專利名稱：光線分布控制裝置,光通量密度控制裝置以及分隔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將日光引入建筑物內(nèi)或建筑物之間陰影區(qū)域中的技術(shù)，以及在溫室、農(nóng)場、人工種養(yǎng)池塘或類似場所及室內(nèi)對日光或人造光的采光技術(shù)。
將日光引入建筑物內(nèi)或建筑物之間陰影區(qū)域的常規(guī)做法是較昂貴的，它是利用反射體追隨太陽并引入日光。在溫室中，每個人工種養(yǎng)擱架的采光是利用低透射率的、沿所有方向漫射光線的漫射材料來分布光線的；在農(nóng)場池塘中，是直接利用自然光；在人工種養(yǎng)池塘中，是通過攪動使培養(yǎng)產(chǎn)品獲得均勻的光照機會。室內(nèi)各部分的采光，則取決于于入射日光和照明光線的分布。
利用反射體追隨太陽并反射日光、從而將日光引入建筑物或建筑物之間陰影區(qū)域的方法是很昂貴的，并且以此方法來獲得充足的光線是不現(xiàn)實的。此外，由于在溫室中是通過將光線向各方向漫射來分布光線的，因此浪費了大量可用光，并造成光量不夠充足，在溫室中通常不采用這種方式提高空間利用率，因此許多溫室的空間利用率仍然較低。盡管在人工種養(yǎng)池塘中通過攪動可以提高光能的利用率，但仍存在下述問題當(dāng)光線與水面成較大入射角入射時，大量光線被反射掉，對培養(yǎng)產(chǎn)品的光照僅限于靠近水面處。利用大量照明設(shè)備例如臺燈為室內(nèi)各部分采光的做法，使得對室內(nèi)其它可用光的利用仍處于較低水平。
為解決上述問題特提出本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供通過光線的漫射、折射、分光等進(jìn)行光線分布控制或光通量控制，使那些被建筑結(jié)構(gòu)或其它物體遮擋住或難以采集到足夠光線的區(qū)域或部位獲得充足的光照的裝置和方法。
本發(fā)明的光線分布控制裝置是一種利用透明體進(jìn)行漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用的裝置，該裝置可改變光線的傳播方向，從而將光線分布到在現(xiàn)實情況中無法采光的區(qū)域或部位；光通量密度控制裝置是利用上述透明體的一種裝置，該裝置把將要照射到特定區(qū)域或部位之相鄰區(qū)域或部位的光線引向該特定區(qū)域或部位，從而使需要大量光線的特定區(qū)域或部位的進(jìn)光量增加。
此外，將這種光線分布控制裝置和光通量控制裝置相結(jié)合可以使光線分布得非常均勻并使浪費更少。
透明體可由具有多條凸起的透明體構(gòu)成，凸起的橫截面可為弧形、角形、三角形或波浪形?？梢杂米鲞@種透明體的有至少在一側(cè)表面排列有多條相互平行凸起的平板狀或薄膜狀透明體；由一束多條單絲或棒狀體組成的透明體；或由其中編織有多條單絲或棒狀體的織物所構(gòu)成的透明體。
按常規(guī)，通過利用透明體把將要照射到特定區(qū)域或部位之相鄰區(qū)域或部位的光線引向該特定區(qū)域或部位、提高該特定區(qū)域或部位的光通量密度、并利用透明體對光線進(jìn)行漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用，可以使包括光線不易照到區(qū)域在內(nèi)的整個目標(biāo)區(qū)域獲得高度均勻的光線分布，可以使細(xì)小部分或大進(jìn)深部分得到光線分布，并使最終未利用光線所占比例達(dá)到最小。
此外，在某些情況下，重復(fù)進(jìn)行這種光線分布控制，可以提高光線分布的均勻性，同時，進(jìn)一步減小最終未利用光線所占比例。
根據(jù)本發(fā)明的分隔方法是采用透明體做為分隔材料，對射入其一側(cè)表面的光線產(chǎn)生漫射、或漫折射復(fù)合作用，并沿特定方向傳播，從而將目光引入被室內(nèi)分隔材料隔斷的空間中，同時將視線阻隔，以免透過分隔材料分辯人或物體的形狀，該透明體呈平板狀、薄膜狀或布狀，能夠?qū)φ丈涞狡湟粋?cè)表面上的光線產(chǎn)生漫射、或漫折射復(fù)合作用，并從其另一側(cè)表面輸出光線。


