(57)【要約】【課題】光の入射方向に応じて採光機能を大幅に調整可能な採光システムを提供する。【解決手段】採光システム１０は、光Ｌ１、２を取り込んで部屋２に導くものである。採光システム１０は、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続されて採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備える。採光部２０は、光が入射する第１面２２及び当該第１面２２に対向する第２面２３を有する採光パネル２１を有し、採光パネル２１の第１面２２は、第２面２３に対して傾斜した傾斜面２２ａを含む。或る角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光は、当該傾斜面２２ａを透過して第２面２３にて全反射するようになっており、或る角度範囲ＡＲ１とは異なる別の角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光は、当該傾斜面２２ａ及び第２面２３を透過して導光部４０に向かっていく。【選択図】図３
2016046019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を取り込んで所定の空間に導く採光システムであって、
光を取り込む採光部と、
前記採光部に接続されて前記採光部からの光を前記所定の空間に導く導光部と、
を備え、
前記採光部は、光が入射する第１面及び当該第１面に対向する第２面を有する採光パネルを有し、
前記採光パネルの前記第１面は、前記第２面に対して傾斜した傾斜面を含み、
或る角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面を透過して前記第２面にて全反射するようになっており、
前記或る角度範囲とは異なる別の角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面及び前記第２面を透過して前記導光部に向かっていく、採光システム。
【請求項２】
前記傾斜面が前記第２面と平行な面に対してなす角度をα１とし、前記採光パネルの前記傾斜面をなす部分の材料の屈折率をｎとし、春分の次月の春分と同一の日にちにおける南中時の太陽光が前記傾斜面に入射するときに、前記第２面への法線方向に対してなす角度をθｍａｘとし、春分の前月の春分と同一の日にちにおける南中時の太陽光が前記傾斜面に入射するときに、前記第２面への法線方向に対してなす角度をθｍｉｎとし、前記第２面での全反射臨界角をφとすると、
（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍａｘ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍａｘ）≦ｔａｎα１≦（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍｉｎ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍｉｎ）
の関係を満たす、ただし、φ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）である、請求項１に記載の採光システム。
【請求項３】
前記採光パネルの前記第１面は、前記第２面に平行な面内を延びる一軸方向に配列された複数の前記傾斜面と、隣り合う２つの傾斜面を接続する接続面と、を含む、請求項１または２に記載の採光システム。
【請求項４】
前記傾斜面が前記第２面に対してなす角度は、当該傾斜面と隣り合う接続面が前記第２面に対してなす角度よりも小さい、請求項３に記載の採光システム。
【請求項５】
前記採光パネルの第２面に直交し且つ前記一軸方向に平行な断面において、前記傾斜面は、当該傾斜面と隣り合う接続面よりも長い、請求項３または４に記載の採光システム。
【請求項６】
前記傾斜面は、前記一軸方向における一側に位置する一端部が前記一軸方向における他側に位置する他端部よりも、前記第２面に近接するように傾斜し、
前記導光部は、前記一軸方向における他側から前記採光部に接続している、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の採光システム。
【請求項７】
前記採光部は、前記採光パネルの前記第２面に対向して配置された対向板をさらに有し、
前記対向板の前記採光パネル側を向く面には、反射面が形成され、
