本公开总体上涉及日光照明(daylighting，采光)系统和方法，且更具体地，涉及 具有辅助照明器具(lighting fixture)的日光照明系统和方法。

　　日光照明系统典型地包括为结构内部提供自然光的窗口、开口和/或表面。日光 照明系统的实例包括天窗和管状日光照明装置(TDD)设备。在TDD设备中，可在建筑物的 屋顶上或在另一适当位置中安装透明盖。内部反射管可将盖与安装在待照明房间中的漫射 器(diffuser)连接。漫射器可安装在房间的天花板中或安装在另一适当位置中。进入屋 顶上的盖的自然光可穿过管传播并到达漫射器，漫射器使自然光散布在整个结构内部中。

　　这里公开的一些实施方式提供了一种日光照明设备，该设备包括具有带反射内表 面的侧壁的管。管可设置在被定位为接收日光的透明盖与定位在建筑物的目标区域内的漫 射器之间。管可构造为将穿过透明盖透射的日光朝着漫射器引导(direct)。管内可设置 一辅助灯具(auxiliary light fixture)，并且辅助灯具可包括被构造为在管内部照明的 灯。在一些实施方式中，灯可构造为发出光锥，并且其可定位为使得离开灯的光沿着光锥的 角度中心(angular center)传播，使得光在传播至漫射器之前入射到除了漫射器以外的表 面上。在某些实施方式中，灯是表面安装发光二极管，其具有从中发出光锥的平面。灯的 平面可基本上平行于管的侧壁。辅助灯具可包括一个光控制表面，该光控制表面从管的侧壁延伸，并且可被构造 为使从灯发出的光的至少一部分朝着漫射器改变方向。光控制表面可包括被构造为反射离 开灯的光并传播来自透明盖方向的穿过管传播的日光的反射器或棱镜膜。在一些实施方式 中，光控制表面的形状可以大体上是半圆柱形的。光控制表面可包括顶边缘和底周界(base perimeter)，顶边缘邻接管的侧壁，并且底周界基本上与灯的下边缘共面。光控制表面可定 位为使得光控制表面的半径点大致上位于灯的底部处。光控制表面可相对于侧壁以一角度 远离垂直方向倾斜。光控制表面与垂直方向之间的角度可以是至少大约20度。在一些实施方式中，日光照明设备包括具有带反射内表面的侧壁的管，管设置在 被定位为接收日光的透明盖与定位在建筑物的目标区域内的漫射器之间。管可构造为将穿 过透明盖透射的日光朝着漫射器引导，并且管可包括辅助灯具。辅助灯具可包括设置在管 内部的灯；以及光控制表面，其被构造为将离开灯的光朝着漫射器反射并透射来自透明盖 方向的穿过管传播的日光。灯可连接至管的侧壁。在一些实施方式中，在灯与侧壁之间设 置热油脂。光控制表面的底周界可与灯的下边缘基本上共面。辅助灯具可包括一个发光二极 管或多个发光二极管。类似地，辅助灯具可包括一个光控制表面或多个光控制表面。

　　光控制表面可包括例如聚碳酸酯的聚合物膜和/或设置在表面的最靠近透明盖 的一侧上的转向显微结构(turning microstructure)。在一些实施方式中，转向显微结构 可包括从侧壁延伸至光控制表面的底周界的多个细长棱镜。在一些实施方式中，在结构内部提供光的方法可包括步骤以允许将日光从盖穿 过漫射器引导的方式将管定位在透明盖与漫射器之间；设置发光至管内部的区域的辅助光 源；以及在辅助光源附近设置光控制表面，该光控制表面朝着漫射器反射离开灯的光并在 漫射器的全方向(general direction)上从透明盖透射日光。在一些实施方式中，照明建筑物内部的方法可包括步骤允许日光从透明盖穿过 管传送到建筑物内部的漫射器；从辅助光源发光至管内部的区域；以及使来自辅助光源的 光从光控制表面朝着漫射器反射掉，且同时或在不同时间允许日光穿过光控制表面。

