行な面内を延びる一軸方向に沿って配列され、かつ、それぞれが前記一軸方向とは異なる向きに傾斜しており、前記屈曲部は、前記採光部で採り込んだ光の進行方向を変化させる曲面反射部を有し、前記曲面反射部は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有し、前記放物面の軸線方向と前記屈曲部の、光が出射される側の末端における光の通過領域の断面である出射端面の法線方向との為す角度は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する反射部を有しない領域と前記屈曲部との境界面である、前記屈曲部の光が入射される側の末端における光の通過領域の断面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さい採光システムが提供される。
【００１５】
前記採光部で採り込んだ光を所定方向に伝搬させる第１導光部を備え、
前記屈曲部は、前記第１導光部の出射端面から出射された光の進行方向を変化させ、
前記放物面の軸線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度は、前記第１導光部の出射端面の法線方向と前記屈曲部の出射端面の法線方向との為す角度よりも小さくてもよい。
【００１６】
前記放物面の焦点は、前記第１導光部または前記屈曲部の内部に位置してもよい。
【００１７】
前記放物面の焦点は、前記第１導光部の出射端面上に位置してもよい。
【００１８】
前記屈曲部の出射端面から出射された光を所定方向に導光する第２導光部を備えてもよい。
【００１９】
前記採光部は、光を採り込む入射面を有し、
前記曲面反射部は、前記屈曲部における前記入射面側の面の内側に設けられてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、採り込んだ光の減衰を効率よく抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】採光システムが取り付けられた建物を模式的に示す縦断面図。
【図２】図１の採光システムの要部を示す断面図。
【図３】第２導光部を設けた採光システムを備えた建物を模式的に示す縦断面図。
【図４】楕円面の１／４の長さの楕円弧面を有する例を示す図。
【図５】採光パネルの内部構造の一例を示す断面図。
【図６】採光パネルの内部構造の他の一例を示す断面図。
【図７】第２の実施形態による屈曲部の断面形状を示す図。
【図８】屈曲部の曲面反射部を曲がりがほとんどない傾斜面とした一比較例の採光システム１を示す図。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はシミュレーション結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。図１〜図９は、本発明による一実施の形態を説明するための図である。このうち、図１は採光システム１が取り付けられた建物２を模式的に示す縦断面図である。
【００２３】
なお、本明細書において、「パネル」、「板」、「シート」、「フィルム」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、それぞれ区別されるものではない。したがって、例えば、「パネル」は板、シート、フィルムとも呼ばれ得るような部材も含む概念である。一具体例として、「採光パネル」には、「採光板」、「採光シート」、「採光フィルム」等と呼ばれる部材も含まれる。
【００２４】
図１の採光システム１は、建物２の建設時、あるいは建設後に取り付けられるものであって、光を取り込んで所定の空間、例えば建物２内の部屋に導くためのものである。
【００２５】
図１の採光システム１は、光を採り込む採光部３と、採光部３から出射された光を所定方向に伝搬させる第１導光部４と、第１導光部４から出射された光の進行方向を変化させる屈曲部５と、を備えている。図１の例では、建物２の外壁に沿って、採光部３と第１導光部４が配置され、第１導光部４の出射端面に屈曲部５が接続され、屈曲部５の出射端面５ａは拡散部材６を介して、あるいは介さずに建物２の外壁に接合されている。そして、採光部３で採光された光は、第１導光部４と屈曲部５を介して、建物２内の例えば部屋に導かれるようになっている。