前記採光パネルの前記第２面に直交し且つ前記一軸方向に平行な断面において、前記採光パネルの前記第２面への法線方向に沿った前記採光パネルの前記第２面と前記対向板の前記反射面との間の間隔が、前記一軸方向に沿って前記導光部に近づくにつれて漸次拡がっていく、請求項３乃至６のいずれか一項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、光を取り込んで所定の空間に導く採光システムに係り、とりわけ、光の入射方向に応じて採光機能を制御可能な採光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、光を採光して当該光を室内に導光する採光システムの開発が進められている。採光システムは、例えば、屋根に設置された採光部と、採光部で採光された太陽光を室内に導光する導光部と、を有したシステムとして、室内の照明に用いられる。このような採光システムは、ＣＯ２の削減に寄与し、また直接的に省エネルギーを実現することができるシステムとして、注目を浴びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０４４３３１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知の通り、太陽の位置は、時間帯および季節に応じて変化する。この点、特許文献１に記載の採光システムでは、一年を通じて均一に採光する工夫がなされている。しかしながら、日差しが強く気温が高い夏季では、採光システムから室内に取り込まれる光によって室内が眩しくなり、かつ室温が上昇してしまい好ましくない場合もある。その一方で、日差しがあまり強くなく気温も低い冬季では、採光システムから室内に取り込まれる光を積極的に利用して室内を明るく、かつ暖かく保つことが期待される。
【０００５】
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、光の入射方向に応じて採光機能を大幅に調整可能な採光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による採光システムは、光を取り込んで所定の空間に導く採光システムであって、
光を取り込む採光部と、
前記採光部に接続されて前記採光部からの光を前記所定の空間に導く導光部と、
を備え、
前記採光部は、光が入射する第１面及び当該第１面に対向する第２面を有する採光パネルを有し、
前記採光パネルの前記第１面は、前記第２面に対して傾斜した傾斜面を含み、
或る角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面を透過して前記第２面にて全反射するようになっており、
前記或る角度範囲とは異なる別の角度範囲から前記傾斜面に入射する光は、当該傾斜面及び前記第２面を透過して前記導光部に向かっていく。
【０００７】
本発明による採光システムにおいて、前記傾斜面が前記第２面と平行な面に対してなす角度をα１とし、前記採光パネルの前記傾斜面をなす部分の材料の屈折率をｎとし、春分の次月の春分と同一の日にちにおける南中時の太陽光が前記傾斜面に入射するときに、前記第２面への法線方向に対してなす角度をθｍａｘとし、春分の前月の春分と同一の日にちにおける南中時の太陽光が前記傾斜面に入射するときに、前記第２面への法線方向に対してなす角度をθｍｉｎとし、前記第２面での全反射臨界角をφとすると、
（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍａｘ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍａｘ）≦ｔａｎα１≦（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍｉｎ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍｉｎ）
の関係を満たす、ただし、φ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）であってもよい。
【０００８】
本発明による採光システムにおいて、前記採光パネルの前記第１面は、前記第２面に平行な面内を延びる一軸方向に配列された複数の前記傾斜面と、隣り合う２つの傾斜面を接続する接続面と、を含んでもよい。
【０００９】
本発明による採光システムにおいて、前記傾斜面が前記第２面に対してなす角度は、当該傾斜面と隣り合う接続面が前記第２面に対してなす角度よりも小さくてもよい。
【００１０】
前記採光パネルの第２面に直交し且つ前記一軸方向に平行な断面において、前記傾斜面は、当該傾斜面と隣り合う接続面よりも長くてもよい。
【００１１】
本発明による採光システムにおいて、前記傾斜面は、前記一軸方向における一側に位置する一端部が前記一軸方向における他側に位置する他端部よりも、前記第２面に近接するように傾斜し、前記導光部は、前記一軸方向における他側から前記採光部に接続していてもよい。
【００１２】
本発明による採光システムにおいて、前記採光部は、前記採光パネルの前記第２面に対向して配置された対向板をさらに有し、前記対向板の前記採光パネル側を向く面には、反射面が形成され、前記採光パネルの前記第２面に直交し且つ前記一軸方向に平行な断面において、前記採光パネルの前記第２面への法線方向に沿った前記採光パネルの前記第２面と前記対向板の前記反射面との間の間隔が、前記一軸方向に沿って前記導光部に近づくにつれて漸次拡がっていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、或る季節に或る角度範囲から傾斜面に入射する光を第２面にて全反射させて遮蔽する一方で、別の季節に別の角度範囲から傾斜面に入射する光を第２面を透過させて取り込む。これにより、光の入射方向に応じて採光機能を大幅に調整可能な採光システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態による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に示す採光システムの要部を示す断面図。
