TWM447952U - 自然光照明系統 - Google Patents

Description

自然光照明系統

本創作係關於一種自然光照明系統(sunlight illuminating system)，並且特別地，本創作係關於低光衰率且組裝容易的自然光照明系統。

現有自然光照明系統大多採用集光盤、反射盤將太陽光反射至金屬管、導光管等。然而，光線在這些自然光照明系統內經過多次反射後，光線的光衰明顯，導致射出終端出光口的光線微弱。並且，這些自然光照明系統過於笨重，不易架設，其中關於分光、終端出光的設計架構仍有改善空間。

現有自然光照明系統也有利用玻璃或壓克力製成集光板，用以將平面光源的光線收集成點狀射出的光線，再以光纖導引至室內。此種自然光照明系統其架構雖然輕便，但光線在此種自然光照明系統經過更多次的反射、全反射、折射，光衰更為嚴重。此外，此種自然光照明系統僅能將光線導引至室內定點位置，而無法讓導引至室內的光線能在室內不同位置處被選擇地發射出、運用。

因此，本創作所欲解決的技術問題在於提供一種低光衰率且組裝容易的自然光照明系統。

本創作之自然光照明系統之一較佳具體實施例，其包含前端光傳輸管(head light pipe)、菲涅爾反射鏡(Fresnel reflector)、分光裝置(light-dividing apparatus)、終端光傳輸管(terminal light pipe)以及第一反射元件(light-reflecting device)。前端光傳輸管具有第一端開口及第二端開口。菲涅爾反射鏡係光學耦合至前 端光傳輸管之第一端開口，並且裝設以將自然光源射至菲涅爾反射鏡之光線反射以大體上垂直入射前端光傳輸管之第一端開口進而傳輸至第二端開口。分光裝置具有第三端開口、第四端開口以及第五端開口。分光裝置之第三端開口係光學耦合至前端光傳輸管之第二端開口。分光裝置用以將從第二端開口傳輸至第三端開口之光線之一部分導引至第四端開口，將光線之其他部分導引至第五端開口。終端光傳輸管具有第六端開口以及第一出光口。終端光傳輸管之第六端開口係光學耦合至分光裝置之第四端開口。第一出光口係形成在終端光傳輸管之管壁上。第一反射元件係可移動地裝設於終端光傳輸管內，並且具有第一反射面。第一反射元件能被致動以將從第四端開口傳輸至第六端開口且射至第一反射面的光線反射出第一出光口。

於一具體實施例中，分光裝置包含鏤空的反射器。鏤空的反射器之反射面係分別與第三端開口之中心線及第四端開口之中心線成45度。

於一具體實施例中，第一反射元件能被致動讓第一反射面與第六端開口之中心線成45度。第一反射面將從第四端開口傳輸至第六端開口且射至第一反射面的光線反射出第一出光口。

於一具體實施例中，前端光傳輸管之管壁的內表面以及終端光傳輸管之管壁的內表面皆為鏡面。

進一步，本創作之自然光照明系統並且包含光擴散罩。擴散罩係裝設於終端光傳輸管之管壁的外表面上，以覆蓋第一出光口。經由第一出光口射出之光線係經由光擴散罩擴散。

進一步，本創作之自然光照明系統並且包含光偵測元件以及發光裝置。光偵測元件以及發光裝置皆係裝設於第一出光口外且於光擴散罩內。光偵測元件用以偵測出經由第一出光口射出之光線的光強度。發光裝置用以根據光偵測元件偵測到的光 強度選擇性地發射補償光線。補償光線與經由第一出光口射出之光線一起經由光擴散罩擴散。

進一步，本創作之自然光照明系統並且包含追日裝置。菲涅爾反射鏡係裝設於追日裝置上。追日裝置用以致動菲涅爾反射鏡以對齊自然光源。

進一步，本創作之自然光照明系統並且包含第二反射元件。第二反射元件係可移動地裝設於終端光傳輸管內，並且具有第二反射面。終端光傳輸管並且具有第二出光口。第二出光口係形成在終端光傳輸管之管壁上。第二反射元件能被致動以覆蓋第二出光口，並且能被致動以將從第四端開口傳輸至第六端開口且射至第二反射面的光線反射出第二出光口。