　　为了示意性目的在附图中示出了各种实施方式，并且不应将其解释为限制本发明 的范围。另外，可组合不同的公开实施方式的各种特征，以形成额外的实施方式，这些实施 方式也是本公开的一部分。在所有附图中，可重复使用参考标号，以表示参考元件之间的对 应情况。图1是TDD设备的剖视图。图2是附设有光控制表面的管的透视图。图3是连接至管的辅助照明器具的透视图。图4是图3中所示的辅助照明器具的横截面视图。图5是图4中所示的辅助照明器具的棱镜膜的部分横截面视图。图6是图4中所示的辅助照明器具的棱镜膜的另一部分横截面视图。图7是具有不同直径的棱镜膜的横截面视图。图8是示出了棱镜膜的直径与沿管向上传播的辅助光的比例之间的关系的实例 的样本图表。图9是连接至TDD的辅助照明器具的横截面视图。图10是展平的光控制表面的实例的顶视图。

　　具体实施例方式在一些实施方式中，TDD设备可包括建筑物结构的屋顶上的透明圆顶外壳、从圆顶 外壳延伸的大体上垂直的反射管、以及设置在反射管的相对端的漫射器。圆顶允许外部的 光(例如，自然光)进入系统。管将外部的光向下传送至漫射器，漫射器使光散布在建筑物 内部中的目标房间或区域的周围。TDD设备有时也可叫做“管状天窗”。可在TDD中安装一个辅助照明系统，以便当无法获得足量的太阳光来提供期望等 级的内部照明时，提供从管到目标区域的光。在一些实施方式中，TDD(其中从杆或电线悬 挂照明器具)可能具有各种缺点。例如，杆、或用于支撑灯的其他设备、以及灯本身可能占 据管内部的相当大部分，从而降低管状天窗的性能。如果将照明设备附设在例如管中心处 的杆或电线的器具上，并且尤其是如果照明设备具有附设于其背面的热交换器，可能阻止 大量日光沿管继续向下。杆、电线、热交换器、照明器具的其他结构、或结构组合中的至少一部分可以是透明的或半透明的，以便至少部分地减少对日光的阻挡。在一些情况下，传统的照明设备典型地以允许近一半产生的光倒回管中而耗损的 方式照明。此外，在一些情况下，仅有一部分来自灯的光以提供高透射效率的入射角进入管 座漫射器。当光在漫射器上的入射角大时，更大部分的光可由漫射器反射倒回管中。此效 果与由于灯的照明方式而在管上损失的光一起，会导致大部分来自灯的光无法到达目标区 域。而且，如果照明设备面向漫射器，那么其会产生非常亮的光点，这可能需要进一步漫射 以消除眩光并减小对比度。这里公开的一些实施方式提供一种包括管和辅助灯具的日光照明设备，管具有带 反射内表面的侧壁。管可设置在被定位为接收日光的透明盖与被定位在诸如建筑物的结构 的目标区域内的漫射器之间。在某些实施方式中，管被构造为将穿过透明盖透射的日光朝 着漫射器引导。辅助灯具可包括设置在管内部的灯，和被构造为将离开灯的光朝着漫射器 反射并将来自透明盖方向的穿过管传播的日光进行透射的光控制表面。可以允许由灯产生 的光进入管内部的方式，将灯设置在管的内侧壁上或设置在另一表面或结构上。图1示出了安装在建筑物中用于用自然光对建筑物16的内部房间12进行照明的 管状天窗10的实例的剖视图。管状天窗10包括安装在建筑物16的屋顶18上的透明盖 20，其允许自然光进入管24。盖20可用防雨板22安装至屋顶18。防雨板22可包括附设 至屋顶18的凸缘22a和这样的边缘(curb) 22b 该边缘从凸缘22a向上升起，并且以适于 使屋顶18的斜面大体上在垂直地直立方向上接合并支持盖20的方式而成一定角度。管24可与防雨板22连接，并可从屋顶18穿过内部房间12的天花板14延伸。管 24可将进入管24的光向下引导至光漫射器26，光漫射器使光散布在房间12中。管24的 内部可以是反射性的。管24可由金属、纤维、塑料、刚性材料、合金、另一适当材料、或材料 的组合制成。例如，管24的本体可用1150类型的铝合金构造。管24可终止于光漫射器26。光漫射器26可包括一个或多个以适当方式传播开或 散开光的装置。在一些实施方式中，漫射器26吸收相对少量的或不吸收可见光，并透射大 部分或所有至少以一定的入射角入射的可见光。漫射器可包括一个或多个透镜、毛玻璃、全 息漫射器、或任何其他适当的漫射器。可用任何适当的连接技术将漫射器26连接至管24。 例如，密封环28可在周围与管24接合，并与光漫射器26连接，以将漫射器26支持在管24 的端部上。可将辅助光源30设置在管24内。