JP2014116312A - 導光システム及び天井構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光を垂直に近い形式で空間本体（たとえば、部屋）内のテーブルの表面に照射させることができ、テーブル表面の照度を効果的に高めることができる導光システム及び天井構造物を提供する。
【解決手段】本発明は、導光システム及び天井構造物に関する。該導光システムは、それぞれ空間本体の第１の平面及び第２の平面に設けられる第１の導光素子及び第２の導光素子を含む。該第２の導光素子は複数の導光構造体を含み、各導光構造体が第１の表面及び第２の表面を備え、前記第１の導光素子からの光ビームが前記第１の表面で屈折した後、前記導光構造体に進入し、さらに前記第２の表面に向けて反射され、該第２の表面で屈折した後出射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、導光システム及び天井構造物に関し、より詳しくは光の進行方向を変更させることができる導光システム及び天井構造物に関する。

従来の導光装置には、たとえばプレート、ブラインドまたは薄膜など多様な形態がある。かかる導光装置は部屋の窓または窓近くに位置して、前記部屋の外部の太陽光を該部屋に導入して、前記部屋内の天井を照射するように太陽光を導く。そして、太陽光が前記天井で反射されてさらに前記部屋の奥まで届き、室内照明または補助照明となる。また、一部の従来の導光装置においては、太陽光を前記天井で反射させる必要がなく、直接前記部屋に水平に導入することができる。

前記従来の導光装置は、光線を導いて部屋の奥まで届かせることはできるが、部屋内のテーブルまで直接照射することができず、該テーブル表面の照度を効果的に高めることができない。したがって、かかる従来の導光装置を昼間に使用しても、他の照明設備により消耗されるエネルギーを効果的に節約することはできない。

したがって、上記問題を解決するためには、導光システム及び天井構造物を提供する必要がある。

本発明は導光システムを提供する。かかる導光システムは第１の導光素子及び第２の導光素子を含む。該第１の導光素子が空間本体の第１の平面に設けられる。該第２の導光素子は空間本体の第２の平面に設けられる。その中、前記第１の平面と前記第２の平面が同一の平面ではなく、複数の第１の光ビームが前記第１の導光素子を通過後、複数の第２の光ビームとなって前記空間本体に進入し、前記複数の第２の光ビームの一部が前記第２の導光素子に導かれ、前記第２の導光素子が複数の導光構造体を含み、各導光構造体は、透光性材質であり、且つ第１の表面及び第２の表面を備え、前記第１の導光素子からの前記複数の第２の光ビームの一部が前記第１の表面で屈折した後、前記導光構造体に進入して複数の第３の光ビームとなり、且つ該複数の第３の光ビームの一部が前記第２の表面で屈折した後出射される。

本発明によれば、複数の第１の光ビームが前記第１の導光素子を通過後、複数の第２の光ビームとなって空間本体の内部に進入する。前記複数の第２の光ビームの一部が前記複数の導光構造体を通過後、複数の第４の光ビーム及び複数の第５の光ビームとなり、該複数の第４の光ビーム及び該複数の第５の光ビームが垂直に近い形式で直接前記空間本体内のテーブルの表面を照射することができるため、該テーブル表面の照度を効果的に高めることができる。したがって、昼間に当該導光システムを使えると、他の照明設備により消耗されるエネルギーを効果的に節約することができる。

本発明の導光システムの第１実施例を示す説明図である。 本発明の第１の導光素子の第１実施例を示す斜視図である。 図２の第１の導光素子を示す側面図である。 図３の部分的な拡大図である。 本発明の第２の導光素子の第１実施例を示す部分的な側面図である。 本発明の第２の導光素子の第２実施例を示す部分的な側面図である。 本発明の第２の導光素子の第３実施例を示す部分的な側面図である。 本発明の第２の導光素子の第４実施例を示す部分的な側面図である。 本発明の第２の導光素子の第５実施例を示す部分的な側面図である。 本発明の第２の導光素子の第６実施例を示す部分的な側面図である。

図１を参照すると、本発明の導光システムの第１実施例を示す説明図である。該導光システム１は、第１の導光素子２及び第２の導光素子４を含む。本実施例では、前記第１の導光素子２及び前記第２の導光素子４はともに空間本体５（たとえば、部屋）に設けられ、該空間本体５は第１の平面５１及び第２の平面５２を備える。該第１の平面５１は側壁であり、且つ複数の第１の光ビーム３０（たとえば、太陽光）が照射され、前記第２の平面５２は天井であり、且つ前記第１の平面が該第２の平面５２に略垂直である。即ち、前記第１の平面５１と前記第２の平面５２が同一の平面ではない。