【００２６】
図１の採光システム１は、採光部３で採光した光を、例えば室内照明光として用いることができる。すなわち、図１の採光システム１を用いることにより、省エネルギー化を図ることができ、二酸化炭素の削減にも貢献しうる。
【００２７】
図２は図１の採光システム１の要部を示す断面図であり、第１導光部４と屈曲部５の光伝搬方向に沿った断面構造を示している。第１導光部４と屈曲部５はいずれも、中空の筒状部材であり、第１導光部４と屈曲部５の中空部分を光が伝搬するようにしている。光の伝搬途中で光が過度に減衰しないように、第１導光部４と屈曲部５の内面は、反射率の高い材料で形成されている。第１導光部４と屈曲部５の中空部分の断面形状は特に制限はなく、例えば矩形でも円形でもよいし、その他の形状でもよい。
【００２８】
採光部３は、季節や時間帯に応じて入射方向が変動する光を安定して採り込むために設けられている。採光部３は、光、特に外光を採り込むための採光パネル２１を有する。採光パネル２１で取り込まれる光は、異なる波長帯域に属する複数の成分を含む光であり、典型的には太陽光に代表される自然光である。第１導光部４と屈曲部５は、中空の光ダクトを構成しており、屈曲部５の出射端面５ａ側は、建物２の外壁に設けられた孔に隙間なく接合されている。なお、屈曲部５の出射端面５ａを建物２の内壁面に面一に配置してもよいし、内壁面よりも室内側に設けてもよい。この場合、光ダクトの一部が室内に配置されることになる。
【００２９】
図２の例では、屈曲部５の出射端面５ａに拡散部材６を配置して、屈曲部５の出射端面５ａから出射された光を拡散させるようにしているが、拡散部材６は必須の構成ではなく、第１導光部４の出射端面から出射した光を直接室内に射出してもよいし、拡散部材６以外の光学部材を介して室内に光を射出してもよい。ただし、屈曲部５の出射端面５ａが露出していると、空中の浮遊物等の異物が屈曲部５の内部に入り込み、採光性能を劣化させる要因になりうる。よって、拡散部材６や、透明基材により、屈曲部５の出射端面５ａを封止するのが望ましい。
【００３０】
本実施形態による採光システム１における屈曲部５の出射端面５ａは、建物１の外壁だけでなく、窓に取り付けることも可能である。これにより、窓の一部を通して、室内の所定の方向に外光を導くことができる。特に、北側の窓の場合、太陽光が直接入射されず、外光を取り込める量が限られているため、本実施形態による採光システム１を北側の窓に設けることで、より多くの光量を取り込めるようになる。
【００３１】
図１および図２では、第１導光部４からの光が屈曲部５に入射される例を示しているが、第１導光部４と屈曲部５は一体的に成形してもよい。すなわち、屈曲部５の採光部３側が一方向に延びて採光部３に接続されていてもよい。このように、第１導光部４という用語は機能的に表現したものであり、必ずしも第１導光部４と採光部３が別体で配置されているとは限らない。
【００３２】
図２の採光システム１の特徴の一つは、屈曲部５の構造である。屈曲部５は、採光部３の採光パネル２１側の面の内側に曲面反射部７を有する。すなわち、曲面反射部７は、建物２から遠い側の屈曲部５の湾曲した面の内側の面に設けられている。この曲面反射部７は、楕円弧面、または楕円弧面にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する。曲面反射部７は、採光部３からの光を正反射すなわち鏡面反射する面である。この面を複数の折れ面で形成する場合も、近似的に楕円弧面と見なせるため、以下では、総称して、楕円弧面あるいは楕円弧鏡面と呼ぶ。
【００３３】
図２は、楕円面を長軸８と短軸９を通る面で切断して得られる楕円１０を図示している。屈曲部５の楕円弧面の断面は、図２に破線で示す楕円１０の一部（例えば、楕円１０の１／４の楕円弧１０ａ）である。楕円１０は、図２に示すように、長軸８上に位置する２つの焦点を有する。以下では、これら焦点を第１焦点１１および第２焦点１２と呼ぶ。
【００３４】
図２に矢印線で示すように、楕円１０の第１焦点１１を通過する光は、楕円弧１０ａ上で反射されて、第２焦点１２を通過するという性質がある。よって、楕円１０の短軸９に対する長軸８の比で表される楕円率を十分に長くすれば、第１焦点１１を通過して楕円弧１０ａ上で反射された光は、ほぼ平行光としてみなすことができる。すなわち、図２では、矢印線ｙ１〜ｙ３は平行光ではないが、楕円率が十分に大きければ、矢印線ｙ１〜ｙ３はほぼ平行光になる。