在某些实施方式中，光源30可在大体上垂直的 方向上附设至管24的内侧壁或外侧壁，例如如图1所示。在一些实施方式中，光源30可设 置在另一适当位置中，包括在管24的侧壁的后面或前面。例如，光源30可连接至从管24 的侧壁延伸至其内部的伸出部。作为另一实例，光源30可定位在从管24内部向外的侧壁 延伸的凹槽中。可将光控制表面32设置在光源30附近，并且，该光控制表面可至少部分地围绕光 源30。光控制表面32也可在光源30的最靠近盖20的一侧上附设至管24的侧壁。光控 制表面32被构造为将从光源30向上发出的光沿向下的方向朝着漫射器26引导。没有光 控制表面32的话，所引导的光的一部分将在盖20的方向上沿管24向上传播，并离开管24 进入外部环境。因此，在辅助光源30的发光度保持恒定的同时，光控制表面32可增加漫射 器26处的发光强度。光控制表面23也可增加入射到漫射器26上的光的准直度。在某些情况下，当入射光更接近准直时，漫射器26的光效率增加。图2示出了附设有光控制表面32的管24的透视图。光控制表面32也可称为“光 控制篷”或“光控制膜”。管24通常构造为以可见光的最小吸收或损耗的方式将自然光从 盖20 (图1)引导至漫射器26，并而将辅助光从光源30引导至漫射器26。管24的内表面54可通过任何适当技术制成反射性的，包括，例如，电镀、阳极处 理、涂层，或用反射膜覆盖表面54。反射膜可以至少在可见光谱中是高度反射性的，并包括 金属膜、金属化塑料膜、多层反射膜、或反射可见光谱中的大部分光的任何其他结构。在一 些实施方式中，内表面54是镜面的。内表面54可构造为反射、透射或吸收可见光谱以外的 光，以达到一定的性能特性。例如，内表面54可构造为透射红外光，以改进管24的热特性。 反射表面54下方的材料系统或层(未示出)可构造为强烈吸收通过内表面54透射的红外 光或其他辐射。吸收膜、涂层、油漆，或其他材料可用于此目的。管24的外表面56可暴露至建筑物16的屋顶18与漫射器26之间的空间。例如， 当漫射器26安装在待照明的房间12的天花板14附近时，外表面56可暴露至建筑物16的 顶楼或管槽。外表面56可能暴露制成管24的材料，或者可能具有提高管24的性能特性的 覆盖层。例如，外表面56可能覆盖有帮助散热的涂层或膜。在某些实施方式中，在管24的 外表面56上设置高发射率膜。在图2所示的实施方式中，光控制表面32从管24的内表面54延伸。光控制表面 32可与内表面54制成一体，或者可以是连接至管24的不同材料。可使用任何适当的连接 技术，包括，例如，将光控制表面32紧固、粘附、胶合、摩擦装配、焊接、胶粘，或套接至管24。 光控制表面32可具有面向透明盖20的顶面35和面向漫射器26的底面34。在一些实施方 式中，光控制表面32包括基本均勻厚度的材料，并且被弯曲为使得顶面35是凸的，底面34 是凹的。光控制表面32的管边缘50与管24的内表面54邻接，同时，光控制表面32的外 围边缘52伸入管24的内部空间。光控制表面32可构造成使得在增加或最大化由底面34 反射的辅助光的量的同时减小或最小化入射到顶面35上的自然光的量。光控制表面32可 构造成使得通常增加或最大化漫射器26处的发光强度，考虑自然光、辅助光、以及自然光 和辅助光的组合。光控制表面32被构造为将从辅助光源30发出的可见光朝着漫射器26引导。光控 制表面32可由任何适当的以此方式引导光的材料构成，包括，例如，金属、金属化塑料膜、 反射膜、具有光转向(light turning)特征的塑料膜、或材料的组合。光源上方和周围的反 射器可捕获沿管向上引导的光，并使其改变方向沿管向下。虽然反射器的使用可减少辅助 照明器具的光损耗，但是当使用某些材料时，反射器会至少部分地阻止沿管向下反射的日 光。图3示出了连接至管24的辅助灯具。该辅助灯具包括光源30和棱镜膜132。光 源可包括任何适当的照明设备(在这里通常叫做“灯”)，例如，白炽灯泡、荧光灯泡、电磁 感应灯、高强度放电灯、气体放电灯、电弧灯、发光二极管(LED)、固态照明设备、电致发光设 备、化学发光设备、辐射发光设备、光保真灯、多个灯、或照明设备的组合。在一些实施方式 中，可选择照明设备以实现一个或多个以下目标所需功率比的高性能、降低成本、以及小 型化。在一些实施方式中，光源30包括表面安装LED，例如，可从Durham，NC的Cree公司 获得的一种。