前記第１の導光素子２は、前記空間本体５の前記第１の平面５１に設けられる。前記複数の第１の光ビーム３０が前記第１の導光素子２を通過後、複数の第２の光ビーム３１となり、前記空間本体５の内部に入る。好ましくは、前記導光システム１が、前記空間本体５の前記第１の平面５１に設けられる透光構造物５３（たとえば、窓）を更に含み、且つ前記第１の導光素子２が該透光構造物５３に設けられる。

前記第２の導光素子４は、前記空間本体５の前記第２の平面５２に設けられる。前記複数の第２の光ビーム３１の一部が該第２の導光素子４に導く。前記第２の導光素子４は、複数の導光構造体４１、及び基部本体４２を含み、該複数の導光構造体４１が前記基部本体４２に位置し、且つ各導光構造体４１が透光性材質である。本実施例では、前記第１の平面５１と前記第２の平面５２が交線５４を備え、且つ前記複数の導光構造体４１と前記交線５４との距離Ｄが３ｍより小さい。

前記第１の導光素子２からの前記複数の第２の光ビーム３１の一部が前記複数の導光構造体４１を通過後、複数の第４の光ビーム３２及び複数の第５の光ビーム３３となり、そのうち、該複数の第４の光ビーム３２及び複数の第５の光ビーム３３が垂直に近い形式で直接前記空間本体５（たとえば、部屋）内のテーブルの表面を照射することができるため、該テーブル表面の照度を効果的に高めることができる。したがって、かかる導光システム１を昼間に使えると、他の照明設備により消耗されるエネルギーを効果的に節約することができる。

同時に図２乃至４を参照すると、図２は本発明の第１の導光素子の第１実施例を示す斜視図であり、図３は図２の第１の導光素子を示す側面図であり、図４は図３の部分的な拡大図である。前記第１の導光素子２は導光フィルムであり、薄膜基部２１及び少なくとも１つの微構造体２２を含む。本実施例では、該第１の導光素子２は複数の微構造体２２を含む。前記薄膜基部２１は第１の側面２１１及び第２の側面２１２を備え、且つ該第２の側面２１２が前記第１の側面２１１と対向する。

前記微構造体２２は前記薄膜基部２１の前記第１の側面２１１または第２の側面２１２に位置し、且つ該微構造体２２が第１の表面２２１及び第２の表面２２２を含む。該第２の表面２２２は前記第１の表面２２１の上部に位置する。本実施例では、前記微構造体２２の断面は略三角形を呈し、且つ前記第１の表面２２１と第２の表面２２２とは相交わる。

基準面３０ａは、前記薄膜基部２１の前記第１の側面２１１または前記第２の側面２１２に垂直する仮想面と定義される。すなわち、前記導光フィルム２が垂直に直立する場合、前記基準面３０ａは仮想水平面となる。前記第１の表面２２１と前記基準面３０ａとの間に第１の夾角θ_１（図４）を備え、前記第２の表面２２２と前記基準面３０ａとの間に第２の夾角θ_２（図４）を備え、そのうち、前記第１の夾角θ_１が前記第２の夾角θ_２より小さいか、または等しい。

図４に示すように、本実施例では、前記第１の夾角θ_１の値が１１度〜１９度で、且つ前記第２の夾角θ_２の値が５２度〜６８度であり、且つ前記第１の夾角θ_１と前記第２の夾角θ_２との総和は６３度〜８７度である。好ましくは、前記第１の夾角θ_１の値が１５度で、且つ前記第２の夾角θ_２の値が６０度である。

前記薄膜基部２１の材料は前記微構造体２２の材料と異なるものであってもよい。前記薄膜基部２１は透光性材料で製造され、たとえば、ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、アクリル系ポリマー（Ａｃｒｙｌｉｃ−ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、ポリエチレンテルフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ：ＰＳ）、またはそれらの共重合体（Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）であり、且つその屈折率が１．３５〜１．６５である。

前記微構造体２２は透光性の金属酸化物で製造され、たとえば二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）であり、且つその屈折率が１．９〜２．６である。一実施例においては、まず前記薄膜基部２１に１層の前記金属酸化物を形成する。その後、さらにエッチング方式を利用して前記微構造体２２を形成する。前記薄膜基部２１の材料が前記微構造体２２の材料と同じであってもよいことは理解できる。

