応用科学
ライトチューブ
ライトチューブ （ ライトパイプまたは管状天窓とも呼ばれます ）は、照明を目的として自然光または人工光を送信または分配するために使用される物理的な構造であり、光導波路の例です。
昼光照明への応用では、管状昼光照明装置、サンパイプ、サンスコープ、またはデイライトパイプとも呼ばれます。ライトパイプは、反射面を備えた光を含む中空構造と、全反射による光を含む透明な固体の2つの大きなカテゴリに分類できます。これらのデバイスを通る光の流れを支配する原則は、非イメージング光学の原則です。
タイプ
IRライトパイプ/ IRライトチューブ
カスタムデザインの赤外線ライトパイプ、中空導波管、ホモジナイザーの製造は容易ではありません。これは、これらのチューブがレーザーゴールドの高度に研磨された赤外線反射コーティングで裏打ちされているためです。これは、これらのチューブを非常に腐食性の雰囲気で使用できるように十分に厚く塗布できます。レーザーブラックをライトパイプの特定の部分に適用して、IR光を吸収できます（フォトニクスを参照）。これは、IR光をパイプの特定の領域のみに制限するために行われます。
ほとんどのライトパイプは丸い断面で作られていますが、ライトパイプはこの形状に限定されません。特殊な用途では、正方形と六角形の断面が使用されます。六角パイプは、最も均質化されたタイプのIRライトを生成する傾向があります。パイプはまっすぐである必要はありません。パイプの曲がりは、効率にほとんど影響しません。
反射材付きライトチューブ
「管状天窓」または「管状昼光装置」としても知られ、これは昼光照明に使用される最も古く、最も普及したタイプのライトチューブです。このコンセプトは、もともと古代エジプト人によって開発されました。最初の商用リフレクターシステムは、1850年代にロンドンのPaul Emile Chappuisが特許を取得して販売し、さまざまな角度のミラー設計を採用しています。 Chappuis Ltdのリフレクターは、1943年に工場が破壊されるまで継続的に生産されていました。このコンセプトは、1986年にオーストラリアのSolatube Internationalによって再発見され、特許を取得しました。このシステムは、住宅用および商業用に広く販売されています。他の昼光照明製品は、「SunScope」、「ソーラーパイプ」、「ライトパイプ」、「ライトチューブ」、「チューブラースカイライト」など、さまざまな一般名で販売されています。
反射性の高い素材で裏打ちされたチューブは、建物の屋根または外壁の1つにある入り口から光線を建物に導きます。ライトチューブは（ペリスコープなどとは対照的に）イメージング用ではないため、イメージの歪みは問題なく、多くの点で「指向性」光の減少により促進されます。
入り口は通常、ドーム（キューポラ）で構成されます。ドームは、できるだけ多くの太陽光を集めてチューブに反射する機能を備えています。多くのユニットには、指向性の「コレクター」、「リフレクター」、またはチューブに沿って追加の指向性光を収集するのに役立つフレネルレンズデバイスもあります。
レーザーカットアクリルパネルを配置して太陽光を水平方向または垂直方向のミラーパイプにリダイレクトし、光を室内に拡散する三角形のレーザーカットパネルを配置した光拡散システムと組み合わせたセットアップが開発されました。ブリスベンのクイーンズランド工科大学。 2003年、ベロニカガルシアハンセン、ケンヤン、およびイアンエドモンズは、この開発に対して銅賞で極東経済レビューイノベーション賞を受賞しました。
チューブが短く真っ直ぐな場合、光の伝送効率が最大になります。長い、角度のある、または柔軟なチューブでは、光強度の一部が失われます。損失を最小限に抑えるには、チューブライニングの高い反射率が重要です。製造業者は、可視範囲で最大99.5％の材料の反射率を主張しています。
エンドポイント（使用ポイント）で、ディフューザーが部屋に光を広げます。
太陽光の使用をさらに最適化するために、太陽の動きを追跡するヘリオスタットを取り付けることができます。これにより、周囲の制限が許す限り、可能であれば追加のミラーなどを使用して、一日中いつでも太陽光を光管に向けることができます光路に影響を与える反射要素。ヘリオスタットは、夜に月明かりをキャプチャするように設定できます。
光ファイバ
Corning Inc.は、Fibrance Light-Diffusing Fiberを製造しています。 Fibranceは、光を拡散する光ファイバーケーブルを通してレーザーを照射することで機能します。このケーブルは、明るい光を放ちます。
光ファイバーは、イメージング用途のファイバースコープで使用されます。
光ファイバは採光にも使用できます。 2004年にオークリッジ国立研究所でプラスチック光ファイバーに基づく太陽光照明システムが開発されました。このシステムは、2005年に米国テネシー州のアメリカ科学エネルギー博物館に設置され、同年に発売されました。日光ダイレクト。ただし、このシステムは2009年に市場から削除されました。
光ファイバは、Parans Solar Lighting ABが販売しているBjorkシステムでも使用されています。このシステムの光ファイバーは、PMMA（PolyMethylMethAcrylate）で作られており、ハロゲンフリーの熱可塑性樹脂であるMegolonで覆われています。ただし、このようなシステムは非常に高価です。
Paransシステムは3つの部分で構成されています。屋内で光を広げるコレクター、光ファイバーケーブル、照明器具。 1人または複数のコレクターが、直射日光がよく届く場所の建物の上または近くに配置されます。コレクターは、保護用のカバーガラスを備えたアルミニウムプロファイルに取り付けられたレンズで構成されています。これらのレンズは、光ファイバケーブルに太陽光を集めます。
