本公开内容总体上涉及日光照明(采光，daylighting)以及在日光照明系统中使用的光收集器(聚光器，light collectors)。
背景技术：
日光照明系统通常包括向建筑物的内部提供自然光的窗、开口和/或表面。日光照明系统的实施例包括天窗和管状的日光照明装置设施。存在用于将日光接收到日光照明装置中的各种装置和方法。某些目前已知的用于将日光接收到日光照明装置中的装置和方法具有各种缺点。
技术实现要素：
公开了用于将日光提供到结构的内部的照明装置和方法。本文所公开的一些实施方式方式提供了一种日光照明装置，包括：具有带有反射内表面的侧壁的管、光收集组件、以及定位成将自然光反射到光收集器中的光反射器。在一些实施方式中，光收集器与一个或多个光折射和/或光反射元件相关联，所述光折射和/或光反射元件被构造成增加由日光照明装置捕获的光的量。
一些实施方式提供了一种用于将日光引导到收集器基部孔口(光圈，孔径，aperture)中的至少部分透明的光收集装置(透射的光收集装置，透过的光收集装置，transparent light-collecting device)。该装置可包括顶盖部分和基本上竖直的侧壁部分，其被构造成将顶盖部分支撑在所述基本上竖直的侧壁部分的上端上方并且在所述基本上竖直的侧壁部分的下端处限定收集器基部孔口。在某些实施方式中，所述基本上竖直的部分具有在顶盖部分与收集器基部孔口之间延伸的高度并且被构造成接收日光。
所述光收集装置可包括：棱镜(prismatic，棱柱体)元件，其与所述基本上竖直的侧壁部分相关联，并被构造成使由所述竖直的部分接收的日光的至少一部分朝向收集器基部孔口转向；以及反射器，与所述基本上竖直的部分相关联并被构造成朝向开口反射日光的一部分。在某些实施方式中，收集器基部孔口具有宽度，并且收集器基部孔口被构造成当光收集装置被安装作为管状日光照明装置设施的一部分时被定位成邻近于建筑物的开口。
本文公开的某些实施方式提供了一种至少部分透明的光收集装置(透射的光收集装置，透过的光收集装置，transparent light-collecting device))，其被构造成当光收集装置可以被安装在建筑物的屋顶上时将日光引导通过收集器基部孔口并进入建筑物的内部。该装置可包括顶盖部分和基本上竖直的侧壁部分，所述基本上竖直的侧壁部分被构造成将顶盖部分支撑在所述基本上竖直的侧壁部分的上端上方并且在所述基本上竖直的侧壁部分的下端处限定收集器基部孔口，其中，所述基本上竖直的部分具有在顶盖部分与收集器基部孔口之间延伸的高度，并且其中，所述基本上竖直的部分可被构造成在正午时分期间接收大量的日光。该装置可包括：棱镜元件，与所述基本上竖直的侧壁部分相关联并被构造成使由竖直的部分接收的日光的至少一部分朝向收集器基部孔口转向；以及红外控制元件，与所述基本上竖直的侧壁部分相关联，其被构造成吸收或透射日光的所述部分中的红外(IR)光的至少一部分。光收集装置可被构造成被定位在建筑物的屋顶中的开口上，并且可被构造成当光收集装置被安装作为日光照明装置设施的一部分时将日光引入到屋顶中的开口中。
红外控制元件可被构造成吸收红外光的至少一部分，并且使红外光的该部分远离光收集装置的内部再辐射。红外控制元件可包括具有高发射率特征的材料，诸如具有大于0.90的发射率值的材料。在某些实施方式中，所述侧壁部分可被构造成吸收红外光的再辐射部分。侧壁部分可被构造成透射红外光的再辐射部分。例如，侧壁部分可以包含丙烯酸树脂(丙烯酸)。
在某些实施方式中，红外控制元件可通过粘合剂而至少部分地固定于侧壁部分，所述粘合剂被构造成吸收入射在红外控制元件的表面上的红外光。竖直部分的高度可以大于收集器基部孔口的宽度。在某些实施方式中，顶盖部分可以是基本上平坦的。在其它实施方式中，顶盖部分包括穹顶形或圆锥形的表面。
竖直部分可以包括多个竖直布置的区段，所述多个竖直布置的区段包括顶部区段、中部区段和底部区段。顶部区段、中部区段和底部区段的高度可以均是约5到10英寸。在某些实施方式中，顶部区段、中部区段和底部区段的高度可以均是一致的。
红外控制元件相对于红外光可以是至少部分地透明的(透射的，可透过的，透过的)。在某些实施方式中，竖直部分是基本上圆柱形的。在这些实施方式中，红外控制元件可以是弯曲的并且沿该竖直部分的内表面嵌套地设置。该竖直的部分可以包括至少部分地透明的(透射的，透过的)第一半圆部以及至少部分地反射性的第二半圆部。例如，第二半圆部可被构造成吸收入射在第二半圆部的表面上的红外光的大部分。在某些实施方式中，第二半圆部包括与被构造成促进热远离第二半圆部辐射的高发射率材料热连通的表面，所述高发射率材料诸如为具有大于或等于约0.9的发射率值的漆料(涂料)。在某些实施方式中，竖直部分可以与被构造成将光朝向建筑物的内部空间引导的内反射管一体形成。
本文公开的某些实施方式提供了用于对建筑物的内部照明的方法。该方法可包括：在基本上竖直的表面上接收日光；利用设置在光收集装置内的棱镜元件使日光朝向建筑物中的开口转向；以及使日光中的红外光的一部分透射或辐射到光收集装置之外。
该方法可以包括：至少部分地通过用粘合剂材料吸收红外光的所述部分、并使用该粘合剂材料和/或具有高发射率特征的材料使红外光的所述部分再辐射，而将红外光的所述部分辐射到光收集装置之外。
某些实施方式提供了一种制造用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明的光收集装置(透射的光收集装置，透过的光收集装置，transparent light-collecting device)的方法。该方法可以包括：提供光收集装置，该光收集装置被构造成当该装置被安装在具有开口的建筑物上时在基本竖直的表面上接收日光；在光收集装置内设置棱镜元件；以及邻近于光收集装置的壁设置红外控制元件。棱镜元件可被构造成使在基本上竖直的表面上接收到的日光的至少一部分朝向开口转向。红外控制元件可被构造成透射或吸收日光的所述部分的红外光。
本文公开的某些实施方式提供了一种至少部分透明的光收集装置，其被构造成当光收集装置可被安装在建筑物的屋顶上时将日光引导通过收集器基部孔口并进入建筑物的内部。该光收集装置可以包括顶盖部分和基本上竖直的侧壁部分，所述基本上竖直的侧壁部分被构造成将顶盖部分支撑在所述基本上竖直的侧壁部分的上端上方并且在所述基本上竖直的侧壁部分的下端处限定收集器基部孔口，其中，所述基本上竖直的部分具有在顶盖部分与收集器基部孔口之间延伸的高度，并且其中，所述基本上竖直的部分可被构造成在正午时分期间接收大量的日光。光收集装置可包括：棱镜元件，其与基本上竖直的侧壁部分相关联并被构造成使由竖直的部分接收的日光的至少一部分朝向收集器基部孔口转向；以及反射器，其与基本上竖直的侧壁部分相关联，其被构造成朝向开口反射日光的所述部分中的可见光的至少一部分，并且吸收或透射日光的所述部分中的红外(IR)光的至少一部分。在某些实施方式中，光收集装置被构造成被定位在建筑物的屋顶中的开口上，并且可被构造成当光收集装置可被安装作为日光照明装置设施的一部分时将日光引入屋顶中的开口中。
反射器可被构造成吸收红外光的至少一部分，并且使红外光的该部分远离光收集装置的内部再辐射。反射器可包括具有高发射率特征的材料，诸如具有大于0.90的发射率值的材料。侧壁部分可被构造成吸收红外光的再辐射部分。侧壁部分可被构造成透射红外光的再辐射部分。例如，侧壁部分可以包含丙烯酸树脂。
在某些实施方式中，反射器通过粘合剂而至少部分地固定于侧壁部分，该粘合剂被构造成吸收入射在反射器的表面上的红外光。竖直部分的高度可以大于收集器基部孔口的宽度。竖直部分可以包括多个竖直布置的区段，所述多个竖直布置的区段包括顶部区段、中部区段和底部区段。例如，顶部区段、中部区段和底部区段的高度可以均是约5到10英寸。在某些实施方式中，顶部区段、中部区段和底部区段的高度可以均是一致的。反射器可以与顶部区段和中部区段相关联。在一些实施方式中，反射器不与底部区段相关联和/或不延伸至底部区段。反射器相对于红外光和/或无助于建筑物的理想照明的其它波长的辐射可以是至少部分地透明的(透射的，可透过的，透过的)。
竖直部分可以基本上圆柱形的。此外，反射器可以是弯曲的，并且沿竖直部分的内表面嵌套地设置。在某些实施方式中，竖直部分包括可至少部分地透明的(透射的，可透过的，透过的)第一半圆部以及可至少部分地反射性的第二半圆部。例如，第二半圆部可被构造成吸收入射在第二半圆部的表面上的红外光的大部分。第二半圆部可包括与被构造成促进热远离第二半圆部辐射的高发射率材料热连通的表面，所述高发射率材料诸如为具有大于或等于约0.9的发射率值的漆料。在某些实施方式中，竖直部分可以与被构造成将光朝向建筑物的内部空间引导的内反射管一体形成。
本文公开的某些实施方式提供了一种对建筑物内部进行照明的方法。该方法可包括：在基本上竖直的表面上接收日光；利用设置在光收集装置内的棱镜元件使日光朝向建筑物中的开口转向；以及使用反射器使日光中的可见光的一部分朝向开口反射，并且使日光中的红外光的一部分透射或辐射到光收集装置之外。该方法可包括：至少部分地通过用粘合剂材料吸收红外光的所述部分、并使用粘合剂材料(诸如通过使用具有高发射率特征的材料)使红外光的所述部分再辐射，而使红外光的所述部分辐射到光收集装置之外。
某些实施方式提供了一种制造用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明的光收集装置的方法。该方法可包括：提供光收集装置，该光收集装置被构造成当被安装在具有开口的建筑物上时在基本竖直的表面上接收日光；在光收集装置内设置棱镜元件；以及邻近于光收集装置的壁设置反射器。棱镜元件可被构造成使在基本上竖直的表面上接收到的日光的至少一部分朝向开口转向。另外，反射器可被构造成使日光的所述部分中的可见光朝向开口反射，并透射或吸收日光中的所述部分的红外光。
本文公开的某些实施方式提供了一种至少部分透明的光收集装置，其被构造成当光收集装置可被安装在建筑物的屋顶上时将日光引导通过收集器基部孔口并进入建筑物的内部。该装置包括顶盖部分和基本上竖直的侧壁部分，所述基本上竖直的侧壁部分被构造成将顶盖部分支撑在所述基本上竖直的侧壁部分的上端上方并且在所述基本上竖直的侧壁部分的下端处限定收集器基部孔口，其中，所述基本上竖直的部分具有在顶盖部分与收集器基部孔口之间延伸的高度，并且其中，所述基本上竖直的部分的高度可大于收集器基部孔口的宽度。该装置可包括棱镜元件，该棱镜元件被构造成使穿过顶盖部分或基本上竖直的侧壁部分的光的一部分转向。光收集装置可被构造成被定位在建筑物的屋顶中的开口上，并且可被构造成当光收集装置被安装作为日光照明装置设施的一部分时将日光引入到屋顶中的开口中。
该装置可以包括反射器，该反射器与所述基本竖直的部分相关联，并被构造成将日光的所述部分朝向开口反射。收集器基部孔口的形状可以是基本上圆形的，并且宽度可以等于收集器基部孔口的直径。在某些实施方式中，竖直部分的高度与收集器基部孔口的宽度的高宽比(纵横比)大于1.2比1。例如，高宽比可以大于1.5比1、1.7比1、2比1，或者更大。在某些实施方式中，高宽比在1.2-1.5比1、1.5-1.75比1、或1.75-2.0比1的范围内。
