CN105240797A - 自然光照明装置 - Google Patents

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刘敬伟
黄杭昌
李智勇
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Xiamen City Yapha Optoelectronics Technology Co Ltd
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Xiamen City Yapha Optoelectronics Technology Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S11/00—Non-electric lighting devices or systems using daylight
    • F21S11/007—Non-electric lighting devices or systems using daylight characterised by the means for transmitting light into the interior of a building
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种自然光照明装置，其包括光偏转部件、光合束部件、光传导部件和光扩散部件，该光偏转部件用于将入射光发生偏转，使得来自各个方向的该入射光的入射角度控制在一定的范围内。该光合束部件用于将该各个方向的多路该入射光合并成一路的光线。该光传导部件用于将该合并一路的光线传导到室内需要的地方。该光扩散部件用于将该光传导部件导入的光进行扩散。上述自然光照明装置，可以实现低成本的理想的自然采光，受限小，适用领域广。

Description

自然光照明装置
技术领域
本发明专利涉及照明节能技术领域，特别涉及一种自然光照明装置。
背景技术
自然光照明技术是国际上刚刚兴起的节能环保和绿色健康新兴技术，其具有广阔的市场前景和社会经济效益。当前主流的自然光照明技术有被动式和主动式两大类。
被动式自然采光技术中相对成熟的是导光管技术，其原理是利用大口径、内壁反射率好的导光管收集户外自然光并传导到室内。这种技术的优势是价格便宜，可充分利用各个方向的散射自然光；但缺点是由于开口尺寸和传输距离比之间的限制，需要在建筑上开一个大口径孔，并保持该大口径进行光的传输，对于建筑整体性、安全性、保温性能等有较大的破坏，适用领域比较受限。
主动式自然采光技术最主要的是光纤导入技术，利用追踪系统采集太阳直射光，再通过聚焦部件将光导入到光纤里，利用光纤的柔性传导光线。这种技术的优点是只需要开很小口径的孔，通过光纤可柔性的将阳光导入到室内各个区域。缺点则是只能收集直射光，对于散射光不起作用，而且价格高，需要追踪系统，可靠性有很大局限。
理想的自然光采光系统应该具有效率高、价格便宜、能够接受各个方向的直射光和散射光、收光面积小且能实现光的小口径柔性化传输。很多国内外的研究机构都在试图解决该问题。
有些文献利用有机玻璃柱进行光传导的技术，可以较好的实现小口径导入和传输，但由于柱体的入光面积太小，在实际使用中要使用很多根柱体才能达到所需要的照射亮度，成本高且施工量大。有些文献提出利用光纤和无追踪式聚光装置解决接收面积小的问题，但要不总体效率太低，要不不可实施等。总之，目前尚没有一直理想的解决方案。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种自然光照明装置。
一种自然光照明装置，包括光偏转部件、光合束部件、光传导部件和光扩散部件，该光偏转部件用于将入射光发生偏转，使得来自各个方向的该入射光的入射角度控制在一定的范围内。该光合束部件用于将该各个方向的多路该入射光合并成一路的光线。该光传导部件用于将该合并一路的光线传导到室内需要的地方。该光扩散部件用于将该光传导部件导入的光进行扩散。
上述自然光照明装置，可以实现低成本的理想的自然采光，受限小，适用领域广。
在一个实施方式中，该光偏转部件包括一个壳状的结构，该壳状的结构内侧有齿状结构，该壳状的结构的表面和该齿状结构能够对该入射光进行折射，从而减小该入射光的角度。
在一个实施方式中，该光偏转部件包括一个球形聚光结构及一组光波导的阵列，该入射光经过该球形聚光结构后，汇集到该光波导的阵列中，并通过该光波导的阵列被导向设定方向。
在一个实施方式中，该光合束部件是一种N合1的分枝形结构，该分枝形结构包括N路输入部和1路输出部，每路输入部与该输出部的分叉角度为0.5°到40°。
在一个实施方式中，该光传导部件为实心的透明材料制成的圆柱体，该光传导部件在长度方向上是直的或者弯曲的。
在一个实施方式中，该光扩散部件为透明材料制成的曲面体，该曲面体的表面为光滑面，或该曲面体的表面设置有凹凸结构的曲面，或者该曲面体的表面为进行打磨后的曲面。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明较佳实施方式的自然光照明装置的结构示意图；