於一具體實施例中，第二反射元件能被致動讓第二反射面與第六端開口之中心線成45度。第二反射面將從第四端開口傳輸至第六端開口且射至第二反射面的光線反射出第二出光口。

於一具體實施例中，菲涅爾反射鏡係由金屬所製成。

於另一具體實施例中，菲涅爾反射鏡包含菲涅爾透鏡以及金屬層。金屬層係被覆在菲涅爾透鏡之反射面上。於實際應用中，菲涅爾透鏡係由玻璃材料或高分子材料所製成。

與先前技術相較，本創作之自然光照明系統具有低光衰率、組裝容易、能在室內不同位置處被選擇地發射出、運用，等優點。

關於本創作之優點與精神可以藉由以下的創作詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

以下將詳述本創作之較佳具體實施例以及實際應用案 例，藉以充分說明本創作之特徵、精神、優點以及實施上的可行性。

請參閱圖1，係示意地繪示根據本創作之一較佳具體實施例之自然光照明系統1的基本結構。圖1中，各光學元件及管件皆以截面試圖示之。

如圖1所示，本創作之自然光照明系統1包含前端光傳輸管10、菲涅爾反射鏡12、分光裝置14、終端光傳輸管16以及第一反射元件18。

前端光傳輸管10具有第一端開口102及第二端開口104。菲涅爾反射鏡12係光學耦合至前端光傳輸管10之第一端開口102，並且裝設以將自然光源(如圖1所示的太陽3)射至菲涅爾反射鏡12之光線反射以大體上垂直入射前端光傳輸管10之第一端開口102進而傳輸至第二端開口104。例如，如圖1所示，前端光傳輸管10靠近第一端開口102的管體成水平安置，由菲涅爾反射鏡12反射之光線經凸面鏡11a反射，穿過通孔120，再經反射鏡11b反射後，大體上垂直入射第一端開口102，即以平行靠近第一端開口102的管體之方向行進。為將光線引導入室內，前端光傳輸管10靠近第二端開口104的管體成垂直安置。在靠近第一端開口102的管體內行進之光線經反射鏡106反射後，朝與靠近第二端開口104的管體平行方向前進。上述讓光線朝與平行關傳輸管管體平行向行進，可以降低光線與光傳輸管支管壁發生反射的次數，以降低光線在傳輸過程產生的光衰。

於一具體實施例中，前端光傳輸管10之管壁的內表面以為鏡面，以降低光線在傳輸過程產生的光衰。

菲涅爾反射鏡12的原理與菲涅爾透鏡的原理相似，也是由小到大的同心圓，不每一圈的角度和厚薄程度都不一樣，基本上相當於傳統光學元件中的凹面鏡。

於一具體實施例中，菲涅爾反射鏡12係由金屬所製成。例如，以單片或多片不鏽鋼板沖壓而成，不鏽鋼板的反射面先經拋光處理。例如，如圖2所示，以四片不鏽鋼板分別沖壓形成部件12a、12b、12c、12c，每片部件(12a、12b、12c、12c)之側邊具有延伸部，進而讓其與相鄰的部件(12a、12b、12c、12c)焊接或鉚接在一起，以構成完整的菲涅爾反射鏡12。菲涅爾反射鏡12具有通孔120。本發明之菲涅爾反射鏡12並不以四片不鏽鋼板構成為限，也可以由三片、五片、六片等不鏽鋼板而構成。

於另一具體實施例中，菲涅爾反射鏡12包含菲涅爾透鏡以及金屬層。金屬層係被覆在菲涅爾透鏡之反射面上。於實際應用中，菲涅爾透鏡可以由高分子材料(例如，聚乙烯材料)或玻璃材料所製成。

如圖1所示，分光裝置14具有第三端開口142、第四端開口144以及第五端開口146。分光裝置14之第三端開口142係光學耦合至前端光傳輸管10之第二端開口104。於實務上，分光裝置14之第三端開口142係以至少一根光傳輸管連接至前端光傳輸管10之第二端開口104，這些光傳輸管的管壁內表面為鏡面，以降低光線在傳輸過程產生的光衰。