顶盖部分可以是基本平坦的，或可以是至少地部分穹顶形的、或圆锥形的。竖直部分可以包括多个竖直布置的区段，所述多个竖直布置的区段包括顶部区段、中部区段和底部区段。在一些实施方式中，顶部区段与具有第一光转向(光折射，light-turning)特征的第一光学元件相关联，并且中部部分与具有第二光转向(光折射，light-turning)特征的第二光学元件相关联。在一些实施方式中，透射通过底部区段的光不被光转向光学元件折射。在某些实施方式中，顶部区段、中部区段和底部区段中的每一个的高度均大于或等于约5英寸和/或小于或等于约10英寸。顶部区段、中部区段和底部区段的高度均可以大于10英寸。例如，顶部区段、中部区段和底部区段的高度可以均是约10至18英寸。在某些实施方式中，顶部区段、中部区段和底部区段的高度均是一致的。
在某些实施方式中，竖直部分是基本上圆柱形的。竖直部分可以与被构造成将光朝向建筑物的内部空间引导的内反射管一体形成。竖直部分的高度可以在18到35英寸之间，或在35到45英寸之间。在某些实施方式中，收集器基部孔口的宽度在8至16英寸之间、或在16至20英寸之间、或在20至25英寸之间。
本文公开的某些实施方式提供了一种用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明的光收集装置。光收集装置可包括：顶盖部分；基部孔口，具有一宽度并被构造成邻近于建筑物的开口设置；以及基本上竖直的部分，具有一高度，所述竖直部分在顶部部分与基部孔口之间延伸并且被构造成当被安装在建筑物上时接收日光。光收集装置可包括与竖直部分相关的反射器，反射器被构造成将由竖直部分接收的日光中的至少一部分朝向开口反射。竖直部分可以与棱镜元件相关联，该棱镜元件被构造成使由竖直部分接收的日光的所述部分朝向开口转向。此外，竖直部分的高度可以大于建筑物的开口的宽度。
竖直部分可具有矩形的横截面形状、基本上椭圆形的横截面形状、或任何其它理想的横截面形状。竖直部分可以由形成为椭圆形的单个平面片材构造，其中，所述片材的两端可被接合以形成单个竖直接缝。可替代地，竖直部分可以包括可以被构造成被接合在一起以形成椭圆形的多个水平布置的弯曲片材。在某些实施方式中，竖直部分具有基本上三角形的横截面形状。
本文公开的某些实施方式提供了一种对建筑物内部照明的方法。该方法可包括：在基本竖直的表面上接收日光；使用设置在光收集装置内的棱镜元件使日光朝向位于基本上水平平面中的孔口转向；以及使用反射器使日光朝向开口反射。基本上竖直的表面的高度可比孔口的宽度大。
本文公开的某些实施方式提供了一种制造用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明的光收集装置的方法。该方法包括：提供光收集装置，该光收集装置被构造成当被安装在具有开口的建筑物上时在基本竖直的表面上接收日光；以及邻近于光收集装置的壁设置反射器。反射器可以被构造成使日光的所述部分朝向开口反射通过光收集装置的基部孔口，基本上竖直的表面的高度可大于基部孔口的宽度。
本文公开的某些实施方式提供了一种将日光引导到建筑物内部的无源光收集装置(passive light-collecting device)。光收集装置可包括：顶盖部分；基部孔口，具有一宽度并被构造成邻近于建筑物的开口设置；以及基本上竖直的部分，具有在顶部部分与基部孔口之间延伸的高度并且可以被构造成接收太阳光(日光)。光收集装置可以被构造成当光收集装置暴露于约30度的太阳高度角的太阳光下时将第一光通量引导通过基部孔口，并且当光收集装置暴露于约70度的太阳高度角的太阳光下时将第二光通量引导通过基部孔口，其中，当光收集装置在晴朗白天暴露于基本上仅直射(direct)的太阳光下时，第一光通量大于或等于第二光通量的约75％。
光收集装置可包括棱镜元件，棱镜元件与基本上竖直的部分相关联并被构造成使由竖直的部分接收的太阳光的至少一部分朝向基部孔口转向。光收集装置可包括反射器，反射器与竖直部分相关联，其被构造成使太阳光的该部分朝向基部孔口反射。在某些实施方式中，竖直部分的高度可以大于基部孔口的宽度。
在某些实施方式中，顶盖部分是基本上平坦的。顶盖部分可以包括穹顶形表面、圆锥形表面、平面表面、有刻面的(有小平面的，faceted)表面、另一表面形状、或表面形状的组合。顶盖可以与第二棱镜元件关联，第二棱镜元件被构造成将入射在顶盖上的太阳光朝向基部孔口转向。第二光通量可大于18,000流明。
在某些实施方式中，竖直部分是基本上圆柱形的。竖直部分可以包括多个竖直布置的区段，所述多个竖直布置的区段包括顶部区段、中部区段和底部区段。例如，顶部区段可以与具有第一光转向特征的第一棱镜元件相关联，并且中部部分可以与具有第二光转向特征的第二棱镜元件相关联。底部区段可以不与光转向光学元件相关联。顶部区段、中部区段和底部区段中的每一个的高度可均为约5至10英寸，且每一个的高度可以均是一致的。
竖直部分可以与被构造成将光朝向建筑物的内部空间引导的内反射管一体形成。竖直部分的高度可以在20到25英寸之间，或在35到45英寸之间。在某些实施方式中，反射器被设置为邻近于基本上竖直的部分的内表面。可替代地，反射器可以被布置为邻近于基本竖直的部分的外表面。
本文公开的某些实施方式提供了一种用于将太阳光引入建筑物内部的无源光收集装置。该光收集装置可包括：顶盖部分；基部孔口，具有一宽度并被构造成邻近于建筑物的开口设置；以及基本上竖直的部分，具有在顶部部分与基部孔口之间延伸的高度，并且可被构造成接收太阳光。光收集装置可以被构造成当光收集装置被暴露于约45度的太阳方位角(solar azimuth)和第一太阳高度角的太阳光下时将第一光通量引导通过基部孔口，并且当光收集装置可以被暴露于约0度的太阳方位角的太阳光下时将第二光通量引导通过基部孔口，其中，当光收集装置可在晴朗白天暴露于基本上仅直射(direct)的太阳光下时，第一光通量可以大于或等于第二光通量的约75％。
光收集装置可包括棱镜元件，该棱镜元件与竖直部分相关联并被构造成使由竖直部分接收的太阳光的至少一部分朝向基部孔口转向。光收集装置可包括反射器，该反射器与竖直部分相关联、并被构造成朝向基部孔口反射太阳光的该部分。在某些实施方式中，第二光通量可以大于18,000流明。
本文公开的某些实施方式提供了一种用于将太阳光引入建筑物内部的至少部分透明的光收集装置。该光收集装置可包括：顶盖部分；基部孔口，具有一宽度并被构造成邻近于建筑物的开口设置；以及基本上竖直的部分，具有在顶部部分与基部孔口之间延伸的高度并且可被构造成接收日光。光收集装置可以被构造成当光收集装置可以被暴露于约30度的太阳高度角以及约45度的太阳方位角的太阳光下时将第一光通量引导通过基部孔口，并且当光收集装置被暴露于约70度的太阳高度角以及约0度的太阳方位角的太阳光下时将第二数量的光引导通过基部孔口，其中，当光收集装置可在晴朗白天暴露于基本上仅直射的太阳光下时，第一光通量可以大于或等于第二光通量的约75％。
光收集装置可包括棱镜元件，该棱镜元件被构造成将由竖直部分接收的太阳光的至少第一部分朝向基部孔口转向。光收集装置可包括反射器，该反射器与竖直部分相关联，所述反射器被构造成将由竖直部分接收的太阳光的至少第二部分朝向基部孔口反射。
在某些实施方式中，顶盖可以与被构造成将入射在顶盖上的太阳光朝向基部孔口转向的第二棱镜元件相关联，并且可以是基本上平坦的。竖直部分可具有基本上矩形、椭圆形、三角形、六边形、五边形、或八边形的横截面形状。
本文所公开的某些实施方式提供了一种对建筑物的内部照明的方法。该方法可以包括：在竖直表面上接收具有约30度的太阳高度角的第一太阳光；将第一太阳光引入建筑物中的开口中；在竖直表面上接收具有约70度的太阳高度角的第二太阳光；以及将第二太阳光引导入建筑物中的开口中。第一太阳光和第二太阳光可以包括直射太阳光，并且当所述接收第一太阳光以及接收第二太阳光的步骤是在晴朗白天执行时，第一太阳光的光通量可以大于或等于第二太阳光的光通量的约75％。
附图说明
为了说明的目的，在附图中描绘了各种实施方式，并且这些实施方式不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。此外，公开的不同实施方式的各种特征可以被组合以形成附加的实施方式，所述附加的实施方式是本公开内容的一部分。任何特征或结构可以被移除或被省略。在所有附图中，参考数字可被重复使用，以指示参考元件之间的对应关系。
图1示出了日光照明装置的实施方式的框图。
图2示出了安装在建筑物中以用于对建筑物的内部房间进行照明的日光照明装置的实施例的横截面图。
图3示出了安装在建筑物中以用于对建筑物的内部房间进行照明的日光照明装置的实施例的横截面图。
图4示出安装在建筑物中的日光照明装置的实施例的横截面图。
图5示出在日光照明装置的终端部处结合有准直器的日光照明装置的实施方式。
图6示出了图1所示的光收集器的实施方式。
图7示出了包括具有穹顶形顶部部分的光收集器的日光照明装置的实施方式。
图8示出具有三角形横截面的顶部部分的日光照明装置的实施方式。
图9A-9F示出了具有各种横截面形状的光收集器的实施方式。
图10示出了包括侧部部分和顶部部分两者的光收集器的横截面图。
图11示出了图10中所示的棱镜元件的一部分的横截面图。
图12示出了包括侧部部分的光收集器的横截面图，所述侧部部分具有多个竖直布置的光学区域。
图13是示出两种不同反射材料的反射率分布(曲线，profile)的图。
图14A示出了用于在光收集组件内、邻近于光收集组件、或以与光收集组件一体形成的方式设置的光反射器的实施方式的透视图。
图14B示出了图14A中所示的反射器的实施方式的俯视图。
图14C示出了竖直定向的平面反射器的横截面图。
图15示出了包括结合有反射器的光收集器的日光照明装置的实施方式的透视图。
图16示出了包括结合有反射器的光收集器的日光照明装置的实施方式的透视图。
图17A示出了具有透明部分和反射器组件的光收集器的实施方式。
图17B示出了光收集器的连接结构的实施方式的俯视图。
图18示出了具有带有高发射率涂层的反射器组件的光收集器的实施方式。
图19示出了包括具有棱镜光学元件和反射光学元件的光收集器的日光照明装置的实施方式。
图20示出了光收集器的实施方式的透视图。
图21A示出了由单个面板形成的光收集器的实施方式。
图21B示出了光收集器的一部分的实施方式的俯视图，所述光收集器具有包括多个弯曲面板的圆周。
图22示出了用于一个或多个弯曲光收集器板的实施方式的包装结构。
图23示出了用于一个或多个弯曲光收集器板的实施方式的包装结构。
具体实施方式