本実施例では、複数の第１の光ビーム３０（たとえば、太陽光）が前記第１の導光素子２を通過後、複数の第２の光ビーム３１となる。図３に示すように、前記第２の光ビーム３１と前記導光素子２との間の角度を出射角度θ_３と定義する。前記第２の光ビーム（すなわち、前記光ビーム３１１）が下向きで且つ前記第１の導光素子２と平行である場合、前記出射角度θ_３は０度と定義される。前記第２の光ビーム（すなわち、前記光ビーム３１２）が水平で且つ前記基準面３０ａと平行である場合、前記出射角度θ_３は９０度と定義される。前記第２の光ビーム（すなわち、前記光ビーム３１３）が上向きで且つ前記第１の導光素子２と平行である場合、前記出射角度θ_３は１８０度と定義される。

前記入射光ビーム３０と前記基準面３０ａとの間の角度を入射角度θ_４と定義する。前記入射光ビーム３０が下向きである場合、前記入射角度θ_４は正値と定義される。前記入射光ビーム（図示せず）が水平で且つ前記基準面３０ａと平行である場合、前記入射角度θ_４を０度と定義し、且つ前記入射光ビーム（図示せず）が上向きである場合、前記入射角度θ_４を負値と定義する。

図４に示すように、前記第１の光ビーム３０は、前記微構造体２２の第２の表面２２２を通過して屈折され前記微構造体２２に進入し、且つ前記微構造体２２の第１の表面２２１で反射される。そして、反射された前記第１の光ビーム３０は前記薄膜基部２１を通過して前記第２の光ビーム３１となる。前記第１の夾角θ_１と前記第２の夾角θ_２の特別な設計により、前記第１の光ビーム３０が前記第１の表面２２１で反射される。したがって、前記第１の光ビーム３０の入射角度θ_４が３０〜６０度の下向きである場合、５０％を超える前記複数の第２の光ビーム３１は上向きである。また、前記複数の第２の光ビーム３１が前記出射角度θ_３の特定範囲に集中する。すなわち、前記出射角度の特定範囲内の前記複数の第２の光ビーム３１の総光束（ｌｉｇｈｔ ｆｌｕｘ）は、前記出射角度のその他の範囲の他の第２の光ビーム３１と比較すると、ピーク値である。

本実施例では、前記複数の第１の光ビーム３０の入射角度θ_４は３０度〜６０度であり、且つ出射角度が８５度から１２０度の間である前記複数の第２の光ビーム３１の総光束は、出射角度が０度から１８０度の間である前記複数の第２の光ビーム３１の総光束の４０％より大きい。

図５を参照すると、本発明の第２の導光素子の第１実施例を示す部分的な側面図である。該第２の導光素子４は、複数の導光構造体４１、及び基部本体４２を含み、該複数の導光構造体４１が前記基部本体４２に位置し、且つ該複数の導光構造体４１の断面が略扇形、三角形または多角形を呈する。各導光構造体４１が第１の表面４１１、第２の表面４１２及び反射面４１３を備える。本実施例では、前記第１の表面４１１が平面であり、前記複数の第２の光ビーム３１と対向する。前記第２の表面４１２は曲面であり、各導光構造体４１の断面が略扇形を呈する。前記反射面４１３は前記基部本体４２と相接する境界面であり、前記第１の表面４１１からの光ビームを前記第２の表面４１２に反射する面として用いられる。

前記基部本体４２の材料は前記複数の導光構造体４１の材料と同様で、ともに透光性材料で製造され、たとえば、ポリメタクリル酸メチル（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ：ＰＭＭＡ）、アクリル系ポリマー（Ａｃｒｙｌｉｃ−ｂａｓｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ：ＰＣ）、ポリエチレンテルフタレート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）、ポリスチレン（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ：ＰＳ）、またはそれらの共重合体（Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）であり、且つその屈折率が１．３５〜１．６５である。前記基部本体４２の材料が前記複数の導光構造体４１と異なってもよいことは理解できる。

