CN109891286A - 日光照明系统 - Google Patents

Abstract

一种用于集成到建筑物或大型交通工具中的日光照明系统，包括：包含玻璃板和光重定向元件(302或708)的透光的立面元件(800)透光的以及用于将光大致水平地引导到建筑物内部的光传输通道(801)，该光传输通道包括附接到所述立面元件的内侧的一个开口以及朝向建筑物内部的至少一个开口，其特征在于所述光重定向元件(302或708)形成为附接到所述立面元件(800)的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变为大致水平的光传输通道。

Description

日光照明系统

技术领域

本发明涉及通常在建筑物中的日光不足的室内房间的日光照明。具体而言，本发明涉及一种适于水平安装在天花板下方的反射光传输通道，其前端被密封至建筑物外立面的内侧并且包括用作光重定向元件和/或集光器的结构化聚合物膜或片。传输通道的另一端延伸到建筑物的内部；其侧壁，尤其是面向地板的侧壁，包括一个或多个配有照明器的开口。本发明还涉及包括这类部件的日光照明系统，以及具有这种日光照明系统的建筑物。

背景技术

通过建筑物的可见光长距离传输可以使用大型镜面衬里管道，或利用全内反射的较小固体光导。镜面衬里管道具有如下优点：横截面积大且孔径数值大(能够以较低集中度实现较大通量)，稳靠且清澈的传播介质(即空气)可以降低衰减并延长使用寿命，并且传输的光通量的单位重量较低。固体光导具有配置灵活的优点，这可导致光损失低的相对紧密的弯曲。尽管镜面衬里管道的优点可能看上去是压倒性的，但由于以与管道大致相同的方式组装光导管的实用价值，仍然经常选择固体光导。无论用于有效传输光的技术如何，都需要适合于传输系统的实用且有效的日光收集器。

例如在US 4389085和US 5581447中已经描述了基于光纤的采光系统，其在建筑物外部收集光并通过光纤线缆将其长距离传输到内部。这些系统可以收集和集中大量具有高集中度因子的直射阳光以耦合到光纤线缆中。然而，它们的太阳接收角非常小，因此它们需要双轴太阳跟踪机械装置，这些装置制造昂贵，在使用中需要大量维护，并且非常庞大，这使得集成到建筑物的立面中极具挑战性。

在DE 3604269、US 5709456和US 6059438中，提出了一种光纤系统，其使用基于光吸收和再发光染料的静态(非太阳跟踪)收集器。这种系统可以是扁平的，因此可以容易地集成到建筑物的立面或屋顶中。然而，其缺点是非常低的集光效率、低光集中系数和非自然光谱。

美国专利申请US 2010/0172147描述了另一种类型的光纤系统，其由具有大棱镜阵列模块的静态收集器组成，以收集光并将光耦合到固体光管中以便传输到建筑物中。专利申请WO 2015/098209描述了又一种基于扁平多层微光学棱镜膜收集器设计的光纤系统。DE 3522717描述了一种具有基于扁平透镜的静电集中器元件的光纤系统。

所有这些静态收集器系统都是扁平的，并且原则上可以容易地集成到建筑物的立面或其屋顶中。然而，它们不允许高光集中系数，并且因此需要大量的光纤(光管)来将光线长距离传输到建筑物中，这使得系统非常昂贵和笨重。

基于镜面衬里管道光传输元件的采光系统是众所周知的。例如在US 8955269、WO2011/022274、US 2014/0160570或EP 1306606中描述了用于将光从建筑物的屋顶传输到建筑物的上层的垂直光管。多层办公楼对这种类别的系统不太感兴趣，在多层办公楼中从屋顶到办公室的距离大多太长而不能在中央工作区域中提供所需的500lx的光强度(DIN EN12464-1，办公室照明)。因此它们的光传输距离被限制在约5m或者需要非常大的横截面积来在更长距离上传输光，从而占据了可用建筑物体积的很大一部分。为了更高的集光效率，系统通常包括覆盖光传输管道的穹顶，其可以包括另外的光学结构，例如菲涅耳结构或激光切割面板(LCP)。因此，罩盖体积庞大并且确实使系统集成到建筑物表层中具有挑战性。

在CN 102305380和WO 1998/028645中已经提出了用于使用来自立面的日光进行建筑物照明的水平光管，V.Garcia Hansen和I.Edmonds在“Natural illumination ofdeep-plan office buildings:light pipe strategies.In:ISES Solar World Congress2003,14-19June 2003,Sweden”和CN203162829中描述与作为收集器(LCP)的激光切割面板组合的系统，并且D.Vázquez-Moliní等人描述了具有CPC型收集器元件的另一系统(ADASY,Active Daylighting System；Proc.of SPIE Vol.7410,74100H)。所有这些系统不允许从大于镜面衬里管道的横截面的区域收集日光和/或确实具有从建筑物立面突出的庞大延伸部分。这使得建筑集成具有挑战性和/或需要存在昂贵的光学元件。

在KR 100384277中提出了一种具有日光收集器元件的水平光管系统，该日光收集器元件允许从比镜面衬里管道的横截面大得多的区域收集光。收集器包括由框架和菲涅耳透镜形成的聚光部分，以及由两个棱镜透镜形成的变光部分。第二棱镜透镜光学连接到镜面衬里管道。然而，该系统的收集器装置非常庞大，因此不能容易地集成到建筑物的立面或屋顶中。

在JP2014/209423和JP2014/209424以及JP2016/048618中提出了一种采光系统，其将包括大光学和反射镜结构的突出的扁平收集器元件与镜面衬里管道相结合。

所有上述所有现有技术采光系统都具有如下缺点：太阳接收角低导致需要昂贵的机械跟踪系统，和/或需要昂贵的光纤线缆来长距离传输日光，和/或体积庞大的收集器元件使集成到建筑物表层中具有挑战性，和/或需要昂贵的光学元件，和/或光学效率有限。如果用于从立面侧引入光，那么这些装置不仅会在立面中引入美观破坏，还会中断建筑物表层及其隔热层。

发明内容

因此，本领域需要一种具有静态收集器和/或重定向元件的采光系统，其不需要凸出部件，因此可以容易地集成在建筑物表层中，从而保持其隔热性能，并且不需要用于集光和光传输的昂贵光学元件。

本发明的发明人已经发现，包括构造成用于将太阳光耦合到镜面衬里管道中的集光和/或重定向膜或片的透光的玻璃幕墙元件的组合出乎意料地带来大大改善的系统性能。通过以下解释，与这种有益的采光系统的细节将变得显而易见。

因此，本发明一般涉及一种用于集成到建筑物中的日光照明系统，该日光照明系统包括：

透光的立面元件(800)，其包含玻璃板和光重定向元件(302或708)，以及用于将光大致水平地引导到建筑物内部的光传输通道(801)，该光传输通道包括附接到所述立面元件的内侧的一个前开口以及朝向建筑物内部的至少一个开口，其特征在于

光重定向元件(302或708)形成为附接到立面元件(800)的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变为大致水平的光传输通道。玻璃板可以通常使用粘结剂直接在其玻璃表面上承载本发明的光重定向元件，或者玻璃板可以如下面进一步说明的那样进行涂覆，并在其被涂覆表面上承载所述元件。

通过独立权利要求的主题来解决本发明的目的。本发明的其它实施例和优点结合在从属权利要求中。

实施例的详细描述

所描述的实施例类似地涉及用于日光照明系统中的集光器、用于集成到建筑物中的日光照明系统和建筑物。虽然可能未详细描述实施例的不同组合，但它们可以产生协同效应。

在谈及单数名词例如“一”、“一个”或“该”时使用不定冠词或定冠词的情况下，其包括多个该名词，除非特别地陈述了某种例外。在本发明的上下文中，术语“约”或“近似地”表示本领域技术人员将理解为仍然确保所讨论的特征的技术效果的准确度的间隔。该术语通常表示偏离所指出的数值±20％，优选±15％，更优选±10％，更加优选±5％。术语“约”与“基本上”同义并且表示可能偏离如上所述的基值，在角度的情况下除外，其中术语“约”表示可能的偏差正负10度(优选多达正负5度)。因此，术语“基本上水平”表示与水平方向以正或负10度并且优选正或负5度的最大倾角的排布(例如光传输通道的排布)。

技术术语以其常识使用。如果将特定含义传达给某些术语，则术语的定义在下文中将在使用术语的上下文中给出。术语“镜面衬里管道”、“光导管”、“光传输通道”、“光通道”、“光管”同义使用。术语“镜面反射”指的是不产生漫射光的反射。

在功能上以及美学上，本发明的立面元件可以集成到建筑物表层中而不会突出，从而优选地成为建筑物表层的一部分，通常作为光滑立面的一部分，其可以是玻璃幕墙。因此，立面元件(其表面通常由高度h’和宽度w’限定，如图2所示)以及玻璃板和包括附接到其上的光重定向元件的薄膜或片(即，光重定向元件通常被层压为玻璃板或平行于玻璃板的另一片)一般可以平行于立面和/或作为平坦(通常：垂直)立面的一部分布置。

一般而言，本发明的光传输通道以其前开口从建筑物内部嵌合到立面元件，从而保留建筑物表层的热管理性能和立面的美学外观。本发明的光传输通道可以嵌合到立面元件，使得其前开口(横截面)被密封于所述立面元件，或者光传输通道仅仅布置在立面元件的后面，以允许光从立面元件进入其前开口中，前开口可以用单独的透明片如聚合物片或玻璃板密封。

立面元件的厚度d通常可以在0.1cm至25cm、优选地在1cm至20cm之间、更优选地在2cm至15cm之间变化。优选地，收集器的厚度在整个区域上是恒定的，但是它也可以在收集器的所述至少一个中心或通道附接区段的面积上不同。

根据本发明的第一通用实施例(参见图1)，光重定向元件构造成将通常在或多或少的陡峭入射角下到达建筑物表层的外表面的光引入光传输渠道。进入(或耦合到)包含该光重定向元件的薄膜或片的光因此将其方向改变为期望的方向，并且随后基本上朝向建筑物的内部离开薄膜或片(即，耦合输出)而不进行进一步的重定向(穿过建筑物表层的一个或多个任选的另外的层如薄膜或玻璃板除外，这可以引起较小的衍射；这种衍射保持在极小的程度，因为这些另外的层的表面基本上是平行的)。