虽然在本文中公开了某些实施方式和实施例，但是本发明的主题超出具体公开的实施方式中的实施例而扩展到其它替代实施方式和/或应用、以及它们的变型和等同物。因此，本文所附的权利要求书的范围不受下面描述的任何特定实施方式的限制。例如，在本文所公开的任何方法或过程中，该方法或过程的动作或操作可以以任何合适的顺序执行，并且不必限于任何特定的公开顺序。各种操作可以以有助于理解某些实施方式的方式或顺序被描述为多个分立的操作；但是，所述描述的顺序不应被解释为暗示这些操作是取决于顺序的。另外，本文所描述的结构、系统和/或装置可以被实施为整体形成的部件或单独的部件。为了比较各个实施方式的目的，描述了这些实施方式的某些方面和优点。不必由任何特定的实施方式来实现所有这些方面或优点。因此，例如，各种实施方式可以以实现或优化如本文所教导的一个优点或一组优点的方式进行，而不必实现如本文可教导或建议的其它方面或优点。
图1描绘了代表日光照明装置100的实施方式的框图。日光照明装置100可以是用于将日光提供到建筑物或其它结构的内部的无源光收集和分配系统。日光照明装置100包括光收集器110，该光收集器被直接地或间接地暴露于光源(诸如，例如太阳光)。光进入光收集器中并传播到管120中。例如，光可以通过基本上竖直的日光收集表面和/或光收集器的顶盖部分进入光收集器110。管120在光收集器110与光对准结构130之间提供了通道、或通路。管120的内表面是至少部分地反射的。在一些实施方式中，管120的内表面的至少一部分是镜面反射的。
如本文所使用的，术语“基本上竖直”和“竖直”以其广泛的和通常的意义使用，并且包括例如大致(基本上，通常)垂直于地面的表面、大致垂直于水平面的表面、和/或从垂直于地面和/或水平面的平面偏离小于约10°的表面。这些表面可以是平面的、弯曲的、或不规则形状的，但仍然是基本上竖直的，只要表面的细长尺寸是大致竖直的即可。术语“基本上水平”和“水平”以其广泛的和通常的意义使用，并且包括例如大致平行于地面的表面、大致平行于建筑物的屋顶的表面、和/或从平行于地面和/或屋顶的平面偏离小于或等于约10°的表面。这些表面可以是平面的、弯曲的、或不规则形状的，但仍然是基本水平的，只要表面的细长尺寸是大致水平的即可。
光收集器允许诸如自然光的外部光线进入反射管120的内部。光收集器110可以具有一个或多个部件。例如，光收集器110可以包括透明穹顶(透射穹顶)、棱镜穹顶、其它棱镜元件、一个或多个光转向结构或元件、耐用盖、一个或多个反射表面(例如，定位在收集器110的一部分的内侧或外侧)、其它光学元件、其它部件、或部件的组合。光收集器的至少一些部件可以被构造成被定位在建筑物的屋顶102上或建筑物外部的另一合适区域中。光收集器110可以包括被安装在建筑物的屋顶102上的或另一合适位置中的透明盖(透射盖)。透明盖可以是圆筒形、穹顶形，或者可以包括任何其它合适的形状或形状的组合，并且可以被构造成在白天的某些时间段期间捕获太阳光。在某些实施方式中，盖保持环境湿度并且防止其它材料进入管。盖可以允许诸如日光的外部光线进入系统。
在所公开的示例性实施方式中，测量值hc代表光收集器110的基本上竖直的侧壁部分的高度。在某些实施方式中，侧壁部分存在基本上竖直的日光收集表面，日光可通过该基本上竖直的日光收集表面进入日光照明装置100。测量值wc代表收集器的一部分的宽度，诸如收集器110的基部或顶部部分的宽度。在某些实施方式中，收集器的宽度在其高度hc上是基本均匀的。收集器在其基部处的宽度wc可以大于管120在靠近收集器基部的点处的宽度。在一些实施方式中，日光装置被构造成使得引入有日光的管至少在设置成接近收集器基部的区域中的宽度小于收集器的高度hc。管wt的宽度可以代表目标区域的宽度，其中光收集器110被构造成将日光引导进入收集器到达所述目标区域。术语“目标区域”在本文中以其广泛和通常的含义使用，并且可以用来指这样的区域，日光收集器被构造成引导日光通过该区域，以便使日光进入屋顶结构与建筑物的内部房间之间的内反射管。
收集器的高度与管的宽度或收集器的目标区域的宽度之间的关系可以使用数量之间的比率(该比率将在本文中被称为高宽比(纵横比，aspect ratio))来表征。一般而言，高宽比是指收集器的高度与构造收集器所用的管的宽度之间的比率。例如，在一些实施方式中，收集器的高度hc与管/目标区域120的宽度wt、或收集器110的宽度wc相对比可具有约1.2比1的高宽比、或更大的高宽比。术语“收集器”在本文中根据其广泛的和通常的含义使用，并且包括例如被构造成将日光引入建筑物的开口中的盖、窗、或者其它部件或部件的集合。收集器可以包括折射和/或反射日光的光学元件，使得进入建筑物的自然光的光通量大于如果建筑物的开口包括不具有光学元件的门窗(fenestration，开窗)设备的情形。
在一些实施方式中，盖包括被构造成增强或增加进入管120中的日光的光收集系统。收集器110可以包括一个或多个光学元件，所述光学元件相对于盖是整体形成的或非整体形成的，且被构造成使光转向以便大致在管120或建筑物中的开口的方向上进入收集器110的一个或多个部分。光收集器110可以包括顶盖。例如，顶盖可以是透明的(清澈的，clear)，或包括用于朝向收集器基部孔口折射日光的棱镜。棱镜可被制成盖材料，或者可以形成为放置于透明穹顶下方或上方的单独棱镜元件。如本文中所使用的，棱镜元件以其广泛的和通常的含义使用，并且包括例如棱镜膜、模制的棱镜组件、挤出的棱镜材料、另一棱镜材料或材料的组合。
日光照明装置100可以被构造成使得光进入收集器110，并且前进通过管120(该管可以是内反射的)，从而允许光通过管传播到建筑物的目标区域。在日光照明装置100中可以安装有辅助照明系统(未示出)，以便当日光不能以足够的量获得以提供期望水平的内部照明时，将光从管提供到目标区域。
准直器130可以被构造成使得以其他方式将以不期望的角度进入扩散器(漫射器)的光转向(光折射)更理想的角度。例如，准直器130可以确保当扩散器140处于水平布置时，通过日光照明装置的光将以相对于竖直方向成小于或等于约45度的出射角度、或者以基本上竖直的定向离开日光照明装置。在一些实施方式中，准直器130可以确保通过日光照明装置的光将以相对于日光照明装置的纵向轴线或日光照明装置的一部分成小于或等于约45度的出射角度离开日光照明装置。在某些实施方式中，准直器130被构造成减少或防止光以相对于竖直方向成约45度至约60度之间的角度离开日光照明装置100。以这种方式，准直器130可减少或消除在那些角度之间离开照明固定装置(照明器材)的光可引起的眩光和可视性问题。
日光照明装置100包括光扩散结构、或扩散器140。扩散器140将来自管的光散布到其所位于的房间或区域中。扩散器140可以被构造成将光散布或分散到建筑物内的大致整个房间或区域中。各种扩散器设计均是可以的。
当安装日光照明装置100时，管120可物理地连接于光对准结构或准直器130、或者邻近于光对准结构或准直器设置，所述光对准结构或准直器被构造成将传播通过日光照明装置的光转向，使得当光离开日光照明装置100和/或进入扩散器140时，与不具有准直器的装置相比，光已被增加了对准特征。在一些实施方式中，传播通过日光照明装置100的光的大部分可以相对于水平基准平面较小的倾斜角(仰角)在日光照明装置内传播。在某些情况下，这样的传播角使得光在其离开日光照明装置时具有不期望的特性。例如，当光以相对于水平面的较小倾斜角入射到扩散器上时，基本上位于水平面内的扩散器的光学效率可被明显降低。作为另一实施例，以较小倾斜角入射到扩散器上的光可导致光以相对于竖直方向大于或等于约45度的出射角度离开日光照明装置。以这种角度离开日光照明装置的光可在正被照明的区域或房间中产生眩光和可视性问题。
虽然参照一个或多个特征或部件描述了图1中所示的实施方式，但是所描述的特征或部件中的任一个可在某些实施方式中省略。此外，根据图1中所示的装置，未描述的附加特征或部件可以包括在某些实施方式中。
图2示出了安装在建筑物205中用于利用自然光对建筑物的内部房间207照明的日光照明装置200的实施例的横截面图。日光照明装置200可适于用在商业、高顶棚应用中，诸如用在具有高度大于20英尺的天花板的结构或建筑物中。例如，地板208与天花板平面209之间的距离h0可以在约20-28英尺的范围内。日光照明装置200可以被构造成通过使用光收集器210来提高光收集系统的性能，其中，光收集器210结合有一个或多个无源光学元件、或者与一个或多个无源光学元件相关联。日光照明装置200可以特别地被构造成用于在约6小时窗口(日光在此期间是最强的)内操作的应用。例如，除了可能的其它事项之外，根据建筑物202的地理位置，日光照明装置200可被构造成在上午9:00与下午3:00的时间之间捕获理想数量的日光。
光收集器210可被安装在建筑物的屋顶202上，并且可促进自然光透射到管220中。在某些实施方式中，收集器210被设置在斜屋顶上。为了补偿屋顶的倾斜，收集器210可以利用防雨板(遮雨板，flashing)204安装于屋顶202。防雨板可包括附接于屋顶202的凸缘204a、以及从凸缘204a向上升高的侧缘部(缘栏部，curb)204b，并且所述侧缘部的角度形成为适用于屋顶202的斜面，以便在大致竖直的直立方向上接合并保持收集器210。其它定向也是可以的。在某些实施方式中，屋顶202的至少一部分基本上是平坦的。
光收集器210具有高度hc并邻近于管开口布置，管开口的宽度或直径为wt。管开口可以提供目标区域，光收集器210被构造成将日光引入该目标区域中。如本文所使用的，高度hc可以指收集器210的基本上竖直的侧壁部分的高度，或者可以指收集器210的高度(包括设置在竖直部分上方的盖部分的高度)。在某些实施方式中，基本上竖直的侧壁部分可提供用于入射到收集器210的某些部分上的日光的竖直日光收集表面。在某些实施方式中，高度hc为约20-26英寸。在其它实施方式中，高度hc可以是约35-45英寸。此外，管开口的宽度wt可以在15-30英寸之间。例如，在一个实施方式中，收集器210的高度hc为约42英寸，且管开口的宽度wt为约25英寸。收集器210的宽度wc可以稍大于管开口的宽度wt，使得当光收集器被设置在管开口上方时，收集器210的唇部延伸超出管开口的宽度。例如，收集器210可具有围绕管开口的圆周或周边的1英寸的唇部，使得收集器210的宽度wc比管开口的宽度wt约大2英寸。收集器210的高度hc和管开口的宽度wt可以被构造成获得理想的高宽比，该理想的高宽比可提供令人满意的性能特征。在某些实施方式中，高度hc与宽度wt的高宽比为约1.7:1。在一些实施方式中，该高宽比大于或等于约1.2:1和/或小于或等于约2:1。关于本文中所描述的日光照明装置的特征，这样的高宽比可提供改进的日光捕获特征。
管220可以连接于防雨板204，并且可大约从屋顶202的水平延伸通过内部房间207的天花板水平209。管220可以将进入管220的光LD2向下引导到光扩散器240，该光扩散器将光分散在房间207中。管220的内表面可以是反射性的。在一些实施方式中，管220的至少一部分具有基本上平行的侧壁(例如，大致为圆柱形的内表面)。许多其它的管形状和构造也是可以的。管220可以由金属、纤维、塑料、其它刚性材料、合金、另一适当的材料、或材料的组合制成。例如，管220的本体可以由类型1150合金铝构造。管220的形状、位置、构造和材料可以被选择成使日光LD1、LD2、或进入管220的其它类型的光中的传播进入房间207内的部分增加或最大化。