各導光構造体４１は長さＬと高さＨを備え、該長さＬが１０μｍ〜２０００μｍであり、且つ該高さＨが１０μｍ〜１０００μｍである。各導光構造体４１の第１の表面４１１と前記空間本体５の第２の平面５２（または前記基部本体４２）の夾角を構造体夾角αと定義する。本実施例では、異なる導光構造体４１が異なる構造体夾角αを備えて、異なる高さＨを備える。他の実施例では、前記第２の導光素子４が複数の分布領域に区分され、そのうち、同じ分布領域に位置する導光構造体４１が同じ構造体夾角αを備え、異なる分布領域に位置する導光構造体４１が異なる構造体夾角αを備える。

実際の使用において、前記第１の導光素子２からの前記複数の第２の光ビーム３１の一部が前記第１の表面４１１で屈折した後、前記導光構造体４１に進入して複数の第３の光ビーム３１ａとなり（この場合、前記複数の第２の光ビーム３１の一部が前記第１の表面４１１で反射して前記複数の第４の光ビーム３２となることに注意すべきである）、且つ前記第３の光ビーム３１ａの一部が前記反射面４１３から前記第２の表面４１２に向けて反射され、さらに該第２の表面４１２で屈折した後、出射されて前記複数の第５の光ビーム３３となる。

本実施例では、前記複数の導光構造体４１が前記基部本体４２に位置する。但し、他の実施例では、前記基部本体４２を略することができ、したがって、前記複数の導光構造体４１が直接前記空間本体５の前記第２の平面５２に位置して、天井構造物を形成する。

図６を参照すると、本発明の第２の導光素子の第２実施例を示す部分的な側面図である。本実施例の第２の導光素子４ａは、図５に示す第２の導光素子４とほぼ同様であり、そのうち同じ要素に同じ符号を付与する。本実施例の第２の導光素子４ａと図５に示す第２の導光素子４との相違点は、本実施例では全ての導光構造体４１が同様の構造体夾角αを備えて、同様の長さＬと高さＨを備えることである。

図７を参照すると、本発明の第２の導光素子の第３実施例を示す部分的な側面図である。本実施例の第２の導光素子４ｂは、図５に示す第２の導光素子４とほぼ同様であり、そのうち同じ要素に同じ符号を付与する。本実施例の第２の導光素子４ｂと図５に示す第２の導光素子４との相違点は、本実施例では前記複数の導光構造体４１が前記基部本体４２と一体成形されることである。よって、前記基部本体４２の上部表面４２１が反射面である。

図８を参照すると、本発明の第２の導光素子の第４実施例を示す部分的な側面図である。本実施例の第２の導光素子４ｃは、図６に示す第２の導光素子４ａとほぼ同様であり、そのうち同じ要素に同じ符号を付与する。本実施例の第２の導光素子４ｃと図６に示す第２の導光素子４ａとの相違点は、本実施例では前記導光構造体４１の第２の表面４１２が平面となることである。

図９を参照すると、本発明の第２の導光素子の第５実施例を示す部分的な側面図である。本実施例の第２の導光素子４ｄは、図６に示す第２の導光素子４ａとほぼ同様であり、そのうち同じ要素に同じ符号を付与する。本実施例の第２の導光素子４ｄと図６に示す第２の導光素子４ａとの相違点は、本実施例では前記導光構造体４１の第２の表面４１２が第１の傾斜面４１２１、及び第２の傾斜面４１２２で構成されることである。

図１０を参照すると、本発明の第２の導光素子の第６実施例を示す部分的な側面図である。本実施例の第２の導光素子４ｅは、図６に示す第２の導光素子４ａとほぼ同様であり、そのうち同じ要素に同じ符号を付与する。本実施例の第２の導光素子４ｅと図６に示す第２の導光素子４ａとの相違点は、本実施例では前記導光構造体４１の第２の表面４１２が第１の傾斜面４１２１、第２の傾斜面４１２２、及び第３の傾斜面４１２３で構成されることである。

上述した実施例は、本発明の原理およびその効果を説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。したがって、当業者が上述した実施例に対して行った修正及び変更も本発明の構想から離脱するものではない。本発明の権利の範囲は後述する特許請求の範囲に記載されたとおりである。