根据本发明的第二通用实施例(参见图2)，光重定向元件构造成将通常在或多或少的陡峭入射角下到达建筑物表层的外表面的光耦合到薄膜或片或与其相邻的一个或多个层(波导层)中，薄膜或片由此用作用于日光照明系统并用于集成到建筑物中的集光器。集光器包括波导层、构造成用于将太阳光耦合到波导层中集光和重定向元件。集光器还包括耦合输出元件，该耦合输出元件构造成用于将来自波导的光耦合输出到日光照明系统的光传输通道中。

在下文中，谈及集光器的部分涉及本发明的该第二通用实施例，而所有其它部分(尤其涉及重定向元件、光传输通道、立面元件或照明器)涉及本发明的第一和第二通用实施例中的每一个。

光传输通道(图1或图2，预计其长度l延伸到建筑物内部)通常与立面元件的外表面形成45°或更大的角度在(图2中由其高度h’和宽度w’限定)；典型地，平面h’×w’与长度为l的光通道的长边之间的角度为约90°，从而实现大致水平定位。

因此，本发明的日光照明系统不是基于光纤的系统。一般而言，配备有光重定向元件的立面元件应该布置在暴露于日光的建筑物的外侧。如将更详细解释的，根据第二实施例的集光器允许从比光传输通道的横截面积大的区域收集光。

本发明的集光器以与现有技术不同的方式收集光，并且还以不同方式将所收集的光引向光传输通道。使用至少一个波导层，其可以使用固体和/或液体光导。原则上，照射在集光器表面上的光通过集光和重定向元件耦合到波导中，在波导中，光经由全内反射(TIR)被引导向耦合输出元件。一个或多个波导层、集光和重定向元件以及耦合输出元件可以以几种不同的方式实施。这将在下文中在本发明的不同实施例的上下文中更详细地解释。

换句话说，构造成用于日光照明系统并且集成到建筑物的立面中的新型集光器构造成为将日光耦合到固体和/或液体波导层中并且还将其从所述波导层中耦合输出以将耦合输出的光引导到光传输通道中，该光传输通道可以布置在集光器处或集光器中。在下文中将更详细地解释集光器与光传输通道之间的界面。特别地，作为固体光导的波导层和作为镜面衬里管道的光传输通道的组合是一个优选实施例。

耦合输出元件位于集光器处的区段优选地可以位于集光器的中心，如在例如图2和3的上下文中示出和解释的。这是因为可能优选的是，光传输通道在中心位置附接到集光器，如图2和3所示。但是其它非中心的附接位置也是可以的。光传输通道将要附接或附接的集光器的区域或区段称为通道附接区段。因此，在下文中，一些特征像例如耦合输出元件将相对于集光器的中心或替代性地通道区段——即光传输通道附接到集光器上的位置——进行描述。

波导层优选为固体光导板，但也可包含液体光导材料。集光器元件还可以包括多个波导层的叠层。波导层优选地由诸如聚合物或玻璃的固体材料制成。优选地，它由聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚硅氧烷或聚环烯烃制成。所述至少一个波导层可以在整个收集器区域上具有恒定的厚度，或者其厚度可以从边缘朝向中心或朝向光传输通道将被附接或被附接的区域或区段——即通道附接区段——增加。可以存在集光器的中心区域，其中波导层被中断，即在所述至少一个波导层中存在一个或多个开口(优选圆形或矩形)。波导层的厚度可以为0.1mm至200mm，优选为0.5mm至100mm，更优选为1mm至50mm。

波导层可以是集光器内的连续层，并且不具有中断或凹部等。换句话说，从如例如图1所示的前视角看，波导层可以覆盖集光器的整个横截面或者基本上覆盖集光器的整个横截面。

如稍后将在具体实施例的上下文中所解释的，波导层也可以具有凹部，特别是在集光器的通道附接区段或集光器的中心，如例如从图3中可以得出的。

根据本发明的另一示例性实施例，集光和/或重定向元件被实施为多个光栅耦合器和/或全息板和/或反射镜和/或微镜和/或反射微结构。在一个实施例中，使用透明微结构，其中对于特定角度光进行全内反射而被反射，并且对于其它角度而言光经过该微结构。

在本发明的上下文中，术语微镜应理解为具有微米级尺寸的镜，即0.1至5000微米，或优选0.5至2000微米，或更优选1至1000微米。此外，在本发明的上下文中，术语反射微结构应理解为具有微米级尺寸的反射结构，即0.1至5000微米，或优选0.5至2000微米，或更优选1至1000微米。

集光和/或重定向元件可以由多个光学或微光学结构组成，例如对称或不对称棱镜、角锥体、正弦曲线或锥形结构。优选地，它可以由例如对称或不对称V型沟槽型的多个线性或圆形延伸的(微)光学结构组成。在本发明的实施方式2的情况下，(微)光学结构可以是透明的，因此通过全内反射(TIR)重定向光，或者它可以涂有镜面反射镜层。在后一种情况下，(微)光学结构位于波导层的指向建筑物内部的一侧。

用于重定向入射日光的光学元件也可以是全息光栅或衍射光栅，其将入射光朝向光通道重定向(在本发明的实施方式1的情况下)，或者将光耦合到波导层中(在本发明的实施方式2的情况下)。重定向入射日光的光学元件以光被引导并传输到光传输通道中的方式布置，或者在波导层中朝向收集器的中心或朝向通道附接区段布置。集光器可以仅具有一个区域、区段或中心，日光被朝向其重定向并传输通过波导层，或者它可以具有多个区域、区段或中心，日光被朝向其重定向并传输通过波导层。

可用于本发明的光重定向聚合物膜是可买到的。光重定向聚合物薄膜可以在包括微结构化聚合物表面以获得结构化层的步骤的方法中获得。

(微)光学结构整体上通常是透明的并且嵌入聚合物片或薄膜中或压印在聚合物片或薄膜的表面上，优选聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯酸酯，热塑性聚氨酯、聚碳酸酯(PC)、聚硅氧烷或聚环烯烃。相同的材料优选用于全息或衍射光重定向元件。在(微)光学结构涂有镜面反射镜层(例如铝层或银层，或镜面反射多层聚合物膜)的情况下，该结构还可以由聚丙烯酸酯、聚烯烃、聚酯和任何其它合适的材料制成。

当通过压印制备结构化层时，通常将具有可压印表面的平膜与加压和/或加热的结构化工具接触以形成压印表面。整个平膜可以包含可压印材料，或者平膜可以仅具有可压印表面。可压印表面可包括与平膜的材料不同的材料层，也就是说平膜可在其表面处具有可压印材料的涂层。压印表面上的结构与工具表面上的结构相反，也就是说工具表面上的突起将在压印表面上形成凹陷，并且工具表面上的凹陷将在压印表面上形成突起。

在用于制备重定向结构的具体技术相关的方法中(也如上述WO2014024146中所述)，将UV可固化树脂层施加到聚合物膜(例如PET膜)上，通过压印工艺构造并通过UV光固化。一种工艺可以是压印工艺，并且优选地是辊对辊压印工艺。在一个优选的实施例中，通过UV压印工艺来将承载结构化层的层压材料制备成单一结构。在另一实施例中，被涂覆的基板由可辐射固化的(甲基)丙烯酸酯材料制备，并且模塑的(甲基)丙烯酸酯材料通过暴露于光化辐射而固化。例如，可以将可固化的聚合物材料涂覆在基板膜上并压靠在微结构化的模塑工具上并允许例如通过UV照射来固化在基板膜上形成结构化层。在移除模塑工具后，获得结构化层。压印表面上的结构与工具表面上的结构相反，也就是说工具表面上的突起将在压印表面上形成凹陷，而工具表面上的凹陷将在压印表面上形成突起。

在可通过热和/或辐射固化的树脂材料用于制备结构化层的情况下，UV可固化树脂是优选的。在这种情况下，粘结剂基本上包括含有烯键式不饱和键的单体或低聚化合物，其在施用后通过光化辐射固化，即转化成交联的高分子量形式。在该系统是UV固化的情况下，它通常还含有光引发剂。相应的系统描述于上述出版物Ullmann’s Encyclopedia ofIndustrialChemistry，第5版，第A18卷，第451-453页中。树脂组合物可进一步含有稳定剂，例如空间位阻胺。

首先通过加热并随后通过UV辐射而固化或反之亦然的双固化体系包括含有乙烯双键的成分，所述乙烯双键能够通常在光引发剂的存在下在UV光照射下反应。

因此，电磁辐射优选为UV光，并且可辐射固化涂层通常为UV可固化涂层。在转移步骤期间固化UV可固化涂层(UV漆)可以类似于WO12/176126中描述的方法完成。优选的固化波长例如是220-300nm、尤其是240-270nm的短波长范围，和/或340-400nm、尤其是350-380nm的长波长范围，如例如通过LED固化可实现的。

如此获得的结构化层可以在倾斜角度下进行金属气相沉积，从而产生微镜光栅。然后可以使用与结构化步骤中相同的材料或另一种材料来封装微镜。这种封装改变了光学性质并保护了涂层。结构化聚合物膜可以在立面元件的玻璃或涂覆玻璃板上涂布粘接剂，从而形成本发明的前板。图12示出了上述过程。

光重定向膜也可以是结构化聚合物膜，其在两种具有截然不同的折射率(例如0.4至0.7)的透明材料之间的界面处提供光的反射，所述折射率例如通过WO 2016/064669中的聚合物和空气之间的界面实现。

集光器的集光和/或重定向元件可以以几种不同的方式体现。这种重定向入射日光的光学元件可以覆盖波导层的整个区域，或者它可以仅覆盖波导层的部分区域。如果集光器由多个波导层的叠层构成，则重定向入射日光的集光和重定向元件可以由附接到多个波导层中的每一个的多个条带或贴片组成，条带或贴片以它们组合地覆盖集光器的大面积的方式朝向彼此移位。在波导层的部分区域或波导层的整个区域中，集光器的集光和重定向元件可以仅包括一种类型的光学元件，或者它可以包括如本文所述的几种类型的光学元件的组合。

重定向入射日光的集光和重定向元件可以直接附接到所述至少一个波导层上，或者在光学元件与波导层之间可以包括另外的元件。这些元件可以包括但不限于气隙、低折射率层、高折射率层、折射率匹配层、梯度折射率层。另外的元件还可包括粘接剂层、聚合物膜、玻璃层或相容层。

