JPH09218374A - まぶしさのない拡散太陽光を部屋に供給する装置 - Google Patents

まぶしさのない拡散太陽光を部屋に供給する装置

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JPH09218374A
JPH09218374A JP9010268A JP1026897A JPH09218374A JP H09218374 A JPH09218374 A JP H09218374A JP 9010268 A JP9010268 A JP 9010268A JP 1026897 A JP1026897 A JP 1026897A JP H09218374 A JPH09218374 A JP H09218374A
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light
room
rays
sun
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JP9010268A
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Helmut Dr Federmann
フェダーマン ヘルムート
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    • E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/04—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and refractors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 まぶしさの無い拡散太陽光を部屋に供給する
装置を提供する。 【解決手段】 光偏向要素１９のスタックを窓１２の上
部に設置する。透明合成材料からなる光偏向要素に入射
した太陽光線１〜５は、中間部２１が湾曲され、端部２
０が直線状の光偏向要素における各々の場合に異なる角
度γで多重全内部反射を受け、これにより分散され、底
部エッジが水平な光線のプリズムをなして光偏向要素１
９から出射する。水平線に対する垂直線３４の角度を適
切に選択することにより最大可能量の太陽光を収集し、
一様な拡散分布をなして照明する部屋１０に導入するこ
とが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、透明材料からなる
少なくとも一つの湾曲光偏向要素を有するまぶしさのな
い拡散太陽光を部屋に供給する装置であって、前記光偏
向要素は、太陽に面する部屋の周壁内に配置されるよう
に意図され、かつ太陽光線のための入射面と、出射面
と、少なくとも一つのガイド界面とからなり、更に入射
面に入射する太陽光線を分散させ、かつこれらの太陽光
線を部屋の規定された位置に向かわせるように構成さ
れ、該光偏向要素の入射面と出射面は互いに角度をなし
て配置されてなる前記装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】作業室およびオフィス領域は、出来るだ
け一様に、また作業場所に座っている人または立ってい
る人が十分な光を作業のために与えられ、またまぶしく
ないように一様に照明されなければならない。しかしな
がら、このような一様で、まぶしさのない照明は太陽光
自身により実現することは困難である。というのは、太
陽は、一日のコースにわたって、また一年の異なる時点
において異なる位置を取り、また太陽光は窓を通して、
異なる仰角でかつ異なる側面角で照明されるべき部屋に
入射するからである。
【０００３】更に、部屋の中のある場所、例えば機械の
設置してある場所や作業ベンチを一日中長く太陽光で一
様に照明し、部屋の残りを薄明かりにして置くことが単
に望ましいことがよくある。その場合、屋根からの光ま
たは高い窓を通して入射する太陽光線を所望の場所に偏
向させる必要があるが、同時に良好な分散や一様な明る
さを一日中保証する必要がある。
【０００４】部屋にまぶしくない拡散太陽光を供給する
には、太陽に面する部屋の周壁に窓としてガラスブロッ
クを設け得ることが知られており、このガラスブロック
は、部屋に入射した光線を天井に向けて上方に向かせる
水平配置のプリズムで構成されている（ＤＥ−ＡＳ１０
８４２１２）。部屋の天井は、これにより集中的に照射
され、このとき受光した光を拡散的に反射するが、部屋
の輝度条件はこれにより更に一様になることはない。更
に、照明の明るさは制御されない。
【０００５】一様な拡散照明を実現するためには、上記
のドイツ特許から水平プリズムを備えた中空ブロックの
外側に垂直リブを配置出来ることも既に知られている。
これらのリブは光線をその水平方向に偏向させ、散乱
し、従って光線は天井に向けて偏向されるだけでなく、
一部は水平方向に予め偏向され、これにより水平方向の
散乱も行われる。
【０００６】天井を太陽光で照明する高窓は、太陽の高
度が変化しても光強度が一様になされるように構成出来
ることも知られている（ＤＥ−ＡＳ１０４３２４０）。
この従来の設計方法においては、高窓または屋根窓は互
いに距離をおいて配置された二枚のガラス窓からなり、
