JP5702784B2 - 補助照明器具を持つ昼光照明装置および方法 - Google Patents

Description

本開示は、大きくは昼光照明システムおよび方法に関し、より具体的には補助照明器具を持つ昼光照明システムおよび方法に関する。

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、天窓およ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また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、またはその他の適切な場所に取り付けられ得る。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。

ここで開示されたいくつかの実施形態は、反射性内部表面を持つ側壁を有する管を含む昼光照明装置を提供する。管は、昼光を受け取るよう構成される透明なカバーと、建物のターゲット領域内部に位置するよう構成されるディフューザとの間に配置され得る。管は、透明なカバーを通して伝送される昼光を前記ディフューザへ向けて導くよう構成され得る。補助光器具は、管の内部に配置され得て、管の内部を照射するよう構成されるランプを含み得る。実施形態によっては、ランプは、円錐状の光を放射するよう構成され得て、円錐状の光の角度の中心に沿ってランプを出る光が、ディフューザに伝搬する前に、光がディフューザ以外の表面に入射するようランプは配置され得る。

特定の実施形態においては、ランプは、円錐状の光が放射される平坦な表面を有する表面実装発光ダイオードである。ランプの平坦な表面は、管の側壁に実質的に平行であり得る。

補助光器具は、管の側壁から延びる光制御表面を含み得て、ランプから放射する光の少なくとも一部をディフューザへと向きを変えて導くよう構成され得る。光制御表面は、反射器、またはランプを出る光を反射し、透明なカバーの向きから管を通して伝搬する昼光を伝送するよう構成されるプリズムフィルムを含み得る。ある実施形態では、光制御表面の形状は、実質的に半円筒状であり得る。光制御表面は、上部端および底部周縁を含み得て、上部端は、管の側壁に接し、底部周縁は、ランプの底辺と実質的に同一平面にある。光制御表面は、光制御表面の等半径点がほぼランプの底辺に存在するように配置され得る。光制御表面は、側壁に対して垂直な向きから離れるような角度で傾けられ得る。光制御表面と垂直な向きとの間の角度は、少なくとも約２０度であり得る。

実施形態によっては、昼光照明装置は、反射性内部表面を持つ側壁を有する管を含み、管は、昼光を受け取るよう構成される透明なカバーと、建物のターゲット領域内に配置されたディフューザとの間に配置される。管は、透明なカバーを通して伝送される昼光をディフューザへ向けて導くよう構成され得て、管は補助光器具を含み得る。補助光器具は、管の内部に光を導くよう配置されるランプと、ランプを出る光をディフューザへ向けて反射し、透明なカバーの向きから管を通して伝搬する昼光を伝送するよう構成される光制御表面とを含み得る。ランプは、管の側壁に接続され得る。実施形態によっては、熱グリスがランプおよび側壁の間に供給される。

光制御表面の底部周縁は、実質的にランプの下部端と同一平面上にあり得る。補助光器具は単一の発光ダイオードまたは複数の発光ダイオード群を含み得る。同様に、補助光器具は、単一の光制御表面または複数の光制御表面群を含み得る。

光制御表面は、ポリカーボネートフィルムのようなポリマーフィルム、及び／又は透明なカバーに最も近い表面の側に配置された光方向の変換をする微小構造を含み得る。実施形態によっては、光方向変換微小構造は、側壁から光制御表面の底部周縁へと延びる複数の細長いプリズムを含み得る。

実施形態によっては、構造体の内部で光を提供する方法は、透明なカバーとディフューザとの間に、カバーからディフューザを通って昼光が導かれ得るように管を配置するステップと、光を管の内部の領域に放射する補助光源を設けるステップと、ランプを出る光をディフューザに向けて反射し、昼光を透明カバーから概ねディフューザの向きに伝送する光制御表面を補助光源の近くに設けるステップとを含み得る。

実施形態によっては、建物の内部を照明する方法は、昼光が透明なカバーから管を通って建物の内部にあるディフューザへと透過することを可能にするステップと、管の内部の領域に補助光源から光を放射するステップと、補助光源からの光を、光制御表面においてディフューザに向けて反射し、同時に、または異なる時に昼光が光制御表面を透過することを可能にするステップとを含み得る。

図示の目的のためにさまざまな実施形態が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、さらなる実施形態を形成するよう組み合わせられ得て、それらも本開示の一部を成す。図面全体で参照番号は、参照された要素間の対応を示すために再利用され得る。
図１はＴＤＤ設備の切り欠き図である。 図２は光制御表面がそれに取り付けられた管の透視図である。 図３は管に接続された補助光器具の透視図である。 図４は図３に示された補助光器具の断面図である。 図５は図４に示された補助光器具のプリズムフィルムの部分断面図である。 図６は図４に示された補助光器具のプリズムフィルムのさらなる部分断面図である。 図７は異なる直径を有するプリズムフィルムの断面図である。 図８はプリズムフィルムの直径と、管を上に伝わる補助光の比率との関係の例を示すサンプルグラフである。 図９はＴＤＤに接続された補助光器具の断面図である。 図１０は折り曲げられていない光制御表面の例の上面図である。