在本发明的上下文中，术语“高折射率层”或“高折射率材料”应理解为折射率高于波导层折射率的层或材料。此外，在本发明的上下文中，术语“低折射率层”或“低折射率材料”应理解为折射率低于波导层的折射率的层或材料。

在重定向入射日光的集光和重定向元件与波导层之间，可以使用具有折射率的梯度折射率层，其中它与高于波导材料的折射率的波导层接触。梯度折射率层可以构造成使得其高折射率n(高)与其低折射率n(低)之间的差值在0.15至0.4、优选0.18至0.35的范围内。例如，在图10的示例中，存在n＝1.7的一层、n＝1.6一层(粘接剂)。梯度折射率层可以形成为单层或者以阶梯梯度折射率层的形式具有不同折射率的大量(两个或更多个)层的序列。然而，一般而言，梯度折射率层的折射率从该层的与集光和重定向元件接触的部分朝向该层的与波导层接触的部分减小。在连续梯度的意义上，这种减小可以是逐步的和/或连续的。在优选实施例中，梯度折射率层的具有最高折射率的部分完全覆盖集光和重定向元件并与其接触。

集光器可以在所述至少一个波导层的远离建筑物朝向太阳定向的一侧上包括透镜。这些透镜可以将入射日光聚焦到重定向入射日光并将其耦合到至少一个波导层中的光学元件上，在波导层中日光通过全内反射(TIR)朝向例如收集器的中心或一般而言朝向通道附接区段输送。透镜可以是大透镜或微透镜或菲涅耳透镜，优选微透镜或菲涅耳透镜。透镜可以由玻璃、多晶硅、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环烯烃或任何其它合适的材料制成。

在透镜与重定向入射日光的集光和重定向元件之间可以包括另外的元件。这些元件可包括但不限于气隙、低折射率层、高折射率层、梯度折射率层。另外的元件还可包括粘接剂层、聚合物膜、玻璃层或相容层。透镜可以允许增加可以在其上高效收集光的收集器的尺寸。

在本发明的一个特定实施例中，重定向入射日光并将其耦合到至少一个波导层中的集光和重定向元件基于扁平集光器技术，例如(但不限于)在WO 2015/098209或WO 2009/035986或US 9229144或US 9246038或US 2016/178879或US 2016/276514中描述的。然而，可以采用满足本文指出的扁平收集器的要求的任何其它集光技术来重定向并耦合到波导层中。

根据本发明的第一实施例，将入射日光重定向并将其耦合到所述至少一个波导层中的光学元件没有被附接到集光器的至少一个中心/或通道附接区段的区域。相反，将光从波导层朝向建筑物内部耦合输出从而形成本发明的重定向元件的耦合输出元件在立面元件的中心的至少一部分或者在其中光传输通道附接到其上的位置处附接到膜或片层。

根据本发明的另一示例性实施例，耦合输出元件或重定向元件选自包括包含平面镜的元件、包含抛物面镜的元件、在表面处包含光学光提取结构如棱镜、角锥体、锥体或其任何组合的元件的群组，或其中通过使波导层弯曲以通过波导层内的全内反射重定向光来提供耦合输出元件。

耦合输出元件——即将光耦合从波导层例如朝向建筑物内部耦合输出的光学元件——例如可以是但不限于：包含平面镜的元件的、包含抛物面镜的元件、在表面处包含光学光提取结构如棱镜、角锥体、锥体或其任何组合的元件或可通过使波导层朝向建筑物内部弯曲以通过波导层内的全内反射(TIR)来重定向光的元件。

镜元件可以跨越波导层的整个横截面一次性施加在收集器(或通道附接区段)的中心区域中，或者仅在波导层的横截面的一部分中(例如靠近波导层的表面)重复施加。镜元件可以通过注塑成型制造并附接到波导层上，或者可以直接雕刻到波导层中，然后附接镜面层(例如铝层或银层，或镜面反射多层聚合物膜)。镜元件也可以作为微光学箔的一部分在集光器的至少一个中心的至少一部分或光传输通道附接到集光器的位置/区域中施加到波导层的表面。

在表面上包含光学的光提取结构如棱镜、角锥体、锥体的元件优选地在集光器的至少一个中心的至少一部分或光传输通道附接到集光器的位置/区域中施加到波导层的表面。光提取结构可以通过注塑成型、(纳米或微米)压印光刻或(纳米或微米)压印制造并附接到波导层上，或者可以直接在波导层中雕刻。光提取结构还可以作为微光学箔的一部分在集光器的至少一个中心的至少一部分或光传输通道附接到集光器的位置/区域中施加到波导层的表面。

如果通过使波导层朝向建筑物的内部弯曲以通过波导层内的全内反射(TIR)重定向光来形成耦合输出元件，则优选地可以将另外的元件施加到波导层的朝向建筑物内部定向的一端。这些另外的元件例如可以是但不限于用以桥接波导层与空气之间的折射率差的折射率梯度层、锥形或楔形元件，或锥形或楔形元件与折射率梯度层的组合，或者可以由透明聚合材料中的透明折射率匹配的微(TRIMM)颗粒形成。

耦合输出元件优选地可以以允许至少部分地控制从波导层耦合输出到空中的光的角度分布的方式设计。优选地，耦合输出光与用于将日光深入传输到建筑物内部的镜面衬里管道之间的角度α很小，以最大限度地减少在给定距离上在镜面衬里管道处的反射次数，从而最大限度地减少传输损失。大部分耦合输出光的角度α优选小于60°，更优选小于40°，更加优选小于30°。

在一个实施例中，本发明的集光器包括前面板和后面板。

所述至少一个波导层和附接到其上的光学元件(包括收集器的至少一个中心)夹在前面板与后面板之间，并且优选地用框架保持在一起。该框架例如由铝或塑料制成。包括带框架的前面板和后面板的结构保护所述至少一个波导层和与其相关联的光学元件，并且允许收集器容易地集成到建筑物表层(即立面)中，特别是作为立面的在窗户轮廓上方或下方的部分。包括带框架的前面板和后面板的结构还允许在将采光系统集成到建筑物中时避免在建筑物表层处形成热桥，特别是当在前面板与后面板之间的任意位置中包括填充有空气或惰性气体的间隙(例如氩气、氪气或氙气)时。

前面板可以是波导层，或者它可以是另一透明面板，即透明玻璃面板或塑料面板(聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯)。在它是另一透明面板的情况下，它可以直接附接到波导层上，或者在它们之间可以有另外的层，例如，填充有空气或惰性气体的间隙或低折射率层。后面板可以是透明面板，即全部是透明玻璃面板或塑料面板(聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯)，或者它可以仅在收集器的至少一个中心(或通道附接区段)的区域中是透明面板并且在至少一个中心(或通道附接区段)之外的区域中是非透明面板。后面板也可以在至少一个中心(或附接区段)之外的区域中是非透明面板，并且在至少一个中心(或通道附接区段)的区域中具有开口(或孔)。非透明面板可以是包含绝缘材料如发泡聚苯乙烯、聚氨酯泡沫或气凝胶的绝缘面板，或者它可以是混凝土面板，即纤维混凝土或多孔混凝土。

根据本发明的两个通用实施例中的每一个，本发明的日光照明系统可以包括至少一个涂层或薄膜，其被层压到透光的立面元件的至少一个玻璃板上或者控制其反射和透射特性。

例如，透光的或优选透明的面板中的任一者可包括至少一个层压到其上的涂层或薄膜，以控制其反射和透射特性。它可以例如包括抗反射涂层或膜和/或IR反射涂层或膜，和/或低E涂层或膜，和/或UV反射涂层或膜，和/或IR吸收涂层或膜，和/或UV吸收涂层或薄膜。它还可以包括选择性地反射或吸收光谱的窄特定范围的涂层或膜，即多层膜或涂层(例如布拉格滤光器)。涂层或膜可用于控制传输到建筑物中的光的光谱。优选地，400-700nm的可见光光谱传输透过涂层或膜。至少一部分IR辐射可以被涂层或膜反射或吸收，以在高温期间保持建筑物外部的热量并在低温期间保持建筑物内部的热量。至少一部分UV辐射可以被反射或吸收，以保护建筑物内部免受有害的UV辐射影响。然而，优选的是让至少一部分UV-A辐射穿过收集器到达建筑物内部，在此它可以诱导人体皮肤中维生素A的生物合成。

集光器或通道附接区段的至少一个中心可包括覆盖整个中心区域或通道附接区段或该区域的一部分的至少一个波导层。集光器或通道附接区段的中心的至少一部分可以具有将光从波导层朝向建筑物的内部耦合输出的光学元件，其附接在至少一个波导层上。集光器或通道附接区段的至少一个中心还可以具有不包括波导层的区域。集光器或通道附接区段的中心还可以具有既不包括波导层也不包括将光从波导层耦合输出的光学元件的区域。在这种情况下，日光可以直接从建筑物的外部穿过集光器的前面板和后面板通向附接的光传输通道并且因此经由中心区域/通道附接区段的既不包括波导层也不包括光学元件的部分通向建筑物的内部。日光还可以至少部分地直接从建筑物的外部(没有全内反射)穿过收集器的中心区域或通道附接区段中的波导层和光学元件通向建筑物的内部。

可以将另外的光学元件应用于收集器的至少一个中心区域，以重定向直接穿过中心区域或通道附接区段的日光，其方式是重定向的光与用来将日光深入输送到建筑物内部的镜面衬里管道之间的角度α小以最大限度地减少在给定距离内在镜面衬里管道处的反射次数，从而最大限度地减少传输损失。大部分重定向光的角度α优选低于60°，更优选低于40°，更加优选低于30°。另外光学元件优选地可以是如在WO 2014/024146中所述的嵌入有镜面反射微片晶的微光学膜。另外的光学元件优选地可以应用于收集器的至少一个中心区域或通道附接区段中的透明前面板和/或后面板。

收集器可具有多种尺寸。然而，其厚度应该受到限制，以便能够容易地集成到建筑物表层中而不会导致庞大且引起干扰的延伸范围，这种延伸范围可能在建筑设计中限制建筑师或规划师并且损害建筑物的美观性。收集器的优选长度和宽度可取决于采用采光系统的建筑物的细节。优选地，选择收集器的尺寸，使得收集器占据建筑物的相邻楼层的窗户之间的区域的至少一部分。

