CN1392959A - 配光控制装置、百叶窗、隔壁、窗帘、帐篷、及照明器 - Google Patents

Abstract

一种配光控制装置，具有大体板状或薄膜状的光扩散构造体，该板状或薄膜状的光扩散构造体具有光透射性或光反射性，并且至少在其一面上具有相互平行排列的多个凸条。各凸条的与长度方向直交的断面大体形成圆的一部分，各凸条的表面较平滑且为不产生大幅度的光乱扩散的程度。在由多个凸条的平行排列产生的衍射光栅效果中，衍射光量相对入射光量的比例可根据各凸条断面的圆周角和最大直径的选择进行调整。在使光线入射到光扩散构造体的面的场合，向与凸条的长度方向和构造体的面双方直交的面的扩散分布的投影不论光线的入射角如何都以入射点的法线为轴大体对称。

Description

配光控制装置、百叶窗、隔壁、 窗帘、帐蓬、及照明器

技术领域

本发明涉及一种没有驱动部的对太阳光进行采光或对来自人工光源的光束进行控制的技术。

背景技术

在现有的不具有驱动部的太阳光采光技术中，与在表面具有各种凸条的光透射性的薄板或薄膜状的构造体的表面接近地并列排列各种断面形状的多个凸条，通过这样的构造，扩散太阳光将其引导至屋内和温室内，由同样的扩散构造体使荧光灯的光束扩散，减少晃眼程度。

然而，由该光扩散构造体产生的扩散根据入射光的方向的不同使扩散光的配光分布受到较大的影响。在本申请人提出申请的日本特开平7-296617号公报所公开的发明中，如其实施例也说明的那样，入射角产生的扩散光的分布的不均匀依然大。为此，在将太阳光取入到屋内、大幅度减少白天的照明电力的系统中，不能充分解决屋内阳光的配光的不均匀的问题，另外，出于同样的理由，在温室的利用也受到限制。在对荧光灯照明器的应用中，消除荧光灯的晃眼不充分。

发明的公开

本发明就是为了解决这样的问题而作出的，其目的在于提供配光控制装置的基本设计并提供多种配光控制装置的应用方法，该配光控制装置的基本设计明确示出与入射角无关地时常具有相对一定方向的轴具有对称的扩散分布的机构的物理条件，并可根据该条件进行实际上可能的商业生产；该配光控制装置的应用方法包含太阳光在屋内和温室的采光和各种照明器的光束控制。

本发明的配光控制装置具有大体板状或薄膜状的光扩散构造体，该板状或薄膜状的光扩散构造体具有光透射性或光反射性，并且至少在其一面上具有相互平行排列的多个凸条；各凸条的与长度方向直交的断面大体形成圆的一部分，各凸条的表面较平滑且为不产生大幅度的光的乱扩散的程度；在由多个凸条的平行的排列产生的衍射光栅效果中衍射光量相对入射光量的比例根据各凸条的断面的圆周角和最大直径的选择进行调整，在使光线入射到光扩散构造体的面的场合，向与凸条的长度方向和构造体的面两者直交的面的扩散分布的投影不论光线的入射角如何都以入射点的法线为轴大体对称。

本申请发明者提出上述特开平7-296617号申请后，使用多种直径的光纤和圆杆试制多个光纤扩散构造体，考察扩散的配光分布后发现，如图2所示那样，向与各凸条和光扩散构造体的面直交的面的该扩散分布的投影以在入射点的法线为轴大体对称。

当通过使用粘接层厚的粘接薄膜强有力地推压光纤从而形成日本特开平7-296617号记载的采光器时发现，并列排列的光纤相互不接触，产生间隙，在该间隙中进入了粘接剂。因此，通过使用具有市场上出售的粘接层的厚度的粘接薄膜，将光纤轻压到其上加以固定，从而成功地使光纤相互接触固定。使用这样制成的光扩散构造体进行后述的实施形式1的实验。结果，获得了对称的扩散分布。另外，该扩散分布存在当入射角越大时分布的宽度越大的倾向。