分光裝置14用以將從第二端開口104傳輸至第三端開口142之光線之一部分導引至第四端開口144，將光線之其他部分導引至第五端開口146。

於一具體實施例中，分光裝置14包含鏤空的反射器148。鏤空的反射器148之反射面係分別與第三端開口142之中心線及第四端開口144之中心線成45度。於圖1中，從第二端開口104傳輸至第三端開口142之光線傳輸至鏤空的反射器148時，光線之一部分導引向圖1中右側行進(導引至第四端開口144)，光線之其他部分則繼續朝前行進(導引至第五端開口 146)。

於另一變化中，請參閱圖3，從第二端開口104傳輸至第三端開口142之光線傳輸至鏤空的反射器148時，光線之一部分導引向圖2中右側行進(導引至第四端開口144)，光線之其他部分則繼續朝前行進即經反射器149反射朝向圖2中左側行進(導引至第五端開口146)。

於一具體實施例中，分光裝置14的管體之管壁內表面為鏡面，以降低光線在傳輸過程產生的光衰。

請參閱圖4A，鏤空的反射器148之一範例的頂視圖係示於圖4A中。圖4A中的鏤空的反射器148，其主體148a為橢圓板構件，其上具有多個圓形通孔148b。通孔148b的形狀並不以圓形為限。於一案例中，分光裝置14若需導引傳輸光線的一半至另一傳輸方向，多個通孔148b的面積加總佔主體148a總面積的一半。通孔148b分佈均勻，較利於光線後續的運用。圖4A所示的鏤空的反射器148，可以利用不鏽鋼橢圓板，先經拋光處理，再行沖壓出所需通孔即製造完成。每一通孔148b的內壁設計，請見圖4B所示。圖4B為圖4A鏤空的反射器148為不鏽鋼板經拋光、沖壓形成之範例，且沿圖4A中A-A線之局部截面視圖。如圖4B所示，每一通孔148b的內孔徑從入光口至出光口逐漸擴大，以確保光線通過時不會被通孔148b的內壁反射。圖4A所示的鏤空的反射器148，也可以將高分子材料射出成型反射器148之主體，接著在反射器148之主體的反射面上鍍上至少一層金屬層，即完成反射器148。

終端光傳輸管16具有第六端開口162以及第一出光口164。終端光傳輸管16之第六端開口162係光學耦合至分光裝置14之第四端開口144。第一出光口164係形成在終端光傳輸管16之管壁上。於實務上，終端光傳輸管16之第六端開口 162係以至少一根光傳輸管連接至分光裝置14之第四端開口144，這些光傳輸管的管壁內表面為鏡面，以降低光線在傳輸過程產生的光衰。終端光傳輸管16即安置在需照明的室內。

第一反射元件18係可移動地裝設於終端光傳輸管16內，並且具有第一反射面182。第一反射元件18能被致動以將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至第一反射面182的光線反射出第一出光口164，以提供室內一位置處照明。於實際應用中，第一反射元件18係由馬達(未繪示於圖1中)帶動，馬達的控制器電連接至燈光開關(未繪示於圖1中)。使用者藉由開啟、關閉燈光開關，啟動馬達進而致動第一反射元件18將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至第一反射面182的光線反射出第一出光口164。

於一具體實施例中，第一反射元件18能被致動讓第一反射面182與第六端開口162之中心線成45度。此時，第一反射面182將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至第一反射面182的光線反射出第一出光口164。於實際應用中，第一反射元件18能被設計致動朝遠離第一出光口164之方向轉動45度，或是第一反射元件18能被設計致動朝靠近第一出光口164之方向轉動135度，第一反射面182與第六端開口162之中心線成45度。於另一變化中，第一反射元件18能被設計滑動並由滑軌導引，讓第一反射面182與第六端開口162之中心線成45度。