これらのガラス窓はそれらの相互に対向する内面に平行
するプリズムを支承している。太陽に面する引込み窓は
急角度で入射する太陽光線を反射し、一方浅い角度で入
射する太陽光線が通過することを許容する。部屋に面す
る低い引出し窓も上記の引込み窓に面する側にプリズム
を備えており、これらのプリズムは入射太陽光線を偏向
させ、散乱させる。
【０００７】プリズムのような光ガイダンスを持つ照明
要素も知られており（ＤＥ−ＯＳ３４３０１９１）、そ
こでは中央の光源、例えば太陽からの光は細長い中空体
内部にガイドされ、中空体の周辺面はほぼ八角形の形態
をなして配置される。太陽光線は中空照明要素の内部、
その内面において再度全体的に内方にすなわち全内部反
射され、かつ発光要素の内部壁の表面の性質が変化する
点で透明周囲壁から出現することが出来、従ってプリズ
ムの光ガイドに規定された場所を照明させることが出来
る。
【０００８】この種の光ガイドは高価であり、複雑であ
り、かつ単にスポット照明としては適しているが、まぶ
しさのない拡散光を部屋に充満させるのには適してはい
ない。
【０００９】さらに、昼光照明装置が知られており（Ｅ
Ｐ０５２４３８８Ｂ１）、そこでは光偏向ホログラムが
建物の外壁の透明窓に配置され、これらのホログラムは
入射光を狭い、水平の出射角度範囲に集中させ、更に垂
直偏向のための光ガイド要素を備えている。ここで、光
ガイド要素は弓形の光ガイド体であり、それらの光入射
面と光出射面は互いにゼロとは異なる角度をなして配置
され、従って入射昼光は、昼光照明装置が配置される外
壁を持つ部屋の天井に向けられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明では、
透明材料からなる少なくとも一つの湾曲光偏向要素を有
するまぶしさのない拡散太陽光を部屋に供給する装置で
あって、直接入射した太陽光が一年間の太陽光の高度と
は無関係に部屋に入射され、従って部屋の規定された場
所、例えば天井や、部屋の壁部の頂部、または部屋の中
の作業領域が一様に、まぶしさなしで、かつ一日中ほぼ
同じ強度で照明されるようにした装置を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的は本発明により
実現され、そこでは光偏向要素は湾曲中間部分と、少な
くとも一つの直線状端部とで構成され、これらの対向す
る周辺面はガイド界面を形成する。
【００１２】このような形態の構成は、光偏向要素に秩
序をなして入射した全ての平行太陽光線がランダムに、
すなわち平行ではないが、ほぼ一様な分布をなして光偏
向要素から出射するという利点を有する。湾曲中間部内
で上方に反射される太陽光線の一部は再度直線状端部内
で下方に反射されるので、反射によりファンアウトされ
る光線はそれらの出射角度範囲内で一様に分布され、従
って非常に一様な照明が高い光収率で得られる。
【００１３】湾曲中間部からの光線は、それらの入射角
度に依存してガイド界面において全内部反射、あるいは
屈折される。全内部反射された光線は光偏向要素内に止
まり、制限された角度範囲内で出射面から出射するが、
屈折光線はガイド界面を通して光偏向要素を横方向に去
る。
【００１４】光偏向要素は非常に短い長さ、数ｍｍで済
み、絶縁ガラス窓のガラス板の間に容易に収容すること
が出来る。従って、クリーニング問題はなく、また本発
明による装置は常に有効である。
【００１５】光線が制限された角度範囲内で出射面から
出射することを単に許容するように、出射面を支承する
端部をその周囲面の「機能層」と共に設ける必要があ
る。この「機能層」は好ましくは透明な材料からなり、
その屈折率ｎＫはガイド界面で全内部反射された光線の
みが照明されるべき部屋内で６０度と７２度の間の開口
角度βをなして光の円錐または光の角柱（プリズム）を
形成する出射面を去るように光偏向要素材料の屈折率ｎ
Ｌと整合される。この光の円錐または光のプリズムの底
部エッジが水平方向に延在するように出射面を支承する
端部が傾斜されるときは、まぶしさの無い光で殆ど完全
に満たされるのはこの上の空間だけである。
【００１６】吸収層が機能層の外面上に配置されこの吸
収層がその周囲面で光偏向要素から出射する太陽光線を
吸収すると都合がよい。これにより、散乱光は、光偏向
要素から出射し、部屋で作業する人をまぶしくする部屋
の部分に達することがないようになされる。
【００１７】吸収層は、光に対して不透明な障壁層とす
ることが出来るが、また光減衰層としても構成すること
が出来る。
【００１８】特殊な用途に対しては、吸収層はまた少な
くとも部分的に光に対して不透明な着色層とすることが
出来る。これは着色光として部屋に入射する散乱放射を
もたらすが、天井にまたは作業場所に向けられた主要光
は白色のままである。
【００１９】機能層が、複数個の光偏向要素を互いにま
たは支承手段に接合することが出来る接着剤であると特
に都合がよい。このような手段は、接着剤で両側がコー
トされ、接合されるべき光偏向要素の周囲面の全てにわ
たって塗布される透明フィルムであると都合がよい。こ
の点で、接着剤またはフィルムのいずれかを上記の屈折
率ｎＫを持つ機能層とすることが出来る。
【００２０】吸収層はまたシート状支持手段であるとよ
く、この支持手段は、光に対して不透明であり、二つの