１ 本発明の導光システムの第１実施例
２ 第１の導光素子
４ 第２の導光素子
４ａ 本発明の第２の導光素子の第２実施例
４ｂ 本発明の第２の導光素子の第３実施例
４ｃ 本発明の第２の導光素子の第４実施例
４ｄ 本発明の第２の導光素子の第５実施例
４ｅ 本発明の第２の導光素子の第６実施例
５ 空間本体
２１ 薄膜基部
２２ 微構造体
３０ 第１の光ビーム
３０ａ 基準面
３１ 第２の光ビーム
３１ａ 第３の光ビーム
３２ 第４の光ビーム
３３ 第５の光ビーム
４１ 導光構造体
４２ 基部本体
５１ 第１の平面
５２ 第２の平面
５３ 透光構造物
５４ 交線
２１１ 第１の側面
２１２ 第２の側面
２２１ 第１の表面
２２２ 第２の表面
４１１ 第１の表面
４１２ 第２の表面
４１３ 反射面
４２１ 上部表面
４１２１ 第１の傾斜面
４１２２ 第２の傾斜面
４１２３ 第３の傾斜面
Ｄ 距離
Ｈ 高さ
Ｌ 長さ
α 構造体夾角
θ_１ 第１の夾角
θ_２ 第２の夾角

Claims (15)

1. 空間本体の第１の平面に設けられる第１の導光素子、及び
   前記空間本体の第２の平面に設けられる第２の導光素子、を含み、
   前記第１の平面と前記第２の平面が同一の平面ではなく、複数の第１の光ビームが前記第１の導光素子を通過後、複数の第２の光ビームとなって前記空間本体に進入し、前記複数の第２の光ビームの一部が前記第２の導光素子に導かれ、前記第２の導光素子が複数の導光構造体を含み、各導光構造体は、透光性材質であり、且つ第１の表面及び第２の表面を備え、前記第１の導光素子からの前記複数の第２の光ビームの一部が前記第１の表面で屈折した後、前記導光構造体に進入して複数の第３の光ビームとなり、且つ該複数の第３の光ビームの一部が前記第２の表面で屈折した後出射される、導光システム。
2. 前記導光構造体が、前記複数の第３の光ビームの一部を前記第２の表面に向けて反射する第３の表面をさらに含む、請求項１に記載の導光システム。
3. 前記第１の導光素子が、
   第１の側面と該第１の側面に対向する第２の側面とを備える、薄膜基部、及び
   前記薄膜基部の第１の側面又は第２の側面に位置し、断面が略三角形を呈する、少なくとも１つの微構造体、を含む、請求項１に記載の導光システム。
4. 前記空間本体が部屋であり、且つ前記第１の平面が該部屋の側壁であり、前記第２の平面が該部屋の天井である、請求項１に記載の導光システム。
5. 前記複数の第１の光ビームが太陽光である、請求項４に記載の導光システム。
6. 前記空間本体の第１の平面に設けられる透光構造物を更に含み、且つ前記第１の導光素子が該透光構造物に設けられる、請求項１に記載の導光システム。
7. 前記第２の導光素子が基部本体を更に含み、前記複数の導光構造体が該基部本体に位置する、請求項１に記載の導光システム。
8. 前記複数の導光構造体が前記基部本体と一体成形される、請求項７に記載の導光システム。
9. 前記第２の導光素子が、前記導光構造体の第１の表面からの光ビームを前記導光構造体の第２の表面に向けて反射する反射面を更に含む、請求項１に記載の導光システム。
10. 前記複数の導光構造体の断面が略扇形、三角形または多角形を呈する、請求項１に記載の導光システム。
11. 前記複数の導光構造体の第１の表面と前記空間本体の第２の平面の夾角を構造体夾角と定義し、且つ前記複数の導光構造体が異なる構造体夾角を備える、請求項１に記載の導光システム。
12. 前記複数の導光構造体の第１の表面と前記空間本体の第２の平面の夾角を構造体夾角と定義し、且つ前記第２の導光素子が複数の分布領域に区分され、且つ異なる分布領域に位置する前記複数の導光構造体が異なる構造体夾角を備える、請求項１に記載の導光システム。
13. 前記第１の平面と前記第２の平面が交線を備え、且つ前記複数の導光構造体と前記交線との距離が３ｍより小さい、請求項１に記載の導光システム。
14. 各導光構造体は長さと高さを備え、該長さが１０μｍ〜２０００μｍであり、且つ該高さが１０μｍ〜１０００μｍである、請求項１に記載の導光システム。
15. 複数の導光構造体を含み、
    各導光構造体が、透光性材質であり、且つ第１の表面及び第２の表面を備え、前記第１の表面が複数の光ビームに対向し、該複数の光ビームの一部が前記第１の表面で屈折した後、前記導光構造体に進入し、且つ前記第２の表面で屈折した後出射される、天井構造物。

Images