在一个优选实施例中，收集器具有矩形形状。收集器的宽度w’受到建筑物宽度的限制，但优选地可以在0.1m至10m的范围内，更优选地在0.3m至μm的范围内，更加优选地在0.5m至3m的范围内。收集器的高度h’受到建筑物高度(如果集成到立面中)或壁尺寸(如果集成在交通工具侧壁中)的限制。优选地，收集器的高度在0.1m至2m的范围内，更优选地在0.2至1m的范围内。在另一实施例中，收集器具有圆形形状。在这种情况下，收集器的直径可以为0.1m至μm，优选地0.2m至1m。收集器也可以具有三角形或五边形或六边形等形状。

收集器的至少一个中心或通道附接区段可具有多种尺寸，但受到收集器尺寸的限制。中心或通道附接区段的厚度d’的上限可以在0.1cm至25cm之间变化，优选地在1cm至20cm之间变化，更优选地在2cm至15cm之间变化。厚度在中心或通道附接区段的整个区域上不必是恒定的。

中心或通道附接区段以及附接的通道开口可以具有矩形形状。在这种情况下，中心或通道附接区段的宽度w优选地可以在0.1m至2m的范围内，更优选地在0.2m至1m的范围内，更加优选地在0.3m至0.8m的范围内。中心或通道附接区段的高度h在0.05m至1m的范围内，更优选在0.1至0.75m的范围内。中心或通道附接区段以及附接的通道开口也可以具有圆形形状。在这种情况下，中心或通道附接区段的直径可以在0.1m至2m的范围内，优选地在0.2m至1m的范围内。中心或通道附接区段以及附接的通道开口也可以具有椭圆形或三角形或五边形或六边形等形状。

在一个优选的实施例中，(w’-w)和(h’-h)中的每一者都在0-0.6m的范围内，其中值0表示不存在根据本发明的第一通用实施例的集光区域(图1)。在第二通用实施例中，(w’-w)和(h’-h)中的每一者通常在6-60cm的范围内。

收集器可以具有一个或多个中心或通道附接区段，用于附接多个光传输通道。中心或通道附接区段的优选数量取决于收集器的尺寸和中心/通道附接区段的形状。中心或通道附接区段的数量可以在1与20之间变化，优选地在1和5之间变化，更优选地在1和3之间变化。

在一个实施例中，收集器的面积大于收集器的至少一个中心或通道附接区段的所有横截面面积之和。收集器的面积可以是中心或通道附接区段的横截面积之和的大小的1.1至50倍。优选地，收集器的面积可以是中心或通道附接区段的横截面积之和的大小的1.3至25倍。更优选地是中心或通道附接区段的横截面积之和的大小的1.5至10倍。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器以预制立面元件的形式构造。

因此，集光器可以集成到用于建筑物的立面元件中。收集器优选地可以以模块化系统的形式构造，该模块化系统可以集成到建筑物的立面中。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器被实施为静态收集器和/或具有扁平尺寸。

该通用实施例的集光器以及在没有根据第一通用实施例的集光器的情况下包括重定向膜的立面元件可以容易地集成在建筑物表层中，并且不需要昂贵的光学元件用于光收集和光传输。不需要例如像太阳光跟踪系统的运动部件。因此，收集器可以容易地集成到通常作为立面的一部分的建筑物外皮中。优选地，收集器被集成到立面元件中，即夹在双层玻璃单元之间或朝向外部的单层玻璃与朝向建筑物内部的隔热板之间，或双层玻璃与朝向外部的单层玻璃和朝向建筑物内部的隔热板的混合。

在集光器的一个实施例中，附接到每个波导层的至少一个侧面上的是光学元件，其重定向入射日光并将其耦合到至少一个波导层中，在此光通过全内反射(TIR)被朝向收集器中心或通道附接区段传输。

根据本发明的另一示例性实施例，波导层的边缘包括附接的镜，该镜构造成用于将在波导层内行进的光朝向边缘向后朝向收集器的至少一个中心或通道附接区段重定向。

从附图中可以容易地得到该实施例。波导层的边缘——即波导层——优选地可以具有附接的镜，该镜将在波导内行进的光朝向边缘向后朝向收集器的至少一个中心或通道附接区段重定向。该镜可以是例如是镜面反射铝或银层，或者它可以是多层聚合物镜面反射器。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器包括透明前面板和透明后面板，并且前面板和后面板被实施为透明玻璃面板、塑料面板、聚甲基丙烯酸甲酯面板、甲基丙烯酸酯面板或聚碳酸酯板或其任何组合。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器包括盖玻璃、波导层、高折射率层或梯度折射率层、具有镜面涂层的棱镜膜、基板和后玻璃。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器包括盖玻璃、作为波导层的PMMA层、高折射率层或梯度折射率层、具有镜面涂层的棱镜膜、PET基板和后玻璃。

根据本发明，提出了一种用于集成到建筑物中的日光照明系统。该日光照明系统可以包括如上文或下文所公开的集光器，并且包括用于将光从建筑物外部引导到建筑物内部的光传输通道。集光器的耦合输出元件构造成用于将光从波导引导到光传输通道中，并且光传输通道包括提供光的全反射的壁。此外，光传输通道包括至少一个配光元件，在该配光元件处允许被引导的光离开通道进入建筑物的内部。

根据本发明的另一示例性实施例，集光器构造成用于从大于光传输通道的横截面积的区域收集光。

因此，本发明的日光照明系统提供了比已知系统高的集光效率。特别地，集光器可以包括集光器的前表面的集光区域。一般而言，集光区域限定了集光器能够收集光并将其耦合到波导层中的区域。在该实施例中，光传输通道的横截面积小于或显著小于收集器面积(即集光面积和中心面积或通道附接区段的面积之和)。一个或多个集光和重定向元件位于该集光区域中，尽管它们不必位于前表面上。这一点将从以下示例性实施例变得更加明显。

根据第一通用实施例，集光面积与中心面积或通道附接区段的面积处于相同的范围中或甚至更小。

根据本发明的另一示例性实施例，波导层是固体光导，并且其中光传输通道是镜面衬里管道。

换句话说，本发明的该方面涉及用于建筑物内部照明的日光收集和传输系统的领域。该采光系统可以包括扁平集光和光重定向区段，即如上所述的集光器，其集成在建筑物表层(立面)中。采光系统可以包括收集器区段，其中日光被反射并耦合到优选扁平的波导中，在该波导中日光通过全内反射(TIR)传输，直到它到达重定向耦合输出元件。该采光系统包括用于将日光深入传输到建筑物内部的光传输通道(例如镜面衬里管道)和用于建筑物内房间的照明的配光元件(照明器)。

根据本发明的采光系统将日光重定向到通道中，从而允许通道内反射次数最少的光传输。此外，在其第二通用实施例中，该采光系统允许从明显大于光传输通道的横截面积的区域收集光，并允许控制进入传输通道的光的角度分布。因此，根据本发明的采光系统显示出比普通水平光管高的采光效率。

该采光系统利用了新型集光器，该激光器包括固体或液体波导、将日光耦合到波导中的集光和/或重定向区段或元件、以及将光从波导耦合输出到传输通道(例如镜面衬里管道)中的光耦合输出和/或重定向元件。

该系统可以用于任何类型建筑物的照明。优选地，该系统用于大型办公楼、医院、学校或疗养院的照明。

根据本发明的另一方面，提出了一种建筑物，其包括如本文所公开的日光照明和具有立面的表层，集光器作为立面元件集成在所述立面中。

在下文中，提供了与光传输通道有关的细节和实施例。在本发明的上下文中，术语光传输通道可与术语光管道或镜面衬里管道互换使用。

该采光系统包括至少一个镜面衬里管道，以将日光从收集器(例如，至少一个中心或通道附接区段)深入输送到建筑物中。镜面衬里管道优选地可以包括基础材料如金属(铝，钢)或塑料作为支撑物。镜面衬里管道的内侧具有反射表面。任何合适的反射器可用于镜面衬里光管道，包括例如金属或金属合金、金属或金属合金涂覆的膜、有机或无机介电膜叠层或其组合。在某些情况下，镜面衬里光管道可以通过使用聚合物多层干涉反射器如3M光学膜(包括镜面膜如Vikuiti^TMESR膜，其在整个可见光谱范围内具有超过98％的镜面反射率)独特地实现。

本发明的光传输通道中的反光层通常显示出9.5％或更高、优选地97％或更高、更优选地97.5％或更高、尤其是98％或更高的在可见光谱和所有入射角上的平均反射率(包括漫反射率)。镜面衬里管道内部的主要部分的镜面反射率优选地在整个可见光谱上并且对于基本上所有入射角都大于90％。更优选地，镜面衬里管道内部的镜面反射率大于95％，更加优选地大于97％。

在于任何光学器件中使用多层光学膜的情况下，应该理解的是，它可以层压到支撑物(其本身可以是透明的、不透明的、反射的或其任何组合)上，或者可以使用任何合适的框架或其它支承结构以别的方式支承它，因为在某些情况下多层光学膜本身可能不够硬而不能在光学器件中自支承。

镜面衬里管道优选地可以具有矩形或圆形横截面。镜面衬里管道也可以具有三角形或五边形或六边形横截面等。

镜面衬里管道用于将日光从建筑物表层处的收集器深入传输到建筑物中。镜面衬里管道可以具有多种长度，并且优选地包括可以组合成任何所需长度的模块化元件。镜面衬里管道的长度可以为1m至40m，优选地2m至20m，更优选地4m至16m。

当收集器被集成到建筑物的立面中时，镜面衬里管道可以水平地附接到房间的天花板。它优选地可以是吊顶的一部分。镜面衬里管道可穿过交叉墙壁中的开口，从而连接同一楼层内的多个房间。

在一个优选实施例中，镜面衬里管道在其全部长度上具有与收集器的至少一个中心或通道附接区段大致相同的横截面积。例如，如果镜面衬里管道具有矩形形状，则宽度w优选地可以在0.1m至2m的范围内，更优选地在0.2m至1m的范围内，更加优选地在0.3m至0.8m的范围内。管道的高度h在0.05m至1m的范围内，更优选地在0.1至0.75m的范围内。镜面衬里管道也可以具有圆形形状。在这种情况下，管道的直径可以在0.1m至2m的范围内，优选地在0.2m至1m的范围内。