另外，按照实施形式2的实验，可发现存在光纤直径和圆杆的直径的不同使对称性不同的倾向。即，随着减少光纤直径，扩散分布的对称性提高。这可以解释为，光纤直径的不同使得在与光纤直交的方向的同一区间产生的衍射光栅效果的发生频率不同。如直径小的光纤的排列使在同一区间产生的衍射光栅效果的发生频率增大，则衍射光线的干涉波产生的频率也增大。衍射后成为干涉波的光能量增大，该干涉波的集中构成扩散分布的一部分，向与该光纤和构造体的面直交的面的扩散分布的投影以各入射光线的位置的法线为轴对称。因此，在整体的扩散分布中，如产生衍射和干涉现象的光量的比例增加，则对称性提高。根据用眼对该现象的观察，可以说适合于本发明的各种应用目的的扩散分布的对称性可由直径3mm左右以下的光纤获得。但根据应用对象的不同，可以说即使是比其大的5mm左右的直径的光纤也存在利用的可能性。

另外，使凸条的形状从正圆畸变成各种形状对其进行考察后发现，在断面的曲缘为圆弧、该圆弧的直径相同的场合，曲缘具有越大的圆周角，则对称性越高。

另一方面，在包含该曲缘的最小的圆相同的场合，该曲缘的正圆度越高，则对称性越高。

根据以上的特性，在实施形式中，示出具有适合于实际的商业生产的板状、薄膜状、布状的光扩散功能的构造体的基本构造和制法及其各种应用。

附图的简单说明

图1A和1B为分别示出实施形式1的配光控制装置的断面图。

图2为示出使光入射到实施形式1的配光控制装置的场合的扩散光的状态的图。

图3为实施形式3的配光控制装置的要部放大图。

图4为示出实施形式5百叶窗的侧面图。

图5为示出实施形式6的平面图。

图6为示出实施形式8的光扩散构造体的透视图。

图7A和7B为分别示出实施形式10的板灯的侧面图。

图8A为示出实施形式11的照明器的透视图。

图8B和8C为分别示出实施形式11的变形例的照明器的透视图和局部断面图。

图9A和9B分别示出入射到现有2个建筑物的太阳光和背阴处的状态的图，图9C-9E为分别示出入射到适用本发明的实施形式12的场合的2个建筑物的太阳光和背阴处的状态的图。

图10A和10B为分别示出光入射到适用实施形式13的2个建筑物的太阳光和背阴处的状态的图。

图11A-11C为分别示出入射到适用实施形式14的场合的2个建筑物的太阳光的状态的图。

图12A和12B为分别示出入射到适用实施形式15的场合的太阳电池板的光的状态的图。

图13为示出光入射到适用实施形式16的场合的室内的光的状态的图。

图14为示出变形例的光扩散构造体的透视图。

图15A-15I为分别示出再另一变形例的光扩散构造体的断面图。

实施发明的最佳形式

下面参照附图说明本发明的实施形式。

实施形式1

通过细心的作业不产生间隙地使多个直径50μm的玻璃系光纤相互并列接触，在该状态下将其固定，形成具有图1A所示那样的断面形状的光扩散构造体21。使激光瞄准器前端入射到该光扩散构造体21时，相对于与各光纤的长度方向直交、与采光器直交的面内的入射角的变化，扩散透射光的最多分布带相对采光器法线的变化与入射角的变化相比，最大也达不到1/4。

另外，实验结果表明，如图2所示那样，向与各光纤的长度方向直交的线和与采光器直交的面的投影的扩散分布在将相对于光扩散构造体21的法线作为轴时大体对称。不仅在光相对光扩散构造体21垂直地入射的场合(a)，而且在使光倾斜入射的场合(b、c)，扩散分布也在以光扩散构造体21的法线为轴时大体对称。

另外，使用相同直径50μm的玻璃光纤形成具有图1B所示那样的断面形状的光扩散构造体22进行实验，得到了与图1A的光扩散构造体21相同的结果。实施形式2

使用直径0.125m、0.5mm、1mm、2mm、3mm的塑料系光纤、直径5mm的丙烯酸圆杆分别进行与实施形式1同样的实验。在该场合，对于1mm和2mm的直径，使用激光瞄准器的平行光束和氙灯的平行光束，对于3mm和5mm的直径，使用氙灯的平行光束。

