PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69532058T2 08.07.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000685681
Titel Vorrichtung zum Beleuchten mittels Sonnenlicht und Steuereinrichtung für eine solche Vorrichtung
Anmelder Sanyo Electric Co., Ltd., Moriguchi, Osaka, JP
Erfinder Takahashi, Kazuo, Ota-shi, Gunma-ken, JP;
Fujimoto, Norioki, Kumagaya-shi, Saitama-ken, JP;
Takazawa, Masashi, Ora-gun, Gunma-ken, JP;
Odaira, Takashi, Ota-shi, Gunma-ken, JP;
Koizumi, Tomohito, Ota-shi, Gunma-ken, JP;
Kobayashi, Kiyondo, Ashikaga-shi, Tochigi-ken, JP;
Kato, Shozo, Ota-shi, Gunma-ken, JP;
Miyamoto, Tetsuo, Ota-shi, Gunma-ken, JP;
Kubo, Mamoru, Sawa-gun, Gunma-ken, JP
Vertreter LEINWEBER & ZIMMERMANN, 80331 München
DE-Aktenzeichen 69532058
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 26.05.1995
EP-Aktenzeichen 953040789
EP-Offenlegungsdatum 06.12.1995
EP date of grant 05.11.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.07.2004
IPC-Hauptklasse F21S 11/00
IPC-Nebenklasse F21V 5/02   F21V 17/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einer Solarbeleuchtungsvorrichtung mit einer flachen Beleuchtungsprismenplatte in einem Beleuchtungsabschnitt und auf eine Verbesserung bei einem Solarbeleuchtungssteuerungselement zur Steuerung der Solarbeleuchtungsvorrichtung.

Als erstes wird die Basiskonfiguration einer Solarbeleuchtungsvorrichtung mit Verweis auf 78 beschrieben.

In 78 veranschaulicht ein durch durchgezogene Linien dargestellter Bereich die Konfiguration einer herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtung, während ein durch strichpunktierte Linien dargestellter Bereich die Konfiguration der Ausführungsformen 6-1 bis 6-4 zeigt. Die Verweiszahl 301 kennzeichnet in 78 ein Dach eines Gebäudes, 302a bis 302d die Wände des Gebäudes, 303a und 303b die Fenster und 304 eine in einem Raum des Gebäudes angeordnete elektrische Lampe.

Die Verweiszahl 305 kennzeichnet eine Solarbeleuchtungsvorrichtung, 306 einen Schacht, durch den das durch die Solarbeleuchtungsvorrichtung gesammelte Sonnenlicht in das Haus geleitet wird, und 320 eine Beleuchtungsprismenplatte, die ein Hauptbestandteil eines Beleuchtungsabschnitts der Solarbeleuchtungsvorrichtung 305 ist.

In den vorher erwähnten Konfiguration wird das Sonnenlicht durch die Solarbeleuchtungsvorrichtung 305 gesammelt und durch den Schacht 306 nach innen geleitet.

Als eine spezifische Struktur für die Beleuchtungsprismenplatte 320, die in einem Beleuchtungsabschnitt bereitgestellt ist, ist z. B. die in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung JP-A-180217/86 beschriebene Struktur bekannt.

Bei der in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung JP-A-180217186 beschriebenen Struktur, die in den 79A und 79B in einem Zustand dargestellt wird, in dem zwei transparente Platten zum Ausführen der Prismenfunktion leicht aufgerauhte Oberflächen aufweisen – d. h. so genannte Beleuchtungsprismenplatten (Fresnel-Prismen) P1 und P2 sind einander überlappend angebracht –, wird zumindest eine der Beleuchtungsprismenplatten P1 oder P2 gedreht, so dass direkte Lichtstrahlen von der Sonne ungeachtet der Position der Sonne in einer vorbestimmten Richtung abgegeben werden.

Beim Beleuchtungsprismenplatten-Treiber/Halter in herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtungen treten folgende Probleme auf:

  • (1) Bei der Struktur dieser Beleuchtungsprismenplatten versteht es sich, dass die Beleuchtungsprismenplatten betätigt werden, um den Prismenrotationswinkel (hierin im Nachstehenden als „Prismenwinkel" bezeichnet) jeder Beleuchtungsprismenplatte entsprechend der Bewegung der Sonne zu optimieren. Es ist hierbei jedoch unklar, wie die Beleuchtungsprismenplatten betätigt und gehalten werden sollen. Anders gesagt, die Struktur des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters ist unklar. Dementsprechend ist es schwierig, eine praktische Vorrichtung nach dem Stand der Technik herzustellen.
  • (2) Durch die Beschreibung der Veröffentlichung nach dem Stand der Technik ist z. B. eine Struktur vorstellbar, bei der als Mittel zum Drehen und Halten der Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 aus den 79A und 79B in der Mittelachse C der Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 eine Welle bereitgestellt ist, so dass diese Welle nicht nur drehbar gehalten wird sondern auch ein Drehmoment eines Motors oder dergleichen auf die Welle ausgeübt wird. Bei dieser Struktur wird jedoch der Schatten der Welle und der Schatten der Abschnitte zum Halten der Welle auf die Beleuchtungsprismenplatten projiziert, so dass die Sonnenlicht-Sammelwirkung stark verringert wird.

Als Beispiel einer herkömmlichen Beleuchtungsprismenplatte ist z. B. die in 80 dargestellte Beleuchtungsprismenplatte angeführt. In 80 kennzeichnet die Verweiszahl 351 eine Beleuchtungsprismenplatte, in der eine Vielzahl von Sägezahn-Mikroprismenabschnitten 351a1, 351a2, 351a3, ... mit vertikalen unbetätigten Flächen (die nicht als optische Flächen verwendet werden) K auf der Unterseite der Beleuchtungsprismenplatte 351 ausgebildet sind. Dementsprechend beträgt der Winkel &agr; der unbetätigten Flächen 90°.

In 80 kennzeichnet der Verweisbuchstaben Y eine Antriebswelle, die senkrecht zum Mittelabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte angeordnet ist. Die Antriebswelle Y dient dazu, die Beleuchtungsprismenplatte 351 durch einen nicht dargestellten Motor auf Basis eines durch einen Mikrocomputer erteilten Befehls oder dergleichen entsprechend der Bewegung der Sonne zu drehen.

In der oben erwähnten Konfiguration tritt das übertragene Licht in einem Austrittswinkel von &thgr;h, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, aus der Lichtprimenplatte 351 aus, wenn sich die Sonne in einer relativ hohen Höhe (oder absoluten Höhe, hierin im Nachstehenden jedoch immer als „Höhe" bezeichnet) T1 befindet, während das übertragene Licht in einem Austrittswinkel &thgr;e, wie durch die strichpunktierte Linie dargestellt wird, aus der Beleuchtungsprismenplatte 351 austritt, wenn sich die Sonne in einer relativ geringen Höhe T2 befindet.

Wenn sich die Sonne in einer niedrigen Höhe T3 befindet, wird das übertragene Licht jedoch durch die funktionsunfähige Fläche K der Beleuchtungsprismenplatte 351 blockiert, so dass es in einen unwirksamen Bereich reflektiert wird.

Wie oben beschrieben wurde, zeigt die Analyse der Eigenschaften der Beleuchtungsprismenplatte 351 nach dem Stand der Technik folgende Ergebnisse:

  • (1) Der Einfluss der Form der unwirksamen Flächen K, die die Beleuchtungsprismenplatte 351 aufbauen, ist so groß, dass das austretende Licht blockiert wird und nicht übertragen sondern reflektiert wird, wenn das aus einem Mikroprismenabschnitt austretende Licht auf die unwirksame Fläche des nächsten Mikroprismenabschnitts trifft.
  • (2) Wenn zudem in diesem System eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten 351 verwendet werden, muss das aus der ersten Beleuchtungsprismenplatte austretende Licht wirksam auf die optische Fläche der zweiten Beleuchtungsprismenplatte sowie auf die optischen Flächen der Beleuchtungsprismenplatten nach der zweiten Beleuchtungsprismenplatte auftreffen. Die Verschiebung zwischen den jeweiligen Beleuchtungsprismenplatten 351 muss, wie jedoch nicht dargestellt ist, einen optimalen Wert annehmen.

In 81 ist darüber hinaus eine herkömmliche Oberlicht-Vorrichtung dargestellt.

In 81 kennzeichnet die Verweiszahl 421 einen Oberlichtrahmen, 422 eine transparente Abdeckung und 423 eine Streuungsplatte, die im Bedarfsfall bereitgestellt ist und dazu dient, das Himmelslicht zu streuen und das diffundierte Licht nach innen zu leiten.

Das heißt, das grundlegende Ziel der herkömmlichen Oberlichtvorrichtung ist es, hauptsächlich das Himmelslicht als Raumbeleuchtung nach innen zu führen, jedoch nicht die Richtung des hereingeführten Lichts positiv zu steuern. Da die herkömmliche Oberlichtvorrichtung eine Konfiguration aufweist, bei der Himmelslicht einfach wie oben beschrieben nach innen geführt wird, besteht das Problem, dass keine als Raumbeleuchtung ausreichende Lichtmenge erhalten werden kann. Auch wenn eine Streuungsplatte im nach außen gewandten Abschnitt der Innenraumseite angeordnet ist, kann das Himmelslicht lediglich gestreut werden, um diffundiertes Himmelslicht nach innen zu lenken. Aus diesem Grund wurden Oberlichtvorrichtungen mit einer Lichtverteilungsplatte anstatt einer Streuungsplatte entwickelt, doch auch in diesem Fall kann die Verteilung und die Intensität des Lichts nicht verändert oder frei angepasst werden.

Dementsprechend gibt es bei der herkömmlichen Vorrichtung, wenn die Verteilung oder Intensität des Lichts nicht verändert werden kann, nur einen Weg, nämlich die Lichtverteilungsplatte durch eine neue zu ersetzen. Es besteht daher ein weiteres Problem und zwar, dass risikoreiches Arbeiten in hoher Höhe erforderlich ist und Kosten für zusätzliche Lichtverteilungsplatten anfallen.

Weiters wird, wie z. B. in 82 gezeigt wird, ein herkömmliches Solarbeleuchtungssteuerungselement konfiguriert. In 82 kennzeichnet die Verweiszahl 501 eine flache Beleuchtungsprismenplatte, die einen Beleuchtungsabschnitt darstellt. Die Beleuchtungsprismenplatte 501 besitzt eine Vielzahl von dreieckigen Mikroprismenabschnitten 501a, die auf deren Unterseitenabschnitt ausgebildet sind, sowie Zähne (nicht dargestellt), die auf deren Außenumfangsabschnitt ausgebildet sind, um in die Zähne eines Zahnrads 503 einzugreifen, das später beschrieben wird. Die Verweiszahl 502 kennzeichnet einen Motor und 503 ein Zahnrad, um die Beleuchtungsprismenplatte 502 durch die Antriebskraft des Motors zu drehen. Die Verweiszahl 504 kennzeichnet eine Zentraleinheit (hierin im Nachstehenden als „CPU" bezeichnet), die sich aus einem Rechenoperationsspeichermittel wie ein Mikrocomputer oder dergleichen zusammensetzt. Die CPU 504 hat eine Speicherfunktion und eine Rechenoperationsfunktion. Die Verweiszahl 505 kennzeichnet eine Eingabevorrichtung für die CPU 504, 506 eine Verbindungswelle, um das Zahnrad 503 mit dem Motor 502 zu verbinden, und 507 und 508 jeweils Zuleitungsdrähte.

Bei der oben erwähnten Konfiguration werden Daten hinsichtlich jedes Datums und jedes Zeitpunkts sowie Anfangsdaten bezüglich der Höhe, des Azimut, etc. der Sonne zum jeweiligen Datum und Zeitpunkt durch die Eingabevorrichtung 505 in die CPU 504 eingegeben.

Die CPU 504 berechnet jede Stunde einen Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte 501, indem sie anhand der Anfangsdaten eine Rechenoperation durchführt und eine Anweisung für den Prismenwinkel an den Motor 502 weitergibt, um den Motor 502 zu betätigen, so dass die Beleuchtungsprismenplatte 501 durch das Zahnrad 503 gedreht wird, wodurch die Bewegung der Sonne verfolgt wird, so dass direktes Licht von der Sonne entsprechend gesammelt wird.

Da bei einem herkömmlichen Solarbeleuchtungssteuerungselement der vorher erwähnte strukturelle Nachteil besteht, dass eine lange Zeitdauer und hohe Kosten für die Dateneingabe erforderlich sind, wenn die Eingabevorrichtung mit genauen Daten, die an den Ort, an dem die Vorrichtung angebracht ist, angepasst sind, versorgt werden soll, werden im Vorhinein Standarddaten in der Eingabevorrichtung gespeichert, so dass die CPU ein Steuersignal berechnet, während das Sonnenlicht nur auf Basis der durch die Eingabevorrichtung eingegebenen Daten verfolgt wird.

Die Anfangsdaten der Eingabevorrichtung stimmen jedoch nicht mit sämtlichen Unterschieden in Zeitpunkt, Höhe und Azimut der Sonne überein, die durch den Unterschied des Orts, an dem das Solarbeleuchtungssteuerungselement angebracht wird, in Breite und Länge entstehen. Dementsprechend kommt es zu dem Problem, dass am festgesetzten Ort keine optimale Lichtsammlung für jeden Zeitpunkt erreicht werden kann. Darüber hinaus besteht das Problem, dass viel Zeit verbraucht wird, wenn die Steuerung durch die CPU auf Basis der für den festgesetzten Ort ungeeigneten Daten erfolgt.

Ein weiteres Problem liegt darin, dass die Beleuchtungsgenauigkeit nicht korrigiert werden kann, selbst wenn die Beleuchtungsgenauigkeit auf Basis der Anfangseingabedaten durch die Verschlechterung der physikalischen Eigenschaft der Beleuchtungsprismenplatte in der langfristigen Verwendung verschlechtert wird.

Ein weiteres herkömmliches Solarbeleuchtungssteuerungselement ist wie in den 83A, 83B und 83C gezeigt konfiguriert.

In 83A kennzeichnen die Verweiszahlen 611 und 612 eine erste bzw. zweite flache Beleuchtungsprismenplatte.

Die Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612 besitzen dreieckige Mikroprismenabschnitte 611a bzw. 612a, die, wie in 83B ersichtlich ist, auf deren Unterflächen ausgebildet sind.

Die Verweiszahlen 613 und 614 kennzeichnen Treiber zum Antreiben der Beleuchtungsprismenplatten 611 bzw. 612. Jeder der Treiber 613 und 614 besitzt beispielsweise einen Motor, ein Antriebszahnrad usw.

Die Verweiszahlen 615 und 616 kennzeichnen Steuerungselemente, um Steuerungssignale an die Treiber 613 bzw. 614 weiterzuleiten.

Die Verweiszahl 617 kennzeichnet einen Setzer, der den Steuerungselementen 615 und 616 Antriebsbefehle gibt, um jede Stunde die Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612 zu bestimmen.

Der Setzer 617 besteht daher z. B. aus einer CPU.

Daten bezüglich der Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612, um die Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612 entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne (hierin im Nachstehenden als „Position der Sonne" bezeichnet) zu jedem Datum und jeder Stunde zu optimieren, sind im vorhinein im Setzer 617 gespeichert.

Die herkömmliche Solarbeleuchtungsvorrichtung besteht aus den vorher angeführten Elemente 611 bis 617.

Elemente wie eine Stromzufuhr usw., die an dieser Vorrichtung angebracht sind, sind in den Abbildungen ausgelassen.

Das Solarbeleuchtungssteuerungselement zum Antreiben der herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtung wird unten mit Verweis auf 83C, die ein Ablaufdiagramm darstellt, beschrieben.

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, um ihren Betrieb (ST1) zu beginnen, werden Daten bezüglich der Position der Sonne zu jeder Stunde zum gegebenen Datum aus bereits im Setzer 617 gespeicherten Daten, in Verbindung mit einer im Setzer 617 (ST2) eingeschlossenen Uhr, abgelesen.

Die Antriebsbefehle auf Basis der wie oben beschrieben abgelesenen Daten (ST3) für die Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612 werden an die Steuerungselemente 615 bzw. 616 weitergegeben.

Die Beleuchtungsprismenplatten 611 und 612 werden dementsprechend durch zugehörige Treiber 613 und 614 gleichzeitig angetrieben, um die vom Setzer 617 geforderten Prismenwinkel auszubilden.

Dadurch sammelt die Solarbeleuchtungsvorrichtung immer Sonnenstrahlen in einer vorbestimmten Richtung, ungeachtet der Veränderung der Position der Sonne.

Beim Solarbeleuchtungssteuerungselement zum Antreiben der herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtung entstehen in der Praxis folgende Probleme:

  • (1) Da Beleuchtungsprismenplatten häufig gleichzeitig betätigt werden, besitzt das Steuerungselement den Vorzug, dass das Antreiben kontinuierlich gesteuert werden kann, d. h. die Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft kann verbessert werden. Hingegen steigen, da die Kapazität der Stromzufuhr erhöht wird, nicht nur die Kosten für das Steuerungselement sondern auch die vom Steuerungselement verbrauchte Menge an elektrischem Strom.
  • (2) Dementsprechend kann das Antriebsverfahren beim herkömmlichen Solarbeleuchtungssteuerungselement die Forderung nicht erfüllen, dass durch die Verringerung der Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft auf ein praktisch vernünftiges und zu rechtfertigendes Maß eine Reduktion der Kosten der Vorrichtung sowie der verbrauchten Menge an elektrischem Strom erzielt wird.

Weiters ist als herkömmliches Solarbeleuchtungssteuerungselement ein Ursprungspositionsdetektor wie z. B. in den 84A, 84B, 84C, 85A und 85B veranschaulicht konfiguriert.

In den 85A und 85B kennzeichnet die Verweiszahl 701 eine Beleuchtungsprismenplatte, die durch das Drehmoment eines Motors (nicht dargestellt) oder dergleichen gedreht wird, während sie durch einen nicht dargestellten Rotationshaltemechanismus horizontal gehalten wird.

Die Verweiszahl 702 kennzeichnet eine Lichtstrahlenblende, die auf dem Außenumfangsabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 701 bereitgestellt ist, so dass sie vorragt. Die Lichtstrahlenblende 702 ist in einer Bezugsposition angeordnet, die der Ursprungsposition der Beleuchtungsprismenplatte 701 entspricht.

Die Verweiszahl 703 kennzeichnet einen Lichtsensor. Wie in der detaillierten Struktur des Lichtsensors 703 in 84C gezeigt wird, ist eine Photodiode 705 als lichtemittierendes Element in einen unteren Beinabschnitt 704a eines C-förmigen Harzgehäuses eingeführt, und ein Phototransistor 706 als lichtaufnehmendes Element sowie eine elektrische Quelle dafür und dafür relevante Elemente werden in einen oberen Beinabschnitt 704b des Gehäuses 704 gegeben. Nachdem der optische Sensor 703 in einer Position angeordnet worden ist, in der die Lichtstrahlenblende 702 durch einen Bereich in einem Öffnungsabschnitt 704c des Gehäuses 704 verläuft, wenn sich die Beleuchtungsprismenplatte 701 dreht, wird der optische Sensor 703 auf einem Lagerelement (nicht dargestellt) befestigt.

Die Verweiszahlen 705a1 und 705a2 kennzeichnen Eingangsanschlüsse des optischen Sensors 703 (d. h. Eingangsanschlüsse der Photodiode 705) und 706a1 und 706a2 Ausgangsanschlüsse des optischen Sensors 703 (d. h. Ausgangsanschlüsse des Phototransistors 706 oder Ausgangsanschlüsse über andere dafür relevante Elemente). In der folgenden Beschreibung und in den 84A, 84B, 85A und 85B sind diese Eingangs- und Ausgangsanschlüsse als einzelne Linien 705a bzw. 706a dargestellt.

Bei der obigen Konfiguration wird, wenn dem Lichtsensor 703 durch den Eingangsanschluss 705a elektrischer Strom zugeführt wird, so dass z. B. einerseits Infrarotstrahlen von der Photodiode 705 zum Phototransistor 706 gesendet werden und andererseits die Beleuchtungsprismenplatte 701 gedreht wird, während sich durch den Rotationshaltemechanismus gehalten wird, zum Phototransistor ausgesendetes Licht durch die Lichtstrahlenblende 702 in einem in 84A dargestellten Zustand abgeschirmt. Als Ergebnis verändert sich die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen, so dass der Lichtsensor 703 ein EIN-Signal als ein Ursprungsdetektionssignal erzeugt. Wenn die Beleuchtungsprismenplatte 701 dann weiter gedreht wird, so dass sie sich aus der Ursprungsposition wegbewegt, wie in 84B gezeigt wird, wird das Abschirmen des Lichts durch die Lichtstrahlenblende 702 beendet, so dass wieder Licht zum Phototransistor 706 ausgesendet wird. Dadurch kehrt die Spannung zwischen den Ausgangsanschlüssen des Lichtsensors 703 wieder zu ihrem ursprünglichen Wert zurück, so dass der Lichtsensor 703 ein AUS-Signal erzeugt.

Beim Ursprungspositionsdetektor der Solarbeleuchtungsvorrichtung, der im herkömmlichen Solarbeleuchtungsteuerungselement eingesetzt wird, entstehen bei der vorher erwähnten Konfiguration die folgenden Probleme:

  • (1) Wenn ein Produktionsfehler bei der Beleuchtungsprismenplatte auftritt, kann es zu einem Spiel beim Halten der Beleuchtungsprismenplatte kommen. Andererseits ist die Beleuchtungsprismenplatte einer thermischen Ausdehnung und Kontraktion je nach Veränderung der Umgebungstemperatur im Betrieb ausgesetzt, so dass sich der Außendurchmesser der Beleuchtungsprismenplatte verändert.

    Wenn sich die Beleuchtungsprismenplatte 701 wie in 85A dargestellt thermisch ausdehnt, besteht das Risiko, dass die Lichstrahlenblende 702 die Innenwand des Öffnungsabschnitts 704c berührt, wodurch die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte sowie des Rotationshaltemechanismus gestört wird, wenn die Lichtstrahlenblende 702 durch den Öffnungsabschnitt 704c des Lichtsensors 703 verläuft, und dass die Rotation der Beleuchtungsprismenplatte 701 im schlimmsten Fall stoppt, wenn die Beleuchtungsprismenplatte 701 die Seitenwand des Gehäuses 704 berührt.

    Wenn sich die Beleuchtungsprismenplatte 701 andererseits wie in 85B dargestellt zusammenzieht, wird eine Situation herbeigeführt, in der die Beleuchtungsprismenplatte 701 durch einen Bereich an der Vorderseite des Öffnungsabschnitts 704c des Lichtsensors 703 verläuft.

    In beiden Fällen kann die Ursprungsposition durch den Lichtsensor 703 nicht detektiert werden, obwohl sich die Beleuchtungsprismenplatte 701 dreht und durch die Ursprungsposition verläuft.

    Das gleiche Phänomen wie oben beschrieben wurde entsteht auch, wenn ein Spiel beim Halten der Beleuchtungsprismenplatte auftritt.
  • (2) Als Gegenmaßnahme für obige Situation ist es vorstellbar, einen Lichtsensor mit einem Öffnungsbereich (Sensorschlitz) mit einer großen vertikalen Breite zu verwenden oder die Position der an der Beleuchtungsprismenplatte bereitgestellten Lichtblende entsprechend der Saison anzupassen. In ersterem Fall müssen die lichtemittierende Elementseite und die lichtaufnehmende Elementseite eingeschaltet sein. In letzterem Fall ist viel Arbeit und Zeit erforderlich. Und in beiden Fällen sind hohe Kosten damit verbunden.
  • (3) Weiters liegt die für den vorhandenen Lichtsensor tolerierbare Temperatur strukturell in einem Bereich von etwa 0°C bis etwa 60°C. Bei der Solarbeleuchtungsvorrichtung wird ein Temperaturanstieg auch durch die Benutzungsbedingung verursacht, dass die Beleuchtungsprismenplatte in einer Kuppel angeordnet ist. Dementsprechend wird die Temperatur des Abschnitts in dem der Lichtsensor angeordnet ist, auf bis zu etwa 100 °C im Sommer, der heißesten Saison, geschätzt. Bei der Solarbeleuchtungsvorrichtung besteht das Risiko, dass der Lichtsensor bei einer hohen Temperatur verwendet wird, die über dem zulässigen Temperaturbereich liegt.
  • (4) Wie oben beschrieben wurde, ist es bei der herkömmlichen Konfiguration schwierig, die Ursprungsposition der Beleuchtungsprismenplatte konstant und genau zu detektieren. Dementsprechend besteht das Risiko, dass die Beleuchtungseigenschaft der Solarbeleuchtungsvorrichtung instabil wird.

Die JP-A-6-110012 offenbart eine Solarbeleuchtungsvorrichtung, in der eine Beleuchtungsprismenplatte drehbar in einer Beleuchtungsposition gehalten wird und durch einen Treiber/Halter angetrieben und bewegt wird. Der Prismenwinkel ist der Azimut der Sonne. In der JP-A-6-110012 ist es das Ziel einen maximalen Transmissionsgrad zu erhalten, indem die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass das übertragene Licht durch eine betriebsunfähige Fläche abgeblockt wird, und die Drehung der Prismenplatte wird dementsprechend gesteuert.

Die JP-A-180217/86 offenbart eine Solarbeleuchtungsvorrichtung, in der ein Paar Prismenplatten mit einem vorbestimmten Zwischenabstand gestapelt sind und zumindest eine der Platten gedreht wird, um einen Nachführeffekt zu erhalten.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Solarbeleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, in der eine Beleuchtungsprismenplatte drehbar in einem Beleuchtungsabschnitt angeordnet ist, wobei die Beleuchtungsprismenplatte von einem Treiber/Halter angetrieben und gehalten wird, und der Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte entsprechend einer Höhe und einem Azimut der Sonne gesteuert wird, so dass das von der Beleuchtungsprismenplatte gebrochene Sonnenlicht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird (Vorrichtung des in der JP-A-6-110012 oder in der JP-A-180217/86 offenbarten Typs), dadurch gekennzeichnet, dass:

der Treiber/Halter umfasst:

ein Antriebsmittel mit einer Antriebswalze, um die Beleuchtungsprismenplatte auf Basis eines vorbestimmten Steuerbefehls entsprechend der Höhe und des Azimuts der Sonne zu drehen;

ein Druckmittel, um auf die Beleuchtungsprismenplatte von einer Seite elastisch Druck auszuüben; sowie

ein Lagermittel, um die Beleuchtungsprismenplatte von einer dem Druckmittel gegenüberliegenden Seite aus drehbar zu lagern.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Solarbeleuchtungsvorrichtung bereitgestellt, bei der eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten in einem Beleuchtungsabschnitt drehbar angeordnet und in vorbestimmten Intervallen beabstandet sind, wobei jede Beleuchtungsprismenplatte von einem Treiber/Halter angetrieben und gehalten wird, und der Prismenwinkel einer jeden der Beleuchtungsprismenplatten entsprechend einer Höhe und einem Azimut der Sonne gesteuert wird, so dass das von jeder Beleuchtungsprismenplatte gebrochene Sonnenlicht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird (Vorrichtung des in der JP-A-110012 oder in der JP-A-180217/86 offenbarten Typs), dadurch gekennzeichnet, dass

der Treiber/Halter umfasst:

ein Antriebsmittel mit einer Antriebswalze, um jede der Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten auf Basis eines vorbestimmten Steuerbefehls zu drehen, der der Höhe und dem Azimut der Sonne entspricht;

ein Druckmittel, um auf die Beleuchtungsprismenplatte von einer Seite elastisch Druck auszuüben; sowie

ein Lagermittel, um jede der Beleuchtungsprismenplatten von einer dem Druckmittel gegenüberliegenden Seite aus drehbar zu lagern.

Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich eine Solarbeleuchtungsvorrichtung mit hervorragender Beleuchtungseffizienz herzustellen, in der ein vorbestimmter optischer Zustand für eine Beleuchtungsprismenplatte so festgesetzt ist, dass das Sonnenlicht entsprechend der Veränderung der Höhe der Sonne im Laufe des Jahrs geeignet verfolgt wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch, dass eine Solarbeleuchtungsvorrichtung bereitgestellt wird, bei der die Streuung der austretenden Lichtstrahlen verringert werden kann.

Bei der vorliegenden Erfindung kann zudem die Wahrscheinlichkeit, dass das übertragene Licht durch eine funktionsunfähige Fläche einer flachen Beleuchtungsprismenplatte abgeblockt wird, verringert werden, so dass die Gesamtübertragungseffizienz im Beleuchtungsabschnitt verbessert werden kann.

Die vorliegende Erfindung besitzt den Vorteil, dass die Beleuchtung über einen langen Zeitraum während des Jahres erfolgen kann und in diesem Zeitraum die Bearbeitungseigenschaft und die Wetterbeständigkeit verbessert werden können. Darüber hinaus kann die Reflexion von Licht von der Oberfläche einer Beleuchtungsprismenplatte verringert werden, so dass die Menge an übertragenem Licht gesteigert werden kann.

Die Solarbeleuchtungsvorrichtung besitzt einen Halter, um eine Beleuchtungsprismenplatte ungeachtet der durch die Wärmeausdehnung verursachten Deformation stabil zu halten.

Die vorliegende Erfindung kann durch eine Solarbeleuchtungsvorrichtung in Oberlicht-Form ausgeführt werden, bei der das Sonnenlicht nach der Position der Sonne verfolgt wird, so dass nicht nur eine optimale Beleuchtung erzielt wird sondern auch die Lichtstreuungseigenschaft frei verändert wird.

Durch die vorliegende Erfindung kann die Ursprungsposition der Beleuchtungsprismenplatte konstant und genau detektiert werden. Zudem kann eine Korrektur entsprechend der Verringerung der optischen Eigenschaft einer Beleuchtungsprismenplatte durch die langfristige Verwendung vorgenommen werden. Durch die Senkung der Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft auf ein praktisch vernünftiges Ausmaß können auch die Kosten für die Vorrichtung sowie die verbrauchte elektrische Energie verringert werden.

Wenn zwei – eine erste und eine zweite – Beleuchtungsprismenplatten als Beleuchtungsprismenplatten verwendet werden, kann die durch jeden der folgenden Ausdrücke (1) und (2) angegebene Bedingung erfüllt sein: (|&thgr;H| + |&thgr;L|)/2 ≥ (90° – &thgr;&agr;) (1) |&thgr;H| = |&thgr;L| (2) worin &thgr;L den Maximalhöhen-Einfallslicht-Austrittswinkel zwischen dem austretenden Licht und der Normalen darstellt, wenn die tatsächlichen Lichtstrahlen beim niedrigsten Stand der Sonne aus der ersten Prismenplatte austreten, &thgr;H den Maximalhöhen-Einfallslicht-Austrittswinkel zwischen dem austretenden Licht und der Normalen darstellt, wenn die Lichtstrahlen beim höchsten Stand der Sonne austreten, und &thgr;&agr; den zulässigen Einfallswinkelbereich angibt, in dem die zweite Beleuchtungsprismenplatte gesteuert werden kann.

Vorzugsweise sind auf einer oder jeder der ersten und zweiten Beleuchtungsprismenplatten Mikroprismenabschnitte ausgebildet, um einer Einfallsfläche der Beleuchtungsprismenplatte in der Richtung der einfallenden Lichtstrahlen gegenüber zu liegen.