於一具體實施例中，第一反射元件18並且能被致動以覆蓋第一出光口164。

於一具體實施例中，終端光傳輸管16之管壁的內表面為鏡面。於實際應用中，前端光傳輸管之10及終端光傳輸管16可以是金屬製成的管體，其管壁的內表面施以拋光處理以成鏡面。前端光傳輸管之10及終端光傳輸管16也可以是高分子材 料製成的管體，其管壁的內表面被覆金屬層以成鏡面。

進一步，如圖1所示，本創作之自然光照明系統1並且包含光擴散罩20a。擴散罩20a係裝設於終端光傳輸管16之管壁的外表面上，以覆蓋第一出光口164。經由第一出光口164射出之光線係經由光擴散罩20a擴散。本創作之自然光照明系統1並且包含遮光元件21a，其能被致動以覆蓋且遮蔽第一出光口164，以遮蔽終端光傳輸管16內傳輸的光線不從第一出光口164外洩。

進一步，請參照圖5，本創作之自然光照明系統1並且包含光偵測元件22a以及發光裝置24a(例如，發光二極體發光裝置)。光偵測元件22a以及發光裝置24a皆係裝設於第一出光口外且於光擴散罩內。光偵測元件用以偵測出經由第一出光口164射出之光線的光強度。發光裝置24a用以根據光偵測元件22a偵測到的光強度選擇性地發射補償光線。補償光線與經由第一出光口164射出之光線一起經由光擴散罩20a擴散。於一具體實施例中，發光裝置24a包含透明基板以及多個封裝在透明基板上的LED。此發光裝置24a可以覆蓋第一出光口164。

進一步，如圖1所示，本創作之自然光照明系統1並且包含追日裝置26。菲涅爾反射鏡12係裝設於追日裝置26上。追日裝置26用以致動菲涅爾反射鏡12以對齊自然光源(如圖1所示的太陽3)。

進一步，如圖1及圖5所示，本創作之自然光照明系統1並且包含第二反射元件28。第二反射元件28係可移動地裝設於終端光傳輸管16內，並且具有第二反射面282。終端光傳輸管16並且具有第二出光口166。第二出光口166係形成在終端光傳輸管16之管壁上。於實際應用中，第二出光口166較第一出光口164更為遠離第六端開口162。第二反射元件28能被致動以將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至 第二反射面282的光線反射出第二出光口166，以提供室內另一位置處照明。第一反射元件18可以是鏤空的反射元件，也就是說，第一反射元件18其上具有多個通孔(未繪示於圖中)。於圖5中鏤空的第一反射元件18，其上通孔的面積加總佔第一反射元件18之主體總面積的一半。第二反射元件28則以整面皆為反射面的反射元件為佳。鏤空的第一反射元件18之每一通孔的內孔徑從入光口至出光口逐漸擴大，以確保光線通過時不會被通孔的內壁反射。

於一具體實施例中，第二反射元件28能被致動讓第二反射面282與第六端開口162之中心線成45度。此時，第二反射面282將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至第二反射面282的光線反射出第二出光口166。於實際應用中，第二反射元件28能被設計致動朝遠離第二出光口166之方向轉動45度，或是第二反射元件28能被設計致動朝靠近第二出光口166之方向轉動135度，第二反射面282與第六端開口162之中心線成45度。於另一變化中，第二反射元件28能被設計滑動並由滑軌導引，讓第二反射面282與第六端開口162之中心線成45度。

於一具體實施例中，第二反射元件28並且能被致動以覆蓋第二出光口166。

進一步，如圖5所示，本創作之自然光照明系統1並且包含光擴散罩20b、遮光元件21b、光偵測元件22b以及發光裝置24b，安裝在第二出光口166處。光擴散罩20b、遮光元件21b、光偵測元件22b以及發光裝置24b的功用與光擴散罩20a、遮光元件21a、光偵測元件22a以及發光裝置24a相同或近似，在此不多做贅述。