结果，分别看到与实施形式1类似的现象，但对于在实施形式1中说明的对称性，随着直径增大而降低。这些结果即使用眼观察也是明显的，虽然不能否定直径5mm的场合的对称性，但从实用的角度来看，应用较多的情况为直径不到3mm但在50μm以上的光纤。

实施形式3

在丙烯酸树脂材料制成的透明的厚度约为2.8mm的薄板的两面，分别使具有半径约为0.15mm的圆弧状曲缘的多个凸条相互接触，同时，使两面的凸条相互平行，从而形成光扩散构造体。由于实际的商业生产技术上的制约，图3所示那样的圆弧的圆周角为160度，从圆弧的终点沿其切线方向设置直线部并使得距凸条顶点的深度约为0.15mm，在该点使相邻的凸条相接，从而使得可通过挤压成形进行商业生产。两面的凸条在保持两面的凸条的平行性的状态下，形成相同相位的凸条和使相位错开0.15mm的凸条。

使用它们进行与实施形式1相同的实验，相同相位的场合和使相位错开的场合都获得了与实施形式1相同的结果。

在该制作中，对使曲缘圆弧部的正圆度失真的场合和接近椭圆的场合进行了同样的实验，虽然稍发现对称性变差和分光的增加，但如曲缘的正圆度的失真为10％左右，则实用上未产生差异。根据应用对象的不同，该正圆度的失真在20％左右以下时，应可发挥本发明的功能。

同样，制作不具有光扩散功能的半透明的构造体进行了同样的试验，但除了由材料形成光透射性以外，与上述结果相同。实施形式4

将与实施形式3同样的凸条形成于厚度约2.2mm的板的单面，制作光扩散构造体。使正圆度的失真也相同，进行了与实施形式相同的实验。结果发现，对称性与实施形式3相比较差，但正圆度的失真在10％左右以下时，可发挥本发明的功能，可应用本发明。

实施形式5

与实施形式3同样地制作厚度约1mm的透明的光扩散构造体，将其裁断成使与凸条的方向直交的方向为长度方向的28mm×500mm的带23和使凸条的方向为长度方向的25mm×500mm的带24，如图4所示那样，按140度的角度沿着双方的长度方向的侧缘部相互焊接。接着，在28mm×500mm的带23的表面粘贴反射薄膜，形成叶片。制作多个该叶片，按25mm间隔排列，形成水平型的百叶窗，由氙灯的平行光束模拟一天的太阳光的入射角的变化，考察由该百叶窗形成的扩散光束的配光分布的变化。在该场合，将角度调节为一定，使灯的光束如图示那样先在粘贴反射薄膜的部分反射，然后，使其一部分入射到位于上侧的叶片的光透射部分(25mm×500mm的带24)。

结果，不论入射角的变化如何，扩散光都示出以与光透射部分的面大体直交的方向的轴为中心大体对称的配光分布。

实施形式6

按20根一列地熔接横断面为圆形、粗50μm、透明性高的聚酯性单丝制作带，如图5所示那样，将该带平行地用于纵丝和横丝织成约20cm方的布，将其形成为光扩散构造体。当对其照射氙灯的平行光束时，扩散光不论照射角度如何变化都以与布面直交的线为轴呈朝4个方向大体对称的配秒分布。

这意味着，用该带制作花边窗帘材料，在织入的带的各方向都可看到该扩散。另外，也可使用上述布制作窗帘、帐篷等。

在将该丝换成具有反射功能的丝的场合，可容易理解，当然反射扩散也具有同样的扩散分布的特征。

另外，带也不一定非要将单丝排列成一层，即使为单丝重合的束状，也可获得扩散分布的对称性。

最为简单地获得该束的方法为，使从单丝的制造装置的多个喷丝头同时挤压出的多个单丝相接，并形成可维持由该相接获得的汇集的最小限度的扭绞。如对其附加熔接的过程，则束稳定。在该场合，扭绞的程度在单丝束直径的5倍的长度下为1次。

实施形式7

与实施形式3相同地制作厚约1mm的透明的光扩散构造体，每隔一小区域改变凸条的方向地制作多个叶片，构成百叶窗。当关闭各叶片时，对应于太阳一天的移动，任一小区域的扩散功能时常以大体与百叶窗面直交的线为轴朝室内对称地扩散阳光。