Die Mikroprismenabschnitte sind vorzugsweise auf dem unteren Flächenabschnitt jeder Beleuchtungsprismenplatte ausgebildet. Ein Verschiebungsabstand S ist zwischen einem Endabschnitt von funktionsunfähigen Flächen der Mikroprismenabschnitte einer Beleuchtungsprismenplatte und einem Endabschnitt von funktionsunfähigen Flächen der Mikroprismenabschnitte der anderen Beleuchtungsprismenplatte bereitgestellt. Der Verschiebungsabstand S wird in einem Bereich von O < S < P (P: Prismenabstand) festgelegt, so dass der Transmissionsgrad maximiert wird.

Der funktionsunfähige Flächenwinkel &agr; jedes Mikroprismenabschnitts zumindest einer der Beleuchtungsprismenplatten erfüllt vorzugsweise die folgenden Bedingungen: 90° < &agr; ≤ &thgr;e (3) &thgr;h ≤ &agr; ≤ &thgr;e (4) worin &thgr;e den Austrittswinkel der Beleuchtungsprismenplatte beim niedrigsten Stand der Sonne angibt, und &thgr;h den Austrittswinkel der Beleuchtungsprismenplatte beim höchsten Stand der Sonne darstellt.

Vorzugsweise wird zumindest eine Beleuchtungsprismenplatte aus einem Material mit einer anderen Abbe-Zahl unter die Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten, die im Beleuchtungsabschnitt angeordnet sind, gemischt.

Für eine Kombination an Beleuchtungsprismenplatten wird vorzugsweise ein Element ausgewählt aus der aus Polymethylmethacrylat, Polymethylpenten, Norbornenharz und amorphem Polyolefin bestehenden Gruppe für eine Beleuchtungsprismenplatte und Polycarbonat für eine andere Beleuchtungsprismenplatte verwendet.

Vorzugsweise wird ein stark brechendes Material wie Polycarbonat, das eine hervorragende Bearbeitungseigenschaft und Wetterbeständigkeit aufweist, als Material für die Beleuchtungsprismenplatten herangezogen.

Um die Oberflächenreflexion von Lichtstrahlen zu verhindern, ist jede Beleuchtungsprismenplatte mit zumindest einer Schicht eines Fluor-artigen Antireflexionsfilms mit einer einheitlichen Dicke überzogen.

Das Druckmittel besteht vorzugsweise in zumindest einer Druckwalze, um durch die elastische Kraft einer Feder, die an einem feststehenden Abschnitt abgestützt ist, von einer Seite Druck auf die Beleuchtungsprismenplatte auf die Beleuchtungsprismenplatte auszuüben. Das Druckmittel setzt sich vorzugsweise aus zumindest einem Paar an angetriebenen Walzen zusammen, die in Positionen gegenüber der Druckwalze angeordnet sind und sich gemeinsam mit der Drehung der Beleuchtungsprismenplatte drehen, während sie die vorbestimmten Positionen beibehalten, wodurch die Druckkraft der Druckwalze unterstützt wird.

Das Antriebsmittel besitzt vorzugsweise einen Motor, um der Antriebswalze direkt oder indirekt Rotationskraft zu verleihen, einen Sonnenlicht-Zustandsdetektor, um den Zustand der Bewegung der Sonne wie Höhe, Azimut, etc. der Sonne zu detektieren, sowie einen Setzer wie z. B. einen Mikrocomputer oder dergleichen, um ein Signal vom Sonnenlicht-Zustandsdetektor zu empfangen und dem Motor einen Steuerbefehl zu geben.

Zudem kann das Antriebsmittel ein erstes Drehmoment-Übertragungsmittel wie ein Zahnrad oder dergleichen, das am Außenumfang der Antriebswalze vorgesehen ist, und ein zweites Drehmoment-Übertragungsmittel wie ein Zahnrad oder dergleichen aufweisen, das am Außenumfang der Beleuchtungsprismenplatte oder am Außenumfang eines konzentrischen angeordnet ist, der mit der Beleuchtungsprismenplatte vereint ist, um einen durch das erste Drehmoment-Übertragungsmittel übertragenen Drehmoment aufzunehmen, so dass die Beleuchtungsprismenplatte auf Basis des an das Antriebsmittel weitergeleiteten Steuerbefehls angetrieben wird.

In diesem Fall wird die Beleuchtungsprismenplatte vorzugsweise durch eine Vielzahl von Halteplatten aus transparentem Harz gehalten.

Die Halteplatten sind hierbei vorzugsweise durch Einsatz- oder Stoparmaturen, die getrennt bereitgestellt sind, frei auf einem Metalldrehring befestigt, so dass Unterschiede in der Dehnung/Kontraktion aufgrund von Wärmeausdehnungskoeffizienten der Halteplatten und der Beleuchtungsprismenplatten absorbiert werden können.

Vorzugsweise umfasst die Solarbeleuchtungsvorrichtung für ein Oberlicht ein Beleuchtungsmittel, um entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne sowie der Richtung der Lichtstrahlen, die sich zu jedem Zeitpunkt in Bezug auf ein Oberlicht zum nach innen Führen von Himmelslicht verändert, wobei das Beleuchtungsmittel so ausgebildet ist, dass eine Beleuchtungsprismenplatte oder eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten in Intervallen mit einem vorbestimmten Abstand nach oben und nach unten angeordnet sind und die Beleuchtungsprismenplatte(n) gedreht wird, um dadurch eine optimalen Lichteinfall entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne zu erhalten.

In diesem Fall wird, wenn die Raumlichtverteilung ausgewählt werden soll, eine Lichtverteilungsplatte in der nach außen gerichteten Seite des Beleuchtungsmittels angeordnet, so dass die Lichtstreuung durch Steuerung der Flüssigkristallausrichtung in einem Lichtaustrittsabschnitt an der nach innen gerichteten Seite verändert wird.

Um die Ursprungsposition in der Solarbeleuchtungsvorrichtung zu detektieren, kann die Solarbeleuchtungsvorrichtung weiters über eine Ursprungswalze verfügen, die als Ursprung der Beleuchtungsprismenplatte an einer Bezugsposition des äußeren Umfangsabschnitts bereitgestellt ist, oder über eine Ursprungswalze, die als Ursprung der Beleuchtungsprismenplatte an einer Bezugsposition des Außenumfangsabschnitts eines Drehrings vorgesehen ist, wenn der Drehring einstückig auf dem Außenumfang der Beleuchtungsprissmenplatte bereitgestellt ist, um konzentrisch mit der Beleuchtungsprismenplatte zu sein, sowie einen mechanischen Mikroschalter, in dem ein Kontakt ausgebildet ist, der durch die Ursprungswalze im Rotationsort der Beleuchtungsprismenplatte betätigt werden kann oder der Rotationsring ist im Ort angeordnet, und ein Prismen/Ringposition-Antriebsmittel zum Tragen einer Prismen/Ringposition-Detektionswalze, die den Außenumfang der Beleuchtungsprismenplatte oder den Außenumfang des Drehrings berührt und sich zusammen mit der Rotation der Beleuchtungsprismenplatte oder des Drehrings dreht, während der Rotationsort der Beleuchtungsprismenplatte oder des Drehrings verfolgt wird, und zum Tragen des Mikroschalters, um die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt des Mikroschalters und der Ursprungswalze zu verfolgen.

Das Solarbeleuchtungssteuerungselement zum Steuern der Solarbeleuchtungsvorrichtung kann zudem eine Zentraleinheit einschließlich eines Solarpositionsdetektors zum Detektieren der Höhe und des Azimut der Sonne zu jedem Zeitpunkt an einem Ort, an dem die Solarbeleuchtungsvorrichtung angebracht ist, und ein Rechenoperationsspeichermittel wie einen Mikrocomputer oder dergleichen einschließen, worin ein Solarpositionssignal, das die Höhe und den Azimut der Sonne zu jedem Zeitpunkt enthält, vom Solarpositionsdetektor an die Zentraleinheit weitergeleitet und einer arithmetischen Verarbeitung in der Zentraleinheit unterzogen, damit die Zentraleinheit einen notwendigen Rotationsbefehl ausgibt, um eine Rotationssteuerung durchzuführen, durch die die Beleuchtungsvorrichtung entsprechend der Position der Sonne in einer optimalen Position angeordnet wird.

Darüber hinaus kann das Solarbeleuchtungssteuerungselement einen Setzer einschließlich eines Rechenoperationssteuerungsmittels wie einen Mikrocomputer oder dergleichen sowie eine Zeitmessfunktion umfassen, die zumindest das Datum und die Zeit erfassen kann, wobei die Solarpositionsdaten jede Stunde in Verbindung mit der Zeitmessfunktion in den Setzer eingelesen werden, um dadurch den Prismenwinkel der wie oben beschrieben angetriebenen Beleuchtungsprismenplatte festzusetzen.

Das Solarbeleuchtungssteuerungselement kann weiters einen Sonnenlicht-Beleuchtungszustanddetektor umfassen, der gegenüber der Beleuchtungsprismenplatte angeordnet ist, worin: das Ausgangssignal des Beleuchtungszustanddetektors an die Zentraleinheit oder das Rechenoperationsspeichermittel übertragen wird, die arithmetische Verarbeitung in der Zentraleinheit oder dem Rechenoperationsspeichermittel durchgeführt wird, und ein korrigierter Rotationsbefehl von der Zentraleinheit oder dem Rechenoperationsspeichermittel ausgegeben wird, um dadurch die Rotation der Beleuchtungsprismenplatte zu steuern; um einen optimalen Prismenwinkel entsprechend der Position der Sonne zu erhalten.

Beim Solarbeleuchtungssteuerungselement kann ein Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsverfahren so ausgeführt werden, dass die Beleuchtungsprismenplatten in einer vorbestimmten Reihenfolge abwechselnd und intermittierend betätigt werden, so dass jede Stunde die optimalen Prismenwinkel entsprechend der Position der Sonne erhalten werden.

Beim Solarbeleuchtungssteuerungselement kann zudem, wenn ein Durchlauf eines Antriebsvorgangs durch die Schritte des intermittierenden Betätigen der jeweiligen Beleuchtungsprismenplatte abgeschlossen ist, ein vorbestimmter Wartezeitraum vorgesehen sein, bevor der Antriebsvorgang der vorhergehenden Schritte wiederholt wird.

Die Antriebselemente, wie Motoren oder dergleichen, die beim Solarbeleuchtungssteuerungselement als Bestandteile des Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsmittels vorgesehen sind, können auch als gemeinsame Antriebselemente in geringerer Zahl als die Anzahl der Beleuchtungsprismenplatten bereitgestellt sein, so dass die gemeinsamen Antriebselemente durch Schaltmittel gemeinsam für eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten verwendet werden.

In den Abbildungen:

zeigen die 1A bis 1D eine Ausführungsform 1-1 der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine schematische Vorderansicht der Basiskonfiguration davon ist, die 1B und 1C Ansichten zur Erklärung sind, die den Minimalhöhen-Lichtstrahleneinfall-Austrittswinkel &thgr;L bzw. den Maximalhöhen-Lichtstrahleneinfall-Austrittswinkel &thgr;H veranschaulichen, und 1D eine Ansicht zur Erklärung ist, die einen zulässigen Einfallswinkelbereich &thgr;&agr; zeigt;

ist 2 eine Tabelle, die die Versuchsergebnisse (optische Eigenschaft) für die Spezifikationen der Beleuchtungsprismenplatten in der Ausführungsform 1-1 der vorliegenden Erfindung anführt;

sind die 3A und 3B Vorderansichten eines wichtigen Teils der Ausführungsform 1-2 der vorliegenden Erfindung;

ist 4 eine Tabelle, die die optischen Eigenschaften der Konfiguration aus 3A anführt;

ist 5 eine Vorderansicht, die die Basiskonfiguration einer Beleuchtungsvorrichtung mit einer Vielzahl an Beleuchtungsprismenplatten darstellt, wobei die Ansicht für die Erklärung der Ausführungsformen 2-1 bis 2-4 der vorliegenden. Erfindung und eines Vergleichsbeispiels verwendet wird;

sind die 6A und 6B Tabellen, in denen die Bedingungen für die Ausführungsform 2-1 der vorliegenden Erfindung angeführt sind, wobei 6A die Form der Beleuchtungsprismenplatten erläutert und die 6B die Streuung entsprechend der Sonnenhöhe im Fall von 6A;

sind die 7A und 7B Tabellen, in denen die Bedingungen für die Ausführungsform 2-2 der vorliegenden Erfindung angeführt sind, wobei 7A die Form der Beleuchtungsprismenplatten erläutert und die 7B die Streuung entsprechend der Sonnenhöhe im Fall von 7A;

sind die 8A und 8B Tabellen, in denen die Bedingungen für die Ausführungsform 2-3 der vorliegenden Erfindung angeführt sind, wobei 8A die Form der Beleuchtungsprismenplatten erläutert und die 8B die Streuung entsprechend der Sonnenhöhe im Fall von 8A;

sind die 9A und 96B Tabellen, in denen die Bedingungen für die Ausführungsform 2-4 der vorliegenden Erfindung angeführt sind, wobei 9A die Form der Beleuchtungsprismenplatten erläutert und die 9B die Streuung entsprechend der Sonnenhöhe im Fall von 9A;

sind die 10A und 10B Tabellen, in denen die Bedingungen für ein Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung angeführt sind, wobei 10A die Form der Beleuchtungsprismenplatten erläutert und die 10B die Streuung entsprechend der Sonnenhöhe im Fall von 10A;

ist 11 eine Vorderansicht eines wichtigen Teils der Ausführungsform 3-1 der vorliegenden Erfindung;

ist 12 eine Vorderansicht eines wichtigen Teils der Ausführungsform 3-2 der vorliegenden Erfindung;

ist 13 eine Vorderansicht eines wichtigen Teils der Ausführungsform 3-3 der vorliegenden Erfindung;

ist 14 ein charakteristischer Graph der Gesamttransmissionsgrads und der Sonnenhöhe, um die Eigenschaften des Stands der Technik und der Ausführungsformen 3-2 und 3-3 der vorliegenden Erfindung zu vergleichen;

ist 15 eine Vorderansicht, die eine schematische Konfiguration einer ersten und einer zweiten Beleuchtungsprismenplatte zeigt, die einen Beleuchtungsabschnitt in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung darstellen;

sind die 16 und 17 vergrößerte Vorderansichten eines wichtigen Teils einer Beleuchtungsprismenplatte in Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

ist 18 eine Tabelle, die die Öffnungswinkel der ersten und der zweiten Beleuchtungsprismenplatte vergleicht, wenn der Beleuchtungsabschnitt durch ein herkömmliches Beleuchtungsprismenplattenmaterial (PMMA) und durch ein Beleuchtungsprismenplattenmaterial (PC) der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;

ist 19 eine Ansicht zur Erklärung, die den Zustand von durch eine Beleuchtungsprismenplatte 4 der vorliegenden Erfindung übertragenem Sonnenlicht darstellt, wenn der Öffnungswinkel der Beleuchtungsprismenplatte &thgr;T1 ist;

ist 20 eine Ansicht zur Erklärung, die den Zustand von durch eine Beleuchtungsprismenplatte 4 der vorliegenden Erfindung übertragenem Sonnelicht darstellt, wenn der Öffnungswinkel der Beleuchtungsprismenplatte &thgr;T2 ist;

ist 21 eine charakteristisch Ansicht, die die Beziehung zwischen Einfallswinkel, Beugungswinkel (Stärke der Brechungskraft), etc. beim Eintritt/Austritt von Sonnenlicht in/aus einer Beleuchtungsprismenplatte der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

ist 22 ein charakteristischer Graph, der die Beziehung zwischen Einfallswinkelbereich und Beugungswinkel (Mittelwert) veranschaulicht, wobei der Öffnungswinkel der Beleuchtungsprismenplatte als Parameter dient, wenn das Sonnenlicht in die Beleuchtungsprismenplatte der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung eintritt und aus dieser austritt;

ist 23 eine schematische Ansicht zur Erklärung, die eine Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 24 eine Ansicht zur Erklärung der Lichtreflexion in Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

ist 25 eine graphische Darstellung der Ergebnisse der Berechnung der Oberflächenreflexion aufgrund der Oberflächenreflexionssimulation in der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

ist 26 eine graphische Darstellung der Messergebnisse des Transmissionsgrads der Beleuchtungsprismenplatte in der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

ist 27 eine Draufsicht, die eine Beleuchtungsprismenplatten-Treiber/Halter der Ausführungsform 6-1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 28 eine Draufsicht, die einen wichtigen Teil des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 29 eine Draufsicht, die eine wichtigen Teil des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 30 eine Draufsicht, die einen wichtigen Teil des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-41 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 31 eine Vorderansicht eines wichtigen Teils des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters, die eine modifzierte Ausführungsform in Bezug auf die Ausführungsformen 6-1 bis 6-4 der vorliegenden Erfindung zeigt;

zeigen die 32 bis 34B die Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung als eine Ausführungsform des Beleuchtungsprismenplattenhalters in der Solarbeleuchtungsvorrichtung, wobei 32 eine Draufsicht, 33 eine Vorderansicht von 32, 34A eine vergrößerte Vorderansicht eines Endabschnitts von 33 und 34B eine vergrößerte Vorderansicht des Abschnitts XXXIV von 33 ist;

ist 35 eine Schnittansicht der Solarbeleuchtungsvorrichtung aus Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

sind die 36 und 37 perspektivische Ansichten eines wichtigen Teils, der die theoretische Grundlage der Solarbeleuchtungsvorrichtung gemäß der Ausführungsformen 8-1 bis 8-3 veranschaulicht;

ist 38A eine Vorderansicht, die eine Versuchsanordnung zum Durchführen eines grundlegenden Experiments bezüglich der Konfiguration der Ausführungsform 8-1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 38B eine Tabelle, in der die Ergebnisse des Experiments angeführt sind;

ist 39 eine Vorderansicht, die eine Versuchsanordnung zum Durchführen eines grundlegenden Experiments bezüglich der Konfiguration der Ausführungsform 8-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 40 ein charakteristischer Graph, der die Ergebnisse des Experiments mit der Anordnung aus 39 bei der Ausführungsform 8-2 der vorliegenden Erfindung darstellt;

ist 41 eine Vorderansicht, die eine Versuchsanordnung zum Durchführen eines grundlegenden Experiments bezüglich der Konfiguration der Ausführungsform 8-3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 42 ein charakteristischer Graph, der die Ergebnisse des Experiments mit der Anordnung aus 41 bei der Ausführungsform 8-2 der vorliegenden Erfindung darstellt;

ist 43 eine Vorderansicht, die die Konfiguration der Ausführungsform 8-1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 44 eine Vorderansicht, die die Konfiguration der Ausführungsform 8-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 45 eine Vorderansicht, die die Konfiguration der Ausführungsform 8-3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

zeigen die 46A bis 46C die Ausführungsform 9-1 der vorliegenden Erfindung, wobei 46A eine Gesamtperspektive, 46B eine vertikale Schnittansicht und 46C eine horizontale Schnittansicht ist;

ist 47 eine vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen Teil des Lichtsensors der Ausführungsform 9-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 48 eine vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen Teil des Lichtsensors der Ausführungsform 9-3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 49 eine vertikale Schnittansicht, die einen wichtigen Teil des Lichtsensors der Ausführungsform 9-4 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 50 eine schematische Konfigurationsansicht einschließlich einer Steuerungsschaltung der Ausführungsform 10-1 der vorliegenden Erfindung;

ist 51 eine schematische Konfigurationsansicht, die die Konfiguration eines Sonnenpositionsdetektors zeigt, der in der Vorrichtung von Ausführungsform 10-1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

ist 52 eine schematische Konfigurationsansicht einschließlich einer Steuerungsschaltung der Ausführungsform 10-2 der vorliegenden Erfindung;

ist 53 ein Ablaufdiagramm, das das Betreiben der Ausführungsform 10-2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

ist 54 eine schematische Konfigurationsansicht einschließlich einer Steuerungsschaltung der Ausführungsform 10-3 der vorliegenden Erfindung;

ist 55 ein Ablaufdiagramm, das das Betreiben der Ausführungsform 10-3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

ist 56 eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform 11-1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 56 eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform 11-1 der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei sich die Konfiguration der 57 von der in 56 hinsichtlich der Befestigung des Lichtsensors unterscheidet;

sind die 58A bis 58C Draufsichten eines wichtigen Teils, um den theoretischen Betrieb der Ausführungsform 11-1 der vorliegenden Erfindung zu erklären;

ist 59 eine Ansicht, um die Theorie der Berechnung der Höhe hp in einer Zwischenposition P des Schirms in Ausführungsform 11-1 der vorliegenden Erfindung erklärt;

ist 60 eine Ansicht zur Erklärung der Berechnungtherorie des Winkels &ohgr;1 der optischen Achse durch Verwendung des Schirms der Ausführungsform 11-1 der gegenständlichen Erfindung;

ist 61 ein Ablaufdiagramm, das den Steuerungsvorgang in der Ausführungsform 1 1-1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;

ist 62 eine Draufsicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform 11-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 63 eine Vorderansicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform 11-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 64 eine Draufsicht eines wichtigen Teils, um den theoretischen Betrieb der Ausführungsform 11-2 gemäß der vorliegenden Erfindung zu erklären;

ist 65 ein Ablaufdiagramm, das den Steuerungsvorgang gemäß der Ausführungsform 11-2 der vorliegenden Erfindung darstellt;

ist 66A eine schematische Vorderansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer ersten Solarbeleuchtungsvorrichtung einschließlich einer Antriebsschaltung zeigt, in der die Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsverfahren der Ausführungsformen 12-1 bis 12-4 der vorliegenden Erfindung angewendet werden, und 66B eine vergrößerte Vorderansicht eines wichtigen Teils der Beleuchtungsprismenplatte;

ist 67 eine schematische Vorderansicht, die ein Konfigurationsbeispiel einer zweiten Solarbeleuchtungsvorrichtung einschließlich einer Antriebsschaltung zeigt, in der die Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsverfahren der Ausführungsformen 12-1 bis 12-4 der vorliegenden Erfindung angewendet werden;

ist 68 ein Ablaufdiagramm, das das erste Antriebsverfahren in der Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 12-1 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 69 ein Ablaufdiagramm, der Hauptteil des zweiten Antriebsverfahrens in der Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 12-2 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 70 ein Ablaufdiagramm, der Hauptteil des dritten Antriebsverfahrens in der Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 12-3 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 71 ein Ablaufdiagramm, der Hauptteil des vierten Antriebsverfahrens in der Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 12-4 der vorliegenden Erfindung zeigt;

ist 72 eine perspektivische Ansicht, die die Anordnung eines Ringposition-Antriebshebels, eines Mikroschalters und dafür relevanter Teile darstellt, die den Ursprungsdetektor der Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung ausbilden;

ist 73A eine perspektivische Ansicht, die den Anordnungszustand der Ursprungswalze der Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung darstellt, und 73B eine perspektivische Ansicht in Einzelteilen, die die Konfiguration der Montagearmaturen veranschaulicht;

zeigen die 74A bis 74C ein Konfigurationsbeispiel des Ursprungsdetektors der Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung, wobei 74A eine Draufsicht eines Hauptteils ist, die einen Zustand vor der Detektion der Ursprungsposition zeigt, 74B eine Draufsicht eines Hauptteils ist, die einen Zustand zum Zeitpunkt der Detektion der Ursprungsposition zeigt, und 74C eine Draufsicht eines Hauptteils ist, die einen Zustand nach der Detektion der Ursprungsposition zeigt;

ist 75 eine Draufsicht, die die Gesamtkonfiguration der Solarbeleuchtungsvorrichtung zeigt, in der der Ursprungspositionsdetektor der Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

ist 76A eine Draufsicht eines wichtigen Teils, die die Ausführungsform 13-2 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 76B eine Draufsicht eines wichtigen Teils der Ausführungsform 13-3 der vorliegenden Erfindung;

zeigen die 77A bis 77C die Konfiguration eines wichtigen Teils der Ausführungsform 13-4 der vorliegenden Erfindung, wobei 77A eine perspektivische Ansicht, 77B eine Vorderansicht und 77C eine perspektivische Schnittansicht der Beleuchtungsprismenplatte ist;

ist 78 eine Ansicht, die die Konfigurationen der Solarbeleuchtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik und gemäß einer Ersatztechnik der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt;

sind die 79A und 79B Ansichten, die ein Konfigurationsbeispiel einer herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtung zeigen;

ist 80 eine Vorderansicht eines wichtigen Teils einer herkömmlichen Vorrichtung, um die Konfiguration der Prismenplatten und deren Probleme zu erklären;

ist 81 eine Vorderansicht, die die Konfiguration einer herkömmlichen Oberlichtvorrichtung veranschaulicht;

ist 82 eine schematische Konfigurationsansicht einer herkömmlichen Solarbeleuchtungsvorrichtung einschließlich einer Steuerungsschaltung;

sind die 83A bis 83C Ansichten, die eine herkömmliche Vorrichtung veranschaulichen, wobei 83A eine schematische Vorderansicht ist, die ein Konfigurationsbeispiel einer Solarbeleuchtungsvorrichtung einschließlich einer Antriebsschaltung darstellt, in der ein Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsverfahren verwendet wird, 83B eine vergrößerte Vorderansicht eines wichtigen Teils eine Beleuchtungsprismenplatte und 83C ein Übersichtsdiagramm ist, das das Antriebsverfahren der Solarbeleuchtungsvorrichtung zeigt;

sind die 84A bis 84C Ansichten, die ein Beispiel einer herkömmlichen Vorrichtung zeigen, wobei die 84A und 84B perspektivische Ansichten sind, die Zustände zum Zeitpunkt der Detektion der Ursprungsposition bzw. nach der Detektion der Ursprungsposition veranschaulichen, und die 84C eine perspektivische Ansicht der detaillierten Konfiguration des Lichtsensors ist; und

die 85A und 85B Ansichten, die eine herkömmliche Vorrichtung darstellen, wobei die 85A den Fall veranschaulicht, wenn der Außendurchmesser der Beleuchtungsprismenplatte aufgrund der Wärmeausdehnung vergrößert ist, und die 85B den Fall darstellt, wenn sich die Beleuchtungsprismenplatte zusammenzieht.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, die sich auf die Bedingungen für die Verbesserung der Beleuchtungseffizienz der in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatten bezieht, wird untenstehend als Ausführungsformen 1-1 und 1-2 mit Verweis auf die 1A bis 1D, 2, 3A und 3B sowie 4 beschrieben.

(Ausführungsform 1-1)

Die 1A bis 1D zeigen die Ausführungsform 1 mit einer Basiskonfiguration, in der zwei flache Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2 wie in 1A dargestellt in einem vorbestimmten Abstand nach oben und nach unten angeordnet sind, um durch Motoren M1 und M2 auf Basis eines Signals der Zentraleinheit 3 (hierin nachstehend als „CPU" bezeichnet), wie z. B. ein Mikrocomputer oder dergleichen, gedreht werden zu können.

Die grundlegende Anforderung eines optischen Systems, das aus diesen Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2 besteht, wird wie folgt bereitgestellt:

Obwohl der Einfachheit halber nicht in jeder der Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2 der 1A Prismenvertiefungen dargestellt sind, sind die in den 1B bis 1D dargestellten Prismenvertiefungen auf den zweiten Oberflächen der jeweiligen Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2 bereitgestellt, um Mikroprismenabschnitte PA1 und PA2 auszubilden.

In den 1B bis 1D sind &thgr;T1 und &thgr;T2 vertikale Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 1 bzw. 2.

Das heißt, die Einstellanforderung des optischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch den Ausdruck (|&thgr;H| + |&thgr;L|)/2 ≥ (90° – &thgr;&agr;) (1) angegeben, wobei &thgr;L den Winkel zwischen dem austretenden Licht und der Normalen der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 darstellt, wenn die Sonne wie in 1B (ein Austrittswinkel des Lichteinfalls in der niedrigsten Position) ersichtlich in einer niedrigen Höhe steht, &thgr;H einen Winkel zwischen dem austretenden Licht und der Normalen der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 darstellt, wenn die Sonne wie in 1C (ein Austrittswinkel des Lichteinfalls in der höchsten Position) ersichtlich in einer hohen Höhe steht, und &thgr;&agr; einen zulässigen Einfallswinkelbereich anzeigt, der eine Steuerung der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 2 wie in 1D veranschaulicht ermöglicht.

Eine ideale Bedingung ist insbesondere dann erfüllt, wenn die Anforderung so gewählt ist, dass die Werte &thgr;H und &thgr;L die folgende Gleichung erfüllen: |&thgr;H| = |&thgr;L| (2)

Bei der Solarbeleuchtungsvorrichtung, die anhand der vorhergehend erwähnten grundlegenden Anforderungen konfiguriert worden ist, wird das Einfallslicht in jedem der Fälle niedriger und hoher Höhen der Sonne, wie in den 1B und 1C gezeigt, gesteuert, um im Wesentlichen senkrecht zu den Prismenvertiefungen angeordnet zu sein, indem die jeweiligen Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2 entsprechend der Höhe der Sonne gedreht werden, so dass das aus der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 austretende Licht so gesteuert werden kann, dass es gesamt als aus der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 2 austretendes Licht verwendet werden kann, um eine optimale Raumbeleuchtung zu erhalten.

In diesem Fall kann die Beleuchtungssteuerung in der Einstellbedingung gemäß dem Ausdruck (1) ausreichend gleichmäßig gestaltet werden, sie kann jedoch in der Einstellbedingung gemäß dem Ausdruck (2) im Wesentlichen einwandfreier ausgeführt werden.

Hierbei hat sich bestätigt, dass das Licht auf der Seite der optischen Achse im Vergleich zu dem in den Abbildungen durch die durchgezogene Linie dargestellten Lichtstrahl vollständig reflektiert wird, so dass es nicht durch die Beleuchtungsprismenplatten übertragen wird.

Zudem kann eine Prismenrotationssteuerung mit ausgewogener Brechungskraft zwischen der Beleuchtungsprismenplatte 1 und 2 und ohne Probleme bei der praktischen Verwendung durchgeführt werden, so dass deren Transmissionsgrad verbessert werden kann.

Wenn die Bedingung gemäß Ausdruck (2) aus den vorher erwähnten Bedingungen als zu erfüllende Bedingung ausgewählt wird, ist die Beleuchtungsprismenplatten-Rotationssteuerung einfacher wie wenn die Bedingung gemäß Ausdruck (1) ausgewählt wird.

2 ist eine Tabelle, in der die Spezifikationen und optischen Eigenschaften der Beleuchtungsprismenplatten 1 und 2, aus denen die Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 1-1 aufgebaut ist, angeführt sind.

Wie aus 2 hervorgeht, können die Beleuchtungsprismenplatten mit diesen Spezifikationen auf einen Sonnenhöhenbereich angepasst werden, in dem sich die Höhe der Sonne von 10° bis 84° verändert, und der dem Sonnenhöhenbereich entsprechende Transmissionsgradbereich beträgt 55,4% ± 13%.

(Ausführungsform 1-2)

Die 3A und 3B zeigen die Konfiguration einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den Abbildungen kennzeichnet die Verweiszahl 1 eine erste Beleuchtungsprismenplatte, PA1 eine Vielzahl von Mikroprismenabschnitten, die auf der zweiten Oberfläche, der Austrittsseite, der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 ausgebildet sind, PB1 eine Vielzahl von Mikroprismenabschnitten, die auf der ersten Oberfläche, der Einfallsseite, der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 ausgebildet sind, 2 eine zweite Beleuchtungsprismenplatte, PA2 eine Vielzahl von Mikroprismenabschnitten, die auf der zweiten Oberfläche, der Austrittsseite, der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 2 ausgebildet sind, und PB2 einen Mikroprismenabschnitt aus einer Vielzahl von Mikroprismenabschnitten, die auf der ersten Oberfläche, der Austrittsseite, der Beleuchtungsprismenplatte 2 ausgebildet sind.