管220可以终止于光扩散器240、或在功能上耦接于该光扩散器。光扩散器240可包括这样的一个或多个装置，所述一个或多个装置能够使光以合适的方式散布或散射在比不具有扩散器240或类似装置时所形成的面积更大的面积上。在一些实施方式中，扩散器240允许沿管220向下行进的大部分或基本上所有可见光传播到房间207中。扩散器可以包括一个或多个透镜、毛玻璃、全息扩散器、其它扩散材料、或材料的组合。扩散器240可以利用任何合适的连接技术连接至管220、或日光照明装置200的其它部件。在一些实施方式中，扩散器240位于与建筑物的天花板水平209相同的总平面(general plane)中、大致平行于天花板水平209的平面、或者位于天花板水平209的平面附近。在某些实施方式中，建筑物205具有开口的天花板，暴露出与屋顶202相关联的结构。例如，某些高顶棚建筑物可具有开口天花板式结构，暴露出结构工字梁和/或类似物。在开口的天花板结构中，扩散器240可被设置为邻近于天花板水平平面209、而不是物理天花板结构。
在某些实施方式中，扩散器240的直径基本上等于管220的直径、稍大于管220的直径、稍小于管220的直径、或明显大于管220的直径。扩散器240可以将入射在其上的光朝向位于扩散器下方的下表面(例如，地板208)分配，并且在一些房间构造中，将入射在其上的光朝向房间207的上表面分配。在一些实施方式中，扩散器240提供大量的直接扩散和间接扩散。在一些实施方式中，扩散器240降低房间内部207的一个或多个区域中的光强度。
根据相对于图2描述的实施方式构造的一个或多个日光照明装置可增加建筑物的照明，或减少实现向建筑物中输入理想数量的光所需的装置的数量。例如，本文描述的某些实施方式可提高性能和/或将所需装置的数量减少20-30％。
日光照明装置200可以被构造成承受较大物理应力，而没有实质结构性损坏。例如，在某些实施方式中，日光照明装置200被构造成经受落锤试验(坠落试验)，在该试验中，具有特定重量/尺寸特征的砂袋从最小高度掉落到该装置的顶部上。为了通过这种测试，该装置可被要求经受落下试验，而不允许袋下落通过建筑物中的开口。在一些实施方式中，日光照明系统被构造成满足由标准组织和/或政府机构颁布的标准和/或法规，所述标准和/或规定被设计成提高包含日光照明固定装置的屋顶环境的安全性。例如，某些实施方式被构造成满足Federal Occupational Safety and Health Administration(OSHA，联邦职业安全与健康管理局)的法规，例如，该法规规定了天窗屏幕必须是能够经受垂直地施加于表面的至少200磅的载荷的构造和安装。日光照明装置可以被构造成符合监管标准。在某些实施方式中，防雨板204的一个或多个部分、和/或收集器210可以被构造和/或安装成使得当具有约5.5”圆头部的267-1b的砂袋(牛鼻部，bull nose)大致下降垂直于屋顶的平面和/或收集器210的顶表面从屋顶上方约36”的高度掉落到日光收集器的顶部的中心上时，收集器210不被损坏到在收集器中形成提供进入建筑物内部207的入口的开口或孔口的程度。
图3示出了安装在建筑物305中的用于利用自然光对建筑物的内部房间307进行照明的日光照明装置300的实施例的横截面图。日光照明装置300包括安装在建筑物305的屋顶结构302上的光收集器310，光收集器允许自然光进入管320。在所描绘的实施方式中，日光照明装置300包括隔离(隔热，绝缘，insulation)结构或层306，所述隔离结构或层邻近于管320设置、或者设置在该管内。隔离结构306可被构造成减少日光照明装置300的内部与房间307之间的热能传递的速率。例如，隔离结构306可邻近于扩散器340设置，例如设置在扩散器340与管320的内部之间。隔离结构306可设置在任何其它合适的位置，诸如靠近管320的顶部、靠近天花板的水平、或靠近收集器310的水平。在一些实施方式中，隔离结构306可被定位在与形成在建筑物中的隔离层相同的水平处，并且可以被定位成与建筑隔离层一起提供基本上连续的隔离层。日光照明装置300还可以包括设置在各种位置或地点的隔离结构。隔离结构306的位置可以被选择成产生任何理想的热能传递特征。
在图3所示的实施方式中，扩散器340被设置为邻近于屋顶结构302的表面370，并且与该表面基本上平行对准。如图所示，管320可从光收集器310延伸并通过屋顶结构302的至少一部分，而基本上不延伸到内部房间空间307中。在某些实施方式中，日光照明装置300可以包括光收集器，该光收集器被构造成向内部房间307提供光，而无需使用管320。例如，光收集器310可延伸通过屋顶结构302，并与扩散器340直接连接。
图4示出了安装在建筑物405中的日光照明装置400的实施例的横截面图。日光照明装置400包括安装在建筑物405的屋顶402上的光收集器410，该光收集器允许自然光进入管420。在某些建筑物应用(诸如高顶棚建筑物应用)中，由日光照明系统提供的光可以被在系统的下周边附近、或者沿光的路径在系统与理想的照明区域之间设置的一个或多个障碍物至少部分地阻挡或不理想地重新定向。日光照明装置400可被构造成在一个或多个可能的障碍物下方延伸，或者被构造成足够低以减少一个或多个障碍物对照明性能的影响。在某些实施方式中，障碍物对照明性能的影响通过结合日光照明装置而被降低，所述日光照明装置将其透射光的大部分保持在小于约40-45°的圆锥半角内。在所描绘的实施方式中，管通过屋顶402延伸、且在天花板水平409下方延伸距离d。天花板水平409可以是物理天花板结构，或者可以代表在开口式天花板建筑结构中的天花板水平。天花板水平可以位于例如与一个或多个工字梁结构或其它建筑物结构大约相同的水平处。在包括物理天花板结构409的实施方式中，日光照明装置400可以包括邻近于天花板水平409设置的隔离结构。
在某些实施方式中，日光照明装置400包括基本上抑制结构的内部407与外部环境之间的热连通的热隔离子系统、或部分406。热隔离子系统可具有任何适当的构造，诸如例如在题为“Thermally Insulating Fenestration Devices and Methods(热隔离开窗装置和方法)”的美国专利申请公开号2011/0289869中所披露的构造中的一种，该美国专利申请的全部内容通过引用并入并构成本说明书的一部分。
管状日光照明装置可包括任何材料的断热部(热破坏部，thermal break)或者具有高导热性的日光装置的部件。例如，可靠近热隔离部分定位管的侧壁中的间隔物或间隙，并且热隔离部分和断热部可以被构造成在建筑物内部与外部环境之间形成基本上连续的层。在某些实施方式中，隔离部和断热部被布置在与其它建筑物隔离材料(诸如玻璃纤维或类似物)相同的平面中。
图5示出了日光照明装置500的实施方式，该日光照明装置在日光照明装置500的底部或终端部处结合有准直器530。日光照明装置500的底部可包括一个或多个光扩散或散布装置540、热隔离装置、或本文中所引用的装置的组合。准直器530表示图1中所示的准直器130的实施方式。准直器530用来使传播通过日光照明装置500的光的光线大致对准，从而使得相比于不具有准直器的情况，光以相对于扩散器540的基部更大的角度到达扩散器540。准直器530可以是多段或多级的准直器。在一些实施方式中，准直器530是单级准直器。在某些实施方式中，进入管的日光将具有太阳高度角(altitude)(相对于地平线的角度)，当管侧部是竖直且平行的时，随着日光沿管向下反射，所述太阳高度角将保持基本上相同。位于管520处或靠近该管的、且具有附接于基部的扩散器的准直器(诸如向外张开的反射管)的安装可明显减少光向扩散器的入射角度，这可提高在扩散器光学效率以及其它系统性能特征。
日光照明装置500包括具有高度hc的光收集器510。如本文所使用的，高度hc可指收集器510的基本上竖直的侧壁部分的高度。例如，基本竖直的侧壁部分可提供用于入射到收集器510的某些部分上的日光的竖直日光收集表面。光收集器510可以围绕管520、或者邻近该管设置，所述管延伸通过建筑物中的开口529。开口529有宽度wo；管520具有宽度wt。管的开口或建筑物的开口529可提供一目标区域，光可以通过光收集器510被引入到该目标区域中或者以其它方式被接收到日光照明系统500中。在某些实施方式中，光收集器510的高度hc大于开口529的宽度wo、和/或管/目标区域的宽度wt。例如，日光照明装置500可以包括这样的光收集器510，该光收集器被构造成使得光收集器的高度hc比宽度wt大约1.2至2.5倍。即，光收集器的高度hc相对于开口529的宽度wo具有约1.1-2.1、或1.2:1至2.1:1的高宽比。在某些实施方式中，高宽比大于2.5:1。在某些实施方式中，管520的宽度wt为约21英寸，并且开口529的宽度wo大于或约等于管520的宽度wt。在某些实施方式中，光收集器510具有约23英寸的宽度wc、约36英寸的高度hc，并且终止于基部中的准直器530具有约31英寸的宽度。
图6示出了图1中所示的光收集器110的实施方式。在某些实施方式中，光收集器被构造成使投射到(照射，撞击，到达，入射于，striking)光收集器的其中一个表面的光LD中的至少一部分转向，从而使得该光朝向管620的水平孔口被向下引导。光收集器610的各种特征和特性影响收集器的光转向性能。如在美国专利第7,546,709号中所披露的，与内部棱镜元件组合的、包括平滑外表面的透明盖可产生理想的光转向效果，该美国专利的全部内容通过引用并入并构成本说明书的一部分。在某些实施方式中，这种构造提供了入射到收集器610的外表面上的日光的双折射。收集器610可以被构造成相对于一个或多个维度具有连续的弯曲形状，或者可以具有一系列弯曲表面和/或平坦表面。
图6所示的光收集器610包括顶表面612以及一个或多个侧表面614。顶表面612可以是大致平坦的，如图所示，或者具有基本上接近于零的斜率。这种结构可增加投射(照射)到顶部部分612的光的入射角，这可有助于更高的折射率和/或透射率值。在某些实施方式中，顶部表面612和一个或多个侧表面两者均与光转向特征相关联。收集器610的侧壁部分614可表示日通过其光可进入日光照明装置600的竖直日光收集表面。如图所示，日光LDs可以以太阳高度角θ1通过侧壁614进入收集器610。与侧壁614相关联的光转向特征可使朝向目标区域618(诸如管620中的开口、或其它建筑物开口)的方向上的光LDs转向。转向可通过与侧壁614关联的收集器壁或棱镜元件或片材、或其它光学元件的棱镜特征来实现。在某些实施方式中，LDs的所得到的太阳高度角θ2大于θ1。在某些实施方式中，收集器610的高度与相关目标区域的宽度或直径之间的高宽比被优化，以提高性能。