コレクターはモジュール式です。つまり、必要に応じて4,6,8,12または20本のケーブルが付属しています。すべてのケーブルに個別の長さを設定できます。光ファイバーケーブルは、自然光を100メートル（30フロア）で敷地内に運び、高レベルの光品質と光強度を維持します。実装の例は、カストラップ空港、アリゾナ大学、ストックホルム大学です。
同様のシステムが、ガラスの光ファイバーを使用して、日本で以前に研究されていました。
通常、繊維の直径が小さいことを考慮すると、効率的な昼光設定では、太陽を追跡してその光を集中させる放物面集光器が必要です。 光輸送を目的とした光ファイバーは、コア内でできるだけ多くの光を伝搬する必要があります。対照的に、 配光用の光ファイバは、クラッドから光の一部が漏れるように設計されています。
透明な中空ライトガイド
プリズムライトガイドは、1981年にブリティッシュコロンビア大学の物理学教授であるLorne Whiteheadによって開発され、光の輸送と配光の両方で太陽光照明に使用されています。同じ原理に基づいた大きなソーラーパイプが2001年にワシントンDCの法律事務所の14階建ての狭い中庭に設置され、同様の提案がロンドンで行われました。さらなるシステムがベルリンに設置されました。
3M社は、光学照明フィルムに基づいたシステムを開発し、3Mライトパイプを開発しました。これは、人工光源に関連して販売されている顕微鏡プリズムを組み込んだ薄膜を使用して、その長さにわたって光を均一に分配するように設計されたライトガイドです、例えば硫黄ランプ。
中実のコアを持つ光ファイバとは対照的に、プリズムライトガイドは光を空気中に導くため、中空ライトガイドと呼ばれます。
プロジェクトの一部は欧州委員会から資金提供を受け、1998年から2000年にかけて、太陽光と人工光を適応的に混合するシステムの調査が行われました。これには、硫黄ランプ、ヘリオスタット、光の輸送と分配用の中空ライトガイドが含まれます。
ディズニーは、3Dプリンティングを使用して、照明付きおもちゃの内部ライトガイドを印刷する実験を行ってきました。
蛍光ベースのシステム
Fluorosolarとシドニー工科大学が開発したシステムでは、フラットパネル内の2つの蛍光ポリマー層が短波の太陽光、特に紫外線を捕捉し、それぞれ赤色光と緑色光を生成し、建物の内部に導きます。そこでは、赤と緑の光が人工の青の光と混合され、赤外線や紫外線のない白色光が生成されます。このシステムは、ヘリオスタットや放物面コレクターなどの可動部品を必要とせずに光を収集し、建物内の任意の場所に光を伝達することを目的としています。紫外線をキャプチャすることにより、システムは特に明るいが曇りの日に効果的です。これは、太陽光の目に見える成分よりも雲の覆いによる紫外線の減少が少ないためです。
プロパティとアプリケーション
ソーラーおよびハイブリッド照明システム
ソーラーライトパイプは、従来の天窓や他の窓と比較して、断熱性が高く、室内での使用に柔軟性がありますが、外部環境との視覚的な接触が少なくなっています。
季節性情動障害の状況では、ライトチューブを追加設置すると、毎日の自然光の量が増えることを考慮する価値があります。したがって、過照明の影響を回避しながら、居住者または従業員の健康に貢献できる可能性があります。
人工照明と比較して、ライトチューブには自然光を提供し、エネルギーを節約できるという利点があります。透過光は1日で変化します。これが望ましくない場合は、ハイブリッド設定でライトチューブを人工光と組み合わせることができます。
少なくとも人間の可視スペクトル範囲で太陽光のスペクトルと同様のスペクトルを持ち、ちらつきが少ない人工光源がいくつか販売されています。 1日の自然光の変化を模倣するように、スペクトルを動的に変化させることができます。このような光源のメーカーとベンダーは、自社製品が自然光と同じまたは同様の健康効果を提供できると主張しています。ソーラーライトパイプの代替として考えられる場合、そのような製品は設置コストは低くなりますが、使用中にエネルギーを消費します。したがって、それらは全体的なエネルギー資源とコストの点で無駄が多いかもしれません。
より実用的な注意事項として、ライトチューブは電気設備や断熱材を必要としないため、バスルームやプールなどの屋内の濡れたエリアに特に役立ちます。より芸術的な観点から、最近の開発、特に透明なライトチューブに関連するものは、建築設計の新しい興味深い可能性を開きます。
設定
ライトチューブは、学校、倉庫、小売環境、家、政府の建物、博物館、ホテル、レストランで使用されています。
セキュリティアプリケーション
サンパイプのサイズは比較的小さく、光出力が高いため、刑務所、警察、その他のアクセスが制限されている場所など、セキュリティ指向の状況に最適です。狭い直径であり、内部のセキュリティグリルの影響をあまり受けないため、電気接続や脱出アクセスを提供せずに、また安全なエリアに物体を通過させることなく、エリアに日光を提供します。
電子機器で
エレクトロニクス業界では、回路基板上のLEDからインジケータシンボルまたはボタンに照明を向けるために、成形プラスチックライトチューブが一般的に使用されています。通常、これらのライトチューブは、光ファイバーのように緩やかに湾曲するか、角のある角で反射する鋭角プリズムの折り目を使用する非常に複雑な形状を取ります。多くの場合、複数のライトチューブは1枚のプラスチックから成形され、長い細いライトチューブはすべて所定の位置に固定される単一の剛性コンポーネントの一部であるため、デバイスの組み立てが容易です。
ライトチューブインジケーターは、照明するスポットの真後ろにある小さなソケットに小さなランプを取り付けるという古い方法であるため、電子機器の製造を安価にします。これには、多くの場合、設置と配線に多大な手作業が必要です。ライトチューブを使用すると、すべてのライトを1枚の平らな回路基板に取り付けることができますが、必要に応じて、照明を基板から数インチ上に向けて離すことができます。
