JP2016511915A - 窓の色を制御するための制御ユニット - Google Patents

Abstract

一態様によれば、窓（１１０）に通信可能に結合されるよう構成される制御ユニット（１３０）が提供される。前記窓は、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすよう制御可能である。前記制御ユニットは、前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の色温度を示す信号を獲得し、少なくとも該色温度を示す信号に基づいて少なくとも前記窓を透過する光の色温度に関し前記窓を制御するよう構成される。本発明の制御ユニットを用いることにより、前記窓を透過すべき光の色温度が変化してもある色温度を維持することが可能であろう。

Description

本発明は、広くは、窓を透過する光の特性の変化をもたらすよう制御可能である窓の分野に関する。とりわけ、本発明は、斯かる窓のための制御ユニットに関する。

電気的に制御可能な窓は、窓を透過する光を調光するために用いられ得る。斯かる窓は、"スマートウインドウ(smart window)"と呼ばれることがあり、ビルディングのエネルギ効率を高めるため人気が増している。斯かる窓は、太陽からビルディングに入る熱放射を低減させ、ひいては冷房の必要性を減らすため、機械的なブラインドの代わりに用いられ得る。エレクトロクロミックスマートウインドウを有するシステムの一例は、米国特許出願公開第US2009/0187287号に開示されている。このシステムはさらに、窓が比較的に透明でなくなった場合に昼光の欠乏を補償する照明システムを有している。

窓を透過する光の特性の変化をもたらすよう制御可能な窓のための新たなアプリケーションを見出すことが有利であろう。ビルディングにおけるより快適な昼光照明を実現することも望ましいであろう。これらの問題によく対処するため、独立請求項に規定される窓のための制御ユニットが提供される。好ましい実施例は、従属請求項に規定されている。

斯くして、一態様によれば、窓に通信可能に結合されるよう構成される制御ユニットが提供される。前記窓は、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすよう制御可能である。前記制御ユニットは、前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の色温度を示す信号を獲得し、少なくとも前記色温度を示す信号に基づいて少なくとも前記窓を透過する光の色温度に関し前記窓を制御するよう構成される。

これまで、窓を透過する光の特性の変化をもたらすよう制御可能な窓（以後、スマートウインドウと称されることがある）は、熱放射を減らすため機械的なサンブラインドに取って代わるよう用いられてきている。発明者は、スマートウインドウを新しいアプリケーション分野、すなわち、屋内照明の色温度を制御するために利用できることを認識した。昼光は、通常、５０００Ｋ付近等の比較的高い色温度を持つ。しかしながら、屋内照明は、より低い色温度を持つ場合見る人により快適であると知覚されるかもしれない。この態様によれば、窓を透過する光の色温度が調整され得る。窓により作用を受ける入射光（すなわち、窓を透過する光）の色温度の変化は、（窓のいずれかの側で）検知された色温度に基づき、これにより、窓を透過すべき光の色温度が変化してもある色温度を維持することができるであろう。正午の昼光の色温度は、例えば、夕方の色温度より高い可能性がある。

一実施例によれば、システムが提供されてもよい。システムは、窓であって、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすよう制御可能である、窓、及び前記窓を制御するための上述したような制御ユニットを有してもよい。一実施例によれば、前記システムは、前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の色温度を検知し、前記検知した色温度を示す信号を前記制御ユニットに送信するよう構成されるセンサを有してもよい。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、少なくとも前記色温度を示す信号に基づいて、前記窓を透過する光の色温度の４０００Ｋ以下、より好ましくは、３４００Ｋ以下、さらに好ましくは、２７００Ｋ以下の色温度への変化をもたらすよう前記窓を制御するよう構成されてもよい。（４０００Ｋを下回る等の）より低い色温度は、通常、（４０００Ｋを超える等の）より高い色温度と比較して、屋内照明にとって見る人により快適であると知覚される。この実施例によれば、（５０００Ｋ付近等の）比較的高い色温度から４０００Ｋ以下の色温度へ下げる光のチューニング(tuning)が可能である。窓からの照明は、この場合、（通常昼光と比べて低い色温度を持つ）従来の屋内照明器具からの照明とよく類似するであろう。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の輝度を示す信号を獲得し、前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を制御するよう構成されてもよい。斯くして、輝度も、窓を制御する際に考慮されてもよい。窓を制御するためのより多くの光パラメータを用いることは、窓により提供される照明のより正確な制御を提供するであろう。