光收集器610的光转向特征可包括形成在收集器610的表面上的棱镜图案。例如，这种图案可以模制到收集器610的内侧和/或外侧表面中。该图案可通过任何合适的方法形成，例如通过使用铸造、或注射模制技术形成。在某些实施方式中，棱镜元件、或其它棱镜结构粘附于、连接于收集器610或以其它方式与收集器相关联。在某些实施方式中，棱镜可以通过水平凹槽来构建，所述水平凹槽由可具有平坦的或弯曲的横截面形状的相对面限定。此外，如在下面进一步公开的，凹槽的深度和间距和/或其它方面可以变化。棱镜可以包围收集器610的整个圆周，并且可以在收集器610的一部分的高度或圆周、或周边上是基本上均匀的。在某些实施方式中，棱镜/凹槽沿收集器610的圆周在不同的高度或点处相对于一个或多个参数变化。例如，棱镜可以根据高度和/或位置而包括变化的角度、形状、和/或宽度的面。在某些实施方式中，收集器610的部分不与棱镜结构相关联。
收集器610的顶部部分612可与光转向射特征相关联。例如，如图所示，通过顶部部分612进入收集器610的光LDT可以沿朝向管开口618或建筑物中的开口的方向转向，使得光LDT的所得到的太阳高度角具有太阳高度角θ3。在包括与保留的(stet)顶部部分612和保留的侧壁部分614两者均相关联的光学转向元件的某些实施方式中，θ3大于θ2。也就是说，投射(照射)于顶部部分612的光LDT可被转向至比投射(照射)于侧部部分614的光LDs更大的角度。在某些实施方式中，顶部部分612不包括棱镜结构或光转向特征。例如，顶部部分可包括基本上光学透明的(透射的，透过的)透明丙烯酸树脂表面。在某些实施方式中，顶部部分是至少部分地光学不透明的、或者是反射性的。为了减少在白天期间(诸如白天中的当日光水平相对强烈时的中间时间期间)的不同时间通过收集器610传输进入管620中的光线的数量，这些特征可以是理想的。
管620可以是日光照明装置600的相比于光收集器610的单独部件。例如，该管可以是刚性结构的内反射通道，诸如具有铝和/或其它材料的结构，该结构邻近于光收集器610设置或连接于光收集器。在某些实施方式中，管620和收集器610一体形成，使得该两个部件基本上组合成单个结构。
图7示出了包括具有穹顶形顶部部分712的光收集器的日光照明系统700的实施方式。穹顶形顶部部分712可以呈现在各点处相对于水平面形成角度(θ)的表面。这种角度θ可影响顶部部分712的折射特征，并且可沿顶部部分712的表面变化。
顶部部分712可以包括任何合适的形状。例如，图8示出了具有三角形横截面的顶部部分812的日光照明系统800的实施方式。例如，图8的横截面可对应于具有形状为锥形或金字塔形的顶部部分812的光收集器。光收集器810和/或顶部部分812的形状和/或尺寸可取决于各种系统考虑，诸如制造/安装的便利性、折射特征、美学和/或其它方面的考虑。顶部部分(例如，712、812)的任何合适的形状或尺寸可以在根据本文公开的一个或多个实施方式构建或构造的日光照明装置中使用。
虽然本文在某些实施方式中一般示出为具有圆柱形的、或卵形的横截面，但是根据本公开的光收集器可具有任何合适的横截面形状。此外，光收集器的横截面形状可在沿光收集器的竖直轴线的不同点处变化。图9A-9F示出了具有各种横截面形状的光收集器的实施方式。图9A-9F中所示的各种形状包括方形或矩形的光收集器910A、六边形光收集器910B、椭圆形或卵形的光收集器910C，三角形光收集器910D、八边形光收集器910E、和五边形光收集器910F。但是，所描绘的实施方式仅作为实例被提供，并且在如本文所描述的日光照明系统中所使用的光收集器可以是任何合适的或可行的形状和/或尺寸。各种形状的光收集器可以被构造成对应于建筑物开口(日光照明装置通过该建筑物开口透射光)的形状。
图10示出了包括侧部部分1014和顶部部分1012两者的光收集器1010的横截面图。收集器1010可包括透明的丙烯酸树脂材料或至少部分透明的(透射的)其它材料。在某些实施方式中，收集器1010可以至少部分地由具有约100-125mm厚度的透明丙烯酸树脂制造。在某些实施方式中，棱镜元件设置在可提供光的双折射的侧部部分1014内或者没有该侧部部分。例如，如图10所示，棱镜元件1015a可包括提供光的第一折射的面朝外的棱镜、以及提供第二折射的片材的平面表面。在某些实施方式中，该棱镜图案被横模制成薄的聚合物片材，该片材可放置在保护性透明收集器结构内部。顶部部分1012可以包括可变棱镜穹顶。作为对棱镜元件1015的结合的替代，或者除了棱镜元件的结合之外，收集器1010的一个或多个壁或表面可以包括形成于其中的棱镜特征。虽然可以使用这样形成的棱镜特征，但是在某些实施方式中，就成本、制造的便利性、和/或其它方面的考虑而言，棱镜元件可相对更有效地提供理想的光转向特征。
在某些实施方式中，侧部部分1014是圆柱体形状的，提供了360度的太阳光捕获区。侧部部分1014的有效光捕获面积可以是圆柱体的直接暴露于太阳光的光线下的面积、以及顶盖1012的被直接暴露于太阳光下的一部分。在某些实施方式中，在存在无阻碍的、基本上准直的光的情况下，侧部部分1014的有效捕获面积可以是侧部部分1014的360度圆周的约90度，或侧部部分1014的总表面积的约25％。
在某些实施方式中，具有面向外的或面向内的棱镜的棱镜元件1015a沿收集器1010的侧部部分1014的至少一部分1017的内部延伸。在某些实施方式中，如果太阳光向收集器的侧部部分1014的表面的入射角在约+/-45度内，则太阳光可以向下折射到管中。侧部部分1014可以是中空的，并且可以从顶部部分1012向下延伸，终止于光可穿过的开口的下端1018。
在某些实施方式中，光收集器1012可被构造成使得与侧部部分1014相关联的光学元件捕获具有在20°-40°范围的高度角的太阳光，而与顶部部分1012相关联的光学元件捕获以大于约45°的太阳高度角入射的光。通过捕获以较宽范围的太阳高度角入射的太阳光，光收集器1012的光学元件可以显著提高日光照明装置1000在较宽范围的高度角和季节上的光收集性能。如图10中所示，光收集器1010可以包括一个或多个棱镜元件1015a，所述棱镜元件在侧部部分1014的周边的至少一个区段1017上延伸。棱镜元件1015a可以是单个一体构件，或者可以包括多个不同的区段。在包括棱镜元件1015a的某些实施方式中，棱镜元件1015a可以跨越光收集器1010的整个侧部部分114。可替代地，如图10中所示，棱镜元件1015a可以跨越侧部部分1014的周边的区段1017，但是不跨越邻近于被跨越的区段1017的剩余周边区段。
在某些实施方式中，棱镜元件1015a可以包括被构造成折射光的棱镜。棱镜可以包括位于棱镜元件的外表面上的棱镜槽，并且当片材是平坦构造时棱镜可以是线性的，并且因此，当片材1015a被形成为圆柱形结构时棱镜形成圆。棱镜元件的外表面可以抵靠或靠近收集器的侧部部分的内表面放置。棱镜槽可以是面朝外的，如图10所示，或可以以其它方式构造。在某些实施方式中，类似的棱镜存在于顶部部分和侧部部分两者中，两者均用于增加光通量。被包括在光收集器1010中的各种棱镜元件可以具有不同的棱镜角，取决于它们与收集器1010的哪部分相关联。在某些实施方式中，光收集器1010中的棱镜元件在整个收集器1010上具有均匀的棱镜角。在某些实施方式中，位于收集器1010的单个区域内的棱镜具有变化的棱镜角。例如，对于相邻的棱镜、或相邻的棱镜组来说，可理想的是包括不同的棱镜角，以便混合传播通过光收集器1010的一部分的光。例如，如果基本上准直的光进入光收集组件的包括具有相等棱镜角的棱镜的棱镜部，则进入管的光可被集中在特定区域中。这种光线集中可在目标区域中导致不理想的“热点”。通过改变棱镜角，这种热点的影响可被减小。
顶部部分1012可以与侧部部分1014一体地制成，并且可从开口的基部1018延伸到封闭的顶部部分1012，形成连续的壁。可替代地，顶部部分1012可以是与侧部部分1014至少部分地分离的物理部件。在所描绘的实施方式中，顶部部分1012是基本上平坦的，并且可以与一个或多个光学部件(诸如棱镜元件1015b)相关联。但是，如上面所讨论的，顶部部分1012、或光收集器1010的任何其它部分可以以任何合适的方式成形。
在某些实施方式中，顶部部分1012至少部分地由透明丙烯酸树脂构造。顶部部分1012可以形成有棱镜元件，所述棱镜元件是可以被蚀刻于、模制于顶部部分1012中、或以其它方式与顶部部分整体形成或附连于顶部部分的棱镜行(棱镜列，棱镜线，prism lines)。在某些实施方式中，棱镜元件通过捕获源自收集器110外部的光并使光向下转向通过开口的基部部分1018、并进入管组件中而增加了光通量。与顶部部分1012相关联的棱镜元件可不同于与侧部部分1014相关联的棱镜元件。例如，棱镜元件1015b可包括具有以相对于竖直平面分别成约45°和18°的角度定位的相对面的棱镜槽。对于顶部部分、侧部部分和/或本文所公开的光收集组件的其它部分的实施方式，也可以考虑包括以其它角度定位的面的棱镜。
图11提供了图10中所示的棱镜元件1015a的一部分的横截面图。图11中所示的棱镜元件1015a的部分包括多个棱镜1156。图11中所示的结构包括图10的光收集组件1010的外透明侧部部分1114。棱镜1156可沿侧部部分1114的内表面定位，并且可面向穿过侧部部分1114的太阳光LS的方向。在某些实施方式中，棱镜1156是面向内的，其中棱镜的后表面1149面向侧部部分1114。在某些实施方式中，棱镜元件1115包括位于其侧部部分中的多于一个侧部部分上的棱镜。棱镜可被构造成将投射(照射)于光收集组件的圆柱形部分上的日光中的至少一部分向下朝向管的水平孔口转向。
在某些实施方式中，棱镜1156包括两个面1146、1148。在图11的实施方式中，面1148具有相对于水平方向的棱镜角γ1，而面1146具有位于水平方向下方的棱镜角γ2。棱镜角γ1和γ2可以是相等的，或者可以根据棱镜元件1115的构造而变化。此外，相邻的棱镜1156、或棱镜组可具有变化的棱镜角。这种变化的棱镜角可促使传播通过光收集器的光的混合。在某些实施方式中，棱镜元件1115包括具有均匀棱镜角的棱镜。在某些实施方式中，棱镜角γ1和γ2分别具有约70°和30°的角度。
进一步参考图10，与顶部部分1012和侧部部分1014相关联的棱镜角可以被选择成提供增加太阳高度角的范围的折射角度，辐射可以以所述太阳高度角的范围被捕获并朝向位于光收集器1010的基部处的日光照明孔口1018转向。在某些实施方式中，光收集器1010和棱镜元件由一种或多种相同的材料或具有基本上相似的折射率的材料制成。在一些实施方式中，所述棱镜元件可包括具有比光收集器的侧壁更高的折射率的一种或多种材料。