【００３５】
本実施形態は、屈曲部５の出射端面５ａから出射される光が平行光に近づくように、屈曲部５の曲面反射部７の断面を楕円弧１０ａまたは楕円弧１０ａに近似される形状にしている。楕円弧１０ａに近似される形状とは、屈曲部５の断面を、複数の折れ線をつなぎ合わせて構成し、各折れ線の角部が楕円弧１０ａ状に位置するようにした形状である。
【００３６】
なお、曲面反射部７の全体が楕円弧面である必要はなく、曲面反射部７の一部のみが楕円弧面であってもよい。ただし、以下では、説明の簡略化のために、曲面反射部７の全体が楕円弧１０ａ形状である例を説明する。
【００３７】
図２に示すように、第１焦点１１を通過して楕円弧１０ａで反射された光は第２焦点１２を通過するが、第２焦点１２を通過する光は、完全な平行光ではない。そこで、本実施形態では、楕円弧１０ａの長軸８の方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度が、第１導光部４の出射端面の法線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度よりも小さいという条件を満たすようにしている。この条件を満たせば、楕円弧１０ａで反射された光は、より平行光に近い方向に伝搬して屈曲部５の出射端面５ａから出射されることになる。
【００３８】
本実施形態では、第１焦点１１を第１導光部４または屈曲部５の内部に設けている。この場合、屈曲部５の曲面反射部７が理想的な楕円弧面であれば、第１焦点１１を通過した光は、楕円弧面で反射されて第２焦点１２を通過する。よって、楕円弧１０ａの短軸９に対する長軸８の比が十分に大きければ、屈曲部５の出射端面５ａから出射される光はほぼ平行光になる。これにより、屈曲部５の出射端面５ａを建物の外壁や窓に設けた場合には、屋内の奥の方まで外光を届かせることができる。また、出射端面５ａの法線方向を予め定めた方向に向けることで、屋内の狙った方向を外光にて選択的に照明することもできる。
【００３９】
屈曲部５の楕円弧面で反射された光がほぼ平行光となるということは、屈曲部５の楕円弧面で反射された光がさらに反射せずに屈曲部５から出射される可能性が高いことを意味する。例えば、図２において、第２焦点１２が屈曲部５の出射端面５ａを通過した先にあれば、楕円弧面で反射された光は、第２焦点１２に向かって進行するため、屈曲部５の内面に反射することなく、屈曲部５から出射する。これにより、本実施形態による屈曲部５によれば、光の反射回数を削減でき、屈曲部５の内面での反射による光の減衰を最小限に抑えることができる。
【００４０】
第１導光部４の出射端面から出射される光は、必ずしも第１焦点１１を通過するとは限らない。第１焦点１１を通過せずに楕円弧面に到達した光は、第２焦点１２を通過しないことになり、屈曲部５から出射される光の平行化を妨げる要因となりうる。ただし、第１焦点１１を第１導光部４または屈曲部５の内部に設定しておけば、第１導光部４の出射端面から出射される光はいずれも、多少の差はあっても第１焦点１１の近傍を通過することになり、楕円弧面で反射された後に、第２焦点１２の近傍を通過する。よって、屈曲部５から出射される光はおおむね平行光となる。
【００４１】
一方、第２焦点１２は、屈曲部５の内部に設けてもよいし、屈曲部５の出射端面５ａより光の進行方向後方側に設けてもよい。第２焦点１２が第１焦点１１よりも遠い場所にある程、屈曲部５から出射される光をより平行化させることが可能となるが、その反面、楕円弧面のサイズが大きくなるため、屈曲部５から出射させる光をどの程度平行化する必要があるかというニーズと、楕円弧面のサイズとのトレードオフにて、第２焦点１２の位置を設定すればよい。
【００４２】