実施形態によってはＴＤＤ設備は、建築構造の屋根上の透明なドーム状筐体、ドーム状筐体から延びるほぼ鉛直の反射管、および反射管の反対側に配置されたディフューザを含み得る。ドームは、自然光のような外部光がシステムに入ることを可能にする。管は、外部光をディフューザに伝送し、ディフューザは建物の内部にあるターゲットとされた部屋または領域に光を拡散する。ＴＤＤ設備は、「管状天窓」とも呼ばれる。

所望のレベルの内部照明を提供するのに十分な量の太陽光が利用できないときに、ターゲットとされた領域に管から光を供給するために、補助照明システムがＴＤＤの中に設置され得る。実施形態によっては、照明器具が棒またはワイヤからぶら下がっているＴＤＤは、さまざまな欠点を持つ。例えば、ランプを支持する棒や他の器具、およびランプそのものは、管の内部の相当部分を占め得るので、管状天窓のパフォーマンスを低下させる。もし照明装置が、管の中央で棒やワイヤのような器具に取り付けられているなら、また特に照明装置がその背面に取り付けられた熱交換器を有するなら、昼光の大部分は管に沿って伝わることが遮断されるかもしれない。昼光の遮断を少なくとも部分的に緩和するために、棒、ワイヤ、熱交換器、照明器具の他の構成要素、または構成要素の組み合わせの少なくとも一部は、透明または半透明である。

場合によっては、従来の照明器具は、発生した光の半分近くが管へ戻って失われてしまうパターンで典型的には照らす。さらに場合によっては、ランプからの光の一部しか、高伝送効率を提供する入射角で管底部のディフューザに入らない。ディフューザへの光の入射角度が高いときは、光のより多くの部分がディフューザによって管の上方へと反射されて戻り得る。ランプの照射パターンによって光が管を逆行することによる光の損失と共に、この効果は、ランプからの光の相当な部分がターゲットとされた領域に到達しないことの原因になり得る。また、もし照明装置がディフューザに向かって配置されているなら、グレアをなくしコントラストを低下させるためにさらなる分散が必要となり得るような、非常に明るい輝点が発生するかもしれない。

ここで開示されたいくつかの実施形態は、反射内部表面を持つ側壁を有する管と補助光器具とを含む昼光照明装置を提供する。この管は、昼光を受け取るよう配置された透明なカバーと、建物のような構造物のターゲット領域の内部に配置されたディフューザとの間に配置され得る。ある実施形態においては、管は、透明なカバーを通って伝送される昼光を、ディフューザに向けて導くよう構成される。補助光器具は、管と、ランプを出る光をディフューザに向けて反射するよう、かつ、透明なカバーの向きから管を通って伝搬する昼光を伝送するよう構成された光制御表面との間に配置されたランプを含み得る。このランプは、管の内部側壁上に、または他の表面または構造上に、ランプが発生した光が管の内部に透過できるように配置され得る。

図１は、建物１６の屋内部屋１２を自然光で照明するための、建物に設置された管状天窓１０の例の切り欠き図を示す。管状天窓１０は、建物１６の屋根１８に設置された、天然光が管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２２（flashing）を用いる屋根１８に設置され得る。雨押さえ２２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の傾斜によって適切にカバー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。

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の内部は、反射性であってもよい。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、または材料の組み合わせからなる。例えば、管２４の本体は、タイプ１１５０のアルミ合金（type 1150 alloy aluminum）から構成され得る。

管２４は、その端に光ディフューザ２６を有し得る。光ディフューザ２６は、光を適宜、分散つまり拡散する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、比較的わずかな可視光を吸収するか、または全く可視光を吸収せず、ほとんどまたは全ての入射可視光を、少なくともある入射角において伝送する。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、または任意の適切なディフューザを含み得る。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。

補助光源３０は、管２４の内部に配置され得る。実施形態によっては、光源３０は、例えば図１に示されるように、管２４の内部または外部の側壁に、ほぼ鉛直な向きに取り付けられる。ある実施形態では光源３０は、管２４の側壁の後ろまたは前を含む、他の適切な位置に配置され得る。例えば、光源３０は、管２４の側壁から管２４の内部に延びる突起に接続され得る。他の例として、光源３０は、管２４の内部から外側へ向かって側壁から延びる凹部に配置され得る。