【図３】図２に示す採光システムを構成する採光部の採光パネルを示す断面図。
【図４】図３に示す採光パネルを拡大して示す断面図。
【図５】図３に対応する図であって、或る角度範囲から採光パネルに入射する光の光路を示す断面図。
【図６】図３に対応する図であって、図５とは異なる角度範囲から採光パネルに入射する光の光路を示す断面図。
【図７】図２に対応する図であって、実施例１に係る採光システムの構成を説明するための断面図。
【図８】図７に示す採光システムの採光パネルの構成を説明するための断面図。
【図９】図７に示す採光システムにおいて、各月の２１日の南中時を基準として採光効率を調査した結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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１０が取り付けられた建物１を模式的に示す縦断面図である。
【００１６】
なお、本明細書において、「パネル」、「シート」、「板」等の用語は、呼称の違いのみに基づいて、互いから区別されるものではない。したがって、例えば、「パネル」はシートや板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、「採光シート」や「採光板」等と呼ばれる部材も含まれる。
【００１７】
採光システム１０は、建物１に取り付けられ、光を取り込んで所定の空間、例えば部屋２に導くためのものである。採光システム１０は、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続されて採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備えている。以下に説明する例では、図１に示すように、建物１の壁３から導光部４０が延び出して、当該延び出した先端に採光部２０が取り付けられている。そして、採光部２０で採光された光は、導光部４０を介して部屋２に導かれるようになっている。
【００１８】
このような採光システム１０によれば、採光部２０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、この採光システム１０を用いることにより、省エネルギーを直接的に実現することができ、また、ＣＯ２の削減にも貢献し得る。
【００１９】
図２は、採光システム１０の要部を示す断面図である。図２に示す採光システム１０を構成する採光部２０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取り込むために設けられている。採光部２０に取り込まれる光としては、典型的には太陽光に代表される自然光が挙げられる。図２に示す採光部２０は、光が入射する採光パネル２１と、採光パネル２１に対向して配置された対向板３１と、を有している。
【００２０】
図３に、採光パネル２１の断面を拡大して示す。図３に示す採光パネル２１は、互いに対向する第１面２２及び第２面２３を有している。第１面２２は、外方に面し、採光システム１０の入光面として機能する。一方、第２面２３は、対向板３１側を向き、第２面２３を透過した光が導光部４０に向かう。
【００２１】
図３に示すように、第１面２２は、複数の傾斜面２２ａと、隣り合う２つの傾斜面２２ａを接続する接続面２２ｂと、を含んでいる。傾斜面２２ａは、入射する光に対して光学作用を及ぼして入射する光の光路を調整することが期待された面である。一方、接続面２２ｂは、入射する光の光路を積極的に調整することが期待されていない面である。以下に説明する採光システム１０においては、或る連続した角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光Ｌ１は、当該傾斜面２２ａを透過して第２面２３にて全反射するようになっている。その一方で、或る角度範囲ＡＲ１とは異なる別の連続した角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光Ｌ２は、当該傾斜面２２ａ及び第２面２３を透過して導光部４０に向かっていくようになっている。
【００２２】
複数の傾斜面２２ａと複数の接続面２２ｂとは、採光パネル２１の第２面２３に平行な面内を延びる一軸方向ｄ１に交互に並べられている。本実施の形態において、一軸方向ｄ１は、鉛直方向に一致する。各傾斜面２２ａ及び各接続面２２ｂは、第２面２３に平行な面内において、一軸方向ｄ１と交差する方向、より厳密には、一軸方向ｄ１と直交する他軸方向（図３において紙面の表裏方向）に直線状に延びている。本実施の形態において、他軸方向は、水平方向に一致する。なお、本実施の形態において、複数の傾斜面２２ａは、互いに同一に構成され、複数の接続面２２ｂも、互いに同一に構成されている。