圖1所示為日光入射到兩座建筑物及陰影中的狀況，圖(A)和(B)所示為通常狀況，圖(C)至(E)所示為應(yīng)用本發(fā)明實施例1時的狀況；圖2所示為用于本發(fā)明的各種透明體，圖(A)和(C)分別為透視圖和橫截面圖，圖(B)和(D)為透視圖；圖3為橫截面圖，圖解了用于本發(fā)明的各種透明體；圖4為平面圖，圖解了用于本發(fā)明的一種透明體示例；圖5所示為透明體的漫射特性；圖6所示為在應(yīng)用本發(fā)明的實施例2時，目光入射到兩座建筑物及陰影中的狀況；圖7所示為用于本發(fā)明的透明體，圖(A)圖解了其漫射特性，圖(B)和(C)為其橫截面圖；圖8所示為在應(yīng)用本發(fā)明第3實施例時，日光入射兩座建筑物的狀況；圖9所示為在應(yīng)用本發(fā)明第4實施例時，日光入射太陽能電池板的狀況；圖10所示為在應(yīng)用本發(fā)明第5實施例時，光線射入房間的狀況；以及圖11為透視圖，圖示出用于本發(fā)明一種實施例的建筑模型。
下面將根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施例加以描述。
于是，如圖1(C)所示，在兩座建筑物2上方設(shè)置透明體5。在此情形下，如圖2(A)至(D)和圖3(A)至(I)所示，透明體5可由表面具有多條凸起、凸起的橫截面為弧形、角形或波浪形的平板狀或薄膜狀透明體來構(gòu)成。此外，如圖4所示，也可使用其中編織有多條單絲或棒狀體的織物來構(gòu)成透明體。這些透明體5具有漫射特性，例如圖5(A)和(B)所示。
透明體5被設(shè)置成其表面凸起的排列方向與兩座建筑2的對立面基本平行。如圖1(C)和(D)所示，日光1經(jīng)透明體5漫射，漫射光能夠到達(dá)原先被遮擋的區(qū)域或部位。由圖可見，與未使用透明體5時圖1(A)和(B)的陰影區(qū)域相比，圖1(C)和(D)中用剖面線所表示的陰影區(qū)域明顯減少。如圖1(E)所示，可將透明體5放置在兩座建筑物2的最高側(cè)的高度。
當(dāng)透明體7具有如圖7(B)或(C)所示的三棱形凸起、且具有如圖7(A)所示的漫射特性的情況下，即使將透明體7水平被置在兩座建筑物6之間，如圖6(B)所示，射入透明體7的多束光線也能夠照進(jìn)兩座建筑物6內(nèi)部。
此外，如圖8(B)和(C)所示，如果在兩座建筑物2之間在透明體9下方放置透明體10，則可以將更多光線引入建筑物2中。
對于溫室中的植物培養(yǎng)來說，上述各實施例中所述的建筑物2可以被理解為人工種養(yǎng)擱架或高大植物，可以大大提高溫室中的日光利用率和空間利用率。
對于在農(nóng)場應(yīng)用或在種養(yǎng)海藻或光合作用細(xì)菌的池塘應(yīng)用來講，通過在水面覆蓋一層透明體，可以減少與水面成較大入射角照射到水面的光線所產(chǎn)生的反射，從而有可能將更多光線引入水中。在此情況下，可根據(jù)透明體所應(yīng)用的地點，優(yōu)選地將透明體表面凸起的方向調(diào)整到可以將最大量光線引入水中的位置。
此外，通過在水面上方設(shè)置一層透明體，可將光線集中到一個特定區(qū)域，可以向人工種養(yǎng)產(chǎn)品或水面下的人工種養(yǎng)產(chǎn)品提供更大量的光線。在這種情況下，如果該特定區(qū)域的水面覆蓋有透明體，則可以提高水中的采光率。除此以外，在水面下增設(shè)透明體或裝設(shè)反射體可以提高日光的利用率。
以圖9(A)和(B)所示的相同方式，通過收集環(huán)境中的日光和人造光，可將更大量光線引入特定的室內(nèi)區(qū)域。
具體示例用直徑為0.25毫米的聚合物光纖排列成如圖2(D)所示、且使用三種類型透明體完成一個實驗，即固定在帶有雙面膠膜的2毫米厚丙烯酸樹脂制透明保持板上的第一透明體；由大日本印刷株式會社制造、大約0.16毫米厚、一側(cè)表面具有多條角形截面凸起的透明片構(gòu)成的第二透明體；由三菱人造纖維株式會社制造、大約0.5毫米厚、一側(cè)表面具有多條三角形截面凸起的第三透明體。
形狀如圖11所示的兩個建筑模型是由3毫米厚的輕質(zhì)木材做成，模型中放置有透明體，通過用日光照射在建筑物上，可用肉眼確認(rèn)透明體的效果。實驗結(jié)果是在第一透明體和第二透明體中可清楚觀察到圖1(C)、(D)和(E)以及圖6(A)中所示特性。此外，在第三透明體中可清楚觀察到圖6(B)所示特性。