Die Konfigurationseigenschaft dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Mikroprismenabschnitte PB1 und PB2 auf der ersten Seite der Beleuchtungsprismenplatte 1 bzw. 2 ausgebildet sind.

Unter Berücksichtigung der Funktionen der auf den ersten Seiten ausgebildeten Mikroprismenabschnitten dieser Ausführungsform hat sich im Experiment bestätigt, dass, wenn z. B. Mikroprismenabschnitte von 5° auf der ersten Seite der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 bereitgestellt sind, der Transmissionsgrad steigt, da der Einfallswinkel, im Vergleich mit dem Fall, wenn die erste Seite der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 als Ebene ohne darauf ausgebildeten Mikroprismen angeordnet wird, in Bezug auf die Einfallsfläche abnimmt.

Obwohl es in den Abbildungen nicht dargestellt ist, können die zusätzlich auf den ersten Flächen bereitgestellten Mikroprismenabschnitte entweder auf der ersten oder der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 1 und 2 ausgebildet sein, so dass derselbe oben beschriebene Effekt erwartet werden kann. Das heißt, als Kombination kann eine Struktur in Betracht gezogen werden, bei der die erste Seite der Beleuchtungsprismenplatte 1 als Ebene ohne darauf ausgebildete Mikroprismenabschnitte PB1 bereitgestellt ist und bei der Mikroprismenabschnitte PB2, wie in 3B ersichtlich, nur auf der ersten Seite der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 2 angeordnet sind, oder eine umgekehrte Struktur, bei der auf der ersten Seite der ersten Beleuchtungsprismenplatte 1 Mikroprismenabschnitte PB1 ausgebildet sind und bei der die erste Seite der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 2 als Ebene ohne darauf ausgebildeten Mikroprismenabschnitten PB2 bereitgestellt ist.

Die Ausführungsform 1, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, besitzt die folgenden hervorragenden Eigenschaften:

  • (1) Das aus der ersten Beleuchtungsprismenplatte austretende Licht verlässt die zweite Beleuchtungsprismenplatte vollständig, so dass das Licht wirksam als Lichtquelle für die Raumbeleuchtung verwendet werden kann.

    Hierbei kann die Raumbeleuchtungssteuerung zwar durch die Einstellbedingung nach Ausdruck (1) ausreichend gleichmäßig gestaltet werden, die Steuerung ist jedoch durch die Einstellbedingung nach Ausdruck (2) besser möglich, so dass die Steuerung im Wesentlichen perfekt erfolgen kann.
  • (2) Da die Brechungskraft zwischen den jeweiligen Beleuchtungsprismenplatte ausgeglichen ist, werden die Beleuchtungsprismenplatten an die Höhenveränderung der Sonne im Laufe des Jahres angepasst, so dass die Beleuchtungsprismenplatten so gesteuert werden können, dass sie das Sonnenlicht in einem Sonnenhöhenbereich verfolgend ohne Behinderung gedreht werden können.

    Dadurch steigt der Transmissionsgrad der Beleuchtungsvorrichtung, so dass sich die Beleuchtungseffizienz erhöht.
  • (3) Da die Reflexion auf den Oberflächen der Beleuchtungsprismenplatten abnimmt, kann der Transmissionsgrad noch weiter erhöht werden, d. h. die Beleuchtungseffizienz kann deutlich verbessert werden.

Ausführungsform 2

Die Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, die sich auf das Material der in der Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatten bezieht, wird untenstehend durch die Ausführungsformen 2-1 bis 2-4 beschrieben.

Vor der Beschreibung der Ausführungsformen 2-1 bis 2-4 wird zuerst die Beziehung zwischen der Form der Beleuchtungsprismenplatten (die hierin nachstehend lediglich als „Prismen" bezeichnet werden können) und der Streuung der Einfachheit der vergleichenden Beschreibung der jeweiligen Ausführungsformen halber wie folgt definiert.

Wie in 5 ersichtlich, wird der Prismenwinkel an der Einfallsseite jedes der n Prismen 21a1 bis 21an durch &ggr;, der Prismenwinkel auf der austretenden Seite durch &dgr;, der Abstand zwischen den Prismenkanten durch p und die Dicke jedes Prismas durch den Abstand t dargestellt. Im Speziellen werden die Einfallswinkel, Austrittswinkel, Abständen und Plattendicken der im ersten, zweiten, ... und nten Abschnitt angeordneten Prismen durch das Beifügen von Verweiszahlen entsprechend der Anzahl der Prismen zu den jeweiligen vorher erwähnten Symbolen gekennzeichnet.

Die Größenordnung der Streuung wird, wie in 5 ersichtlich, durch einen Winkel des Abstands zwischen den austretenden Lichtstrahlen F und C ausgedrückt. Der Lichtstrahl F repräsentiert hierin blaues Licht mit einer relativ kurzen Wellenlänge von 486,1 nm und der Lichtstrahl C repräsentiert rotes Licht mit einer relativ langen Wellenlänge von 656,3 nm.

(Vergleichsbeispiel)

Die im Falle einer Beleuchtungsvorrichtung, die durch Anordnen von Prismen aus demselben Material in einer Vielzahl von Stufen ausgebildet wird, erzeugte Farbdispersion wird durch ein Vergleichsbeispiel beschrieben.

Hierbei sind die Formen der Prismen aus Polycarbonat (hierin nachstehend als „PC" abgekürzt) als Prismenmaterial in 10A dargestellt, und die Dispersion entsprechend der Höhe der Sonne bei Verwendung der Prismen wird in 10B veranschaulicht.

Bei diesem System werden die Prismenwinkel der ersten und zweiten Prismen entsprechend der Veränderung der Höhe der Sonne gesteuert, so dass die maximale Dispersion von 2,3°, wie in 10B ersichtlich, erzeugt wird.

(Ausführungsform 2-1)

In 6B ist die Dispersion entsprechend der Höhe der Sonne bei der Verwendung eines ersten Prismas aus Polymethylmethacrylat (hierin nachstehend als „PMMA" bezeichnet) und eines zweiten Prismas aus PC dargestellt, die die in 6A dargestellten Formen aufweisen.

Bei diesem System werden die Prismenwinkel der ersten und zweiten Prismen entsprechend der Veränderung der Höhe der Sonne auf dieselbe Art und Weise wie im Vergleichsbeispiel gesteuert.

In der Ausführungsform 2-1 beträgt die maximale Dispersion (Zerstreuung) wie in 6B ersichtlich 2,0°, so dass offensichtlich ist, dass die Dispersion (Zerstreuung) im Allgemeinen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel abnimmt. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann wirksam, wenn die Sonne in einer hohen Höhe steht.

(Ausführungsform 2-2)

In 7B ist die Zerstreuung entsprechend der Höhe der Sonne bei der Verwendung eines ersten Prismas aus PC, eines zweiten Prismas aus PMMA und eines dritten Prismas aus PC dargestellt, die die in 7A dargestellten Formen aufweisen.

Bei dieser Ausführungsform werden die ersten, zweiten und dritten Prismen entsprechend der Höhe der Sonne gedreht, um dadurch eine Beleuchtungssteuerung vorzunehmen.

Dadurch beträgt die maximale Zerstreuung wie in 6B ersichtlich 1,5°, so dass offensichtlich ist, dass die Zerstreuung insbesondere bei einer niedrigen Sonnenhöhe im Vergleich zum Vergleichsbeispiel abnimmt.

(Ausführungsform 2-3)

In 8B ist die Zerstreuung entsprechend der Höhe der Sonne bei der Verwendung eines ersten Prismas aus PMMA, eines zweiten Prismas aus PC und eines dritten Prismas aus PC dargestellt, die die in 8A dargestellten Formen aufweisen.

Auch in dieser Ausführungsform werden die ersten, zweiten und dritten Prismen entsprechend der Höhe der Sonne gedreht, um dadurch eine Beleuchtungssteuerung wie in Ausführungsform 2-2 vorzunehmen.

Dadurch beträgt die maximale Zerstreuung wie in 8B ersichtlich 1,2°, so dass diese Vorrichtung die Eigenschaft vorweist, dass die Zerstreuung insbesondere bei einer hohen Sonnenhöhe gering ist.

(Ausführungsform 2-4)

In 9B ist die Zerstreuung entsprechend der Höhe der Sonne bei der Verwendung eines ersten Prismas aus PC, eines zweiten Prismas aus PC, eines dritten Prismas aus PMMA und eines vierten Prismas aus PC dargestellt, die die in 9A dargestellten Formen aufweisen.

In dieser Ausführungsform werden das ersten Prisma und die anderen Prismen entsprechend der Höhe der Sonne gedreht, um dadurch eine Beleuchtungssteuerung vorzunehmen.

Bei dieser Ausführungsform beträgt die maximale Dispersion wie in 9B ersichtlich 1,5°, so dass diese Vorrichtung die Eigenschaft vorweist, dass die Dispersion insbesondere bei einer niedrigen Sonnenhöhe äußerst gering ist.

Durch die oben beschriebene Konfiguration besitzt die Ausführungsform 2 folgende hervorragende Eigenschaften:

  • (1) Wie aus den oben erwähnten Versuchsergebnissen hervorgeht, hat sich bestätigt, dass die Dispersion in jeder der Ausführungsformen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel, das aus einer Anordnung von Prismen desselben Materials in einer Vielzahl von Abschnitten ausgebildet ist, entsprechend der Höhe der Sonne abnimmt. Demgemäß kann die Enddisperion zwischen austretenden Lichtstrahlen deutlich verringert werden.
  • (2) Dementsprechend kann Licht nach der Beleuchtung wirksam durch einen optischen Kanal oder eine optische Faser transportiert werden, solange die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, so dass der eigentliche Ertrag des Lichts groß ist.

Ausführungsform 3

Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, die sich mit der Erhöhung des Gesamttransmissionsgrads der in einer Solarbeleuchtungvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatten beschäftigt, wird unten im Speziellen durch Ausführungsformen 3-1- bis 3-3 beschrieben.

(Ausführungsform 3-1)

11 zeigt die Ausführungsform 3-1 der vorliegenden Erfindung, bei der eine Beleuchtungsprismenplatte 32 mit einer Vielzahl von Mikroprismenabschnitten 32a1, 32a2, 32a3, ..., die auf dem unteren Flächenabschnitt einer flachen Beleuchtungsprismenplatte ausgebildet sind, so gestaltet ist, dass eine Antriebswelle Y, die in einem Mittelabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 32 bereitgestellt ist, durch einen Motor (nicht dargestellt) unabhängig gedreht wird.

Alternativ kann die Beleuchtungsprismenplatte 32 durch ein anderes Mittel, wie z. B. ein Drehmomentübertragungsmittel zum Übertragen der Antriebskraft des Motors auf den Außenumfangsabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 32 angetrieben werden.

Dieser Motor ist so gestaltet, dass er sich mit einer entsprechenden Geschwindigkeit gemäß der Bewegung der Sonne in Einklang mit einem von der CPU (nicht dargestellt) erteilten Befehl dreht.

Ein Beleuchtungsabschnitt, der mit wie oben beschrieben konfigurierten Beleuchtungsprismenplatten 32 ausgestattet ist, ist wie in 78, die später beschrieben wird, ersichtlich auf dem Dach eines Hauses angeordnet, um eine Beleuchtungsvorrichtung auszubilden.

Jede der Beleuchtungsprismenplatten 32 ist so konfiguriert, dass der Winkel &agr;A der unwirksamen Fläche jedes Mikroprismenabschnitts die folgenden Bedingungen erfüllt: 90° < &agr;A ≤ &thgr;e (3) &thgr;h ≤ &agr;A ≤ &thgr;e (4)

Bei diesen Bedingungen ist insbesondere der Ausdruck (3) wichtig, so dass zumindest diese Bedingung 90° < &agr;A ≥ &thgr;e erfüllt sein muss. &thgr;e stellt hier den Austrittswinkel bei der niedrigsten Höhe der Sonne dar, &thgr;h den Austrittswinkel bei der höchsten Höhe der Sonne und P aus 11 den Abstand der Mikroprismenabschnitte.

Die Konfigurationseigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Winkel &agr;A der unwirksamen Fläche jedes der Mikroprismenabschnitte, die auf dem Unterseitenabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 32 ausgebildet sind, im Stand der Technik auf mehr als 90 ° eingestellt ist, so dass die Wahrscheinlichkeit, dass die übertragenen Sonnenlichtstrahlen von der unwirksamen Fläche abgeblockt werden, wie in 11 ersichtlich verringert wird, selbst wenn die Sonne in einer Position T2 mit relativ geringer Höhe steht.

(Ausführungsform 3-2)

12 zeigt die Ausführungsform 3-2 der vorliegenden Erfindung.

Die Beleuchtungsvorrichtung dieser Art ist im Allgemeinen durch das Aufeinanderstapeln einer Vielzahl von nach oben/nach unten ausgerichteten Beleuchtungsprismenplatten ausgebildet. 12 veranschaulicht eine Konfiguration bei der ein Ansatz für das Stapeln umgesetzt ist.

Das heißt, in 12 kennzeichnen die Verweiszahlen 33 und 34 eine erste bzw. eine zweite Beleuchtungsprismenplatte, die jeweils nach oben und nach unten angeordnet sind. Jeder der Prismenabschnitte der Beleuchtungsprismenplatten 33 und 34 ist so ausgebildet, dass der Winkel der unwirksamen Fläche 90° ist, was ein gleich hoher Winkel wie beim Stand der Technik ist. Die Konfigurationseigenschaft dieser Ausführungsform liegt darin, dass die zweite Beleuchtungsprismenplatte relativ zur ersten Beleuchtungsprismenplatte angeordnet ist, so dass ein Verschiebungsabstand S zwischen einem unwirksamen Flächenendabschnitt der ersten Beleuchtungsprismenplatte und einem unwirksamen Flächenendabschnitt der zweiten Beleuchtungsprismenplatte, die der ersten Beleuchtungsprismenplatte gegenüber liegt, ausgebildet ist, damit die zwei unwirksamen Flächenendabschnitte dissonant sind.

Der Verschiebungsabstand S ist vorzugsweise so gewählt, dass er die Bedingung 0 < S < P (wobei P den Abstand der zugehörigen Prismenabschnitte bezeichnet) erfüllt, um dadurch den größten Transmissionsgrad zu erhalten. Hierbei kann der Transmissionsgrad kann solange erhöht werden, wie der Verschiebungsabstand in dieser Ausführungsform so gewählt werden kann, dass er in Einklang mit der vorher erwähnten Bedingung in Verfolgung der austretenden Lichtstrahlen einen optimalen Wert annimmt.

Wenn eine nicht dargestellte dritte Beleuchtungsprismenplatte unter der Beleuchtungsprismenplatte 34 angeordnet ist, sollte die dritte Beleuchtungsprismenplatte so bereitgestellt sein, dass sie mit einem Verschiebungsabstandsabschnitt mit einer Länge entsprechend dem Abstand der Verschiebung S zwischen der zweiten und der dritten Beleuchtungsprismenplatte ausgestattet ist.

Ein Transmissionsgradversuch wurde unter folgenden Bedingungen durchgeführt: der Abstand P jeder Beleuchtungsprismenplatte 33 und 34 beträgt 1 mm. der Verschiebungsabstand S 0,3 mm, jeder der Öffnungswinkel &bgr;1 und &bgr;2 45° und &agr;A und &agr;B jeweils 90° in 12. Als Ergebnis des Experiments wurde ein charakteristischer Graph (b), der in 14 durch die strichpunktierte Linie dargestellt ist, erhalten.

Der Transmissionsgrad wird hierbei erhalten, wenn die jeweiligen Beleuchtungsprismenplatten gedreht werden, so dass das austretende Licht vollständig in senkrechter Richtung (in die Richtung der optischen Achse) austritt.

Im Vergleich zu einem charakteristischen Graph (a) nach dem Stand der Technik mit einem Verschiebungsabstand S = 0 ist es offensichtlich, dass sich der Transmissionsgrad leicht verbessert hat.

Das heißt, wenn sich die Sonne in Bezug auf die Position T4 der Sonne in einer Position schräg rechts nach oben befindet, dringt das einfallende Licht durch die jeweiligen Lichtprismen 33 und 34, wie durch die durchgezogene Linie in 12 angedeutet wird.

Wenn die Sonne die Position T4 annimmt, die eine niedrigere Höhe als beim obigen Fall aufweist, dringt das einfallende Licht zuerst durch das Lichtprisma 33 am zweiten Mikroprismenabschnitt an dessen linkem Ende und wird dann abgeblockt, so dass es von der unwirksamen Fläche des dritten Mikroprismenabschnitts am linken Ende desselben Lichtprismas 33 wie durch die gestrichelte Linie in 12 dargestellt reflektiert wird. Es besteht daher ein noch zu lösendes Problem, dass das austretende Licht manchmal nicht übertragen werden kann.

(Ausführungsform 3-3)

13 veranschaulicht die Ausführungsform 3-3 der vorliegenden Erfindung.

Die Konfigurationseigenschaft dieser Ausführungsform liegt darin, dass die oberste (erste) Beleuchtungsprismenplatte 35 auf dieselbe Art und Wiese wie die Beleuchtungsprismenplatte 32 aus 11 gestaltet ist, so dass der Winkel &agr;A der unwirksamen Fläche die folgende Bedingung erfüllt, um das in Ausführungsform 2-2 vorhergehend erwähnte Problem zu beseitigen. 90° < &agr;A ≤ &thgr;e (5) &thgr;h ≤ &agr;A < &thgr;e (6)

Hierbei ist der Ausdruck (5) eine wichtige Bedingung, der Ausdruck (6) muss hingegen nicht immer erfüllt sein.

Obwohl in dieser Ausführungsform der Fall veranschaulicht wird, wenn der Winkel &agr;B der unwirksamen Fläche der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 34 wie in der Ausführungsform 3-2 mit 90° angenommen wird, ist der Winkel &agr;B vorzugsweise so gewählt, dass der die vorher erwähnten Bedingungen (5) und (6) erfüllt.

Als Versuchsbeispiel für diese Ausführungsform wurde ein Experiment zur Übertragungsbedingung des Sonnenlichts durchgeführt, bei dem der Abstand P 1 mm, der Verschiebungsabstand S 0,3 mm, &agr;A 110°, &agr;B 90° und &bgr;1 = &bgr;2 = 45° ist. Das Ergebnis des Experiments ist durch die durchgezogene Linie (c) in 14 dargestellt.

Auch in dieser Ausführungsform wird der Transmissionsgrad für den Fall erhalten, wenn die jeweiligen Beleuchtungsprismenplatten gedreht werden, so dass das austretende Licht vollständig in senkrechter Richtung (in die Richtung der optischen Achse) austritt.

Wie in der Kurve (c) von 14 dargestellt ist, hat sich bestätigt, dass die Eigenschaft deutlich stärker verbessert wurde als bei der Kurve (a) nach dem Stand der Technik und der Kurve (b) der Ausführungsform 2-2, und dass der Gesamttransmissionsgrad besonders bei niedrigen Sonnenhöhen verbessert ist.

Bei den jeweiligen charakteristischen Graphen (a) bis (c) in 14 wurden die Daten so angeordnet, dass das durch die unwirksamen Flächen reflektierte Licht unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das reflektierte Licht nicht wirksam ist, der Einfachheit halber als 0 angenommen wurde.

Da die Ausführungsform 3 wie oben beschrieben konfiguriert ist, besitzt sie folgende hervorragende Eigenschaften:

  • (1) Die jeweiligen unwirksamen Flächen &agr;A und &agr;B (hierin im Allgemeinen als „&agr;" bezeichnet), die auf der Unterfläche der Beleuchtungsprismenplatten ausgebildet sind, sind so gestaltet, dass sie zumindest die Bedingung 90° < &agr; ≤ &thgr;e erfüllen, so dass der Anteil an durch die unwirksamen Flächen abgeblocktem übertragenem Licht verringert wird, sich der Gesamttransmissionsgrad erhöht und dadurch die Beleuchtungseffizienz verbessert wird.
  • (2) Im Falle eines Verfahrens, bei dem eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten nach oben/nach unten ausgerichtet über einander gestapelt werden, werden die Beleuchtungsprismenplatten mit dem Verschiebungsabstand relativ zu einander gestapelt, so dass eine Wirkung, die ähnlich jedoch geringer als die in Absatz (1) dargestellte Wirkung ist, erzeugt werden kann.
  • (3) Wenn die Vielzahl an Beleuchtungsprismenplatten so ausgebildet ist, dass sie die Form der in Absatz (1) dargestellten Beleuchtungsprismenplatten aufweisen und jede der Beleuchtungsprismenplatten mit dem in Absatz (2) angeführten Verschiebungsabstand angeordnet ist, kann der Gesamtübertragungsgrad deutlich verbessert werden, d. h. die Beleuchtungseffizienz kann durch die synergetische Wirkung der entsprechenden Funktionen aus (1) und (2) wesentlich stärker gesteigert werden. Dementsprechend besitzt die vorliegende Erfindung einen sehr großen Anwendungsbereich bei einer Beleuchtungsvorrichtung für ein Solarsystemhaus.

Ausführungsform 4

Die Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Materialbeschaffenheit, um den Einfallswinkelbereich einer in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatte zu erhöhen. Bezugnehmend auf die 19 bis 22 wird das Konfigurationsprinzip der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Die 19 und 20 sind Ansichten zur Erklärung der Sonnenlicht-Übertragungsbedingungen in der ersten und der zweiten Beleuchtungsprismenplatte, die einen Öffnungswinkel &thgr;T1 bzw. &thgr;T2 aufweisen.

Wie in den 19 und 20 dargestellt wird, wird der Winkel der unwirksamen Flächen von H1 auf H2 erhöht, wodurch der Weg der Lichtstrahlen entsprechend blockiert wird, wenn der Öffnungswinkel der Beleuchtungsprismenplatte &thgr;T2 ist, welcher größer als &thgr;T1 ist.

Das heißt, es wird die Tatsache dargestellt, dass der Übertragungsgrad des Sonnenlichts abnimmt, wenn der Öffnungswinkel des Prismas zunimmt. Der Grund dafür liegt darin, dass bei einem großen Prismenöffnungswinkel deren unwirksame Flächen vergrößert werden, um dadurch den Weg der Lichtstrahlen zu blockieren, so dass auf die unwirksamen Flächen auftreffendes Licht nicht übertragen und gesteuert werden kann.

21 zeigt die Beziehung zwischen dem Einfallswinkel &thgr;1, dem Beugungswinkel &thgr;2 (Intensität der Brechungskraft), etc., wenn das Sonnenlicht in ein Prisma eintritt und aus dem Prisma austritt. In 21 stellt &thgr;T den Öffnungswinkel des Prismas dar und &thgr;N den Einfallswinkelbereich.

In 22 wird der Mittelwert (Grad) der Beugungswinkel entsprechend dem Einfallswinkelbereich (Grad) des Prismas veranschaulicht, wobei der Öffnungswinkel des Prismas als Parameter dient.

Wie aus 22 hervorgeht, sinkt die Brechungskraft des Prismas mit einem kleinen Öffnungswinkel von z. B. 10° auf etwa 12°, der Einfallswinkelbereich kann jedoch durch die Veränderung des Öffnungswinkels des Prismas gesteuert werden, so dass er auf Lichtstrahlen eines großen Höhenbereichs der Sonne von etwa 138° angepasst werden kann.

Dementsprechend ist es vom Gesichtspunkt der Erweiterung des Einfallswinkelbereichs offensichtlich, dass der Öffnungswinkel des Prismas vorzugsweise so klein wie möglich und die Brechungskraft (Beugungswinkel) so groß wie möglich gestaltet wird.

Als nächstes wird die Ausführungsform 4 unter Verwendung des vorhergehend erwähnten Prinzips mit Verweis auf die 15 bis 18 beschrieben werden, die teilweise vergrößerte Vorderansichten und eine schematische Konfigurationstabelle umfassen.

In den 15 bis 18 ist eine erste Beleuchtungsprismenplatte 51 an der Oberseite eines Beleuchtungsabschnitts und eine zweite Beleuchtungsprismenplatte 52 an der Unterseite des Beleuchtungsabschnitts angebracht, so dass sie in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Beleuchtungsprismenplatte 51 angeordnet ist, die jeweils aus einem stark brechenden Material hergestellt sind.

Hierbei ist der Öffnungswinkel &agr;A der ersten Beleuchtungsprismenplatte 51 so gewählt, dass er auf Basis des Ergebnisses der vorher erwähnten, anhand der 19 bis 22 gemachten Überlegung kleiner ist, als der Öffnungswinkel &agr;B der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 52 wie in den 16 und 17 ersichtlich ist.

Beispielsweise könnten ein &agr;A von 42° und ein &agr;B von 51,48° kombiniert werden.

Hierbei wird vorzugsweise ein stark brechendes Material wie Polycarbonat (hierin nachstehend als „PC" abgekürzt) oder dergleichen, das eine hervorragende Bearbeitungseigenschaft, Wetterbeständigkeit und Stoßfestigkeit aufweist, als Material für jede der Beleuchtungsprismenplatten verwendet.

Zudem kennzeichnen die Verweiszahlen 53 und 54 in 15 jeweils Motoren, die auf Basis eines von der CPU 55 abgegebenen Signals angetrieben werden. Die Beleuchtungsprismenplatten 51 und 52 werden durch die Motoren 53 bzw. 54 angetrieben, so dass die optimalen Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 51 und 52 entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne angenommen werden.

Da jede der Beleuchtungsprismenplatten 51 und 52 aus einem stark brechenden Material besteht, wird der Brechungsindex des Einfallswinkels der Sonne beim Beleuchtungsabschnitt groß, so dass die vorher erwähnte Verfolgung entsprechend der Veränderung des Einfallswinkels in Zusammenhang mit der Bewegung der Sonne während des Jahres zusammen mit der Drehung der Beleuchtungsprismenplatten 51 und 52 optimal durchgeführt werden kann.

Da bei der Solarbeleuchtungsvorrichtung zudem der Öffnungswinkel &agr;A der ersten Beleuchtungsprismenplatte 51 so gewählt ist, dass er wie oben beschrieben kleiner ist als der Öffnungswinkel &agr;B der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 52 ist, wird das Blockieren des Wegs der Lichtstrahlen durch die unwirksamen Flächen der ersten Beleuchtungsprismenplatte 51 verringert, um dadurch den Transmissionsgrad der Prismen zu verbessern, wie mit Verweis auf die 19 bis 22 erörtert worden ist.

Wenn der Öffnungswinkel &agr;A der ersten Beleuchtungsprismenplatte 51 klein ist, können die Sonnenstrahlen in einem breiten Einfallsbereich gesteuert werden, während die Brechungskraft der Lichtstrahlen durch das Prisma verringert ist. Der Öffnungswinkel &agr;A der ersten Beleuchtungsprismenplatte ist daher so gewählt, dass er hinsichtlich der Beleuchtungseffizienz während des Jahres, trotz Abstrichen bei der Brechungskraft, einen relativ geringen Wert annimmt. Die wie oben beschrieben verloren gegangene Brechungskraft kann durch Vergrößern des Öffnungswinkels &agr;B der Beleuchtungsprismenplatte kompensiert werden.

18 zeigt eine Tabelle, in der die Werte der Öffnungswinkel der jeweiligen Bsleuchtungsprismenplatte bei herkömmlichen Prismen aus Acrylmaterial (PMMA) mit einem relativ geringen Brechungsindex und bei Prismen aus stark brechendem PC, um das ganze Jahr über eine effiziente Solarbeleuchtung zu erzielen, verglichen.

Wie aus der Tabelle hervorgeht, werden die Öffnungswinkel der ersten und zweiten Beleuchtungsprismenplatte, wenn PC als Beleuchtungsprismenplatten im Beleuchtungsabschnitt verwendet wird, im Vergleich zum herkömmlichen Material (PMMA) verkleinert und die Beleuchtungseffizienz verbessert.

Die Konfiguration mit einem stark brechendem Material im Beleuchtungsabschnitt, wie in Ausführungsform 4, hat folgende hervorragenden Eigenschaften:

  • (1) Da die Brechungskraft des in den Beleuchtungsabschnitt einfallenden Sonnenlichts steigt, kann Licht in einem breiten Einfallsbereich in das Haus geleitet werden.

    Dementsprechend kann das ganze Jahr über eine langfristige effiziente Beleuchtung durchgeführt werden.
  • (2) Da zwei oder mehr Beleuchtungsprismenplatten aus stark brechendem Material im Beleuchtungsabschnitt angeordnet sind, um dadurch das Sonnenlicht zu verfolgen, erhöhen sich sowohl die Solarbeleuchtungszeit als auch der Transmissionsgrad, wodurch wiederum die Beleuchtungseffizienz im Vergleich zu dem Fall ohne Verfolgung stärker gesteigert wird.
  • (3) Da nicht nur die Massenherstellung von Beleuchtungsprismenplatten erleichtert werden kann sondern auch der Prismenabstand verkleinert werden kann, wenn ein stark brechendes Material mit hervorragender Bearbeitungseigenschaft und Wetterbeständigkeit, wie Polycarbonat oder dergleichen, als Material für die Beleuchtungsprismenplatten verwendet wird, kann die Größe und das Gewicht der Beleuchtungsabschnitte verringert und die Haltbarkeit des Beleuchtungsabschnitts bei der Verwendung im Freien erhöht werden.
  • (4) Da Polycarbonat stoßfest ist, kann die Festigkeit des Beleuchtungsabschnitts durch die Verwendung von Polycarbonat erhöht werden.

Ausführungsform 5

Mit Verweis auf die 23 bis 26 wird die Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben, die sich mit dem Verhindern der Reflexion an den Oberflächen der in der Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatten beschäftigt.

23 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung der Beleuchtungsvorrichtung. 24 ist eine Ansicht zur Erläuterung, die sich auf die Reflexion von Licht bezieht.

25 ist eine graphische Darstellung der durch die Oberflächenreflexionssimulation berechneten Oberflächenreflexionen.

26 ist eine graphische Darstellung der gemessenen Transmissionsgrade der Beleuchtungsprismenplatten.

In 23 schließt eine Beleuchtungsabschnitt 61 eine erste Beleuchtungsprismenplatte 62 und eine zweite Beleuchtungsprismenplatte 63 ein. Die Beleuchtungsprismenplatten 62 und 63 bestehen beide aus Polycarbonat (abgekürzt als „PC"). Die Beleuchtungsprismenplatten 62 und 63 besitzen obere und untere Flächen, die mit einem Fluor-hältigem, nicht reflektierendem Film 64 überzogen sind und so gestaltet sind, dass sie sich unabhängig um eine vertikale Achse O-O' drehen können. Das Sonnenlicht 65 wird durch entsprechende Drehungen der ersten und der zweiten Beleuchtungsprismenplatte 62 bzw. 63, selbst wenn sich die Höhe der Sonne ändert, in Richtung von Pfeil 66 nach unten gelenkt.