【００２３】
各傾斜面２２ａは、採光パネル２１の第２面２３に対して傾斜し、第２面２３への法線方向ｎｄに対しても傾斜している。すなわち、各傾斜面２２ａは、第２面２３及び法線方向ｎｄのいずれとも非平行になっている。図３に示す例では、傾斜面２２ａは、一軸方向ｄ１において一側に位置する一端部Ｅ１が、一軸方向ｄ１において他側に位置する他端部Ｅ２よりも第２面２３に近接するように傾斜している。
【００２４】
とりわけ、傾斜面２２ａが第２面２３と平行な面に対してなす角度α１は、当該傾斜面２２ａと隣り合う接続面２２ｂが第２面２３と平行な面に対してなす角度α２よりも小さい。図３に示す例では、傾斜面２２ａが採光パネル２１の第２面２３に対して鋭角をなす一方で、接続面２２ｂが第２面２３への法線方向ｎｄに概ね沿っている。なお、傾斜面２２ａの角度α１は、光の入射方向に応じて採光機能を所望に調整すべく決定されるが、この点については図４を参照して後述する。
【００２５】
また、図３に示す断面において、傾斜面２２ａの長さｕ１は、当該傾斜面２２ａと隣り合う接続面２２ｂの長さｕ２よりも長くなっている。したがって、第１面２２に占める傾斜面２２ａの割合は、第１面２２に占める接続面２２ｂの割合よりも大きい。
【００２６】
さて、第１面２２と共に採光部２０の表面を構成する第２面２３は、傾斜面２２ａから採光パネル２１に取り込まれた光を選択的に反射または透過させるよう構成されている。本実施の形態の第２面２３は、鉛直方向に平行になるように配置されている。また、第２面２３は、平滑面として形成されている。なお、本明細書でいう「平滑」とは、光学的な意味合いでの平滑を意味するものである。すなわち、ここでは、或る程度の割合の可視光帯域の透過光が、スネルの法則を満たしながら屈折するようになる程度を意味している。したがって、例えば、第２面２３の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳＢ０６０１）が最短の可視光波長（０．３８μｍ）以下となっていれば、十分、平滑に該当する。
【００２７】
ここで、傾斜面２２ａから取り込まれた光を第２面２３にて選択的に反射または透過させるように、傾斜面２２ａの角度α１を決定する方法について図４を参照して説明する。図４は、傾斜面２２ａを拡大して示す断面図である。図４に示すように、傾斜面２２ａに入射する光Ｌ０が第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度をθとし、光Ｌ０の傾斜面２２ａへの入射角をβ１とし、光Ｌ０の傾斜面２２ａからの出射角をβ２とする。この場合、入射角β１は、傾斜面２２ａに入射する光Ｌ０が当該傾斜面２２ａへの法線方向ｎｄ１に対してなす角度であり、出射角β２は、傾斜面２２ａにて屈折した光Ｌ０が当該傾斜面２２ａへの法線方向ｎｄ１に対してなす角度である。また、採光パネル２１の傾斜面２２ａをなす材料の屈折率をｎとする。
【００２８】
図４に示す幾何学的関係より、
［数１］
β１＝θ―α１  …  （１）
が得られる。また、スネルの法則により、
［数２］
ｓｉｎβ１＝ｎ・ｓｉｎβ２  …  （２）
が得られる。
【００２９】
次に、傾斜面２２ａを透過した光Ｌ０が第２面２３に入射するときの入射角をβ３とする。すなわち、入射角β３は、第２面２３に入射する光Ｌ０が、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度である。傾斜面２２ａを透過した光Ｌ０が第２面２３にて規定される界面にて全反射する場合と透過する場合の境界条件では、入射角β３は第２面２３における全反射臨界角φと一致するから、
［数３］
β３＝φ  …  （３）
［数４］
φ＝ｓｉｎ−１（１／ｎ）  …  （４）
が得られる。
【００３０】
また、図４に示す幾何学的関係から、
［数５］
β３＝α１＋β２  …  （５）
の関係式が成立する。
【００３１】
式（１）〜（３）及び（５）からβ１〜β３を消去すると、
［数６］
ｓｉｎ（θ−α１）＝ｎ・ｓｉｎ（φ−α１）  …  （６）
が得られる。式（６）に加法定理を適用して整理すると、
［数７］
ｔａｎα１ｃ＝（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｃ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｃ）  …  （７）
が得られる。ただし、式（７）において、α１をα１ｃに置き換え、θをθｃに置き換えた。
【００３２】
