JP2018500923A - 園芸及び他の用途のための照明 - Google Patents

Abstract

鏡（１）又は等価の放射偏向器などの凸面反射面は、特定の場所又は場所の種類に適するように設計され、適所に固定され、かつ調整を必要とせず、暦年又は選択され得るより短い動作期間を通して、選択した対象領域へと太陽放射（２、３）の向きを下方に向けることができ、化石燃料を含む最小限の支出で、温室内又は野外での植物の成長、及び他の人的活動に有益である。

Description

本発明は、反射させた太陽放射を通じて照明を改善するための静止装置に関する。本発明は、他の目的で太陽放射の強度を増加させるのにも同様に役立つが、主として、野外で又はカバー下で栽培される植物に最終的に到達する太陽からの放射の強度を増加させることにより、植物の成長及び健康を改善するためのものである。

緑色植物の成長は、適切な波長の十分な光を受光することに依存する。太陽光を植物に向けて反射させることにより植物の成長を改善する装置は、１００年よりもはるかに長い期間にわたって特許の対象となっている。他の条件が同じで光強度が低い場合には、光合成速度は、超えると更なる利益が生じず且つ局所過熱（焼け焦げ）、水不足又は過度の温度による損傷が生じ得る限界までは、照明の強度にほぼ比例する。したがって、光強度を増加させることによる最大の利益は、初期の光強度と温度の両方が比較的低いときに認められる。植物種及び品種は、異なる範囲の温度、湿度、光強度、及び光暴露の持続時間に対して進化又は選択を通して適応してきたので（例えば、長日植物及び短日植物）複雑な関係が生じ、結果として、造園業者に求められる手入れと労力の大部分は、植物種又は品種を場所に調和させることである。しかしながら、特定の植物に対して光強度が低すぎる場合又は照明時間が短すぎる場合には、植物がどこに位置しているとしても、より良好な照明によって改善することができ、このことが本発明の主要な動機である。

「温室効果」とは、短波長の放射エネルギーを捕捉し、より長い波長で不可避的に再放射されるエネルギーの漏洩を防止し、それによって温度を上昇させることである。温室を建設する主な動機は、内部の温度を上昇させることにより植物の成長に利益をもたらすことである。それに加えて、風からの保護と、野外で可能であるよりもはるかに厳密に植物環境のあらゆる側面を制御する能力とが含まれる。光合成のための光強度の増加は、主要な動機ではなく、多くの技術文献は、太陽による過度の照明から生じる温度上昇を防止するために、温室を遮光若しくは換気するか又は過剰な熱を廃棄することに係るものである。他方では、植物の成長を支えるために十分な光が依然として必要である。

商業的温室の実践では、厳密に所望の成果をもたらすために綿密に且つ費用をかけて考案された人口照明装置が多用され、比較的少数の場合では、太陽光照明を増加させるために注意が払われる。厳密にはどの植物が栽培され、それゆえ最終製品として売り出されるかによって決まるが、光強度が植物成長を阻害する重要な要因である場合に照明の増加を安価に行うことができれば、そのような照明を増加させることより商業的利益が生じる可能性がある。

太陽からの光を偏向させることによって、成長する植物又は屋内若しくは屋外の空間をより良好に照明する手段は、過去何世紀にもわたって、主な発明的活動の対象であった。

温室開発の歴史（非特許文献１）において、Ｈｉｘは、内部の換気を行うことと一部の追加の光を植物に向けて下方に反射させることの両方ために傾斜した上部ガラス板を上昇させることができる、オランダから広まった１７３７年の強制フレームを説明している。

非常に多くの文書では、成長する植物に対する配光を改善するために温室内で反射面を使用することが説明されている。

外部から集光して温室内に光を向けるための構成も知られている。

先程述べた例のいくつか、及び目的が園芸に関するものではなく人的活動を支援するために建物内の照明を改善することである他の例では、常に太陽に面し、これにより、収集されるエネルギーの量を最大化するために、放射エネルギーの１次収集器を日中に制御下で移動させる。このようなものは「ヘリオスタット」という名称でよく知られている。太陽追尾機構及びかかる装置の制御は、１日の時間及び年間の季節に適応しなければならない。これらは、相応に面倒でコストがかかり且つ複雑であり、本発明との比較から除外される。