Das heißt, die Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Beleuchtungsvorrichtung zum Sammeln von Sonnenlichtstrahlen, um die Lichtstrahlen zum Beleuchten, Heizen etc. zu verwenden. Die Beleuchtungsvorrichtung weist im Beleuchtungsabschnitt 61 Beleuchtungselemente auf, die einem Reflexionsverhinderungsverfahren unterzogen worden sind, um die Oberflächenreflexion von Lichtstrahlen zu verhindern. Die Beleuchtungselemente bestehen aus zumindest zwei Beleuchtungsplatten, wie der erste und die zweite Beleuchtungsprismenplatte, die sich unabhängig horizontal drehen können. Das Reflexionverhinderungsverfahren schließt das Aufbringen von zumindest einer Lage des Fluor-hältigen, nicht reflektierenden Films mit einer vorbestimmten Dicke ein.

Nun wird die Lichtreflexion, die die Basis der vorliegenden Erfindung bildet, beschrieben. Wie 24 dargestellt, wenn Licht mit einer Wellenlänge &lgr; im Allgemeinen durch die Luft A (Brechungsindex n0 = 1) in Richtung des Pfeils dringt und auf ein Substrat C (Brechungsindex n2), das mit einem dünnen Film B (Brechungsindex n1) beschichtet ist, trifft, wird die Dicke t des dünnen Films B, um eine maximale reflexionsverhindernde Wirkung auszubilden, durch den folgenden Ausdruck angegeben t = &lgr;/4n1 (7) und es ist bekannt, dass die Reflexion am geringsten ist, wenn die folgende Bedingung (8) erfüllt ist. n1 – n0 = n2 – n1 (8)

Dementsprechend wird eine erwünschte reflexionsverhindernde Wirkung erhalten, solange Material ausgewählt wird, das diese Bedingungen erfüllt.

Die vorliegende Erfindung ist so gestaltet, dass sie einen solchen reflexionverhindernden Effekt einsetzt. Die Beschaffenheit der vorher erwähnten Beleuchtungsvorrichtung, die Simulation der Oberflächenreflexion und die gemessenen Ergebnisse des Übertragungsgrads der Beleuchtungsprismenplatten werden untenstehend beschrieben.

(a) Beschaffenheit

Die erste Beleuchtungsprismenplatte weist Winkel 0°/42° auf, d. h. die Oberseite der ersten Beleuchtungsprismenplatte ist eine Ebene und der Prismenwinkel der Unterseite beträgt 42° (siehe 23). Die zweite Beleuchtungsprismenplatte weist Winkel von 0°/51,48° auf. Der reflexionsverhindernde Film (siehe 24) ist der Fluor-hältige, reflexionsverhindernde Film „CYTOP" (hergestellt von Asahi Glass Co., Ltd.) und besitzt einen Brechungsindex von 1,34. Da anstelle von Sonnenlicht Strahlen d (&lgr; = 588 mm) verwendet werden, ist die Filmdicke t gemäß dem Ausdruck (7) als t = &lgr;/4n1 = 588/ 4 × 1,34 = 110 nm berechnet. Der Grund, warum Strahlen d mit &lgr; = 588 nm in der Berechnung der Filmdicke t = &lgr;/4n1 verwendet werden, liegt darin, dass Licht mit einer Wellenlänge, die hohe Sichtbarkeit aufweist als repräsentatives Licht für das sichtbare Licht ausgewählt wurde, wobei jedoch kein Zusammenhang mit Laserlicht besteht. Die Wellenlänge von He-Ne-Laserlicht beträgt 633 nm und wird in einem Experiment zum Messen der Oberflächenreflexion verwendet. Genau genommen werden der berechnete Wert und der gemessene Wert, die durch Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen ermittelt worden sind, mit einander verglichen, wobei diese Werte jedoch als ungefähr gleich angesehen werden.

(b) Simulation der Oberflächenreflexion

25 veranschaulicht die berechneten Reflexionsgrade der PC-Oberflächen. In 25 wird ein Zustand gezeigt, bei dem der Reflexionsgrad der mit dem reflexionsverhindernden Film B beschichteten Oberfläche, wie durch Graph (a) in 25 dargestellt, im Vergleich zum Reflexionsgrad der Oberfläche ohne reflexionsverhindernden Film B, wie durch Graph (b) in 25 dargestellt, unabhängig vom Einfallswinkel um etwa 5% pro Schnittstelle geringer ist.

(c) Gemessene Transmissionsgrade der Beleuchtungsprismenplatten

26 veranschaulicht die Messergebnisse der Ausgangsenergie relativ zur Eingangsenergie bei der Beleuchtungsvorrichtung von 23, wenn die erste oder die zweite Beleuchtungsprismenplatte oder beide Beleuchtungsprismenplatten gedreht werden, um den Einfallswinkel entsprechend der Veränderung der Höhe der Sonne zu ändern, so dass die Lichtstrahlen so gesteuert werden, dass sie in Richtung von Pfeil 66 nach unten gelenkt werden.

Der Transmissionsgrad der mit dem refelxionsverhindernden Film beschichteten Platte, wie durch Graph (a) in 25 dargestellt, wird im Vergleich zum Transmissionsgrad der Platte ohne reflexionsverhindernden Film, wie durch Graph (b) in 25 dargestellt, um etwa 6% verbessert.

Die hierbei verwendeten Lichtstrahlen sind He-Ne-Laserstrahlen (633 nm).

(d)

Beim Vergleich zwischen dem Fall, in dem PC (n2 = 1,583) als Beleuchtungsprismenplatte verwendet wird, und dem Fall, in dem Polymethylmethacrylat (abgekürzt PMMA, n2 = 1,492) als Beleuchtungsprismenplatte herangezogen wird, ergeben sich für Bedingung (8) folgende Ergebnisse: PC n2 – n1 = 1,583 – 1,34 = 0,243 PMMA n2 – n1 = 1,492 – 1,34 = 0,152

Da der Wert von PC näher bei n1 – n0 = 1,34 – 1 = 0,34 liegt, ist die reflexionxverhindernde Wirkung von PC größer als die von PMMA. Der Reflexionsgrad von PMMA, der sich aus der in Absatz (b) angeführten Berechnung ergibt, ist lediglich um 3,5% verringert.

Da sich der Fluor-hältige reflexionsverhindernde Film (amorphes Polymer) durch Spinnbeschichtung oder Tauchbeschichtung, anders als durch das herkömmliche Dampfabscheidungsverfahren, in kurzer Zeit schnell auftragen lässt, wird die vorhergehend erwähnte Verhinderung einer Reflexion, d. h. die Erhöhung des Transmissionsgrads mit relativ geringem Kostenaufwand erzielt.

Ausführungsform 6

Die Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung, die sich auf einen Beleuchtungsprismenplatten-Treiber/Halter zum geeigneten Antreiben/Halten einer in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendeten Beleuchtungsprismenplatte bezieht, wird insbesondere durch die Ausführungsformen 6-1 bis 6-4 in den 27 bis 31 beschrieben.

Der Beleuchtungsprismenplatten-Treiber/Halter der vorliegenden Erfindung wird in der Solarbeleuchtungsvorrichtung aus 78 eingesetzt, die im Vorhergehenden beim Stand der Technik beschrieben wurde.

27 ist eine Draufsicht des Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters, der die Ausführungsform 6-1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

In 27 kennzeichnet die Verweiszahl 70 eine Beleuchtungsprismenplatte, wie z. B. eine flache Prismenplatte, Verweiszahl 71 eine Antriebswalze, die das Drehmoment eines Motors 72, wie z. B. eines in 27 dargestellten Schrittmotors, direkt oder indirekt durch ein Schneckengetriebe (nicht dargestellt) aufnimmt, um so angetrieben zu werden. Die Zahnräder, die zwar nicht dargestellt sind, sind auf dem Außenumfangsabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 70 bzw. auf dem Außenumfangsabschnitt der Antriebswalze 71 ausgebildet. Die Beleuchtungsprismenplatte 70 und die Antriebswalze 71 sind so angeordnet, dass die beiden Zahnräder in einander eingreifen. O stellt zudem eine Position dar, die der Mittelposition der Rotation der Beleuchtungsprismenplatte 70 beinahe entspricht.

Die Verweiszahl 73 kennzeichnet ein Motor-Steuerungselement 72. Wenn der Motor 72 z. B. ein Schrittmotor ist, gibt das Steuerungselement ein phasengleiches Steuerimpulssignal ab. Die Verweiszahl 74 kennzeichnet einen Setzer, der dem Steuerungselement 73 einen Steuerbefehl erteilt. Der Setzer 74 besteht z. B. aus einer CPU. In den Setzer sind Daten eingegeben, durch die der Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte 70 entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne zu jedem Datum und jeder Uhrzeit einen optimalen Prismenwinkel annimmt.

Die Verweiszahl 75 kennzeichnet einen Sonnenpositionsdetektor wie einen optischen Achsensensor oder/und einen Lichtmengensensor, etc., um die Parameter wie Höhe, Azimut etc. der Sonne zu detektieren. Der Sonnenpositionsdetektor 75 ist so gestaltet, dass das Detektionsausgangssignal an den Setzer 74 weitergeleitet wird. Dementsprechend wird die Antriebswalze 71 auf Basis eines durch den Setzer 74 erteilten Antriebsbefehls durch den Motor 72 gedreht, so dass die Rotationssteuerung der Beleuchtungsprismenplatte 70 durch das Drehmoment des Motors 72 immer so erfolgt, dass die Solarbeleuchtung zum gegebenen Datum und Uhrzeit optimiert wird.

Die Verweiszahl 77 kennzeichnet eine Druckwalze, die von einer Seite (von der oberen Seite in 27) Druckkraft auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 ausübt. Die Druckwalze 77 ist in einer der Antriebswalze 71 gegenüberliegenden Position angeordnet, so dass durch eine Feder 77a, die von einem feststehenden Abschnitt K abgehängt ist, Druckkraft auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 ausgeübt wird. Die Feder 77a, die zur Druckwalze 77 gehört, kann in einer Auslegerfeder oder einer Laufrad-Feder bestehen. Auf dem Außenumfang der Druckwalze 77 ist kein Zahnrad ausgebildet.

Die Verweiszahlen 78a und 78b kennzeichnen eine erste bzw. eine zweite angetriebene Walze. Die angetriebenen Walzen 78a und 78b sind in Positionen angeordnet, die einander horizontal gegenüberliegen, wie in 27 ersichtlich, sowie der Druckwalze 77 gegenüberliegen, so dass sie mit der Beleuchtungsprismenplatte 70 in Kontakt sind, um die Positionsbeziehung zur Antriebswalze 71 zu optimieren (z. B. gegenüberliegenden Seitenpositionen in Bezug auf die Antriebswalze 71, wie in 27 dargestellt ist). Die erste und die zweite angetriebene Walze sind an nicht dargestellten Stützabschnitten befestigt, um durch die Rotation der Beleuchtungsprismenplatte 70 drehbar angetrieben (gezogen) zu werden.

Auch auf den Außenumfängen der Antriebswalzen 78a und 78b ist kein Zahnrad ausgebildet. Die Kontaktpositionen, in denen die Druckwalze 77 und die angetriebenen Walzen 78a und 78b die Beleuchtungsprismenplatte 70 berühren, sind so ausgebildet, dass ausreichend Freiraum vorhanden ist, um eine durch ihre Herstellung verzogene Beleuchtungsprismenplatte 70 und Verformungen wie Ausdehnung, Kontraktion, etc. durch die Umgebungstemperatur an der eingestellten Position aufzunehmen, so dass die Beleuchtungsprismenplatte 70 gleichmäßig gehalten werden kann (neben dieser Ausführungsform gilt dies auch für die folgenden Ausführungsformen).

Obwohl die Druckwalze 77 in der oben angeführten Konfiguration Druckkraft in Richtung der Mitte der Beleuchtungsprismenplatte 70 bereitstellt, wird die Druckkraft F durch die einseitigen Teilkräfte F1a und F1b der angetriebenen Walzen 78a und 78b aufgehoben, und die Teilkräfte F2a und F2b der angetriebenen Walzen 78a und 78b auf der anderen Seite heben sich gegenseitig auf, wodurch die Beleuchtungsprismenplatte gestützt wird. Dementsprechend greift die Antriebswalze 71 mit überschüssiger Kraft in das auf dem Außenumfangsabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 70 ausgebildete Zahnrad ein, so dass das Drehmoment auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 übertragen werden kann, um diese zu drehen. Selbst wenn bei der Drehung der Beleuchtungsprismenplatte 70 mehr oder weniger Spiel auftritt, wird dies durch die Feder 77a der Druckwalze 77 absorbiert, so dass die Beleuchtungsprismenplatte 70 flexibel gehalten werden kann.

Die vorliegende Ausführungsform, die die grundlegendste Struktur der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, weist die Konfigurationseigenschaft auf, dass die Anzahl der Druckwalzen am kleinsten ist. In dieser Ausführungsform kann jedoch die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte 70 und der Antriebswalze 71 aufgrund der anfälligen Position der Druckwalze 77 und der empfindlichen Richtung, in der Kraft auf die Mitte der Beleuchtungsprismenplatte ausgeübt wird, wenn es bei der Beleuchtungsprismenplatte 70 zu einem Spiel kommt, leicht gestört werden. Die folgenden Ausführungsformen weisen daher hinsichtlich dieses Punkts Verbesserungen auf.

(Ausführungsform 6-2)

28 zeigt eine Draufsicht eines Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-2 der vorliegenden Erfindung. Ähnliche Verweiszahlen wie in 27 beziehen sich in 28 auf Elemente, die denen der Ausführungsform 6-1 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Elemente wird daher ausgelassen. Das Mittel zum Antreiben der Antriebswalze 71 ist zwar nicht dargestellt, es wird jedoch angenommen, dass es dasselbe wie in Ausführungsform 6-1 bereitgestellte ist.

Die Verweiszahlen 79 und 80 kennzeichnen eine erste bzw. eine zweite Druckwalze. Die ersten und zweiten Druckwalzen 79 und 80 sind in Positionen angeordnet (oberer Abschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 70 in 28), die der ersten und der zweiten angetriebenen Walze 78a bzw. 78b gegenüberliegen, so dass durch die elastische Kraft der Federn 79a und 80a, die auf feststehenden Abschnitten (nicht dargestellt) gelagert sind, Druckkraft ausgeübt wird.

Diese Ausführungsform weist die Konfigurationseigenschaft auf, dass die vier Walzen, die aus zwei angetriebenen Walzen 78a und 79b und zwei Druckwalzen 79 und 80 bestehen, im Gleichgewicht sind, um die Beleuchtungsprismenplatte 70 zu halten, so dass sich die Druckkraft Ersterer und die Tragkraft Letzterer wie durch die Pfeile angedeutet aufheben. Dementsprechend wird die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte 70 und der Antriebswalze 71, selbst wenn die Beleuchtungsprismenplatte 70 einem Spiel unterworfen ist, im Vergleich zur Ausführungsform 6-1 optimaler gehalten.

Bei dieser Ausführungsform ist es erforderlich, dass die Druckkräfte der beiden Druckwalzen 79 und 80 auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 einheitlich gestaltet werden.

(Ausführungsform 6-3)

29 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-3 der vorliegenden Erfindung. Ähnliche Verweiszahlen wie in 27 beziehen sich in 29 auf Elemente, die denen der Ausführungsformen 6-2 und 6-1 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Elemente wird daher ausgelassen. Das Mittel zum Antreiben der Antriebswalze 71 ist zwar nicht dargestellt, es wird jedoch angenommen, dass es dasselbe wie in Ausführungsform 6-1 bereitgestellte ist.

Die Verweiszahl 77b kennzeichnet eine Hauptdruckwalze, die durch eine Feder 77b, die an einem feststehenden Abschnitt (nicht dargestellt) befestigt ist, eine Hauptdruckkraft auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 ausübt.

Die Verweiszahlen 81 und 82 kennzeichnen eine erste bzw. eine zweite Hilfsdruckwalze. Die Hilfsdruckwalzen 81 und 82 besitzen die Funktion, die Druckkraft der Hauptdruckwalze 77B auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 von seitliche symmetrischen Positionen zu unterstützen. Die Hilfsdruckwalzen 81 und 82 sind in in 29 dargestellten Positionen angeordnet, so dass die Hilfsdruckkraft durch die Federn 81a und 82a, die an feststehenden Abschnitten (nicht dargestellt) befestigt sind, auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 übertragen wird.

Obwohl in 29 der Fall veranschaulicht ist, in dem der Durchmesser jeder der Hilfsdruckwalzen 81 und 82 und deren Federdruck im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der Hauptdruckwalze 77B und dem Druck der Feder 77b sind, kann natürlich je nach den Funktionen der Druckwalzen der Durchmesser jeder Hilfsdruckwalze 81 und 82 unterschiedlich zu dem der Hauptdruckwalze 77B gestaltet sein und der Druck jeder Feder 81a und 82a kann sich von dem der Feder 77b unterscheiden.

Diese Ausführungsform weist die Konfigurationseigenschaft auf, dass die zwei angetriebenen Walzen 78a und 78b, die an der der Haupt- und den Hilfsdruckwalzen 77B, 81 und 82 gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, die durch die Haupt- und Hilfsdruckwalzen 77B, 81 und 82 ausgeübten Druckkräfte, wie durch die Pfeile dargestellt, aufnehmen, wodurch sich die Druckkräfte aufheben, um die Beleuchtungsprismenplatte 70 zu halten.

Das heißt, in dieser Ausführungsform wird die Beleuchtungsprismenplatte 70, selbst wenn ein Spiel bei der Beleuchtungsprismenplatte 70 auftritt, durch die Haupt- und Nebendruckwalzen 77B, 81 und 82 und die angetriebenen Walzen 78a und 78b im Vergleich zu den Ausführungsformen 6-1 und 6-2 stabiler gehalten, da nicht nur der Druck der Feder 77b sondern auch der Druck der Federn 81a und 82a auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 wirkt.

Dementsprechend kann, selbst wenn die Beleuchtungsprismenplatte 70 einem Spiel unterliegt, die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte 70 und der Antriebswalze 71 besser beibehalten werden, so dass die Beleuchtungsprismenplatte 70 stabil angetrieben werden kann.

(Ausführungsform 6-4)

In 30 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungsprismenplatten-Treibers/Halters der Ausführungsform 6-4 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ähnliche Verweiszahlen wie in den 27 bis 29 beziehen sich in 30 auf Elemente, die denen der Ausführungsformen 6-1 bis 6-3 ähnlich sind, und die Beschreibung dieser Elemente wird daher ausgelassen. Das Mittel zum Antreiben der Antriebswalze 71 ist zwar nicht dargestellt, es wird jedoch angenommen, dass es dasselbe wie in Ausführungsform 6-1 bereitgestellte ist.

Diese Ausführungsform weist die Konfigurationseigenschaft auf, dass die zwei angetriebenen Walzen 78a und 78b, die an der den vier Druckwalzen (erste bis vierte) 79, 80, 83 und 84 gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, die durch die vier Druckwalzen 79, 80, 83 und 84 ausgeübten Druckkräfte, wie durch die Pfeile dargestellt, aufnehmen, wodurch die Druckkraft aufgehoben wird, um die Beleuchtungsprismenplatte 70 zu halten.

Hierbei können die dritte und vierte Druckwalze 83 und 84 vorzugsweise in Positionen angeordnet sein, den Positionen der ersten und zweiten Hilfsdruckwalzen 81 und 82 in Ausführungsform 6-3 entsprechen.

Die Verweiszahlen 83a und 84a kennzeichnen in 30 jeweils Federn. Diese Federn 83a und 84a gehören zu der dritten bzw. der vierten Druckwalze 83 und 84 und sind an feststehenden Abschnitten (nicht dargestellt) befestigt, um Druckkraft auf die Beleuchtungsprismenplatte 70 auszuüben.

Da in dieser Ausführungsform die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte 70 und der Antriebswalze 71 durch eine Erhöhung der Anzahl an Druckwalzen selbst beim Auftreten eines Spiels bei der Beleuchtungsprismenplatte 70 besser beibehalten werden kann, kann die Beleuchtungsprismenplatte 70 stabiler gehalten und angetrieben werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorher erwähnten Konfigurationen der Ausführungsformen 6-1 bis 6-4 beschränkt, und zahlreiche Veränderungen können wie folgt vorgenommen werden.

Obwohl die entsprechenden Ausführungsformen z. B. für den Fall beschrieben worden sind, wenn die angetriebenen Walzen in einem Paar an angetriebenen Walzen 78a und 78b bestehen, kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden, wenn zwei Paare an angetriebenen Walzen bereitgestellt sind und ein neues Paar an angetriebenen Walzen zum angetriebenen Walzenpaar 78a und 78b hinzugefügt wird.

Obwohl die Ausführungsformen 6-2 und 6-4 für den Fall beschrieben worden sind, bei dem Druckwalzen mit derselben Struktur bereitgestellt sind, kann die vorliegende Erfindung auch angewendet werden, wenn zum Ausüben von Druckkraft die Druckwalzen in Hauptdruckwalzen und Hilfsdruckwalzen wie bei Ausführungsform 6-3 beschrieben wurde unterteilt sind und zu diesem Zweck eine Hauptdruckwalze 77B wie bei Ausführungsform 6-3 beschrieben hinzugefügt wird.

Wie oben bei den Ausführungsformen 6-1 und 6-3 beschrieben ist die Antriebswalze 71 zudem vorzugsweise in einer Position gegen die Beleuchtungsprismenplatte 70 angeordnet, die der Druckwalze 77 gegenüberliegt oder in einer Position, die der Hauptdruckwalze 77B gegenüberliegt, oder die Antriebswalze 71 ist, wie bei den Ausführungsformen 6-2 und 6-4 oben beschrieben wurde, vorzugsweise in einer Position angeordnet, die der Mittelachse der Druckwalzen 79 und 80 gegenüberliegt. Die Antriebswalze 71 kann jedoch auch in einer von der vorher erwähnten Position leicht abweichenden Position angeordnet sein, solange die Positionen, die zum Aufnehmen der Druckkräfte der den angetriebenen Walzen gegenüberliegenden Druckwalzen im Gleichgewicht angeordnet sind, festgesetzt werden, indem die Positionsbeziehung zwischen der Antriebswalze 71 und den angetriebenen Walzen 78a und 78b, die so angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die Antriebswalze 71 symmetrisch sind, ausgewählt wird.

Obwohl in jeder der Ausführungsformen 6-1 bis 6-4 die Konfiguration dargestellt wurde, dass direkt auf dem Außenumfang der Beleuchtungsprismenplatte ein Zahnrad ausgebildet ist, um in ein auf dem Außenumfang der Antriebswalze angeordnetes Zahnrad einzugreifen und dadurch die Beleuchtungsprismenplatte auf Basis des durch die Antriebswalze bereitgestellten Drehmoments zu drehen, kann diese Konfiguration wie folgt abgeändert werden.

Das heißt, wie in 31 ersichtlich, kann ein Drehring 90 in Bezug auf eine Beleuchtungsprismenplatte (nicht dargestellt) in einer konzentrischen Position bereitgestellt werden, um mit der Beleuchtungsprismenplatte einstückig verbunden zu sein. Der Drehring 90 ist mit einem Zahnrad 90G versehen, das auf dem Außenumfang des Drehrings 90 ausgebildet ist. Folgende Elemente sind bereitgestellt: eine Antriebswalze 71, die mit einem Zahnrad 71G ausgestattet ist, das in das Zahnrad 90G eingreift; eine Schnecke 92, die in ein Schneckenrad 91 eingreift, das in Bezug auf die Antriebswalze 71 konzentrisch angeordnet ist; und ein Motor 93, um Drehkraft an die Schnecke 92 weiterzuleiten (die dem Motor 72 in 27 entspricht). Zudem sind die angetriebenen Walzen 78a und 78b an gegenüberliegenden Seiten der Antriebswalze 71 angeordnet, um durch Halteelemente 94a und 94b und die Drehring-Stopplatten 95a und 95b an Befestigungsabschnitten (nicht dargestellt) gehalten zu werden. Die Vorrichtung kann daher so konfiguriert sein, dass die Beleuchtungsprismenplatte durch den Drehring 90 gehalten wird. Zwischen dem Motor 93 und der Schnecke 92 kann, falls nötig, ein Kuppler (nicht dargestellt) angeordnet sein.

Obwohl die vorhergehende Ausführungsform ein Drehmoment-Übertragungsmittel gezeigt hat, bei dem sowohl auf der Beleuchtungsprismenplatte als auch auf der Antriebswalze Zahnräder ausgebildet sind, um in einander einzugreifen, kann dieser Typ von Drehmoment-Übertragungsmittel durch ein riemengetriebenes Drehmoment-Übertragungsmittel oder ein Drehmoment-Übertragungsmittel ähnlich einer Filmbild-Zuführvorrichtung ersetzt werden, bei der eine Vielzahl von Vorsprüngen in regelmäßigen Abständen auf dem Außenumfang einer Vorrichtung bereitgestellt sind, während in der anderen Vorrichtung eine Vielzahl von Löchern in regelmäßigen Intervallen angeordnet ist, um in die Vielzahl von Vorsprüngen eingepasst zu werden, um dadurch die Antriebskraft der einen Vorrichtung zu übertragen.

Die vorher angeführte Ausführungsform hat den Fall veranschaulicht, bei dem die Beleuchtungsprismenplatte horizontal angeordnet und gehalten wird, um drehbar zu sein. In Übereinstimmung mit den Einstellbedingungen der Solarbeleuchtungsvorrichtung in einem Gebäude, in dem die Vorrichtung verwendet werden soll, kann die Solarbeleuchtungsvorrichtung 305 mit horizontal angeordneter Beleuchtungsprismenplatte 320, wie durch die durchgezogene Linie in 78 dargestellt, z. B. durch eine Solarbeleuchtungsvorrichtung 305A, die eine Beleuchtungsprismenplatte 320A aufweist, die in Bezug auf das Dach 301 eines Gebäudes schräg angeordnet ist, oder durch eine Solarbeleuchtungsvorrichtung 305B ersetzt werden, die eine Beleuchtungsprismenplatte 320B aufweist, die, wie durch die strichpunktierte Linie in 78 dargestellt, vertikal auf dem Abschnitt einer Wand 302a angeordnet ist. Hierbei muss die Beleuchtungsprismenplatte 320A oder 320B drehbar gehalten werden. Die vorliegende Erfindung kann natürlich bei der Beleuchtungsprismenplatte 320A oder 320B in diesen Fällen angewendet werden.

Obwohl jede der vorhergehend erwähnten Ausführungsformen die Konfiguration eines Treibers/Halters dargestellt hat, wenn der Einfachheit halber eine Beleuchtungsprismenplatte verwendet wird, versteht es sich jedoch, dass bei der Verwendung einer Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten die in den vorhergehenden Ausführungsformen gezeigte Konfiguration für jede der Beleuchtungsprismenplatten vorgenommen wird.

Die Solarbeleuchtungsvorrichtung mit dem oben in Ausführungsform 6 beschriebenen Beleuchtungsprismenplatten-Treiber/Halter besitzt folgende hervorragende Eigenschaften:

  • (1) Da nicht nur Druckkraft durch zumindest eine durch elastische Mittel gehaltene Druckwalze von einer Seite der Beleuchtungsprismenplatte ausgeübt wird, sondern auch zumindest ein Paar an angetriebenen Walzen auf der anderen Seite bereitgestellt ist, um die Druckkraft aufzunehmen, so dass die Beleuchtungsprismenplatte durch eine Antriebswalze gedreht wird, während sie im Gleichgewicht gehalten wird, kann die vorbestimmte Rotation der Beleuchtungsprismenplatte durchgeführt werden, während die Beleuchtungsprismenplatte entsprechend der in der Herstellung erzeugten Verziehung der Beleuchtungsprismenplatte, der Verformung der Beleuchtungsprismenplatte, die durch die Ausdehnung oder Kontraktion derselben aufgrund der Temperatur bei der Verwendung verursacht wird, usw. gleichmäßig gehalten wird.

    Das heißt, da die Lichprismenplatte still gehalten wird, um Vorkehrungen für die Verformung oder dergleichen zu treffen, wird die Ausrichtung der Beleuchtungsprismenplatte und der Antriebswalze stabil gehalten, so dass keine Behinderung für die vorbestimmte Rotation der Beleuchtungsprismenplatte entsprechend der Bewegung der Sonne besteht.
  • (2) Da die Konfiguration so ausgeführt ist, dass keine Drehwelle in der Mitte der Beleuchtungsprismenplatte bereitgestellt ist, kann es zu keiner Schattenbildung durch die Drehwelle und deren Halterungsabschnitt kommen, wie dies unvermeidbar der Fall wäre, wenn die Beleuchtungsprismenplatte so konfiguriert ist, dass sie von einer Drehwelle gehalten/angetrieben wird. Dadurch hat die Beleuchtungsprismenplatte keinen nachteiligen Einfluss auf die Beleuchtung.
  • (3) Da der Freiheitsgrad in der Walzenanordnung erhöht werden kann, indem die Anzahl von Druckwalzen vergrößert wird, können die entsprechenden Walzen so angeordnet sein, dass die Schattenbildung so stark wie möglich verringert wird, wenn die Beleuchtungsprismenplatte in ein Oberlicht eingebaut wird.

Ausführungsform 7

Die Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung, die sich auf einen Beleuchtungsprismenplatten-Halter zum indirekten Halten einer Beleuchtungsprismenplatte in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung bezieht, wird untenstehend insbesondere mit Verweis auf die 32 bis 35 beschrieben.

32 ist eine Draufsicht eines Beleuchtungsprismenplatten-Halters einer Solarbeleuchtungsvorrichtung. 33 ist eine Vorderansicht von 32. 34A ist eine vergrößerte Vorderansicht des Endabschnitts von 33. 34B ist eine vergrößerte Vorderansicht des Abschnitts XXXIVB von 33.

Wie in den 32 bis 34B gezeigt wird, schließt der Beleuchtungsprismenplatten-Halter Folgendes ein: ein Paar kreisförmige Beleuchtungsprismenplatten 101, die z. B. durch die vorher erwähnte Beleuchtungsprismenplatte ausgebildet sind; einen Metalldrehring 103, der konzentrisch angeordnet ist, um zumindest eine der Beleuchtungsprismenplatten 101 zu umgeben, und mit einem Zahnrad versehen ist, das auf dessen Außenumfang ausgebildet ist; eine Vielzahl von Halteplatten 104a bis 104d, die in den Innenumfangsabschnitt des Metalldrehrings 103 eingeführte Endabschnitte aufweisen und so angeordnet sind, dass sie einander schneiden, um die Beleuchtungsprismenplatte 101 zu halten; eine Vielzahl von Stoparmaturen 102a bis 102d, die an den Positionen der Schnittstellen zwischen den Halteplatten 104c bis 104d und dem Außenkantenabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 101 befestigt sind und Kappenabschnitte aufweisen, die so ausgebildet sind, dass die Beleuchtungsprismenplatte 101 verriegelt werden kann, obwohl eine Wärmeausdehnung ermöglicht wird; und Einführarmaturen 105, um die jeweiligen Endabschnitte der Halteplatten 104a bis 104d in den Metalldrehring 103 ruhend einzuführen.

Der Beleuchtungsprismenplatten-Rotationstreiber kann wie in 31 ersichtlich konfiguriert sein, wo ein modifiziertes Beispiel der Ausführungsform 6 gezeigt wird.

35 zeigt eine vertikale Schnittansicht der Solarbeleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in 32 veranschaulicht ist. Die Verweiszahl 116 kennzeichnet in 35 eine transparente Abdeckung, die Verweiszahl 117 eine Lichtverteilungsplatte und die Verweiszahl 118 einen Abtropfrahmen.

