帶有固定鏡片的日光重定向系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】帶有固定鏡片的日光重定向系統(tǒng)
[0001]本專利要求享有于2014年4月24日提出的申請?zhí)枮?1/815552的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)。通過引用這些以及其它外來材料，將其全文并入本文。當通過引用并入的術(shù)語的定義或用法，與本文中提供的術(shù)語的定義不一致或相反時，以本文所提供的該術(shù)語的定義為準。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明領(lǐng)域涉及光重定向機構(gòu)，特別是日光重定向機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]下面的描述包括有助于理解本發(fā)明的信息。但這里并非承認，本文所提供的任何信息均為現(xiàn)有技術(shù)或與現(xiàn)有要求保護的發(fā)明有關(guān)，或本文明確或隱含引用的任何披露均為現(xiàn)有技術(shù)。
[0004]通過引用并入本文的國際專利申請W0 2009/000070，描述了一種日光重定向器，其中縱向相鄰的多個平面鏡通過非拉伸連桿機構(gòu)相互鉸接，以形成柱狀陣列(參見本文的圖1)。非拉伸連桿機構(gòu)限制平面鏡的移動，使得它們的法向量保持平行。鉸接頭(參見W02009/000070，但本文的圖1中未示出)使平面鏡可相對于兩個相互垂直的軸移動，并防止平面鏡相對于垂直于另兩個軸的第三個軸移動。致動器(參見W0 2009/000070，但本文的圖1中未示出)可控地移動平面鏡，從而定向平面鏡的法向量，使得所述平面鏡將入射光反射在所預(yù)期的方向。可以自適應(yīng)控制致動器來移動平面鏡追蹤太陽，從而將日光持續(xù)地重定向到特定的方向，如穿過墻壁開口，從而實現(xiàn)建筑物內(nèi)部的照明。
[0005]如W02009/000070說明，這樣的平面鏡陣列可用于建立核心日光照明系統(tǒng)?？梢云谕氖?，薄化處理此類平面鏡陣列，以便于將所述陣列安裝在建筑物墻壁上或墻壁內(nèi)。薄的平面鏡陣列可由大量的小平面鏡構(gòu)成。但是，這種方法的缺點是，所需平面鏡數(shù)量的增加與所述陣列的厚度的平方成反比，從而潛在地過高增加了構(gòu)建合適薄度的陣列所需的成本。因此，陽光重定向器和平面鏡陣列仍然有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主題在于提供一種用于重定向日光的裝置、系統(tǒng)以及方法。在本發(fā)明主題的一些方面中，日光重定向器包括第一鏡片陣列，所述第一鏡片陣列包括多個基本上平行或平行、均勻間隔、縱向外側(cè)的鏡片。所述日光重定向器還可包括第二鏡片陣列，所述第二鏡片陣列包括多個基本上平行或平行、均勻間隔、縱向內(nèi)側(cè)的第二鏡片，其中，每個內(nèi)側(cè)和外側(cè)的鏡片都有法向量?？梢栽O(shè)想的是，外側(cè)鏡片的定位為可調(diào)節(jié)的，從而使得一部分或全部外側(cè)鏡片的法向量保持平行。還可以設(shè)想，第一鏡片陣列可繞陽光重定向器的法向量旋轉(zhuǎn)。
[0007]另外或可替代地，所述內(nèi)側(cè)的鏡片可以保持固定在適當?shù)奈恢蒙?，或者在兩個或多個固定位置之間可移動。另外或可替代地，所述第二鏡片陣列可繞陽光重定向器的法向量旋轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明的一些方面中，至少一個內(nèi)側(cè)的鏡片和至少一個外側(cè)的鏡片可具有不同的長度，并被設(shè)置為使得所述第一鏡片陣列為圓形。另外或可替代地，鏡片可以將入射光線重定向到所預(yù)期的方向，所述所預(yù)期的方向與日光重定向器的法向量基本(例如，在20 %以內(nèi)或更優(yōu)選地，在10%以內(nèi)，或甚至在5%以內(nèi))平行。更進一步地，內(nèi)側(cè)的鏡片的角定向的選取，可使得由外側(cè)的鏡片反射到內(nèi)側(cè)的鏡片上的光線被內(nèi)側(cè)的鏡片重定向到所預(yù)期的方向，所述所預(yù)期的方向與日光重定向器的法向量基本平行。