光制御表面３２は、光源３０と近接して配置され得て、光源３０の少なくとも一部を囲み得る。光制御表面３２は、カバー２０に最も近い光源３０の周囲において、管２４の側壁に取り付けられ得る。光制御表面３２は、光源３０から上向きに放射する光を、下向きの方向に、ディフューザ２６へと導くよう構成される。光制御表面３２がないと、その導かれるはずの光は、カバー２０の方へ管２４を上に伝搬し、管２４から外部環境へ出る。よって、補助光源３０の明るさが一定に維持された状態で、光制御表面３２は、ディフューザ２６における光強度を大きくできる。光制御表面３２は、ディフューザ２６上に入射する光の平行性を増し得る。場合によっては、入射光が平行により近くなるにつれ、ディフューザ２６の光学的効率は高くなる。

図２は、光制御表面３２が取り付けられている管２４の透視図を示す。光制御表面３２は、「光制御遮蔽」または「光制御フィルム」とも呼ばれる。管２４は、カバー２０（図１）からの天然光をディフューザ２６へと導き、可視光の吸収つまり損失を最小にしつつ、光源３０からの補助光をディフューザ２６へと導くように一般には構成される。

管２４の内部表面５４は、例えば、電気めっき、陽極処理、コーティング、または表面を反射性フィルムで覆うことを含む、任意の適切な手法によって反射性にされ得る。反射性フィルムは、少なくとも可視スペクトルにおいて非常に反射性が強く、金属フィルム、金属化プラスチックフィルム、多層反射フィルム、または可視スペクトルの光の大部分を反射する任意の他の構造を含む。実施形態によっては、内部表面５４は鏡面である。内部表面５４は、ある種のパフォーマンス特性を達成するために、可視スペクトルの外の光を反射、伝送、または吸収するように構成され得る。例えば、内部表面５４は、管２４の熱特性を改善するために、赤外光を伝送するよう構成され得る。反射性表面５４の下の材料システムまたはレイヤ（不図示）は、内部表面５４を通って伝送される赤外光または他の放射を強く吸収するように構成されてもよい。この目的のために、吸収性フィルム、コーティング、ペイント、または他の材料が用いられ得る。

管２４の外部表面５６は、建物１６の屋根１８とディフューザ２６との間の空間に露出され得る。例えば、ディフューザ２６が、照らされるべき部屋１２の天井１４に近接して取り付けられるとき、外部表面５６は、建物１６の屋根裏またはパイプエリア（pipe chase）に露出され得る。外部表面５６は、管２４が作られている材料を露出してもよく、または管２４のパフォーマンス特性を高める覆いを有してもよい。例えば、外部表面５６は、放熱を助けるコーティングまたはフィルムで覆われてもよい。実施形態によっては、高放射率のフィルムが管２４の外部表面５６上に設けられている。

図２に示される実施形態においては、光制御表面３２は、管２４の内部表面５４から延びている。光制御表面３２は、内部表面５４と一体であってもよく、または管２４に接続された別個の部材であってもよい。光制御表面３２を管２４に付けるには、例えば、締め付け、粘着、接着、締まり嵌め、溶着、糊付け、または受け口はめ込みを含む任意の適切な接続手法が用いられ得る。光制御表面３２は、透明カバー２０に面する上面３５と、ディフューザ２６に面する底面３４を有してもよい。実施形態によっては、光制御表面３２は、実質的に均一な厚さの材料を含み、上面３５が凸になり、底面３４が凹になるよう湾曲している。光制御表面３２の管端部５０は、管２４の内部表面５４と接し、光制御表面３２の周辺端部５２は、管２４の内部空間に延びる。光制御表面３２は、上面（おもてめん）３５に入射する自然光の量が低減または最小化されると共に、底面３４によって反射される補助光の量が増大または最大化されるように構成され得る。光制御表面３２は、自然光、補助光、および自然光および補助光の組み合わせによる、ディフューザ２６における光強度が概ね増加または最大化するよう構成され得る。

光制御表面３２は、補助光源３０から発せられた可視光をディフューザ２６へ導くように構成される。光制御表面３２は、光をこのように導く任意の適切な材料から構築され得て、例えば、金属、金属化プラスチックフィルム、反射性フィルム、光を方向転換する性質を持つプラスチックフィルム、またはこれら材料の組み合わせを含む。光源の上および周囲の反射器は、管の上方に導かれる光を捕捉し、管の下方へと光の向きを変える。反射器の使用は、補助光器具からの光の損失を減らし得るが、管を下方に反射していく太陽光は、反射器になんらかの材料が用いられるときには、少なくとも部分的に反射器によって阻止され得る。