相互に対向する面上に、これらの面を完全にカバーする
接着剤を支承するものであり、またこの手段により二つ
の隣接する光偏向要素がそれらの端部の少なくとも一つ
において互いに接合されるものである。吸収層の間に存
在する光に不透明な吸収層と複数個の光偏向要素との接
着結合は個々の光偏向要素から出射する太陽光線が隣接
する光偏向要素内に交差入射し、散乱放射をもたらすこ
とを防止するものである。
【００２１】光偏向要素の端部が平面状底面と平面状頂
部面とを有すると、むしろ良好な光収率が得られ、また
平面状底部面が機能層の外面に反射層を有し、平面状頂
部面が機能層の外面に吸収層を有するとむしろ良好な光
収率が得られる。反射層は、断面が透明であるが外面に
アルミニウムを真空コートされた合成材料のフィルムか
ら製造することが出来、吸収層は光に不透明な合成材料
の薄いフィルムから形成される。両層はバブルフリーな
状態で、機能層を形成する感圧低温結合接着剤により光
偏向要素の表面に接着結合される。
【００２２】透明材料からなる光偏向要素はまたガラス
で構成してもよい。しかし、この光偏向要素はガラス状
態の合成熱可塑性材料から構成されると好適であり、実
際には屈折率がｎＬ＝１．５８６のポリカーボネート
（ＰＣ）から構成されると好適である。ポリカーボネー
トからなる複数個の光偏向要素が機能層として作用し、
屈折率がｎＫ＝１．４９１のアクリル系（アクリレー
ト）接着結合剤により接合されると、光偏向要素の外面
に±３２．７度の非常に大きな開口を得ることが出来、
これにより照明されるべき非常に高い部屋の天井領域も
完全に照射することが出来る。
【００２３】光偏向要素はほぼ一定厚みの細長い薄板で
あると好適であり、その一方の平面状長手エッジが入射
面を形成し、その他方の平面状長手エッジが太陽光線の
ための出射面を形成し、更にその中間部分がその長手軸
線に対して横方向に湾曲され、直線状端部に隣接すると
好適である。この種の細長い光偏向要素は部屋の周囲壁
のほぼ全長にわたって設置することが出来、最大可能な
量の光を吸収し、この光を部屋の好適な場所に送出する
ことが出来る連続する窓列を生成することが出来る。
【００２４】ほぼ一年間にわたって太陽光を吸収するこ
とが出来、部屋の照明に用いることが出来るように、偏
向要素は、入射面に対する垂直線が、設置場所において
一年にわたって平均太陽高度で太陽の最大可能高度角度
に対応する角度を水平線に対して形成するように、湾曲
され、部屋の周囲面内に設置される。同時に、光偏向要
素の出射面に対する垂直線は出射面から出射する発光ビ
ームの最大可能半開口角に対応する角度を水平線に対し
て形成する。これにより、太陽高度が高い夏季に入射す
る太陽光線だけでなく太陽高度が低い冬季に入射する太
陽光線も一日の任意の時点で太陽光線が送出され散乱さ
れる光偏向要素に入射することが出来るようになる。光
線が出射面から出射するときは、光線の円錐の底部エッ
ジが水平線と一致するので、光線の全円錐は部屋の所望
の上部領域内に残留することになる。
【００２５】十分な量の光を部屋に導入するためには、
複数個の光偏向要素を用い、これらの要素をそれらの端
部の少なくとも一つに近接配置し、それらのガイド界面
の領域内で互いに分離させたものを用いると都合がよ
い。これにより、光は完全なスタックをなす光偏向要素
から導入される。このスタックにおいては、隣接する光
偏向要素の端部におけるガイド界面は、両側の全てが接
着剤によりコートされる吸収層により互いに分離され、
かつ中間部におけるガイド界面が空隙により互いに分離
される。中間部の領域では、光線はそこに現れることは
出来ず、完全に内部反射される。端部領域では、光偏向
要素の材料と接着剤の材料との間の臨界角より小さな角
度をなしてガイド界面に入射する個々の光線は光偏向要
素から導出される。このとき、それらの光線は吸収層内
で消失し、従って散乱光を生成することは出来ない。こ
のような構成にすると、全ての光偏向要素は同じ厚み、
同じ形状にすることが出来、従ってそれらは経済的に形
成することが出来る。
【００２６】多くの光偏向要素が互いに正確に組付けら
れ、スタックされ得るように、光偏向要素は突出部を有
し、これらの突出部は入射面を支承するそれらの端部で
直角をなして突出し、また隣接する光偏向要素はこれら
の突出部と互いに係合する。これにより光偏向要素は、
スタックを構成したとき自動的に調節され、これは最適
な光収率を与える装置の正確な構成を保証する。
【００２７】互いに最適に接着結合される複数個の光偏
向要素からなるスタックは窓の二つの透明板の間に、光
偏向要素の出射面が照明されるべき部屋の場所に向けら
れるように配置することが出来る。部屋を完全に照明す
るためには、スタックは窓の上部に配置することが出
来、その下部は直接太陽光を受けるときは遮蔽される。
個々の作業場所を照明するために、光偏向要素のスタッ
クは高い窓または屋根窓内に配置することが出来、従っ
て光は作業場所に下向きに当たるようになされる。
【００２８】窓、例えば断熱窓ガラスを持つ窓のガラス
板の間に光偏向要素のスタックを設けることにより、光
偏向要素はＵＶ照射からまた大気の影響から汚損されな
いように保護される。これは動作信頼性に対してまた光
偏向要素の有効寿命に対して積極的な効果を持つもので
ある。