Die Verweiszahlen 101a und 101b kennzeichnen Beleuchtungsprismenplatten, die der Beleuchtungsprismenplatte entsprechen, die bisher mit der Verweiszahl 101 bezeichnet worden ist.

In der vorhergehend angeführten Konfiguration funktioniert die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wie folgt:

(1) Vorrichtung der Ausführungsform 7-1 (siehe 32 und 33)
  • (1) Da die Vielzahl an Halteplatten 104a bis 104d so verbunden sind, dass sie einander schneiden, um die Beleuchtungsprismenplatte 101 in Bezug auf den Drehring 103 zu halten, ist die Verbindung der Halteplatten stabil.
  • (2) Der Grund, warum transparente Halteplatten verwendet werden, liegt darin dass eine Beeinflussung der Beleuchtung vermieden werden kann. Das Material für die Halteplatten wird vorzugsweise aus der aus Acryl und Polycarbonat bestehenden Gruppe ausgewählt.
  • (3) Der Grund, warum Halteplatten aus Harz verwendet werden, liegt darin, dass die Beleuchtungsprismenplatte aus Harz besteht, und dadurch der Wärmeausdehnungskoeffizient der Halteplatten an den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Beleuchtungsprismenplatte angeglichen werden kann, um den Einfluss von Spannungen auf die Beleuchtungsprismenplatte zu verringern.
(2) Vorrichtung der Ausführungsform 7-2 (siehe 34A)

Da zwischen dem Metalldrehring 103 und den Halteplatten 104a bis 104d ein Unterschied in der Ausdehnung oder Kontraktion aufgrund der Wärmeausdehnung besteht, werden die Halteplatten 104a bis 104d ruhend durch die Einführarmaturen 105 in den Metalldrehring 103 eingeführt, so dass der Unterschied aufgrund der thermalen Veränderung absorbiert wird. Die Einführarmaturen 105 sind durch Schrauben oder dergleichen am Metalldrehring 103 befestigt.

(3) Vorrichtung der Ausführungsform 7-3 (siehe 34B)

Die Beleuchtungsprismenplatte 101 wird durch die Halteplatten 104a bis 104d gehalten und in die Öffnungen der Stoparmaturen 102a bis 102d eingeführt, so dass zwischen der Endfläche der Beleuchtungsprismenplatte 101 und den Stoparmaturen 102a bis 102d geeignete Zwischenräume bereitgestellt werden, um den Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten zu absorbieren. Die Stoparmaturen 102a bis 102d sind an den Halteplatten 104c und 104d mittels Schrauben befestigt.

Ausführungsform 8

Die Ausführungsform 8 bezieht sich auf eine Solarbeleuchtungsvorrichtung des Oberlicht-Typs.

Die 36 und 37 zeigen zunächst theoretische Ansichten der Oberlicht-artigen Solarbeleuchtungsvorrichtung.

Bei der in den 36 und 37 dargestellten Vorrichtung werden zwei Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 so gesteuert, dass sie die Sonne verfolgen, indem sie insgesamt eine vierfache Brechung verwenden, so dass die direkten Strahlen der Sonne konstant in vertikale Richtung gelenkt werden. In Bezug auf diese Steuerung wird jede der Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 gesteuert, um durch einen nicht dargestellten Antriebsmechanismus mit einer optimalen Geschwindigkeit entsprechend der Veränderung der Höhe und des Azimut der Sonne gedreht zu werden.

In den 36 und 37 sind eine Vielzahl von dreieckigen Mikroprismenabschnitten auf dem Unterseitenabschnitt jeder Beleuchtungsprismenplatte P1 und P2 ausgebildet, so dass die Vielzahl dreieckiger Mikroprismenabschnitte die Funktion der Steuerung der Lichtbrechung innehaben. 36 zeigt die Sonne in einer niedrigen Höhe, während die 37 die Sonne in einer hohen Höhe zeigt. Wenn sich die Sonne in der niedrigsten Höhe befindet, müssen die Lichtstrahlen stark gebrochen werden, so dass die zwei Beleuchtungsprismenplatte P1 und P2 in Positionen verwendet werden, in denen die Abstände (hierin nachstehend als „Prismenabstände" bezeichnet) zwischen ihren Mikroprismenabständen in derselben Richtung angeordnet sind. Hierbei kann der Weg der durch die zwei Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 übertragenen Lichtstrahlen stark verändert werden, da die Brechungskraft durch die jeweilige Beleuchtungsprismenplatte P1 und P2 aufaddiert wird.

In der folgenden Versuchsanordnung hat es sich bestätigt, dass die Richtung der direkten Strahlen der Sonne in einem Sonnenhöhenbereich von 10° bis 84° durch Drehen der derart konfigurierten Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 entsprechend der Höhe und des Azimut der Sonne gesteuert werden kann.

38A zeigt die Versuchsanordnung zum Bestätigen der Theorie aus den 36 und 37. Die Verweissymbole P1 und P2 in 38A kennzeichnen die erste bzw. die zweite Beleuchtungsprismenplatte, K eine Dispersionsplatte, die an der Austrittsseite angeordnet ist, und T eine transparente Abdeckung.

Bei den Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 werden Daten bezüglich der optimalen Prismenwinkel, bei denen die Prismenabstände zwischen den Prismen P1 und P2 dem Sonnenlicht entsprechend der vorher in einer nicht dargestellten CPU gespeicherten Sonnenposition zugewandt sind, entsprechend der kaleidoskopischen Veränderung der Höhe und des Azimut der Sonne entnommen, und ein nicht dargestellter Motor wird auf Basis der Daten angetrieben, um das Rotationsausmaß jedes Prismas P1 und P2 zu steuern, so dass das Sonnenlicht so gesteuert wird, dass es Beleuchtung immer direkt nach unten abgibt. Die Dispersionsplatte K wird dafür verwendet, Regenbogenlicht zu weißem Licht zu zerstreuen, da das aus den Prismenplatten P1 und P2 austretende Licht das Spektrum der Regenbogenfarben aufweist.

Hierbei kann die Beleuchtung je nach Streuungsplatte frei zwischen Spotbeleuchtung und breitgestreuter einheitlicher Beleuchtung eingestellt werden. Bei der Spotbeleuchtung wird z. B. vorzugsweise eine mattierte Streuungsplatte oder eine feinmattierte PMMA-Platte, hergestellt von Mitsubishi Rayon Co., Ltd., oder dergleichen verwendet.

In der Tabelle von 38B sind die Messergebnisse für die Konfiguration aus 38A unter den folgenden Bedingungen (1) bis (4) für den Fall dargestellt, wenn eine 600 &#981; Beleuchtungsprismenplatte (aus PC) für die Beleuchtungsprismenplatten P1 und P2 und eine feinmattierte PMMA-Platte (hergestellt von Mitsubishi Rayon Co., Ltd.) als Streuungsplatte K verwendet wird.

  • (1) Wetter: gut
  • (2) Uhrzeit: etwa Mittag
  • (3) Messung der Beleuchtungsstärke: Minolta Beleuchtungsmesser
  • (4) direktes Sonnenlicht: etwa 90.000 Ix (Normalabstand-Seite)

Anhand der Tabelle aus 38B wurde dementsprechend die folgende Analyse durchgeführt.

Aus dem Vergleich zwischen den Messbedingungen (1) und (2) in der Tabelle geht hervor, dass durch ein Oberlicht gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Sonnenlicht so gesteuert wird, dass es Beleuchtung immer direkt nach unten abgibt, eine zehnmal so hohe Beleuchtungsintensität erreicht werden kann wie bei einem herkömmlichen Oberlicht ohne Beleuchtungsprismenplatte.

Weiters wird durch den Vergleich zwischen den Messbedingungen (2) und (3) in der Tabelle, oder anders gesagt durch den Vergleich eines herkömmlichen Oberlichts ohne Beleuchtungsprismenplatte mit einem Oberlicht (kein direktes Sonnenlicht) gemäß der Erfindung offensichtlich, dass das Oberlicht gemäß der Solarbeleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, selbst wenn aufgrund von Bewölkung kein direktes Sonnenlicht gegeben ist, eine Beleuchtungsintensität sicherstellen kann, die so hoch ist wie die eines herkömmlichen Oberlichts.

Da jede der Beleuchtungsprismenplatten aus transparentem PC-Harz besteht, werden für den menschlichen Körper schädliche UV-Strahlen herausgefiltert. Zudem ist der Klimatisierungsbedarf im Sommer gering, da das PC-Harz nahe Infrarotstrahlen überträgt, Infrafortstrahlen, die größer als 2 &mgr;m sind, jedoch abscheidet.

Als nächstes werden die theoretischen Grundlagen und ein Konfigurationsbeispiel für den Fall beschrieben, wenn ein spezielles Material für die Lichtverteilungsplatte verwendet wird, um die Lichtverteilungseigenschaft der vorliegenden Erfindung zu verbessern.

Als eine erste Versuchsanordnung zur Verbesserung der Lichtverteilungseigenschaft ist ein Beispiel angeführt, bei dem ein Sofort-Beleuchtungsglas (Handelsbezeichnung: UMU, hierin im Nachstehenden als „erste Lichtverteilungsplatte" bezeichnet) 120, hergestellt von Nippon Sheet Glass Co., Ltd., als ein Material verwendet wird, durch das die Solarbeleuchtungseigenschaft der Oberlicht-Beleuchtungsvorrichtung durch eine Lichtverteilungsplatte wie in 39 ersichtlich verändert wird.

Die erste Lichtverteilungsplatte 120 wird ausgebildet, indem eine Flüssigkristallschicht zwischen zwei Schichten aus Float-Plate-Glas gegeben wird, und steuert die Lichtübertragungseigenschaft des Glases, indem die Eigenschaft herangezogen wird, bei der die Flüssigkristallmoleküle durch Anlegen einer Wechselspannung in einer vorbestimmten Richtung ausgerichtet sind. Hierbei hat sich im Experiment bestätigt, dass die erste Lichtverteilungsplatte 120 bei einer Spannung von 0 V opak und bei einer Spannung von 100 V transparent wird.

Die Beleuchtungsintensität wurde in der in 39 veranschaulichten Anordnung mittels einer künstlichen Lichtquelle (100 W Halogen-Punktstrahler: Uchida SR-JI) 124 als Ersatz für das Sonnenlicht gemessen. Die Verweiszahl 125 kennzeichnet eine Messfläche, die in einem Abstand von 70 cm von der ersten Lichtverteilungsplatte 120 angeordnet ist. Weiters kennzeichnet das Verweissymbol A einen Messpunkt und &thgr; einen Winkel der Richtung direkt unter der Lichtquelle. 40 zeigt die Veränderung der Lichtverteilungseingeschaft entsprechend der an die erste Lichtverteilungsplatte 120 angelegten Spannung, wenn anhand der ersten Versuchsanordnung ein Versuch durchgeführt wird.

In 40 repräsentiert die Ordinate einen Wert (relatives Beleuchtungsverhältnis), der durch das Dividieren der Beleuchtungsintensität an jedem Messpunkt durch die Beleuchtungsintensität genau unter der Lichtquelle erhalten wird, wenn eine Spannung von 100 V an die erste Lichtverteilungsplatte 120 angelegt ist und diese transparent ist.

Die Abszisse repräsentiert einen Richtungswinkel direkt unter der Lichtquelle zum Messpunkt hin, der dem Winkel &thgr; in 39 entspricht.

In 40 veranschaulicht die Kurve (a) die Veränderung der Lichtverteilungseigenschaft, wenn eine Spannung von 100 V an die erste Lichtverteilungsplatte 120 angelegt ist.

Ähnlich zeigen die Kurven (b), (c) und (d) die Veränderung der Lichtverteilungseigenschaft, wenn die an die erste Lichtverteilungsplatte 120 angelegte Spannung auf 30 V, 20 V bzw. 0 V abgeändert wird. Wie aus 40 hervorgeht, kann die Lichtmenge und die Lichtverteilungseigenschaft durch Verändern der an die erste Lichtverteilungsplatte 120, angelegte Spannung, die aus Sofort-Beleuchtungsglas besteht, abgeändert werden.

Eine zweite Versuchsanordnung ist wie in 41 dargestellt konfiguriert. In der zweiten Versuchsanordnung wurde die Beleuchtungsintensität für den Fall gemessen, wenn direkt über der ersten Lichtverteilungsplatte 120 eine zweite Lichtverteilungsplatte 123 (z. B. Handelsbezeichnung 12M, hergestellt von Asahi Chemical Industry Co. Ltd.) angeordnet wird, die an diese angrenzt.

In den 41 und 39 werden ähnliche Elemente mit ähnlichen Verweiszahlen gekennzeichnet. Die zweite Lichtverteilungsplatte 123 ist z. B. mit einer darauf ausgebildeten gemusterten Kunststoffplatte ausgestattet.

42 zeigt die Versuchsergebnisse der zweiten Versuchsanordnung. Die Kurve (e) zeigt in 42 die Lichtverteilungscharakteristik, wenn nur die zweite Lichtverteilungsplatte 123 ohne die erste Lichtverteilungsplatte bereitgestellt ist. Hierbei ist die spezifische Lichtverteilungseigenschaft so, dass der direkt unter der Lichtquelle liegende Abschnitt verdunkelt ist. Die Kurve (f) veranschaulicht die Lichtverteilungseigenschaft, wenn an die erste Lichtverteilungsplatte 120, die direkt unter der zweiten Lichtverteilungsplatte 123 angeordnet ist, eine Spannung von 100 V angelegt ist und diese transparent ist. Hierbei sinkt die Beleuchtungsintensität im Vergleich zu dem Fall, wenn nur die zweite Lichtverteilungsplatte 123 bereitgestellt ist, aufgrund des durch die Übertragung durch die erste Lichtverteilungsplatte 120 verursachten Verlusts beinahe parallel. Zudem wird bei Kurve (f) die Lichtverteilungseigenschaft der zweiten Lichtverteilungsplatte 123, bei der der direkt unter der Lichtquelle liegende Abschnitt dunkel ist, direkt dargestellt.

Wenn die an die erste Lichtverteilungsplatte 120 angelegte Spannung auf 0 V abgeändert wird, ändert sich die Lichtverteilungseigenschaft wie in Kurve (g) dargestellt. Hierbei verschwindet die Lichtverteilungseigenschaft der zweiten Lichtverteilungsplatte 123, d. h. es zeigt sich der Zustand der herkömmlichen Lichtverteilungseigenschaft, bei der der Abschnitt direkt unter der Lichtquelle am hellsten ist und die weiter außen liegenden Abschnitte dunkler werden.

Da die spezifischen Eigenschaften der zweiten Lichtverteilungsplatte 123 durch die erste Lichtverteilungsplatte 120 wie oben beschrieben gesteuert werden, versteht es sich, dass die Beleuchtung in einem Bereich gesteuert werden kann, der von der schrägen Linie in 42 umschlossen ist, wenn eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Lichtverteilungsplatte 120 und 123 vorliegt.

Als nächstes werden die Ausführungsformen 8-1 bis 8-3 mit Verweis auf die 43, 44 und 45 beschrieben, bei denen die durch die zugehörigen Versuchsbeispiele in den 38A, 39 und 41 gewonnenen theoretischen Grundlagen der Oberlicht-Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.

(Ausführungsform 8-1)

In 43 ist die Ausführungsform 8-1 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Verweiszahl 131 in 43 kennzeichnet einen Oberlichtrahmen, 132 eine transparente Abdeckung, 133a eine erste Beleuchtungsprismenplatte und 133b eine zweite Beleuchtungsprismenplatte. Die Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b sind innerhalb der transparenten Abdeckung 132 angeordnet. Es wird angenommen, dass eine Vielzahl von nicht dargestellten dreieckigen Mikroprismenabschnitten, wie sie in den 36 und 37 gezeigt werden, im unteren Flächenabschnitt jeder der Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b ausgebildet ist.

Die Verweiszahlen 134a, 134b, 134c und 134d kennzeichnen Wellenlager, um die Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b gleitbar zu lagern.

Die Verweiszahlen 135a1 und 135b1 kennzeichnen Motoren zum Drehen der Beleuchtungsprismenplatten 133a bzw. 133b. Die Motoren 135a1 und 135b1 sind so gestaltet, dass die Antriebskräfte der Motoren 135a1 und 135b1 über die Zahnräder 135a2 und 135b2 auf Zahnradabschnitte (nicht dargestellt), die auf dem Außenumfang der Beleuchtungsprismenplatten 133a bzw. 133b ausgebildet sind, übertragen werden.

Die Verweiszahl 136 kennzeichnet eine Spannungszufuhr, 137a bis 137c Leitungsdrähte, 138 eine Antriebsschaltung zum Antreiben der Motoren 135a1 und 135b1, und 139 eine CPU. Die Daten bezüglich der Drehgeschwindigkeit der Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b, die entsprechend der Umlaufbahn, d. h. Höhe, Azimut etc. der Sonne, optimiert sind, werden von der CPU über die Antriebsschaltung 138 an die Motoren 135a1 und 135b1 weitergeleitet. Die Verweiszahl 146 kennzeichnet eine Dispersionsplatte, die im Austrittsabschnitt angeordnet ist.

Bei der obigen Konfiguration kann das Sonnenlicht den Innenraum beleuchten, da jede der Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b auf Basis eines Signals der CPU 139 mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht wird, um der Höhe und Richtung der Sonne zu folgen.

(Ausführungsform 8-2)

44 veranschaulicht die Ausführungsform 8-2 der vorliegenden Erfindung. In 44 sind Bestandteile, die denen der in 43 dargestellten Ausführungsform 8-1 entsprechen, übereinstimmend gekennzeichnet.

Die Verweiszahl 140 kennzeichnet eine erste Lichtverteilungsplatte, die an der Austrittsseite als Ersatz für die Streuungsplatte 146 der Ausführungsform 8-1 angeordnet ist. Die Lichtverteilungsplatte 140 ist z. B. aus Sofort-Beleuchtungsglas (Handelsbezeichnung: UMU) wie oben beschrieben ausgebildet. Die Verweiszahl 141 kennzeichnet einen Spannungsregler und 142a und 142b einen Leitungsdraht, um die erste Lichtverteilungsplatte 140 und den Spannungsregler 141 mit der Spannungszufuhr 136 zu verbinden. Hierbei wird die an die erste Verteilungsplatte 140 angelegte Spannung durch den Spannungsregler gesteuert.

Dementsprechend werden auch bei dieser Ausführungsform Daten bezüglich der Veränderung der Sonnenposition (Höhe, Azimut) von der CPU 139 über die Antriebsschaltung 138 an die Motoren 135a1 und 135b1 auf dieselbe Art und Weise wie in der Ausführungsform 8-1 weitergeleitet, so dass die Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 133a und 133b gesteuert werden, um durch die Zahnräder 135a2 und 135b2 optimiert zu werden, wodurch das Sonnenlicht wirksam nach innen geführt werden kann.

Bei dieser Ausführungsform ist die erste Beleuchtungsprismenplatte 140 an der Austrittsseite der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet. Da die erste Beleuchtungsprismenplatte 140 so gestaltet ist, dass die Lichtverteilungseigenschaft wie in 40 dargestellt verändert werden kann, wenn die an die erste Lichtverteilungsplatte 140 angelegte Spannung durch den Spannungsregler 141 gesteuert wird, ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass die Raumbeleuchtung verändert werden kann.

(Ausführungsform 8-3)

In 45 ist die Ausführungsform 8-3 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bestandteile, die mit denen der in 44 gezeigten Ausführungsform 8-2 übereinstimmen, sind in 45 gleich gekennzeichnet.

Die Verweiszahl 143 kennzeichnet eine zweite Lichtverteilungsplatte, die z. B. aus einer gemusterten Kunststoffplatte besteht und z. B. direkt über der ersten Lichtverteilungsplatte 140 angeordnet ist.

Das heißt, diese Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lichtverteilungsplatte 140 und 143 ein Austrittsrichtung-Steuermittel ausbilden. Im Wesentlichen wird nicht nur das Sonnenlicht entsprechend der Position der Sonne wie in Ausführungsform 8-2 wirksam nach innen geführt, sondern auch die Raumlichtverteilungseigenschaft gesteuert, so dass die Beleuchtungsart durch die jeweilige Kombination der Lichtverteilungseigenschaften der zwei Lichtverteilungsplatten verändert wird.

Bei der Steuerung der Beleuchtungsart in dieser Ausführungsform wird die Lichtübertragungseigenschaft verändert, wenn die an die erste Lichtverteilungsplatte 140 anzulegenden Spannung durch den Spannungsregler 141 ausgewählt wird. Dadurch wird eine Lichtverteilungseigenschaft ausgebildet, bei der die Lichtverteilungseigenschaft der zweiten Lichtverteilungsplatte 143, die aus einer gemusterten Kunststoffplatte oder dergleichen besteht, aufscheint oder verschwindet.

Da die Oberlicht-Solarbeleuchtungsvorrichtung der Ausführungsform 8 wie oben beschrieben konfiguriert ist, ergeben sich folgende hervorragenden Eigenschaften:

  • (1) Da das Beleuchtungsmittel zum Aufnehmen von Licht entsprechend der Position des Sonnenlichts für ein Oberlicht so bereitgestellt ist, dass nicht nur herkömmliches Himmelslicht, das von Natur aus in das Haus eintritt, sondern auch Solarlicht entsprechend der Veränderung der Position der Sonne nach innen geführt wird, wird im Vergleich zum herkömmlichen Fall bei einem Haus mit einem darauf angeordneten Oberlicht eine große Lichtmenge nach innen gebracht.

    Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Verfahren ist zudem ein Lichtstrahlensteuerungsverfahren, das in die herkömmliche Form des Oberlichts eingebaut werden kann. Das heißt, da das Verfahren ein einfaches Verfahren ist, bei dem jede Beleuchtungsprismenplatte auf einer Ebene gedreht wird, ist die vorliegende Erfindung auf den Zweck der vorliegenden Erfindung – die Reduktion von Größe, Gewicht, Kosten, etc. – ausgerichtet. Der zur Steuerung notwendige elektrische Strom kann verringert werden, da die Beleuchtungsprismenplatte bei einer sehr langsamen Drehgeschwindigkeit gedreht werden kann.
  • (2) Wenn das Ausgangsrichtung-Steuermittel an der Austrittsseite der vorher erwähnten Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, damit die Austrittsrichtung ausgewählt werden kann, wird folgende Wirkung erzeugt.

Da die Lichtverteilungseigenschaft kontinuierlich ohne Austausch der Beleuchtungsprismenplatte verändert werden kann, kann das Gebiet, in dem die Oberlicht-Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wesentlich erweitert werden.

Wenn eine erste Lichtverteilungsplatte, wie z. B. Sofort-Beleuchtungsglas (Handelsbezeichnung: UMU), bei der die Lichttransmission durch Steuern der Ausrichtung der Flüssigkristalle gesteuert werden kann, als Austrittsrichtung-Steuermittel verwendet wird, kann die Lichtverteilungseigenschaft lediglich durch eine Kombination der ersten Lichtverteilungsplatte und des Spannungsreglers zum Anlegen einer Spannung an die erste Lichtverteilungsplatte einfach gesteuert werden. Dementsprechend kann die Lichtverteilungseigenschaft durch die Anordnung lediglich einer Lichtverteilungsplatte kontrolliert werden.

Die herkömmliche Arbeit des Austauschens der Lichtverteilungsplatte durch einen neue, um die Lichtverteilungseigenschaft zu verändern, ist nicht mehr notwendig, d. h. die Erzeugung von Lichtverteilungsplatte mit unterschiedlicher Lichtverteilungseigenschaft als Ersatzteile ist nicht erforderlich.

Zudem werden durch eine Anordnungskombination, bei der nicht nur die erste Lichtverteilungsplatte, deren Lichttransmissionn gesteuert werden kann, an der Austrittsseite angeordnet ist, sondern auch die zweite Lichtverteilungsplatte z. B. direkt über der ersten Lichtverteilungsplatte bereitgestellt ist, die Lichtverteilungseigenschaften der zwei Lichtverteilungsplattten mit einander multipliziert, so dass die Beleuchtung kräftiger gestaltet werden kann.

Wenn mehrere Arten von Lichtverteilungsplatten mit spezifischen Lichtverteilungseigenschaften in Kombination verwendet werden, kann eine größere Anzahl an Beleuchtungsmustern erzeugt werden.

Ausführungsform 9

Mit Verweis auf die 46A bis 49 wird untenstehend die Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung, die sich auf einen optischen Achsensensor für ein Solarbeleuchtungssteuerungselement (das später in und nach Ausführungsform 10 beschrieben wird) bezieht, beschrieben.

Die 46A bis 46C veranschaulichen die Ausführungsform 9-1 des optischen Achsensensors. 46A ist eine perspektivische Gesamtansicht. 46B ist eine vertikale Schnittansicht. 46C ist eine horizontale Schnittansicht von 46B.

47 ist eine vertikale Schnittansicht, die ein wichtiges Element der Ausführungsform 9-2 des optischen Achsensenors zeigt.

48 ist eine vertikale Schnittansicht, die ein wichtiges Element der Ausführungsform 9-3 des optischen Achsensensors zeigt.

49 ist eine vertikale Schnittansicht, die ein wichtiges Element der Ausführungsform 9-4 des optischen Achsensensors zeigt.

In jeder der Ausführungsformen 9-1 bis 9-4 des optischen Achsensensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein optischer Achsensensor dargestellt, in dem ein Zylinder 151 aus einem Metall wie Aluminium, der als Lichtabschirmung verwendet wird, mit einem Loch 152 bereitgestellt ist, das in der geschlossenen Deckfläche des Zylinders 151 ausgebildet ist, wie in den 46A und 46B ersichtlich ist, so dass Licht durch das Loch 152 in den Zylinder 151 gelenkt wird und auf den Bodenbereich 153 des Zylinders 151 strahlt, um dadurch die optische Achse zu bestimmen.

(Ausführungsform 9-1)

Die in den 46A bis 46C gezeigte Ausführungsform 9-1 ist so konfiguriert, dass der Bereich 153 in eine Vielzahl von Bereichen unterteilt ist und von einem Licht-leitenden Harz 155 umschlossen ist, das wiederum entsprechend der Vielzahl an Bereichen 153 in eine Vielzahl von Einzelteilen unterteilt ist, so dass eine Linie, die das Loch 152 des optischen Achsensensors und die Mitte des optischen Achsensensors verbindet, vom Harz 155 umgeben ist und Licht durch das Licht-leitenden Harz 155 in die entsprechenden Bereiche des optischen Sensors 154 übertragen wird, so dass die optische Achse auf Basis Ausgangswerte der einzelnen Bereiche des optischen Sensors 154 ermittelt wird.

Das Licht-leitende Harz 155 dient zum Weiterleiten von Licht mit geringer Reflexion (mit geringem Reflexionsgrad). Die einzelnen Bereiche des Licht-leitenden Harzes 155 dienen dazu, einfallende Lichtstrahlen einzeln und unabhängig nach unten zu leiten.

Das heißt, in der in den 46A bis 46C dargestellten Konfiguration kann Licht nur durch das Loch 152 in den Zylinder 151 eindringen, so dass kein Licht durch die Oberfläche in den Zylinder 151 eindringen kann. Hierbei wird ein Winkel, in dem Licht in den Zylinder 151 eindringen kann, physikalisch auf Basis des Durchmessers und der Dicke des Lochs bestimmt.

Es wird nun angenommen, dass der Bereich, in den Licht strahlt, in vier Teile unterteilt ist. Wenn die Richtung des einfallenden Lichts beinahe senkrecht ist, trifft das Licht direkt auf die vier Teilbereiche 153a bis 153d. Wenn die von den vier Teilbereichen 153a bis 153d erhaltenen Ausgangswerte hierbei gleich sind, wird festgestellt, dass die Richtung des einfallenden Lichts senkrecht ist. Wenn die Ausgangswerte des optischen Sensors 154 unterschiedlich sind, wird der Winkel auf Basis des Verhältnisses der Ausgangswerte ermittelt. Zudem kann die Lichtintensität auf Basis der auf die Bereiche 153a bis 153d gestrahlten Lichtmengen detektiert werden.

(Ausführungsform 9-2)

Die in 47 dargestellte Ausführungsform 9-2 ist so konfiguriert, dass der Durchmesser oder die Dicke des Lochs oder die Form des Lochs zu einer konischen Form verändert wird.

Das heißt, um den Einfallswinkelbereich zu vergrößern, kann der Durchmesser des Lochs 162 in der geschlossenen Oberfläche des Metallzylinders 161 vergrößert werden oder die Dicke des Lochs verringert werden oder die Form des Lochs nach unten wie ein Kegel verbreitert werden, wie in 47 ersichtlich ist.

Die optische Achse und die Lichtintensität werden auf dieselbe Art wie in Ausführungsform 9-1 detektiert.

(Ausführungsform 9-3)

Die in 48 dargestellte Ausführungsform 9-3 ist so konfiguriert, dass ein Metallinnenzylinder 172 teleskopartig in einen Metallaußenzylinder 171 eingeführt ist, und Licht durch die auf den geschlossenen Deckflächen der Zylinder 171 und 172 angeordneten Löcher 173 bzw. 174 in den Innenzylinder 172 geleitet wird.

Das heißt, die Lochdicke wird im Wesentlichen durch das Bewegen des Außenzylinders 171 aus 48 nach oben und nach unten verändert. Der Winkel, in dem Licht in den Innenzylinder 172 eindringen kann, ist begrenzt, so dass die Anzahl der optischen Achsen (Intensität des Lichts in der optischen Achse) und der Winkel der optischen Achse auf Basis des Unterschieds zwischen den Ausgangswerten ermittelt wird.

(Ausführungsform 9-4)

Die in 49 veranschaulichte Ausführungsform 9-4 ist so konfiguriert, dass Licht durch ein Loch 182, das in der geschlossenen Deckfläche des Metallzylinders 181 angeordnet ist, in den Metallzylinder 181 geleitet wird, und ein Bereich 183 mit einem darin bereitgestellten optischen Sensor in den Zylinder 181 eingeführt wird, so dass er vertikal angepasst werden kann.

Das heißt, der Abschnitt, auf den in 49 Licht gestrahlt wird, wird nach oben und nach unten bewegt. Dementsprechend kann der Winkel, in dem Licht in den Zylinder eintreten kann, auf Basis des Abstands zwischen dem Loch und dem Bereich, auf den Licht gestrahlt wird, gesteuert werden.

Auch in dieser Ausführungsform kann der Winkel der optischen Achse und die Lichtintensität in Bezug auf die optische Achse auf dieselbe Art wie in Ausführungsform 9-3 detektiert werden.

Der optische Achsensensor der Ausführungsform 9, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, weist folgende Eigenschaften auf:

  • (1) Der optische Achsensensor kann als kostengünstiger optischer Achsensensor hergestellt werden.
  • (2) Der Einfallswinkel kann trotz der einfachen Struktur vergrößert werden.
  • (3) Dementsprechend ist der optische Achsensensor als optischer Achsensensor, der an einem Solarbeleuchtungssteuerungselement angebracht ist, sehr nützlich.

Ausführungsform 10

Die Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, die sich auf ein Solarbeleuchtungssteuerungselement zum Verbessern der Lichtausbeute einer Solarbeleuchtungsvorrichtung, egal in welcher Position sich die Solarbeleuchtungsvorrichtung befindet, bezieht, wird insbesondere auf Basis der Ausführungsformen 10-1 bis 10-3 dargestellt in den 50 bis 55 untenstehend beschrieben.

