專利名稱：直接和間接光漫射裝置和方法
技術領域：
本公開通常涉及日光照明系統和方法，更具體地，涉及光漫射裝置和方法。
背景技術：
日光照明系統通常包括向結構內部提供自然光的窗戶、開口以及/或表面。日光 照明系統的實例包括天窗和管狀日光照明裝置(TDD)設備。在TDD設備中，可在建筑物的 屋頂上或在其它適當位置中安裝透明蓋。內部反射管可將蓋子與安裝在待照明房間或區(qū)域 中的漫射器連接?？蓪⒙淦靼惭b在房間的天花板中或安裝在其它適當的位置。進入屋頂 上的蓋子的自然光可穿過管分散并到達漫射器，漫射器編輯結構的內部而分散自然光。某 些目前已知的用于漫射光的裝置和方法具有不同的缺點。

發(fā)明內容
這里描述的實例實施例具有若干特征，沒有哪個特征是必不可少的或者僅負責其 期望的屬性。不限制權利要求的范圍，現在將概括部分有利特征。一些實施例提供包括內部反射管的日光照明設備，內部反射管被構造為將日光從 管的第一端引導至與第一端相對的管的第二端?？蓪⒙淦鞫ㄎ辉诠艿牡诙?。漫射器可 包括第一光學結構，其被構造為使得當日光照明設備被安裝成第一端定位在房間外而第二 端定位為向房間提供光時，日光的被反射部分朝著房間的至少一個上部區(qū)域(例如，天花 板或上部墻壁表面)被引導，并且日光的被透射部分朝著房間的至少一個下部區(qū)域(例如， 地板表面)被引導。第一光學結構可包括反射表面，該反射表面成形并定位為改變日光的被反射部分 的傳播方向。反射表面可至少包括被構造為反射以第一入射角入射的準直日光的第一面。 反射表面可至少包括被構造為反射以不同于第一入射角的第二入射角入射的準直日光的 第二面。反射表面可包括多個附加面。反射表面可至少包括被構造為反射以多個入射角入射的準直日光的第一曲面。反 射表面可包括下部反射面區(qū)域、中部反射面區(qū)域以及上部反射面區(qū)域。下部反射面區(qū)域、中 部反射面區(qū)域以及上部反射面區(qū)域中的每個都可以是圓錐平截頭體。第一光學結構可包括 具有許多不同形狀的反射元件，例如，雙曲面平截頭體的一般形狀。第一光學結構可包括至少一個孔，該孔成形并定位成允許日光的被投射部分中的 至少一部分穿過第一光學結構。第一光學結構可包括至少一個反射表面，該反射表面由被 構造為允許日光的被投射部分中的至少一部分穿過第一光學結構的多個開口中斷。漫射器可包括被構造為接收離開第一光學結構的光的第二光學結構。第二光學結 構可被構造為散布日光的被反射部分。也可第二光學結構也可被構造為散布日光的被透射 部分。某些實施例提供一種向結構內部提供光的方法。該方法可包括以下步驟以允許 沿著管從結構外部的第一位置向結構房間中的第二位置引導日光的方式將內部反射管定
4位在該第一位置與房間中的第二位置之間，并且，將漫射器定位在房間中的管的一端，以使 漫射器朝著房間的至少一個上部區(qū)域(例如，天花板和墻壁表面)反射離開管的日光的第 一基本部分，并允許離開管的日光的第二基本部分朝著房間的至少一個下部區(qū)域(例如， 地板表面)穿過漫射器。定位漫射器的步驟可包括定位被構造為反射至少部分日光的第一光學元件和在 第一光學元件周圍定位第二光學元件。可將第二光學元件構造為散布離開管的日光。將漫 射器定位在管的一端的步驟可包括定位光學元件以使其至少部分地延伸入該管。一些實施例提供制造日光照明裝置的方法。該方法可包括以下步驟在基片的每 一側上設置反射材料以形成具有兩個反射表面的至少一個薄片；切割或成形薄片以在薄片 中包括多個開口 ；成形該至少一個薄片以形成具有至少一個反射面區(qū)域(具有通常圓形的 橫截面)的光學元件和延伸穿過至少一個反射面區(qū)域的孔；以及將光學元件放置在內部反 射管的一端。可將管構造為接收日光并將日光朝著光學元件引導。成形該至少一個薄片的 步驟可包括成形至少第一薄片和第二薄片并連接該第一薄片和第二薄片以形成光學元件。該方法可包括將第二光學元件放置在第一光學元件上方的步驟，第二光學元件被 構造為散布離開管的光?？蓸嬙旃鈱W元件使得當日光照明設備被安裝成第一端定位在房間 外而第二端被定位為向房間提供光時，將日光的被反射部分朝著房間的至少一個天花板或 墻壁表面引導，并且將日光的被透射部分朝著房間的至少一個地板表面引導。