实施形式8

与实施形式3同样地制作厚约1mm的透明的光扩散构造体，如图6所示那样，在构造体的两面使相互的方向交叉地形成凸条。从该构造体制作多个叶片，形成百叶窗。当关闭各叶片时，不论太阳一天的移动如何，都以与百叶窗面大体直交的线为轴朝室内对称地扩散阳光。

实施形式9

使用实施形式3的光扩散构造体制作6层楼的公寓用的垂直光管的模型。在管的采光口朝南北水平地设置凸条的方向，以对应太阳的东西移动。在管的侧面制作窗以将阳光导入至各层的局面，在这里，使该凸条的方向朝着水平方向地安装实施形式3的光扩散构造体。

模拟太阳的移动地产生金属卤化物灯光束。测定从各窗获得的光，结果表明，获得了使用现有的扩散板代替该扩散构造体的场合的2倍左右的光量。

同样，可容易地推测，能够将其应用于各种天窗系统。即，使其扩散方向不同地组合相同的透射型、相同的反射型、或透射型与反射型。另外，从上述实施形式7和8也可容易地想到能够地将其特征用于隔壁。

实施形式10

使用4根直径16mm的高辉度的荧光管25，在其后方与侧面安装反射体，在前面安装实施形式3的光扩散构造体26，制作体内节奏调整用的高辉度的板灯。各荧光管的后方的反射体27形成为如图27A所示那样横断面为椭圆形的形式和图7B所示那样朝向出光面(光扩散构造)以直线打开的形式，考察了其性能。双方的试制品在离开5m的位置的辉度与排列多个双凸透镜的现有的光扩散构造体的场合相比，都获得了其2倍程度的值。这是因为，本发明的光扩散构造体如图2所示的特性那样，以大入射角进入光扩散构造体的灯光也按相对与光扩散构造体直交的线对称的分布进行配光，从而在离开的部位使出光面方向的光束密度比其周边高。

实施形式11

使荧光灯及其它光源位于薄外形的照明器的侧端，使本发明的光扩散构造体位于正面，由光扩散构造使从光源以大入射角进入的光对称地扩散分布，使得不论从灯的入射角如何，都可比现有的边缘照明方式的照明更多地维持朝向正面方向的光束，由此可在出光面整个区域均匀地保持朝正面方向的辉度。

如图8A所示，使内装1根管径16mm的菲利普公司制造的21W荧光灯的灯箱28位于约90cm×65cm×厚7cm的长度方向的侧缘，在出光面使实施形式3的光扩散构造体29的凸条的方向与荧光灯的长度方向相同，使用后发现，获得了从照明器的出光量1300流明。灯的全光束量为2100流明，所以，约70％的灯光束出光。出光面的照度在最高部位为4500流明，在最低部位为2500流明，获得了极为均匀的分布。

在该照明器的背灯的内侧设置反射板30，该反射板30与出光面的间隔随着从灯箱28离开而变窄。

另外，如图8B所示那样，可制成使荧光管位于两侧缘或一方的侧缘的面照明器。图8C示出该面照明器的一方侧缘近旁的断面图，在框架31的侧缘部内配置荧光管32，作为出光面，光扩散构造体33和34与实施形式3的光扩散构造体同样，在薄板的两面形成多个凸条，双方的光扩散构造体的凸条的方向相互直交地重叠。在框架31内，围住荧光管32地配置椭圆反射体35，同时，连接于椭圆反射体35地配置平面状的反射体36。反射体36与出光面的间隔随着从荧光管32离开而变窄。荧光管32的中心位于椭圆反射体35的焦点37的稍往后方的位置。另外，在位于荧光管32背后的椭圆反射体35的表面形成凸起38，由此使得从荧光管32朝后方发出的光在凸起38反射，效率良好地朝荧光管32的前方即出光面或朝反射体36的方向前进。

这样这样的构成，可实现具有高出光效率而且均匀的面出光特性的薄型的面照明器。

光扩散构造体33和34也可分别如实施形式4那样在单面形成凸条。另外，也可如图6所示实施形式8那样，使用在两面使方向相互交叉地形成凸条的1片光扩散构造体，代替2片的光扩散构造体33和34。另外，也可使用图5所示的实施形式6那样的布状的光扩散构造体。