式（７）によれば、傾斜面２２ａの角度α１が臨界角度α１ｃとなる場合、第２面２３への法線方向ｎｄに対して進入角度θｃだけ傾斜した方向から傾斜面２２ａに入射した光Ｌ０が、傾斜面２２ａを透過後に第２面２３に入射したときに、第２面２３における入射角が全反射臨界角φとなる。ゆえに、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度が前記θｃ以上となる角度範囲を第１角度範囲ＡＲ１（図５参照）とすると、第１角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光は、第２面２３への入射角が全反射臨界角φ以上になる。このため、第１角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光は、傾斜面２２ａを透過した後第２面２３にて全反射する。一方、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度が前記θｃよりも小さい角度範囲を第２角度範囲ＡＲ２（図６参照）とすると、第２角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光は、第２面２３への入射角が全反射臨界角φよりも小さくなる。このため、第２角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光は、傾斜面２２ａ及び第２面２３を透過して導光部４０に向かっていく。
【００３３】
また、式（７）において、α１ｃはθｃの変動に対して単調減少する。この場合、仮に、傾斜面２２ａの角度α１を或る臨界角度α１ｃよりも大きくすると、それに応じて、傾斜面２２ａの角度がα１のときの臨界進入角度θｃ’は、傾斜面２２ａの角度がα１ｃのときの臨界進入角度θｃよりも小さくなる。したがって、傾斜面２２ａの角度α１が或る臨界角度α１ｃ以上となる場合、傾斜面２２ａへの進入角度θが臨界進入角度θｃ以上の光は、常に臨界進入角度θｃ’以上となるため、第２面２３にて全反射させられる。したがって、第２面２３にて全反射させるべき光が傾斜面２２ａに入射するときの進入角度をθｍａｘとし、そのときの傾斜面２２ａの臨界角度をα１ｃｍａｘとすると、
［数８］
α１≧α１ｃｍａｘ…（８）
とすれば、傾斜面２２ａへの進入角度がθｍａｘ以上の光を第２面２３にて全反射させることができる。式（７）にθｍａｘ及びα１ｃｍａｘを代入すると、
［数９］
ｔａｎα１ｃｍａｘ＝（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍａｘ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍａｘ）  …  （９）
が得られる。
【００３４】
逆に、傾斜面２２ａの角度α１を或る臨界角度α１ｃよりも小さくすると、それに応じて、傾斜面２２ａの角度がα１のときの臨界進入角度θｃ”は、傾斜面２２ａの角度がα１ｃのときの臨界進入角度θｃよりも大きくなる。したがって、傾斜面２２ａの角度α１が或る臨界角度α１ｃ以下となる場合、傾斜面２２ａへの進入角度θが臨界進入角度θｃ未満の光は、常に臨界進入角度θｃ”よりも小さくなるため、第２面２３を透過することができる。したがって、第２面２３を透過させるべき光が傾斜面２２ａに入射するときの進入角度をθｍｉｎとし、そのときの傾斜面２２ａの臨界進入角度をα１ｃｍｉｎとすると、
［数１０］
α１≦α１ｃｍｉｎ…（１０）
とすれば、傾斜面２２ａへの進入角度がθｍｉｎ未満の光を第２面２３を透過するように導くことができる。式（７）にθｍｉｎ及びα１ｃｍｉｎを代入すると、
［数１１］
ｔａｎα１ｃｍｉｎ＝（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍｉｎ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍｉｎ）  …  （１１）
が得られる。
【００３５】
式（８）〜式（１１）を整理すると、
［数１２］
（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍａｘ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍａｘ）≦ｔａｎα１≦（ｎ・ｓｉｎφ−ｓｉｎθｍｉｎ）／（ｎ・ｃｏｓφ−ｃｏｓθｍｉｎ）  …  （１２）
が得られる。式（１２）を満たすように、α１を決定することで、少なくとも傾斜面２２ａへの進入角度がθｍａｘ以上の光を第２面２３にて全反射させ、少なくとも傾斜面２２ａへの進入角度がθｍｉｎよりも小さい光を第２面２３を透過するように導くことが可能になる。
【００３６】
さらに、表１に、日本国内の或る地点において、南中時における太陽高度と、傾斜面２２ａの臨界角度α１ｃの関係を示す。表１において、東経１３９°、北緯３９°の地点を対象としている。また、冬至を１２月２１日、夏至を６月２１日と想定している。
【表１】
2016046019.tif 000003
【００３７】