Die grundlegende Eigenschaft der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass ein Solarpositionsdetektor bereitgestellt ist, um in der Position, in der die Solarbeleuchtungsvorrichtung angebracht ist, die Position der Sonne zu jedem Zeitpunkt zu detektieren.

(Ausführungsform 10-1)

50 veranschaulicht die Ausführungsform 10-1 der vorliegenden Erfindung.

In 50 kennzeichnet die Verweiszahl 191 eine Beleuchtungsprismenplatte, die als ein Beleuchtungsabschnitt dient. Eine Vielzahl an dreieckigen Mikroprismenabschnitten 191a sind auf dem Unterseitenabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 191 ausgebildet. Die Zähne (nicht dargestellt), die in ein Zahnrad 193 (das später beschrieben wird) eingreifen, sind auf dem Außenumfangsabschnitt der Beleuchtungsprismenplatte 191 angeordnet. Die Verweiszahl 192 kennzeichnet einen Motor und die Verweiszahl 193 ein Zahnrad, das die Antriebskraft des Motors zum Drehen der Beleuchtungsprismenplatte 191 heranzieht. Die Verweiszahl 194 kennzeichnet eine CPU, die Verweiszahl 196 eine Verbindungswelle, um das Zahnrad 193 mit dem Motor 192 zu verbinden, und die Verweiszahlen 197 und 200 jeweils Leitungsdrähte. Die oben erwähnten Elemente 191 bis 200 besitzen dieselbe Struktur wie bei der herkömmlichen Vorrichtung in 82.

Die Verweiszahl 199 kennzeichnet einen Sonnenpositionsdetektor, der so eingestellt ist, dass er in der Position, in der die Solarbefeuchtungsvorrichtung 199 angebracht ist, zu jedem Zeitpunkt die Position der Sonne detektiert. Beim Sonnenpositionsdetektor 199 sind z. B. eine Beleuchtungsprismenplatte 199P oder eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten 199P, die horizontal und unabhängig von einander gedreht werden können, wie in 51 dargestellt ist, im Beleuchtungsabschnitt angeordnet, und der Sonnenpositionsdetektor 199 besitzt einen Beleuchtungszustandsdetektor wie ein optischer Achsensensor, einen Lichtmengensensor oder dergleichen, der zur Beleuchtungsprismenplatte 199P hin angeordnet ist, sowie eine Zentralprozessoreinheit 199C. Der Solarbeleuchtungsdetektor 199 ist so konfiguriert, dass zu jedem Zeitpunkt einfallendes Licht von der Sonne aufgenommen wird, während der Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte 199P so gesteuert wird, dass die Platte durch einen Antriebsmechanismus entsprechend der Position der Sonne gedreht wird und das Ausgangssignal des Beleuchtungszustandsdetektor 199K in der CPU 199C einer Rechenoperation unterzogen wird. Die Verweiszahl 199N kennzeichnet eine Eingangsvorrichtung für die CPU 199C.

In 50 kennzeichnet die Verweiszahl 200 einen Leitungsdraht, um das Ausgangssignal des Sonnenpositionsdetektors 199 an die CPU 194 weiterzuleiten.

In der vorher erwähnten Konfiguration wird das Signal, das durch die Detektion der Position der Sonne zu jedem Zeitpunkt erhalten wird, vom Sonnenpositionsdetektor 199 an die CPU 194 weitergegeben, so dass die CPU 194 auf Basis dieses Signals einen Rotationsbefehl an den Motor 192 erteilt, um die Beleuchtungsprismenplatte 191 durch den Motor 192 und das Zahnrad 193 zu drehen.

Dementsprechend wird die Drehung der Beleuchtungsprismenplatte 191 durch die Verfolgung der Sonne konstant gesteuert, so dass ihr Prismenwinkel und somit auch die nach innen geführte Lichtmenge optimiert wird.

(Ausführungsform 10-2)

In 52 ist die Ausführungsform 10-2 der vorliegenden Erfindung dargestellt.

Die Ausführungsform 10-2 der 52 besitzt fast dieselbe Struktur wie die Ausführungsform 10-2 aus 50, so dass die Beschreibung der Elemente die gleich sind ausgelassen wird, da einander entsprechende Elemente übereinstimmend gekennzeichnet sind.

Die Konfigurationseigenschaft dieser Ausführungsform besteht darin, dass zusätzlich zur Ausführungsform 10-2 ein optischer Achsensensor 201 so angeordnet ist, dass er der Beleuchtungsprismenplatte 191 gegenüberliegt, und ein Leitungsdraht 202 bereitgestellt ist, um das Ausgangssignal des optischen Achsensensors 201 an die CPU 194 weiterzuleiten.

Die vorliegende Ausführungsform wird wie in den Schritten ST1 bis ST10 in 53, die ein Ablaufdiagramm zeigt, betrieben.

Bei dieser Ausführungsform wird das Ausgangssignal des optischen Achsensensors 201 für jeden Zeitpunkt an die CPU 194 weitergegeben, so dass die optische Achsensteuerung der Beleuchtungsprismenplatte 191, die durch die CPU 194 durchgeführt wird, kontinuierlich auf Basis des Ausgangssignals des Sonnenpositionsdetektors 199 korrigiert wird.

Dementsprechend ist diese Ausführungsform hinsichtlich der nach innen geführten Lichtmenge im Vergleich zur Ausführungsform 10-1 verbessert.

(Ausführungsform 10-3)

54 veranschaulicht die Ausführungsform 10-3 der vorliegenden Erfindung.

Ähnliche Verweiszahlen in jeder der 54 und 52 beziehen sich auf ähnliche Elemente.

Die Beschreibung der Elemente, die dieselbe Struktur wie in Ausführungsform 10-2 aufweisen, wird weggelassen.

Die Konfigurationseigenschaft der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass anstatt dem optischen Achsensensor 201 der Ausführungsform 10-2 ein Lichtmengensensor 203 der Beleuchtungsprismenplatte gegenüberliegend angeordnet ist und der Leitungsdraht 204 bereitgestellt ist, um das Ausgangssignal des Lichtmengensensors 203 an die CPU 194 zu übertragen.

In dieser Ausführungsform ist die Beleuchtungssteuerung aus der Ausführungsform 10-1 abgeändert, so dass ein Rotationsbefehl für die Beleuchtungsprismenplatte 191 auf Basis des Lichtmengensignals, das zu jedem Zeitpunkt vom Lichtmengensensor 203 an die CPU 194 weitergegeben wird, korrigiert werden soll. Das heißt, die vorliegende Ausführungsform wird wie in den Schritten ST1 bis ST2 des Ablaufdiagramms in 55 dargestellt betrieben. In den Schritten wird das Ausgangssignal des Lichtmengensensors 203 von der CPU 194 in Schritt ST4 gelesen, und in Schritt ST5 erfolgt eine Überprüfung, ob die von der Beleuchtungsprismenplatte 191, während diese auf Basis des Detektionssignals des Sonnenpositionsdetektors 199 durch die CPU 194 gesteuert wird, hereingeführte Lichtmenge eine entsprechend der Position der Sonne optimale Lichtmenge ist oder nicht, wodurch die Lichtmenge so gesteuert wird, dass sie ein Optimum annimmt (ST5 bis ST10). Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform 10-2 ist, dass die Lichtmenge in dieser Ausführungsform als eine Steuerungskorrektur-Detektionsmenge verwendet wird.

Obwohl jede der vorher erwähnten Ausführungsformen für den Fall beschrieben worden ist, wenn der Einfachheit halber eine Beleuchtungsprismenplatte im Beleuchtungsabschnitt vorgesehen ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung auch dann angewendet werden kann, wenn eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten, z. B. zwei Beleuchtungsprismenplatten oder dergleichen, im Beleuchtungsabschnitt angeordnet sind, und dass die Richtungssteuerung der optischen Achse bei einer Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatte besser durchgeführt werden kann.

Obwohl die Konfiguration aus 51 in jeder der vorhergehend erwähnten Ausführungsformen als Konfigurationsbeispiel des Sonnenpositionsdetektors 199 dargestellt worden ist, können natürlich andere Konfigurationen als die aus 51 verwendet werden, solange die Position der Sonne zu jedem Zeitpunkt detektiert werden kann.

Wenn die Konfiguration aus 51 verwendet wird, sind die Beleuchtungsprismenplatte 199P, der Antriebsmechanismus 199M, die CPU 199C und der Beleuchtungszustandsdetektor 199K der Konfiguration aus 51 auch den Ausführungsformen 10-1 bis 10-3 gemeinsam. Dementsprechend können diese gemeinsamen Konfigurationselemente teilweise oder vollständig ausgelassen werden, indem die Erfindungsidee im Programmiervorgang der CPU 194 verwendet wird.

Das Solarbeleuchtungssteuerungselement der Ausführungsform 10, das wie oben beschrieben konfiguriert ist, weist folgende hervorragenden Eigenschaften auf:

  • (1) Da der Sonnenpositionsdetektor zusätzlich zur Beleuchtungsvorrichtung und der CPU bereitgestellt ist, so dass die Position der Sonne zu jedem Zeitpunkt durch den Sonnenpositionsdetektor, an der Stelle an der die Solarbeleuchtungsvorrichtung angebracht ist, detektiert werden kann, kann durch die Verfolgung der Sonne entsprechend jedem Zeitpunkt anhand des Ergebnisses der Rechenoperation der CPU auf Basis des Detektionssignals eine optimale Innenbeleuchtung durchgeführt werden.
  • (2) Bei der Konfiguration der Beleuchtungsvorrichtung, bei der eine Beleuchtungsprismenplatte oder eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten so angeordnet sind, dass sie horizontal gedreht werden können, kann die durch die Verfolgung der Sonne nach innen geführte Lichtmenge kontinuierlich optimiert werden, da der Sonnenpositionsdetektor das Signal der Sonnenposition, wie Höhe, Azimut, etc. der Sonne, zu jedem Zeitpunkt von der feststehenden Stelle an die Zentraleinheit weitergibt, so dass die Zentraleinheit auf Basis des Ausgangssignals des Sonnenpositionsdetektors eine Rechenoperation durchführt und einen Rotationsbefehl erteilt, um den Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte entsprechend zu steuern.
  • (3) Wenn der Beleuchtungszustandsdetektor, wie z. B. ein optischer Achsensensor, ein Lichtmengensensor, etc., zusätzlich zum Sonnenpositionsdetektor angeordnet ist, so dass die Rotationssteuerung der Beleuchtungsprismenplatte in Übereinstimmung mit der optischen Achse oder der Lichtmenge zu jedem Zeitpunkt korrigiert wird, wird der Innenraumbeleuchtungszustand deutlich verbessert.
  • (4) In der Konfiguration, in der der Beleuchtungszustandsdetektor, wie in Absatz (3) dargestellt, bereitgestellt ist, wird die Korrektur der Rotationssteuerung geeignet durchgeführt, selbst wenn durch die Verschlechterung der physikalischen Eigenschaft der Beleuchtungsprismenplatte aufgrund der langfristigen Verwendung die Beleuchtungsgenauigkeit abnimmt, da die Lichtmenge oder die optische Achse kontinuierlich zu jedem Zeitpunkt detektiert wird.

Ausführungsform 11

Die Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung, die sich auf Mittel zum Detektieren der Richtung und des Winkels der optischen Achse sowie von Bewölkung bezieht, die am Solarbeleuchtungssteuerungselement angebracht sind, wird untenstehend insbesondere auf Basis der Ausführungsformen 11-1 und 11-2, die in den 56 bis 65 dargestellt sind, beschrieben.

(Ausführungsform 11-1)

Als erstes wird die Ausführungsform 11-1 der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die 56 bis 61 beschrieben.

56 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform des Detektors unter Verwendung des Detektionsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt. In 56 kennzeichnet die Verweiszahl 211 eine Tischartige Basis und die Verweiszahl 213 einen Schrittmotor, der als Antriebsquelle dient. Die Verweiszahl 213 kennzeichnet einen zylindrischen Rotor, der vom Schrittmotor 212 angetrieben wird. Die Verweiszahl 212a kennzeichnet eine Drehwelle des Schrittmotors 212. Wie in 56 gezeigt wird, wird die Drehwelle 212a ruhend in ein Loch 211N eingeführt, das beinahe im Mittelabschnitt der Basis 211 angeordnet ist, so dass die Drehwelle 212a in einem vorbestimmten Abstand von der Basis 211 angebracht ist.

Die Verweiszahl 214 kennzeichnet einen ersten Schirm, der einstückig entlang eines vorbestimmten Bereichs des Außenumfangs des Rotors 213 angeordnet ist. Der Schirm 214 ist in einer solchen Form ausgebildet, dass sich die Höhe kontinuierlich in Rotationsrichtung des Rotors 213, wie in 56 dargestellt, verändert. Der Schirm 214 ist beispielsweise wie ein Dreieck geformt. Hinsichtlich der Einwirkung von Schatten auf einen Lichtsensor 217, der später beschrieben wird, ist ein Verbindungsabschnitt 214A an der Unterseite des Dreiecks ein Verbindungsabschnitt 214A bereitgestellt, so dass der Schirm 214 leicht nach oben gehoben wird, wie in 56 ersichtlich.

Zudem wird als Material für den Schirm 214 vorzugsweise, falls möglich, ein undurchsichtiges Material verwendet, um die Wandfläche des Schirms 214 auszubilden, um scharfe Schatten zu erhalten.

Der Schrittmotor 212 ist so gestaltet, dass er auf einem am Boden angebrachten Brett oder dergleichen angeordnet ist und von der Basis 211 gestützt wird, um den Rotor 213 und den Schirm 214, falls notwendig, zu tragen.

Die Verweiszahl 215 kennzeichnet einen Endschalter zum Detektieren des Ursprungs des Rotors 213. Der Endschalter 215 ist an der Innenumfangsfläche eines L-förmigen Halterungselements am oberen Ende des Halterungselements 216 befestigt und so angeordnet, dass er der Außenumfangsfläche des Rotors 213 in einem vorbestimmten Abstand gegenüberliegt. Der untere Endabschnitt des Halterungselements 216 ist auf der Basis 211 befestigt.

Die Verweiszahl 217 kennzeichnet einen Lichtsensor der von einem Halterungsarm 218 getragen wird. Der Lichtsensor 217 ist in einer vorbestimmten Position angeordnet, die vom Einfluss der Schatten, die vom Schirm 214 auf die Rotationsmittelachsenlinie knapp über der Deckfläche des Rotors 213 geworfen werden, abhängt. Der untere Endabschnitt des Halterungsarms 218 ist mittels einer Schraube 218a oder dergleichen auf der Basis 211 befestigt.

Das Ausgangssignal des Lichtsensors 217 wird durch ein Substrat (nicht dargestellt), das zum Lichtsensor 217 gehörende elektronische Elemente aufweist, und durch einen Leitungsdraht (nicht dargestellt) an die CPU weitergeleitet, so dass eine erforderliche Rechenoperation (die später beschrieben wird) ausgeführt wird. Die Rotationssteuerung des Schrittmotors 212 wird auch auf Basis eines von der CPU erteilten Befehls angetrieben.

In der Konfiguration der in 56 dargestellten Ausführungsform wird der Lichtsensor 217 durch den Halterungsarm 218 in einer Position auf der Rotationsmittelachse über dem Rotor 213 gehalten/befestigt. Bei einer solchen Konfiguration ist die genaue Ausrichtung des Lichtsensors 217 und des Schirms 214 schwierig. Daher ist es im Wesentlichen notwendig, dass die Mitte des Lichtsensors und die Mitte des Schirms durch eine Schaltungsanpassung im Lichtsensorsubstrat ausgerichtet werden.

Wie in 57 ersichtlich, wird der Lichtsensor 217A dazu vorzugsweise auf dem Substrat 219 bereitgestellt, das auf der Deckfläche des Rotors 213 mittels Schrauben 220a und 220b oder dergleichen befestigt ist, so dass der Lichtsensor 217A einstückig mit dem Rotor 213 gedreht wird. In diesem Fall ist der Lichtsensor 217A auf dem Substrat 219 angeordnet und montiert, so dass die Mitte des Lichtsensors 217A im Vorhinein in einer Position in der Rotationsmitte des Rotors 213 angeordnet wird. Die zum Lichtsensor 217A gehörenden elektronischen Elemente und der über die elektronischen Elemente mit der CPU verbundenen Führungsdraht sind zwar nicht dargestellt, jedoch im Substrat 219 eingeschlossen.

Als nächstes wird mit Verweis auf das Ablaufdiagramm der 61, anders als die 58A bis 60, untenstehend das Verfahren beschrieben werden.

In der folgenden Beschreibung wird der Betrieb des Detektionsverfahrens unter Verwendung der Schrittsymbole ST1 bis ST12, die im Ablaufdiagramm aus 61 beschrieben sind, erläutert.

Wenn der Detektor aus 56 oder 57 an einer Stelle angebracht wird, an der Sonnenlichtstrahlen auftreffen, und dann der Schrittmotor anfänglich z. B. im Uhrzeigersinn in Übereinstimmung mit einem Antriebsbefehl von der nicht dargestellten CPU angetrieben wird, um den Ursprung zu detektieren, wird der Ursprung des Rotors 213 durch den Ursprungsdetektions-Endschalter 215 detektiert (ST1), so dass der Schrittmotor umgehend stehenbleibt.

Hierbei wird der Rotor 213, wie in 58A dargestellt, an die Richtung N des Ursprungs (z. B. nördliche Richtung) angeglichen. In diesem Fall stimmt z. B. das vordere Ende 214a des dreieckigen Schirms 214 mit dem Ursprung O überein.

Wenn der Schrittmotor 212 gemäß einem normalen Antriebsbefehl, der von der CPU auf Basis eines Befehls (ST2), mit der Detektion der Richtung und des Winkels (Erhebungswinkel) der optischen Achse zu beginnen, erteilt worden ist, angetrieben wird, so dass der Rotor 213 sich in Richtung des in 58A dargestellten Pfeils zu drehen beginnt (ST3). Wenn das Ausgangssignal der Lichtsensors 217 oder 217A zu einem Zeitpunkt geringer wird, an dem sich das vordere Ende 214a des Schirms 214 mit dem Winkel &thgr;1 von der Richtung N des Ursprungs, wie in 58B ersichtlich, dreht (ST4), wird ein dem Winkel &thgr;1 entsprechendes Signal an die CPU abgegeben, so dass die CPU den Winkel &thgr;1 auf Basis eines vom Schrittmotor 212 ausgegebenen Schrittwinkelsignals und des verringerten Ausgangssignals des Lichtsensors 217 oder 217A berechnet, um dadurch die Richtung (Azimut) der optischen Achse als &thgr;1 zu detektieren (ST5).

Wenn das Ausgangssignal des Lichtsensors 217 oder 217A wieder bis zu einem hohen Ausgangssignal (ST7) ansteigt, nachdem die Rotation des Rotors 213 fortgesetzt wurde, d. h. nachdem die Rotation des Schirms 214 fortgesetzt wurde, d. h. nachdem der Schirm 214 um den Winkel &Dgr;&thgr;1 aus ST5 (ST6) weiter gedreht wurde, d. h. nachdem der Schirm 214 insgesamt um &thgr;1 + &Dgr;&thgr;1 weiter gedreht wurde, wie in 58C dargestellt ist, berechnet die Steuerungsschaltung in ST8 den Winkel &agr;1 der optischen Achse auf Basis des Winkels &Dgr;&thgr;1 wie folgt.

Wenn die Höhen am vorderen Ende 214a und an der Zwischenposition P des Schirms 214 durch h und hp dargestellt werden, wie in 59 ersichtlich, wird die Höhe hp durch die CPU auf Basis der folgenden Gleichung (9) berechnet: hp = h(&thgr; – &Dgr;&thgr;1)/&thgr; (9) worin &thgr; für einen Winkel (58C) zwischen den einander gegenüberliegenden Enden 214a und 214b des dreieckigen Schirms 214 steht. Hinsichtlich der Proportion wird der Wert des Winkels in die Länge der Unterseite des Schirms 214 umgewandelt. Aus demselben Grund wird der Wert von &Dgr;&thgr;1 in die Länge zwischen 214a und P an der Unterseite des Schirms 214 umgewandelt (58C und 59).

Als nächstes wird der Winkel &ohgr;1 (Erhebungswinkel) der optischen Achse anhand der Gleichung (10) aus 60 definiert. &ohgr;1 = tan–1(hp/r) (10)

Dementsprechend wird der Winkel &ohgr;1 (Erhebungswinkel) der optischen Achse durch die Gleichung (11) erhalten, indem der Ausdruck (9) im Ausdruck (10) eingesetzt wird. &ohgr;1 = tan–1{(h/r)·(&thgr; – &Dgr;&thgr;1)/&thgr;} (11)

Der Winkel &ohgr;1 der optischen Achse wird daher auf Basis der Gleichung (11) berechnet, wenn die h, r, &thgr; und &Dgr;&thgr;1 entsprechenden Signale an die CPU (ST8) weitergeleitet werden.

Solange der Winkel &ohgr;1 der optischen Achse erhalten wird, kann die Höhe der Sonne unter Berücksichtigung der Befestigungsposition der Solarbeleuchtungsvorrichtung berechnet werden.

Wenn das Ausgangssignal des Lichtsensors 217 oder 217A hingegen nicht kleiner wird, wird der Rotor 213 so gesteuert, dass er über den gesamten Bereich gedreht wird (ST9), und wenn in ST10 bewölktes Wetter festgestellt wird, wird ein Detektionsausgangssignal „bewölkt" ausgesendet.

Wenn sich der Rotor 213 über den gesamten Bereich dreht (ST11), ohne dass sich das Ausgangssignal des Lichtsensors 217 oder 217A (ST7) erhöht, obwohl die Rotation des Schirms 214 fortgesetzt wird (ST6) nachdem das Ausgangssignal des Lichtsensors 217 oder 217A kleiner geworden ist (ST4), entscheidet die CPU in ST12, dass der Winkel der optischen Achse außerhalb des Detektionsbereichs liegt. Die Zeit, zu der der Winkel der optischen Achse außerhalb des Detektionsbereichs liegt, ist etwa um Mittag, wo die Sonne sehr hoch steht. Die Detektion hinsichtlich dieses Bereichs ist in ST12 ausgeschlossen. Danach wird der vorhergehend erwähnte Detektionsvorgang wiederholt.

(Ausführungsform 11-2)

Als nächstes wird die Ausführungsform 11-2 der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die 62 bis 65 beschrieben.

Bei der Ausführungsform 11-1 ist eine Beurteilung bei einer Sonnenhöhe von 90° auf Basis des Messprinzips unmöglich, wenn die Höhe des ersten Schirms 214 nicht unbegrenzt ist. Da die Höhe des Schirms jedoch durch den Einfluss der dazugehörenden Elemente auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist, besitzt die Ausführungsform 11-1 den Nachteil, dass eine Beurteilung bei etwa 12 Uhr mittags, wenn die Sonne in einer hohen Höhe steht schwierig wird. Die vorliegende Ausführungsform ist bereitgestellt, um den Nachteil der Ausführungsform 11-1 zu kompensieren.

Die 62 und 63 sind eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht, die die Gesamtkonfiguration der Ausführungsform 11-2 des Detektors, der das Detektionsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet, darstellen. In den 62 und 63 kennzeichnet die Verweiszahl 221 ein erstes Lagermittel, 222 einen Schrittmotor, der als Antriebsquelle dient, 223 einen zylindrischen Rotor, der durch den Schrittmotor 222 angetrieben wird, und 222a eine Rotationswelle für den Schrittmotor 222.

Die Verweiszahl 224 kennzeichnet einen zweiten Schirm, der einstückig mit dem Rotor 223 angebracht ist. Wie in den 62 und 63 gezeigt wird, besitzt der Schirm 224 eine Frontgestalt einer 1/8-Kugel, bei der ein kreisförmiger Bogen mit einem Durchmesser gleich dem Radius R der 1/8-Kugel an der Innenseite der 1/8-Kugel aus der 1/8-Kugel herausgeschnitten ist, wie in 62 dargestellt ist. Der zweite Schirm 224 ist so gestaltet, dass der Unterseitenabschnitt des Radius R durch ein Element 224L am Rotor 223 befestigt ist. In dieser Ausführungsform sind der Schirm 224 und das Element 224L, wie in den 62 und 63 ersichtlich, durch eine Schraube B1 mit einander verbunden, während das Element 224L und der Rotor 223 durch eine Schraube B2 mit einander verbunden sind.

Als Material für den Schirm 224 wird vorzugsweise ein undurchsichtiges Material verwendet, falls möglich, um die Wandfläche des Schirms 224 auszubilden, um scharfe Schatten zu erhalten.

Der Schrittmotor 222 wird z. B. durch ein zweites Auflagemittel 225 gehalten.

Die Verweiszahl 228 kennzeichnet einen Lichtsensor, der von einem ersten Lagermittel 221 durch ein Substrat 221a mit zum Lichtsensor 228 gehörenden elektronischen Elementen gehalten wird und in einer vorbestimmten Position angeordnet ist, die auf Basis des Einflusses der von dem Schirm 224 auf die Rotationsmittelachsenlinie des Rotors 223 geworfenen Schatten ermittelt wird.

Auch in dieser Ausführungsform ist der Lichtsensor 228, wie zwar nicht dargestellt ist, so angeordnet, dass die Mitte des Lichtsensors 228 gleich wie in der Ausführungsform 11-1 in der Rotationsmitte des Rotors 223 angeordnet ist und durch das Substrat am Rotor 223 angebracht werden kann. Diese Konfiguration ist hinsichtlich der Ausrichtung des Lichtsensors 228 und des Schirms 224 bevorzugt.

Ähnlich wie bei der Ausführungsform 11-1 wird das Ausgangssignal des Lichtsensors 228 durch die elektronischen Elemente an die nicht dargestellte CPU weitergeleitet, so dass die notwendige Berechnung, Detektion, etc., die später beschrieben wird, ausgeführt wird.

Es wird angenommen, dass die Rotationssteuerung des Schrittmotors 222 auch auf Basis eines von der CPU erteilten Befehls angetrieben wird.

Als nächstes wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die 64 sowie das Ablaufdiagramm der 65 und zudem die 58A bis 58C beschrieben werden. Der Grund, warum auf die 58A bis 58C verwiesen wird, liegt darin, dass bei den Ausführungsformen 11-2 und 11-1 der Schirm zwar unterschiedlich gestaltet ist, jedoch gleich betrieben wird, so dass die Beschreibung der zu den 58B und 58C äquivalenten Elemente ausgelassen werden kann.

In der folgenden Beschreibung wird der Betrieb des Detektionsverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Schrittsymbole ST1 bis ST12, wie sie im Ablaufdiagramm von 65 beschrieben sind, erläutert.

Wenn der in den 62 und 63 dargestellte Detektor an einer Stelle angebracht wird, an der Sonnenlichtstrahlen auftreffen, und dann der Schrittmotor 222 anfänglich z. B. im Uhrzeigersinn auf Basis eines Antriebsbefehls von der nicht dargestellten CPU angetrieben wird, um den Ursprung zu detektieren, schlagt der Betätigungsbolzen des Endschalters 226 am Stopelement 227 an, um dadurch den Ursprung des Rotors 223 (ST1) zu detektieren, und der Schrittmotor 222 bleibt umgehend stehen.

Hierbei wird der Rotor 223 an die Richtung N des Ursprungs (z. B. nördliche Richtung) angeglichen. In diesem Fall stimmt z. B. das vordere Ende 224a des dreieckigen Schirms 224 mit dem Ursprung O überein (äquivalent zu 58A). Der Schrittmotor 222 wird dann gegen den Uhrzeigersinn gemäß eines normalen, von der CPU auf Basis eines Befehls (ST2), mit der Detektion der Richtung und des Winkels (Erhebungswinkel) der optischen Achse zu beginnen, erteilten Antriebsbefehls angetrieben, so dass der Rotor 223 sich in Richtung des in 64 dargestellten Pfeils (gegen den Uhrzeigersinn) zu drehen beginnt (ST4). Wenn das Ausgangssignal des Lichtsensors 228 zu einem bestimmten Zeitpunkt geringer wird, an dem sich das vordere Ende 224a des Schirms 224 im Winkel &thgr;1 von der Richtung N des Ursprungs dreht, wie in ST4 (äquivalent zu 58B) dargestellt, wird ein dem Winkel &thgr;1 entsprechendes Signal an die CPU weitergegeben, so dass die CPU den Winkel &thgr;1 auf Basis eines vom Motor 222 abgegebenen Schrittwinkelsignals und dem verringerten Ausgangssignal des Lichtsensors 228 berechnet, um somit die Richtung (Azimut) der optischen Achse als &thgr;1 (ST5) zu detektieren.

Wenn das Ausgangssignal des Lichtsensors 228 wieder auf eine hohs Ausgangssignal ansteigt (ST7), nachdem die Rotation des Rotor 223 fortgesetzt wurde, d. h. nachdem die Rotation des Schirms 224 fortgesetzt wurde, d. h. nachdem der Schirm 224 um den Winkel &Dgr;&thgr;1 aus ST5 (ST6) weiter gedreht wurde, d. h. wenn der Schirm 214 insgesamt um &thgr;2 = &thgr;1 + &Dgr;&thgr;1 vom Ursprung weiter gedreht wurde, wie in 58C ersichtlich, berechnet die Steuerungsschaltung in ST8 auf Basis der folgenden Theorie, die dieses Phänomen berücksichtigt, den Winkel &ohgr;2 (Erhebungswinkel) der optischen Achse.

Das heißt, wenn die Koordinaten des Schnittpunkts zwischen dem Schirm 224 und der optischen Achse der Sonne, der Länge der Unterseite des Schirms 224 und die Steigung der optischen Achse durch (x, y), R bzw. a = tan(90° – &Dgr;&thgr;1 ) wie in 64 ersichtlich dargestellt werden, gelten die folgenden Bedingungen (12) und (13). {x – (R/2)}2 + y2 = (R/2)2 (12) y = ax = {tan(90° – &Dgr;&thgr;1)}x (13)

Die Koordinaten (x, y) des Schnittpunkts sind durch die folgenden Gleichungen (14) und (15) gegeben. x = R/(1 + a2) (14) y = Ra/(1 + a2) (15)

Andererseits erfüllt z am Schnittpunkt (x, y) auf der Oberfläche der Kugel die folgende Bedingung (16). x2 + y2 + z2 = R2 (16)

Aus den Gleichungen (14) bis (16) ergibt sich z wie folgt: z = ±Ra(1 + a2)1/2/(1 + a2) (17)

Dementsprechend ergibt sich der Winkel &ohgr;2 (Erhebungswinkel) der optischen Achse aus den Gleichungen (14), (15) und (17) wie folgt: tan&ohgr;2 = z/(x2 + y2)1/2 = a (18)

Wenn die Beziehung aus der Gleichung (13) in die Gleichung (18) eingesetzt wird, wird der Winkel &ohgr;2 der optischen Achse auf dieselbe Art wie im Ausdruck (11) erhalten. &ohgr;2 = (90° – &Dgr;&thgr;1) (19)

Dementsprechend wird der Winkel &ohgr;2 der optischen Achse auf Basis der Gleichung (19) berechnet, solange die &thgr;1 und &Dgr;&thgr;1 entsprechenden Signale an die CPU (ST8) weitergegeben werden.

