(57)【要約】  縦に隣接する平面ミラー（１０６〜１１４）は、非伸縮性連結部（１２０）によって列アレイ（５６）内で枢動可能に相互接続され、非伸縮性連結部（１２０）は、平面ミラー（１０６〜１１４）の法線ベクトル（１１５）が平行なままであるように、ミラーの移動を束縛する。２つのミラー内の枢動可能カップリング（１２２，１２４）は、互いに直角な軸（ｘ，ｙ）に関するミラーの移動を可能にし、かつ、第３の軸（ｚ）に関するミラーの移動を防止する。枢動可能カップリングの１つに結合される２つのアクチュエータ（１１７Ａ，１１７Ｂ）は、互いに直角な軸（ｘ，ｙ）に関して、選択されたミラーを制御可能に移動させる。第１のフレーム（１１６）は、選択されたミラーの移動が、全てのミラーを協調して移動させるように、ミラー列を一緒に結合する。アクチュエータは、ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように、法線ベクトルを向き調整するようミラーを制御可能に移動させる。
2010531036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光の方向を変換するための光方向変換器であって、
平面ミラーのアレイ（５６）であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル（１１５）を有する、平面ミラーのアレイ（５６）と、
前記ミラーが移動する間、前記法線ベクトルが平行なままであるように、前記ミラーの縦に隣接するミラー（１０６〜１１４）を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部（１２０）と、
前記縦に隣接するミラーの第１のミラー（１０６）内の第１の枢動可能カップリング（１２２）と、
前記縦に隣接するミラーの第２のミラー（１１４）内の第２の枢動可能カップリング（１２４）とを備え、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、前記第１および第２のミラーが、２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第３の軸（ｚ）に関する前記第１および第２のミラーの移動を防止する太陽光の光方向変換器。
【請求項２】
前記ミラーは、複数の列（９４〜１０４）で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項３】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項４】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動させるよう制御可能性である請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項５】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備える請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項６】
ヘリオスタットとして動作する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項７】
前記第３の軸（ｚ）は、前記２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）に直角で、かつ、前記列の縦範囲の方向に平行である請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項８】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項５に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項９】
ヘリオスタットとして動作する請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１０】
ヘリオスタットとして動作する請求項４に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１１】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１２】
前記列のそれぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備え、
前記第１のフレームに結合する任意の列内のミラーは、前記第１のフレームに結合する任意の他の列内のミラーと同じ列位置を有する請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１３】
ヘリオスタットとして動作する請求項５に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１４】
ヘリオスタットとして動作し、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲
み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１５】
ヘリオスタットとして動作する請求項８に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１６】
前記ミラーは、複数の列で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項１３に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１７】
それぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備える請求項１１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１８】