θｍｉｎを、春分の前月の春分と同一の日にち、もしくは、秋分の次月の秋分と同一の日にちの南中時の太陽からの光が、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度とする。表１に示す例では、春分を３月２１日と設定し、秋分を９月２１日と設定しているため、θｍｉｎは、２月２１日もしくは１０月２１日の南中時の太陽からの光が、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度である。また、θｍａｘを、春分の次月の春分と同一の日にち、もしくは、秋分の前月の秋分と同一の日にちの南中時の太陽からの光が、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度とする。表１に示す例では、θｍａｘは、４月２１日もしくは８月２１日の南中時の太陽からの光が、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度である。本実施の形態において、第２面２３が鉛直方向と平行となるように設置されているから、θｍｉｎ＝４４．０°であり、θｍａｘ＝６６．４°となる。式（１２）にこれらの値を代入すると、６．１°≦α１≦３３．４°が得られる。すなわち、６．１°≦α１≦３３．４°とすることにより、４月２１日または８月２１日の南中時の太陽高度以上の太陽からの光を第２面２３にて全反射させ、２月２１日または１０月２１日の南中時の太陽高度未満の太陽からの光を第２面２３を透過するように導くことができる。
【００３８】
なお、一例として、このような採光パネル２１は、傾斜面２２ａ及び接続面２２ｂに対応する形状の凹部が形成された型を用いて、賦型され得る。この場合、採光パネル２１は、一体として形成されてもよいし、第２面２３を構成する基材層に、第１面２２を構成するプリズム層を積層させてもよい。基材層にプリズム層を積層させた場合であっても、式（１２）の関係が成立することは自明である。
【００３９】
図２に戻って、採光部２０は、採光パネル２１の第２面２３に対向して配置された対向板３１を有している。対向板３１は、採光パネル２１と建物１の壁３との間に配置されている。図２に示す例では、対向板３１は、その上端が下端よりも採光パネル２１に接近するように傾斜している。そして、対向板３１の上端は、採光パネル２１の上端に接続され、対向板３１の下端は、導光部４０の上端に接続されている。
【００４０】
対向板３１の採光パネル２１側を向く面には、反射面３２が形成されている。反射面３２は、光を反射する機能、好ましくは、光を正反射、すなわち鏡面反射する機能を有し、これにより、採光パネル２１を透過した光の一部が反射面３２で反射して、導光部４０に向けて案内される。このような反射面３２は、一例として、銀やアルミや誘電体多層膜等の高反射率材料を対向板３１にコーティングすることにより得られる。なお、図示する例では、反射面３２は、単一の層として形成され、対向板３１の採光パネル２１側を向く面の全面を覆っている。
【００４１】
ここで、図２に示す断面は、採光パネル２１の第２面２３に直交し且つ一軸方向ｄ１に平行な断面である。図２に示す断面において、対向板３１の反射面３２と採光パネル２１の第２面２３との間の間隔Ｓは、一軸方向ｄ１に沿った位置に応じて変化していく。本実施の形態では、図２に示す断面において、第２面２３への法線方向ｎｄに沿った採光パネル２１の第２面２３と対向板３１の反射面３２との間の間隔Ｓが、一軸方向ｄ１に沿って導光部４０に近づくにつれて漸次拡がっていく。ここでいう「間隔Ｓが漸次拡がっていく」とは、間隔が常に大きくなるように変化し続けることだけではなく、少なくとも一部の区間において間隔が変化しない場合も含む概念である。その一方で、「間隔Ｓが漸次拡がっていく」には、任意の領域において間隔が小さくなるように変化することは含まれない。したがって、図２に示された直線状の反射面３２だけでなく、湾曲した反射面等も、「間隔が漸次拡がっていく」と表現され得る。
【００４２】
このような採光部２０によって取り込まれた光は、採光パネル２１に下方から接続された導光部４０を通って部屋２に案内される。図２に示すように、導光部４０は、軸状に延びる中空のダクト４１を含んでいる。ダクト４１は、採光部２０から建物１の壁３まで、部分的に曲がった経路に沿って軸状に延びている。ダクト４１の一端は、採光部２０の採光パネル２１の下端及び対向板３１の下端に隙間なく接続され、ダクト４１の他端は、建物１の壁３に隙間なく接続されている。
【００４３】
本実施の形態では、ダクト４１の延びる方向に直交する断面において、ダクト４１は、多角形の輪郭形状、より詳細には矩形の輪郭形状を有している。ただし、このような例に限定されず、ダクト４１は、円形の輪郭形状乃至楕円形の輪郭形状を有していてもよい。
【００４４】
ダクト４１の内面には、反射面４２が形成されている。反射面４２に囲まれる空間内に、採光部２０にて取り込まれた光を部屋２に案内する導光路４３が規定される。反射面４２は、光を反射する機能、好ましくは、光を正反射、すなわち鏡面反射する機能を有し、これにより、ダクト４１の内部を通る光が反射面４２で反射して案内される。このような反射面４２は、一例として、銀やアルミや誘電体多層膜等の高反射率材料をダクト４１にコーティングすることにより得られる。
【００４５】
部屋２に接続されたダクト４１の端部に、拡散板４４が設置されている。拡散板４４によれば、導光部４０から導かれる光で部屋２内をむらなく照明することが可能となる。もっとも、ダクト４１の端部以外の位置に拡散板４４が設置されていてもよく、ダクト４１内を導光された光がダクト４１の端部から直接的に射出してもよい。
【００４６】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、採光システム１０の作用を説明するための断面図である。なお、以下の説明では、採光システム１０が太陽光を利用する例を用いて説明するが、採光システム１０に利用される光は太陽光に限定されない。