上述したように、曲面反射部７は、屈曲部５の採光パネル２１側の面の内側に設けられる。この曲面反射部７に対向配置される屈曲部５の内面は、湾曲した反射面である。曲面反射部７の楕円弧面と、対向配置される反射面とは、直接連なるか、あるいは他の反射面を介して連なり、屈曲部５の内面を形成している。より具体的には、屈曲部５を光の進行方向に直交する方向で切断した場合の断面形状が矩形の場合、採光パネル２１に連なる面が楕円弧面で、それ以外の３面は何らかの形状の反射面である。また、屈曲部５を光の進行方向に直交する方向で切断した場合の断面形状が円形の場合、楕円弧面と、対向配置される反射面とは連続的に連なるため、楕円弧面と反射面との境界は明確ではなくなる。このように、曲面反射部７の境界線が存在するとは限らない。本実施形態では、屈曲部５の採光パネル２１側の面の内側の面を曲面反射部７としているが、屈曲部５の曲面反射部７以外の面をどのような曲面形状にするかは任意である。
【００４３】
曲面反射部７を含めた屈曲部５の内面と、第１導光部４の内面とは、例えば、銀やアルミニウム、誘電体多層膜等の高反射率材料を第１導光部４および屈曲部５の筒状基材の内面にコーティングすることにより形成される。例えば、屈曲部５の光の伝搬方向に直交する方向の断面が矩形状の場合は、樹脂や金属材料などからなる４枚の薄板基材を用意し、各薄板基材の一主面に高反射率材料をコーティングし、そのうちの１枚の薄板基材をプレス処理等により楕円弧面に変形させて、楕円弧面を有する薄板基材を形成する。同様に、反射面を有する薄板基材も形成して、４枚の薄板基材の各長手方向端面を溶接して屈曲部５を形成する。
【００４４】
図１では、屈曲部５の出射端面５ａを採光システム１の出射口としているが、図３の採光システム１に示すように、屈曲部５の出射端面５ａに接続される第２導光部１３を設けて、第２導光部１３の出射端面を採光システム１の出射口としてもよい。
【００４５】
図３の第２導光部１３は、屈曲部５の出射端面５ａの法線方向に沿って延びており、第２導光部１３の出射端面の法線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向とは平行である。これにより、屈曲部５の出射端面５ａから出射した光は、略平行状態を維持したまま、第２導光部１３を伝搬して、第２導光部１３から出射する。
【００４６】
図３のように第２導光部１３を設ける場合、屈曲部５の楕円弧面における第２焦点１２は、例えば第２導光部１３の内部に設けられる。例えば、図２の破線で示す第２導光部１３が存在する場合、第２焦点１２は第２導光部１３の上面の所定位置に設けられている。この場合、図２の矢印線に示すように、第１焦点１１を通過して、屈曲部５の楕円弧面で反射された光は、第２焦点１２を通過することになる。第２焦点１２が屈曲部５の出射端面５ａを超えて、第２導光部１３の内部の奥深くに設けられていれば、楕円弧面との距離が離れるため、楕円弧面で反射された光をより平行化させることができる。これにより、第２導光部１３での光の反射回数を少なくでき、第２導光部１３を通過する間での光の減衰を抑制できる。
【００４７】
図２では、第２焦点１２を第２導光部１３の上面側の内面に設ける例を示しているが、第２焦点１２を第２導光部１３の径方向の中央部付近に設ければ、第２導光部１３の内面で光を反射させることなく、第２導光部１３から光を出射させることもできる。
【００４８】
次に、屈曲部５の曲面反射部７における楕円弧面の断面が理想的な楕円弧１０ａである場合、楕円弧１０ａの長軸８の長さである長径ａを短軸９の長さである短径ｂで割った値である楕円率ａ／ｂの範囲について説明する。図４は、屈曲部５の出射端面５ａに第２導光部１３が接続されており、屈曲部５の楕円弧面の断面が理想的な楕円面の一部であり、より詳細には楕円面の１／４の長さの楕円弧面である例を示している。屈曲部５の出射端面５ａは、楕円面の１／４の長さの楕円弧面の端部であり、第２導光部１３の入射端面の方向は楕円面の短軸９方向に一致している。
【００４９】
楕円面が正反射するものとすると、楕円面の第１焦点１１を通過した光は、楕円面で反射後に第２焦点１２を通過する。上述したように、本実施形態においては、楕円面で反射されて第２導光部１３に入射される光線は、第２導光部１３の入射面の法線方向に対して平行に近い方が望ましい。平行に近づけるには、楕円面で反射後に第２焦点１２を通過する光の角度範囲（図４のθ）はできるだけ小さい方が望ましい。上述したように、実際には、第１焦点１１を通過せずに、楕円面に到達する光も存在するが、これらの光も第１焦点１１の近傍を通過することになり、結果として、楕円面で反射された後に、第２焦点１２の近傍を通過するため、ここでは、第１焦点１１を通過する光のみを考える。