為了示意性目的，在附圖中描述了各種實施例，并且無論如何不應將其解釋為限 制本發(fā)明的范圍。另外，可組合不同的公開的實施例的各種特征以形成其它實施例，這些實 施例也是本公開的一部分?？扇コ蚴÷匀魏翁卣骰蚪Y構。在所有附圖中，可重復使用附 圖標號以表示參考元件之間的對應情況。圖1示意性地示出了 TDD設備的實例；圖2A是具有光學元件的實例TDD設備的截面詳細視圖，該光學元件具有基本連續(xù) 彎曲的反射表面；圖2B是具有光學元件的實例TDD設備的截面詳細視圖，該光學元件具有帶有多個 分段形狀的面的反射表面；圖3是示出了穿過圖2B所示的實例TDD設備的光的傳播的光線圖；圖4是示出了穿過圖2B所示的實例TDD設備的光的傳播的另一光線圖；圖5是示出了穿過具有多孔光學元件的實例TDD設備的光的傳播的光線圖；圖6是示出了穿過具有第一光學元件和第二光學元件的實例TDD設備的光的傳播 的光線圖；圖7是示出了具有漫射器的實例TDD設備的某些尺寸和比例的截面視圖；圖8是實例漫射器和實例附加光學元件的透視圖；圖9是具有漫射器和附加光學元件的實例TDD設備的透視圖。
具體實施例方式雖然下面公開了某些優(yōu)選實施例和實例，但是，發(fā)明主旨在具體公開的實施例之上擴展至其他替代實施例和/或使用，并擴展至變型及其等價物。因此，此處所附的權利要 求的范圍不被下述任何具體實施例限制。例如，在這里公開的任何方法或處理中，可以任何 適當順序執(zhí)行該方法或處理的動作或操作，并且，其并非必須限制于任何特別公開的順序。 可將各種操作描述為以可能有助于理解某些實施例的方式依次進行的多個不連續(xù)的操作； 然而，不應將描述順序解釋為表明這些操作是順序相關的。另外，這里描述的結構、系統和/ 或裝置可體現為集成部件或單獨的部件。為了比較各種實施例，描述了這些實施例的某些 方面和優(yōu)點。并非必須由任何特定實施例實現所有這些方面或優(yōu)點。因此，例如，可以實現 或優(yōu)化這里教導的一個優(yōu)點或一組優(yōu)點的方式執(zhí)行各種實施例，并非必須實現如可能也在 這里教導或建議的其它方面或優(yōu)點。在一些實施例中，TDD設備通過管將陽光從建筑物的屋頂傳送至內部，管的內部具 有反射表面。有時也將TDD設備稱作“管狀天窗”。TDD設備可包括安裝在建筑物的屋頂或 安裝在另一適當位置的透明蓋。內部具有反射表面的管在蓋子與安裝在管底座處的漫射器 之間延伸。透明蓋可以是圓頂形的或可具有其它適當的形狀，并且可被構造為捕獲陽光。在 某些實施例中，蓋子防止環(huán)境濕氣和其它物質進入管。漫射器將光從管散布到房間內或漫 射器所位于的區(qū)域中。蓋子可允許外部的光(例如，日光)進入系統。在一些實施例中，蓋子包括被構造 為增強或增加進入管的日光的集光系統。在某些實施例中，TDD設備包括混光系統。例如， 可將混光系統定位在管中或與管集成，并可將其構造為在漫射器的方向上傳送光?？蓪⒙?射器構造為基本上遍及房間或建筑物內的區(qū)域分配或散布光。各種漫射器設計都是可能 的。可在TDD中安裝輔助照明系統，以當無法獲得足夠量的日光來提供期望的內部照明等 級時，提供從管到目標區(qū)域的光。通過管反射的光的方向可能被各種光傳播因素影響。光傳播因素包括光進入TDD 的角度，其有時被稱做“入射角”。除了別的因素之外，入射角可能被太陽高度、透明蓋中的 光學器件、以及蓋子相對于地板的角度影響。其它光傳播因素包括管側壁的一個或多個部 分的斜度和側壁內反射表面的反射性(specularity)。一整天中的光傳播因素的大量可能 的組合可能導致光以寬泛且連續(xù)變化范圍的角度離開TDD。圖1示出了安裝在建筑物16中用于用自然光對建筑物16的內部房間12進行照 明的TDD 10的實例的剖面圖。TDD 10包括安裝在建筑物16的屋頂18上的透明蓋20，其 允許自然光進入管對?？捎梅浪鍖⑸w子20安裝至屋頂18。防水板可包括附接至屋頂18 的凸緣2 和邊緣(curb) 22b，邊緣從凸緣22a向上伸展且形成一定角度以適于使屋頂18 的斜面基本上在垂直方向上接合并支持蓋子20。其它方向也是可能的。管M可與防水板22連接，并可從屋頂18延伸穿過內部房間12的天花板14。管 24可將進入管M的光Ld向下引導至光漫射器沈，光漫射器沈在房間12中漫射光。管M 的內表面25可以是反射性的。在一些實施例中，管M至少具有帶有基本平行的側壁的截 面(例如，基本圓柱形的表面)。許多其它管形和構造都是可能的。管對可由金屬、纖維、 塑料、剛性材料、合金、其它適當的材料、或材料的組合形成。例如，可用1150類型的鋁合金 構造管M的本體?？蛇x擇管M的形狀、位置、構造以及材料以增加或最大化日光Ld或進 入管M的其它類型光的傳播入房間12的部分。管M可終止于或功能上接合于光漫射器26。光漫射器沈可包括以適當方式在比沒有漫射器26或其裝置將產生的區(qū)域更大的區(qū)域上散布或分散光的一個或多個裝置。在 一些實施例中，漫射器沈允許大部分或幾乎所有可見光沿著管對傳播以進入房間12。