【００４７】
夏季の昼間の時間帯においては、太陽の高度は比較的高い。上述のように、採光部２０の第２面２３は、鉛直方向に平行に設置されている。このため、太陽光は、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度が比較的大きい方向から採光パネル２１に入射する。図５に示すように、とりわけ、太陽光の進行方向が第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす進入角度が臨界進入角度θｃ以上となる第１角度範囲ＡＲ１から太陽光が傾斜面２２ａに入射する場合、傾斜面２２ａに入射した太陽光Ｌ３、Ｌ４は、第２面２３にて全反射してしまい導光部４０内を進行していくことができない。このため、夏季の昼間の時間帯においては、採光システム１０に取り込まれた光の多くは、部屋２に導かれずに遮蔽される。
【００４８】
一方、冬季あるいは朝や夕方の時間帯において、太陽の高度は比較的低い。このため、太陽光は、第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす角度が比較的小さい方向から採光パネル２１に入射する。図６に示すように、とりわけ、太陽光の進行方向が第２面２３への法線方向ｎｄに対してなす進入角度が臨界進入角度θｃよりも小さい第２角度範囲ＡＲ２から太陽光が傾斜面２２ａに入射する場合、傾斜面２２ａに入射した太陽光Ｌ５、Ｌ６は、傾斜面２２ａ及び第２面２３を通過して導光部４０に向かっていく。導光部４０に案内された太陽光は、ダクト４１内を建物１の部屋２に向かって導光され、ダクト４１の端部に取り付けられた拡散板４４に入射する。拡散板４４に入射した光は、当該拡散板４４で拡散されて部屋２内をむらなく照明する。
【００４９】
以上のように、本実施の形態によれば、光を取り込む採光部２０と、採光部２０に接続されて採光部２０からの光を部屋２に導く導光部４０と、を備え、採光部２０は、光が入射する第１面２２及び当該第１面２２に対向する第２面２３を有する採光パネル２１を有し、採光パネル２１の第１面２２は、第２面２３に対して傾斜した傾斜面２２ａを含み、或る角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光は、当該傾斜面２２ａを透過して第２面２３にて全反射するようになっており、或る角度範囲ＡＲ１とは異なる別の角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光は、当該傾斜面２２ａ及び第２面２３を透過して導光部４０に向かっていく。このような形態によれば、或る季節に或る角度範囲ＡＲ１から傾斜面２２ａに入射する光を第２面２３にて全反射させて遮蔽する一方で、別の季節に別の角度範囲ＡＲ２から傾斜面２２ａに入射する光を第２面２３を透過させて部屋２に取り込むことができる。このようにして、光の入射方向に応じて採光機能を大幅に調整可能な採光システム１０が実現される。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、上述した式（１２）の関係を満たすように、傾斜面２２ａの角度α１が決定されている。この場合、４月２１日における南中時の太陽光の高度よりも高い高度にある太陽から傾斜面２２ａに入射した光を、第２面２３にて全反射させて遮蔽することができる。その一方で、２月２１日における南中時の太陽光の高度よりも低い高度にある太陽からの光を、傾斜面２２ａ及び第２面２３を透過させて導光部４０に導くことができる。このため、採光システム１０によって、夏季の昼間の時間帯においては太陽光の多くを部屋２に導くことなく遮蔽する一方で、冬季あるいは朝や夕方の時間帯においては効率よく太陽光を部屋２に取り込むことができる。これにより、日差しが強く気温が高い夏季の昼間では、採光システム１０から部屋２内に取り込まれる光による室温の上昇を抑制する一方で、日差しがあまり強くなく気温も低い冬季では、採光システム１０から部屋２内に取り込まれる光を積極的に利用して部屋２内を明るく、かつ暖かく保つことができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、採光パネル２１の第１面２２は、第２面２３に平行な面内を延びる一軸方向ｄ１に配列された複数の傾斜面２２ａと、隣り合う２つの傾斜面２２ａを接続する接続面２２ｂと、を含む。この場合、採光パネル２１の第１面２２に、１つの傾斜面が形成されている場合に比べて、採光パネル２１の厚みを薄くすることができる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、第１軸方向ｄ１及び第２面２３への法線方向ｎｄの両方に平行な断面において、傾斜面２２ａは、当該傾斜面２２ａと隣り合う接続面２２ｂよりも長い。この場合、採光パネル２１の第１面２２に占める傾斜面２２ａの割合を高くすることができるため、採光パネル２１の第１面２２に向かってくる光を、選択的に傾斜面２２ａに入射させ易くさせることができる。
【００５３】