　　在图3所示的实例中，光源30是平的、薄的(例如，小于等于大约1/8”厚)，并占 据大致0.75” X0. 75”的面积。也可使用具有许多其他尺寸和/或几何形状的光源。光可 从光源30的前表面以锥形发出。在一些实施方式中，所发射的光的圆锥可包括大于等于大 约60度和/或小于等于大约120度的顶角，取决于所使用的具体照明设备。除了期望的输 出以外，某些类型的照明设备(包括LED)产生大量废热。与照明设备热连通的散热器或热 交换器可用来去除废热。去除废热可提高LED和其他类型的照明设备的效率和使用寿命。 散热器可附设至照明设备的后部，通过传导、对流和/或辐射改进从照明设备到外部环境 的热传递。参照图9，可在光源30与管24的壁之间应用热交换油脂64，以便于去除废热。管 24可提供将光源30支持在适当位置的结构。例如，紧固件60a-60b可用来将光源30连接 至管24的侧壁。光源30可以其他方式连接至侧壁，例如，用粘合剂。紧固件60a-60b可插 到背板62、螺母、或设置在管24的外表面56上的其他适当结构中，以增强光源30与侧壁 之间的连接。在一些实施方式中，光源30与管24的内表面54紧密接合，以增加光源30与 管24之间的导热性。管24的导热性和厚度可便于热量从光源30传导至管24的大面积， 该管可用作光源30的散热器。管24基于管24的外表面56和内表面54的发射率而在管 24的外部和内部辐射热量。光源30可通过电线和/或电连接器连接至电源(未示出)。在一些实施方式中，当与光源30放置在管24的中心中或面向下放置相比时，光源 30放置在管24的侧壁上或其附近可最小化或减小对沿管向下传播的太阳光的阻挡。此放 置还可提供用于去除热量并支撑光源30的经济结构。在一些实施方式中，光源30的前发 光表面面向管的内部区域，并且处于大体上平行管的纵向轴线的方向。在某些其他实施方 式中，光源30相对于管的轴线以一定角度倾斜。例如，光源30可朝着漫射器或面向漫射器 倾斜。在一些实施方式中，没有光控制表面，高达50%的由光源30输出的光可沿管24向上 传播并被浪费掉，同时，剩余部分将以各种入射角向下传播至漫射器26。现在将参照图2、图9和图10讨论光控制表面32。在一些实施方式中，当位于管 24内时，光控制表面32通常是弯曲的，但是可切成或模制成大体上为平板的光控制表面， 然后将其弯曲和折叠成想要的形状。图10中示出了光控制表面32的展开顶视图的实例。 可通过将表面32的顶边缘50粘接至管24，通过将表面32摩擦配合入管24中的缝(未示 出)中，通过将从表面32的顶边缘50延伸一个或多个翼片66a-66c粘接或摩擦配合至管 24，或者通过任何其他适当技术可将光控制表面32连接至管24。在一些实施方式中，翼片 66a-66c至少定位在顶边缘50与底周界52之间的边界处，以及位于沿着顶边缘50的中间 点处。如所示出的，可将光控制表面32定位在光源30附近。在一些实施方式中，光控制表 面32可如所示出的大体上围绕光源30的上部区域。