漫 射器可包括一個或多個透鏡、毛玻璃、全息漫射器、其它漫射材料、或材料的組合。可用任何 適當的連接技術將漫射器26連接至管24。例如，密封環(huán)觀可接合在管M周圍并與光漫射 器沈連接，以將漫射器沈保持在管M的端部。在一些實施例中，漫射器沈位于與天花板 14相同的一般平面中、基本平行于天花板的平面、或在天花板14的平面附近。在某些實施例中，漫射器沈的直徑基本等于管M的直徑、稍微大于管M的直徑、 稍微小于管M的直徑、或基本大于管M的直徑。漫射器26可朝著漫射器下方的下部表面 (例如，地板11)分配入射在漫射器上的光，并且，在一些房間構造中，朝著房間12的上部表 面(例如，至少一個墻壁13或天花板表面1 分配。漫射器沈可散布光以便諸如來自至 少約1平方英尺和/或小于等于約4平方英尺的漫射器面積的光能夠在典型房間構造中的 至少約60平方英尺和/或小于等于約200平方英尺的地板和/或墻壁面積上分配。主要進行直接漫射的漫射器(例如，向下引導漫射器(downwarddirecting diffuser))，以某些可能并不想要的方式分配光。一些直接漫射器分配光使得當在水平面 上測量時，地板11上的光的強度在漫射器沈正下方最強，并且隨著離漫射器沈正下方位 置的距離而減小，在一些情況中，地板上光的分配的特征在于余弦效果。例如，光的強度可 能與光對地板的入射角的余弦直接相關，并與漫射器沈和地板之間的距離反向相關。因 此，當在TDD 10中使用某些類型的漫射器時，典型地觀察到不均勻的地板亮度級(light level)。此外，某些類型的直接漫射器的特征在于強光以45至60度的角度(從垂直面測 量)從離天花板平面小于15英尺的距離離開漫射器沈。處于那些角度的強光可在一個區(qū)域 中產生可見度問題，包括眩光(glare)和計算機屏幕沖失(computer screen washout)。明 亮的漫射器區(qū)域與黑暗的未照明天花板的明暗對比(contrast)也可增加感覺到的眩光， 并減小看到的天花板區(qū)域。有一些與向下引導漫射器相關的共同的不想要的特性。主要進行間接漫射的漫射器典型地將光主要分配給天花板和/或墻壁區(qū)域。間接 漫射器也可以不想要的方式分配光。例如，與直接漫射器相比，間接漫射器典型地對地板11 或工作區(qū)域分配更小部分的光。因此，在TDD 10正下方的地板11上可能有基本黑暗的或 微微照亮的區(qū)域。在一些實施例中，漫射器沈提供大量的直接漫射和間接漫射。在某些實施例中， 漫射器26使在天花板平面處離開管沈的光LD的一部分改變方向至周圍的上部區(qū)域(例 如，天花板表面15)，并將剩余的光分配給下部區(qū)域(例如，地板11和墻壁13)。這種漫射 器26可更均勻地照亮地板11。投射在漆過的天花板表面15和墻壁13上的光Ld將以在到 達地板平面11之前大量地混合光的漫射、分布廣泛的模式從這些表面13、15反射出。允許 光Ld的一部分或一小部分通過漫射器沈或光散布裝置直接到達地板11可減少或消除TDD 10下面的黑暗區(qū)域的出現。在一些實施例中，漫射器沈通過將更多的光Ld向上分配至天花板表面15來減小 偏離管M的軸線大于等于約45°和/或小于等于約60°的方位角的區(qū)域中的光強度，從 而消除或減少眩光和顯示器沖失的發(fā)生。此外，可引導或控制穿過漫射器沈的中空內部的 光，從而其具有與垂直面成小于約45°的出射角。當至少TDD 10附近的天花板表面15或 基本上在房間12的上部中的其它區(qū)域被照亮時，可減小漫射器沈與周圍的天花板表面15之間的對比率，并且，可產生更明亮的整體房間效果。在圖2A至圖2B所示的實施例中，將光學元件110懸掛在天花板14的平面下方， 以將光引導到天花板表面15上?？蛇x擇光學元件110在天花板14下方延伸的距離ζ，使得 光學元件110將足夠的光引導向天花板表面15，同時不會大量地侵入房間12的可用空間 中。可能影響距離ζ的選擇的因素可包括天花板高度、其它房間尺寸、美感性、其它功能的 或建筑上的因素、或因素的組合。例如，當將TDD 10安裝在具有低天花板高度的房間12中 時，可選擇更短的距離ζ。在一些實施例中，距離ζ小于漫射器沈的高度。如圖2A所示，漫射器沈可包括位于管M的底座正下方且部分地在其內部的彎曲 的光學元件110。在圖2A所示的實例實施例中，光學元件110的形狀可基本上與直圓形的 (right circular)、外表凹入的截頭圓錐體雙曲線截面一致。光學元件110的形狀的許多 其它變型是可能的。在一些實施例中，光學元件110成形為反射以多個入射角入射在元件 110的區(qū)域上的光，從而在相對大角度的范圍(例如，至少約180°或至少約200° )上分散 由光學元件110改變方向的光。