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項１５に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１９】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項１６に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２０】
ヘリオスタットとして動作する請求項１７に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２１】
ヘリオスタットとして動作する太陽光リダイレクタであって、
平面ミラーのアレイ（５６）であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル（１１５）を有する、平面ミラーのアレイ（５６）と、
前記ミラーの縦に隣接するミラー（１０６〜１１４）を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部（１２０）と、
前記縦に隣接するミラーの第１のミラー（１０６）内の第１の枢動可能カップリング（１２２）と、
前記縦に隣接するミラーの第２のミラー（１１４）内の第２の枢動可能カップリング（１２４）とを備え、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、前記第１および第２のミラーが、２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第３の軸（ｚ）に関する前記第１および第２のミラーの移動を防止し、
前記ミラーは、複数の列（９４〜１０４）で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する太陽光の光方向変換器。
【請求項２２】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２３】
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記ミラーは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整されるよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２４】
それぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備え、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２５】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項２４に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２６】
前記アレイの一方の側に入射する光線は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記ミラーは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２４に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２７】
ヘリオスタットとして動作する太陽光の光方向変換器であって、
平面ミラーのアレイ（５６）であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル（１１５）を有する、平面ミラーのアレイ（５６）と、
前記ミラーの縦に隣接するミラー（１０６〜１１４）を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部（１２０）と、
前記縦に隣接するミラーの第１のミラー（１０６）内の第１の枢動可能カップリング（１２２）と、
前記縦に隣接するミラーの第２のミラー（１１４）内の第２の枢動可能カップリング（１２４）とを備え、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、前記第１および第２のミラーが、２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第３の軸（ｚ）に関する前記第１および第２のミラーの移動を防止し、
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して、前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して、前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とを備え、
前記ミラーは、複数の列（９４〜１０４）で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する太陽光の光方向変換器。
【請求項２８】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２７に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項２９】
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう、前記ミラーを移動するように制御可能性である請求項２８に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項３０】
それぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備え、
前記ミラーは、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きく、