一実施例によれば、前記窓は、該窓を透過できる光の程度に関し制御可能であり、前記制御ユニットは、前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を透過できる光の程度に関し前記窓を制御するよう構成されてもよい。（とりわけ正午付近の）昼光は、５０００ｌｕｘを超える等の比較的高い輝度を持つかもしれない。しかしながら、屋内照明は、より低い輝度を持つ場合見る人により快適であると知覚されるかもしれない。この実施例によれば、窓を透過する光の輝度が調整され得る。窓により作用を受ける入射光（すなわち、窓を透過する光）の輝度の変化は、（窓のいずれかの側で）検知された輝度に基づいてもよく、これにより、窓を透過すべき光の輝度が変化してもある輝度を維持することができるであろう。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、前記輝度を示す信号に基づいて、前記窓を透過する光が１０００ｌｕｘ以下、好ましくは、５００ｌｕｘ以下の平均輝度を持つよう前記窓を透過できる光の程度に関し前記窓を制御するよう構成されてもよい。（１０００ｌｕｘを下回る等の）より低い輝度は、通常、（１０００ｌｕｘを超える等の）より高い輝度と比較して、屋内照明にとって見る人により快適であると知覚される。この実施例によれば、（５０００ｌｕｘ付近等の）比較的高い輝度から１０００ｌｕｘ以下の輝度へ下げる光の調整が可能である。窓からの照明は、この場合、（通常昼光と比べて低い輝度を持つ）従来の屋内照明器具からの照明とよく類似するであろう。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を透過する光の色温度に関し前記窓を制御するよう構成されてもよい。例えば、より低い色温度は、白熱光ベースの照明と類似させるためより低い輝度について設定されてもよい。白熱光ベースの照明について、低い輝度は、低い色温度とよく関連付けられ、高い輝度は、高い色温度とよく関連付けられることがある。

一実施例によれば、前記制御ユニットは、前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の輝度を示す信号を獲得し、前記輝度を示す信号に基づいて光源により放たれる光の輝度を制御するよう構成されてもよい。前記光源は、前記制御ユニットに通信可能に結合され、前記窓の端部に光を入射するよう配設されてもよい。斯くして、前記システムは、前記窓の端部に光を入射するよう配設される光源を有してもよい。前記窓は、前記光源により該窓の端部に入射される光を出力するよう配設されてもよい。斯くして、光源により放たれた光は、端部において前記窓に入射し、（空気／窓界面における全内部反射により）該窓内を案内される。光は、例えば、窓内の（カラー粒子等の）粒子又は窓表面における粗構造により該窓から出力されてもよい。光源からの光は、夕暮れ、夜明け、夜間及び/又は曇りの天候の間等の昼光の欠乏を補償してもよい。例えば、輝度の減少が検知された場合、光源の光出力が増加されてもよい。さらに、光源により供給される光の色温度が、該光源からの光が窓を透過する場合、窓を制御することにより制御されてもよい。例えば、（固体ベースの光源等の）比較的高い色温度の光を放つ光源が用いられてもよく、この場合、窓は、光源からの光の色温度を低下させてもよく、これは、蛍光体等の追加の色調整手段の必要性を減らすことになる。この実施例は、上述したいずれの実施例と組み合わされてもよいことに留意されたい。