在某些實施例中，入射在光學元件110上的光基本上被準 直，同時，離開光學元件110的光基本上在其中安裝有TDD 10的整個房間12中分配。在一 些實施例中，離開光學元件110的光的分配包括分散在房間12的上部和下部區(qū)域(例如， 天花板表面15、墻壁13以及地板11)中的每一個區(qū)域上的相當一部分光?？捎砂ㄖT如以下材料的材料系統構造光學元件110，金屬、塑料、紙、玻璃、陶瓷、 涂層、薄膜、其它適當的材料、或材料的組合。在一些實施例中，光學元件110包括在每個面 上具有反射涂層的鋁基片。圖2A所示的光學元件110具有圍繞軸線圓周地延伸的反射性 的、凹入的外面116。外面116面向遠離軸線的方向，同時，與外面116相對的反射性的、凸 起的內面117面向朝著軸線、朝著光學元件110的中空內部的方向。在某些實施例中，光學 元件110的中心軸線與管M的中心軸線基本在同一直線上。可通過任何適當的技術將外面116和內面117的表面制成反射性的，這些技術包 括諸如電鍍、陽極化處理、涂鍍，或用反射膜覆蓋表面116、117。反射膜可至少在可見光譜 中是高度反射性的，并包括金屬膜、金屬化塑料膜、多層反射膜、或基本上反射可見光譜中 的光的任何其它結構。構造光學元件110的材料也可以是本質上反射性的。在一些實施例 中，外面116和內面117的表面的至少一部分基本上是反射的(specular)。光學元件110的頂面112通常是開口的，從而沿著管M傳播的光能夠進入元件 110的中空內部。元件110的底面114通常也是開口的，從而穿過元件110的內部傳播的光 能夠離開元件110，并進入房間12向下至地板11的一般方向。頂面112的孔和底面114的 孔可基本上是圓形的或任何其它適當的形狀。在一些實施例中，這些孔中的一個或多個的 形狀與管M的橫截面的形狀相同。在某些實施例中，底面114孔的直徑與管M的直徑基本 相等、稍微大于管M的直徑、稍微小于管M的直徑、或基本大于管M的直徑。頂面112孔 的直徑可小于底面114孔的直徑、小于等于底面114孔的約一半的直徑、小于等于底面114 孔的約75%的直徑、或其它適當的直徑。在一些實施例中，選擇頂面112孔的直徑以實現直 接漫射與間接漫射的期望比值。例如，如果期望直接漫射與間接漫射的更高的比值，那么可 增加頂面112的孔的直徑。在一些實施例中，沿著管M傳播且入射在光學元件110上的基本被準直的光的 典型入射角取決于光是否在頂面112附近的位置處入射在反射面116、117之一上，或者光是否在光學元件110的底面114附近的位置處入射。在實例所示實施例中，面116、117的 形狀允許準直進入的光的入射角在更靠近頂面112的位置處更大，并且在更靠近光學元件 110的底面112的位置處相對更小。雖然圖2A示出了具有帶有特定曲率的反射面116、117 的光學元件110，但是應該理解，可使用具有其它曲率或形狀的面116、117。例如，在一些實 施例中，面116、117的垂直截面(例如，圖2A所示的截面)可具有基本上橢圓形的形狀、 基本上雙曲線的形狀、基本上拋物線的形狀、基本上負的固有曲率(negative intrinsic curvature)、基本上IE白勺固有曲率(positive intrinsic curvature)、其它JLfS]"形狀、或不 同形狀區(qū)域的組合?？蛇x擇面116、117的形狀，從而當將光學元件110定位在TDD 10設備 中的管M的下方時，大量光被引導向房間12的地板11、墻壁13以及天花板表面15。圖2B所示的實例漫射器沈包括具有基本上與多個(例如，三個)連續(xù)的直圓形 截頭圓錐體截面一致的形狀的光學元件210。光學元件210的形狀的許多其它變型是可能 的。所示光學元件210具有中空內部，并可放在管M下方且部分地置于管內部。在一些 實施例中，光學元件210具有以各種角度定向的多個面216a-C、217a-C，以反射以多個入射 角入射在元件210的區(qū)域上的光，從而在相對大角度的范圍(例如，至少約180°或至少約 200° )上分散由光學元件210改變方向的光。在某些實施例中，入射在光學元件210上的 光基本被準直，同時，離開光學元件210的光基本上在其中安裝有TDDlO的整個房間12中 分配。在一些實施例中，離開光學元件210的光的分配包括分散在房間12的上部和下部區(qū) 域(例如，天花板表面15、墻壁13以及地板11)中的每一個區(qū)域上的相當一部分光。可用各種材料構造光學元件210，這些材料包括關于前述的光學元件110討論的 材料。圖2B所示的光學元件210具有圍繞軸線圓周地延伸的多個反射性外面216a-c。