在另一优选实施例中，例如在优选的矩形管道的情况下包括左侧壁和右侧壁以及底侧和顶侧的镜面衬里管道在靠近立面的部分中可以具有非恒定的横截面积，即，该横截面积在管道起点处可以对应于收集器的至少一个中心面积或通道附接区段的面积，但是在最多2m的距离内、优选地最多1m的距离内逐渐变窄。管道的这种变窄导致二次光集中效应。管道结构可以线性地变窄，或者它可以在复合抛物面集中器(CPC)型几何形状(圆形或矩形)等中变窄。在矩形管道的变窄区段内，通道壁、底部和/或顶部可以与通道的总长度偏离最多30°，即，变窄的底部区段可以偏离水平方向达30°。变窄优选地在垂直尺寸中实现(即，减小通道的高度)，但也可以用于缩窄通道的宽度。因此，镜面衬里管的横截面积可以减小1.05至10倍，优选地1.2至5倍，更优选地1.4至5倍，光损失小于通过减小的横截面的光通量的增加。横截面积的减小可以降低材料成本并降低传输系统的空间需求。

镜面衬里管道优选地沿线性方向将光从收集器的中心或通道附接区段传输到建筑物内部。然而，镜面衬里管道还可以包括弯曲元件，其允许改变光的传输方向。优选地，弯曲元件仅略微弯曲，以便最大限度地减少光损失。镜面衬里管道也可以在一定距离之后分成两个或更多个具有较小横截面积的镜面衬里管道。

镜面衬里管道可包括透明元件以分离建筑物中常有的防火区，并符合安全规定。分离元件可以例如但不排他地是具有高透射率的任何种类的抗反射涂层玻璃板。优选地，通过仅为一个防火区放置单个镜面衬里管道来避免这种分离元件的使用。

镜面衬里管道可包括用于调节所传输的光的强度的元件。该元件可以例如但不排他地是任何类型的遮板或电致变色透明窗口，其允许调节由采光系统传输的光的强度。

镜面衬里管道可以包括至少一个光学元件，以使进入镜面衬里管道的定向光在它从管道耦合输出以用于建筑物内部的照明之前均匀化(混合)和/或部分地漫射。使光均匀化的光学元件可以附接到调节所传输的光强度的元件上，或者它可以独立于调节光强度的元件而被附接。

镜面衬里管道(或可选地，集光器)可以包括附接到其上的至少一个人造光源，优选地，它是LED光源。在采光系统不能为室内照明提供足够的日光量的情况下，可以打开该人造光源。该人造光源可以安装在光管的内部或外部。当安装在内部时，限定光分布的照明器可以是镜面衬里管道本身或与镜面衬里管道联接的另一元件。

用于调节所传输的光强度的遮板机构和人造光源可以分别连接到调节系统，或者可以连接到一个共同的调节系统。该调节系统优选地是与至少一个传感器元件连接的自动系统。该至少一个传感器元件例如可以是占用传感器、光度传感器、照度传感器、辐照度传感器。光度传感器可以分析光的光谱成分。所述至少一个传感器可以无线连接到调节系统。

光管道优选地可以以模块化系统的形式构造，该模块化系统在立面处在收集器中心或通道附接区段开始并且可以集成在楼层的天花板或吊顶中，从而以根据每个待照明房间的具体需求选择合适的模块延伸到建筑物的深处。光管道优选地可以由单独的预制模块化光管道元件构成。

日光照明系统优选地在收集器的中心或通道附接区段处并且在光管道模块的开口端处包括机械连接元件，其允许从各个模块容易地组装整个系统。

在下文中，提供了与配光元件有关的细节和实施例。在本发明的上下文中，术语配光元件可与照明器或照明器元件互换使用。

在建筑物内部，日光通过照明器区段从镜面衬里管道耦合输出，并被分配到房间内以进行室内照明。

照明器区段可以在管道的指向房间内部的一侧中断镜面衬里管道。在镜面衬里管道水平悬挂在房间的天花板上的情况下，照明器区段优选地位于管道的指向房间的地板的部分处。

照明器区段一般包括镜面衬里管道的一个区域，该区域对于日光是至少部分透明的，即镜面反射镜根本不覆盖管道内部或者在照明器区段中被破坏。照明器区段可以包括镜面衬里管道中的透明开口，光经该透明开口被引导到待照明的房间中。透明开口(光输出表面)优选地可以包括透明板，例如玻璃板或塑料板(PMMA，聚碳酸酯或硅树脂)，光经其重定向到房间。该透明板可以是平板，或者可以是从镜面衬里管道延伸出来或延伸到镜面光管道中的3D结构。该3D结构可以具有任何几何形状，包括(但不限于)例如穹顶型形状、三角形屋顶型形状或圆形拱顶型形状。

耦合输出元件可以附接到至少一个照明器区段，该耦合输出元件将光朝向待照明的房间重定向。该重定向元件例如可以是突出到镜面衬里管道中的镜型元件，或者可以是突出到镜面衬里管道中并通过全内反射(TIR)重定向光的透明光学元件，例如棱镜、圆锥或角锥体。重定向元件也可以是层叠到照明器开口中的透明板的微光学膜。重定向元件还可包含光均匀化(或混合)功能。

所述至少一个照明器元件可以包括附接的光控制(或转向)光学元件，其根据房间的特定需要来分配从待照明的房间中的镜面衬里管道耦合输出之后的重定向的光。转向元件可以是完成该任务的任何光学元件，例如透镜、反射器型元件、规则或不规则结构的表面型元件或微光学膜。

所述至少一个照明器可以包括光重定向元件和附接到其上的光控制元件的组合。优选地，光重定向元件和附接到其上的光控制元件的组合包括两个微光学膜，即重定向膜和转向膜。

在一个优选实施例中，照明器元件可包括转向膜，该转向膜具有与重定向膜相邻并与光输出表面相对的多个脊部，每个脊部平行于纵向轴线并且设置成折射来自重定向膜的入射光线，其中经光输出表面离开管道的光线在垂直于光管道横截面的第一平面内被重定向膜重定向，并且在平行于光管道横截面的第二平面内被转向膜进一步重定向。例如，在标题为CURVED LIGHT DUCT EXTRACTION的PCT公布WO 2014/070495和标题为RECTANGULARLIGHT DUCT EXTRACTION的WO2014/070498中进一步描述了重定向膜、转向膜和多个空隙构型，其公开内容均整体结合于此。

照明器的尺寸可以在宽范围内变化，并且仅受镜面衬里管道的尺寸限制。根据采光系统的可用光通量和建筑物内部的照明需求来选择照明器的尺寸。

照明器可以沿镜面衬里管道的完整长度或在镜面衬里管道的横截面端部处作为单个区段延伸，或者两个或更多个照明器可以沿着镜面衬里管道位于分开的区段中。优选地，位于管道的端部附近(即，在建筑物深处)的照明器区段可以大于靠近建筑物表层的照明器区段。

对于矩形形状的光管道，照明器区段优选地可以在管道的整个宽度上延伸，或者可以仅覆盖宽度的一部分，或者可以覆盖另外包括侧壁的部分的整个宽度。对于圆形管道，照明器区段可以覆盖小于管道圆周的一半，或者可以覆盖管道的整个圆周。

光管道优选地可以以模块化系统的形式构造，该模块化系统以合适的模块延伸到建筑物深处，所述模块包括根据每个待照明房间的特定需要选择的至少一个照明器区段。光管道优选地可以由单独的预制模块化光管道元件构成，所述模块化光管道元件包括光管道元件，所述光管道元件包括至少一个照明器区段。

本发明的采光系统优选地应用于建筑物，其收集器集成在建筑物表层中。建筑物表层是指立面或窗户，包括其热屏蔽元件。该系统可以直接集成在立面中或立面的突出的元素如阳台或窗帘式结构元件中。

在北半球，该采光系统可以有利地应用于南向立面、东向立面或西向立面。更一般地说，它可以应用于从东到南到西指向任何方向的立面，更优选地主要指向南的方向上的立面。在南半球，该采光系统可以有利地应用于北向立面、东向立面或西向立面。更一般地说，它可以应用于从东到北到西指向任何方向的立面，更优选地主要指向北的方向上的立面。

除了在建筑物中使用之外，本发明可以用于照亮交通工具的内部，通常是较大的交通工具，例如船或火车，尤其是在这种交通工具包括没有窗户或者窗户太小而不能提供足够的日光照明的内部房间的情况下。在船的情况下，这种房间必须位于海平面以上，但可以如上面对于建筑物所描述的那样远离交通工具的外侧壁。将光通道安装到交通工具中类似于安装到建筑物中，即通常在房间天花板下方，通道的前开口连附接到交通工具的外侧窗户上。有利地，用于客运或娱乐的大型交通工具可配备有本发明的日光照明系统，例如游轮。因此，本发明还涉及一种用于集成到交通工具中的日光照明系统，该日光照明系统包括：

包含玻璃板和光重定向元件(302或708)的透光的壁元件(800)，以及用于将光大致水平地引导到交通工具内部的光传输通道(801)，该光传输通道包括一个附接到所述壁元件的内侧的开口和至少一个朝向交通工具内部的开口，其特征在于

光重定向元件(302或708)形成为附接到壁元件(800)的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变到大致水平的光传输通道中。因此，本发明还涉及一种交通工具，其包括

如上所述的日光照明系统，和

外壁，其中光重定向元件、尤其是光重定向膜集成在壁元件或窗户中。

参考下文描述的实施例，本发明的这些和其它特征将变得显而易见并得以阐明。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明第一实施例的用于集成到具有封闭前表面的建筑物中的日光照明系统。

图2示意性地示出了根据本发明的第一或第二实施例的用于集成到具有立面元件的建筑物中的日光照明系统，指出了根据本发明的两个示例性实施例的中心区域或通道附接区段的区域(横截面h×w)与非活动区域或集光区域(横截面h’×w’)之间的区别。