本出願に対する優先権出願（特許文献１）では、以下の文献が引用されている。
・（特許文献２）は、温室内の両側に配設された凸面鏡を開示しており、これら凸面鏡は温室内で光を側方にそらす。これは温室が太陽光を受光する間により効率的な光捕捉を提供し、直接受光した太陽光によってもたらされる照明以上に温室の照明を増加させるが、温室が直射日光を受光していないときには追加の光を提供しない。
・（特許文献３）は、強い照明を提供するために家屋の側面に向けて光を側方に反射させるために使用されるとともに、鏡を移動させて照明の均一性を提供するためのセンサ／モータ構成を含む鏡を開示している。
・（特許文献４）は、鏡を移動させて照明の均一性を提供するために移動するように装着された、強い照明を提供するために光を側方に反射させるために使用される鏡を開示している。
・（特許文献５）は、建物内への反射を確実にする鏡の自動調整により、建物内へ光を反射させるように配置された鏡を開示している。
・（特許文献６）は、建物内へ光を反射させるように配置された凸面（球面）鏡を開示している。
・（特許文献７）は、建物内の照明装置を改良することを目的とし、固定鏡を示していない。
・（特許文献８）は、改良された太陽光変換器を開示している。
・（特許文献９）は、フレネルレンズとすることができる多数の光偏向セグメントを含む天窓を開示している。
・（特許文献１０）は光透過素子を開示している。

国際出願ＧＢ２０１５／００００５号 中国実用新案第２００９５３７７４号 国際公開第００／６６９４７号 仏国特許出願公開第２８３７２６１号 特開平０２−０８６００４号 仏国特許出願公開第２８４３１８５号 特開平０９−２６５８１５号 米国特許出願公開第２００９／３０８３７７号 独国特許第４２２５００７号 米国特許出願公開第２００７／２３０２０９号

‘Ｔｈｅ Ｇｌａｓｓｈｏｕｓｅ’，Ｐｈａｉｄｏｎ Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ １９９６，ｐ．５８

引用した技術のいずれも、対象領域に位置する植物に向けて受光した太陽光を受光した太陽光よりも低い強度で鉛直下方又は斜め下方に反射させるように配置された静止凸面反射面を設けることによる、植物による光合成のための光の利用可能性を高める方法を開示していない。本出願人は、このような構成が対象領域における昼間の期間を実質的に延ばすことに気付いた。

本出願人は更に、一定の曲率を有さない凸面反射面を設けることが有利であることに気付いた。「一定の」とは、「均一な」又は位置が不変であることを意味する。球面又は部分球面は一定の曲率を有し、多くの形状は一定でない曲率を有する。

本発明は、現地周辺での絶え間ない建物の建設によって太陽光が植物に届いている時間が徐々に減少する都市環境において、屋外で栽培される植物の状態を考慮したことから生まれたものである。本発明者は、太陽が地平線よりも上方にあり、雲、霞、隣接する高層ビル又は他の物体によって覆い隠されていないときに、いつでも偏向した太陽光による照明を提供するが、日中に又は年間を通してでさえ鏡が調整を必要としないように鏡を設計し設置できることに気付いた。本発明者は更に、偏向した放射がある時間帯及び時期に望ましくない場合には、固定式鏡の対応するセグメントを単に除去するか又は覆い隠すことにより、それを設計段階以降に排除することができることに気付いた。いくつかの結果は、これらの当初の発明の進歩性から必然的に得られ、他の結果は、補完的な発明の進歩性の性質を有する。

定義：
高度とは、その場所及び時間における遮るもののない地平線よりも上方にある太陽の高低角である。
方位角は、水平面に投影される太陽の方向であり、ここでは天文学的慣習に従わずに、コンパス方位の度で表示される。
コンパス方位。地理的方向は、真北が０°又は３６０°、東が９０°、南が１８０°などであるように、コンパス方位として度で表される。
「フレネルミラー」は、従来、本明細書での意味と同じ意味で特許文献において使用されており、換言すれば、平面鏡、凹面鏡又は凸面鏡であれ、一緒になって単一の鏡の効果を有する任意の組の表面である。本来、「フレネル」は、Ａｕｇｕｓｔｉｎ−Ｊｅａｎ Ｆｒｅｓｎｅｌによって導入された、灯台で使用する種類のレンズにのみ適用されており、その意味は類推により拡張される。
温室とは、暖房又は照明のための追加の構成が作製されているかどうかに関わらず、全体的又は部分的に透過性である天蓋の下又は囲い内で植物を栽培するための任意の構成を意味する。
園芸とは、成果を完全に自然に任せることによる方法及び目的以外の、植物を栽培する任意の方法及び目的を意味し、ガーデニングすること、土壌の有無に関わらず、屋内又は屋外で、温室の内部又は外部で、植木鉢、植木箱又は任意の容器で植物を栽培することを含む。事業の規模又は性質が本発明の使用を排除するようなものである場合には、代わりに「農業」を使用することができる。
傾斜とは、特定の箇所における、表面が湾曲しているかどうかに関わらない、度で表される、地平線よりも上方にある鏡の反射面の角度を意味する。
放射の強度は、任意の方法で測定されるとともに、当技術分野で知られている任意の単位で表されるが、測定される放射の進行方向に（９０°で）直交する表面に常に当たるようなものである。低強度とは、波長が光合成に適したものであるか又はそうでない場合には波長が光合成に適したものであるかのように計算される条件での、いかなる増加も対象領域に配置され得る任意の植物の光合成速度の増加をもたらすかかる放射強度のレベルを意味する。
光は、人間の目で見ることができる波長の放射エネルギーで構成される。放射エネルギーは、本明細書におけるほとんどの目的において好ましい用語であり、文脈上、可視波長の意味を限定する必要がないときはいつでも、「光」という単語の代わりに使用され得る。照明及び放射は、任意の波長の放射エネルギーを指す。
鏡とは、特段の限定がない又は文脈から明らかでない限り、鏡の組立体を含む本発明の鏡、又はそのような組立体の構成鏡を意味する。構成鏡とは、他のものと組み合わされたときに本発明の鏡を構成する反射面又はそのような表面の一部分を意味する。
対象とは、本発明の装置により照明されるように意図された領域を意味し、「領域」は、制限されない場合、同じ意味合いを有する。「地点」とは、対象領域又は他の領域内の小領域を意味する。
三脚とは、あらゆる種類の地上構造物に又は地面自体に本発明の装置を接続するために使用され得る調整可能な３つの支柱からなるシステムを意味する。