外 面216a_c面向遠離軸線的方向，同時，通常與外面216a_c相對的多個反射性內面217a_c 面向光學元件210的中空內部的方向。在某些實施例中，光學元件210的中心軸線與管M 的中心軸線基本在同一直線上。光學元件210的頂面212通常是開口的，從而沿著管M傳播的光能夠進入元件 210的中空內部。元件210的底面214通常也是開口的，從而穿過元件210的內部傳播的光 能夠離開元件210，并進入房間12向下至地板11的一般方向。可以至少與前述的光學元件 110的孔的形狀和大小相同的方式選擇頂面212孔和底面214孔的形狀和大小。在一些實施例中，當光入射在頂面212附近的表面上時與當光入射在光學元件 210的底面214附近的表面上時相比較，沿著管M傳播且入射在光學元件210上的基本準 直的光的入射角是不同的。在實例所示實施例中，多個面216a-C、217a-C的布置允許準直 進入的光的入射角在更靠近光學元件210的頂面212( “頂面”)的面216a、217a處更大，并 且在更靠近光學元件210的底面212( “底面”)的面216c、217c處相對更小。頂面216a、 217a與底面216c,217c之間的面216b、217b( “中間面”)的布置可允許中間面216b,217b 處的準直光的入射角在大小上處于頂面216a、217a的入射角與底面216c、217c的入射角 之間。雖然所示實施例具有三個反射面區(qū)域，應該理解，可使用任意數量的反射面區(qū)域，包 括諸如一個區(qū)域、兩個區(qū)域、四個區(qū)域、多于四個區(qū)域、兩個或多個區(qū)域、兩個至四個區(qū)域等等?？蛇x擇外面116a_c和內面117a_c的數量和構造，使得當將光學元件210定位在 TDD 10設備中的管M的下方時，大量光被引導向房間12的地板11、墻壁13以及天花板表面15，或者使得同時遍及房間的上部和下部區(qū)域基本均勻地分配光。例如，在一些實施例 中，可由漫射器基本連續(xù)地在從基本與光學元件210的底座214平行的平面延伸至基本垂 直于漫射器26且基本平行于管的軸線的平面的區(qū)域分配光。在某些實施例中，可由漫射器 沈通過一定角度基本連續(xù)地分配光，該角度從房間12中的基本上臨近或接近TDD 10的上 部區(qū)域延伸至房間12中的基本位于TDD 10下方的下部區(qū)域。例如，漫射器沈可將部分入 射日光向上引導、向左引導、向右引導、以及/或向下引導。光學元件210可包括設置在具有不同幾何形狀的反射面之間的過渡區(qū)域218a_b。 例如，可在頂面216a、217a與中間面216b、217b之間設置第一過渡區(qū)域218a，并在中間面 216b,217b與底面216c、217c之間設置第二過渡區(qū)域21汕。在一些實施例中，過渡區(qū)域 218a-b的數量等于一個數值，該數值小于具有不同幾何形狀的反射面區(qū)域的數量。例如， 圖2B所示的實例實施例具有三個帶有不同傾斜角的截頭圓錐體面區(qū)域和兩個過渡區(qū)域 218a-b。過渡區(qū)域218a-b可包括在反射面區(qū)域之間的折痕、圓角或其它過渡元件。在一些 實施例中，過渡區(qū)域218a-b形成反射面區(qū)域之間的急劇過渡。替代地，過渡區(qū)域218a-b可 形成反射面區(qū)域之間的更漸進的過渡。光學元件210可根據各種光學元件的設計特性及其相關原理而控制并分配離開 管M的光。在圖3所示的實例實施例中，光學元件210的反射面216a-C、217a-C設計成適 應光的角度的特定范圍，從而保持在房間12的天花板表面15和墻壁(未示出)上恒定的、 幾乎恒定的，或基本均勻的照明。光以與光進入管M的水平面成相同的傾斜角(elevation angle)沿著管M反射。因此，對于地球上的大多數有人居住的地方，在許多實施例中，與光 進入管M的水平面所成的傾斜角的范圍將在約20至70度。傾斜角取決于在一天中和在 一年中變化的日照角(sun angle)。光穿過管M的傳播以及光與光學元件210的相互作用隨著光的傾斜角而變化。例 如，在一些實施例中，以較小日照角進入的光A將在光學元件210的傾斜表面216b上反射 一次而離開，如圖3所示。在某些這種實施例中，以較大日照角進入管M的光B將在光學 元件210的表面216a、216c上反射多次而離開。因此，朝著天花板表面15以比當光進入管 M時光的傾斜角更小(closer)的出射角引導小角度光A和大角度光B。通過根據光的傾 斜角而不同地反射光，對于大傾斜角光和小傾斜角光，光學元件210可在房間12的天花板 表面15和墻壁上提供相似的出射角和照明。