Solange der Winkel &ohgr;2 der optischen Achse erhalten wird, kann die Höhe der Sonne unter Berücksichtigung der Befestigungsposition der Solarbeleuchtungsvorrichtung berechnet werden.

Wenn das Ausgangssignal des Lichtsensors 228 hingegen nicht kleiner wird (ST4), wird der Rotor 223 so gesteuert, dass er sich über den gesamten Bereich dreht, wenn er nicht durch das Stopelement 227 (ST9) gestoppt wird, und dann wird in ST10, wenn sich der Rotor über den gesamten Bereich dreht, bewölktes Wetter festgestellt, so dass ein Detektionsausgangssignal „bewölkt" ausgesendet wird.

Wenn sich der Rotor 223 über den gesamten Bereich (ST11) dreht, ohne dass das Ausgangssignal der Lichtsensors 228 (ST7) ansteigt, obwohl die Rotation des Schirms 224 fortgesetzt wird (ST6), nachdem das Ausgangssignal des Lichtsensors 228 abgenommen hat (ST4), entscheidet die CPU in ST12, dass der Winkel der optischen Achse außerhalb des Detektionsbereichs liegt. In dieser Ausführungsform ist der Bereich, bei dem keine Detektion des Winkels der optischen Achse möglich ist, sehr klein, so dass dieser Bereich als ein Bereich ausgeschlossen werden kann, der praktisch nicht verwendet wird. Anschließend wird der vorher erwähnte Detektionsvorgang wiederholt.

In den vorhergehend angeführten Ausführungsformen 11-1 und 11-2 wurde der Fall beschrieben, in dem die Schrittmotoren 212 und 213, die ausschließlich zum Antreiben der Rotoren 213 und 223 verwendet werden, angebracht und verwendet werden, d. h. der Fall, in dem nur die Rotoren 213 und 223 entsprechend drehen, während die Lichtsensoren 217 und 228 jeweils fixiert sind. Die vorhergehend erläuterte Konfiguration kann jedoch z. B. durch eine Konfiguration ersetzt werden, bei der ein Schirm und ein Lichtsensor auf einem Rotor in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung angebracht sind, um das Sonnenlicht aufzunehmen, während das Sonnenlicht zu jedem Zeitpunkt verfolgt wird und sowohl der Rotor als auch der Lichtsensor so gestaltet sind, dass sie sich drehen, wodurch die ausschließliche Verwendung des Schrittmotors umgangen werden kann.

Durch die obige Konfiguration weist das Solarbeleuchtungssteuerungselement der Ausführungsform 11 folgenden hervorragenden Eigenschaften auf:

  • (1) Da die Richtung und der Winkel der optischen Achse durch einen Rechenvorgang auf Basis des Detektionsausgangssignals des Lichtsensors, der in einer vorbestimmten Position auf der Rotationsmittelachse des Rotors angeordnet ist, und auf Basis des Prismenwinkels des Rotors detektiert wird, muss nur ein Lichtsensor angebracht werden:
  • (2) Da die Richtung und der Winkel der optischen Achse hierbei durch die CPU gemäß der vorbestimmten Rechenoperationen auf Basis des Detektionsausgangssignals einfach berechnet werden kann, kann die Detektion rasch und genau durchgeführt werden. Bei der Solarbeleuchtungsvorrichtung kann die Höhe der Sonne, wenn der Winkel der optischen Achse ermittelt wurde, berechnet werden, solange die CPU eine Rechenoperation in Bezug auf den Winkel der optischen Achse und anderen Daten wie das Detektionsdatum, etc. durchführt.
  • (3) Der wie in Ausführungsform 11-1 (56) konfigurierte Schirm besitzt den Vorteil, dass der Schirm einfach hergestellt werden kann. Bei dem Schirm 214 in Ausführungsform 11-1 ist in der Nähe der Höhe der Sonne von etwa 90° ein Bereich gegeben, in dem die Richtung und der Winkel der optischen Achse nicht detektiert werden kann, obwohl die Höhe des Schirms so gewählt ist, dass sie so groß wie möglich ist. In der Ausführungsform 11-2 kann der Bereich in der Nähe der Sonnenhöhe von etwa 90°, in dem die Richtung und der Winkel der optischen Achse nicht detektiert werden kann, im Vergleich zu Ausführungsform 11-1 stark reduziert werden, selbst wenn der Schirm nicht so hoch ist wie in Ausführungsform 11-1, da die Oberfläche des Schirms 224 wie eine Kugel geformt ist. Dementsprechend gibt es bei der Ausführungsform 11-2 im Wesentlichen kein Hindernis bei der Solarbeleuchtungssteuerung.
  • (4) Wenn der Lichtsensor in den Ausführungsformen 11-1 und 11-2 durch ein Substrat angebracht ist, so dass die Mitte des Lichtsensors im Rotationszentrum des Rotors angeordnet ist, ist kein mühsames Angleichen der Mitte des Schirms und der Mitte des Lichtsensors beim Zusammenbauen der Vorrichtung erforderlich, um dadurch die Herstellungseffizienz zu verbessern, da die Mitte des Lichtsensors und die Mitte des Schirms genau ausgerichtet werden können.
  • (5) Wenn der Rotor und der Schirm durch den Schrittmotor angetrieben werden, so dass der erforderliche Prismenwinkel des Schirms auf Basis des Schrittwinkels des Schrittmotors detektiert wird, kann der Prismenwinkel des Schirms rasch und genau detektiert werden.
  • (6) Da die Detektion von bewölktem Wetter auf einem klaren Kriterium beruht, nämlich ob der Lichtsensor beschattet ist oder nicht, kann die Detektion von bewölktem Wetter automatisch durch eine einfache Vorrichtung durchgeführt werden. Dementsprechend ist der Nutzen im Vergleich zur herkömmlichen Detektion durch Augenmaß oder dergleichen groß.

Ausführungsform 12

Die Ausführungsform 12 der vorliegenden Erfindung, die sich auf ein Solarbeleuchtungssteuerungselement in einer Solarbeleuchtungsvorrichtung bezieht, das ein deutlich charakterisiertes Antriebsverfahren verwendet, wird untenstehend insbesondere auf Basis der Ausführungsformen 12-1 bis 12-4, die in den 66A bis 71 dargestellt sind, beschrieben.

Um ein Verstehen der jeweiligen Antriebsverfahren der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen, werden nun erste, zweite und dritte Solarbeleuchtungsvorrichtungen als typische Konfigurationsbeispiele beschrieben.

Erste Solarbeleuchtungsvorrichtung:

66A zeigt die Konfiguration einer ersten Solarbeleuchtungsvorrichtung. In 66A kennzeichnen die Verweiszahlen 231 und 232 eine erste und eine zweite flache Beleuchtungsprismenplatte, die so gelagert sind, dass sie gedreht werden können, z. B. horizontal.

Diese Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 (die hierin im Nachstehenden in der Beschreibung der Ausführungsform 12 häufig einfach als „Prismen" bezeichnet werden können) sind mit dreieckigen Mikroprismenabschnitten 231a und 232a versehen, die auf deren Unterseiten ausgebildet sind, wie in 66B ersichtlich ist. Am Außenumfang jedes der Prismen 231 und 232 ist ein nicht dargestelltes Zahnrad ausgebildet.

Die Verweiszahlen 233 und 234 kennzeichnen Treiber zum Antreiben der Prismen 231 bzw. 232. Jeder der Treiber 233 und 234 schließt z. B. einen Motor wie einen Schrittmotor oder dergleichen, ein Schneckenrad, ein Antriebsrad, etc. ein (nicht dargestellt). Die Treiber 233 und 234 übertragen durch die Schneckenräder und die Antriebsräder ein Drehmoment des Motors auf Zahnräder, die am Außenumfang der Prismen 231 und 232 angeordnet sind, um dadurch die Beleuchtungsprismenplatten 231 bzw. 232 anzutreiben.

Die Verweiszahlen 235 und 236 kennzeichnen jeweils ein Steuerelement. Wenn die Motoren, die in die Treiber 233 und 234 eingeschlossen sind, z. B. Schrittmotoren sind, erzeugen die Steuerelemente 235 und 236 phasengleiche Steuerimpulssignale, um dadurch die Steuerung der Rotation der Schrittmotoren durchzuführen.

Die Verweiszahl 237 kennzeichnet einen Setzer, der an jedes der Steuerelemente 235 und 236 einen Antriebsbefehl erteilt, um die Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 jede Stunde einzustellen.

Der Setzer 237 besteht aus einer CPU oder dergleichen. Ein Programm zum Berechnen der derzeitigen Position der Sonne, die auf Basis der Höhe und des Azimut der Sonne jede Stunde an jedem Datum ermittelt wird, und das die optimalen Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 entsprechend der derzeitigen Position der Sonne berechnet, sowie ein Programm aus Befehlen zum Antreiben der Prismen 231 und 232, das später beschrieben wird, werden im Vorhinein im Setzer 237 gespeichert.

Die erste Solarbeleuchtungsvorrichtung, die das Prismenantriebsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet, setzt sich aus den vorhin erwähnten Elementen 231 bis 237 zusammen.

Bei 66A werden eine detaillierte Struktur und Elemente der Solarbeleuchtungsvorrichtung, wie eine Stromzufuhr usw., ausgelassen.

Zweite Solarbeleuchtungsvorrichtung:

Eine zweite Solarbeleuchtungsvorrichtung ist wie in 67 ersichtlich konfiguriert.

In 67 sind die übereinstimmenden Strukturelemente mit denselben Verweiszahlen wie in den 66A und 66B gekennzeichnet, und deren Beschreibung wird ausgelassen.

Die Verweiszahl 237A kennzeichnet einen Setzer, der dem Setzer 237 darin ähnlich ist, dass es aus einer CPU oder dergleichen besteht.

Ein Programm zum Berechnen der derzeitigen Position der Sonne, die auf Basis der Höhe und des Azimut der Sonne jede Stunde an jedem Datum ermittelt wird, und das die optimalen Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 entsprechend der derzeitigen Position der Sonne berechnet, sowie ein Programm (einschließlich eines Programms zum Erteilen eines Befehls, um einen Umschalter 238 zu betätigen, das später beschrieben wird) aus Befehlen zum Antreiben der Prismen 231 und 232, das später beschrieben wird, werden im Vorhinein im Setzer 237A gespeichert.

Die Verweiszahl 238 kennzeichnet einen Umschalter, der eine Schalterklemme 238a und Umschaltanschlüsse 238b und 238c einschließt. Wenn der Setzer 237A einen Befehl erteilt, das erste oder das zweite Prisma 231 oder 232 anzutreiben, wird ein Befehl an den Umschalter 238 abgegeben, die Schalterklemme 238a zum Umschaltanschluss 238b oder 238c zu drehen, so dass der Umschalter 238 umgedreht wird.

Die Verweiszahl 239 kennzeichnet ein Steuerungselement, das den Treibern 233 und 234 gemeinsam ist. Das Steuerungselement 239 besitzt dieselbe Funktion wie die Steuerungselemente 235 und 236 in 66A und dient dazu, den Antriebsbefehl vom Setzer 237A über den Umschalter 238 auf einen der Treiber 233 oder 234 zu übertragen.

Dritte Solarbeleuchtungsvorrichtung:

Bei der zweiten Solarbeleuchtungsvorrichtung ist der Fall dargestellt, in dem die Treiber 233 und 234 als ausschließliche Mittel zum Antreiben einer Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 und ein Steuerungselement 239 als gemeinsames Steuerungsmittel bereitgestellt sind.

Die dritte Solarbeleuchtungsvorrichtung ist zusätzlich zur Konfiguration aus 67 so konfiguriert, dass die Antriebsräder zum ausschließlichen Antreiben der Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 in den Treibern 233 und 234 bereitgestellt sind, und ein gemeinsames Antriebselement wie ein Motor oder dergleichen, angeordnet ist, um eine Antriebskraft an die entsprechenden Antriebsräder weiterzugeben, wobei das Antriebselement und die zugehörigen Antriebsräder durch einen mechanischen oder elektrischen Umschaltmechanismus umgeschaltet werden, um einen Antriebsbefehl vom Setzer 237A an eine der Beleuchtungsprismenplatten 231 oder 232 zu übertragen, um dadurch eine der Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 durch das Steuerungselement, den Umschalter 238 und das Antriebselement zu betätigen. Was das Steuerungselement in diesem Fall anbelangt, können das bereitgestellte Steuerungselement 239 und der Umschalter 238, wie in 67 dargestellt, durch bereitgestellte ausschließliche Steuerungselemente 235 und 236, wie in 66A veranschaulicht, ersetzt werden.

Die Ausführungsformen 12-1 bis 12-4 des ersten, zweiten, dritten und vierten Antriebsverfahrens für eine Solarbeleuchtungsvorrichtung, die ein Solarbeleuchtungssteuerungselement darstellen, werden untenstehend mit Verweis auf die 66A und 67 sowie die in den 68 bis 71 gezeigten Ablaufdiagramme beschrieben.

(Ausführungsform 12-1)

Mit Verweis auf die 66A und 66B oder 67 und das Ablaufdiagramm aus 68 wird nun ein erstes Antriebsverfahren für eine Solarbeleuchtungsvorrichtung als Ausführungsform 12-1 beschrieben. Das Antriebsverfahren kann sowohl in der Solarbeleuchtungsvorrichtung aus den 66A und 66B als auch in der Solarbeleuchtungsvorrichtung aus 67 eingesetzt werden (dasselbe soll hierin im Nachstehenden gelten).

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, so dass sie in Betrieb genommen wird (ST11), werden Daten bezüglich der derzeitigen Position der Sonne zu jeder Stunde am jeweiligen Tag synchron mit einer Uhr gelesen, die im Setzer 237 oder 237A eingeschlossen ist, um aus sämtlichen Daten, die im Setzer 237 oder 237A (ST12) gespeichert sind, ausgewählt zu werden.

Dementsprechend berechnet der Setzer 237 oder 237A zuerst einen Antriebsbefehl, um den Prismenwinkel des ersten Prismas 231 auf Basis der wie oben beschrieben gelesenen Sonnenpositionsdaten zu bestimmen, und gibt den Antriebsbefehl an das Steuerungselement 235 oder 239 weiter. Bei der in den 66A und 66B gezeigten Vorrichtung wird das Signal der Antriebsvorrichtung direkt auf den Treiber 233 übertragen. Bei der in der 67 dargestellten Vorrichtung wird das Signal über den Umschalter 238 an den Treiber 233 weitergegeben. Das erste Prisma 231 wird daher durch den Treiber 233 betätigt (ST13).

Nachdem dann der Setzer 237 oder 237A bestätigt hat, dass der Antriebsbefehl des ersten Prismas 231 gelöscht ist, d. h. das erste Prisma 231 stehengeblieben ist (ST14), wird ein Antriebsbefehl für das zweite Prisma 232, der auf Basis der Daten der derzeitigen Position der Sonne zu dem gegebenen Zeitpunkt ermittelt worden ist, an das Steuerungselement 236 oder 239 weitergegeben. Bei der in den 66A und 66B gezeigten Vorrichtung wird der Befehl direkt auf den Treiber 234 übertragen. Bei der in

67 dargestellten Vorrichtung wird der Befehl über den Umschalter 238 an den Treiber 234 übertragen. Dadurch wird das zweite Prisma 232 durch den Treiber 234 (ST15) angetrieben.

Nachdem der Setzer 237 oder 237A bestätigt hat, dass der Antriebsbefehl für das zweite Prisma 232 gelöscht worden ist, d. h. das zweite Prisma 232 stehengeblieben ist (ST16), wird der Antriebsvorgang der Schritte ST12 bis ST16 wiederholt.

Dementsprechend werden die ersten und zweiten Prismen 231 und 232 intermittierend und abwechselnd angetrieben, so dass die Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 auf Basis der Sonnenpositionsdaten zu jedem Zeitpunkt optimiert werden.

(Ausführungsform 12-2)

Ein zweites Antriebsverfahren für eine Solarbeleuchtungsvorrichtung wird als Ausführungsform 12-2 untenstehend mit Verweis auf die 66A und 66B oder 67 und das Ablaufdiagramm aus 69 beschrieben.

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, so dass sie in Betrieb genommen wird (ST21), werden Daten bezüglich der derzeitigen Position der Sonne zu jeder Stunde am jeweiligen Tag synchron mit einer Uhr gelesen, die im Setzer 237 oder 237A eingeschlossen ist, um aus sämtlichen Daten, die im Setzer 237 oder 237A (ST22) gespeichert sind, ausgewählt zu werden.

Bei diesem Antriebsverfahren wird im Setzer 237 oder 237A die Verschiebung A der Mitte der optischen Achse vom Bezugsmittelpunkt bei der Betätigung des ersten Prismas 231 zuerst auf Basis der derzeitigen Sonnenpositionsdaten, die wie oben beschrieben gelesen werden (ST23), berechnet, und dann wird die Verschiebung B der Mitte der optischen Achse vom Bezugsmittelpunkt, wenn das zweite Prisma 232 zuerst angetrieben wird, berechnet (ST24). Anschließend werden der Wert der Verschiebung A und der Wert der Verschiebung B mit einander verglichen (ST25).

Wenn das Ergebnis A ≤ B ist, wird ein Antriebsbefehl zum Antreiben des ersten Prismas 231 und dann einer zum Antreiben des zweiten Prismas 232 ausgegeben (ST26). Im Ablaufdiagramm aus 69 wird der Antriebsbefehl in ST26 gemäß den Schritten ST13 bis ST16, die in 68 dargestellt sind, ausgeführt, was jedoch nicht dargestellt ist (hierbei werden die Beleuchtungsprismenplatten 231 und 232 abwechselnd auf dieselbe Art wie in Ausführungsform 12-1 betätigt und die Antriebsbedingung dafür wird nicht noch einmal beschrieben).

Im Gegensatz dazu wird bei A > B ein Antriebsbefehl zum Betätigen des zweiten Prismas 232 ausgegeben und dann einer zum Betätigen des ersten Prismas 231 (ST27). Der Antriebsbefehl wird in ST27 in einer umgekehrten Abfolge der Schritte ST15, ST16, ST13 und ST14 aus 68 durchgeführt.

Wenn z. B. eine Wartezeit von 10 s verstrichen ist (ST28), wird der vorherige Vorgang in einer normalen Abfolge der Schritte ST22 bis ST28 wiederholt (ST28).

Dementsprechend werden auch beim Antriebsverfahren der Ausführungsform 12-2 die erste und die zweite Beleuchtungsprismenplatte 231 und 232, intermittierend und abwechselnd angetrieben, so dass die Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 auf Basis der Sonnenpositionsdaten zu jedem Zeitpunkt optimiert werden.

Das Antriebsverfahren der Ausführungsform 12-2 weist das Merkmal auf, dass die Antriebsabfolge des ersten und des zweiten Prismas so gesteuert wird, dass sie durch Vergleich der entsprechenden Antriebsabfolgen hinsichtlich der Verschiebung der Mitte der optischen Achse vom Bezugsmittelpunkt zu jedem Zeitpunkt ermittelt wird, um eine Verschlechterung der Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft durch das abwechselnde Antreiben zu kompensieren.

(Ausführungsform 12-3)

Ein drittes Antriebsverfahren für eine Solarbeleuchtungsvorrichtung wird untenstehend als Ausführungsform 12-3 mit Verweis auf die 66A und 66B oder 67 und die Ablaufdiagramme der 70 und 68 beschrieben.

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, so dass sie in Betrieb genommen wird (ST31), werden Daten bezüglich der derzeitigen Position der Sonne zu jeder Stunde am jeweiligen Tag synchron mit einer Uhr gelesen, die im Setzer 237 oder 237A eingeschlossen ist, um aus sämtlichen Daten, die im Setzer 237 oder 237A (ST32) gespeichert sind, ausgewählt zu werden.

Bei diesem Antriebsverfahren wird im Setzer 237 oder 237A die Verschiebungsdistanz C der optischen Achse auf Basis der derzeitigen Sonnenpositionsdaten, die wie oben beschrieben gespeichert sind (ST33), berechnet, wenn zuerst das erste Prisma 231 und dann das zweite Prisma 232 betätigt wird, und anschließend wird der Verschiebungsabstand D der optischen Achse berechnet, wenn zuerst das zweite Prisma 232 und dann das erste Prisma 231 berechnet wird (ST34). Nun wird der Wert des Verschiebungsabstands C mit dem Wert des Verschiebungsabstands D verglichen (ST35).

Wenn das Ergebnis C ≤ D ist, wird ein Antriebsbefehl zum Betätigen des ersten Prismas 231 und dann zum Betätigen des zweiten Prismas 232 (ST36) ausgegeben. Im Ablaufdiagramm der 70 wird der Antriebsbefehl in ST36 gemäß den Schritten ST13 bis ST16, die in 68 dargestellt sind, durchgeführt, was jedoch nicht veranschaulicht ist.

Im Gegensatz dazu wird bei C > D ein Antriebsbefehl zum Betätigen des zweiten Prismas 232 ausgegeben und dann einer zum Betätigen des ersten Prismas 231 (ST37).

Der Antriebsbefehl wird in ST37 in einer umgekehrten Abfolge der Schritte ST15, ST16, ST13 und ST14 aus 68 durchgeführt.

Wenn z. B. eine Wartezeit von 10 s verstrichen ist (ST38), wird der vorherige Vorgang in einer normalen Abfolge der Schritte ST32 bis ST38 wiederholt (ST38).

Dementsprechend werden auch beim Antriebsverfahren der Ausführungsform 12-3 die erste und die zweite Beleuchtungsprismenplatte 231 und 232 intermittierend und abwechselnd angetrieben, so dass die Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 auf Basis der Sonnenpositionsdaten zu jedem Zeitpunkt optimiert werden.

Zudem besitzt das Antriebsverfahren der Ausführungsform 12-3 den Vorteil, dass die Antriebsabfolge des ersten und des zweiten Prismas so gesteuert wird, dass sie durch Vergleich der entsprechenden Antriebsabfolgen hinsichtlich des Verschiebungsabstands der optischen Achse zu jedem Zeitpunkt ermittelt wird, um eine Verschlechterung der Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft durch das abwechselnde Antreiben zu kompensieren.

(Ausführungsform 12-4)

Ein viertes Antriebsverfahren für eine Solarbeleuchtungsvorrichtung wird untenstehend als Ausführungsform 12-4 mit Verweis auf die 66A und 66B oder 67 und die Ablaufdiagramme der 71 und 68 beschrieben.

Wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird, so dass sie in Betrieb genommen wird (ST41), werden Daten bezüglich der derzeitigen Position der Sonne zu jeder Stunde am jeweiligen Tag synchron mit einer Uhr gelesen, die im Setzer 237 oder 237A eingeschlossen ist, um aus sämtlichen Daten, die im Setzer 237 oder 237A (ST42) gespeichert sind, ausgewählt zu werden.

Bei diesem Antriebsverfahren wird ein durch Punkte (loci), die durch die Bewegung der Mitte der optischen Achse zwischen, vor und nach der Betätigung der Prismen 231 und 232 entstehen, definierter Bereich E auf Basis der derzeitigen Sonnenpositionsdaten, die im Setzer 237 oder 237A (ST43) gespeichert sind, berechnet, wenn das erste Prisma 231 und anschließend das zweite Prisma 232 angetrieben wird.

Anschließend wird der durch Punkte, die durch die Bewegung der Mitte der optischen Achse vor und nach der Betätigung der Prismen 231 und 232 entstehen, definierte Bereich F berechnet, wenn das zweite Prisma 232 und dann das erste Prisma 231 betätigt wird (ST44).

Die so berechneten Werte der Bereiche E und F werden miteinander verglichen (ST45).

Wenn das Ergebnis E ≤ F lautet, wird ein Antriebsbefehl an das erste Prisma 231 und dann an das zweite Prisma 232 erteilt (ST46). Wie zwar nicht dargestellt ist, wird auch in 71 der Antriebsbefehl in ST46 gemäß der Schritte ST13 und ST16, die in 68 veranschaulicht sind, durchgeführt.

Im Gegensatz dazu wird bei E > F ein Antriebsbefehl an das zweite Prisma 232 und dann an das erste Prisma 231 erteilt (ST47). Der Antriebsbefehl in ST47 wird durch die umgekehrte Reihenfolge der Schritte ST15, ST16, ST13 und ST14 aus 68 durchgeführt.

Wenn z. B. eine Wartezeit von 10 s verstrichen ist (ST48), wird auch in diesem Fall der vorherige Vorgang in einer normalen Abfolge der Schritte ST42 bis ST48 wiederholt (ST48).

Auch beim Antriebsverfahren der Ausführungsform 12-4 werden das erste und das zweite Prisma 231 und 232 intermittierend und abwechselnd angetrieben, so dass die Prismenwinkel der Prismen 231 und 232 auf Basis der Sonnenpositionsdaten zu jedem Zeitpunkt optimiert werden.

Zusätzlich besitzt die Ausführungsform 12-4 den Vorteil, dass die Antriebsabfolge des ersten und des zweiten Prismas so gesteuert wird, dass sie durch Vergleich der entsprechenden Antriebsabfolgen hinsichtlich des durch die Punkte definierten Bereichs als Ergebnis der Bewegung der Mitte der optischen Achse zu jedem Zeitpunkt ermittelt wird, um eine Verschlechterung der Genauigkeit der Beleuchtungseigenschaft durch das abwechselnde Antreiben zu kompensieren.

Das Antriebsverfahren der Solarbeleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorhergehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt.

Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Fall dargestellt haben, in dem die derzeitige Position der Sonne synchron zwischen einer Uhr und Sonnenpositionsdaten für jede Stunde an jedem Tag, die im Vorhinein im Setzer 237 oder 237A gespeichert werden, detektiert wird, kann die Erfindung auch dann angewendet werden, wenn ein Sonnenlichtzustand-Beurteilungsmittel wie ein optischer Achsensensor, ein Lichtmengensensor oder dergleichen in der Solarbeleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, so dass die derzeitige Position der Sonne jede Stunde durch ein Rechenoperations-Steuer- und -Speichermittel wie eine CPU oder dergleichen, das im Setzer 237 oder 237A eingeschlossen ist, auf Basis des Detektionsausgangssignals der optischen Achse oder der Lichtmenge des Sonnenlichts zu jeder Stunde an der Stelle, an der die Vorrichtung angebracht ist, berechnet wird.

In den 66A, 66B und 67 ist zwar eine Konfiguration einer Solarbeleuchtungsvorrichtung dargestellt, bei der der Beleuchtungsabschnitt so angeordnet ist, dass die zugehörigen Beleuchtungsprismenplatten gedreht werden, während sie horizontal gehalten werden, die Anordnung der Beleuchtungsprismenplatten der Solarbeleuchtungsvorrichtung kann jedoch entsprechend der Anbringungsbedingung, etc. des Gebäudes, in dem die Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendet wird, abgeändert werden.

Das heißt, es ist eine Solarbeleuchtungsvorrichtung vorstellbar, bei der Beleuchtungsprismenplatten z. B. schräg in Bezug auf das Dach des Gebäudes angeordnet sind, anstelle der vorhergehend erwähnten horizontal angeordneten Beleuchtungsprismenplatten, oder anstatt der vorhergehend erwähnten horizontal angeordneten Beleuchtungsprismenplatten eine Solarbeleuchtungsvorrichtung mit Beleuchtungsprismenplatten, die vertikal auf dem Wandabschnitt des Gebäudes angebracht sind. Das Beleuchtungsprismenplatten-Antriebsverfahren der vorliegenden Erfindung wird auch in der Solarbeleuchtungsvorrichtung eingesetzt, bei der der mit den Beleuchtungsprismenplatten ausgestattete Beleuchtungsabschnitt wie oben beschrieben angeordnet ist.

Obwohl die Ausführungsform 12-1 für den Fall beschrieben worden ist, wenn das erste und das zweite Prisma in absteigender Reihenfolge betrieben werden, d. h. wenn das erste Prisma betätigt wird und dann das zweite Prisma angetrieben wird, kann die vorliegende Erfindung auch dann verwendet werden, wenn die Prismen in aufsteigender Reihenfolge betrieben werden, d. h. wenn das zweite Prisma angetrieben wird und dann das erste Prisma betätigt wird.

Zudem ist bei der Anordnung von drei oder mehr Prismen ein Antriebsverfahren vorstellbar, bei dem die Prismen einer anderen Reihenfolge als die beschriebene auf- oder absteigende betätigt werden, d. h. ein dazwischen liegendes Prisma wird zuerst angetrieben und dann das obere oder das untere.

Die Berechnung der Anfangsdaten für den Vergleich zwischen den Antriebsabfolgen aus einem vorbestimmten Gesichtspunkt heraus, wie er in den Ausführungsformen 12-2 bis 12-4 dargestellt ist, muss in der Abfolge des in den 69 bis 71 gezeigten Ablaufdiagramms nicht durchgeführt werden. Das Ablaufdiagramm aus 69 kann z. B. so abgeändert werden, dass die Abfolge ST23→ST24 durch das Verfahren der Abfolge ST24→ST23 ersetzt wird und dann in ST25 der Vergleich zwischen A und B vorgenommen wird.

Obwohl die Ausführungsformen 12-2 bis 12-4 für den Fall beschrieben wurden, wenn in jedem Schritt ST28, ST38 und ST48 eine Wartezeit von 10 s vorgesehen ist, bevor der Zyklus zum nächsten übergeht, kann die Wartezeit je nach den Anforderungen der Anbringungsstelle unterschiedlich festgesetzt werden. Die Wartezeit kann z. B. auf 1 min eingestellt werden.

Hinsichtlich der Verbesserung der Beleuchtungseigenschaft wird der Schritt ST48 vorzugsweise ausgelassen, d. h. die Wartezeit wird mit 0 angenommen.

Obwohl die Ausführungsformen für den Fall beschrieben worden sind, wenn die im Beleuchtungsabschnitt angeordnete Vielzahl an Beleuchtungsprismenplatten aus zwei Beleuchtungsprismenplatten besteht, kann die vorliegende Erfindung auch dann verwendet werden, wenn drei oder mehr Beleuchtungsprismenplatten bereitgestellt sind, wie oben beschrieben wurde.

Wenn drei oder mehr Beleuchtungsprismenplatten angeordnet sind, können die Beleuchtungsprismenplatten so gestaltet sein, dass die erste und die zweite Beleuchtungsprismenplatte der vorherigen Ausführungsformen einfach durch die erste, zweite und dritte Beleuchtungsprismenplatte ersetzt werden oder die Beleuchtungsprismenplatten durch ein Verfahren angetrieben werden, in dem eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten als ein Satz angetrieben werden.

Beispielsweise wird das Antriebsverfahren bei drei Beleuchtungsprismenplatten anhand von Ausführungsform 12-1 beschrieben werden. Das heißt, es ist möglich, ein Antriebsverfahren zu verwenden, das auf eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten angewendet wird, so dass das erste und das zweite Prisma zuerst in ST13 angetrieben werden, dann in ST14 das Stoppen des ersten und des zweiten Prismas bestätigt wird, anschließend in ST15 das dritte Prisma betätigt wird und das Stoppen des dritten Prismas in ST16 bestätigt wird.