かつ、前記ミラーが移動するときに隣接するミラー間の干渉を防止するのに十分に小さい量だけ予め選択された法線方向から偏移する方向に、前記ミラーが入射光を鏡面反射するよう前記法線ベクトルを向き調整するように移動可能である請求項２７に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項３１】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項３０に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項３２】
前記アレイの一方の側に入射する光線は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーの前記法線ベクトルが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように向き調整さられるよう前記ミラーを移動するように制御可能である請求項３０に記載の太陽光の光方向変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽の位置によらない、特定の方向への太陽光の向き変更に関する。
本出願は、２００７年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／９４５，６５３号の利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
建築物コア日光照明システムは、太陽光による建築物のコア領域の照明を容易にし、そのため、電気照明要求を低減し、照明品質を改善することになる。最も一般的な職場環境−実質的にオープンプランの多層オフィス建築物−における建築物コア日光照明システムの幅広い使用は、エネルギー消費および温室効果ガス排出をかなり低減することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
その幅広い使用を促進するために、建築物コア日光照明システムは、費用効果的でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
建築物コア日光照明システム用の費用効果的な太陽光リダイレクタが以下で開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】建築物の南側正面に沿って建築物窓の上に搭載された従来技術のソーラキャノピーを有する建築物の３層部分の概略を示す側面図。
【図１Ｂ】光学コンポーネント構成を示す、図１Ａのソーラキャノピーの１つの略部分平面図である。
【図２Ａ】中性（非回転）位置にあるミラーを示す、枢動可能に相互接続されたミラーの６つの列の概略を示す正面図。
【図２Ｂ】ミラーが方位方向回転位置で示されることを除いて、図２Ａと同様の正面図。
【図２Ｃ】ミラーが高度方向回転位置で示されていることを除いて、図２Ａ，２Ｂと同様の正面図。
【図３Ａ】ミラーおよび自在継手の上部正面斜め等角図。
【図３Ｂ】図３Ａと同様のミラーおよび自在継手の平面図（自在継手は概略的に示され、また、自在継手に結合された２つのアクチュエータを示す）。
【図４Ａ】実線がミラーの中性位置を示し、破線が、図示するｙ軸を中心とするミラーの回転を示す、列ミラーアレイの６列部分の概略を示す平面図。
【図４Ｂ】破線が、図示するｘ軸を中心とするミラーの回転を示すことを除いて、図４Ａと同様の平面図。
【図４Ｃ】破線が、図示するｘ軸とｙ軸の両方を中心とするミラーの回転を示すことを除いて、図４Ａ，４Ｂと同様の平面図。
【図４Ｄ】破線が、図示するｘ軸とｙ軸の両方に直角であるｚ軸を中心とするミラーの回転を示すことを除いて、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃと同様の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下の説明全体を通して、本開示のより完全な理解を可能にするために、特定の詳細が述べられる。一部の例では、本開示を不必要に曖昧にすることを回避するために、よく知
られている要素は、詳細に示されないか、または、述べられなかった。相応して、本明細書および図面は、制限的な意味ではなく、例証的な意味で考えられる。
【０００７】
図１Ａは、建築物１０の南側正面に沿って窓１８、２０、２２の上にそれぞれ搭載された従来技術のソーラキャノピー１２，１４，１６を有する建築物１０の３層部分を概略的に示す。ソーラキャノピー１２，１４，１６のうちの１つは、太陽光を捕捉し、太陽光を、建築物１０の外壁内の風雨から保護された開口の対応する１つを通して、太陽光分配器（すなわち、光ガイド）３０，３２，３４の対応する１つに向き変更させる。プレナム空間３６，３８，４０は、従来通り、建築物１０のそれぞれのフロアについて設けられる。すなわち、プレナム空間３６は、第１フロアの天井４２と吊天井４４との間に設けられ、プレナム空間３８は、第２フロアの天井４６と吊天井４８との間に設けられ、プレナム空間４０は、第３フロアの天井５０と吊天井５２との間に設けられる。太陽光分配器３０，３２，３４は、建築物１０内で太陽光を分配するために、それぞれ、プレナム空間３６、３８、４０内に設けられる。あるいは、吊天井内で見えないように置かれる代わりに、太陽光分配器は、排気ダクトなどが見えるままになる設計と同様の露出される天井設計に組込まれるであろう。
【０００８】