光學元件210的頂面212可以是開口的、基本開口的、或至少部分開口的，以允許 光C向下傳播至管M下方的區(qū)域(例如，朝著房間12的地板)。在圖4所示的實例實施例 中，光C穿過頂面212，并反射離開光學元件210的內面217a。內面217a使光C改變方向 從而光C與TDD 10所成的出射角比光C的入射角更接近于直角。在一些實施例中，光學元 件210增加穿過光學元件210的內部傳播的光的至少一部分與水平面所成的傾斜角，從而 使該至少一部分光以更垂直的角度離開TDD 10，如所示出的。光C被改變方向的角度可取 決于光C入射在其上的內面217的部分的方向和位置。在某些實施例中，設計光學元件210以確保穿過光學元件210的光將以與垂直面 成小于約45度的出射角或以幾乎垂直的方向離開光學元件210的底面214，從而減小或防 止光C以與垂直面成45至60度的角度離開TDD 10。以此方式，光學元件210可減少或消 除以那些角度離開裝置(fixture)的光可能導致的眩光和可見度問題。
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在圖5和圖8所示的實例實施例中示出了光學元件310其在許多方面與前述的 光學元件110、210類似，但是在諸如那些下文中討論的方面不同。光學元件310具有至少 部分反射性且至少部分透射性的外面316a_c和內面317a_c。在一些實施例中，用穿孔的、 切割的、模壓的或其它方式構造的材料332制造光學元件310，從而由貫穿材料的多個開口 334中斷材料。可構造開口 334的大小并對其定位，以允許大量光D2向下透射并允許大量 光Dl朝著房間的天花板表面15或墻壁反射。當入射光D入射在反射性材料332上時其被 改變方向，但是入射光會通過開口 334透射。在一些實施例中，通常在光學元件310的表面 上均勻分配開口 334。替代地，可根據被構造為產生任何期望效果的圖案來分配開口 334。在一些實施例中，開口 334、434不是真正的物理開口，而僅是由半透明或透明材 料(被不透明或反射性材料包圍，或鄰近不透明或反射性材料)形成的光學開口。也可使 用其它結構或構造來允許基本上垂直于漫射器26地引導一部分光，且基本上在漫射器沈 的外圍方向上引導一部分光。在某些實施例中，構造開口 334使得被開口包圍的總面積約是光學元件310的表 面積的50%。替代地，構造開口使得開口 334覆蓋小于等于約60%的表面、覆蓋大于等于 約40%的表面、或覆蓋可被選擇為賦予光學元件310任何期望的光學特性的其它部分。通 過調節(jié)光學元件310中的開口 334的大小和布置，TDD制造商可調整光學元件310的反射和 透射特性，以解決房間12的天花板表面15、墻壁以及/或地板上所需的相對量的照明。在 某些實施例中，不用增加或減小管的尺寸，便可調節(jié)從TDD設備產生的在房間12的天花板 表面15、墻壁以及/或地板上的照明?？墒褂贸松鲜龅墓鈱W元件210、310以外的一個或多個光學元件，以進一步控制 當光離開TDD 10時光的分配。在圖6、圖8以及圖9所示的實例實施例中，在光學元件210 與房間12之間設置第二光學元件410。第二光學元件410是被構造為與被反射的光E、F和 /或穿過光學元件210的光G相互作用的光漫射結構。在圖6所示的實施例中，沿著第一路 徑傳播的光E反射離開管M的內表面25，并在中間外面216b處入射到光學元件210上。 中間外面216b朝著天花板表面15反射并改變光E的方向。光E傳播至散布光的第二光學 元件410。通常朝著房間12的天花板表面15和墻壁13以漫射圖案散布離開第二光學元 件410的光E1。沿著第二路徑傳播的光F在上部外面216a處入射到光學元件上。該上部 外面216a朝著光學元件210的下部外面216c反射并改變光F的方向。下部外面216c基 本上朝著天花板表面15反射并改變光F的方向。光F傳播至散布光的第二光學元件410。 通常朝著房間12的天花板表面15和墻壁13以漫射圖案散布離開第二光學元件410的光 F1。沿著第三路徑傳播的光G反射離開管M的內表面25，并穿過光學元件210。光G傳播 至散布光的第二光學元件410。通常朝著房間12的地板11以漫射圖案散布離開第二光學 元件410的光G1。第二光學元件410的形狀、位置以及構造上的許多變型都是可能的。第二光學元 件410可包括從天花板14延伸至光學元件210的底座的第一漫射表面420。第二漫射表 面4 可折射離開光學元件210的底座214的光?？