光重定向装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于将直射日光（31）重定向和会聚进入建筑物的光重定向装置（1），所述装置包括具有基本平坦的底表面（14）和在x-y平面上基本平坦的顶表面（10）的至少一个透明元件（10）和针对每个透明元件（10）、具有平坦表面的光反射器（20），其中所述顶表面（11）和底表面（14）被布置为绕x轴相互成一个角度，所述光反射器（20）的所述平坦表面被布置为基本上平行和邻近于所述透明元件（10）的所述底表面（14），其中所述反射表面藉由折射率低于透明元件（10）的透明介质而与所述透明元件空间分离（12），从而使得入射到该装置的入射光（31）被每个材料过渡界面所折射，并由该反射元件（20）反射。本发明专利技术进一步涉及一种使用根据前述任一权利要求的装置（1），用于将直射日光（31）重定向和会聚进入建筑物的方法，该方法包括步骤：中午时布置所述装置（1）基本上垂直于直射日光（31），并使其边缘中的一个邻近建筑物墙壁或窗户（40）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光重定向装置
本专利技术总体上涉及一种用于将日光重定向和聚焦进入建筑物的装置。更具体地，本专利技术涉及一种用于将直射日光重定向和会聚进入建筑物的光重定向装置。本专利技术进一步涉及一种用于将日光重定向和聚焦进入建筑物的方法。
技术介绍
出于多个原因，宜尽量使用日光在建筑物内部提供照明。一个原因是为了节约电能并由此减少环境中的二氧化碳，因为世界上大量的，或者说在当前，大部分产生的电能是源自某种燃烧过程。另一个原因是，大多数情况下日光对于人类比电力照明更为理想。这已经由研究以及对人类行为与办公室空间布置的观测结果所表明。窗户让日光进入建筑物，这很重要，因为它们提供了视野和与户外的联系。日光也很重要，因为其质量、光谱组成和可变性。室内日光是适宜的，它能改善能见度，让人体验环境激励。长期在电力照明下工作可能影响健康，而在日光下工作被认为可以减少压力和不适感。日光提供高亮度并具有极佳的色彩辨识性和色彩再现。然而，日光也可能因为炫目而导致不适。因此，只要避免发生炫目，将日光导入建筑物内是适宜的。导入日光的传统方式是使用玻璃作为窗户，使得可见日光透过窗户照明窗内的房间。如果由于日光太过直接或过于明亮而炫目，传统的方式是使用遮阳物来吸收或反射部分入射日光，从而减少房间内的光。由此，有一个问题，就是传输进入房间的光量经常远远不够，必须使用电力照明来补充。减少炫目发生的另一方式是在窗户中使用毛玻璃或结构玻璃，以在各个方向上散射入射光。然而，在强日光下这一解决方案仍然导致太多的炫目发生。散射表面也会降低窗户的透明度，使其失去透视的功用。另一个减少炫目发生的解决方案是使窗户的全部或部分具有重定向表面，将部分入射光重定向为朝向房间的天花板，例如通过在窗户内布置棱镜。用于光重定向的棱镜结构是众所周知的，如用于对(时变)直射日光进行最优光重定向的双旋转棱镜结构，参见例如US-5729387。使用棱镜也会降低或破坏透视窗户的能力，影响窗户的透视功能。在窗户内使用棱镜的另一问题是，如果不主动移动棱镜以跟随太阳的运动，那么在白天天花板的照度会随着太阳角度的偏移而发生变化。建筑物中某些房间过于庞大，来自窗户的光线无法到达所有部位，并且建筑物内部深处的某些房间根本没有朝外以供日光射入的墙壁。在这些情况下，已经开发了一些系统使用光纤或光导管来将光线传输进入建筑物深处。光导管是具有强反射内壁的管道。光导管系统例如在国际能源署(IEA)出版的原始资料《建筑物中的日光》中有介绍。在这些系统中，导管的收集侧通常配备有收集光学元件，这些光学元件通常置于朝向太阳的有利角度。然而，这些收集系统体积庞大，从美学角度不能令人满意，招致了建筑师对其的抵制。体积庞大的构造也可能妨碍建筑物上需要安装的其他设备。因此，存在这样的需求:以更有效的方式透过窗户和光导管将日光导入建筑物内，在高效的同时保持成本低廉，并提出具有足够吸引力和独特性的解决方案，使得人们，尤其是建筑师想要使用它们。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是改进现有技术，以解决以上问题，并提供一种用于将日光重定向和聚焦进入建筑物的改进的装置。这些和其他目的通过用于重定向和会聚直射日光的光重定向装置来实现，直射日光例如能被传输进入建筑物深处，所述装置包括具有基本平坦的底表面和在x-y平面上基本平坦的顶表面的至少一个透明元件和针对每个透明元件、具有平坦表面的光反射器，其中所述顶表面和底表面被布置为绕X轴相互成一个角度 所述光反射器的所述平坦表面被布置为基本上平行和邻近于所述透明元件的所述底表面，其中所述反射表面藉由折射率低于透明元件的透明介质而与所述透明元件空间分离，从而使得入射到装置的入射光被每个材料过渡界面所折射，并由镜面反射表面反射。因此，入射光被传输透过该透明元件，并由该透明元件的底表面折射，被传输透过该透明介质，由该反射表面反射，被传输透过该透明介质并被传输透过该透明元件，并由该透明元件的表面所折射。材料过渡界面例如是从该反射介质与该透明元件之间的空隙到该透明元件的空气-介电过渡。通过提供具有四次折射过程(即每穿过一趟透明元件折射两次)和一次反射元件中的反射过程的重定向装置，入射光大大偏离入射角度，使得可能构造一个水平方向上平坦的装置，将垂直入射的日光导入几乎水平的方向。