【００２９】一日の間で部屋の中の異なる場所で異なる
レベルの明るさが生じないようにするために、出現する
太陽光線の、一日の間で変化する方向の一様な分布を得
る光散乱手段を光偏向要素の出射面に設けることが出来
る。ここで、光偏向要素の出射面はそれ自身光散乱手段
として構成すると都合がよい。しかし、透明材料からな
る輪郭付けられた分散レンズを光線の方向で光偏向要素
の出射面の背後に配置することも出来る。
【００３０】光散乱手段がその光線出現側に直線状平行
波の正弦波状面で、その波長ｇが振幅ａｏの３．６４倍
にほぼ対応し、その波の山が光偏向要素の長手エッジに
垂直に走る正弦波状面を有すると特に都合がよい。この
ような光散乱手段の構成は一日にわたって放射される光
の特に一様な分布をもたらす。
【００３１】本発明の他の特徴と利点は、本発明の好適
な実施形態を例示により示す以下の説明および添付した
図面から明らかになる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。
【００３３】部屋１０の一部または全長にわたって延在
出来る窓１２は、太陽光で照明されるべき部屋１０の南
側の部屋の周囲面、例えば外壁１１に配置される。この
窓は断熱ガラス窓であり、その下部１２ａは互いに横方
向に隔置された二つの透明窓ガラス１３、１４からな
り、またその前面には外側にブラインド１５が配置さ
れ、またこれにより窓１２の下部１２ａは日光から遮蔽
することが出来るが、またこの断熱窓ガラスは、空が雲
で覆われているとき日光が窓１２の下部１２ａを通して
入射しようとした場合に窓の中間フレームバー１６まで
上昇することが出来る。
【００３４】窓１２の上部１２ｂも同様に、中間フレー
ムバー１６と頂部フレームバー１７の間で内部窓ガラス
１３と外部窓ガラス１４からなる断熱窓ガラスを有す
る。図示した実施形態においては、上部窓ガラスは約１
０ｍｍの間隔で配置され、従って二つの透明窓ガラス１
３と１４の間に空隙１８が形成される。複数個の相互に
隣接光偏向要素１９からなるスタックが空隙１８内に配
置される。これらの光偏向要素は窓１２の全長にわたっ
て延在し、断面は図２に示した形状を有している。
【００３５】光偏向要素１９は固体透明材料からなり、
実際には図示した実施形態において、光学的屈折率ｎＬ
＝１．５８６を持つガラス状態の透明合成熱可塑性材
料、すなわちポリカーボネート（ＰＣ）からなる。
【００３６】図２からわかるように、光偏向要素１９は
細長い薄板であり、これらはそれらの全体の幅Ｂにわた
ってほぼ一定の厚みｄを有するものである。各々の光偏
向要素１９はほぼ直線状の内部端部２０と、光偏向要素
の長手軸線に対して横方向に湾曲された中間部２１と、
直角に突出する突出部２３を有する外部端部２２とで構
成される。光偏向要素１９は互いの頂部でそれらの端部
２０；２２とポジティブフィットするように静置され、
かつそれらの突出部２３と互いに係合する。中間部分２
１の曲率は底部面におけるより光偏向要素１９の頂部面
上でより大きくなるので、それらの中間部２１の領域に
おいて互いの頂部でスタックされた光偏向要素１９の間
に空隙２４が形成される。
【００３７】図３から更に詳細にわかるように、外部端
部２２は、平行平面内に入射する太陽光線で、そのある
ものは図３に参照符号１、２、３、４および５により示
された太陽光線用の入射面２５を有している。直線状内
部端部２０はその端部で出射面２６を有している。
【００３８】端部２０と２２は湾曲中間部２１により互
いに接合されるので、光偏向要素１９の長手中間面２７
に垂直な入射面２５と出射面２６は、設置場所の緯度に
依存し、ここに示した実施形態においては約７３度であ
る角度φを互いに形成する。
【００３９】図３に示した平行平面に入射した太陽光線
１、２、３、４、および５のビーム経路からわかるよう
に、これらの光線は、水平線に対して仮定された入射角
α＝２０度で光偏向要素１９の入射面２５に入射し、更
にそこからポリカーボネートからなる光偏向要素１９の
内部に進行する。空気とポリカーボネートの間の界面２
５において、光線は垂直線に向けて屈折され、更に中間
部２１の領域で、「ガイド界面」と以下では呼ぶことに
する湾曲下部周辺面２８に入射する。この光偏向要素１
９の光学的により密な材料と空隙２４の間の界面におい
て、各々の入射太陽光線１、２、３、４は、重ね合わさ
れた平行平面をなして入射する太陽光線１、２、３、４
が隣接点で異なる角度をなしてガイド界面２８に入射す
るので、異なる角度γ１、γ２、γ３、γ４で全内部反
射される。
【００４０】太陽光線１〜４は、これらの光線が光偏向
要素１９に入射した後下部周囲面２８まで直線的に伝搬
するが、最上部平面に入射する太陽光線５は、これらの
光線が光偏向要素１９に入射した後上部周囲面２９にま
ず入射する。これらの光線はそこで角度εをなして反射
され、対向する下部周囲面２８に向けられ、しかしそこ
でそれらはまた、入射面２５から下部周囲面２８に直接
伝搬する他の太陽光線と同様にγ５の角度をなして全内
部反射される。
【００４１】太陽光線が光偏向要素の内部で反射される
下部周囲面２８の曲率半径Ｒが出来る限り大きいと都合
がよいことがわかる。現在の場合、中間部分２１は円弧
をなして湾曲され、そして端部２０と２２に接線方向に
隣接する。しかし、この中間部分はまた他の曲線の形で
湾曲させてもよい。
【００４２】図３からわかるように、ガイド界面２８で
反射された光線１、２、３、４、５は直線状内部端部２
０に送出され、そこでそれらは、同様に「ガイド界面」
である平面状頂部面３０または平面状底部面３１に入射
する。全ての太陽光線１〜５が反射され、これにより偏
向され、伝搬される中間部分２１とは異なり、直線状内
部端部２０の領域では、全内部反射のための臨界角より
大きい角度をなしてガイド界面３０、３１に入射する光
線１、２、３、５のみが反射され、伝搬される。例えば
光線４のようにより小さな角度で平面状ガイド界面３
０、３１に入射する光線は反射はされないが、光偏向要
素から横方向に現れ、失われる。
【００４３】本発明によれば、入射太陽光線は部屋１０
の完全に規定された部分に、すなわち図１に示した実施
形態においては、そこで作業する人がまぶしくなり得な
い部屋の頂部三分の一にのみ単に向けられるので、また
出来るだけ多くの光がこの頂部三分の一に入射し、そこ
で天井からまた部屋の周囲壁からその底部に拡散的に反
射されるように構成されているので、太陽光線は出射面
２６で出来るだけ大きな光線の円錐をなして出射しなけ
ればならない。９０度の出射角度βが理想的であるが、
これは平面状ガイド界面３０、３１では高い光損失の下
でのみ実現される。光の損失をほぼ防止し、光線のプリ
ズムの最低の太陽光線ＳＵが部屋の中を水平に伝搬しよ
うとするときは、光偏向要素１９の直線状端部２０は水
平線に対してβ／２の角度をなして傾斜されなければな
らず、従って開口角βは６０度と７２度の間に入らなけ
ればならない。このような開口を形成するためには、
「機能層」を持つ光偏向要素１９の直線状内部端部２０
のガイド界面３０、３１であって、その屈折率ｎＫが光
偏向要素１９の材料の屈折率ｎＬに、β＝６６度の開口
角を持つ光の円錐または光のプリズム内で出射面２６を
去る光線のみがそれぞれのガイド界面３０、３１で反射
されるように整合されたガイド界面を設ける必要があ
る。本発明によれば、このような開口角は、「機能層」
が屈折率ｎＫ＝１．４９１を持つときに実現出来る。従
って、ガイド界面３０、３１における「機能層」は空気
ではあり得ない。
【００４４】既に上に説明したように、互いにスタック
された光偏向要素１９はそれらの端部２０を他の物の上
に載置して構成される。それらは、「機能層」を有し、
端部の平面状頂部面３０と底部面３１の間に配置され、
アクリル系（アクリレート）接着剤である接着剤３２に
より接合される。この接着剤３２は光屈折率ｎＫ＝１．
４９１を有し、光に不透明なシート状支持手段３３、例
えば合成材料の黒い薄いフィルムの上に配置される。こ
の合成材料の黒い薄いフィルムは吸収層を形成し、この
吸収層では、ガイド界面３０、３１において内部端部２
０からデカップルされた光線が吸収され、従ってそれら
の光線は迷光にはならず、また隣接光偏向要素に入射す
ることは出来ない。
【００４５】ガイド界面３０、３１で反射され、出射面
２６に達する全ての光線１、２、３、５に対して開口数
ＮＡ＝ｓｉｎβ／２は、ＮＡ＝√ｎＬ ２−ｎＫ ２＝０．
５４となり、これは、β＝２．３３度＝６６度の開口角
に対応する。
【００４６】図１に示したように、部屋１０の頂部三分
の一に太陽光線が単に達するようにするためには、最低
光偏向要素１９の出射面２６から出射する光線のプリズ
ムの最低太陽光線ＳＵは水平方向に伝搬しなければなら
ない。次に、スタックの最上光偏向要素１９の出射面２
６から出射する光線のプリズムの最上光線ＳＯは水平線
に対して６６度の角度をなして部屋の天井に達し、従っ
て部屋１０の殆ど全体の天井領域が照明される。
【００４７】本発明によれば、入射面２５に対する垂直
線３４の角度αは一年の中間における最高太陽高度に従
って、すなわち緯度５０度において（例えば、マインツ
市において）４０度に達する３月２１日または９月２３
日における太陽の最高上昇角度に従ってそれぞれの設置
場所に対して決定される。６月２１日ではこの太陽の最
高上昇角度は２３．５度より高く、また１２月２１日で
はそれは２３．５度より低くなる。これから、最高の太
陽高度は一年にわたって４７度の角度範囲内で変化し、
また一日のコース内で、５０度の緯度における太陽高度
は、朝から始まって、正午において水平線に対して６
３．５度の上昇角度に達することが出来る。５０度の緯
度における太陽光は一年にわたって１６．５度と６３．
５度の間の垂直角度範囲内で間接的な部屋のライティン
グに用いることが出来る最高発光強度を有するので、光
偏向要素１９の外部端部２２は上昇角度の全範囲を二分
する水平線に対する４０度の角度で配置される。
【００４８】このコースの角度は、光の最大入射が年に
わたって利用されようとするときは他の設置場所におい
て異ならなければならない。
【００４９】既に説明した光偏向要素１９の構成と配列
によれば、全年を通して光の最大可能量を得ることが可
能であり、湾曲中間部２１および直線状端部２０におけ
る多重全内部反射により外部端部２２に平行して入射す
る太陽光線を散乱することが可能であり、更にこの散乱
された、しかし一様な分布をなす光を部屋１０の画定さ
れた場所３６に導き、これによりまぶしさの無い拡散光
で部屋の全体を満たすことが出来る。更に、光偏向要素