進一步，請參照圖6，本創作之自然光照明系統1並且包含第三反射元件29。第三反射元件29係可移動地裝設於終端 光傳輸管16內，並且具有第三反射面292。終端光傳輸管16並且具有第三出光口168。第三出光口168係形成在終端光傳輸管16之管壁上。於實際應用中，第三出光口168較第二出光口166更為遠離第六端開口162。第三反射元件29能被致動以將從第四端開口144傳輸至第六端開口162且射至第三反射面292的光線反射出第三出光口168，以提供室內另一位置處照明。在此，第一反射元件18及第二反射元件28可以是鏤空的反射元件，也就是說，第一反射元件18及第二反射元件28其上具有多個通孔(未繪示於圖中)。於圖6中鏤空的第一反射元件18，其上通孔的面積加總佔第一反射元件18之主體總面積的三分之二。鏤空的第二反射元件28其上通孔的面積加總佔第二反射元件28之主體總面積的二分之一。第三反射元件29則以整面皆為反射面的反射元件為佳。

進一步，如圖6所示，本創作之自然光照明系統1並且包含光擴散罩20c、遮光元件21c、光偵測元件22c以及發光裝置24c，安裝在第三出光口168處。光擴散罩20c、遮光元件21c、光偵測元件22c以及發光裝置24c的功用與光擴散罩20a、遮光元件21a、光偵測元件22a以及發光裝置24a相同或近似，在此不多做贅述。

運用上述本創作之自然光照明系統1的架構，本創作之終端光傳輸管16可以設計、製造四個或四個以上的出光口。前端光傳輸管之10、分光裝置14、終端光傳輸管16及其他管件相對入光方向的截面可以成圓形、矩形、橢圓形等。

綜上所述，顯見地，不同於以往先前技術，本創作之自然光照明系統具有低光衰率、組裝容易、能在室內不同位置處被選擇地發射出、運用，等優點。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例 來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本創作所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1‧‧‧自然光照明系統

10‧‧‧前端光傳輸管

102‧‧‧第一端開口

104‧‧‧第二端開口

106‧‧‧反射鏡

11a‧‧‧凸面鏡

11b‧‧‧反射鏡

12‧‧‧菲涅爾反射鏡

120‧‧‧通孔

14‧‧‧分光裝置

142‧‧‧第三端開口

144‧‧‧第四端開口

146‧‧‧第五端開口

148‧‧‧鏤空的反射器

148a‧‧‧主體

148b‧‧‧通孔

149‧‧‧反射器

16‧‧‧終端光傳輸管

162‧‧‧第六端開口

164‧‧‧第一出光口

166‧‧‧第二出光口

168‧‧‧第三出光口

18‧‧‧第一反射元件

182‧‧‧第一反射面

20a、20b、20c‧‧‧光擴散罩

21a、21b、21c‧‧‧遮光元件

22a、22b、22c‧‧‧光偵測元件

24a、24b、24c‧‧‧發光裝置

26‧‧‧追日裝置

28‧‧‧第二反射元件

282‧‧‧第二反射面

29‧‧‧第三反射元件

292‧‧‧第三反射面

3‧‧‧太陽

圖1係根據本創作之一較佳具體實施例之自然光照明系統之基本結構的示意圖。

圖2係本創作之分光裝置之另一變化的結構示意圖。

圖3係本創作之菲涅爾反射鏡之一範例的頂視圖。

圖4A係本創作之鏤空的反射鏡之一範例的頂視圖。

圖4B係沿圖4A中的A-A線之局部截面視圖。

圖5係本創作之一範例中光偵測元件以及發光裝置相對於終端光傳輸管之位置的結構示意圖。

圖6係本創作之另一範例中光偵測元件以及發光裝置相對於終端光傳輸管之位置的結構示意圖。

1‧‧‧自然光照明系統

10‧‧‧前端光傳輸管

102‧‧‧第一端開口

104‧‧‧第二端開口

106‧‧‧反射鏡

11a‧‧‧凸面鏡

11b‧‧‧反射鏡

12‧‧‧菲涅爾反射鏡

120‧‧‧通孔

14‧‧‧分光裝置

142‧‧‧第三端開口

144‧‧‧第四端開口

146‧‧‧第五端開口

148‧‧‧鏤空的反射器

16‧‧‧終端光傳輸管

162‧‧‧第六端開口

164‧‧‧第一出光口

166‧‧‧第二出光口

18‧‧‧第一反射元件

182‧‧‧第一反射面

20a、20b‧‧‧光擴散罩

26‧‧‧追日裝置

28‧‧‧第二反射元件

282‧‧‧第二反射面

3‧‧‧太陽

Claims (14)