図３は、管２４に接続された補助光器具を示す。補助光器具は、光源３０およびプリズムフィルム１３２を含む。光源は、例えば、白熱電球、蛍光灯、電磁誘導ランプ、高輝度放電ランプ、ガス放電ランプ、電気アークランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、固体照明装置、エレクトロルミネセンス装置、化学発光装置、放射線ルミネセンス、ライトフィデリティ（light fidelity、ライファイ）ランプ、複数のランプ、または照明装置の組み合わせのような任意の適切な照明装置（一般にここでは「ランプ」と呼ばれる）を含み得る。実施形態によっては、照明装置は、次の目的のうち１つ以上を達成するために選択され得る。すなわち、高いパフォーマンス対要求電力比、低減されたコスト、およびコンパクトさである。実施形態によっては、光源３０は、ノースカロライナ州、ダーラムのクリー社から入手可能なもののような表面実装ＬＥＤを含む。

図３に示される例においては、光源３０は、平坦で薄く（例えば１／８インチ以下の厚さ）、縦横約０．７５インチ×０．７５インチの面積を専有する。他のさまざまなサイズ及び／又は形状を有する光源が用いられ得る。光は、光源３０の前部表面から円錐状に放射され得る。実施形態によっては、放射された光の円錐は、使用される特定の照明装置に依存して、約６０度以上の頂角を有してもよく、及び／又は約１２０度以下の頂角を有してもよい。ＬＥＤを含むある種類の照明装置は、所望の出力に加えて、相当な廃熱を発生する。廃熱を捨てるために、照明装置と熱的に結合したヒートシンクまたは熱交換器が用いられ得る。放熱は、ＬＥＤおよび他の種類の照明装置の効率および寿命を改善し得る。ヒートシンクは、照明装置の背面に取り付けられ得て、伝導、対流、及び／又は輻射を介した、照明装置から外部環境への熱の伝達を改善する。

図９を参照して、廃熱の放熱を促進するために、熱的な熱交換グリス６４が光源３０と管２４の側壁との間に塗られてもよい。管２４は、光源３０を保持する構造をしかるべき箇所に提供できる。光源３０を管２４の側壁に接続するために、例えば留め具６０ａ、６０ｂが用いられ得る。光源３０は、例えば、接着剤を用いるなどのような他の方法で側壁に接続されてもよい。光源３０および側壁の間の接続を強化するために、留め具６０ａ、６０ｂは、背面板６２、ナット、または管２４の外部表面５６上に配置された他の適切な構造を通して挿入され得る。実施形態によっては、光源３０および管２４の間の熱伝導を増すために、光源３０は、管２４の内部表面５４と強固に接続される。管２４の伝導性および厚さは、熱を光源３０から管２４の大きな面積へ放熱する伝導を促進し、管２４は、光源３０のためのヒートシンクとして機能し得る。管２４は、管２４の外部表面５６および内部表面５４の放射率に基づいて、管２４の外部および内部で熱を放射する。光源３０は、ワイヤ及び／又は電気コネクタを介して電源（不図示）に接続され得る。

ある実施形態において、光源３０を管２４の側壁上に、またはその近くに配置することによって、光源３０を管２４の中央に、または下向きに配置するときと比べて、管を下に向かって進む太陽光の阻止は最小化または低減され得る。この配置はまた、放熱し、光源３０を支持するための経済的な構成を提供し得る。実施形態によっては、光源３０の前面の発光表面は、管の内部に面し、管の長手方向の軸に概ね平行な向きである。他の特定の実施形態においては、光源３０は、管の軸についてある角度で傾けられる。例えば、光源３０は、ディフューザに向かって傾けられてもよく、つまりディフューザに面してもよい。ある実施形態においては、光制御表面なしでは、光源３０によって出力される光の最大で５０％が管２４の上方に向かって伝わり無駄になり得て、その残りがさまざまな入射角でディフューザ２６へと下方に伝わる。

ここで光制御表面３２が図２，９，および１０を参照して説明される。ある実施形態においては、光制御表面３２は、管２４内に配置されるときには一般に曲面であるが、概ね平らなシートから切り取られてもよく、概ね平らなシートに型で成形され、それから所望の形状に曲げられたり折られたりしてもよい。光制御表面３２の展開された上面図の例は図１０に示される。光制御表面３２は、表面３２の上部端５０を管２４に接着することによって、表面３２を管２４のスロット（不図示）に締まり嵌めすることによって、表面３２の上部端５０から延びる１つ以上の突起部（tab）６６ａ〜６６ｃを管２４に接着または締まり嵌めすることによって、または任意の他の適切な手法によって、管２４に接続され得る。ある実施形態において、突起部６６ａ〜６６ｃは、少なくとも上部端５０および底部周縁５２の間の境界において、および上部端５０に沿った中点において配置される。示されるように、光制御表面３２は、光表面３０の近くに配置され得る。ある実施形態においては、光制御表面３２は、図示されるように、光源３０の上部領域を概ね覆ってもよい。