１９は個別に容易に製造する事が出来、確実に互いにス
タックすることが出来、更に耐熱ガラス窓の空隙１８に
収容し接着することが出来、そこでこれらの要素は環境
効果からまた汚染から除去され、従ってそれらの効能は
使用期間を延長した場合でも損なうことはない。
【００５０】更に、部屋１０の一様な照明を一日中実現
し、東から南を介して西に水平方向に太陽の移動を考慮
するためには、一日のコースにわたり異なる方向に入射
する太陽光線が更に一様に分布することを可能にする光
散乱手段３７を図４（ａ）および図４（ｂ）に示した実
施形態におけるように、光偏向要素１９の出射面２６に
設けることが出来る。この光散乱手段３７は平行に入射
する太陽光線を水平方向にファンアウトし、それらの光
線を部屋の中間に偏向させる。図４（ａ）および図４
（ｂ）に示した実施形態においては、光散乱手段３７は
出射面２６自身から形成され、そこでは光偏向要素１９
の内部長手エッジ３８が、直線状の平行波４０を有する
正弦波面３９であり、その波の山４１が光偏向要素１９
の長手エッジ３８に垂直に延在する正弦波面３９として
構成される。正弦波の波長ｇは振幅ａＯの３．６４倍に
ほぼ対応する。
【００５１】朝および午後に斜めに入射する太陽光線は
この種の出射面２６の波状プロフィルにより部屋の中央
に偏向される。これにより、部屋１０はその全長にわた
り一様に照明される。
【００５２】透明材料からなる輪郭を付けられた分散レ
ンズを光線の方向で光偏向要素１９の出射面２６の背後
に配置すれば同様の効果を実現することが出来る。この
ような実施形態は図には示してないが、図５および図６
は本発明の他の実施形態が示してあり、そこでは光偏向
要素１９が屋根窓４２の二枚のガラス板１３、１４の間
に配置される。これらの要素は、平らな屋根４３に入射
する太陽光線１、２、３を工場ベイ４４の床３６に、一
日中一様な照明を与えるように偏向させる。
【００５３】本実施形態においては、光偏向要素１９の
内部端部２０がそれらの出射面２６と共に屋根窓４２の
内部ガラス板１３の直ぐ上に配置され、更に隣接光偏向
要素１９の、同様に直線状の、細長い外部端部２２が互
いに隣接して配置される。本実施形態においては、内部
端部２０は互いにわずかに大きな間隔を有しており、ま
たそれらの間に光吸収シート状支持板３３を設ける必要
があり、該支持板はそれらの相互に対向する面４６、４
７の上に「機能層」を形成する接着剤３２を支承し、こ
の接着剤により支持板は光偏向要素の端部２０に接合さ
れる。全内部反射に対する臨界角以下の角度をなしてガ
イド界面に入射した太陽光線は以上で詳細に説明したよ
うに吸収板３３内に偏向され、そこで吸収されるが、出
射面２６から出射した多重反射光線は開口角６６度の光
の円錐をなして工場ベイの床３６に向けられる。
【００５４】本発明は上記に図示、説明した実施形態に
限定されるものではない。例えば、本発明による光偏向
要素は、特殊な窓が設けられないときは、壁に固着する
ことも出来る。更に、本発明による光偏向要素は平坦な
屋根だけでなく、二重リッジ式屋根にも設置することが
出来、更に、光偏向要素が異なって仕上げることも可能
であり、例えば異なる曲率を中間部に付与し、またそれ
ぞれの設置場所に、すなわちそれぞれの緯度およびその
太陽の経路に光偏向要素を適合させるために入射面と出
射面の間の角度を変えることも出来る。最後に、ガラス
またはガラスに類似した合成材料などの他の固体透明材
料を、それらに適した機能層と共に、それらの屈折率が
都合よく互いに整合させ得るときは、用いることが出来
る。光収率を増加させるために、光偏向要素１９の直線
状内部端部２０をそれらの平面状底面における反射層と
共に、例えばその外部面に真空蒸着した合成材料のフィ
ルムと共に設けることも可能であり、更に内部端部２０
の平面状頂部面に吸収層を単に設けることも可能であ
る。これにより、いかなる場合も下部ガイド界面に光線
は現れることは出来ず、しかしより鋭い角度で界面に入
射する光線は上部ガイド界面に向けて反射されるように
することが出来る。
【００５５】
【発明の効果】本発明は、このように光偏向要素をもう
けることにより、簡単な構成で安価にまぶしさの無い拡
散太陽光を部屋に供給することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置により一様に照明される部屋
の概略断面図である。
【図２】図１の領域ＩＩにおける本発明による装置をか
なり拡大して示す説明図である。
【図３】図２に示した部分スタックの光偏向要素の一つ
を通しての垂直断面図であり、２０度の仰角で入射する
太陽光線のビーム経路が図２のものと比べて更に拡大さ
れたスケールで示してある。
【図４】図４（ａ）は、互いにスタックされた、出射面
に光散乱要素を有する二つの光偏向要素を通しての断面
図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の部分平面図であ
る。
【図５】屋根窓または高窓を備えた部屋の部分断面図で
あり、床領域が屋根窓に設置した本発明による装置によ
り照明される状態を示す図である。
【図６】図５のＶＩ部分の詳細をかなり拡大されたスケ
ールで示している。
【符号の説明】
１０ 部屋 １２ 窓 １３、１４ 透明ガラス板 １９ 光偏向要素