Da die Beleuchtungsprismenplatten wie oben beschrieben angetrieben werden, weist das Solarbeleuchtungssteuerungselement der Ausführungsform 12 folgenden hervorragenden Eigenschaften auf:

  • (1) Selbst wenn ausschließliche Treiber und Steuerungselemente für eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten wie in 66A ersichtlich bereitgestellt sind, werden die Beleuchtungsprismenplatten nicht simultan sondern intermittierend und abwechselnd in einer vorbestimmten Abfolge betrieben, wie oben in den Ausführungsformen 12-1 bis 12-4 beschrieben wurde, so dass die Kapazität der Stromzufuhr und der maximale Stromverbrauch durch das intermittierende Betätigen verringert werden kann.
  • (2) Durch die Bereitstellung von gemeinsamen Antriebselementen wie Motoren oder dergleichen in einer kleineren Anzahl (einschließlich 1) als die Anzahl der Beleuchtungsprismenplatten, wie in 67 dargestellt ist, wird zusätzlich zur Verringerung der Kapazität der Stromzufuhr und dem Stromsparen die Wirkung erzielt, dass die Kosten für die Vorrichtung gesenkt werden, indem die Anzahl an Antriebselementen oder Steuerungselementen entsprechend verringert wird, wenn gemeinsame Antriebs- oder Steuerungselemente verwendet werden, um durch den Umschalter ausgewählt zu werden, wenn die Beleuchtungsprismenplatten angetrieben werden.
  • (3) Wenn die vorhergehend erwähnten Antriebsverfahren (1) und (2) nach der Antriebsabfolge der Beleuchtungsprismenplatten durchgeführt werden, um diese wie in den Ausführungsformen 12-2 bis 12-4 dargestellt unter einem vorbestimmten Gesichtspunkt intermittierend zu betätigen, ist die Verschlechterung der Genauigkeit (bei der Beleuchtungseigenschaft), die durch das intermittierende Betreiben verursacht wird, so gering, dass die Verschlechterung der Genauigkeit ohne Behinderung der praktischen Verwendung kompensiert werden kann.
  • (4) Wenn die Wartezeit in einem praktisch vernünftigen Zeitrahmen angesetzt wird, wie ST28,in den Schritten ST38 und ST48 in den 69, 70 und 71 ersichtlich, bevor der Antriebsvorgang, der in den vorhergehenden Schritten durchgeführt worden ist, wiederholt wird, nachdem ein Antriebsvorgangszyklus durch die Schritte des intermittierenden Antreibens der Beleuchtungsprismenplatten abgeschlossen wurde, kann der maximale Energieverbrauch stark reduziert werden, während die Beleuchtungsgenauigkeit entsprechend der Wartezeit mehr oder weniger stark sinkt.

Ausführungsform 13

Die Ausführungsform 13 der vorliegenden Erfindung, die sich auf einen Ursprungsdetektor einer Solarbeleuchtungsvorrichtung bezieht, der in einem Solarbeleuchtungssteuerungselement verwendet wird, wird untenstehend insbesondere auf Basis der Ausführungsformen 13-1 bis 13-4, die in den 72 bis 77C dargestellt sind, beschrieben.

(Ausführungsform 13-1)

Die Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung wird mit Verweis auf die 72 bis 75 beschrieben. 72 ist eine perspektivische Ansicht, die den Montagezustand eines Mikroschalters. In 72 kennzeichnet die Verweiszahl 240 einen Ringpositions-Antriebshebel. Eine Ringpositions-Detektionswalze 241 ist drehbar an einem Ende des Hebels 240 angeordnet. Ein Federsitzelement 240a für eine Feder 243, durch die der Hebel 240 an einem feststehenden Abschnitt 242 angebracht ist, und eine Rotationswelle 240b, die als Drehpunkt zum Drehen des Hebels 240 dient, sind auf der Basisseite des Hebels 240 bereitgestellt. Die Ringpositions-Detektionswalze 241 ist so angeordnet, dass sie mit einem Drehring 257, der später beschrieben wird, in Kontakt ist.

Die Verweiszahl 244 kennzeichnet einen mechanischen Mikroschalter, die Verweiszahl 244s einen Kontakt des Mikroschalters 244 und die Verweiszahlen 244a und 244b jeweils Führungsplatten, die auf beiden Seiten des Kontakts 244a angeordnet sind. Um die Betätigung des Kontakts 244s durch eine Ursprungswalze 245, die später beschrieben wird, zu lenken, weisen die Führungsplatten 244a und 244bz.B. gebogene Oberflächen auf. Die Verweiszahl 244c kennzeichnet einen Ausgangsanschluss des Mikroschalters 244.

Wie in 75 gezeigt wird, ist die Beleuchtungsprismenplatte 251 in dieser Ausführungsform so konfiguriert, dass z. B. vier Halteplatten 258a bis 258d, die aus demselben Material (Poylcarbonat oder dergleichen) wie die Beleuchtungsprismenplatte 251 ausgebildet sind, um einander wie in 75 ersichtlich zu kreuzen, um dadurch die Beleuchtungsprismenplatte 251 und einen Drehring 257, der außerhalb der Beleuchtungsprismenplatte angeordnet ist und konzentrisch mit der Beleuchtungsprismenplatte 251 bereitgestellt ist, einstückig zu drehen.

Ein in 75 nicht dargestelltes Zahnrad (gekennzeichnet durch die Verweiszahl 257G in den 73A und 73B) ist am Außenumfang des Drehrings 257 bereitgestellt, so dass sich der Drehring 257, dem von einem Antriebsrad 259a eines Rotationstreibers 259 ein Drehmoment zugeführt wird, dreht. In 75 kennzeichnet der Verweisbuchstabe S einen Stützrahmen für den Drehring 257.

Die 73A und 73B sind perspektivische Ansichten, die den Anordnungszustand einer Ursprungswalze darstellen.

In den 73A und 73B kennzeichnet die Verweiszahl 245 eine Ursprungswalze, die drehbar am unteren Endabschnitt einer Stützplatte 246a einer Montagearmatur 246 angeordnet ist, die im Folgenden beschrieben wird.

Die Montagearmatur 246 besteht aus einer beinlosen Stuhl-förmigen Druckplatte 246a und einer im Querschnitt C-förmigen Stützplatte 246b. Ein vertikaler Abschnitt der Druckplatte 246a ist an einer inneren Umfangswand 257a des Drehrings 257 durch Eintreiben einer Schraube 247a in ein Schraubloch b1 befestigt. Ein horizontaler Abschnitt der Druckplatte 246a wird auf das obere Ende der Stützplatte 246b gegeben und an einem Kantenabschnitt 257b des Drehrings 257 durch das Eintreiben einer Schraube 247b in die Schraubenlöcher b2 und b3 befestigt, so dass die Druckplatte 246a und die Stützplatte 246b in einem Körper vereint sind. Die Ursprungswalze 245 ist am unteren Ende der Stützplatte 246b bereitgestellt, so dass sie dem Kontakt 244c des Mikroschalters 244 gegenüberliegt. In diesem Fall ist die Montageposition der Ursprungswalze 245 so festgesetzt, dass die Ursprungswalze 245 den Kontakt 244s betätigt, wenn der Drehring 257 in eine dem Kontakt 244s des Mikroschalters 244 gegenüber liegende Position gedreht wird.

Der Ursprungspositionsdetektor der Ausführungsform 13-1 der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben konfiguriert.

Der Betrieb des Ursprungdetektors 257 der Ausführungsform 13-1 wird untenstehend mit Verweis auf die 75 sowie auf die 74A bis 74C beschrieben.

Zuerst wird der Drehring 257 durch den in 75 veranschaulichten Rotationstreiber 259 zusammen mit der Beleuchtungsprismenplatte 251 gedreht. Da hierbei der Basisabschnitt des Hebels 240 von der Feder 243 wie in 74A ersichtlich gezogen wird, wird der Hebel 240 unter Verwendung der Drehwelle 240b als Drehpunkt nach oben gehoben. Dementsprechend wird die durch die Feder 243 ausgeübte Kraft an die Ringpositions-Detektionswalze 241 (hierin nachstehend einfach als „Walze" bezeichnet), die am Endabschnitt des Hebels 240 bereitgestellt ist, abgegeben, so dass die Walze 241 durch die Rotation des Drehrings 257 zum Drehen angetrieben wird.

Dementsprechend drückt die Ursprungswalze 245, wenn die Rotation des Drehrings 257 die Ursprungswalze 245 über die Führungsplatte 244a des Mikroschalters 244 in eine dem Kontakt 244s gegenüberliegende Position bringt, wie in 74B dargestellt ist, auf den Kontakt 244s, um den Kontakt 244s in Betrieb zu nehmen, so dass ein Ursprungsdetektionssignal vom Ausgangsanschluss 244c (siehe 72) ausgesendet wird.

Da hierbei der Kontakt 244s wie in 74B ersichtlich nach oben gedrückt wird, dreht sich der Hebel 240 unter Verwendung der Drehwelle 240b als Drehpunkt leicht gegen den Uhrzeigersinn. Als Ergebnis wird die Walze 241 sofort vom Außenumfang des Drehrings 257 getrennt, wie in 74B gezeigt wird.

Wenn sich der Drehring 257 weiter dreht, so dass die Ursprungswalze 245 durch die Führungsplatte 244b läuft, verschwindet die von der Ursprungswalze 245 auf den Kontakt 244s ausgeübte Druckkraft. Dementsprechend dreht sich der Hebel 240 nach dem Aufnehmen der Ziehkraft der Feder 243 im Uhrzeigersinn um die Drehwelle 240b, die als Drehpunkt dient. Der Hebel 240 wird dadurch durch die Feder 243 gegen den Außenumfang des Drehrings 257 gedrückt, wie wiederum in 74C ersichtlich ist, so dass die Walze 241 durch die Rotation des Drehrings 257 dazu angetrieben wird, sich zu drehen.

Wie oben beschrieben wurde, ist die Ursprungswalze 245 in dieser Ausführungsform am Drehring 257 befestigt, so dass sie mit dem Drehring 257 in einem Körper vereint ist, während der Kontakt 244s des Mikroschalters 244, der durch die Ursprungswalze 245 betätigt wird, wenn der Drehring 257, d. h. die Beleuchtungsprismenplatte 251 die Position des Ursprungs erreicht, zusammen mit einem Körper des Mikroschalters in einer vorbestimmten Position angeordnet ist. Hierbei wird die Ringpositions-Detektionswalze 241, die einstückig am Mikroschalter 244 angebracht ist, mittels der Feder 243 durch den Hebel 240 kontinuierlich gegen den Drehring 257 gedrückt, so dass die Walze 241 durch die Rotation des Drehrings 257 dazu angetrieben wird, sich kontinuierlich zu drehen. Selbst wenn sich der Drehort des Drehrings 257 verändert und dessen Rotationsmittelpunkt aus seinem anfänglichen Rotationsmittelpunkt O verschoben wird, wird der Hebel 240 in Reaktion auf die vorliegende Veränderung des Drehorts des Drehrings 257 im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Drehwelle 240b als Drehpunkt gedreht, so dass der Kontakt 244s des Mikroschalters 244 nicht aus der Betriebsposition gerät, in der der Kontakt 244s und die Ursprungswalze 245 mit einander in Berührung sind. Somit wird die Verschiebung des Drehorts des Drehrings 257 kompensiert.

In dieser Ausführungsform betätigt die Ursprungswalze, selbst wenn die Beleuchtungsprismenplatte oder der Drehring aufgrund der Wärmeausdehnung oder dergleichen verformt sind, den Kontakt des Mikroschalters, um dadurch die Position des Ursprungs genau zu detektieren, wenn die Beleuchtungsprismenplatte durch die Position des Ursprungs läuft.

(Ausführungsformen 13-2 und 13-3)

Die Ausführungsformen 13-2 und 13-3 der vorliegenden Erfindung, die in den 76A und 76B dargestellt sind, werden untenstehend beschrieben. In jeder der Abbildungen sind Elemente, die dieselbe Struktur wie in Ausführungsform 13-1 aufweisen, in den 72 bis 75 durch gleiche Verweiszahlen identifiziert und die Beschreibung dieser Elemente wird ausgelassen.

(Ausführungsform 13-2)

Wie in 76A dargestellt ist, entspricht die mittels der Montagearmatur 246 am Drehring 257 befestigte Ursprungswalze 245 dieser Ausführungsform der in Ausführungsform 13-1, wobei der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und Ausführungsform 13-1 darin liegt, dass der Ringpositions-Antriebshebel 240 der Ausführungsform 13-1 als Mittel zum Halten der Ringpositions-Detektionswalze 241 und des Mikroschalters 244 durch einen parallelen Verbindungsmechanismus 248 ersetzt ist, der sich aus den Gliedern 248a bis 248c zusammensetzt.

In 76A kennzeichnen die Verweiszahlen e bis h Drehpunkte des parallelen Verbindungsmechanismus 248.

Da die Ursprungswalze 245 den Kontakt 244s des Mikroschalters 244 antreibt, damit dieser die Position des Ursprungs detektiert, wenn die Beleuchtungsprismenplatte durch die Rotation des Drehrings 257 die Position des Ursprungs erreicht, und da der parallele Ursprungsmechanismus 248 in Reaktion auf die Veränderung des Drehorts des Drehrings 257 betätigt wird, wird auch in dieser Ausführungsform die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt 244s des Mikroschalters 244 und der Ursprungswalze 245 kompensiert, so dass sie nicht verändert wird.

(Ausführungsform 13-3)

Diese Ausführungsform ist wie in 76B dargestellt konfiguriert.

Sie unterscheidet sich von den Ausführungsformen 13-1 und 13-2 darin, dass die Ursprungswalze 245 drehbar an der Montagearmatur 246A befestigt ist, die auf der Seite des Drehrings 257 bereitgestellt ist und eine Länge aufweist, die in Richtung des Rotationsmittelpunkts 257 um die Dicke des Mikroschalters 244 verlängert ist, und das ein Gleitmechanismus 263 als Mittel zum Halten der Ringpositions-Detektionswalze 241 und des Mikroschalters 244 angeordnet ist.

Der Gleitmechanismus 263 ist nicht nur so konfiguriert, dass er durch z. B. zwei Langlöcher 246 und 260 sowie durch Halterungselemente 249a und 260a, die in die Langlöcher 249 und 260 eingeführt und an einem feststehenden Abschnitt 242 befestigt sind, sondern auch durch Federn 261 und 262 mit dem feststehenden Abschnitt 242 verbunden ist. Da die im Gleitmechanismus bereitgestellte Ringpositions-Detektionswalze 241 die Veränderung des Drehorts des Drehrings 257 verfolgt, wird eine Kompensation vorgenommen, so dass die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt 244s des Mikroschalters 244 und der Ursprungswalze 245 nicht verändert wird.

(Ausführungsform 13-4)

In jeder der obenstehend beschriebenen Ausführungsformen 13-1 bis 13-3 ist der Drehring 257, wie z. B. in 75 ersichtlich ist, außerhalb der Beleuchtungsprismenplatte 251 angeordnet, so dass er konzentrisch mit der Beleuchtungsprismenplatte ist, so dass die Ursprungsposition der Beleuchtungsprismenplatte 251 durch den Drehring 257 detektiert wird.

In dieser Ausführungsform ist ein Konfigurationsbeispiel dargestellt, bei dem die Ursprungsposition der Beleuchtungsprismenplatte direkt durch Anwendung des vorhergehend erwähnten technischen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung detektiert, selbst wenn der Drehring 257 nicht an der Beleuchtungsprismenplatte 251 befestigt ist. Die vorliegende Ausführungsform wird untenstehend mit Verweis auf die 77A bis 77C beschrieben.

In jeder der Abbildungen werden Elemente, die dieselbe Struktur wie die der Ausführungsform 13-2 aufweisen, mit den gleichen Verweiszahlen identifiziert wie in den 72 bis 74C und die detaillierte Beschreibung dieser Elemente wird ausgelassen.

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ursprungswalze 245 drehbar an einem Endabschnitt 246a der Montagearmatur 264 bereitgestellt, der in einer Bezugsposition als Ursprung des Außenumfangsabschnitts der Beleuchtungsprismenplatte 251 angeordnet ist, um über der Oberfläche der Beleuchtungsprismenplatte 251 zu liegen, wie in den Abbildungen ersichtlich ist, und um von der Außenumfangsfläche der Beleuchtungsprismenplatte 251 vorzuragen. Zudem ist der Mikroschalter 244 auf einer Oberseite 265a des Prismenpositions-Antriebshebels 265 mit beinahe C-förmigem Querschnitt bereitgestellt und so angeordnet, dass der Kontakt 244s des Mikroschalters 244 durch die Ursprungswalze 245 angetrieben wird. Die Prismenpositions-Detektionswalze 266 ist weiters drehbar auf der Beleuchtungsprismenplattenseite 251 der Unterseite 265b des Hebels 265 bereitgestellt und durch die Drehwelle 267 am feststehenden Abschnitt 242 befestigt. Die Verweiszahl 268 kennzeichnet eine Feder, die so gestaltet ist, dass durch den Federdruck der Feder 268 nicht nur der Prismenpositions-Antriebshebel 265 unter Verwendung der Drehwelle 267 als Drehpunkt gedreht wird, sondern auch die Prismenpositions-Detektionswalze 266 auf den Außenumfangsabschnitt der Prismenplatte 251 gedrückt wird.

Wenn der Drehring, wie in dieser Ausführungsform dargestellt ist, nicht an der Beleuchtungsprismenplatte befestigt ist, wird der Außenumfangsabschnitt vorzugsweise dicker als andere Abschnitte ausgebildet, wie in 77C gezeigt wird, um die Festigkeit der Beleuchtungsprismenplatte 251 zu erhöhen.

Selbst wenn es aufgrund der Wärmeausdehnung oder dergleichen zu einer Verschiebung des Drehorts der Beleuchtungsprismenplatte 251 kommt, wird der Prismenpositions-Antriebshebel 265 im oder gegen den Uhrzeigersinn um die Drehwelle 267 als Drehpunkt gedreht, um die Verschiebung des Orts zu verfolgen. Als Ergebnis erfolgt eine Kompensation, so dass die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt 244s des Mikroschalters 244 und der Ursprungswalze nicht verändert wird.

Der Ursprungspositionsdetektor der Solarbeleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die oben erwähnten Ausführungsformen begrenzt.

Die vorliegende Erfindung kann z. B., obwohl jede der Ausführungsformen 13-1 bis 13-3 so konfiguriert ist, dass die Ursprungswalze 245 unter dem Innendurchmesser des Drehrings 257 entsprechend der Position der Ursprungswalze 245 angeordnet ist, in dem Fall angewendet werden, wenn die Ursprungswalze über dem Außendurchmesser des Drehrings 257 angeordnet ist und der Kontakt 244s des Mikroschalters 244 über dem Außendurchmesser des Drehrings 257 entsprechend der Position der Ursprungswalze 245 bereitgestellt ist, wie in der in 77A gezeigten Ausführungsform 13-4 ersichtlich ist.

Obwohl die in den 73A und 73B dargestellte Ausführungsform 13-1 für den Fall beschrieben worden ist, in dem die Montagearmatur 246 aus zwei Teilen besteht, d. h. einer Druckplatte 246a und einer Halterungsplatte 246b, kann die Montagearmatur 246 aus einem Teil bestehen, das durch Vereinigen der beiden Teile 246a und 246b in einen Körper erhalten wurde.

Obwohl die in der 76B dargestellte Ausführungsform 13-3 für den Fall beschrieben wurde, in dem zwei Langlöcher 249 und 260, zwei Halterungselemente 249a und 260a sowie zwei Federn 261 und 262 bereitgestellt sind, können diese Langlöcher, Halterungselemente und Federn durch ein Langloch, ein Halterungselement und eine Feder ersetzt werden.

Ähnlich kann die Ausführungsform 13-4 modifiziert werden, so dass die Walze 245 durch die Montagearmatur 264 in Richtung der Unterflächenseite des Außenumfangs der Beleuchtungsprismenplatte 251 befestigt ist und die Prismenpositions-Detektionswalze 266, die am Prismenpositions-Antriebshebel 265 entsprechend der Ursprungswalze 245 bereitgestellt ist, in einer Position angeordnet ist, die sich unter der Unterseite der Beleuchtungsprismenplatte 251 und gegenüber der Positionswalze 245 befindet.

Zudem können bei der Ausführungsform 13-4 zahlreiche Veränderungen durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Prismenpositions-Antriebshebel 265 durch einen parallelen Verbindungsmechanismus ähnlich dem in 76A dargestellten parallelen Verbindungsmechanismus 248 der Ausführungsform 13-2 oder durch einen Gleitmechanismus ähnlich dem in 76B veranschaulichten Gleitmechanismus 263 der Ausführungsform 13-3 ersetzt werden.

Bei den vorhergehend erwähnten Ausführungsformen kann die vorliegende Erfindung auch bei einer Solarbeleuchtungsvorrichtung verwendet werden, die zwei oder mehr darin bereitgestellte Beleuchtungsprismenplatten aufweist. Hierbei kann bei jeder der Beleuchtungsprismenplatten ein wie oben in den Ausführungsformen beschriebener Ursprungspositionsdetektor bereitgestellt sein.

Die Beziehung zwischen der Richtung der Prismeneinschnitte in der Beleuchtungsprismenplatte und der Position des Ursprungs, wie in den Abbildungen der jeweiligen Ausführungsformen dargestellt, ist als Beispiel angeführt, wobei die Beziehung jedoch nicht auf das Beispiel beschränkt ist. Der Grund dafür liegt darin, dass die Position des Ursprungs auf Basis der Position der Beleuchtungsprismenplattenpositions-Detektionswalze oder der Position der Ringpositions-Detektionswalze sowie der Anordnung der Ursprungswalze ermittelt wird, und zudem darin, dass die Ursprungsposition auch durch Steuerungsmittel wie ein Mikrocomputer oder dergleichen, das getrennt angeordnet ist, um einen Antriebssteuerungsbefehl zum Steuern des Antriebs der Beleuchtungsprismenplatte zu erzeugen.

Durch das Bereitstellen des Ursprungspositionsdetektors in der Solarbeleuchtungsvorrichtung verfügt das Solarbeleuchtungssteuerungselement der Ausführungsform 13 über folgende hervorragenden Eigenschaften.

  • (1) Da anstelle eine herkömmlichen optischen Detektionsmittels wie ein Lichtsensor ein mechanischer Mikroschalter als Mittel zum Detektieren der Ursprungsposition verwendet wird, wird die Hitzebeständigkeit erhöht, so dass kein Risiko besteht, dass die Funktion des Mikroschalters durch die bei der Verwendung dieser Art von Vorrichtung entstehenden Temperatur beschädigt wird.
  • (2) Bei der vorliegenden Erfindung ist eine Prismenpositions-Detektionswalze oder eine Ringpositions-Detektionswalze so angeordnet, dass sie immer durch die Rotation einer Beleuchtungsprismenplatte oder eines Drehrings, der sich zusammen mit der Beleuchtungsprismenplatte in einer konzentrischen Position außerhalb der Beleuchtungsprismenplatte dreht, zum Drehen angetrieben wird. Weiters ist ein Prismenpositions-Antriebshebel oder ein Ringpositions-Antriebshebel, der mit der Detektionswalze und einer Ursprungswalze ausgestattet ist, bereitgestellt. Der Hebel ist dementsprechend so gestaltet, dass er selbst bei einer Verschiebung des Drehorts der Beleuchtungsprismenplatte oder des Drehrings die Verschiebung des Orts verfolgt, um mit Hilfe einer Feder um eine vorbestimmte Welle als Drehpunkt zu rotieren, so dass die Positionsbeziehung zwischen der Ursprungswalze und dem Kontakt des Mikroschalters ausgeglichen wird.

    Dementsprechend kann die Position des Ursprungs der Beleuchtungsprismenplatte trotz der Verschiebung des Drehorts durch die Temperatur oder dergleichen immer präzise detektiert werden, sowohl wenn die Beleuchtungsprismenplatte alleine angeordnet ist als auch wenn ein Drehring konzentrisch und einstückig mit der Beleuchtungsprismenplatte bereitgestellt wird.
  • (3) Die Beleuchtungseigenschaft der Solarbeleuchtungsvorrichtung kann daher konstant stabile Eigenschaften aufweisen.


Anspruch[de]
  1. Solarbeleuchtungsvorrichtung, in der eine Lichtprismenplatte (70) drehbar in einem Beleuchtungsabschnitt angeordnet ist, wobei die Lichtprismenplatte (70) von einem Treiber/Halter angetrieben und gehalten wird, und der Prismenwinkel der Beleuchtungsprismenplatte entsprechend einer Höhe und einem Azimut der Sonne gesteuert wird, so dass das von der Beleuchtungsprismenplatte gebrochene Sonnenlicht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass:

    der Treiber/Halter umfasst:

    ein Antriebsmittel (72, 73) mit einer Antriebswalze (71), um die Beleuchtungsprismenplatte (70) auf Basis eines vorbestimmten Steuerbefehls entsprechend der Höhe und des Azimuts der Sonne zu drehen;

    ein Druckmittel (77, 77a), um auf die Beleuchtungsprismenplatte (70) von einer Seite elastisch Druck auszuüben; sowie

    ein Lagermittel (78a, 78b), um die Beleuchtungsprismenplatte von einer dem Druckmittel (77, 77a) gegenüberliegenden Seite aus drehbar zu lagern.
  2. Solarbeleuchtungsvorrichtung, bei der eine Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten (70) in einem Beleuchtungsabschnitt drehbar angeordnet und in vorbestimmten Intervallen beabstandet sind, wobei jede Beleuchtungsprismenplatte (70) von einem Treiber/Halter angetrieben und gehalten wird, und der Prismenwinkel einer jeden der Beleuchtungsprismenplatten entsprechend einer Höhe und einem Azimut der Sonne gesteuert wird, so dass das von jeder Beleuchtungsprismenplatte gebrochene Sonnenlicht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird; dadurch gekennzeichnet, dass

    der Treiber/Halter umfasst:

    ein Antriebsmittel (72, 73) mit einer Antriebswalze (71), um jede der Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten (70) auf Basis eines vorbestimmten Steuerbefehls zu drehen, der der Höhe und dem Azimut der Sonne entspricht;

    ein Druckmittel (77, 77a), um auf die Beleuchtungsprismenplatte (70) von einer Seite elastisch Druck auszuüben; sowie

    ein Lagermittel (78a, 78b), um jede der Beleuchtungsprismenplatten von einer dem Druckmittel (77, 77a) gegenüberliegenden Seite aus drehbar zu lagern.
  3. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin:

    das Druckmittel aus zumindest einer Druckwalze (77, 79, 80, 77b, 81, 82, 83, 84) besteht, um auf die oder jede Beleuchtungsprismenplatte (70) von einer Seite durch elastische Kraft einer Feder (77a, 79a, 80a, 77b, 81a, 82b, 83a, 84a), die an einem feststehenden Abschnitt abgestützt ist, Druckkraft auszuüben;

    wobei das Lagermittel aus zumindest einem Paar angetriebener Walzen (78a, 78b) besteht, die in vorbestimmten Positionen gegenüber der Druckwalze (77, 79, 80, 77B, 81, 82, 83, 84) angeordnet sind und die so angeordnet sind, dass sie sich gemeinsam mit der Drehung der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte drehen, während sie die vorbestimmten Positionen beibehalten, wodurch die Druckkraft der Druckwalze (77, 79, 80, 77B, 81, 82, 83, 84) unterstützt wird.
  4. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Antriebsmittel einen Motor (72), um der Antriebswalze (71) direkt oder indirekt Rotationskraft zu verleihen, einen Sonnenlicht-Zustandsdetektor (75), um die Bewegung von Sonnenhöhe und Azimut zu detektieren, und einen Setzer (74) aufweist, um ein Signal vom Sonnenlicht-Zustandsdetektor (75) zu empfangen und dem Motor (72) einen Steuerbefehl zu geben.
  5. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Antriebsmittel ein erstes Drehmoment-Übertragungsmittel (90G), das an einem Außenumfang der Antriebswalze (71) vorgesehen ist, und ein zweites Drehmoment-Übertragungsmittel (71G) aufweist, um Drehmoment aufzunehmen, das vom ersten Drehmoment-Übertragungsmittel (90G) übertragen wird, und worin die oder jede Beleuchtungsprismenplatte (70) so angeordnet ist, dass sie auf Basis des dem Antriebsmittel gegebenen Steuerbefehl angetrieben wird.
  6. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die oder zumindest eine der Vielzahl von Beleuchtungsprismenplatten (70) von einer Vielzahl von Halteplatten (104a bis 104d) aus transparentem Harz gehalten wird.
  7. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, worin die Halteplatten (104a bis 104d) durch Armaturen (102a bis 102d) auf einem Metalldrehring (103) montiert sind, so dass Unterschiede in der Dehnung/Kontraktion aufgrund von Wärmeausdehnungskoeffizienten der Halteplatten und der oder der zumindest einen Beleuchtungsprismenplatte (70) absorbiert werden können.
  8. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiters umfassend einen Ursprungspositionsdetektor, um eine Ursprungsposition zu detektieren, in der der Prismenwinkel des oder eines jeden Beleuchtungsprismas auf Basis der Ursprungsposition und der Höhe und des Azimuts der Sonne gesteuert wird, so dass das von der oder jeder Beleuchtungsprismenplatte (251) gebrochene Licht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird, wobei der Ursprungspositionsdetektor umfasst:

    eine Ursprungswalze (245), die an einer Bezugsposition eines Außenumfangsabschnitts der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) als Ursprung der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) vorgesehen ist;

    einen mechanischen Mikroschalter (244) mit einem Kontakt (244s), der in einem Rotationsort der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) vorgesehen ist, so dass der Kontakt (244s) so angeordnet ist, dass er von der Ursprungswalze (245) betätigt wird; und

    ein Prismenpositionsantriebsmittel (265), um eine Prismenpositionsdetektionswalze (266) zu tragen, die den Außenumfang der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) berührt und sich gemeinsam mit der Drehung der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) dreht, während der Rotationsort der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) verfolgt wird, und um den Mikroschalter (244) zu tragen, um die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt (244s) des Mikroschalters (244) und der Ursprungswalze (245) zu verfolgen.
  9. Solarbeleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Ursprungspositionsdetektor, um eine Ursprungsposition zu detektieren, worin der Prismenwinkel des oder eines jeden Beleuchtungsprismas auf Basis der Ursprungsposition und der Höhe und des Azimuts der Sonne gesteuert wird, so dass das von der oder jeder Beleuchtungsprismenplatte (251) gebrochene Sonnenlicht in einer vorbestimmten Richtung abgegeben wird, wobei der Ursprungspositionsdetektor umfasst:

    eine Ursprungswalze (245), die an einer Bezugsposition eines Außenumfangsabschnitts eines Drehrings (257) als Ursprung der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) vorgesehen ist, wobei der Drehring (257) einstückig am äußeren Umfang der oder jeder Beleuchtungsprismenplatte (251) vorgesehen ist, so dass er mit der oder einer jeden Beleuchtungsprismenplatte (251) konzentrisch ist;

    einen mechanischen Mikroschalter (244) mit einem Kontakt (244s), der an einem Rotationsort des Drehrings (257) vorgesehen ist, so dass der Kontakt (244s) so angeordnet ist, dass er von der Ursprungswalze (245) betätigt wird; und

    ein Ringpositionsantriebsmittel (240), um eine Ringpositionsdetektionswalze (241) zu lagern, die den Außenumfang des Drehrings (257) berührt und sich gemeinsam mit der Rotation des Drehrings (257) dreht, während der Rotationsort des Drehrings (257) verfolgt wird, und um den Mikroschalter (244) zu lagern, um die Positionsbeziehung zwischen dem Kontakt (244s) des Mikroschalters (244) und der Ursprungswalze (245) zu verfolgen.
Es folgen 54 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com