管２４内に実装されるように、光制御表面３２は、表面３２の特定のパフォーマンス特性を向上させるように形作られ、湾曲され、配置され、及び／又は折り曲げられ得る。例えば、表面３２および管２４の間の接続は、図２に示されるように、光源３０の周囲で半円筒の一部の形状を表面３２が概ね有するように、可撓性材料（例えばポリマーフィルムのような）を折り曲げるよう用いられ得る。表面３２は、その上部端５０において、またはその近傍において、実質的に半円の、または半円筒の湾曲を有する一方で、表面３２の湾曲は、曲面の半径も含めて、表面３２が管２４の内部へと延びるに従って変化してもよい。表面３２の湾曲における変化は、例えば、表面３２の撓みの量、表面３２の剛性、表面３２の大きさ、表面３２の形状、他の要素、またはこれら要素の組み合わせに依存し得る。表面３２は、図９に示されるように光源の近くに配置され得て、図２に示されるように光源を囲む。また表面３２は、照明器具が垂直な対称平面について実質的に対称になるよう配置され得る。実施形態によっては、図１０に示される突起部６６ａ〜６６ｃは、管２４の側壁における対応するスロットまたは開口部（不図示）に、締まり嵌め、接着、または他の種類の接続で挿入され、表面３２の位置および湾曲が管２４について実質的に固定されるように支持する。表面３２は、例えば、図１０に示される形状を含む任意の適切な形状であり得る。特定の実施形態においては、表面３２は、実質的に管２４に実質的に沿う湾曲した上部端５０と、表面３２が管２４に装着されたときに実質的に平面上の弧を描く底部周縁５２とを有する。実施形態によっては、底部周縁５２が存在する平面は、管２４の側壁に実質的に垂直である。

実施形態によっては、図３に示されるプリズムフィルム１３２は、ここでさらに説明される点を除いて、上述の光制御表面３２と同様であってもよい。フィルム１３２は、光源３０の上で、かつその周囲に配置される。光制御フィルム１３２は、光源３０からの光を下方に反射し、管２４を下方に伝送されてきた太陽光の損失を最小にするよう構成され得る。光制御フィルム１３２の構成は、フィルム１３２の形状、位置、向き、および湾曲のうち１つ以上を含み得る。

上面１３５は、フィルム１３２の実効長を伸ばす、角柱プリズム（angular prisms）を備える方向変換（turning）微小構造を含み得る。プリズムの頂点は、フィルム１３２の湾曲の向きに概ね直角な向きに延びてもよい（例えば、フィルム１３２の湾曲が１種類の半径を有するとき、プリズムは実質的に直線状である）。微小構造およびフィルムの大きさは、図では詳細を見せるために誇張されている。フィルム１３２の底面１３４は、実質的に滑らかである。ある実施形態では、プリズムフィルム１３２は、例えばミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能な２３０１光学照明フィルムのようなポリマーフィルムから構成される。上面１３５の上部端は、示されるように、上部端５０から離れる向きに下方に向かって概ね傾いて、または先が細くなっている。実施形態によっては、この傾斜または先細りは、光源３０の周囲におけるより広範な有効範囲（coverage）及び／又は光源３０から放射される光の下方への改良された反射を提供し得る。

プリズムフィルム１３２は、図４〜６を参照してここで説明される。補助光源３０からの光（Ｌ_Ａ）は、高屈折率媒体から低屈折率媒体へ斜めに通過するときには、全内部反射（ＴＩＲ）される。これらの例では、高屈折率媒体はプリズムフィルム１３２であり、低屈折率媒体は空気である。ＴＩＲは、臨界角１４２と呼ばれる入射角が境界となる特定の入射角においてだけ起こる。この臨界角を超える入射角の場合は、入射光は内部表面で反射される。反射された角度は、初期入射角に等しい。この臨界角１４２（θ_Ｃｒ）は、空気と境界を成す材料について、以下の式を用いて決定できる。
（θ_Ｃｒ）＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ）
であり、ここでｎは材料の屈折率である。