顶部部分1012可被构造成在太阳高度角大于一定值时减少光收集器1010的有效捕获面积，以防止在正午时分期间(诸如，例如，上午10点与下午3点之间、上午11点与下午2点之间，或在当太阳高度角大于或等于约30度的时间期间)的过度照明和/或加热。在某些实施方式中，顶部部分1012的至少一部分可被构造成反射以大于一定角度的太阳高度角入射在该部分上的光的一些或全部。例如，顶部部分1012的至少一些可以被构造成反射高顶上的(overhead)太阳光中的至少一部分，以减少正午时分期间的光和/或热。在晴天和高太阳高度角的条件下，具有被定位成接收透射穿过顶部部分1012的日光的棱镜元件1015b的光收集器1010的实施方式可以是有益的。顶部部分1012中的棱镜元件1015b可以将入射于顶部部分1012上的日光的大部分、大多数或基本上全部朝向反射器(诸如，例如，在图19中所示的反射器1980)引导。反射器可以被构造成排除透射热能但提供很少或不提供可见照明的日光的波长。
在某些实施方式中，光收集器1010的顶部部分1012可至少部分地由透明丙烯酸树脂、透明塑料、另一种合适的材料、或材料的组合构造。在扩散性日光条件下，由于高顶上的太阳光的相对高的透射，具有透明顶部部分的光收集器1010的实施方式可以是有益的。
侧部部分1014的壁可以是基本上竖直的，或者可以具有任何理想的向内或向外的倾斜。在某些实施方式中，侧部部分1014的壁是倾斜的，以允许多个这种部件的嵌套，以允许更紧凑的包装。
在某些实施方式中，侧部部分1014提供了用于太阳光收集的基本上竖直的日光收集表面，从而可提供用于光收集的更大高宽比。棱镜元件可以与侧部部分1014的壁的至少一部分一体形成。作为对一体形成于侧部部分1014中的棱镜的替代，或者除了一体形成于侧部部分1014中的棱镜之外，上述棱镜元件可以用于向下折射光线。图11中所示的棱镜元件1115的平坦后侧1149可由于折射界面的高到低的折射率而提供良好的向下折射。某些光收集器实施方式包括具有在约1.49-1.65范围内的折射率的塑料聚合物。
图12示出了包括侧部部分的光收集器1210的横截面图，所述侧部部分包括多个竖直布置的光学区域、或区段1214a、1214b、和1214c。在某些实施方式中，各区段与具有不同的棱镜角或特征的棱镜元件相关联。例如，顶部区段(诸如区段1214a)可与被构造成使相对高角度的光朝向光收集器1210的基部1218转向的光转向结构1213a相关联。为了提高进入顶部区段1214a的光L1的比例(其被引导通过光收集器1210的基部1218并进入管1220中)，这可以是理想的。因为进入顶部区段1214a的光具有行进以便到达基部1218的相对更远的距离，所以必要的或理想的是使这种光转向至相对高的角度。相对于棱镜结构1215a，与第二区段1214b相关联的棱镜结构1215b可以包括使光L2转向至比L1被转向的更小的角度的棱镜角。这可以是理想的，因为棱镜结构1215b大致靠近于基部1218设置。因此，可不必尽可能多地使光L2转向来促进使通过第二区段1214b进入光收集器1210的光传播到理想的角度。
光收集器可以包括不与棱镜结构相关联的一个或多个部分或区段，诸如区段1214c。例如，相对邻近于基部1218设置的区段(诸如区段1214c)可能需要光的相对较小的转向、或者光没有转向，以实现理想水平的光收集。因此，如图所示，进入底部区段1214c的光L3可进入管1220，而基本上没有被光收集器1210朝向管折射。
虽然光收集器示出了三个区段，但是根据本文所公开的某些实施方式的光收集器可以包含任意数量的区段或区域。此外，不同的区段可与具有变化特征的光学元件相关联，或者可以在一个或多个区段上是均匀的。
如图12所示，收集器基部1218的宽度wc可以大于管1220在水平孔口处的宽度wd。例如，收集器基部1218的直径的范围可以从管1220的宽度的100％到150％或更大。
在某些实施方式中，平坦的或弯曲的反射板与光收集器相关联，该光收集器反射太阳光中的至少一部分(否则，该至少一部分将通过与光收集器的一区域(日光通过该区域被接收)大致相对的部分离开光收集器)。图14A提供了用于在光收集组件内、邻近于光收集组件、或以与光收集组件一体形成的方式设置的光反射器1480的实施方式的透视图。该反射器可以由具有高光反射比(光反射率，照明反射率，luminous reflectance)的材料制成。例如，当相对于CIE Illuminant(CIE照明体)D65测量时，反射器1480的光反射比可以大于或等于约0.9、大于或等于约0.95、大于或等于约0.98、或大于或等于约0.99。反射器1480可以是弯曲的，如图所示，或可以是可被构造成反射在光收集组件内或者邻近光收集组件传播的光的任何形状。
如图14B(该图提供了图14A的反射器1480的俯视图)中所示，反射器1480的形状可以是半圆形的，使得它可以被嵌套在圆柱形光收集器内。反射器1480可符合光收集器组件的后部的形状，并且可以设置在折射透镜之后，从而增加了光收集器的起作用的光捕获面积。反射器1480可使被捕获的日光向光导管中的透射增加。
弯曲反射器1280的使用可允许从围绕光收集器1220的更大范围的圆周角捕获日光。日光的反射角度的这种增加可提供多个益处，诸如增加的光混合。例如，在日光从大范围的圆周角进入管开口的实施方式中，离开管的光的分布可以更加均匀并且可以减少在管的基部处的扩散器上的热点的存在。这种光混合可以防止被准直的光以导致在建筑物内部出现彩虹的方式到达扩散棱镜。
相对于光被引导到中央供应管、并被分散到多个分支管中的某些实施方式，光混合可以在促进日光分散到各分支管中是重要的。在某些实施方式中，每个分支管均从中央供应管接收大约相同数量的光。
使用光反射器(诸如弯曲的反射器1480)的太阳光的收集和重新定向可以显著增加传统管状日光照明装置的性能。多个参数可有助于增加太阳光收集系统的某些实施方式的性能。例如，光收集器的太阳光收集面积可影响该系统的性能。在某些实施方式中，收集器的高度和宽度与管开口(光被引入到该管开口中)的直径相比可以由位于光收集器内的、或与光收集器相关联的光学元件(例如，一体形成的棱镜、棱镜元件或透镜膜等)的折射转向功率确定。圆柱体高度与管开口的宽度或直径的该高宽比可取决于期望捕获和折射到管中的太阳高度角范围。对于美国的大多数地方来说，该范围可以是从约20至70度。例如，使用约20度的下端太阳高度角作为用于将光从与具有竖直侧壁的光收集器相关联的光学元件折射到管中的设计点，圆柱高度可以被设计为管直径的1.2至2.5倍的大致范围。这些值可基于材料的折射率和棱镜角等而变化。作为实例，系统可以包括约35-45英寸的收集器高度以及约20-25英寸的管直径。收集器的直径可约等于管开口的直径，或者可以大于或小于管的直径。圆柱体的实际有效前方光捕获面积与直射非反射的太阳光相关联，在某些实施方式中，由于收集器棱镜中的光学器件的轴偏离曲率限制，所述直射非反射的太阳光可以被限制在约90度的暴露角。
图14C提供了竖直定向的平面反射器1480的横截面图。如该图所示，直射光LD相对于水平面的角度θ1大致等于反射光LR的角度θ2。在某些实施方式中，理想的是使反射器的表面相对于竖直轴线倾斜以相对于水平方向增加反射角θ2。此外，在某些实施方式中，反射器1480与进一步增加反射光的角度的一个或多个棱镜表面相关联。这些棱镜可以在反射器的不同部分上变化，以便增加被接收到管开口中的光的数量。
图15示出了包括结合有反射器1580的光收集器1510的日光照明装置1500的实施方式的透视图。日光照明装置1500包括邻近于光收集器1510设置的光反射管1520。如图所示，日光LS通过侧部部分1514进入光收集器1510。光LS由与侧部部分1514相关联的一个或多个光学元件折射并且被朝向管1520中的开口转向。在某些实施方式中，侧部部分1514不与光转向特征相关联，并且进入光收集器1510的光LS以基本上等于光LS在进入光收集器1510之前的角度的角度在光收集器内传播。反射器1580的存在可增加一个或多个折射透镜的有效收集面积，所述一个或多个折射透镜与光收集器相关联并且被构造成使光朝向管1520转向。
反射器1580沿光收集器1510的内表面或外表面设置，诸如沿被定位成与光LS可在白天期间在一个或多个点处进入光收集器1510的方向基本上相对的表面设置。例如，在位于北半球的地点处的实施方式中，反射器1580可大致面对南方方向。如图所示，日光LS可进入光收集器1510并且投射(照射)于反射器1580上的点。反射器可至少将日光中的处于可见光谱中的一部分朝向管开口1528反射。如果不是因为反射镜，光LR的大部分可能反而传播到管之外或者被与光收集器1510相关联的材料吸收。因此，在日光照明系统1500中包括反射器1580可增加通过光收集器1510透射进入管1520中的光的数量。
图16示出了包括结合有反射器1680的光收集器1610的日光照明系统1600的实施方式的透视图。反射器1680可以包括允许一定量的一定波长的光穿过透射的特征。例如，在某些实施方式中，反射器1680相对于处于红外光谱中的光是至少部分地透过的(透明的，透射的)。太阳光包括红外光和可见光。一般而言，红外光传递热能，但是，当目标是照明时，红外光提供很少的优点或根本没有优点。将红外光引入建筑物中的日光照明装置可显著增加建筑物内的温度，而不提供任何适当的照明益处。在一些实施方式中，光收集器包括反射器，该反射器允许入射于反射器的表面上的红外光中的至少一部分穿过反射器并且到达光收集器1610之外，而不是将该光沿管1620的方向反射。在某些实施方式中，光收集器1610被构造成捕获和去除入射在收集器上的红外光中的至少一部分和/或无助于可视照明的其它光谱波长。在这些实施方式中，光收集器1610可以同时使可见光的大部分(诸如，例如，可见光的大于或等于95％、大于或等于98％、或者大于或等于99％)朝向形成于收集器1610的基部中的日光照明孔口转向。
图16中的虚线示出了由光收集器1610捕获的太阳光的可能路径。当入射在收集器1610的外表面上时，太阳光包括可见光和红外光。入射在至少部分透明的光收集器1610的表面上的光的至少一部分穿入光收集器1610的内部中。光在光收集器1610内传播，直到它投射(照射)于反射器1680，该反射器被定位成接收进入光收集器1610的光中的至少一部分。在某些实施方式中，反射器1680沿光收集器1610的基本上竖直的侧壁的内表面或外表面设置。在一些实施方式中，光在传播到反射器1680的表面之前透射通过光收集器的第二透明侧壁(透射侧壁)。反射器1680被构造成将光的至少一部分在大致朝向管1620的开口的方向上转向，所述管被定位成接收通过收集器的基部中的日光照明孔口离开日光收集器1610的光。在一些实施方式中，反射器1680对于红外光LIR是至少部分地透过的(透明的，透射的)。在这些实施方式中，红外光LIR的一部分透射穿过反射器1680并且离开光收集器1610，远离管1620的开口传播。