如所示出的，在管24中，光控制表面32可以增强表面32的某些性能特性的方式 定形、弯曲、定位和/或弯折。例如，可利用表面32与管24之间的连接而在柔性材料(例 如，聚合物膜)中产生弯曲，从而表面32通常具有截面是围绕光源30的半圆柱体的形状， 如图2所示。虽然在其顶边缘50处或附近的表面32可具有基本半圆形或半圆柱形的曲 率，但是当表面32伸入管24的内部时，表面32的曲率(包括曲率半径)可能改变。表面 32的曲率变化可能取决于，例如，表面32的拐点的量、表面32的刚度、表面32的尺寸、表 面32的形状、其他因素、或因素的组合。表面32可定位在光源30附近，如图9所示，并围绕光源，如图2所示。表面32也可定位成使得灯具关于对称的垂直平面基本上对称。在一 些实施方式中，利用摩擦、粘合剂、或其他类型的使表面32的位置和曲率相对于管24基本 上保持固定的连接方式，将图10中所示的翼片66a-66c插入管24的壁中的对应的缝或开 口(未示出)中。表面32可以是任何适当的形状，例如包括图10中所示的形状。在某些 实施方式中，当表面32在管24中安装时，表面32具有基本上与管24 —致的弯曲的顶边缘 50和呈基本上平面弧形的底周界52。在一些实施方式中，其中存在底周界52的平面基本 上垂直于管24的侧壁。在一些实施方式中，图3所示的棱镜膜132可与上述光控制表面32类似，除了这 里进一步描述的以外。膜132定位在光源30上方和周围。光控制膜132可构造为向下反 射来自光源30的光，并且使沿管24向下传输的太阳光的损耗最小化。光控制膜132的构 造可包含膜132的形状、位置、方向和曲率中的一个或多个。顶面135可包括转向显微结构，其包括延伸了膜132的有效长度的角棱镜。这些 棱镜的顶点可在大体上垂直于膜132的曲率方向的方向上延伸(例如，当膜132具有一个 曲率半径时，这些棱镜基本上是直线的)。在图中放大了显微结构和膜的尺寸，以示出细节。 膜132的底面134基本上是平滑的。在一些实施方式中，棱镜膜132由聚合物膜(例如，可 从St. Paul, MN的3M公司获得的2301光学照明膜)构造。顶面135的上边缘可大体上倾 斜或向下逐渐变细，如所示出的，在远离顶边缘50的方向上。在一些实施方式中，此倾斜或 逐渐变细可提供光源30周围的增大的覆盖面积，和/或改进从光源30发出的光的向下反 射。现在将参照图4至图6讨论棱镜膜132。当光从高折射率介质(high index medium)倾斜地到达低折射率介质时，来自辅助光源30的光(La)经过全内反射(TIR)。在 这些实例中，高折射率介质是棱镜膜132，而低折射率介质是空气。TIR仅在一定的入射角 时出现，其由称作临界角142的入射角界定。任何超过临界角的入射角将导致入射光在界 面表面处反射掉。所反射的角度将等于初始入射角。对于与空气连接的材料，可用以下公 式确定此临界角142 ( θ Cr)(Qcr)=SirT1(IAi),其中，η是材料的折射率。表A示出了各种透明材料的临界角的实例。表 A