以下の非限定的な開示では、図面（図）を参照する。

湾曲面からの反射を図示する概略図である。 異なる方位角における一連の鏡を図示する概略図である。 上方からの反射湾曲面を図示する概略図である。 一定の曲率の鏡を図示する概略図である。 一定の曲率の鏡を図示する概略図である。 特定の場所での本発明の動作を図示する概略図である。 本発明で使用する調整可能な鏡を図示する概略図である。 不均一な曲率の鏡を図示する概略図である。

太陽が照っているときにはいつでも、太陽が直上にない限り、太陽からの放射が中程度の強度損失で鉛直下方に反射されるような向きと傾斜で平面鏡を配設することができるが、この光源からの対象への照明を一日中維持するために、コンパス方位と傾斜の両方に関して平面鏡を絶えず移動させなければならないことは明らかであり、任意の所定の時間帯又は方位角おける太陽の高度が季節を通じて次々と日々変化するので、ある１日に最適な設定が次の日には最適ではないことも明らかである。同様に、所定の高度は、季節を通じて次々と日々変化する方位値及び時間帯に生じる。しかしながら、完全に予測可能な形でこれらのコンパス方位と高度の変化が起こることに留意されたい。それゆえ、該当する方位角において太陽が地平線よりも上方にある年間を通じて毎日且つ晴天で日陰がないという条件で、太陽が日々の進行においてその方位角に到達したときに、常に太陽からの光の一部を鉛直下方に反射させる、所定のコンパス方位に面する凸面鏡を考案して固定することが可能である。図１は、５２°の緯度について、夏至（高度６１．５°）と冬至（高度１４．５°）の両方において、且つ、夏至と冬至との間の全ての日にちにおいて、入射放射の一部を下方に直接反射させることを示す、できる限り最も簡単な方法でこの原理を図示している。

僅かな余地を残さなければならないことは明らかであるが、原則として、７５．８°を超え且つ５２．３°未満の鏡傾斜は、この位置及びコンパス方位では有用ではない。鏡断面は、円弧（必須の制約ではない）として示されており、このような鏡は、基本的に水平軸線に対して円筒状であるが、完全な円筒ではない。所定の方位角における高度が年間に±２３．５°の最大範囲（合計４７°）にわたって変化するので、円筒の周縁のかなりの小さな部分で十分である。

ここで且つ説明全体を通じて、北緯における、方位角、高度、鏡傾斜、並びに鏡の縦寸法及び横寸法は、後に南半球に拡張させる目的で且つ真下以外に放射を偏向させるために設計された、要求に応じて利用可能である、コンピュータＡＰＰによって計算された。

互いに類似しているが、関連範囲の高度に対して適切に形作られ、各々が順々に次のコンパス方位に面するように配置される、図１の鏡のような一連の鏡が、本発明の実施形態であり、また、別個の鏡の個別のコンパス方位間に隙間があるので対象領域内の任意の特定の選択した地点に連続してではないが、年間のそれぞれの日の太陽に照らされた部分の至る所で予め決められた対象領域に向けて光を下方に反射させる。互いに影になるのを回避するために、曲線を描くように鏡を配置しなければならない。図２は、各鏡の面する（２０°間隔の）コンパス方位が各々に表示された、一連の鏡の上縁部のみを示している。この特定の構成は、遮蔽物がない場合に、北緯約５０°で真夏の午前中に且つ冬場のより短い期間に、放射を下方に提供することができる。

好ましくは、これらの別個の反射面は、垂直方向にのみならず水平面において連続的に変化する適切な曲率を有する単一の鏡により置き換えられる。北極圏の北（又は南極圏の南）、本発明の鏡は、夏の短期間に２４時間連続して放射を下方に提供することができる（図３）。