また、本実施の形態によれば、傾斜面２２ａが第２面２３に対してなす角度α１は、当該傾斜面２２ａと隣り合う接続面２２ｂが第２面２３に対してなす角度α２よりも小さい。このような形態によれば、傾斜面２２ａが第２面２３に対してなす角度α１を比較的小さくすることができる。このため、傾斜面２２ａの正面方向つまり第２面２３への法線方向ｎｄに対して一軸方向ｄ１における一側に傾斜した方向から第１面２２に向かってくる光を、接続面２２ｂよりも傾斜面２２ａに入射し易くすることができる。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、傾斜面２２ａは、一軸方向ｄ１における一側に位置する一端部Ｅ１が一軸方向ｄ１における他側に位置する他端部Ｅ２よりも、第２面２３に近接するように傾斜し、導光部４０は、一軸方向ｄ１における他側から採光部２０に接続している。この場合、一軸方向ｄ１における一側に傾斜した方向から採光パネル２１に入射した光が、一軸方向ｄ１における他側に傾斜した方向に向かって第２面２３から出射し易くなる。このため、採光パネル２１を透過した光は、一軸方向ｄ１における他側に位置する導光部４０に安定して導き易くなり、結果として、部屋２に安定して光を導くことに寄与する。とりわけ、本実施の形態では、一軸方向ｄ１における一側が鉛直方向における上方に相当し、一軸方向ｄ１における他側が鉛直方向における下方に相当する。この場合、鉛直方向における上方に位置する太陽からの太陽光を傾斜面２２ａに入射させ易くし、下方に位置する導光部４０に有効に太陽光を導くことができる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、採光部２０は、採光パネル２１の第２面２３に対向して配置された対向板３１をさらに有し、対向板３１の採光パネル２１側を向く面には、反射面３２が形成され、採光パネル２１の第２面２３に直交し且つ一軸方向ｄ１に平行な断面において、採光パネル２１の第２面２３への法線方向ｎｄに沿った採光パネル２１の第２面２３と対向板３１の反射面３２との間の間隔Ｓが、一軸方向ｄ１に沿って導光部４０に近づくにつれて拡がっていく。このような反射面３２によれば、第２面２３から出射した光の一部を反射して導光部４０に向けて効率よく案内することができる。結果として、光を高い効率で利用することに寄与する。
【実施例１】
【００５６】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。以下に説明するようにして、実施例に係る採光システムを設計し、採光システムが採光機能を大幅に調整可能なことをシミュレーションによって確認した。
【００５７】
実施例１は、図２に示す採光システムに対応している。各構成要素の設計は、図７及び図８に示す通りである。とりわけ、図７及び図８に示すように、採光パネルの一軸方向に沿った長さを３００ｍｍとし、傾斜面の角度α１を２６°とした。採光パネルを一体物として成形し、その屈折率ｎを１．５５とした。また、ダクトの内面における反射率を９５％とした。
【００５８】
実施例１に係る採光システムを、東経１３９°、北緯３９°の地点で、第２面が鉛直方向と平行となるように設置したと仮定し、各月毎に採光機能を評価した。採光機能の評価は、計測対象の日の南中時を基準として採光効率を評価することにより行った。ここで、採光効率とは、採光パネル２１の第１面２２に入射した光の光量に対する、ダクトの下端から出射される光の光量の割合をいう。表２に、採光効率の評価結果を示し、図９に、表２で得られた採光効率をグラフとして表した。
【表２】
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【００５９】
表２及び図９から理解されるように、１０月〜２月までの採光効率は相対的に高い値を示した。これは、傾斜面の角度２６°が臨界角度α１ｃよりも小さいため、傾斜面に入射した光が第２面にて全反射せずに透過して、導光部に導かれたためである。これに対して、３月〜９月までの採光効率は相対的に低い値を示した。これは、傾斜面の角度２６°が臨界角度α１ｃよりも大きいため、傾斜面に入射した光が第２面にて全反射したためである。表２及び図９に示す結果から、実施例１に係る採光システムによれば、採光機能を大幅に調整可能であることが知見された。
【符号の説明】
【００６０】
１０  採光システム
２０  採光部
２１  採光パネル
２２  第１面
２２ａ  傾斜面
２２ｂ  接続面
２３  第２面
３１  対向板
３２  反射面
４０  導光部
４１  ダクト
ＡＲ１  或る角度範囲（第１角度範囲）
ＡＲ２  別の角度範囲（第２角度範囲）
ｄ１  一軸方向
【図１】
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【図２】
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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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