表１は、さまざまな透明な材料についての臨界角の例を示す。

ＴＩＲを呈するプリズムフィルム１３２について図４〜６を参照しながらここで説明する。多数の微小な９０度の夾角の角柱プリズムが、フィルム１３２の上面１３５に成型されている。プリズムの表面１３６，１３８の間の夾角１４０は、約９０度であり、プリズムの間の角度は、フィルム１３２が示されるように湾曲させられるとき、夾角よりわずかに大きくてもよい。フィルムの底面１３４は、実質的に平坦または非構造化（non-structured）されている。もしプリズム表面１３６への入射角がそれぞれの材料の臨界角１４２よりも大きいなら、平坦な表面１３４に垂直に導かれる光（Ｌ_Ａ）は、両方のプリズム表面１３６，１３８で反射され、それが来た方向に反射して戻される（例えば第３の次元について考えずに）。プリズムの両方の表面１３６，１３８で光は反射されるので、全内部反射になるような入射角１４４の範囲は限られており、入射角１４４の範囲は、材料の屈折率に依存する。アクリルは、臨界角４２．２度であるが、フィルム１３２の平坦な表面１３４の法線方向から約±３度の範囲内で光をＴＩＲにする。材料の屈折率が大きいほど臨界角１４２が小さくなるので、角度１４４の範囲は大きくなる。ポリカーボネートについては、ＴＩＲが起こる法線からの角度１４４の範囲は、約±６度である。よって材料の屈折率が大きいほど、ＴＩＲが起こるための入射角の範囲は広くなり得る。

フィルム１３２のプリズム側１３５を通過する昼光（Ｌ_Ｓ）は、フィルムの表面１３４，１３５からの反射に起因する伝送損失を主に発生する。実施形態によっては、表面反射に起因する光の損失の割合は約８〜１０％になる。ほとんどの昼光は、フィルム１３２を通って透過し、管２４を下方にディフューザ２６へと伝搬する。使われるフィルム１３２の大きさが大きいほど、管２４を下方に伝搬しフィルム１３２に入射する昼光ＬＳの比率はより大きくなる。表面反射はこれに応じて大きくなる。一般に、使われるフィルム１３２の大きさが小さいほど、フィルムに入射する昼光Ｌ_Ｓの比率も小さくなる。

実施形態によっては、プリズムフィルム１３２は可撓性をもち、さまざまな形状に容易に変形できる。フィルム１３２の形状は、フィルム１３２の、光源３０からの光をディフューザ２６に向けて反射させる能力を大きくするか最大化するように選択され得る。フィルム１３２は、プリズム面が外に（例えばフィルム１３２の上面１３５上に）向くように、かつ平坦な面が内に（例えばフィルム１３２の底面１３４上に）向くように湾曲され得る。プリズムは、フィルム１３２の長さを伸ばし得る。フィルム１３２は、もし単一の点光源が等半径点（例えば直径の中点）に配置されるなら、プリズムフィルムに当たる光線の実質的に全てが平坦表面１３４の法線方向またはほぼ法線方向であり、かつ上面１３５上でプリズムからＴＩＲをするように配置され得る。

単一の光源の代わりに、例えば表面実装ＬＥＤのような、その表面上に多くの光源の点を有する光源３０が用いられ得る。そのような光源３０におけるそれぞれの点は、フィルム１３２への異なるパスを有し得る。もし光線が、ＴＩＲになる入射角範囲１４４の外にあると、光はフィルム１３２を通り抜けて、管２４の上方へと失われ得る。湾曲されたフィルム１３２の直径１５８を増すと、複数の点光源から生じるフィルム１３２における入射角の範囲が狭くなり、反射される光の量が増し得る。したがって湾曲されたＴＩＲプリズムフィルム１３２を、等半径点が光源３０の底辺に位置するように配置すると、光源３０から放射される光のほとんどがディフューザ２６へ向かって下方に反射される。

異なる直径を有するプリズムフィルムの例が図７に示される。第１直径１５８を有する第１フィルム１３２が示される。湾曲されたフィルム１３２の等半径点は、光源３０の下端に沿った中点である。光源３０から放射する光の実質的に全てをフィルム１３２が反射できるようにするために、フィルム１３２は、示される入射角の範囲１４４において少なくとも入射光を反射するよう構成され得る。第１フィルム１３２の第１直径１５８より大きい第２直径２５８を有する第２フィルム２３２も示される。光源３０から放射する光の実質的に全てをフィルム２３２が反射できるようにするために、フィルム２３２は、示される入射角の範囲２４４において少なくとも入射光を反射するよう構成され得る。第２フィルム２３２についての角度の範囲２４４は、第１フィルム１３２についての角度の範囲１４４よりも狭い場合がある。より小さい直径１５８のフィルム１３２は、より大きい直径２５８のフィルム２３２と比較したとき、より大きい範囲の入射光を反射できる。プリズムフィルムの形状、組成、位置、湾曲、および大きさは、この表面によって反射される光の割合による改善と、フィルムからの表面反射に起因して失われる昼光の割合とをバランスさせるように選択され得る。例えば、より低い屈折率を持つプリズムフィルムが用いられるときは、より大きな直径が選択されることで光の反射を増やす。より高い屈折率のフィルム材料が用いられるときは、より小さな直径が選択されてもよい。実施形態によっては、プリズムフィルムは、異なる屈折率を有する材料を組み合わせる。そのような実施形態では、フィルムのプリズム表面は、比較的、大きい屈折率材料から構成され得る。