図４Ａ及び図４Ｂは、スケールは異なるが、それぞれ上方から及び東側からの同じ鏡の２つの線図である。実施形態は、午後に鏡自体が日陰になるので朝の時間帯にのみ壁の最下部における対象領域に向けて放射を下方に偏向させるために、５２°の緯度で東向きの壁にしっかりと固定される。何であれ任意の物体に本発明の鏡を取り付ける場合に原理の変更が含まれないことと、コンパス方位の任意の円弧が使用され得ることが、当業者には明らかであろう。

本発明の追加の態様：
本発明のある態様は、不可避的に又は補完的な発明の進歩性を組み込んだ、重要な発明の進歩性の結果として生じる。

ａ］凸面鏡を使用する１つの結果は、偏向した放射が、鏡に入射する放射よりも低い強度を有することである。このことは、本発明の最も一般的な使用において、すなわち、放射エネルギーがないときの強度が制限的である状況において、いかなる増加も有益である限り追加の放射エネルギーを提供するために、有利であるとみなされる。

ｂ］過剰な照明の地点が対象領域に生じないように、偏向された放射エネルギーを散乱させるのに十分に本発明の鏡の表面を粗くする。他方では、一部の放射を以下に［ｉ］で述べるように後方散乱させるが、この特性は対象に当たる放射エネルギーの強度の減少に寄与する。

ｃ］既に述べた実施形態から明らかであるように、想定されるあらゆる鏡傾斜が全てのコンパス方位においてもたらされることは必須ではない。おそらく有用であり得ない鏡のそれらの部分は、費用を削減するために製造時に省略されるか、後の段階で切り離されるか、スクリーンにより覆い隠されるか、又は適切な表面処理により非反射性にされてもよい。また、不必要又は有害である偏向した放射を生み出す任意のセグメントを省略するか、覆い隠すか又は除去することにより、鏡の形状をカスタマイズするこの原理を任意の場所に対して拡張してもよい。本発明のいくつかの実施形態では、容易に切断し修正できる材料で鏡が作製されることが望ましい特徴である。

ｄ］湾曲面は、揚力などの強力な空気力学的力を受けることがある。この理由から、雪又は雨水による荷重を最小限に抑えるために、いくつかの実施形態では、鏡に隙間を設けることが望ましい場合がある。このような隙間は、［ｂ］で述べた表面粗さの効果を高める。

ｅ］放射を下方に偏向させるが、必ずしも鉛直下方に偏向させず、また、例えば、不透明な遮蔽物体を又は装置自体により不所望に影ができることを回避するために、斜め下方への経路を提供することが明らかに有利である場所がある。そのような場合、鏡の標準形状を使用して鏡の向きのみを調整すれば十分であり得ることが多いが、鏡の好ましい形状、曲率及び全体の向きは、鉛直下方に偏向させる鏡のものとは異なる。

ｆ］他の時間での照明としての主要な機能に加えて、ある場所では、装置自体がある時間帯及び時期に日陰としての機能を果たすものとすることが有利であり得る。これは、園芸用途に適用されるだけでなく、他の用途に適用されてもよく、非常に重要であり得る一例は、ある時期に暖房及び余分な照明を必要とし、過剰暖房を回避するために他の時間には遮光される、ガラス屋根を有するスイミングプールにおける例である。

ｇ］設置は、特定の場所での設置の目的で最適に提供するために、鏡を正しい向きに向けることを含む。鏡が取り付けられる建築物は多くの異なる形態を有することができ、製造時に全ての可能な形態に正確に一致するように提供することは可能ではない。それゆえ、鏡がどのように設置されるかを正確に予見できない限り、鏡には容易に調整可能な装着具が設けられることが望ましく、このような装着具の望ましい形態は三脚であり、この三脚では、各アームを伸縮させて新たな長さでロックすることができ、且つ各アームの各端部に玉継手などの自在継手が設けられ、そして、この継手は、一方の端部において鏡（又は鏡自体に取り付けられたフレーム）に及び他方の端部において建築支持構造に取り付けられる。このような装着手段は、当技術分野では周知であり、且つ三脚のアームの実用上可能な長さ及び隣接する障害物により課される制限の範囲内で、３つの直交する平面全てにおいて所望の向きに調整することを可能にする。「三脚」という単語の使用は、この補助支持装置の全体の向きについては何も暗示していない。多くの設置では、アームは垂直であるよりもほぼ水平であり、このことが「脚」の代わりに「アーム」という単語が使用される理由である。

ｈ］これまで説明した望ましい実施形態では、鏡は適所に固定されるが、例えば、随時、おそらく毎年行うことが望ましい洗浄のために、又は鏡の向きを変更するために、調整可能で且つ取り外し可能である鏡を提供することが有利である。本発明の鏡は、その動作期間中に移動させる又は調整する必要がない。とはいえ、地域的条件の変化又は季節に伴う変化が生じた場合にいくつかの設備では、随時調整を行うことが望ましく、いくつかの場所では、より小さく、それゆえより低コストの鏡の使用を可能にする。商業運転では、調整により人件費が生じるので、随時調整を必要とするより小さな鏡と、より大きく、より高価で、永久に固定された鏡との「トレードオフ」が存在し得る。図６の実施形態は、毎年２回、春分と秋分に又は春分と秋分に近い時期に調整される。

ｉ］鏡は、凸面であるとともに、入射放射の一部を対象に向けていつでも下方に偏向させる可変傾斜の湾曲面を組み込んでいる。しかし、所定の方位角において、湾曲面の多くは、対象の一部ではない隣接する領域に向けて放射を偏向させる。そのような場合、そのような「迷」偏向放射（‘stray’ deflected radiation）が有害であるか又は邪魔なものであるかを考慮することが望ましく、そうであれば、「迷」偏向放射が本発明の有用性に影響を及ぼすことなく補助鏡又は補助スクリーンによりそらされるか又は遮断されてもよい。表面粗さは、さもなければ他の場所に偏向する一部の放射を所望の対象に向けて「後方散乱」させる。

ｊ］対象に到達する偏向した放射の強度は、同じ表面積の正確に正しい向きに向けられた平面鏡を使用するよりも凸面鏡の場合では低く、また、本発明では、どれだけ多くの鏡の表面積が所望の方向に放射を偏向させるかに依存するが、はるかに低いことが多い。大きく湾曲した小さな鏡は、緩やかに湾曲した大きな鏡よりも低い強度をもたらす。鏡の大きさ及び曲率は、製造時に特定の設置における要件を満たすように適合させることができる。例えば、照明が日の出の１時間の間にのみ且つ１年の特定の日にのみ必要である場合に、照明は、制限された範囲の方位角に面する制限された範囲の凸面曲率で大きな鏡によってより効果的に提供される。更に、特定の望ましい数時間及び数日に機能を果たすように意図された曲率を（規定するように、単位面積当り）より高い強度の偏向した放射を提供するように「緩く」してもよい。これらの特徴は、ある特定の商業園芸作業に重要である可能性が高い。図７は、曲率半径が一定でない、すなわち円弧ではない、そのような鏡の方位角面における断面を示している。

ｋ］別の場所での説明にかかわらず、鏡の構造の力学的基礎は、決して限定されるものではなく、フレームに取り付けられた複数の構成要素と、フレーム上に張設された膜と、バルーンのように内部に閉じ込められたガス圧により又は膜に対して向けられたガスの流れにより形状が維持される膜とを含む。いくつかの実施形態において、構成鏡は、鏡が全体として凸面であるという本発明の原理から逸脱することなく、平坦であるか又は更には僅かに凹面であってもよい。いくつかの実施形態において、鏡は、調整又は注意を別段必要としないが、暴風雨時には取り外されることが好ましい。

ｌ］本発明の鏡と同じように放射エネルギーを偏向させ分散させることが可能である他の光学機器が数多く存在し、また、コストと、製造、設置及び保守点検の容易さとにおいて鏡が利点を有し得るが、鏡ではないそのような他の光学機器の使用も本発明の範囲内に含まれる。

本発明の鏡は、保護された「温室」型条件の下で植物が栽培される領域を含むが、屋内よりもむしろ屋外の、より暗い場所により多くの光を投じる。本発明の鏡は、完全な太陽光の強度と一致させるように、又は暖房を行うように（寄与が存在し得るが）若しくは電力を発生させるために太陽エネルギーを収集するように意図されたものではなく、一部の追加の放射エネルギーをそれにより改善が得られる領域に加えるように意図されたものである。鏡は、可動部品又は制御機構なしに、ゼロ調整又は最小限の調整（労働日に全く何もしない）及び最小限の保守点検で、安価且つ簡単にこれを達成する。本発明は、同じく、照明の強度としての照明の持続時間を延長することに係るものである。

１つの特定の用途は、壁に又は別様に対象よりも高い所に装着された本発明の装置が、直射日光よりも依然として低いが、対象に到達する強度のおそらく数倍の放射エネルギーを１日に数時間提供する恒久的又は過度に遮光された都市部でのガーデニング用途である。

別の特定の用途は、太陽の高度が低いときに、例えば、毎日短時間、追加の放射の暖房効果が有益でもあり且つ燃料費又は電力費を削減する場合に日の出直後の１又は２時間だけでも、高緯度にある温室に追加の放射を提供する用途である。このような鏡は、図６に示した方式に類似した方式で所望の各方向に面する回転を随時可能にするように装着されてもよい。典型的には、鏡は、他の時間帯に温室を日陰にしないように温室の一方側に設置され、鏡の曲率及び傾斜は、それを可能にするように適合される。

更なる応用は、当業者には明らかであり、屋外作業又は余暇活動に快適な環境を低コストで提供することを含む。

特許請求される発明には、園芸以外の屋内又は屋外での用途と、原理の変更なしに本発明の有効性を高めるとともに、特許請求される発明に関連して、例えば、本発明の装置により既に偏向した放射を更に偏向させることにより、動作する追加の特徴又は装置の使用と、特許請求される発明において鏡の代わりに使用できる、凸面鏡のように十分に放射を偏向させる鏡ではない装置と、特許請求される放射の偏向に加えて、対象に到達する偏向した放射の波長が装置に作用する波長から変更されているように、装置に作用する放射の波長を選択又は修正する装置と、材料に関して限定されない、特許請求される装置の製造の手段と、具体的には「三脚」支持体の使用を含む支持構造に対する設置、調整及び固定の手段とが含まれる。

図１は、北緯５２°で１８０°に面する凸面鏡［１］の縦断面を示している。夏至には、正午現地太陽時（at noon local solar time）の太陽からの光は、高度６１．５°［２］を有し、７５．８°に傾斜した鏡面の部分により直接下方に反射される。同様に冬至では、正午現地太陽時（高度１４．５°）［３］の太陽からの光は、５２．３°に傾斜した鏡表面の部分により直接下方に反射される。ここで図示するように、鏡断面は円弧である。

図２は、鏡の配列の最上縁部のみを示しており、各鏡は各々に特有である最大及び最小鏡傾斜が使用され、互に影になるのを回避するために曲線を描くように設置され、各々が、真夏の夜明けにおける方位角がほぼ５０°である北緯約５０°において、２０°間隔で表示されたコンパス方位に面することを除いて、図１の鏡に類似している。

図３は、上方から見た、北緯７０°における「最大外周鏡」である。表示されたコンパス方位における線は、中心［４］から鏡の周縁［５］に放射状に延びている。最大及び最小有効鏡傾斜は、以下の通り、すなわち、（３６０°）４５°〜４７°、（９０°、２７０°）４５°〜５７．６°、（１８０°）４５°〜６７°である。鏡の周縁は、中心から水平面内において等距離にある。この例において、鏡は一定の半径を有さない。図４Ａ及び図４Ｂに適用できる名称を用いて、図３は定数Ｈで描かれており、鏡の曲率半径は一定ではなく、コンパス方向によって異なる。

このような鏡は、単一の中央マスト又はタワーから吊るすことができ、有利には、周縁に取り付けられたステーにより安定させる。

図４Ａ及び図４Ｂの例では、緯度は北緯５２°であり、東向きの壁に固定された鏡は、鏡傾斜４５°から各方位角における最大鏡傾斜までのスライスされた中空球のような形状とされ、以下に参照されるＨ又はＶに対する長さの単位は、球面の曲率半径である。図４Ａでは、背部の非反射面を確認するために、鏡が上方から見られる。方位線は、鏡よりも上方の壁にある球面の中心［４］から放射状に延びる。方位線はコンパス方位が度で表示され、また、その緯度に対するその方位角に沿った最大及び最小有効鏡傾斜が（括弧内に）表示されている。鏡の上縁部［６］は、中心から（真夏時に）最大有効鏡傾斜が見られる場所までの水平距離（Ｈ_ｍａｘ）にある。鏡の下縁部［７］及び［８］は、中心から（真冬時に）最小有効鏡傾斜が発生する場所までの水平距離（Ｈ_ｍｉｎ）にある。５０°〜１３０°の方位角でのこの最小有効鏡傾斜は４５°［７］に等しく、これに対して、１３０°よりも大きな方位角では、高度が常に０°よりも大きく、そのため、その領域では最小有効鏡傾斜が４５°よりも大きく、その位置が湾曲線［８］で表示されている。斜線領域は鏡の有効面積を示し、その一方で、図面の点描領域［９］は鏡表面が設けられたとしても有用でない場所を示しており、そのため、この部分は製造時に省略されるか又は設置時に切除されてもよい。ここで、図の作成に使用された数量が表にされている。表は、１０°間隔の方位角、その方位角に沿った有効鏡傾斜の程度の範囲、Ｈ_ｍａｘ、及び最小有効傾斜が４５°よりも大きい場合の、Ｈ_ｍｉｎも示している。

図４Ｂは、スケールは異なるが、水平面における東側から見た、図４Ａと同じ鏡である。中心［４］は鏡よりも上方の壁にある点であり、方位線は鏡の最上縁部との交点まで下方に傾斜しており、見る人の視点では特に南端で密集しており北端で若干少ない。鏡の最上縁部［６］は、真夏に最大有効鏡傾斜が見られる中心よりも下方の垂直距離において各方位角を横切る。この図面では、低過ぎる傾斜のために有用でない鏡の領域が区別されていない。表は、１０°間隔での方位、その方位角に沿った鏡傾斜の範囲、及び先程説明した垂直距離（Ｖ_ｍａｘ）を示している。１３０°より大きな方位角では、太陽の高度は常に０°よりも大きい。Ｖ_ｍｉｎ（図面には図示せず）は、最小鏡傾斜に対応する基準値未満の垂直距離である。