[0009]本發(fā)明的其它方面提供了一種重定向日光的方法，所述方法包括以下步驟:設(shè)置第一鏡片陣列，使所述第一鏡片陣列包括多個基本上平行、均勻或基本上均勻間隔、縱向的外側(cè)的鏡片，一部分或全部所述外側(cè)的鏡片具有法向量；以及設(shè)置第二鏡片陣列，使所述第二鏡片陣列包括多個基本上平行、均勻或基本上均勻間隔、縱向內(nèi)側(cè)的鏡片，每個所述外側(cè)的鏡片均具有法向量。另外或可替代地，本發(fā)明主題的方法可包括通過以下步驟追蹤太陽:調(diào)節(jié)所述外側(cè)的鏡片的定位，同時保持這些鏡片的法向量基本上平行排列；以及使得第一鏡片陣列圍繞第一和第二鏡片陣列的法向量旋轉(zhuǎn)。
[〇〇1〇]另外或可替代地，一些設(shè)想的方法可包括將所述內(nèi)側(cè)的鏡片保持在固定的位置上。任選地，此步驟可包括將內(nèi)側(cè)的鏡片保持在固定的位置上，在所述位置中，由外側(cè)的鏡片反射到內(nèi)側(cè)的鏡片上的光線被內(nèi)側(cè)的鏡片重定向到所預(yù)期的方向，所述預(yù)期的方向與第一和第二鏡片陣列的法向量基本上平行。
[〇〇11]另外或可替代地，所設(shè)想的方法可包括將內(nèi)側(cè)的鏡片保持在一個或多個第一和第二固定位置上。另外或可替代地，所設(shè)想的方法可包括保持內(nèi)側(cè)的鏡片的角定向，使得由外側(cè)的鏡片反射到內(nèi)側(cè)的鏡片上的光線被內(nèi)側(cè)的鏡片重定向到所預(yù)期的方向，所述預(yù)期的方向與第一和第二鏡片陣列的法向量基本上平行。
[0012]另外或可替代地，所設(shè)想的方法可包括:在一天或多天的一個或多個選定的時間或時間范圍內(nèi)(例如，在選定的時間的30分鐘、15分鐘、5分鐘內(nèi)等等)，將內(nèi)側(cè)的鏡片從第二固定位置移動到第一固定位置上。所述選定的時間可為，例如，在1，2, 5,10,15, 20,100或甚至更多天的每一天間隔兩個小時一次(例如，上午11點和下午1點等)。另外或可替代地，當內(nèi)側(cè)的鏡片在第一固定位置上時，入射在外側(cè)的鏡片上的光線可被反射到內(nèi)側(cè)的鏡片上，并進一步由內(nèi)側(cè)的鏡片反射到所預(yù)期的方向，所述所預(yù)期的方向與第一和第二鏡片陣列的法向量基本平行。此外，當內(nèi)側(cè)的鏡片在第二固定位置上時，入射在外側(cè)的鏡片上的光線可被外側(cè)的鏡片反射到所預(yù)期的方向，而不會進一步被內(nèi)側(cè)的鏡片反射。
[0013]除非上下文指出反例，本文闡述的所有范圍應(yīng)該被解釋為包括其端點，以及開放式的范圍應(yīng)被解釋為只包括商業(yè)實用價值。相似地，除非上下文指出反例，所有一系列的值應(yīng)被看作包括中間值。
[0014]如下面進一步描述的，上述一些相對于現(xiàn)有技術(shù)的缺點可以由如下面示出本發(fā)明主題的某些方面的圖2，圖3六，38,3(:，4,54,58,5(:和^)解釋的那樣處理或解決。
[0015]正如圖2,圖3A，3B，3C，4, 5A，5B，5C和?描述那樣，對于太陽的許多位置，日光重定向器能夠?qū)⒐庵囟ㄏ蜻M入光導(dǎo)或采光井，除非當太陽的定位使得入射在重定向器上的光線已經(jīng)具有近似正確的角定向，因此需要相當小的重定向。在這種情況下，太陽相對于所述重定向器的位置可以使得入射在重定向器上的光線具有近似正確的角定向，并只需要相當小的重定向。例如，如果光線以掠入射角度入射到重定向器上，則只有非常小的一部分光線將被重定向；很大一部分光線將穿過重定向器而不被重定向，從而降低重定向器的總體效率。
[0016]光導(dǎo)可被定向為近似垂直的采光井，所述采光井將日光從建筑物的屋頂?shù)目紫蛳乱龑?dǎo)至內(nèi)部空間，然后日光在所述內(nèi)部空間中用于一般照明或美觀照明。上述效率降低的問題在此類光導(dǎo)的地理位置離赤道越近的時候最為突出，所述地理位置在35° N?35° S瑋度帶之間，在該瑋度帶范圍內(nèi)中午的太陽位于高海拔區(qū)域(如主要為正上方)。對于這樣的位置，由多個平行鏡片構(gòu)成的重定向器在靠近中午的約2小時的時間段內(nèi)不能有效地重定向日光，例如，所述靠近中午的約2小時的時間段可以是人們所期望的在內(nèi)部空間取得最大的日光照明的時間段。
[0017]下面參照圖5A, 5B, 5C和?描述的方法，可以在地理位置離赤道更近的時候也同樣有效，但不一定在所有情況下都會具有由提供定位可調(diào)節(jié)的內(nèi)側(cè)鏡片60Α，62Α，64Α，66Α帶來的額外成本和復(fù)雜性。除此之外，本發(fā)明還提供了一種用于提高效率而基本上不增加成本和復(fù)雜性的方法。
[0018]下面將通過優(yōu)選實施例和附圖來具體闡述本發(fā)明主題的各種目的、特征、方面和優(yōu)點，附圖中的相同標記表示相同元件。
【附圖說明】
[0019]圖1示出公開于W0 2009/