至于每種透明體本身，利用市場有售的激光指示筆所發(fā)紅光進(jìn)行照射，可以得出肯定結(jié)論第一和第二透明體具有圖9(A)所示特性，第三透明體具有圖7(A)所示特性。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，有可能實現(xiàn)將充足光線引入被結(jié)構(gòu)或其它物體所遮擋或采光不足的區(qū)域或部位。
權(quán)利要求
1．一種光線分布控制裝置，其特征在于通過使光線射入透明體的一側(cè)表面并使光線產(chǎn)生漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用，從而將光線引入一個被障礙物遮擋而采光不足的區(qū)域，呈平板狀、薄膜狀或布狀的透明體能使射入其一側(cè)表面的光線產(chǎn)生漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用，并從另一表面輸出光線。
2．如權(quán)利要求1所述的光線分布控制裝置，其特征在于所述透明體為平板狀或薄膜狀，至少在其一側(cè)表面具有相互平行的多條凸起。
3．如權(quán)利要求2所述的光線分布控制裝置，其特征在于所述凸起的橫截面為弧形、角形、三角形、及波浪形之一。
4．如權(quán)利要求1所述的光線分布控制裝置，其特征在于所述透明體為下述之一一束多條單絲或棒狀體、多條單絲或棒狀體的陣列、編織有多條單絲或棒狀體的織物。
5．一種光通量密度控制裝置，其特征在于將入射相鄰區(qū)域或部位的部分光線或全部光線導(dǎo)向一特定區(qū)域或部位，使射入所述特定區(qū)域或部位的光線數(shù)量增加，同時使射入所述相鄰區(qū)域或部位的光線數(shù)量減少，實現(xiàn)方案是在光線入射到所述特定區(qū)域或部位之所述相鄰區(qū)域或部位之前，利用透明體產(chǎn)生漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用，該透明體呈平板狀、薄膜狀或布狀，能夠?qū)φ丈涞狡湟粋?cè)表面上的光線產(chǎn)生漫射、折射或分光、或漫折射復(fù)合作用，并從其另一側(cè)表面輸出光線。
6．如權(quán)利要求5所述的光通量密度控制裝置，其特征在于所述透明體為平板狀或薄膜狀，至少在其一側(cè)表面具有相互平行的多條凸起。
7．如權(quán)利要求6所述的光通量密度控制裝置，其特征在于所述凸起的橫截面為弧形、角形、三角形、及波浪形之一。
8．如權(quán)利要求5所述的光通量密度控制裝置，其特征在于所述透明體為下述之一一束多條單絲或棒狀體、多條單絲或棒狀體的陣列、編織有多條單絲或棒狀體的織物。
9．一種光線分布控制裝置，其特征在于利用如權(quán)利要求5至8所述的任一種光通量密度控制裝置，將照射到特定區(qū)域或部位的光線引入一個被障礙物遮擋而采光不足的區(qū)域或部位。
10．一種分隔方法，其特征在于采用透明體做為分隔材料，對射入其一側(cè)表面的光線產(chǎn)生漫射、或漫折射復(fù)合作用，并沿特定方向傳播，從而將日光引入被室內(nèi)分隔材料隔斷的空間中，同時將視線阻隔，以免透過分隔材料分辯人或物體的形狀，該透明體呈平板狀、薄膜狀或布狀，能夠?qū)φ丈涞狡湟粋?cè)表面上的光線產(chǎn)生漫射、或漫折射復(fù)合作用，并從其另一側(cè)表面輸出光線。
11．如權(quán)利要求10所述的分隔方法，其特征在于所述透明體為平板狀或薄膜狀，至少在其一側(cè)表面具有相互平行的多條凸起。
12．如權(quán)利要求11所述的分隔方法，其特征在于所述凸起的橫截面為弧形、角形、三角形、及波浪形之一。
13．如權(quán)利要求10所述的分隔方法，其特征在于所述透明體為下述之一一束多條單絲或棒狀體、多條單絲或棒狀體的陣列、編織有多條單絲或棒狀體的織物。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過光線分布控制或光線密度控制,使光線產(chǎn)生漫射、折射、分光等,將充足光線引入被結(jié)構(gòu)或其它物體所遮擋或采光不足的區(qū)域或部位的主題。設(shè)置在兩座建筑物上方的透明體對日光產(chǎn)生漫射,并使漫射光照射到原先被遮擋的區(qū)域或部位。
文檔編號F21S11/00GK1310803SQ99808880
公開日2001年8月29日 申請日期1999年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月29日
發(fā)明者大山宣夫 申請人:S·T·I·日本株式會社