図５は、限定空間内での本発明の効果を概略的に示している。図５において、対象領域５０は、２つの壁５１、５２の間に配置される。この位置では、最も高い位置でさえ、太陽５３からの光が対象領域５０全体を直接照らしておらず、日陰領域６０は壁５１の影になっている。凸面反射面５６は、太陽５３からの光５４が日陰領域６０に反射される（５５）ように、壁５２に装着される。また、上空のより低い位置にある太陽５３’が点線で示さており、光５４’がより広い日陰領域６０’に反射される（５５’）。したがって、凸面反射面５６は、直射日光を受光しない日陰領域６０内に反射光を提供するとともに、日陰領域６０’に反射光を提供し、太陽光が受光される時間を効率的に延ばす。壁の間にあるものとして表示されているが、同じ原理が空地に適用されることと、直達太陽放射から遮られた植物７０付近の領域を凸面反射面５６からの反射した太陽放射により照明できることは明白である。

図６は、鏡面がほぼ６０°〜１２０°及び１２０°〜１８０°の方位角にそれぞれ面するように、少なくとも２つの三脚アーム［１１］及び［１２］の長さをそれぞれ調整することにより、夏期（破線）及び冬期（実線）に最適に機能を果たすように、春分及び秋分に調整されるように設計された、鏡の最上縁部［１０］のみを示している。図４Ａ及び図４Ｂに関しては、東向きの壁にしっかりと固定された、北緯約５０°にある鏡が図示されている。ここでは、本発明者らは、この鏡の特定の箇所では、真夏の正午近くに光を下方に反射させる必要がなく、早朝の光の反射が有利であることを前提としている。真冬では、可能な全ての太陽光を下方に反射させるべきである。

図７は、鏡の一部分の方位角断面を示しており、鏡面は円弧と一致していないが、太陽の高度が地平線に近いときにより大きな領域が有用であるように、より低い鏡傾斜でより広げられる。比較のために円形断面が示されており、約４５°における２つの曲線に共通の接線が示されている。

本発明は、限定されるものではないが、２つの主要な応用形態が想定される。最初に、特に家庭の庭又は庭園の日陰領域に向けて放射を下方に偏向させるために、小さなユニットが設置される。これらユニットは、発泡ポリスチレンなどの材料内での鋳造により大量生産することができ、鋳造工程中又は鋳造工程後に金属含有箔又は金属含有塗料による表面処理により反射性にすることができる。より強度のある材料で作製されたフレームが、装着手段の取り付けを可能にするために組み込まれる。ユニットの形状は、ユニットが使用される緯度により一部が決定され、提案された場所での日射のために利用可能な方位角の範囲により一部が決定される。調整機能を利用することにより、制限された範囲の形状及び大きさで十分であり、また、角度が正しいことを確認するために、ユニットの選択と共に、販売業者の特別に訓練され装備を有する人員により最も良好に行われる設置前に、標準ユニットの不要な又は望ましくない部分を切除することができる。

第２の応用形態は、大量生産される小さなユニット用の材料よりも強度があり且つ重い材料をしばしば必要とする、より大きな、主に商業用途のための特注のユニットであり、他の例では、バルーン若しくは他の膜をベースとする設計又は多数の構成鏡を含む極めて軽量なものであり、大量生産型に類似して個々に小さくて軽く且つほとんど又は完全に平坦なものであり、別個に製造されたフレームに装着される。個々の構成鏡は、個別に湾曲していてもよい。このような大型ユニットは、燃料費削減の可能性、可能であれば化石燃料使用の回避を含む計画要件、上で言及したＡＰＰなどの数学的ツール又は計算機ツールを使用する、正確な使用日時などを考慮して個別に設計される。異なる機会に様々な形状を生み出すために容易に捩じ曲げることができる鋳造用鋳型が有用であると分かるであろう。特別に構築された鋼製タワー上に装着が行われることが多く、清掃、保守点検、修理及び交換のための随時の調整又は取り外しを可能にし、このような塔は、任意の設置の最もコストのかかる部分である可能性が高い。

鏡又は他の凸面反射面の位置合わせは、規定された角度関係を伴う位置合わせ機能を凸面反射面又は構成反射面に設けることより補助されてもよい。例えば、水準器を用いて位置合わせを行うことができるように、平坦部が設けられてもよい。

本発明は、設計及び相談、ユニットの製造、流通、新しい熟練人員による設置、園芸の生産性向上及び余暇活動の改善における、様々なレベルでの経済活動に寄与し、同時に、営利目的であれ趣味であれ、園芸及びその他での電力の使用を節約することにより化石燃料の使用を最小限に抑える場合に役立つ。