图2为根据本发明较佳实施方式的光偏转部件的结构示意图；
图3为根据本发明较佳实施方式的光偏转部件的另一结构示意图；
图4为根据本发明较佳实施方式的光合束部件的结构示意图；
图5为根据本发明较佳实施方式的光传导部件的结构示意图；
图6为根据本发明较佳实施方式的光传导部件的另一结构示意图；和
图7为根据本发明较佳实施方式的光扩散部件的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施方式，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施方式，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
下面参考图1至图7描述本发明较佳实施方式提供的自然光照明装置。如图1所示，根据本发明较佳实施方式的自然光照明装置包括光偏转部件100、光合束部件200、光传导部件300和光扩散部件400。
光偏转部件100用于将入射光发生偏转，使得来自各个方向的入射光的入射角度控制在一定的范围内。光合束部件200用于将各个方向的多路该入射光合并成一路的光线。光传导部件300用于将该合并一路的光线传导到室内需要的地方。光扩散部件400用于将光传导部件300导入的光进行扩散。
在本发明的一个实施方式中，图2所示的光偏转部件100包括一个壳状的结构，该壳状的结构内侧带有齿状结构112的球壳状穹顶结构。该壳状的结构的表面111和该齿状结构112能够对入射光L进行折射，从而减小入射光L的角度。入射光L经过壳状的结构的表面111和齿状结构112的折射后，入射角度明显减小。
在本发明的一个实施方式中，图3所示的光偏转部件100包括球形聚光结构121及一组光波导122的阵列。球形聚光结构112为实心的球体121，可作为聚光装置，入射光L经过球形聚光结构121后发生汇聚，然后进入到相对应的光波导122的阵列中，并通过该光波导122的阵列被导向设定方向，例如，光波导122的阵列可按照设定方向进行弯曲，然后将入射光L按需要的角度入射到室内某个位置。
该光合束部件200是一种N合1的分枝形结构，该分枝形结构包括N路输入部210和1路输出部220，每路输入部210与该输出部220的分叉角度为0.5°到40°。在本发明的一个实施方式中，图4所示的光合束部件200是一个4合1的合束器，分叉角度为10°，折射率为1.5，入射光L经过光偏转部件100后，以不大于25°的入射角入射输入部210，之后汇合到输出部220。
该光传导部件300为实心的透明材料制成的圆柱体，该光传导部件300在长度方向上是直的或者弯曲的。在本发明的一个实施方式中，图5所示的光传导部件300是一根直的光导柱，入射光L在其中发生全发射形式进行传导。
在本发明的一个实施方式中，图6所示的光传导部件300是一根弯曲的光导柱，入射光L在其中发生全发射形式进行传导，并沿着光导柱300完成一定角度的转向。
该光扩散部件400为透明材料制成的曲面体，该曲面体的表面为光滑面，或该曲面体的表面设置有凹凸结构的曲面，或者该曲面体的表面为进行打磨后的曲面。在本发明的一个实施方式中，图7所示的光发散部件400是一个圆锥形的实体，较小角度的入射光L经过该光发散部件400，出射角分布明显加大，从而很好的将入射光L扩散开，照射到所需要的空间。
综上所述，上述自然光照明装置大大改进了现有各类太阳光照明的缺点，具有效率高、成本低、适用范围广等优点，具有广阔的应用前景。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种自然光照明装置，其特征在于，包括光偏转部件、光合束部件、光传导部件和光扩散部件，该光偏转部件用于将入射光发生偏转，使得来自各个方向的该入射光的入射角度控制在一定的范围内；
该光合束部件用于将该各个方向的多路该入射光合并成一路的光线；
该光传导部件用于将该合并一路的光线传导到室内需要的地方；
该光扩散部件用于将该光传导部件导入的光进行扩散。
2.如权利要求1所述的自然光照明装置，其特征在于，该光偏转部件包括一个壳状的结构，该壳状的结构内侧有齿状结构，该壳状的结构的表面和该齿状结构能够对该入射光进行折射，从而减小该入射光的角度。
3.如权利要求1所述的自然光照明装置，其特征在于，该光偏转部件包括一个球形聚光结构及一组光波导的阵列，该入射光经过该球形聚光结构后，汇集到该光波导的阵列中，并通过该光波导的阵列被导向设定方向。
4.如权利要求1所述的自然光照明装置，其特征在于，该光合束部件是一种N合1的分枝形结构该分枝形结构包括N路输入部和1路输出部，每路输入部与该输出部的分叉角度为0.5°到40°。
5.如权利要求1所述的自然光照明装置，其特征在于，该光传导部件为实心的透明材料制成的圆柱体，该光传导部件在长度方向上是直的或者弯曲的。
6.如权利要求1所述的自然光照明装置，其特征在于，该光扩散部件为透明材料制成的曲面体，该曲面体的表面为光滑面，或该曲面体的表面设置有凹凸结构的曲面，或者该曲面体的表面为进行打磨后的曲面。
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