实施形式12

如图9A所示那样建有3层的建筑物2。在该场合，如太阳光束1从左上方照射，则形成由建筑物产生的背阴部分3和由建筑物构造产生于室内的背阴部分4。同样，如图9B所示那样，如太阳光束1从铅直上方入射，则在室内形成背阴部分4。

因此，如图9C所示，在2个建筑物2的上方设置本发明的光扩散构造体5。光扩散构造体5的面上的凸条朝着与2个建筑物2的相互相向面大体平行的方向设置。由该光扩散构造体5如图9C和图9D所示那样，扩散太阳光束1，该扩散光到达过去成为背阴处的区域或部分。图9C和9D由影线部分示出的背阴区域与不使用光扩散构造体5的图9A和9B的背阴区域相比大幅度减少。如图9E所示，可在2个建筑物2的最上边的高度设置光扩散构造体5。

实施形式13

如图10A所示，如不仅在2个建筑物6的上方设置光扩散构造体5，而且在2个建筑物6之间设置光扩散构造体7，则朝向建筑物6的内部的光束增加，可进一步减少未使用就结束的光束的比例，同时，可提高配光的均匀性。

如图10B所示那样，将光扩散构造体7设置到2个建筑物6之间，入射到光扩散构造体7的较多的光束也入射到双方的建筑物2的内部。

实施形式14

如图11所示，通过使入射到双方的建筑物2的屋顶的太阳光束1分别入射到位于该建筑物2上方的光扩散构造体8，使较多的光束朝向建筑物2和建筑物2之间，在这些建筑物2之间的与建筑物2屋顶相同的高度还设置光扩散构造体9，由该光扩散构造体9通过扩散、折射、分割、或扩散与折射的复合，使光束朝下方行进。

按照该方法，与如图9C、9D和9E所示那样仅使用一片的光扩散构造体5的方法相比，可将更多的光束送入到2个建筑物2之间。

另外，如图11B和11C所示那样，如在光扩散构造体9的下方于2个建筑物2之间设置光扩散构造体10，则可将更多的光束导入至建筑物2内。

对于温室内的植物的栽培来说，只要在上述各实施形式的说明中将栽培棚或高度大的植物代替建筑物2即可，同样可大幅度提高太阳光的利用率和温室的空间的利用率。

对于养殖和藻类或光合成菌的培养池的应用，通过由光扩散构造体覆盖水面，可减少相对水面以大入射角入射的光在水面的反射，可将更多的光导入至水中。在该场合，光扩散构造体的凸条的方向可相应于其使用场所调节到使太阳光最多地导入至水中那样的位置。

另外，通过在水面的上方设置光扩散构造体，在特定水域集中光束，可向水面下的栽培物或培养物供给更多的光。在该场合，如由光扩散构造体覆盖特定水域的水面，则可提高在水中的采光率。另外，在水面下追加光扩散构造体，或设置反射体，可提高太阳光的利用率。

实施形式15

如图12A或12B所示，在太阳电池板11的近旁设置光扩散构造体12，通过由光扩散构造体12形成的扩散、折射、分割、或扩散与折射的复合，将朝向太阳电池板11周边的太阳光束1集中到太阳电池板11上，可提高太阳电池的发电量。

与图12A或12B的方法相同，通过对周围的太阳光、人工光集光，可将更多的光导入至室内的特定区域。

实施形式16

过去，用于室内等的隔壁由不扩散体构成，所以，隔壁将来自外侧的光遮住，为此，在由隔壁隔开的空间内为了补充光，大多场合需要照明设备，但如图13所示那样，通过将本发明的光扩散构造体5用作隔壁，特别是即使不使用照明设置，也可在隔壁的内侧的空间内采光。

作为光扩散构造体，不限于具有图1A和图1B所示断面形状的场合，也可例如图14所示那样，由在薄的平板上使多个圆杆相互并列地接触的状态对其进行固定，或具有图15A-15I所示那样的断面形状。

如以上说明的那样，按照该发明，可提供不受入射角影响地时常具有相对一定方向的轴对称的扩散分布的光扩散构造体，可使用其进行各种的配光控制。

Claims (18)