図１Ｂは、ソーラキャノピー１２，１４，１６の例示的な１つ、すなわち、透明カバー５４内に光学的コンポーネントおよび機械的コンポーネントを収容するソーラキャノピー１２を概略的に示す。カバー５４は、風、降水、汚れなどからコンポーネントを保護し、比較的費用がかからずかつ軽量の材料からのコンポーネントの形成を容易にし、コンポーネントの整備要求を低減する。ソーラキャノピー１２の太陽光受取り部分だけが、透明である必要があり、ソーラキャノピー１２の他の部分（たとえば、太陽に決して向かない側面部分）は、不透明であってよい。ソーラキャノピー１２内に収容される光学コンポーネントは、太陽光向き変更用ミラーアレイ５６，５８および放物面ミラー６０，６２，６４，６６を含む。ミラーアレイ５６，５８は、入射太陽光線６８を、それぞれ、破線７０，７２、および７４，７６で示すように、それぞれ、放物面ミラー６０，６２に向かって反射する。放物面ミラー６０，６２は、反射光線を、それぞれ、破線７８，８０および８２，８４で示すように、それぞれ、放物面ミラー６４，６６に向かって反射する。放物面ミラー６４，６６は、さらに、反射光線を、それぞれ、破線８６，８８および９０，９２で示すように、壁開口２４を通して太陽光分配器３０へ向き変更させる。放物面ミラー６０，６２，６４，６６は、太陽光分配器３０による伝送のために、適切な範囲の角度で、光線が太陽光分配器に向き変更されるように、ミラーアレイ５６，５８に関して構成され向き調整される。本開示は、放物面ミラー６０，６２，６４，６６または太陽光分配器３０ではなく、太陽光向き変更用ミラーアレイ５６，５８に関する。
【０００９】
図２Ａ〜２Ｃは、ミラーアレイ５６，５８の例示的な１つのミラーアレイ、すなわち、ミラーの６つの列９４，９６，９８，１００，１０２，１０４を有するミラーアレイ５６を概略的に示す。それぞれの列は、５つの薄く矩形で平面のミラーを有する。たとえば、列９４は、５つのミラー１０６、１０８、１１０、１１２、１１４などを有する。それぞれのミラーは、概念的な表面法線ベクトル１１５（図３Ａおよび３Ｂ）を有する。ミラー列９４，９６，９８，１００，１０２，１０４は、剛性で矩形の第１のフレーム１１６に枢動可能に接続される。特に、それぞれの列の一番上のミラー（すなわち、列９４のミラー１０６など）は、一対のブラケットによって第１のフレーム１１６に枢動可能に接続される。ブラケットの１つ（すなわち、列９４のブラケット１１８など）だけが、図２Ａおよび２Ｂで見られる。他の細部を曖昧にすることを回避するために、ブラケットも第１のフレームも図２Ｃには示されない。第１のフレーム１１６は、アレイ５６内のミラーが全て協調して移動するようにミラーの列を一緒に結合する。
【００１０】
それぞれの列内のミラーは、２つの平面内で容易に回転することができるように機械的
に一緒に結合されて、ミラーが、移動するときに互いに干渉する（すなわち、接触する）ことなく、太陽の高度および方位が変わるにつれて、ミラーの位置が調整される。ミラーは、移動するときに互いを過剰に遮光すべきではないが、ミラー、太陽、または両方の比較的短い位置の間のある最小の遮光は、太陽光リダイレクタの総合効率を最適にするために許容可能である。
【００１１】
それぞれの列のそれぞれの中間ミラー（ずなわち、列９４のミラー１０８、１１０、１１２など）は、連結部１２０によって、中間ミラーの直ぐ上また直ぐ下のミラーに枢動可能に接続される。連結部１２０は、剛性部材である必要はないが、剛性部材であってもよい。連結部１２０は、ステンレス鋼ワイヤなどの非伸縮性材料で形成されてもよい。それぞれの連結部１２０の反対端は、玉継手、可撓性エラストマーコネクタ、または、連結部１２０がミラーに接続される点の周りでミラーが容易に枢動することを可能にする他の適した手段によって、ミラーに接続されうる。連結部１２０は、剛性でない場合、剛性部材として振舞うのに十分な張力下で（たとえば、それぞれの連結部１２０の長さを調整することによって）保持されるべきである。
【００１２】
自在継手（すなわち、枢動可能カップリング）は、それぞれの列の上部ミラーおよび下部ミラーの中央に設けられる（すなわち、自在継手１２２、１２４は、列９４の、それぞれミラー１０６、１１４内に設けられる）。１つの列について２つのこうした自在継手を設けることは、列の縦範囲の方向に平行で、かつ、ｘ軸およびｙ軸に直角であるｚ軸を中心としてミラーが回転することを防止しながら、列の縦範囲の方向に直角である、図示するｘ軸およびｙ軸を中心に、それぞれの列内のミラーが回転することを可能にする。
【００１３】
図３Ａおよび３Ｂは、ミラー１０６および自在継手１２２をより詳細に示す。自在継手１２２は、ｘ軸回転部材１２６およびｙ軸回転部材１２８を組込む。枢動リンク１３０の一端は、ｘ軸回転部材１２６に固定される。枢動リンク１３０の反対端は、第１のフレーム１１６から離れ、かつ、第１のフレーム１１６に接続されない外部の第２のフレーム１３２（図２Ａ〜２Ｃ）に固定される。図２Ａ〜２Ｃを見てわかるように、１つの枢動リンク１３０は、上部ミラー１０６の自在継手１２２から第２のフレーム１３２の上側部分まで上方に延在し、別の枢動リンク１３０は、下部ミラー１１４の自在継手１２４から第２のフレーム１３２の下側部分まで下方に延在し、それにより、ｚ軸を中心とする列９４のミラーの回転を防止するように、ミラー列９４を確実に締付ける。自在継手は、比較的費用がかからないが、コストを多少増加させるため、それぞれの列の上部および下部ミラーだけに自在継手を設けることが望ましい。これは、中間ミラーの枢動可能移動を容易にするための、自在継手より費用がかからない連結部１２０によって容易となる。
【００１４】
第１のフレーム１１６は、ある列内のミラーの任意のミラーに結合してもよい。ただし、任意の列内のフレーム結合ミラーが、他の列内のフレーム結合ミラーに対して同じ列位置を有する場合に限る。たとえば、第１のフレーム１１６は、上述したブラケットによって、それぞれの列の上部ミラーに、それぞれの列の第２のミラーに、または、それぞれの列の下部ミラーなどに結合されうる。ミラーが、上述したように相互接続される場合、２つの費用のかからない電子制御可能な電気機械式回転アクチュエータ（１１７Ａ，１１７Ｂ）が使用されて、アレイ５６内のミラーの全てが、協調して、非常に小さなトルクでスムーズに移動させられうる。２つのアクチュエータは、図３Ｂに示すように、自在継手が設けられるミラーの任意のミラー上に設けられうる。よく知られているアルゴリズムが使用されて、アクチュエータがその上に設けられるミラー内の自在継手のｘ軸およびｙ軸回転部材１２６，１２８の角度偏移をもたらすための適した制御信号がアクチュエータに適用されうる。特に、アクチュエータは、太陽を追跡するようミラーを移動させるために適応的に制御されうり、それにより、太陽の位置によらず、太陽光が特定の方向に（すなわち、放物面ミラー６０，６２，６４，６６、それから、太陽光分配器３０に）連続して向