图3示意性地示出了贯穿根据本发明的一个示例性实施例的具有光传输通道的集光器的横截面。

图4示意性地示出了贯穿根据本发明的一个示例性实施例的具有光传输通道的集光器的横截面。

图5示意性地示出了贯穿根据本发明的一个示例性实施例的在背板的表面上具有耦合输出元件的集光器的横截面。

图6示意性地示出了贯穿根据本发明的一个示例性实施例的具有弯曲波导层以将光引向建筑物内部的集光器的横截面。

图7a示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例的集光器的正视图。

图7b示意性地示出了贯穿图7a的集光器的第一横截面。

图7c示意性地示出了贯穿图7a的集光器的第二横截面。

图8示出了根据本发明的一个实施例的具有日光照明系统的建筑物。

图9示意性地示出了所有具有相同尺寸的导光板的示例性四层集光器的横截面。

图10示意性地示出了具有带V形槽棱镜结构的集光和重定向元件的示例性集光器的横截面。

图11示意性地示出了包括两个玻璃板(705，710)和位于其间的气隙706的示例性立面元件的横截面，其中包括光重定向元件的聚合物膜708附接到玻璃板之一上。

图12示出了用于制备重定向聚合物膜的方法。

图13示出了本发明的通用实施例1的前部的示例，其中部分24给出了部分22内的部分23的放大，该部分22给出了前板部分21的放大视图。

图14a和14b示出了根据本发明被照射的办公室的2张照片(原型，实施例1)。

图15示出了原型光通道的结构。

原则上，在图中可以为相同的部件提供相同的附图标记。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的第一实施例的日光照明系统和集成到具有封闭前表面的建筑物(参见图800)中的示例。包括宽度w和高度h的截面(即，大致是通道的横截面)的立面元件包含至少一个光重定向元件，其构造成用于将太阳光耦合到长度为l的光传输通道中。

图2示意性地示出了包括根据本发明的第一或第二实施例的立面元件的日光照明系统。宽度为w’且高度为h’的元件包含宽度为w且高度为h的至少部分透明的通道附接区段，在本实施例中，该通道附件区段是中央区段。根据本发明的第一实施例，立面元件具有宽度w’和高度h’，在其宽度为w且高度为h的中央区段中包含光重定向元件，并且不包含集光器。根据本发明的第二实施例，中央区段被收集器区段或集光区域(w’×h’-w×h)围绕，波导层在其中延伸并且其中光被波导层收集。该集光器还包括至少一个耦合输出元件，其构造成用于将光从波导层耦合到日光照明系统的光传输通道(也参见图8中的附图标记801)中。这允许集光器从大于光传输通道的横截面积的区域聚光，这将从图3的解释变得更加明显。该系统以与现有技术不同的方式集光，并且还以不同的方式将收集的光引向光传输通道。

从图1和图2中可以看出，本发明的日光照明系统不包括任何用于太阳跟踪的移动部件并且具有扁平尺寸。该系统不是基于光纤，并且作为预制元件，该系统可以平滑地集成到玻璃幕墙和建筑表层中以暴露在日光下。

光传输通道从立面元件的通道附接区段/中央区段延伸(在图2中用宽度为w且高度为h的中心横截面表示)并与其连接。

图3示出了贯穿根据本发明的第二实施例的集光器300的横截面，其具有至少部分透明的中央区段，根据本发明的一个示例性实施例，光可以经该中央区段直接进入光传输通道305。该收集器类似于图2所示的集光器。集光器300被实施为本发明的预制立面元件。集光器300包括波导层301、构造成用于将太阳光303耦合到波导层301中的集光和重定向元件302。此外，构造成用于将光从波导层耦合输出到光传输通道305中的耦合输出元件304可以是日光照明系统的一部分。波导层301可以以如上文详细说明的几种不同的方式实现。可以使用固体和/或液体光导。在一个优选实施例中，波导层301被实施为导光板，该导光板是集光器300的夹层结构的一部分。耦合输出元件304被实施为将光从波导层301朝向建筑物内部耦合输出并因此进入光传输通道305的镜。通过全内反射(TIR)在波导层中传输的光用附图标记307示出，并且从收集器耦合输出的光用附图标记309示出。波导层300的外边缘包括附接的镜306，其构造成用于将在波导层内行进的光朝向边缘向后朝向激光器的至少一个中心或通道附接区段308重定向。由于在立面元件内使用被实施为波导板或波导面板的波导层，并且还由于通过TIR在固体波导层中的集光，集光器构造成用于从大于光传输通道的横截面积的区域集光。在大集光区域(见图2)中收集的光由集光器引导到相对较小的光传输通道。因此，当将本发明与仅在由光传输通道的横截面限定的区域中集光的系统进行比较时，这导致引入建筑物中的光量的增加。因此，与已知系统相比，本发明的日光照明系统提供了更高的集光效率。

图4示意性地示出了类似于图2所示的集光器的具有封闭的前表面(即，没有光可以直接进入光传输通道，换句话说，所有光被重定向并传输通过波导层)的根据本发明第二实施例的集光器400以及根据本发明的一个示例性实施例的光传输通道405的横截面。耦合到集光器中的光407被朝向镜404传输，镜404将光朝向光传输通道409反射。耦合输出的光409因此可以经由全内反射(TIR)在镜面衬里管道405中行进到建筑物中。在本实施例中，集光和重定向元件402也位于集光器400的层叠夹层结构的后面板或底板处。集光器400还包括镜406，以将光朝向耦合输出元件404重定向。如从图4可以看出，波导层401也位于集光器400的中心408，使得在该中心区域中日光403也可以耦合到系统中，被传输到耦合输出元件并且可以耦合到光传输通道405中。

图5示意性地示出了贯穿根据本发明的第二实施例的集光器500的横截面，其中根据本发明的一个示例性实施例在指向建筑物内部的层的表面上有耦合输出元件。图5还示出了集光器的耦合输出元件被实施为光提取元件503，其位于与波导层501相邻的表面处。还示意性地示出了集光和重定向元件502位于集光器的与耦合输出元件503相同的深度处。在本实施例中，使用光提取元件代替图4中的镜404。然而，这些元件的组合也是可以的。光提取元件例如可以作为微光学箔的一部分应用于波导层的表面，例如在集光器的至少一个中心或通道附接区段的至少一部分中。

图6示意性地示出了贯穿根据本发明的第二实施例的集光器600的横截面，根据本发明的一个示例性实施例，该集光器具有弯曲波导层601，以将光604引向建筑物内部。弯曲部分用附图标记603示出。还示出了集光和重定向元件602。另外的元件优选地可以应用于指向建筑物内部的波导层的端部。这些另外的元件例如可以是但不限于用以桥接波导层与空气之间的折射率差的折射率梯度层、锥形或楔形元件，或锥形或楔形元件与折射率梯度层的组合，或者可以由透明聚合材料中的透明折射率匹配的微(TRIMM)颗粒形成。此处显示的收集器可与前面板和/或后面板组合。对于上文公开的收集器500、400和300也是如此。

图7a示意性地示出了具有两个至少部分透明的中央区段的立面元件的正视图。立面元件700包括两个区段701、702，它们是通道附接区段，因为光传输通道附接到其内部。通常，集光区域限定集光器能够集光并将其重定向到光传输通道中的区域。此外，图7a中示出了集光器的各个示例性实施例的具体尺寸。

图7b示意性地示出了根据本发明的第一实施例的沿着线A或线B(参见图7a中的附图标记703和704)或在根据本发明的第二实施例的包括波导层和耦合输出元件的立面元件的情况下沿着线A(参见图7a中的附图标记703)的贯穿图7a的立面元件700的第一横截面。还用作集光器的立面元件700的具体实施例包括盖玻璃705(例如厚3mm)、PMMA或PVB层706(例如厚3cm)、可选的高折射率层或梯度折射率层707(例如厚0.07mm)、具有镜面涂层708作为集光和/或重定向元件的棱镜膜(例如厚0.07mm)、PET或PVB基板膜709(例如厚0.2mm)和后玻璃或绝缘层710(例如厚3mm)。在本发明的第一实施例的情况下，层706可以由通常用于隔热玻璃窗的气隙代替。在本发明第一实施例的一个优选变型中，安装是相反的，其中如果为立面元件，则玻璃板710形成立面元件的外侧，而玻璃板705形成侧面，光传输通道在此处附接。

类似于图7b，图7c示意性地示出了沿着线B(参见图7a中的附图标记704)的贯穿本发明的第二实施例的图7a的集光器700的第二横截面。除了在图7b的上下文中示出和解释的元件之外，在图7c中还示出了后玻璃711(例如厚3至3.35mm)和作为耦合输出元件的重定向镜712。

必须注意的是，在图7a至7c的上下文中示出和说明的集光器的结构不限于图7a所示的示例性尺寸，而是还可以应用于其它长度、宽度等。因此，该实施例的分层结构将被看到并且在此公开为独立于图7a中所示的数字尺寸。对于下图8的建筑物和日光照明也是如此。

图8示出了具有根据本发明的一个实施例的日光照明系统的建筑物的一部分。该日光照明系统包括立面元件或集光器800和光传输通道801。光传输通道用于将光从建筑物的外部引导到建筑物的内部。光传输通道801包括壁，其提供内部反射以将光从集光器800引向建筑物的期望房间809。在图8中，光传输通道被实施为镜面水平光管805。还示出了日光照明器形式的配光元件807。图8的建筑物还包括窗户802、若干壁806、框架803和地板804。

图9示意性地示出了根据本发明的第二实施例的集光器的集光区域的横截面。集光器900由多个905波导层901组成，重定向入射日光的集光和重定向元件906由附接到多个波导层中的每一个上的多个条带或贴片组成，所述条带或贴片以它们组合覆盖集光区域的全部面积或全部宽度的方式朝向彼此移位。在多个波导层之间设置有气隙902。在集光器900的边缘或横向端部处，在各个波导层之间设置有距离保持器903。此外，反射器904设置在集光器900的边缘或侧向端部处。在一个实施例中，集光和重定向元件906的宽度907对于厚1cm的波导层901可以是3cm。图9仅示出了集光器900的一部分，并且仅示出了其中光被耦合到波导层中的集光区域。光将被进一步引导到左侧，其中该区段或区域位于耦合输出元件所在的位置。

图10示意性地示出了具有根据本发明的第二实施例的集光和重定向元件1006的示例性集光器1000的一部分的横截，集光和重定向元件1006被实施为具有V形沟槽棱镜结构的微光学膜。在波导层1001下方(例如1cm的PMMA，n＝1.5)使用粘接剂层1002(例如25微米，n＝1.6)并且在粘接剂层1002下方使用高折射率层(例如50微米，n＝1.7)。棱镜层1004(例如涂覆有例如50纳米的铝镜面的25微米丙烯酸酯)位于基板(例如PET，100微米)的顶部。换句话说，在集光和重定向元件1006与波导层1001之间，使用具有两层的梯度折射率层。其中n＝1.7的一层为高折射率层，并且n＝1.6的一层为粘接剂。