在某些实施方式中，反射器1680被构造成透射不同于红外的波长。例如，反射器1680可以部分地反射且部分地透射可见光。作为另一实施例，反射器1680可以反射大部分或基本上所有的可见光，而透射和/或吸收紫外光的至少一部分。
图17A示出了具有透明组件(透射组件，透过组件)和反射组件的光收集器1710的实施方式。光收集器1710包括透明组件(透射组件)1711，该透明组件对于入射在透明组件的表面上的日光是至少部分地透过的(透明的，透射的)。例如，透明组件1711可以包括半圆形、弯曲的、平面的、和/或分段构造的基本上透明丙烯酸树脂的片材。反射组件1780可包括用于反射入射在其表面中的一个或多个表面上的光的至少一部分的材料。例如，反射组件1780可以是半圆形的、弯曲的、平面的、和/或分段的反射器。在某些实施方式中，反射组件1780包括铝、反射膜、金属反射器、其它反射材料、其它光学元件、或者光学元件的组合。
透明部分(透射部分)1711和反射器组件1780可以在接缝1713处连接，以形成组合结构，诸如封闭的圆柱体或其它形状。该结构可以已任何合适的方式进行组合。例如，该结构可通过使用粘性物质、或者通过焊接或其它技术粘合在一起。在某些实施方式中，结构1711、1780使用一个或多个物理连接结构(诸如夹子、槽、卡钉等)连接。例如，如图17B中所示(该图提供了光收集器1710的一部分的俯视图)，各个结构的一个或多个端部可以包括用于连接两个或更多个结构的公/母槽连接构件。这种构造可允许在无需附加的单独连接装置或材料的情况下连接结构。
图18示出了具有透明部分(透射部分，透过部分)和反射器组件的光收集器1810的实施方式。根据反射器组件1880的材料特性，反射器组件、或光收集器1810的任何其它部件的一些部分可以从与其接触的光(例如，红外光)吸收热能。例如，在某些实施方式中，反射器组件可以包含铝。由这种结构吸收的热可能在光收集器、日光照明系统和/或建筑物的内部内导致不期望的加热。
在某些实施方式中，光收集器1810的至少一部分的外表面1881涂覆有或覆盖有具有相对高的热发射系数的材料层，以用于帮助热能远离光收集器1810传递。发射系数与被吸收的热能与被反射和/或透射的热能的比率有关。在某些实施方式中，外表面1881与具有大于约0.9的发射系数的材料热连通。此外，在光收集器(诸如图18中所描绘的光收集器)中使用的高发射率材料可具有用于不同波长的光的变化发射率特征。例如，一材料可以被构造成透射处于红外光谱中的能量中的相对较高百分比。与外表面1881热连通的材料可以是漆料或其它涂层的形式，或者可以是设置在表面1881中的片材或膜。日光照明系统的其它部件(诸如日光反射管)可以涂覆有或衬有高发射率材料，以将热量远离日光照明系统的内部吸取，从而减少不期望的加热。可以用于日光照明设备中的高发射率材料的类型的实例包括具有高发射率特征的各种类型的玻璃(例如，磨砂玻璃)、塑料、金属片材、漆料、粉末(例如，石墨粉末)、油漆、或胶带(例如，导电胶带)，并且可以是黑色的或白色的。高发射率材料可以用在如本文所公开的光收集组件(光收集组件包括具有任何适当的形状的光收集器或者包括任何合适的材料或材料的组合)的各种实施方式中。
图19示出了日光照明系统1900中的光收集器1910的实施方式。光收集器包括三个竖直布置的光学区域或区段1914a、1914b和1914c。区段1914a、1914b和1914c的高度可以是一致的，或者不同区段的高度可变化。在某些实施方式中，每个区段为约10-15英寸高。例如，区段1914a、1914b和1914c的高度可以是约12英寸。在某些实施方式中，底部区段(诸如区段1914c)具有比其它区段更高的高度，以适应光收集器1910附接于防雨板。例如，底部区段1914c可具有约14英寸的高度。此外，光收集器可以包括延伸超出管1920的开口的唇部、或边缘f。
虽然示出了三个区段，但是光收集器可以包括任何合适数量的区段或部分。在某些实施方式中，不同的区段可以与不同的光折射、透射和/或反射特征相关联。例如，在一些实施方式中，顶部区段1914a的至少一部分与棱镜元件1915a、或者一个或多个其它光学元件相关联。如图19所示，棱镜元件1915a可围绕大致圆柱形的光收集器1900的一半以上的圆周延伸。在某些实施方式中，棱镜元件1915a围绕圆柱形收集器1910的约270°延伸，并且可大致面对日光进入收集器1910的方向，如图所示。提供延伸超过光收集器的周边的180°的棱镜元件可允许捕获较宽光谱的光。在某些实施方式中，棱镜元件1915a至少相对于顶部区段1914a包围光收集器1910的整个周边。
在所描绘的实施方式中，中部区段1914b也与光转向结构1915b(诸如棱镜元件)相关联。如图所示，棱镜元件1915b可以沿光收集器1910的周边的约50％、或180°延伸，并且可以大致面对日光进入收集器1910的方向。棱镜元件1915a和1915b可以是一体结构，或者可以是单独的片材或膜。棱镜元件1915a和1915b可以包括具有类似或不同的光转向特性的棱镜。在某些实施方式中，一个棱镜元件1915a被构造成相比于另一棱镜元件1915b将日光转向至更大的角度。
根据收集器1910的特征，收集器区段1914c可以与光转向棱镜结构相关联，或者可以不与光转向棱镜结构相关联。例如，如图所示，区段1914c可以允许日光穿入收集器1910中而基本上不改变日光相对于水平平面的角度。因此，区段1915c可存在基本上透明的丙烯酸树脂材料，而无需用于进入其中的日光的附加光学元件。
除了光转向结构1915a、1915b之外，或者替代光转向结构1915a、1915b，光收集器1910的一个或多个部分或区段可以与反射器组件1980相关联。在图19所示的实施方式中，反射器1980沿着光收集器区段1914b和1914c的部分邻近于光收集器1910的侧壁的内表面设置。可以理想的是在光收集器1910的至少下部中包括一个或多个反射器，因为在光收集器1910的下部投射(照射)于反射器的光可以更容易地反射到管1920中，而不是离开收集器的前侧。例如，在顶部区段1914a中包括反射器的实施方式中，在区段1914a中的点处投射于反射器的光可具有行进以到达管1920的更远的距离。因此，轨迹的角度可以在光到达管1920之前将光带到收集器之外。在某些实施方式中，收集器1920的顶部区段1914a不与反射器组件1980相关联。在一些实施方式中，具有反射器1980的光收集器1910的高度可以大于或等于不具有反射器的光收集器的高度的约两倍。在一些实施方式中，当反射器1980面向南方时，具有反射器1980的光收集器1910将光的收集限制在大于60至90度的太阳方位角。
反射器1980的反射特征可以在反射器的不同部分或区段变化。此外，虽然图19将反射器示出为单个部件，但是反射器可以包括不同的部件或结构。反射器1980、或者反射器的一部分可以跨越光收集器1910的圆周、或周边的任何合适的部分。在某些实施方式中，反射器1980跨越光收集器的周边的约180°，如图所示。反射器可以相对于日光进入光收集器1910的方向被大致定位在光收集器的后部处。在某些实施方式中，并且在一定日光条件下，光收集器1910和反射器1980可以被构造成使得进入收集器的光的约85％或更多将被引导到反射器1980中，并且可以允许在日光进入管1920之前从日光中去除红外光。
反射器1980可以由具有高光反射比和高红外光透射率的材料体系构造。反射器1980的表面处理(修饰)可以是镜面反射的或具有任何理想水平的镜面反射性。波长选择的光反射率可以使用任何合适的材料来实现。波长选择的材料体系的实例包括电介质涂层和/或多层膜，其使用膜的多个层之间的折射率的小差异来实现理想的光学性能。多层膜可包括具有不同折射率的两种或更多种聚合物的共挤出堆叠体。图13示出了多层膜(可从3M Company of Maplewood,Minnesota,USA(3M枫木公司，美国明尼苏达州)获得的3M Daylighting Film DF2000MA(3M日光照明膜DF2000MA))的反射率曲线。这种聚合物膜是多层膜的实例，其可以是反射器1980的材料体系的一部分或者可以作为反射器1980。还示出了增强的银涂层的反射率曲线。多层膜在可见光区域中提供非常高的反射率，当相对于CIE Illuminant D65测量时，其具有大于99％的光反射比。该膜具有对红外光的明显较低的反射率；红外光的反射率小于或等于约20％。紫外线光的反射率也比可见光的反射率明显较低。相比之下，增强的银涂层具有较低的光反射比以及大于90％的红外光反射率。
在红外光透射穿过波长选择反射器1980之后，红外光可透射穿过红外透射材料，诸如，例如，丙烯酸树脂或PET。在一些实施方式中，收集器1910的侧壁由红外透射材料制成。在一些实施方式中，红外光在透射穿过波长选择反射器1980之后被吸收。在这些实施方式中，红外光可以由红外吸收漆料或粘合剂吸收，所述红外吸收漆料或粘合剂被定位成在红外光透射穿过反射器1980之后接收红外光。在一些实施方式中，红外漆料或粘合剂粘附于金属基板。金属基板可以形成收集器的侧壁的不是透明的一部分(例如，侧壁的被构造成背离直射日光的一部分)。当漆料或粘合剂吸收红外光时，金属基板可以被漆料或粘合剂加热，并且然后，红外光可以在大致远离日光照明孔口1918和管1920的方向上再发射。
在一些实施方式中，收集器1910的侧壁的吸收红外光的部分的外表面具有高发射率。高发射率可以通过向表面施加高发射率材料(诸如漆料)、或通过执行其它类型的表面处理(诸如阳极化)而获得。至少一些被阳极化的金属呈现出高发射率，并且这些金属可形成光收集器1910的外表面的至少一部分。高发射率表面也可设置在管1920的外侧表面上，这可以允许管1920能够容易地使由管1920吸收的红外辐射再发射到日光照明装置1900之外。
在某些实施方式中，日光照明装置1900被构造在夏季月份(此时太阳高度角较高)期间进行散热，并且在冬季月份(此时太阳高度角较低)期间将热引入正在被日光照明装置照明的建筑物中。
根据上述实施方式的结合有光收集器的日光照明装置可以被构造成在整个感兴趣的时间段(诸如从约上午9:00至下午3:00的时间)上将照明水平保持在给定值的约+/-20％的范围内。此外，根据尤其是外部日光条件等，这种装置可以在给定的时间提供约20,000流明的光、或者更多。
表A列出了根据本文公开的一个或多个实施方式的两个日光收集器的可能照明性能值。该性能可以通过透射穿过日光照明装置进入建筑物或结构的内部空间中的总日光(以流明为单位)来测量。在一些实施方式中，日光收集器的照明性能可以通过测量穿过日光收集器的日光照明孔口的日光的光通量来确定。表A提供了相对于日光条件/太阳高度角的范围的可能结果。在一些实施方式中，日光收集器被构造成当日光收集器被暴露于40°的太阳高度角的太阳光下时将大于或等于约30,000流明和/或大于或等于约40,000流明的日光引入日光照明孔口中。
表A