捎萌魏芜m當的材料制造漫射表面420、 426，例如，透明塑料、半透明塑料、玻璃、一個或多個透鏡、毛玻璃、全息漫射器、其它漫射材 料、或材料的組合。在一些實施例中，漫射表面420、426中的至少一個包括基本連續(xù)的漫射材料432、散布有開口 434的漫射材料432、其它材料、或材料的組合。通過進一步漫射離開TDD 10的 光El、Fl、Gl，第二光學元件410可減小TDD 10與TDD 10周圍的天花板表面15和/或墻 壁13之間的明暗對比。在某些實施例中，第一光學元件210用成形反射表面使至少一部分 入射光E、F改變方向，而第二光學元件410用折射或光子漫射散布入射光E、F、G。在一些 實施例中，漫射表面420、似6被保持在適當位置或由支撐結構支撐。支撐結構可用任何適 當的材料制造，并且其可包括環(huán)424、426、桿428、其它結構元件、或元件的組合。現在將參照圖7所示的實施例討論TDD的實例尺寸和比例。在一些實施例中，TDD 10的設計是緊湊的。例如，光學元件210的底座214的寬度或直徑W2(寬度尺寸)可與管 24的寬度尺寸Wl基本相等。在一些實施例中，底座214的寬度尺寸W2小于等于管M的寬 度尺寸Wl和相對短的距離(例如，約一英寸)的和。在實例實施例中，當管M的直徑Wl 是21英寸(即21”)時，底座214的直徑W2是21. 25英寸?？蓪⑵渌m當的管M和光學 元件210的尺寸選擇為適于對房間12提供期望的照明和漫射特性。在某些實施例中，光學元件210從天花板14延伸短距離L2進入房間12。例如， 天花板14與光學元件210的底座214之間的距離L2可以是至少約6英寸和/或小于等于 約12英寸、小于等于約12英寸、或小于等于約9英寸。在一些實施例中，光學元件210至 少部分地延伸入管24。例如，如果光學元件210的高度Ll是8. 85英寸，并且光學元件210 的底座214與天花板14之間的距離L2是6. 5英寸，那么光學元件210將延伸入管2. 35英 寸。通過將光學元件210至少部分地定位在管M中，可減小光學元件210的底座214與天 花板14之間的距離。至少部分這里公開的實施例可提供超過現有日光照明系統的一個或多個優(yōu)點。例 如，某些實施例有效地允許TDD在房間的上部和下部區(qū)域(例如，天花板、墻壁、以及/或地 板)分配離開TDD的光。作為另一實例，一些實施例提供用于允許在TDD正下方和至TDD 的側邊充分透射光的技術。作為另一實例，某些實施方式提供間接漫射器，其也允許一部分 入射光直接穿過漫射器透射。作為另一實例，一些實施例提供間接漫射器，其也允許部分入 射光直接穿過漫射器而傳播，作為另一實例，一些實施例提供間接漫射器，其在漫射器正下 方提供充分照明，并具有漫射器底座與照亮的天花板之間的減小的明暗對比。這里公開的各種實施例的討論基本上遵循圖中所示的實施例。然而，考慮到這里 討論的任何實施例的具體特征、結構或特性可以任何適當的方式與未特別示出或描述的一 個或多個單獨的實施例組合。例如，可以理解，漫射器可包括多個光學元件、反射表面、以及 /或漫射表面。在許多情況中，被描述為或示出為整體的或連續(xù)的結構可以是分開的，同時 仍執(zhí)行整體結構的功能。在許多情況中，可連接或組合被描述為或示出為分開的結構，同時 仍執(zhí)行分開的結構的功能。進一步理解，至少在一些日光照明系統和/或除了 TDD以外的 照明設備中可使用這里公開的漫射器。應該理解，在實施例的上述描述中，為了簡單化公開內容和幫助理解一個或多個不 同的創(chuàng)造性方面的目的，有時在單個實施例、圖或其描述中將各種特征組合在一起。然而，不 應將此公開方法解釋為反映任何權利要求要求比該權利要求中明確列出的特征更多的特征 的發(fā)明。此外，這里在具體實施例中示出和/或描述的任何部件、特征，或步驟可應用于任何 其它實施例或與任何其它實施例一起使用。因此，目的在于，這里公開的發(fā)明的范圍不應由 上述具體實施例限制，而是僅應由所附的權利要求的清楚理解(fair reading)來確定。
權利要求
1.一種日光照明設備，包括內部反射管，被構造為將日光從該管的第一端引導至與所述第一端相對的該管的第二 端；以及漫射器，定位在所述管的第二端，所述漫射器包括第一光學結構，構造所述第一光學結 構以便當所述日光照明設備被安裝成第一端定位在房間外而第二端被定位為向房間提供 光時日光的被反射部分朝著房間的至少一個天花板或上部墻壁表面被引導；并且日光的被透射部分朝著房間的至少一個地板或下部表面被弓I導。
2.根據權利要求1所述的日光照明設備，其中，所述第一光學結構包括反射表面，所述 反射表面成形并定位為使得日光的被反射部分改變方向。