図８に示されるグラフは、図３に示されるように配置されたポリカーボネートのプリズムフィルム１３２の光学的分析の結果を示す。さまざまな直径の湾曲したフィルムが１０インチの直径を有するＴＤＤでテストされた。１２０度で光が拡散する０．７５インチ×０．７５インチのＬＥＤが光源３０として用いられた。さまざまな直径の湾曲したフィルムのパフォーマンスが、管の上方に向かう光の比率を、フィルムの直径に対して比べることによって示されている。このグラフは、プリズムへの入射角と、臨界角の許容範囲との関係を示す。用いられるフィルムの直径が大きいほど、光源３０からフィルム１３２への距離が長くなり、フィルム１３２の表面への入射角が小さくなり、ディフューザ２６へと反射された光の比率が大きくなり得る。ディフューザ２６へと導かれた光の比率が大きくなると、管の上方へと上がる光の比率が小さくなる。

もし光制御表面３２が光源３０に対して９０度の角度で配置されたなら、換言すれば、もし表面３２が管壁２４に対して直角にマウントされ、かつ水平からの角度がゼロであったなら、表面３２は、光源３０から放射される全ての光を捕捉し、向きを変えて導くためには、表面３２は大まかには管全体にわたって延びている必要がある。この向きの表面３２は、管の断面の大部分を占めることになる。ここで図９を参照して、管２４の側壁に接続された光制御表面３２および光源３０の断面図が示される。表面３２から反射された光によって大量の光が光源３０に戻ってくるようには概ねならない角６６まで湾曲した表面３２を下方に傾けることによって、要求される光制御材料の量を減らすことができ、表面３２が管２４内へ延びる距離を短くすることができ、かつ光が管を下方に向かってより鉛直に反射されるようにすることができる。実施形態によっては、表面３２と水平との間の角６６は、約２０度以上、約４５度以下であり、または約１０度以上、約３０度以下である。

湾曲した表面３２の水平からの傾き６６は、例えば、光源３０から光が放射される角度の範囲、管２４の大きさおよび形状、光制御表面３２の大きさおよび形状、および光源３０の大きさおよび形状に基づいて選択され得る。図示された例については、光源３０の角度幅の半分は６０度である。よってもし光制御表面３２が、水平から３０度下がるよう傾けられたら、光の少なくともある程度は光源３０の中に戻って反射される。実施形態によっては、角度６６を約２０度に減らすことによって、光がＬＥＤを通り過ぎるよう反射させてもよい。さらに、レンズの底部周縁５２を光源３０の底辺と同じ水平平面へと延ばすことによって、上へ導かれた光が捕捉され、管２４を下方に反射される。

ここで開示された少なくともいくつかの実施形態は、既存の照明システムに対して１つ以上の優位性を有し得る。例えば、ある実施形態は、少なくとも２つの光源である昼光および補助光源から照明のポテンシャルを実効的に上げるか最大化することを可能にする。他の例として、実施形態によっては、むだになる光を減らすか最小化するよう、少なくとも２つの光源から光を導く技術が提供される。これらの利点の少なくともいくつかは、管を下方に伝搬する昼光を実質的に妨げることなく補助光源を管状天窓に内に配置することによって少なくとも部分的には達成され得る。これらの利点の少なくともいくつかは、昼光を伝送する光制御表面を使いつつ、一方で補助光源から上方に向かって伝搬する光を捕捉することによって少なくとも部分的には達成される。これらの利点の少なくともいくつかは、光源に関連して光制御表面の形状を決め、光制御表面を傾けることによって少なくとも部分的には達成される。

特定の実施形態は、補助光源から伝搬する光のディフューザにおける入射角を小さくすることによって、ディフューザをより高い光学的効率で動作させるというさらなる利点を提供し得る。他の利点は、光源からの（例えば、ディフューザに向かって管の下方に向いた光源から）直接光と比較して、光制御表面から反射された光をさらに分散させることを含み得る。

ここで開示されたさまざまな実施形態の説明は、主に図示された実施形態についてなされている。しかし、ここで説明されたどの実施形態の具体的な特徴、構成、または特性も、明示的に図示または記載されていない１つ以上の別個の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせされ得る。例えば、補助光器具は、複数の光源、ランプ、及び／又は光制御表面を含み得ることが理解されよう。ここで開示された補助照明器具は、ＴＤＤ以外の少なくともある種の昼光システム及び／又は他の照明装置においても用いられ得ることがさらに理解されよう。