一実施例によれば、前記窓は、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすため、少なくともマゼンタ、黄及び好ましくはシアンの色に関し制御可能であってもよい。これらの色の相対的なレベルを調整することにより、様々な色温度が供給され得る。好ましくは、これらの色の相対的なレベルは、白熱ベースの照明と類似させるため黒体放射曲線付近（又は黒体放射曲線上）のカラーポイントを持つ色を実現するよう調整可能であってもよい。

一実施例によれば、前記窓は、電気的に制御可能な粒子を有し、前記窓を透過する光の色温度は、前記粒子を電気的に制御することにより制御可能であってもよい。粒子は、例えば、窓表面に塗布される層（フィルム）に含められてもよい。粒子は、例えば、電極により制御されてもよい。粒子は、窓を透過する光の色の変化をもたらすため着色されてもよく、及び/又は、窓を透過する光の量に影響を与えるため黒色であってもよい。窓は、イースキン(electronic skin (e-skin))を有してもよく、この場合、電気的に制御可能な粒子が、区画（セル）内に配設される。粒子は、電気的に荷電され、（面内電気泳動(in-plane electrophoresis)と称されることもある）イースキン表面と実質的に平行に電界を選択的に印可することにより制御可能であってもよい。イースキンの電極に電圧を選択的に印可することにより、粒子は、区画内で分散させられ、これにより、イースキンは、着色される／黒くなり、又は、区画の端部等の区画の集中場所に集中させられ、これにより、イースキンは、透明若しくは半透明等、着色されないか、少なくともそれほど着色されない／黒くなくなる。このようなイースキン技術は、文献"Bright e-skin technology and applications: simplified grayscale e-paper", Lenssen et al., Journal of SID 19/4 (2011) pp.1-7、文献"Novel concept for full-color electronic paper", Lenssen et al., Journal of SID 17/4 (2009) pp. 383-388、国際特許出願公開第WO2009153709号公報、国際特許出願公開第WO2009153713号公報及び国際特許出願公開第WO2009153701号公報により詳細に述べられており、これらの全体が参照により本願明細書に組み込まれる。

一実施例によれば、前記電気的に制御可能な粒子は、少なくとも第１の色の粒子及び第２の色の粒子を含み、前記第１の色の粒子は、前記第２の色の粒子から離れて又は独立して制御可能であってもよい。窓の色温度を調整することは、第１の色の粒子と第２の色の粒子とを相対的に制御することによりもたらされてもよい。例えば、第１の色はマゼンタ色であってもよく、第２の色は黄色であってもよい。

一実施例によれば、前記第１の色の粒子及び前記第２の色の粒子は、単一の層内で混合されてもよい。異なって着色された粒子は、異なる電荷を持たせることにより独立して制御可能であってもよい。斯くして、第１の色の粒子は、第２の色の粒子の電荷と異なる電荷を持ってもよい。文献"Novel concept for full-color electronic paper", Lenssen et al., Journal of SID 17/4 (2009) pp. 383-388等にさらに述べられるように、例えば、第１の色が望ましい場合、第１の色の粒子が区画内で分散させられ、第２の色の粒子が（例えば区画の端部に）集中されてもよい。

一実施例によれば、前記第１の色の粒子及び前記第２の色の粒子は、別個の層内に配設されてもよい。斯くして、窓の色は、別個の層を独立して調整することにより調整されてもよい。さらに、２つの異なる色（例えば、シアン色及び黄色）の粒子が、第１の層内に設けられてもよく、２つの他の色（例えば、マゼンタ色及び黒色）の粒子が第２の層内に設けられてもよく、これにより、４色の混合が可能である。

本発明が特許請求の範囲に挙げられているあらゆる可能な組み合わせに関することに留意されたい。本発明の態様のさらなる目的、特徴及び利点は、以下で詳述される開示、図面及び添付の特許請求の範囲を研究した場合に明らかになるであろう。当業者は、本発明の異なる特徴が、以下に述べられる実施例とは異なる実施例を創作するため組み合わせられ得ることを認識するであろう。