3.根據權利要求2所述的日光照明設備，其中，所述反射表面至少包括被構造為反射 以第一入射角入射的準直日光的第一面。
4.根據權利要求3所述的日光照明設備，其中，所述反射表面至少包括被構造為反射 以不同于所述第一入射角的第二入射角入射的準直日光的第二面。
5.根據權利要求2所述的日光照明設備，其中，所述反射表面至少包括被構造為反射 以多個入射角入射的準直日光的第一曲面。
6.根據權利要求2所述的日光照明設備，其中，所述反射表面包括下部反射面區(qū)域、中 部反射面區(qū)域和上部反射面區(qū)域。
7.根據權利要求6所述的日光照明設備，其中，所述下部反射面區(qū)域、中部反射面區(qū)域 以及上部反射面區(qū)域中的每一個都包括圓錐平截頭體。
8.根據權利要求1所述的日光照明設備，其中，所述第一光學結構包括至少一個孔，所 述孔成形并定位成允許日光的被透射部分中的至少一部分穿過所述第一光學結構。
9.根據權利要求1所述的日光照明設備，其中，所述第一光學結構包括至少一個反射 表面，所述反射表面由被構造為允許日光的被透射部分中的至少一部分穿過所述第一光學 結構的多個開口中斷。
10.根據權利要求1所述的日光照明設備，其中，所述漫射器包括被構造為接收離開所 述第一光學結構的光的第二光學結構。
11.根據權利要求10所述的日光照明設備，其中，所述第二光學結構被構造為散布日 光的被反射部分。
12.根據權利要求11所述的日光照明設備，其中，所述第二光學結構被構造為散布日 光的被透射部分。
13.根據權利要求1所述的日光照明設備，其中，所述第一光學結構包括雙曲面平截頭 體形狀的反射元件。
14.一種向結構內部提供光的方法，所述方法包括以下步驟以允許沿著管從結構外部的第一位置向結構房間中的第二位置引導日光的方式將內 部反射管定位在所述第一位置與房間的所述第二位置之間；以及將漫射器定位在房間中的管的一端，從而所述漫射器朝著房間的至少一個天花板和上 部墻壁表面反射離開所述管的日光的第一基本部分，并允許離開所述管的日光的第二基本 部分朝著房間的至少一個地板或下部表面穿過所述漫射器。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，定位漫射器的步驟包括定位被構造為反射至少部分日光的第一光學元件；以及在所述第一光學元件周圍定位 第二光學元件，所述第二光學元件被構造為散布離開所述管的日光。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，將漫射器定位在所述管的一端的步驟包括定 位光學元件以使其至少部分地延伸入所述管。
17.—種制造日光照明裝置的方法，所述方法包括以下步驟在基片的每一側上設置反射材料，以形成具有兩個反射表面的至少一個薄片；在所述薄片中形成多個開口；成形所述至少一個薄片，以形成具有至少一個反射面區(qū)域的光學元件和延伸穿過所述 至少一個反射面區(qū)域的孔，所述至少一個反射面區(qū)域具有基本上圓形的截面；以及將所述光學元件放置在內部反射管的一端，所述內部反射管被構造為接收日光并朝著 所述光學元件引導所述日光。
18.根據權利要求17所述的方法，進一步包括將第二光學元件放置在所述第一光學元 件上方的步驟，所述第二光學元件被構造為散布離開所述管的光。
19.根據權利要求17所述的方法，其中，將所述光學元件構造為使得當日光照明設備 被安裝成第一端定位在房間外而第二端被定位為向房間提供光時，將日光的被反射部分朝 著房間的至少一個天花板或墻壁表面引導，并且將日光的被透射部分朝著房間的至少一個 地板表面引導。
20.根據權利要求17所述的方法，其中，成形所述至少一個薄片的步驟包括成形至少第一薄片和第二薄片；以及連接所述至少第一薄片和第二薄片以形成所述光學元件。
全文摘要
直接和間接光漫射裝置和方法。本發(fā)明的一些實施例提供包括內部反射管的日光照明設備，內部反射管被構造為將日光從管的第一端引導至與第一端相對的管的第二端?？蓪⒙淦鞫ㄎ辉诠艿牡诙恕Ｂ淦骺砂ǖ谝还鈱W結構，第一光學結構被構造為使得當日光照明設備被安裝成第一端定位在房間外而第二端被定位為向房間提供光時，日光的被反射部分朝著房間的至少一個上部區(qū)域(例如，天花板或上部墻壁表面)被引導，并且，日光的被透射部分朝著房間的至少一個下部區(qū)域(例如，地板表面)被引導。
文檔編號F21V7/10GK102095157SQ20101012276
公開日2011年6月15日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者基思·羅伯特·科皮茨克, 戴維·溫莎·里利, 解鼎堯 申請人:索樂圖國際公司