実施形態の上述の説明においては、開示を効率的にし、１つ以上のさまざまな発明の局面の理解を助けるために、ときにはさまざまな特徴が単一の実施形態、図、またはその記載で一緒にまとめられていることが理解されよう。しかしこの開示方法は、任意のクレームにおいて、そのクレームで明示的に規定された特徴よりも多くの特徴を必要とするという意図を反映すると解釈されてはならない。さらにここで特定の実施形態において図示及び／又は記載された任意の要素、特徴、またはステップは、任意の他の実施形態（群）に適用または使用され得る。よって、ここで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限定されるべきではなく、むしろ以下に続くクレームの妥当な解釈によってのみ決定されなければならない。

Claims (18)

1. 昼光照明装置であって、
   反射性内部表面を持つ側壁を有する管であって、前記管は、昼光を受け取るよう構成される透明なカバーと、建物のターゲット領域内部に位置するよう構成されるディフューザとの間に配置されるよう構成され、前記管は、前記透明なカバーを通して伝送される前記昼光を前記ディフューザへ向けて導く、管と、
   前記管の前記側壁に装着可能であり、円錐状の光を放射することによって前記管の内部に照明を提供するよう構成されるランプを備える補助光器具であって、前記円錐状の光の角度の中心に沿って前記ランプを出る光が、前記ディフューザに伝搬する前に、前記光が前記ディフューザ以外の光制御表面上で反射するよう前記ランプは配置される、補助光器具と、
   を備え、
   前記光制御表面は、前記ランプから上方に発散する光を、前記ディフューザに向けて下方に導くよう構成される
   昼光照明装置。
2. 前記ランプは、前記円錐状の光が放射される平坦な表面を有する表面実装発光ダイオードを備える
   請求項１に記載の昼光照明装置。
3. 前記平坦な表面は、前記管の前記側壁に実質的に平行である
   請求項２に記載の昼光照明装置。
4. 前記光制御表面は、反射器を備える
   請求項１に記載の昼光照明装置。
5. 前記光制御表面は、前記ランプを出る前記光を反射し、前記透明なカバーの向きから前記管を通して伝搬する昼光を伝送するよう構成されるプリズムフィルムを備える
   請求項４に記載の昼光照明装置。
6. 前記光制御表面の形状は、実質的に半円筒状である
   請求項１に記載の昼光照明装置。
7. 前記光制御表面は、上部端および底部周縁を備え、前記上部端は、前記管の前記側壁に接し、前記底部周縁は、前記ランプの底辺と実質的に同一平面にある
   請求項６に記載の昼光照明装置。
8. 前記光制御表面の等半径点がほぼ前記ランプの底辺に存在するように、前記光制御表面が配置される
   請求項６に記載の昼光照明装置。
9. 前記光制御表面は、前記側壁に対して垂直な向きから離れるような角度で傾けられている
   請求項１に記載の昼光照明装置。
10. 前記光制御表面と前記垂直な向きとの間の前記角度は、少なくとも約２０度である
    請求項９に記載の昼光照明装置。
11. 熱グリスが前記ランプおよび前記側壁の間に供給される
    請求項１に記載の昼光照明装置。
12. 前記ランプは、発光ダイオードを備える
    請求項１に記載の昼光照明装置。
13. 前記補助光器具は、少なくとも第２発光ダイオードを備える
    請求項１２に記載の昼光照明装置。
14. 前記補助光器具は、少なくとも第２光制御表面を備える
    請求項１３に記載の昼光照明装置。
15. 前記光制御表面は、ポリカーボネートフィルムを備える
    請求項１に記載の昼光照明装置。
16. 前記光制御表面は、前記透明なカバーに最も近い表面の側に配置された光方向の変換をする微小構造を備える
    請求項１に記載の昼光照明装置。
17. 前記光方向変換微小構造は、前記側壁から前記光制御表面の底部周縁へと延びる複数の細長いプリズムを備える
    請求項１６に記載の昼光照明装置。
18. 構造体の内部で光を提供する方法であって、前記方法は、
    透明なカバーとディフューザとの間に、前記カバーから前記ディフューザを通って昼光が導かれ得るように管を配置するステップと、
    光を前記管の内部の領域に放射するランプを設けるステップと、
    前記ランプから上方に発散する光を、前記ディフューザに向けて下方に導き、昼光を前記透明なカバーから概ね前記ディフューザの向きに伝送する光制御表面を前記ランプの近くに設けるステップと、を含む方法。

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