　　1.一种日光照明设备，包括管，具有带反射内表面的侧壁，所述管设置在被构造为接收日光的透明盖与被构造为 定位在建筑物的目标区域内的漫射器之间，所述管被构造为将穿过所述透明盖透射的日光 朝着所述漫射器引导；以及辅助灯具，包括被构造为通过发出光锥而在所述管的内部提供照明的灯，所述灯定位 成使得离开所述灯的光沿着所述光锥的角度中心传播，使得光在传播至所述漫射器之前入 射到除了所述漫射器以外的表面上。

　　2.根据权利要求1所述的日光照明设备，其中，所述灯包括表面安装发光二极管，该表 面安装发光二极管具有从中发出所述光锥的平面。

　　3.根据权利要求2所述的日光照明设备，其中，所述平面基本上平行于所述管的侧壁。

　　4.根据权利要求1所述的日光照明设备，其中，所述灯设置在所述管的侧壁上。

　　5.根据权利要求1所述的日光照明设备，其中，所述辅助灯具进一步包括光控制表面， 该光控制表面从所述管的侧壁延伸并且被构造为使从所述灯发出的光的至少一部分朝着 所述漫射器改变方向。

　　7.根据权利要求6所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面包括棱镜膜，该棱镜膜 被构造为反射离开所述灯的光并透射来自所述透明盖方向的穿过所述管传播的日光。

　　8.根据权利要求5所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面的形状基本上是半圆 柱形的。

　　9.根据权利要求8所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面包括顶边缘和底周界， 所述顶边缘邻接所述管的侧壁，并且所述底周界基本上与所述灯的底座共面。

　　10.根据权利要求8所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面被定位成使得所述光 控制表面的半径点大致上位于所述灯的底座处。

　　11.根据权利要求5所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面相对于所述侧壁以一 角度远离垂直方向倾斜。

　　12.根据权利要求11所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面与所述垂直方向之 间的角度是至少大约20度。

　　13.—种日光照明设备，包括管，具有带反射内表面的侧壁，所述管设置在被定位为接收日光的透明盖与漫射器之 间，所述管被构造为将穿过所述透明盖透射的日光朝着所述漫射器引导；以及辅助灯具，包括灯，设置成在所述管内部引导光；及光控制表面，被构造为将离开所述灯的光朝着所述漫射器反射并透射来自所述透明盖 方向的穿过所述管传播的日光。

　　14.根据权利要求13所述的日光照明设备，其中，所述灯连接至所述管的侧壁。

　　15.根据权利要求14所述的日光照明设备，其中，所述灯与所述侧壁之间设置有热油脂。

　　16.根据权利要求13所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面的底周界与所述灯 的下边缘基本上共面。

　　18.根据权利要求17所述的日光照明设备，其中，所述辅助灯具至少包括第二发光二极管。

　　19.根据权利要求18所述的日光照明设备，其中，所述辅助灯具至少包括第二光控制表面。

　　20.根据权利要求13所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面包括聚碳酸酯膜。

　　21.根据权利要求13所述的日光照明设备，其中，所述光控制表面包括设置在表面的 最靠近所述透明盖的一侧上的转向显微结构。

　　22.根据权利要求21所述的日光照明设备，其中，所述转向显微结构包括从所述侧壁 延伸至所述光控制表面的底周界的多个细长棱镜。

　　23.一种在结构内部提供光的方法，所述方法包括以下步骤以允许将日光从透明盖穿过漫射器引导的方式将管定位在透明盖与漫射器之间； 设置将光发射至所述管内部的区域的辅助光源；以及在所述辅助光源附近设置光控制 表面，所述光控制表面将离开所述灯的光朝着所述漫射器反射并在所述漫射器的全方向上 从所述透明盖透射日光。

　　24.一种在建筑物内部照明的方法，所述方法包括以下步骤 允许日光从透明盖穿过管传送到所述建筑物内部的漫射器； 从辅助光源发光至所述管内部的区域；以及使来自所述辅助光源的光从光控制表面朝着所述漫射器反射掉，且同时或在不同时间 允许日光穿过所述光控制表面。

　　本发明公开了具有辅助照明器具的日光照明设备和方法。这里公开的一些实施方式提供一种日光照明设备，其包括管和辅助灯具，该管具有带反射内表面的侧壁。管可设置在被定位为接收日光的透明盖与定位在建筑物的目标区域内的漫射器之间。在一些实施方式中，管构造为将穿过透明盖透射的日光朝着漫射器引导。辅助灯具可包括设置在管内部的灯和光控制表面，该光控制表面被构造为朝着漫射器反射离开灯的光并透射来自透明盖方向的穿过管传播的日光。灯可设置在管的侧壁上。OB欧宝