上述した及びその他の態様が、本発明の実施例を示す添付の図面を参照して、より詳細に述べられるであろう。

一実施例によるシステムを示す。 図１に示されるシステムの窓のイースキンの拡大図を示す。

全ての図面は概略的であり、必ずしも縮尺どおりではなく、概して本発明を説明するために必要な部分しか示していない。他の部分は省かれているか、単に示唆されているだけかもしれない。

図１を参照し、一実施例によるシステム１００を述べる。システム１００は、窓１１０、センサ１４０、１つ以上の光源１２０、ユーザインタフェース１５０及び制御ユニット（コントローラ）１３０を有する。窓１１０、センサ１４０、光源１２０及びユーザインタフェース１５０は、制御ユニット１３０に通信可能に結合される。システム１００は、例えば、窓１１０を介しビルディングに昼光を入れるため、該ビルディングに配設されてもよい。システム１００は、例えば、ビルディングの外部からビルディングの内部に光を案内する天窓等の光案内アセンブリに含められてもよい。

窓１１０は、ガラス又はプラスチック等の半透明又は透明の剛体材料からなるペイン(pane)を有してもよい。窓１１０は、窓１１０を透過する光の色温度の変化、好ましくは、４０００Ｋ以下、より好ましくは、３４００Ｋ以下、さらに好ましくは、２７００Ｋ以下への色温度の変化をもたらすよう制御可能である。窓１１０は、色に関して、窓１１０を透過する光の比較的暖かい色を実現するため黄色、橙色、赤色へと窓１１０の色をチューニングできるよう調整可能であってもよい。これらの色及び色温度は、黄色及びマゼンタ色を混合することにより与えられてもよい。より寒色の色温度を実現するため、シアン色が、混合に加えられてもよい。黒色が、光をブロックするため用いられてもよい。

窓１１０を透過する光の色の変化をもたらす目的で、窓１１０は、電気的に制御可能な着色粒子を有してもよい。例えば、イースキン１１５が、窓１１０の表面に結合されてもよい。イースキン１１５は、１つ以上の層を有し、各層が、図２に図示されるような複数の区画（セル）１１１、１１２を持ってもよい。この例においては、イースキン１１５は、互いに重なる第１の層及び第２の層を有する。第１の層の第１の区画１１１は、第２の層の第２の区画１１２上に（結合される等して）配設される。第１の区画１１１は、正に帯電したシアン色粒子１１７及び負に帯電した黄色粒子１１６を囲み、第２の区画１１２は、負に帯電したマゼンタ色粒子１１８及び正に帯電した黒色粒子１１９を囲む。第１の区画１１１の電極１１３間に印可される面内電界(in-phase electrical field)を調整することにより、黄色粒子１１６は、第１の区画１１１内に分散させることができ、シアン色粒子１１７は、第１の区画１１１の端部等の比較的小さな領域に集中させることができ、これにより、第１の層の第１の区画部分は、黄色になる。同様に、第２の区画１１２の電極１１３間に印可される面内電界を調整することにより、マゼンタ色粒子１１８は、第２の区画１１２内に分散させることができ、黒色粒子１１９は、第２の区画１１２の端部等の比較的小さな領域に集中させることができ、これにより、第２の層の第２の区画部分は、マゼンタ色になる。２つの層は重なっているので、黄色及びマゼンタ色の混合がイースキン１１５に生じる。同じ原理で、シアン色粒子１１７及び黒色粒子１１９は、分散させられ、黄色粒子１１６及びマゼンタ色粒子１１８は、区画１１１、１１２の端部に集中させることができる。斯くして、ある色の粒子は、他の色の粒子から独立して制御可能である。

光源１２０は、光源１２０により放たれる光がウィンドウペインに入り、案内されるよう窓１１０の端部に結合される。光は、イースキン１１５内の着色粒子により窓１１０から離れ出ることができる。光源１２０は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の固体ベースの光素子を有してもよい。