【００５０】
図４の角度範囲θが最大になるのは、屈曲部５の出射端面５ａ位置に光線が入射された場合である。この場合の角度をθmaxとする。角度θmaxは、屈曲部５の出射端面５ａで反射されて第２焦点１２に向かう光の第２導光部１３の長手方向に対する角度である。
【００５１】
角度θmaxは、楕円率ａ／ｂが大きくなるほど、すなわち、楕円１０が長軸８に沿って細長くなるほど、小さくなる。角度θmaxが４５°以下であれば、屈曲部５の楕円弧面で反射された光は、平行とは言えないまでも、平行に近い方向に進んでいると言える。そこで、屈曲部５の楕円弧面の楕円率を規定するにあたって、角度θmaxは４５°以下とする。
【００５２】
角度θmax＝４５°になる条件は、楕円面の断面である楕円１０の中心から焦点までの距離ｋが短径ｂと等しくなるときであり、以下の（１）式で表される。
【数１】
0006519154.tif 000002
【００５３】
この（１）式を変形すると、
【数２】
0006519154.tif 000003
よって、角度θmax≦４５°になるようにするには、
【数３】
0006519154.tif 000004
とする必要がある。
【００５４】
次に、採光部３の構成について説明する。採光部３は、図２に示すように、光が入射される採光パネル２１と、採光パネル２１に対向して配置される対向パネル３１とを有する。対向パネル３１の反射面と採光パネル２１の出光側面との間の間隔Ｓは、一軸方向ｄ１に沿った位置に応じて徐々に広がっている。
【００５５】
採光パネル２１及び対向パネル３１の両側方に、側方パネルがそれぞれ設けられている。各側方パネルは、一軸方向ｄ１及び採光パネル２１の法線方向の両方に直交する方向、すなわち図２における紙面の奥行方向に沿った採光パネル２１及び対向パネル３１の縁部に接続している。側方パネルの内面は、対向パネル３１と同様に、反射面が形成されている。
【００５６】
採光パネル２１、対向パネル３１及び両側方パネルは、一軸方向ｄ１における一側に開口を形成しており、この開口が採光部３の出射端面３ａであり、この出射端面３ａに第１導光部４が接続されている。
【００５７】
図５は採光パネル２１の内部構造の一例を示す断面図である。図５の採光パネル２１は、互いに非平行な第１面および第２面が交互に並んで配置された入光面を有する。第１面２２ａは、採光パネル２１の出光側面２３に一致する鉛直方向に対して傾斜している。第１面２２ａは、上方を向くように鉛直方向に対して傾斜している。一方、各第２面２２ｂは、出光側面２３に対して第１面２２ａとは逆側に傾斜し又は出光側面２３と直交している。図示された例において、第２面２２ｂは、下方を向くように鉛直方向に対して傾斜している。
【００５８】
したがって、図３に示すように、鉛直方向における上方からの光Ｌ３１，Ｌ３２の多くは、入光側面２２のうちの第１面２２ａへ入射されて屈折された後、鉛直方向と平行に延びる出光側面２３でさらに屈折されて、採光部３の内部に入る。これにより、鉛直方向において上方から下方に採光パネル２１を透過する光は、鉛直方向に対する傾斜角度が小さくなるよう、進行方向を偏向されるようになり、第１導光部４の方向に伝搬する。
【００５９】
採光パネル２１の内部構造は、図５に示したものに限定されない。例えば、図６は採光パネル２１の内部構造の他の一例を示す断面図である。図６の採光パネル２１は、支持板２２と、接合層２３と、光透過性をもつ透光性基材２４と、成形基材２６とを、入光側から出光側に向かって順に積層した構造である。支持板２２として、例えばガラス板やアクリル板、を用いることができる。接合層２３としては、それ自体既知の接合材料を用いることができる。なお、成形基材２６は、後述するように、採光パネル２１を製造するために必要となる基材である。
【００６０】
透光性基材２４内には、第１面２４ａに平行な面内を延びる一軸方向ｄ１に沿って配列された複数の反射材２５が設けられている。各反射材２５は、第１面２４ａ側から第２面２４ｂ側に向かって、水平方向ｎｄに対して鉛直方向ｄ１における下方に傾斜している。反射材２５が法線方向ｎｄに対して下方に傾斜する角度θは、進行方向を変更することが意図された光Ｐ１、Ｐ２の入射方向に応じて決定される。例えば、冬季や朝や夕方の時間帯のような比較的高度の低い太陽からの光Ｐ１の進行方向を、反射材２５にてより下方に向かうように変更させ、夏季の日中の時間帯のような比較的高度の高い太陽からの光Ｐ２を進行方向を維持したままで透過させることが意図されている。