图20示出了光收集器2010的实施方式。该图示出了两个竖直布置的区域或区段“A”和“B”。区段A和B的高度可以是一致的，或者不同区段的高度可以变化。在某些实施方式中，区段A表示光收集器2010的竖直侧部部分的与棱镜结构2015a相关联的部分，至少在侧部部分的圆周或周边的一些部分上。此外，区段B可表示光收集器2010的竖直侧部部分的不与棱镜结构相关联的部分。光收集器2010可以包括后部半圆柱体部分，该后部半圆柱体部分可以包括反射性质。例如，后部2080的至少一部分可以包括铝或其它反射材料，或者可以与铝或其它反射材料相关联。在某些实施方式中，光收集器2010的竖直壁可以被构造成捕获具有约20°-50°的太阳高度角的日光。
光收集器2010可以包括基本上透明的穹顶形盖部分2012。盖部分2012可以被构造成捕获具有约30°-90°的太阳高度角的日光。竖直侧壁和穹顶形盖部分的组合可以在晴朗天气条件和多云天气条件下均提供改进的性能。
一般而言，相对于根据图20的光收集器实施方式，通过更大的高宽比(即，竖直圆柱部分的高度C与管开口的宽度wt的比)可实现更高性能、更低太阳高度角(例如20°-40°)。相对于大于40°的太阳高度角的日光，由盖2012所提供的水平日光收集表面可提供对大部分的日光捕获。在某些实施方式中，当与约1.3或更小的高宽比比较时，约1.9的高宽比将在捕获20°和/或30°的光时产生约40％或更多的提高。但是，对于这两种构造来说，40°-90°时的性能可大体保持稳定。
在制造根据本文所公开的一个或多个实施方式的日光收集器时的设计考虑可以考虑各种成本相关的因素和/或其它因素。例如，可以以不同的价格获得可被选择用于结合在日光收集器中的不同材料。此外，不同的材料可以具有有助于收集器的各个部件的性能和/或制造便利性的不同物理性质。因此，有关光收集器的物理尺寸的某些信息可以在进行设计或其它决定时有用。表B提供了用于日光收集器的多个可能实施方式的示例性物理规格。表B中提供的尺寸对应于图20中所呈现的面积和尺寸。表B提供了可以有助于评估与各实施方式、以及其它实施方式相关联的成本/性能问题的尺寸和面积信息。
表B
表B中提供的值是各种可能的日光收集器尺寸的近似值，并且不以任何方式限制本公开的范围。此外，尽管在表中提供了某些值，但是各个收集器尺寸不需要以任何方式遵照这些值，并且可以被构造成任何合适的尺寸。如表中所示，日光收集器的结构可能需要大于8英尺2的棱镜材料、以及大于14英尺2的反射性后部材料。因此，至少与这些材料/面积相关联的成本可代表在日光收集器设计中的重要因素。
在某些实施方式中，根据本文中所描述的一个或多个实施方式的光收集器可以被构造成使得收集器的制造和/或安装被简化。例如，光收集器2014的侧部部分可以由可形成为圆柱体的大致平坦的或弯曲的片材来形成，如由图21A的俯视图所示。当被安装时，这种结构可具有单个竖直接缝，该单个竖直接缝可以例如通过附接构件2019或以任何其它合适的方式固定。
图21B示出了光收集器的一部分的实施方式的俯视图，其中，光收集器的圆周由多个区段2114a、2114b和2114c构成，所述多个区段可以以任何合适的方式(诸如通过使用附接构件2119a、2119b、和/或2119c)附接。相对于图21A和21B中所描绘的实施方式，平坦的、稍微弯曲的、或其它形状的顶盖可被放置在圆柱体顶部上。
图22示出了用于一个或多个弯曲的光收集器部的包装构造。例如，相对于图20和21的实施方式，其可以包括可以形成为圆柱形或其它形状的一个或多个弯曲板，这些板可以以堆叠的构造设置在包装件2290中以用于运送、运输、存储、或用于其它目的。图23示出了一个或多个弯曲板2314a、2314b、2314c被同心地布置在包装件2390中的包装结构。所示的包封件可以留出用于与日光照明装置相关联的棱镜和/或反射元件、或任何其它部件的空间。这些包装构造可以降低与日光照明装置的一个或多个部件的制造、运输、和/或安装相关联的成本和/或劳动。
本文所公开的实施方式中的至少一些相对于现有照明系统可以提供一个或多个优点。例如，某些实施方式通过使用结合有一个或多个棱镜元件和/或反射元件的光收集器而有效地允许增加的日光捕获。作为另一实例，一些实施方式提供了用于使用光收集器将光引导到建筑物内部的技术，其中所述光收集器的高度大于建筑物中的开口的宽度、或者光所透射穿过的收集器的基部孔口的宽度。收集器的高度可以提供增加的目标光捕获面积。某些实施方式可提供附加的益处，包括减小传播通过日光照明装置的光在扩散器处的入射角，这可导致扩散器以更高的光学效率工作。
其它实施方式
下面列表具有在本发明的保护范围之内的示例性实施方式。列出的示例性实施方式不应以任何方式被解释为限制本公开内容的范围。列出的示例性实施方式的各种特征可以被删除、添加或组合以形成是本公开内容的一部分的附加的实施方式：
1.一种至少部分透明的光收集装置，其被构造成当光收集装置被安装在建筑物的屋顶上时将日光引导通过收集器基部孔口并进入建筑物的内部，所述装置包括：
顶盖部分；
基本上竖直的侧壁部分，其被构造成将顶盖部分支撑在基本上竖直的侧壁部分的上端上方并且在基本上竖直的侧壁部分的下端处限定收集器基部孔口，其中，所述基本上竖直的部分具有在顶盖部分与收集器基部孔口之间延伸的高度，并且其中，所述基本上竖直的部分被构造成在正午时分期间接收大量的日光；
棱镜元件，与基本上竖直的侧壁部分相关联并被构造成使由竖直的部分接收的日光的至少一部分朝向收集器基部孔口转向；以及反射器，与基本上竖直的侧壁部分相关联，并被构造成使日光的所述部分朝向开口反射；
其中，光收集装置被构造成被定位在建筑物的屋顶中的开口上，并且被构造成当光收集装置被安装作为日光照明装置设施的一部分时将日光引入屋顶中的开口中。
2.根据实施方式1所述的装置，其中，竖直部分的高度大于收集器基部孔口的宽度。
3.根据实施方式2所述的装置，其中，竖直部分的高度与收集器基部孔口的宽度的高宽比大于1.2比1。
4.根据实施方式1-3中的任一个所述的装置，其中，顶盖部分是基本上平坦的。
5.根据实施方式1-4中的任一个所述的装置，其中，顶盖部分包括穹顶形表面。
6.根据实施方式1-5中的任一个所述的装置，其中，顶盖部分包括锥形表面。
7.根据实施方式1-6中的任一个所述的装置，其中，竖直部分包括多个竖直布置的区段，所述多个竖直布置的区段包括顶部区段、中部区段和底部区段。
8.根据实施方式7所述的装置，其中，顶部区段与具有第一光转向特征的第一光学元件相关联，并且中部部分与具有第二光转向特征的第二光学元件相关联。
9.根据实施方式7-8中的任一个所述的装置，其中，所述底部区段不与光转向光学元件相关联。
10.根据实施方式7-9中的任一个所述的装置，其中，顶部区段、中部区段和底部区段中的每一个的高度均为约5到10英寸。
11.根据实施方式7-10中的任一个所述的装置，其中，顶部区段、中部区段和底部区段中的每一个的高度是一致的。
12.根据实施方式7-11中的任一个所述的装置，其中，反射器相对于红外光是至少部分地透过的(透射的，透明的)。
13.根据实施方式7-12中的任一个所述的装置，其中，竖直部分是基本上圆柱形的。
14.根据实施方式13所述的装置，其中，竖直部分包括至少部分地透过(透射，透明)的第一半圆形部分以及至少部分地反射性的第二半圆形部分。
15.根据实施方式14所述的装置，其中，第二半圆部包括与被构造成促进热远离第二半圆部辐射的高发射率材料热连通的表面。
16.根据实施方式14所述的装置，其中，高发射率材料包括具有大于或等于约0.9的发射率值的漆料。
17.根据实施方式7-16中的任一个所述的装置，其中，竖直部分与被构造成将光朝向建筑物的内部空间引导的内反射管一体形成。
18.根据实施方式7-17中的任一个所述的装置，其中，竖直部分的高度在35至45英寸之间。
19.根据实施方式7-18中的任一个所述的装置，其中，收集器基部孔口的宽度在20至25英寸之间。
20.一种用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明(透射)的光收集装置，该装置包括：
顶盖部分；
基部孔口，具有一宽度并被构造成邻近于建筑物的开口设置；
基本上竖直的部分，具有一高度，所述竖直部分在顶部部分与基部孔口之间延伸并且被构造成当被安装在建筑物上时接收日光；以及
反射器，与竖直部分相关联，反射器被构造成将由竖直部分接收的日光中的至少一部分朝向开口反射；
其中，竖直部分与棱镜元件相关联，所述棱镜元件被构造成使由竖直部分接收的日光的所述部分朝向开口转向；并且
其中，竖直部分的高度大于建筑物的开口的宽度。
21.根据实施方式20所述的装置，其中，竖直部分具有矩形的横截面形状。
22.根据实施方式20-21中的任一个所述的装置，其中，竖直部分具有基本上椭圆形的横截面形状。
23.根据实施方式22所述的装置，其中，竖直部分由单个片材构造，其中，片材的两端接合在一起以形成单个竖直接缝。
24.根据实施方式22所述的装置，其中，竖直部分包括多个弯曲片材，所述多个弯曲片材被构造成被接合在一起以形成具有基本上椭圆形的横截面的形状。
25.根据实施方式20-24中的任一个所述的装置，其中，竖直部分具有包括一个或多个弯曲部分以及一个或多个平直部分的横截面周边。
26.一种对建筑物的内部进行照明的方法，该方法包括：
在基本上竖直的表面上接收日光；
使用设置在光收集装置内的棱镜元件使所接收的日光朝向建筑物中的开口折射；以及
使用反射器使日光朝向开口反射。
27.根据实施方式26所述的方法，其中，反射所述日光包括在使用棱镜元件折射日光之后反射日光。
28.一种制造用于将日光引入建筑物内部的至少部分透明(透射)的光收集装置的方法，该方法包括：
提供光收集装置，所述光收集装置被构造成当被安装在具有开口的建筑物上时在基本竖直的表面上接收日光；
在光收集装置内设置棱镜元件；以及
邻近于光收集装置的壁设置反射器；
其中，棱镜元件被构造成使在基本上竖直的表面上接收的日光的至少一部分朝向开口转向，并且反射器被构造成将日光的该部分朝向开口反射。
本文所公开的各种实施方式的讨论已大致遵循图中所示的实施方式。但是，可以预期的是，本文所讨论的任何实施方式的特定特征、结构、或特性可以在一个或多个未明确示出或描述的单独实施方式中以任何合适的方式进行组合。应当理解的是，除了日光照明系统之外，本文所公开的固定装置还可以在至少一些系统和/或其它照明装置中使用。
应当理解的是，在实施方式的以上描述中，各种特征有时被一起组合在单个实施方式、附图或其描述中，以用于简化本公开以及帮助对各创造性方面中的一个或多个的理解的目的。但是，该公开的方法不应当被解释为反映出任何权利要求需要比在那个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。此外，在本文的具体实施方式中所示出和/或所描述的任何部件、特征、或步骤可以应用到任何其它实施方式或者与任何其它实施方式一起使用。因此，旨在使本文所公开的本发明的范围不应该由上面描述的具体实施方式所限制，而是应仅由对所附的权利要求的公正阅读来确定。