1.一种配光控制装置，其特征在于：具有大体板状或薄膜状的光扩散构造体，该板状或薄膜状的光扩散构造体具有光透射性或光反射性，并且至少在其一面上具有相互平行排列的多个凸条；各凸条的与长度方向直交的断面大体形成为圆的一部分，各凸条的表面较平滑且为不产生大幅度的光的乱扩散的程度；在因多个凸条的平行的排列而产生的衍射光栅效果中，衍射光量相对入射光量的比例可根据各凸条断面的圆周角和最大直径的选择进行调整；在使光线入射到光扩散构造体的面的场合，使向与凸条的长度方向和构造体的面两者直交的面的扩散分布的投影，不论光线的入射角如何都以入射点的法线为轴大体对称。

2.根据权利要求1所述的配光控制装置，其中：光扩散构造体由光透射性的材质形成，在光扩散构造体的两面形成凸条时使相互的方向朝向同一方向。

3.根据权利要求1所述的配光控制装置，其中：光扩散构造体由光透射性的材质形成，在光扩散构造体的两面形成凸条时使相互的方向交叉。

4.一种配光装置，具有带状或束状的光扩散构造体，该带状或束状的光扩散构造体通过使多根丝相互平行地熔接或粘接而形成，该多根丝具有透明性或反射性，并且与长度方向直交的断面为圆，而且其表面较平滑且为大体不产生乱扩散的程度；在通过使多根丝接近地连接而产生的衍射光栅效果中，衍射光量相对入射光量的比例通过选择丝的粗细而调整；在使光线入射到光扩散构造体的场合，向与丝直交的面的扩散分布的投影，不论光线的入射角如何都以入射点的法线为轴大体对称。

5.一种百叶窗，其特征在于：具有分别由权利要求1所述的配光控制装置构成的多个叶片，对每一小区域使各叶片改变凸条的方向，从而在关闭各叶片时对应于太阳的一天的移动时常通过任一小区域的扩散功能以与百叶窗面大体直交的线为轴朝室内对称地扩散太阳光。

6.一种百叶窗，其特征在于：具有分别由权利要求3所述的配光控制装置构成的多个叶片，在关闭各叶片时，不论太阳一天的移动如何，都以与百叶窗面大体直交的线为轴朝室内对称地扩散太阳光。

7.一种百叶窗，为平行型，其特征在于：各叶片通过长度方向的线被分成2部分，在外侧的朝上的部分上使凸条与叶片的长度方向直交地形成由具有光反射性的光扩散构造体构成的权利要求1记载的配光控制装置，在内侧的部分上使凸条与叶片的长度方向平行地形成由具有光透射性的光扩散构造体构成的权利要求1记载的配光控制装置，在关闭各叶片时，不论太阳一天的移动如何，都以与叶片内侧的面直交的线为轴朝室内对称地扩散太阳光。

8.一种百叶窗，其中，使用权利要求4所述的配光控制装置作为叶片。

9.一种隔壁，其中，使用权利要求1所述的配光控制装置。

10.一种隔壁，其中，使用权利要求4所述的配光控制装置。

11.一种照明器，其中，使用权利要求1所述的配光控制装置。

12.一种照明器，其中，使用权利要求4所述的配光控制装置。

13.一种窗帘，其中，使用由权利要求4所述的配光控制装置织成的布。

14.一种帐篷，其中，使用由权利要求4所述的配光控制装置织成的布。

15.根据权利要求1所述的配光控制装置，其中：通过使光入射到具有光透射性的构造体的一面并扩散该光，从而将光导入至光不能充分到达而成为背阴处的区域和部分。

16.根据权利要求1所述的配光控制装置，其中：通过使用具有光透射性的光扩散构造体使入射到特定区域或部分的邻接区域或部分的光在其入射之前扩散，从而将入射到邻接区域或部分的光的一部分或全部引导至特定区域或部分，增加入射到特定区域或部分的光束的量，另一方面，减少入射到邻接区域或部分的光束的量。

17.根据权利要求16所述的配光控制装置，其中：光扩散构造体由多根单丝或杆状体的束或排列、或织入多根单丝或杆状体的织物构成。

18.根据权利要求16所述的配光控制装置，其中：将光导入到因入射到特定区域或部分的光束不能充分达到而成为背阴处的区域或部分。

Images