センサ１４０は、窓１１０を透過すべき及び/又は透過した光の色温度を（及び好ましくは輝度も）検知するよう配設される。斯くして、センサ１４０は、屋外又は屋内等の窓１１０のいずれの側に配設されてもよい。任意に、２つ以上のセンサ１４０、例えば、色温度を検知するための１つのセンサ及び輝度を検知するための１つのセンサが、システム１００に含められてもよい。センサ１４０は、窓１１０の同じ側又は窓１１０の各々の側に配設されてもよい。センサ１４０は、検知された色温度を示す信号を（及び好ましくは検知された輝度を示す信号も）制御ユニット１３０に（無線又は有線で）送信するよう構成される。

制御ユニット１３０は、色温度に関し（及び好ましくは窓１１０を透過できる光の程度にも関して）窓１１０を制御し、（例えば光源１２０の調光レベル等）光源１２０により放たれる光の輝度に関し光源１２０を制御するよう構成される。コントローラ１３０により実行される制御は、センサ１４０から受信した信号に基づく。コントローラ１３０は、ユーザインタフェース１５０に通信可能に結合されてもよい。ユーザは、（例えば、照明輝度及び/又は色温度で指定される）システム１００の所定の光設定を選択してもよい。制御ユニット１３０は、この場合、検知されたライティング状態に基づいて選択された光設定をもたらすよう窓１１０及び光源１２０を制御してもよい。

例えば、センサ１４０が３０００ｌｕｘの輝度及び４０００Ｋの色温度を窓１１０の外側で検知する場合に、５００ｌｕｘの輝度及び３０００Ｋの色温度を持つ光設定が選択されるかもしれない。制御ユニット１３０は、この場合、窓１１０を透過する光の色温度を約３０００Ｋの色温度に変化させるため窓１１０の色を調整してもよい。これは、例えば、窓１１０のイースキン１１５の区画内でマゼンタ色粒子及び/又は黄色粒子を分散させることにより実現されてもよい。さらに、制御ユニット１３０は、窓１１０を透過した光の輝度が約５００ｌｕｘになるよう、窓１１０の光透過度を制御してもよい。斯くして、窓１１０は、いくらかの光入力をブロックするよう制御され、これは、例えば、窓１１０のイースキン１１５の区画内で黒色粒子を分散させることにより実現されてもよい。さらに、窓１１０からの光出力が適切な輝度（すなわち、窓１１０を通過した後５００ｌｕｘ）を持つ場合、制御ニット１１０は、光源１２０をオフするよう制御してもよい。

他の例によれば、センサ１４０が窓１１０の外側で輝度ゼロ（ゆえに色温度なし）を検知する場合に、５００ｌｕｘの輝度及び３０００Ｋの色温度を持つ光設定（すなわち、先の例と同じ光設定）が選択されるかもしれない。制御ユニット１３０は、この場合、例えば、光源１２０をオンにし、光源１２０の輝度を５００ｌｕｘに調整することにより、及び、光源１２０から放たれ、窓１１０を透過する光の色温度を約３０００Ｋの色温度に変化させるため窓１１０の色を調整することにより、（センサ１４０からの信号に基づいて）窓１１０及び光源１２０を制御してもよい。

実施例を図面及び上述の記載において詳細に述べたが、斯かる説明は、例示的なものであり、限定的なものではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施例に限られるものではない。

例えば、昼光に基づいて照明を制御するシステムが、本願明細書における例示の実施例として述べられたが、システムは、窓を透過する光の色温度を制御ことが望ましい他のアプリケーションについて同様に用いられてもよいことに留意されたい。

さらに、イースキンを有する窓が、本願明細書における例示の実施例として述べられたが、窓を透過する光の色温度の変化は、電気泳動、エレクトロキネティック、エレクトロウェッティング、懸濁粒子デバイス、液晶又はエレクトロクロミック技術等の他の技術により同様に実現されてもよいことに留意されたい。