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明材料からなる少なくとも一つの湾曲
    光偏向要素（１９）を備え、まぶしさのない拡散太陽光
    を部屋（１０）に供給する装置であって、前記湾曲光偏
    向要素は太陽に面する部屋の周壁（１１）内に配置さ
    れ、前記湾曲光偏向要素は、太陽光線（１〜５）のため
    の入射面（２５）、出射面（２６）および少なくとも一
    つのガイド界面（２８〜３１）からなり、かつ入射面
    （２５）に入射する太陽光線（１〜５）を分散させ、か
    つこれらの光線を部屋（１０）の規定された位置に向け
    るように構成されてなり、光偏向要素（１９）の入射面
    （２５）と出射面（２６）は互いに角度（φ）をなして
    配置され、前記光偏向要素（１９）は湾曲中間部分（２
    １）と少なくとも一つの直線状端部（２０）とからな
    り、これらの相互に対向する周囲面はガイド界面（２
    ８、２９、３０、３１）を形成することを特徴とする装
    置。
  2. 【請求項２】 前記出射面（２６）を有する端部（２
    ０）はその周囲面（３０、３１）において機能層を備
    え、この機能層の屈折率（ｎＫ）は、ガイド界面（３０
    または３１）で全内部反射された光線のみ（１、２、
    ３、５）が、照明されるべき部屋（１０）において６０
    度と７２度の間の開口角度（β）を持つ光の円錐または
    光のプリズムを形成する出射面（２６）を去るように前
    記光偏向要素（１９）の材料の屈折率（ｎＬ）に整合さ
    れることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 吸収層は機能層の外面に配置され、かつ
    端部（２０）の周囲面（３０または３１）に生じる太陽
    光線（４）を吸収することを特徴とする請求項１または
    ２記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記吸収層は光に不透明な障壁層である
    ことを特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記吸収層は光減衰層であることを特徴
    とする請求項３記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記吸収層は、少なくとも部分的に光に
    不透明な着色層であることを特徴とする請求項３または
    ５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記機能層は接着剤（３２）であり、こ
    の接着剤により複数個の光偏向要素（１９）は互いに、
    または支承手段（３３）に接合出来ることを特徴とする
    請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記支承手段（３３）は透明なフィルム
    であり、このフィルムは接着剤（３２）により両側をコ
    ートされ、ここに接着剤（３２）またはフィルムのいず
    れかは屈折率（ｎＫ）を有する前記機能層であることを
    特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 前記光偏向要素（１９）の端部（２０）
    は平面底部面（３１）と平面頂部面（３０）とを有し、
    かつ前記平面底部面（３１）は前記機能層の外部面上に
    反射層を有すると共に前記平面頂部面（３０）は前記機
    能層の外部面上に吸収層を有することを特徴とする請求
    項１から８のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 吸収層はシート状支承手段（３３）で
    あり、該支承手段は、光に対して不透明であり、二つの
    相互に対向する面（４６、４７）上に接着剤（３２）を
    支持し、該支承手段により二つの隣接する光偏向要素
    （１９）はそれらの端部（２０）の少なくとも一つにお
    いて互いに接合されることを特徴とする請求項１から９
    のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記反射層は合成材料の透明フィルム
    であり、該フィルムは前記光偏向要素から遠位のその面
    をアルミニウムにより真空コートされることを特徴とす
    る請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記光偏向要素（１９）はガラス状態
    の合成熱可塑性材料からなることを特徴とする請求項１
    から１１のいずれか１項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記光偏向要素（１９）はポリカーボ
    ネートからなることを特徴とする請求項１から１２に記
    載のいずれか１項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 接着剤（３２）はアクリル系（アクリ
    レート）接着剤であることを特徴とする請求項１から１