图11示出了示例性立面元件的示意性横截面，该立面元件可以是本发明的第一实施例的一部分，包括两个玻璃板(705，710)和其间的气隙706，其中包括光重定向元件的聚合物膜(通常为PVB)708附着在一个玻璃板的内侧。在该组件的一个优选变型中，承载重定向膜708的玻璃板710位于建筑物的外侧，光711经该板710进入建筑物，被膜708重定向，并进入附接在玻璃板705上的光传输通道(在该图11中未示出)。

图12示出用于了制备重定向聚合物膜的方法：使用合适的微结构化工具(A)，使合适的聚合物膜上的UV可固化涂层构成并固化(步骤B)。这样获得的结构化层在倾斜角度下经受金属蒸气(C)。随后，涂覆另一树脂层，其覆盖金属微平面并填充结构之间的间隙以提供光滑的聚合物表面(步骤D)。

图13示出了具有包括重定向膜的高度为h的双玻璃前板的本发明的光通道的前部的典型尺寸的一个示例(通用实施例1)。区段24示出了由厚0.2mm的本发明的导光膜覆盖的外部玻璃板的一部分；区段24示出了区段22的放大部分，其描绘了双层玻璃单元横截面的一部分，再次示出了本发明的光重定向膜的定位(在本例中具有重定向膜的外部玻璃板的厚度：4mm)。区段22本身代表区段21(前板)的放大视图。

图14a和14b示出了由示例2的2个平行原型光通道照明的办公室的2张照片(照明器在图14b中从距立面8米距离处并且在图14a中距立面11.1米的距离处开始)。

图15示出了示例2的原型光通道的横截面(侧视图)；800表示包含重定向膜的立面的绝热玻璃/中空玻璃单元(4mm玻璃板，12mm气隙，4mm玻璃板)；801表示光通道的容积；807表示2个开口(照明器，侧视图示出了它们的短边)，通道端处的开口尺寸为29cm×83cm，而朝向通道中间的开口的尺寸为30cm×80cm；815表示管末端处的倒圆反射器(半径29厘米)和中间照明器上方的反射片；821表示11.1m的直管长度；822表示2.8m的2个照明器开口之间的距离。

因此，本发明可以通过以下实施方式进一步表示：

1.一种用于集成到建筑物中的日光照明系统，该日光照明系统包括透光的立面元件(800)，该透光的立面元件包含玻璃板和光重定向元件(302或708)，以及用于将光大致水平地引导到建筑物内部的光传输通道(801)，该光传输通道包括附接到所述立面元件的内侧的一个开口以及朝向建筑物内部的至少一个开口，其特征在于

所述光重定向元件(302或708)形成为附接到所述立面元件(800)的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变为大致水平的光传输通道。

2.根据实施方式1所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道包括朝向建筑物内部的至少一个开口，所述至少一个开口配备有配光元件(807)，该配光元件允许被引导的光离开所述通道进入建筑物内部，所述光传输通道优选地包含相对于环境大气密封的空气或气体填充物。

3.根据实施方式1或2所述的日光照明系统，其中，用于光进入并用于配光元件(807)的所述光传输通道的开口彼此大致矩形地布置，所述光通道优选地适于与所述用于光进入的开口和具有光重定向元件(302)的附接的立面元件(800)大致垂直地一起安装，并且与所述用于配光元件(807)的开口大致水平地一起安装。

4.根据实施方式1、2或3所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道(801)的导光内壁被反光层、优选地反射银或铝层或反射多层聚合物膜覆盖，最优选地提供至少95％的定向反射和小于5％的漫反射。

5.根据实施方式1至4中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括中空玻璃单元，所述中空玻璃单元包含至少2个平行的玻璃板和至少一个聚合物膜，其中所述立面元件(800)的总厚度优选地在10至1000mm、尤其是15至50mm的范围内。

6.根据实施方式1至5中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括至少2个平行的玻璃板，并且所述光重定向元件(302)附接到适于形成建筑物表层的外表面的一部分的所述玻璃板的内表面上。

7.根据实施方式1至6中任一项所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道(801)的横截面具有在8至50cm、尤其是约10至35cm的范围内的高度；具有在20至300cm、尤其是约30至120cm的范围内的宽度；并且所述光传输通道(801)的长度在500至2000cm、尤其是约600至1200cm的范围内。

8.根据实施方式1至7中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括集光器(100，200，700，800)，所述集光器包括：

至少一个波导层(301)，

至少一个集光和重定向元件(302)，其构造成用于将太阳光(303)耦合到所述波导层中，和

至少一个耦合输出元件(304)，其构造成用于将光从所述波导层耦合输出到所述日光照明系统的光传输通道(801)中。

9.根据上述实施方式中任一项的日光照明系统，

其中，所述光重定向元件(302或708)被实施为多个光栅耦合器和/或全息板和/或镜和/或微镜和/或反射微结构。

10.一种建筑物，包括

根据实施方式1至9中任一项所述的日光照明系统，和

具有立面的表层，所述集光器作为立面元件集成在所述立面中。

11.根据实施方式1至9中任一项所述的日光照明系统用于在距离窗户5至20米、尤其是6至12米的距离内将日光引入建筑物内部的用途。

12.一种通过增加进入建筑物的日光量来改善建筑物中的光质量的方法，其特征在于，将根据实施方式1至9中任一项所述的日光照明系统集成到建筑物表层中，其中其光传输通道远离建筑物的立面大致水平地排布。

13.一种用于尤其如上述实施方式1至9中所述的日光照明系统(800)中并且用于集成到建筑物中的集光器(100，200，700，800)，所述集光器包括

至少一个波导层(301)，

至少一个集光和重定向元件(302)，其构造成用于将太阳光(303)耦合到所述波导层中，和

至少一个耦合输出元件(304)，其构造成用于将光从所述波导层耦合输出到所述日光照明系统的光传输通道(801)中。

14.根据实施方式13所述的集光器，其中，所述集光器以预制立面元件的形式构成，并且其中所述波导层是导光板。

15.根据实施方式13或14所述的集光器，所述集光器是静态收集器并且具有扁平尺寸。

16.根据实施方式13至15中任一实施方式所述的集光器，其中集光和重定向元件(302)被实施为多个光栅耦合器和/或全息板和/或反射镜和/或微镜和/或反射微结构。

17.根据实施方式13至16中任一项所述的集光器，其中，所述集光器包括多个堆叠的波导层(900)。

18.根据实施方式13至17中任一项所述的集光器，其中，所述波导层的边缘包括附接的镜(306，406，904)，所述镜构造成用于将在所述波导层内行进的光朝向所述边缘向后朝向所述集光器的至少一个中心或通道附接区段(308)重定向。

19.根据实施方式13至18中任一项所述的集光器，其中，所述耦合输出元件(304)选自包括以下元件的群组：包含平面镜的元件、包含抛物面镜的元件、在表面处包含光学光提取结构的元件，例如棱镜、角锥体、锥体或其任何组合，或者其中所述耦合输出元件由弯曲的波导层(603)提供，以通过所述波导层内的全内反射来重定向光。

20.根据实施方式13至19中任一项所述的集光器，其中，所述集光器包括透明前面板和透明后面板，并且

其中所述前面板和后面板被实施为玻璃面板或塑料面板，例如聚甲基丙烯酸甲酯面板、聚丙烯酸酯面板，聚碳酸酯面板或其任何组合。

21.根据实施方式13至20中任一项所述的集光器，其中，所述集光器包括层压到其上的至少一个涂层或膜，以控制其反射和透射特性。

22.根据实施方式13至21中任一项所述的集光器，其中，所述集光器包括盖玻璃、作为波导层的PMMA层、高折射率层或梯度折射率层、具有镜面涂层的棱镜膜、PET基板和后玻璃。

23.一种用于集成到建筑物中的日光照明系统，该日光照明系统包括根据实施方式13至22中任一项所述的集光器(800)、用于将光从建筑物外部引导到建筑物内部的光传输通道(801)，

其中，所述集光器的耦合输出元件(304)构造成用于将光从所述波导引导到所述光传输通道中，

其中，所述光传输通道(801)包括提供光的全反射的壁，并且其中所述光传输通道包括至少一个配光元件(807)，被引导的光被允许在所述配光元件处离开所述通道进入建筑物内部。

24.根据实施方式23所述的日光照明系统，其中，所述集光器构造成用于从大于所述光传输通道的横截面积的区域收集光。

25.根据实施方式23至24中任一项所述的日光照明系统，其中，所述波导层是固体光导，并且

其中，所述光传输通道是镜面衬里管道。

26.一种建筑物，包括根据实施方式23至25中任一项所述的日光照明系统，以及具有立面的表层，所述集光器作为立面元件集成在所述立面中。

研究附图、公开内容和所附权利要求后，本领域中实施要求专利权的发明的技术人员可理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，用词“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可实现在权利要求中叙述的多个项目或步骤的功能。在相互不同的从属权利要求中叙述特定措施的单纯事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。计算机程序可被存储/分发在合适的介质如连同其它硬件一起或作为其一部分供给的光存储介质或固态介质上，但也可以以其它形式分发，例如经由因特网或其它有线或无线的电讯系统。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

说明书或权利要求中使用的缩写：

PMMA 丙烯酸聚合物聚甲基丙烯酸甲酯

PET 聚酯聚对苯二甲酸乙二醇酯

PVB 聚合物聚乙烯醇缩丁醛

LED 发光二极管

示例1：不同纬度下的平均光通量(办公时间)

对法兰克福a.M.(35％日照小时数)、马德里和阿布扎比存在的天空条件(根据公开的气候数据：https：//energyplus.net/weather)和如下所述的光通道设计，计算在上午8点至下午5点的标准办公时间内朝南的水平光通道各自h＝0.3m且w＝0.9m)的后端处(l＝11m)的平均光通量。

通道1包括前部元件，该前元件包括光重定向膜(图1，本发明的第一实施例)；如WO2014/024146，图5a-5h的示例中所述制备的膜，但省略其中描述的第二部件。封装的镜是弯曲的，宽度为250微米，并且重复周期为100微米。曲率是渐进的，以便更好地水平重定向光，镜以反射率为95％建模。总膜厚度为300微米。膜被层叠到双层玻璃单元(4-12-4)的外玻璃(4mm)的内表面上，该玻璃单元覆盖面向外部的光管垂直开口的全部表面。