開示された実施例に対する他のバリエーションが、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、特許請求の範囲の発明を実践する業界の当業者によって理解され、実施され得るであろう。請求項において、"有する"という用語は他の要素又はステップを除外するものではなく、単数表記は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが請求項に記載された幾つかのアイテムの機能を実現してもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有効に用いられ得ないことを示すものではない。請求項中のいかなる参照符号も、その範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. 窓に通信可能に結合されるよう構成される制御ユニットであって、
   前記窓は、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすよう制御可能であり、
   前記制御ユニットは、
   前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の色温度を示す信号を獲得し、
   少なくとも前記色温度を示す信号に基づいて少なくとも前記窓を透過する光の色温度に関し前記窓を制御するよう構成される、制御ユニット。
2. 前記制御ユニットは、
   少なくとも前記色温度を示す信号に基づいて、前記窓を透過する光の色温度の４０００Ｋ以下、より好ましくは、３４００Ｋ以下、さらに好ましくは、２７００Ｋ以下の色温度への変化をもたらすよう前記窓を制御するよう構成される、請求項１に記載の制御ユニット。
3. 前記制御ユニットは、
   前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の輝度を示す信号を獲得し、
   前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を制御するよう構成される、請求項１又は２に記載の制御ユニット。
4. 前記窓は、該窓を透過できる光の程度に関し制御可能であり、
   前記制御ユニットは、
   前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を透過できる光の程度に関し前記窓を制御するよう構成される、請求項３に記載の制御ユニット。
5. 前記制御ユニットは、
   前記輝度を示す信号に基づいて、前記窓を透過する光が１０００ｌｕｘ以下、好ましくは、５００ｌｕｘ以下の平均輝度を持つよう前記窓を透過できる光の程度に関し前記窓を制御するよう構成される、請求項４に記載の制御ユニット。
6. 前記制御ユニットは、
   前記輝度を示す信号に基づいて前記窓を透過する光の色温度に関し前記窓を制御するよう構成される、請求項３乃至５の何れか一項に記載の制御ユニット。
7. 前記制御ユニットは、
   前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の輝度を示す信号を獲得し、
   前記輝度を示す信号に基づいて光源により放たれる光の輝度を制御するよう構成され、
   前記光源は、前記制御ユニットに通信可能に結合され、前記窓の端部に光を入射するよう配設される、請求項１又は２に記載の制御ユニット。
8. 窓であって、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすよう制御可能である、窓、及び
   前記窓を制御するための請求項１乃至７の何れか一項に記載の制御ユニットを有するシステム。
9. 前記窓を透過すべき及び/又は前記窓を透過した光の色温度を検知し、
   前記検知した色温度を示す信号を前記制御ユニットに送信するよう構成されるセンサを有する、請求項８に記載のシステム。
10. 前記窓の端部に光を入射するよう配設される光源を有し、
    前記窓は、前記光源により該窓の端部に入射される光を出力するよう配設される、請求項８又は９に記載のシステム。
11. 前記窓は、該窓を透過する光の色温度の変化をもたらすため、少なくともマゼンタ、黄及び好ましくはシアンの色に関し制御可能である、請求項８乃至１０の何れか一項に記載のシステム。
12. 前記窓は、電気的に制御可能な粒子を有し、
    前記窓を透過する光の色温度は、前記粒子を電気的に制御することにより制御可能である、請求項８乃至１１の何れか一項に記載のシステム。
13. 前記電気的に制御可能な粒子は、少なくとも第１の色の粒子及び第２の色の粒子を含み、
    前記第１の色の粒子は、前記第２の色の粒子と独立して制御可能である、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記第１の色の粒子及び前記第２の色の粒子は、単一の層内で混合される、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記第１の色の粒子及び前記第２の色の粒子は、別個の層内に配設される、請求項１３に記載のシステム。

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