要約すると、フレネルミラー、又は凸面鏡と同じ効果を有する鏡の組立体を含む、特許請求の範囲に係る凸面鏡又はその等価物が開示され、これらは、そのような構造、形状、曲率、寸法、構成部品の相対配置を有することと、最大で１暦年の動作期間の間に移動又は調整されずに、太陽が地平線よりも上方にあり且つ鏡自体が陰になっていないときにいつでも、又は設置の特定の目的に適するように選択されたときに、鏡がそれ自体に当たる強度以下の強度で選択した対象領域に当たるように太陽から生じる放射を直下又は斜め下方に偏向させるように、正しい向きに向けられ且つ選択した場所に設置されることが可能であることとを特徴とする。

上記の鏡は、対象領域内の任意の地点での放射の有害な集中を回避するために、偏向した放射を十分に拡散させることが可能な粗い又は途切れた反射面を有してもよく、また鏡の反射面に隙間が設けられるとともに、他の点では、気流の空気力学的影響を最小限に抑えるような形状とされてもよい。上記の鏡は、設置が行われる目的で不必要又は非生産的である、鏡の反射面のセグメントを覆い隠すか又は除去することにより、製造中又は設置時若しくは設置後に調整可能であってもよい。上記の鏡は、鏡の向きを調整し、鏡を最初の設置時に適所に固定し、また、年間の異なる季節に生じる太陽の方向と高度の変化に十分に対応することを含めて後に再調整するとともに必要に応じて再固定することができるように設計されてもよく、並びに、鏡には、任意の時間に又は選択した時間に、放射を受けるべきではない領域に偏向した放射が到達するのを防止する補完的な放射偏向手段又は放射偏向スクリーンが設けられてもよい。

鏡及び構成鏡は、１つ又は複数の所望の形状に鋳造、切断又は成形され、金属箔又は金属系塗料などの反射性材料で１つ又は複数の面にコーティングされ、限定されるものではないが、固体支持体に固定すること、適切に正しい向きに向けること、選択した設定でしっかりと固定すること、後に必要に応じて再調整することを可能にするフレームに組み込むか又は取り付けられる、軽量の発泡プラスチック材料を含む、任意の機械的構造を有し得る。上記の鏡は、代替的に、繋留バルーンを含む、フレーム若しくは型の上に張設されることにより、又はガス圧により、適所に且つ正しい形状で保持されるが、他の実施形態の場合と同様に向き決め、固定及び調整が可能である、膜からなってもよい。

鏡以外の装置又は鏡ではない１つ又は複数の構成要素を含む装置は、反射以外の方法で放射の全部又は一部を偏向することができるが、偏向された放射の拡散、空気力学的影響の最小化、適応力、及び設置後の調整を含む、凸面反射面と同等である機能を果たすことができる。

Claims (18)

1. 植物による光合成のための光の利用可能性を高める方法であって、
   当該方法は、受光した太陽光を対象領域に位置する植物に向けて鉛直下方又は斜め下方に反射させるために、前記対象領域よりも上方に固定された向きで凸面反射面又はその等価反射面を装着することを含む、植物による光合成のための光の利用可能性を高める方法。
2. 前記凸面反射面は鏡を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記凸面反射面は、偏向した放射を拡散させることが可能な粗い反射面を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記凸面反射面は途切れた反射面を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記等価反射面はフレネルミラーを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記凸面反射面又は前記等価反射面は一定の曲率を有さない、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記凸面反射面又は前記等価反射面は一定の曲率を有さない、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記凸面反射面又は前記等価反射面の曲率は、特定の場所における要件に適合される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記凸面反射面は球面曲率の表面を含み、
   前記凸面反射面は、前記対象領域への太陽放射の反射が前記凸面反射面により行われる上縁部と下縁部との間の傾斜により規定される上縁部と下縁部とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
10. 受光した太陽光を対象領域に向けて鉛直下方又は斜め下方に反射させるために、前記対象領域よりも上方に固定された向きで装着されるように適合された球面曲率の凸面反射面を含み、
    前記凸面反射面は、前記対象領域への太陽放射の反射が前記凸面反射面により行われる上縁部と下縁部との間の傾斜により規定される上縁部と下縁部とを含む、装置。
11. 受光した太陽光を対象領域に向けて鉛直下方又は斜め下方に反射させるために、前記対象領域よりも上方に固定された向きで装着されるように適合された、一定の曲面を有さない凸面反射面、又はその等価物を含む、装置。
12. 前記凸面反射面又は前記等価反射面の曲率は、前記凸面反射面又は前記等価反射面が装着される場所に適合される、請求項１１に記載の装置。
13. 前記凸面反射面は途切れた反射面を有する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記凸面反射面は多数の反射面を含む、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 前記多数の反射面は平面鏡を含む、請求項１４に記載の装置。
16. 前記等価反射面はフレネルミラーを含む、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 前記凸面反射面は少なくとも２つの直交する平面において湾曲している、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の装置。
18. 位置合わせ機能が、前記凸面反射面又は構成反射面に対する規定された角度関係を伴って提供される、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の装置。

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