    ３のいずれか１項に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 光偏向要素（１９）はほぼ一定厚み
    （ｄ）の細長い薄板であり、その一方の平面状長手エッ
    ジは入射面（２５）を形成し、その他方の平面状長手エ
    ッジ（３８）は太陽光線（１、２、３、５）のための出
    射面（２６）を形成し、更にその中間部分（２１）はそ
    の長手軸線に対して横方向に湾曲されると共に直線状端
    部（２０）に隣接することを特徴とする請求項１から１
    ４のいずれか１項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 光偏向要素（１９）は湾曲されると共
    に、入射面（２５）に対する垂直線（３４）が、設置の
    場所において一年にわたる平均太陽高度において太陽の
    最大可能高度角度に対応する角度（α）を水平線に対し
    て形成するように部屋の周壁（１１）内に設置され、更
    に光偏向要素（１９）の出射面（２６）に対する垂直線
    （３５）は、出射面（２６）から生じる発光ビームの最
    大可能な半開口角度（β／２＝開口）に対応する角度
    （β／２）を水平線に対して形成することを特徴とする
    請求項１から１５のいずれか１項に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 複数個の光偏向要素（１９）であっ
    て、それらの端部（２０、２２）の少なくとも一つに近
    接すると共にそれらのガイド界面（２８、２９、３０、
    ３１）の領域内で互いに分離される複数個の光偏向要素
    を備えたことを特徴とする請求項１から１６のいずれか
    １項に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 隣接する光偏向要素（１９）の端部
    （２０）におけるガイド界面（３０、３１）は、全てが
    両側にわたって接着剤（３２）でコートされた吸収層に
    より互いから分離され、かつ中間部（２１）におけるガ
    イド界面（２８、２９）が空隙（２４）により互いに分
    離されることを特徴とする請求項１から１７のいずれか
    １項に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 光偏向要素（１９）は突出部（２３）
    を有し、この突出部は、入射面（２５）を支承する前記
    光偏向要素の端部（２２）において直角をなして突出
    し、かつ該突出部と隣接する光偏向要素（１９）が互い
    に係合することを特徴とする請求項１から１８のいずれ
    か１項に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 互いに選択的に接着される複数個の隣
    接する光偏向要素（１９）からなるスタックが、光偏向
    要素（１９）の出射面（２６）が照明されるべき部屋
    （１０）の場所（３６；４４）に向けられるように窓
    （１２；４２）の二つの透明板（１３，１４）の間に配
    置されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか
    １項に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 複数個の隣接する光偏向要素（１９）
    からなるスタックは、断熱ガラス窓（１２）の二つの板
    （１３、１４）の間に固着されることを特徴とする請求
    項１から２０のいずれか１項に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 出現した太陽光線（１〜５）の、一日
    のコースにわたって変化する、方向の一様な分布のため
    の光散乱手段（３７）が光偏向要素（１９）の出射面
    （２６）に設けられることを特徴とする請求項１から２
    １のいずれか１項に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 光偏向要素（１９）の出射面（２６）
    はそれ自身光散乱手段（３７）として構成されることを
    特徴とする請求項１から２２のいずれか１項に記載の装
    置。
  24. 【請求項２４】 透明材料からなる輪郭付けされた分散
    レンズが光線の方向において光偏向要素の出射面の背後
    に配置されることを特徴とする請求項１から２３のいず
    れか１項に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記光散乱手段（３７）はその光線出
    現側（２６）に直線状平行波（４０）の正弦波面（３
    ９）を有し、その波長（ｇ）は振幅（ａｏ）の３．６４
    倍にほぼ対応し、またその波の山（４１）は光偏向要素
    （１９）の長手エッジ（３８）に垂直に延在することを
    特徴とする請求項１から２４のいずれか１項に記載の装
    置。
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