重定向的光也被聚焦，因为该重定向光具有比入射光和重定向装置的顶部面积更小的截面积。这种布置也使得光线的输出角对于白天太阳入射角的变化非常不敏感。例如当将该装置置于窗户的上部用作遮阳板时，入射光能被重定向为朝向窗户内房间的天花板，全天以基本上相同的方式照明，而不管太阳运动导致的入射光角度变化。该装置也可能做得非常薄，因为透明元件和光反射器能做小并且做成数量巨大、成排排列的形式。在窗户表面的水平方向上，透明元件和光反射器分别可以与该重定向装置一样长。由于透明元件和光反射器成排放置，可以理解，被传输透过一个透明元件并在光反射器中反射的入射光可以被传输透过下一排的透明元件。为使得提出的装置按照上文的描述工作，可以理解，角度Oi应当足够小，使得光线穿过透明元件的顶侧射出。还应当考虑，直射日光的角度不仅将绕X轴变化，还将绕I轴变化，确切的角度是否为最优取决于预期使用地点的纬度以及上文所描述的装置y轴安装在什么方向(南，西等)。因此，对于不同地理位置的市场和关于y轴方向的不同安装位置，根据本专利技术的装置可能有很多不同的模型。日光收集和传输可以通过光学透明媒介中的全内反射(TIR)或者通过当前专利技术的装置中提出的镜面反射金属表面来完成。反射表面要优于TIR,因为它们能够传输日光这样的漫射光中显著更多的部分。另外，由于其几乎平坦的光谱吸收性，被传输的光的色温保持为与日光的色温非常接近，因而能改善与外界相通的观感。由于重定向装置有可能做得薄，并且由于它具有板或片的形状，它有足够的独特性以吸引人们使用，而不会像现有技术那样影响其要附着的建筑物的外部设计。因此优选使得板尽量薄，同时仍然保持结构稳定性，例如厚度从几毫米到几厘米。反射表面和透明元件之间的间隔优选为密封的，以避免弄脏此空间，并且由折射率为1.1或更低的透明介质填充。该透明介质优选为气体，例如空气或氮气，但也可以是真空。该透明介质可以是折射率低于该透明元件的任何介质。所描述的光重定向和会聚装置优选地包括成排放置、其顶表面位于同一几何平面的多个透明元件和相应的光反射器。由此该顶表面可以制作成具有接合的顶表面。该透明元件可以是三棱镜或其尖端被截断的三棱镜。角度被选择为利用该装置来产生期望的光的全面重定向，并且例如可以是在?~2?度之间，优选在12~22度之间。所选择的确切方向取决于打算要安装该装置的建筑物的纬度。取决于装置x-y平面将要安装的方向，即建筑物的哪个墙壁，也有可能得到该装置的最优版本。透明元件优选为对可见光透明，例如，从300nm到1000nm范围的光。如果期望经定向的光为不同颜色，透明元件可以利用对于照明色的期望辐射范围透明的材料制成。透明元件可以具有在1.3~1.7范围内的折射率，优选的在1.4^1.6的范围内，并且优选由玻璃或塑料材料制成。这种联合反射率的棱镜结构形成在底侧具有结构的该装置的板状上部，该棱镜结构例如可以用模具制成或者利用激光从板上切割下来，以得到根据上文描述的正确结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于将直射日光（31）重定向和会聚进入建筑物的光重定向装置（1），所述装置包括：‑ 具有基本平坦的底表面（14）和在x‑y平面上基本平坦的顶表面（11）的透明元件（10），其中所述顶表面（11）和底（14）表面被布置为绕x轴相互成一个角度；以及‑ 具有被布置为基本上平行和邻近于所述透明元件（10）的所述底表面（14）的反射表面的光反射器（20），其中所述反射表面藉由折射率低于所述透明元件（10）的透明介质而与所述透明元件（10）空间分离（12），从而使得入射到所述光重定向装置（1）的直射日光（31）被每个材料过渡界面所折射，并由所述光反射器（20）反射。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.21 US 61/5783961.用于将直射日光(31)重定向和会聚进入建筑物的光重定向装置(1)，所述装置包括: -具有基本平坦的底表面(14)和在χ-y平面上基本平坦的顶表面(11)的透明兀件(10),其中所述顶表面(11)和底(14)表面被布置为绕X轴相互成一个角度? ;以及 -具有被布置为基本上平行和邻近于所述透明元件(10)的所述底表面(14)的反射表面的光反射器(20)，其中所述反射表面藉由折射率低于所述透明元件(10)的透明介质而与所述透明元件(10)空间分离(12)，从而使得入射到所述光重定向装置(I)的直射日光(31)被每个材料过渡界面所折射，并由所述光反射器(20)反射。2.根据权利要求1的光重定向装置(1)，其中所述透明介质具有1.1或更低的折射率。3.根据前述任一权利要求的光重定向装置(I)，包括成排放置且其顶表面(11)位于同一几何平面的多个透明元件(10)和相应的光反射器(20)。4.根据前述任一权利要求的光重定向装置(1)，其中所述透明元件(10)为三棱镜。5.根据前述任一权利要求的光重定向装置(I)，其中所述角度《处于?~2?度之间。6.根据前述任一权利要求的光重定向装置(1)，其中所述透明元件(10)对于可见光透明。7....

【专利技术属性】
技术研发人员：HHP戈曼斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL