[发明专利]光重定向装置

说明书

技术领域

本发明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，本发明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。本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。