き変更される。ただし、太陽が、真の現地の太陽正午の約±３時間に相当する所定の角度範囲内に位置する場合に限る。それぞれの太陽光向き変更用ミラーアレイ５６，５８は、相応して、ヘリオスタットとして動作する。
【００１５】
図２Ａおよび４Ａ〜４Ｄの実線は、中性（非回転）位置にあるミラーを示す。図２Ｂおよび図４Ａの破線は、方位方向回転位置にある、すなわち、図示するｙ軸を中心にミラーを回転させるアクチュエータの適切な制御された動作後のミラーを示す。図２Ｃおよび図４Ｂの破線は、高度方向回転位置にある、すなわち、図示するｘ軸を中心にミラーを回転させるアクチュエータの適切な制御された動作後のミラーを示す。図４Ｃの破線は、方位方向回転位置および高度方向回転位置にある、すなわち、図示するｘ軸とｙ軸の両方を中心にミラーを回転させるアクチュエータの適切な制御された動作後のミラーを示す。図４Ｄの破線は、ミラーが、ｚ軸（すなわち、図示するｘ軸とy軸の両方に直角である軸）を
中心に回転することを防止するよう、自在継手によって束縛されなかった場合、望ましくないことにミラーがどのように互いに干渉することになるかを示す。
【００１６】
動作時、ミラーアレイ５６，５８の一方ミラーアレイの一方の側に入射する光線６８は、そのアレイ内のミラーの１つによって１回反射され、図１Ｂで、それぞれ、破線７０、７２および７４、７６で示すように、アレイの反対側まで通過する。入射光６８が、予め選択された反射方向に反射されるよう、鏡面反射の法則に従って、ミラーの法線ベクトルが向き調整されるように、アクチュエータは、ミラーを移動するよう制御可能に作動される。
【００１７】
それぞれのミラーは、約１７×１９ｃｍであるが、他のサイズが許容可能である。ミラーが大き過ぎる場合、ソーラキャノピー１２は、建築物１０の側面から非常に遠くまで延在することになり、建築学上望ましくない。ミラーが小さ過ぎる場合、ミラーアレイ５６のコストが過剰になる可能性があり、これも望ましくない。それぞれの列内のミラーは、１つのミラーの、そのミラーの上のミラーによる遮光を最小にしながら、最大量の太陽光が捕捉されるように、互いから離間されべきである。１つの列について７つのミラーの６つの列を有するアレイは、それぞれのミラーのサイズが約１７×１９ｃｍであり、かつ、それぞれの列内のミラーが約１２ｃｍ離れて配置される場合、許容可能な結果をもたらす。３メートル（図１Ｂで示すｘ方向に測定された）キャノピーは、図１Ｂに示すように、２つのこうしたミラーアレイを収容してもよい。
【００１８】
いくつかの例示的な態様および実施形態が先に説明されたが、当業者は、それらの、いくつかの変更、置換、付加、および部分的組合せを認識するであろう。したがって、以下の添付特許請求の範囲および以降で導入される特許請求の範囲は、これらの真の精神および範囲内にある、全てのこうした変更、置換、付加、および部分的組合せを含むと解釈されることが意図される。
【００１９】
たとえば、アクチュエータは、第１のフレーム１１６に結合し、かつ、ミラーアレイ５６に隣接して配置される同様の機械的配置構成内に設けられうる。
ミラーアレイ５６，５８内の列ミラーは、図２Ａ〜２Ｃに示すように、垂直に隣接するか、または、垂直に整列する必要はない。たとえば、ミラーは、対角線上に延在する列または他の縦に延在する列で一緒に接続されるであろう。しかし、ミラーの意図する角度動作範囲内の任意の位置について、ミラーの平面に平行に連結部が延在することを可能にするために、連結部１２０は、ミラーに枢動可能に接続されるべきではない。たとえば、ミラーの中性位置が水平である場合、ミラーは、水平行で接続されるべきではない。
【００２０】
別の例として、ミラーアレイ５６，５８内のミラーは、互いに完全に平行である場合、太陽光を上述したように反射することになるが、太陽光を集中させることはない−放物面
ミラー６０，６２，６４，６６だけが、太陽光を集中されることになる。しかし、太陽光の集中に寄与するように、ミラーアレイ５６，５８を構成することが可能である。これは、ミラーを互いに平行に維持する代わりに、それぞれのミラーの平面を、他のミラーの平面に対してわずかな角度で維持することによって達成されうる。より詳細には、アクチュエータは、それぞれのミラーの法線ベクトルの向きが、他のミラーの法線ベクトルの向きからわずかに偏移するよう、ミラーを移動するように制御されうる。その結果、反射の法則に従って、入射光６８は、予め選択された反射方向からわずかに偏移する方向に反射される。それぞれのミラーの法線ベクトルの偏移は、反射光において予め選択されたパターンを生成するのに十分に大きくあるべきである。それぞれのミラーの法線ベクトルの偏移の適切な選択は、太陽光が放物面ミラー６０，６２，６４，６６に向かって向き変更されるときに、太陽光のある程度の集中（すなわち、収束）を容易にする。これは、放物面ミラー６０，６２，６４，６６について要求される太陽光集中の程度を低減し、それにより、放物面ミラー６０，６２，６４，６６の光学品質、したがって、コストを低減する。
【００２１】
しかし、それぞれのミラーの法線ベクトルの偏移は制限されるべきである。それは、偏移が大き過ぎる場合、隣接するミラーは、太陽を追跡するために移動するとき、特に極端な方位角度または高度角度で、互いに干渉する（すなわち、接触するか、または、過剰に遮光する）可能性があるからである。これは、隣接するミラー間およびミラーの列間の間隔を増加させることによって解消されうる。しかし、これは、一部の光が、ミラーによって反射されることなく、隣接するミラー間の増加した間隔を通過し、したがって、こうした光が、建築物１０内で分配されないことになるという意味で失われることになるため、効率が減少するという犠牲を払うことになる。
【図１Ａ】
2010531036.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月8日(2010.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光の方向を変換するための光方向変換器であって、
平面ミラーのアレイ（５６）であって、それぞれのミラーは表面法線ベクトル（１１５）を有する、平面ミラーのアレイ（５６）と、
前記ミラーが移動する間、前記法線ベクトルが平行なままであるように、前記ミラーの縦に隣接するミラー（１０６〜１１４）を枢動可能に相互接続し、かつ、前記ミラーの移動を束縛する非伸縮性連結部（１２０）と、
前記縦に隣接するミラーの第１のミラー（１０６）内の第１の枢動可能カップリング（１２２）と、
前記縦に隣接するミラーの第２のミラー（１１４）内の第２の枢動可能カップリング（１２４）とを備え、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、前記第１および第２のミラーが、２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）のいずれか一方に関して移動することを可能にし、かつ、第３の軸（ｚ）に関する前記第１および第２のミラーの移動を防止する太陽光の光方向変換器。
【請求項２】
前記ミラーは、複数の列（９４〜１０４）で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項３】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項４】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動させるよう制御可能性である請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項５】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備える請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項６】
ヘリオスタットとして動作する請求項１に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項７】
前記第３の軸（ｚ）は、前記２つの互いに直角な軸（ｘ，ｙ）に直角で、かつ、前記列の縦範囲の方向に平行である請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項８】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項５に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項９】
前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの１つのカップリングに結合する第１の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ａ）と、
前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して前記ミラーの選択されたミラーを制御可能に移動させるために、前記枢動可能カップリングの前記１つのカップリングに結合する第２の電子制御可能なアクチュエータ（１１７Ｂ）とをさらに備え、
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１０】
前記列のそれぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備え、
前記第１のフレームに結合する任意の列内のミラーは、前記第１のフレームに結合する任意の他の列内のミラーと同じ列位置を有する請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１１】
ヘリオスタットとして動作し、
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項２に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１２】
前記ミラーは、複数の列で配列され、
前記非伸縮性連結部は、それぞれのミラーを、同じ列内の隣接するミラーに接続する請求項５に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１３】
それぞれの列内の１つのミラーに枢動可能に結合する第１のフレーム（１１６）と、
前記列のそれぞれの列内に、
第２のフレーム（１３２）と１つのミラー内の１つの枢動可能カップリングとの間に結合される第１の枢動リンク（１３０）と、
前記第２のフレームと別のミラー内の別の枢動可能カップリングとの間に結合される第２の枢動リンク（１３０）とをさらに備える請求項９に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１４】
前記アレイの一方の側に入射する光線（６８）は、前記アレイの反対側を通して前記ミラーの１つによって１回反射され、
前記アクチュエータは、前記ミラーが予め選択された方向に入射光を鏡面反射するように前記法線ベクトルを向き調整するために前記ミラーを移動するよう制御可能性である請求項８に記載の太陽光の光方向変換器。
【請求項１５】
前記第１および第２の枢動可能カップリングは、第１および第２の自在継手（１２２，１２４）であり、それぞれの自在継手は、前記２つの互いに直角な軸の第１の軸（ｘ）に関して回転可能な第１の部材（１２６）、および、前記２つの互いに直角な軸の第２の軸（ｙ）に関して回転可能な第２の部材（１２８）を有し、
前記第１のミラー（１０６）は、前記第１の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動し、
前記第２のミラー（１１４）は、前記第２の自在継手の前記第１の部材（１２６）を囲み、かつ、前記第１の部材（１２６）上で枢動する請求項１２に記載の太陽光の光方向変換器。
【国際調査報告】
2010531036.tif 000014
2010531036.tif 000015