1. 一種自然光照明系統，包含：一前端光傳輸管，具有一第一端開口及一第二端開口；一菲涅爾反射鏡，係光學耦合至該第一端開口，並裝設以將一自然光源射至該菲涅爾反射鏡之一光線反射以大體上垂直入射該第一端開口進而傳輸至該第二端開口；一分光裝置，具有一第三端開口、一第四端開口以及一第五端開口，該第三端開口係光學耦合至該第二端開口，該分光裝置用以將從該第二端開口傳輸至該第三端開口之該光線之一部分導引至該第四端開口，將該光線之其他部分導引至該第五端開口；一終端光傳輸管，具有一第六端開口以及一第一出光口，該第六端開口係光學耦合至該第四端開口，該第一出光口係形成在該終端光傳輸管之一管壁上；以及一第一反射元件，係可移動地裝設於該終端光傳輸管內且具有一第一反射面，該第一反射元件能被致動以從該第四端開口傳輸至該第六端開口且射至該第一反射面之光線反射出該第一出光口。
2. 如請求項1所述之自然光照明系統，其中該分光裝置包含一鏤空的反射器，該鏤空的反射器之一反射面係分別與該第三端開口之中心線及該第四端開口之中心線成45度。
3. 如請求項1所述之自然光照明系統，其中該第一反射元件能被致動讓該第一反射面與該第六端開口之中心線成45度，該第一反射面將從該第四端開口傳輸至該第六端開口且射至該第一反射面的光線反射出該第一出光口。
4. 如請求項3所述之自然光照明系統，其中該第一反射元件並且能被致動以覆蓋該第一出光口。
5. 如請求項1所述之自然光照明系統，其中該前端光傳輸管之一管壁的內表面以及該終端光傳輸管之該管壁的內表面皆為一鏡面。
6. 如請求項1所述之自然光照明系統，進一步包含一光擴散罩，係裝設於該終端光傳輸管之該管壁的外表面上以覆蓋該第一出光口，經由該第一出光口射出之光線係經由該光擴散罩擴散。
7. 如請求項6所述之自然光照明系統，進一步包含一光偵測元件以及一發光裝置，皆係裝設於該第一出光口外且於該光擴散罩內，該光偵測元件用以偵測出經由該第一出光口射出之光線的光強度，該發光裝置用以根據該光偵測元件偵測到的光強度選擇性地發射一補償光線，該補償光線與經由該第一出光口射出之光線一起經由該光擴散罩擴散。
8. 如請求項1所述之自然光照明系統，進一步包含一追日裝置，該菲涅爾反射鏡係裝設於該追日裝置上，該追日裝置用以致動該菲涅爾反射鏡以對齊該自然光源。
9. 如請求項1所述之自然光照明系統，進一步包含一第二反射元件，係可移動地裝設於該終端光傳輸管內且具有一第二反射面，其中該終端光傳輸管並且具有一第二出光口，該第二出光口係形成在該終端光傳輸管之該管壁上，該第二反射元件能被致動以將從該第四端開口傳輸至該第六端開口且射至該第二反射面的光線反射出該第二出光口。
10. 如請求項9所述之自然光照明系統，其中該第二反射元件能被致動讓該第二反射面與該第六端開口之中心線成45度，該第二反射面將從該第四端開口傳輸至該第六端開口且射至該第二反射面的光線反射出該第二出光口。
11. 如請求項10所述之自然光照明系統，其中該第二反射元件 並且能被致動以覆蓋該第二出光口。
12. 如請求項1所述之自然光照明系統，其中該菲涅爾反射鏡係由一金屬所製成。
13. 如請求項1所述之自然光照明系統，其中該菲涅爾反射鏡包含一菲涅爾透鏡以及一金屬層，該金屬層係被覆在該菲涅爾透鏡之一反射面上。
14. 如請求項13所述之自然光照明系統，其中該菲涅爾透鏡係由一玻璃材料或一高分子材料所製成。