【００６１】
なお、採光パネル２１の内部構造は、図５または図６に示したものに限定されない。採光部３に入射された光を効率的に導光部に伝搬できる構造であれば、どのような構造でもよい。
【００６２】
このように、第１の実施形態では、採光部３の採光パネル２１側に設けられる屈曲部５の曲面反射部７を楕円弧面とし、楕円弧面の長軸８の方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度を、第１導光部４の出射端面の法線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度よりも小さくするため、屈曲部５の楕円弧面で反射される光を平行化することができる。これにより、屈曲部５の楕円弧面で反射された後の光が屈曲部５の内面で反射される回数を減らすことができ、屈曲部５の出射端面５ａから出射される光の減衰を抑制できる。したがって、採光システム１に入射された光を効率よく、所定の空間に導くことができ、自然光を有効に利用した照明が可能となる。よって、二酸化炭素の排出量を削減でき、省エネルギー化が図れる。特に、本実施形態によれば、屈曲部５の出射端面５ａから出射される光を平行化させることができるため、屋内の奥の方まで外光を届かせることができるとともに、屋内の狙った方向を選択的に外光にて照明することも可能となる。
【００６３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、屈曲部５の曲面反射部７の少なくとも一部を放物面にするものである。これ以外は、第１の実施形態と同様に構成されるため、以下では、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００６４】
図７は第２の実施形態による屈曲部５の断面形状を示す図である。第２の実施形態による屈曲部５の曲面反射部７は、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面を有する。放物面または複数の折れ面を有する放物面は、第１導光部４からの光を正反射すなわち鏡面反射する面である。
【００６５】
放物面は、二次関数からなる放物線の軸線の周りに放物線を回転させることにより得られる。本明細書では、放物面を生成するのに用いた放物線の軸線を、放物面の軸線と呼ぶ。また、放物面は、放物線をその法線方向に掃引して生成した形状でもよい。
【００６６】
放物面の軸線は、屈曲部５の出射端面５ａの法線方向に平行に延びている。図７では、屈曲部５の出射端面５ａに第２導光部１３が接続されている例を示しているが、第２導光部１３は省略してもよい。第２導光部１３がない場合は、屈曲部５の出射端面５ａに拡散部材６などの他の光学部材を配置してもよいし、屈曲部５の出射端面５ａを採光システム１の出射口としてもよい。
【００６７】
放物面の焦点１４は、軸線１５上に設けられる。この焦点１４を通過した光は、放物面上で反射されて、対称軸に略平行な方向に進行する。よって、放物面の軸線１５に平行な方向に屈曲部５の出射端面５ａの法線方向を配置すれば、放物面からなる曲面反射部７で反射された光は屈曲部５の出射端面５ａの法線方向に進行することになる。これにより、少なくとも焦点１４を通過した光については、放物面で反射された後に、屈曲部５の内面で反射されずに屈曲部５から出射され、光の反射による減衰を抑制できる。
【００６８】
屈曲部５の曲面反射部７の少なくとも一部を放物面にした場合、その放物面の焦点１４は、採光部３または屈曲部５の内部に設けられる。この場合、第１導光部４の出射端面から出射される光がすべて焦点１４を通過するわけではないが、いずれの光も焦点１４の近傍を通過するため、放物面で反射された後に、対称軸の方向に近い方向に伝搬することになり、屈曲部５の出射端面５ａからは、平行に近い光が出射される。
【００６９】