通道2包括前部元件，该前部元件包括光重定向膜和收集器。该重定向膜类似于在通道1中使用的重定向膜，其中额外适配了底部中的镜曲率并且上部14cm没有镜。收集器部件取代双层玻璃的内玻璃板。收集器的管开口上方和下方的区域由厚的透明板构成，该透明板是弯曲的并且其中水平部分以楔形部结束。垂直部分高9cm，厚3cm，构成在其背面上，并且各结构涂有反射材料。这些结构是棱柱形结构，其面向管开口的小平面从垂直方向倾斜41°，而其它小平面从垂直方向倾斜19°。楔角为26°。楔形部的水平面涂有反射材料，以仅在管侧耦合输出光。前部元件的总高度h＝0.48m(图2，本发明的第二实施例)

通道3包括与在通道1中描述的前部元件相同的前部元件，其进一步适配了镜曲率。该元件由层压到双层玻璃中的外玻璃板的内表面的光重定向膜组成。前部元件的总高度为0.6米，在11米后是最终管高度的两倍(0.3米)。因此，管高度在前几米内变化。管高度在1.41米处减小为最终高度，管的倾斜面是平的并且与水平方向形成12°的角度。

通道4类似于通道1，但是用于封装镜的材料与用于结构的材料不同，并且曲率经过优化以达到更加水平的光重定向。在该实施例中折射率的差异是微小的(0.02)，但它将重定向性能提高了一些百分比。

通道5类似于通道1，但是光重定向元件基于材料的折射特性并且不包含金属反射器。为了实现光重定向，该系统使用全内反射和因此折射率有变化。该系统由三种不同的材料组成。右边的结构层具有标准折射率(n＝1.5)，然后用低折射率材料(n＝1.4)涂覆，最后用第三种材料(n＝1.4)封装。

通道6类似于通道1，但重定向箔由商业产品(3M日光重定向膜)代替。这种箔使用空气与结构化聚合物箔之间的折射率差。变化的曲率会增加光线在正确方向上重定向的角度范围。基于该商业产品的轮廓来模拟光学特性。

通道7类似于通道1，但是重定向箔被替换为如专利US 20020159154 A1图2中所述的箔。这种箔利用空气与聚合物箔之间的折射率差。与封装空气的界面像镜一样起作用，并且将光线反射到光管道的深处。对于在光管道中的应用，该设计经过优化，以最大化管道末端的光通量。气隙宽100微米，厚3微米，间隔45微米，并且倾斜10°，以使来自天空的光重定向到管中的角度变平。

出于比较的目的，计算另一个通道的光通量，其覆盖没有任何光重定向元件的玻璃前板(参考)。

为了进行模拟，使用光线追踪工具(LightTools 8.5，Synopsis’s OpticalSolutions Group，Pasadena，US)来表征系统，在所有情况下假设光管的所有入射角下的反射率为97％。系统透射率的特征在于半球的每个入射角的高度分辨率为1°，方位角分辨率为2°。计算管道的前端与管道的后端之间的透射率。然后将该透射率矢量乘以每个时间步长的每个方向的可用亮度和立体角。使用来自每小时气候数据的直接和漫射辐照度，基于佩雷斯模型计算每个方向和全年的天空照度。考虑天空和地面(反照率为30％)的照度。由此，计算出系统末端处的每小时光通量。

表1汇总了在11.1m的传输长度后在办公时间内的平均光通量(平均值)和在50％办公时间内的最小光通量(最小值，即在50％的工作时间内，管道端部处的光通量将等于或高于给定值)的结果(以流明计)。计算可使用两个相同的光管获得的结果的值。在所述工作时间内计算平均光通量。最小光通量是考虑最佳占用时间的一半时达到的最小值。该值可用于导出在50％的占用时间内达到的最小桌面照度。

表1：2个光管在11m传输长度后的平均光通量(lm)和最小光通量(lm)

通过使用每个通道的1:10缩小比例尺原型的测量结果来验证上述结果。

本发明的日光照明系统提供了出乎意料的高光强度。

示例2：全尺寸原型

为了进一步验证示例1的模拟结果，构建了1：1原型。该原型由两间办公室和两个光管组成。两个办公室都没有窗户并且通过每个管中的一个开口照明，它们宽2.8m，长3m，天花板高2.6m。房间(见图14a和14b)被漆成白色并且配有桌椅。这些管都具有矩形横截面，内部尺寸为高29cm，宽87cm。这些管总长均为11.39m，平行放置，两者之间有一些空间。一个配有3M DF200MA反光箔，另一个配有Alanod Miro Silver DL反光金属箔。在为房间提供光的两个管的底面中的所有四个开口相对于天花板偏移14.5cm。房间天花板与管开口之间的14.5cm间距分别配有反光箔。从距立面8m处开始，每个管通向第一间房间(图14b)中的开口为30×80cm，并且位于距立面11.1m处，在管的最末端(开口在管长度方向上的短长度)处在第二间办公室(图14a)中为29x 83cm，。该管以在管末端的开口上方的四分之一圆形反射器结束，半径为29cm(见图15)。在第一个开口上方放置一个反射片，其与水平方向成29°角，长度为27.8cm，以捕获来自管的光并将其重定向。正面、立面侧的垂直开口配有一块简单的有机玻璃，然后是集成了3M Daylight Redirecting Film重定向箔的双层玻璃(4-12-4)。现场测量在奥地利进行，立面朝南。评估2017年9月26日在固定时间拍摄的第一间房间的照片以量化工作场所的光强度；结果如表2所示。

表2：前房间办公桌上的照度，照明器距离立面8米，从照度推导。在2017年9月26日在立面处使用3M Daylight Redirecting Film重定向箔进行测量。

在同一间办公室在其它时间使用放置在桌面上的照度计检测到高达1700勒克斯的照度值。

Claims (18)

1.一种用于集成到建筑物或交通工具中的日光照明系统，该日光照明系统包括：

透光的立面元件(800)或壁元件，该透光的立面元件或壁元件包含玻璃板和光重定向元件(302或708)，以及

光传输通道(801)，用于将光大致水平地引导到建筑物或交通工具内部，该光传输通道包括附接到所述立面元件或壁元件的内侧的一个开口以及朝向建筑物或交通工具内部的至少一个开口，其特征在于

所述光重定向元件(302或708)形成为附接到所述立面元件(800)或壁元件的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变为进入大致水平的光传输通道。

2.根据权利要求1所述的用于集成到建筑物中的日光照明系统，所述日光照明系统包括

透光的立面元件(800)，其包含玻璃板和光重定向元件(302或708)，以及用于将光大致水平地引导到建筑物内部的光传输通道(801)，所述光传输通道包括附接到所述立面元件的内侧的一个开口和朝向建筑物内部的至少一个开口，其特征在于

所述光重定向元件(302或708)形成为附接到所述立面元件(800)的玻璃板上的结构化聚合物膜或片，并且构造成用于将入射光的方向改变为进入大致水平的光传输通道。

3.根据权利要求1或2所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道包括朝向建筑物或交通工具内部的至少一个开口，所述至少一个开口配备有配光元件(807)，该配光元件允许被引导的光离开所述通道进入建筑物或交通工具内部，所述光传输通道优选地包含相对于环境大气密封的空气或气体填充物。

4.根据权利要求1、2或3所述的日光照明系统，其中，用于光进入和用于配光元件(807)的所述光传输通道的开口彼此大致成直角地布置，所述光通道优选地适于安装为使得用于光进入的开口大致竖直，以及具有光重定向元件(302)的附接的立面元件(800)或壁元件大致竖直，以及用于配光元件(807)的开口大致水平。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道(801)的导光内壁被反光层、优选地反射银或铝层或反光的多层聚合物膜覆盖，最优选地提供至少95％的定向反射和小于5％的漫反射。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括中空玻璃单元，所述中空玻璃单元包含至少2个平行的玻璃板和至少一个聚合物膜，其中所述立面元件(800)的总厚度优选地在10至1000mm、尤其是15至50mm的范围内。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括至少2个平行的玻璃板，并且所述光重定向元件(302)附接到适于形成建筑物表层的外表面的一部分的所述玻璃板的内表面上。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的日光照明系统，其中，所述光传输通道(801)的横截面具有在8至50cm、尤其是约10至35cm的范围内的高度；具有在20至300cm、尤其是约30至120cm的范围内的宽度；并且所述光传输通道(801)的长度在500至2000cm、尤其是约600至1200cm的范围内。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的日光照明系统，其中，所述透光的立面元件(800)包括集光器(100，200，700，800)，所述集光器包括：

至少一个波导层(301)，

至少一个集光和重定向元件(302)，其构造成用于将太阳光(303)耦合到所述波导层中，和

至少一个耦合输出元件(304)，其构造成用于将光从所述波导层耦合输出到所述日光照明系统的光传输通道(801)中。

10.根据前述权利要求中任一项的日光照明系统，

其中，所述光重定向元件(302或708)被实施为多个光栅耦合器和/或全息板和/或反射镜和/或微镜和/或反射微结构。

11.根据前述权利要求中任一项所述的日光照明系统，

其中，所述光重定向元件(302或708)包括金属和/或低折射率材料，例如空气，其均嵌入聚合物膜中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的日光照明系统，还包括人造光源，优选LED光源。

13.根据前述权利要求中任一项所述的日光照明系统，包括光传输通道，所述光传输通道的横截面在距其前开口最多2m的距离处缩窄了1.2至5倍。

14.根据前述权利要求中任一项所述的日光照明系统，包括玻璃板、光重定向元件和光传输通道，基本上如图1、8、11或13所示。

15.一种建筑物或交通工具，包括

根据权利要求1至14中任一项所述的日光照明系统，和

具有立面的表层或外壁，其中所述光重定向元件集成在透光的立面元件或壁元件或窗户中。

16.根据权利要求1至14中任一项所述的日光照明系统用于在距离窗户5至20米、尤其是6至12米的距离将日光引入建筑物或交通工具内部的用途。

17.一种光重定向聚合物膜的用于将落在建筑物的透光的立面元件或交通工具的外壁元件上的日光引入光传输通道中的用途，所述光传输通道大致水平地附接到所述元件上，优选地如权利要求1至14中任一项所述的日光照明系统的形式。

18.一种通过增加进入建筑物或交通工具的日光量来改善建筑物或交通工具中的光质量的方法，其特征在于，将根据权利要求1至14中任一项所述的日光照明系统集成到建筑物表层或交通工具的壁中，其中其光传输通道远离建筑物的立面或交通工具的外壁大致水平地排布。