屈曲部５の出射端面５ａから出射される光をより平行に近づけるには、屈曲部５の曲面反射部７の少なくとも一部を放物面にすることに加えて、放物面の軸線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度が、採光部３の出射端面の法線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度よりも小さいという条件を満たす必要がある。この条件を満たすことで、放物面で反射された光は、屈曲部５の出射端面５ａの法線方向に近い方向に伝搬することになる。
【００７０】
なお、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせて実施してもよい。すなわち、屈曲部５の曲面反射部７の一部は楕円弧面で、残りの少なくとも一部は放物面にしてもよい。例えば、採光部３に近い側は放物面にし、屈曲部５の出射端面５ａに近い側は楕円弧面にしてもよい。放物面は、放物面での反射光を平行化する作用を行うため、光線の平行化の観点では、楕円弧面よりも放物面の方が優れているのに対し、対称軸から離れても、対称軸からの距離が一定にならず、第２導光部１３との接続部分が滑らかな形状にならないため、屈曲部５の出射端面５ａ付近は楕円弧面の方がよい。
【００７１】
このように、第２の実施形態では、屈曲部５の曲面反射部７の少なくとも一部を、放物面、または放物面上にそれぞれの端部が位置する複数の折れ面形状にし、かつ放物面の長軸８方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度を、採光部３の出射端面の法線方向と屈曲部５の出射端面５ａの法線方向との為す角度よりも小さくするため、屈曲部５の楕円弧面で反射される光を平行化することができる。これにより、第１の実施形態と同様に、屈曲部５の出射端面５ａから出射される光の減衰を抑制できるとともに、採光システム１に入射された光を効率よく、所定の空間に導くことができ、自然光を有効に利用した照明が可能となる。よって、二酸化炭素の排出量を削減でき、省エネルギー化が図れる。
【実施例】
【００７２】
本発明者は、第１の実施形態と同様に、屈曲部５の曲面反射部７を楕円弧面とした一実施例の採光システム１と、図８に示すように、屈曲部５の曲面反射部７を曲がりがほとんどない傾斜面とした一比較例の採光システム１とについて、光の伝搬方向をシミュレーションにより図式化した。
【００７３】
第１導光部４を伝搬する光の伝搬角度が相対的に大きい場合と、相対的に小さい場合とについて、一実施例と一比較例とを対比させた。
【００７４】
図９はシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）と図９（ｂ）はそれぞれ、光の伝搬角度が大きい場合の一実施例と一比較例のシミュレーション結果を示している。また、図９（ｃ）と図９（ｄ）はそれぞれ、光の伝搬角度が小さい場合の一実施例と一比較例のシミュレーション結果を示している。
【００７５】
図９（ｂ）に対して図９（ａ）では、光の伝送効率が約２％向上し、図９（ｄ）に対して図９（ｃ）では、光の伝送効率が約１８％向上した。また同時に、図９（ｂ）よりも図９（ａ）の方が、図９（ｄ）より図９（ｃ）の方が、出射光がより平行光に近かった。
【００７６】
これにより、本実施形態のように、屈曲部５の曲面反射部７を楕円弧面にすることで、光の伝送効率が向上することが確認できた。
【００７７】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  採光システム、２  建物、３  採光部、４  第１導光部、５  屈曲部、６  拡散部材、７  曲面反射部、８  長軸、９  短軸、１０  楕円、１０ａ  楕円弧、１１  第１焦点、１２  第２焦点、１３  第２導光部、２１  採光パネル、３１  対向パネル
【図１】
0006519154.tif 000005
【図２】
0006519154.tif 000006
【図３】
0006519154.tif 000007
【図４】
0006519154.tif 000008
【図５】
0006519154.tif 000009
【図６】
0006519154.tif 000010
【図７】
0006519154.tif 000011
【図８】
0006519154.tif 000012
【図９】
0006519154.tif 000013