CN110529810A - 一种平行自然光采光盘及照明系统 - Google Patents

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    • F21—LIGHTING
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Abstract

本发明提供了一种平行自然光采光盘及照明系统，用于解决现有技术中自然光采光系统无法采集平行光、自然光利用率低、光线传输装置结构复杂、成本高昂的技术问题；包括：聚光装置、采光壳体和光线改向装置；采光壳体包括输出端；聚光装置和光线改向装置安装在采光壳体上；实施本发明的技术方案，采光盘设置聚光装置和光线改向装置，采集自然光；采光盘向光线传输装置输出平行光，反射次数少，光线利用率高，利于简化光线传输装置结构，降低系统成本和生产安装难度；光线直接在空气中传输或通过耦合在价格较低的光纤、液芯中传输，成本低廉；光线空气传输装置和灯具中设置平面镜，改变光路，增加系统兼容的环境。

Description

一种平行自然光采光盘及照明系统
技术领域
本发明涉及自然光照明领域，特别涉及一种平行自然光采光盘及照明系统。
背景技术
流行病学调查表明，全世界近视的发生率正在逐年上升，有资料显示目前全世界已有14亿人患近视，中国大陆近视人群比例高达47％，属于全球近视率最高区域之一。多国留流行病学调查研究发现，患有近视的儿童较正视眼儿童户外活动时间短，还发现每天2至3小时户外活动并接触自然光可以提升眼部的多巴胺水平，产生阻止眼球拉长的效果。
现有技术中，自然光采集系统收集到的自然光为非平行光，传输困难，容易被传输装置系统吸收导致自然光利用率低下，光线传输装置结构复杂、成本较高。因此需要一种可采集平行光、光线传输装置结构简单、成本低廉的自然光采光盘及照明系统。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明中披露了一种平行自然光采光盘及照明系统，本发明的技术方案是这样实施的：
一种平行自然光采光盘，包括：聚光装置、采光壳体和光线改向装置；所述采光壳体包括输出孔；所述聚光装置和所述光线改向装置安装在所述采光壳体上，所述聚光装置和所述光线改向装置设置为，先后经过所述聚光装置和所述光线改向装置的自然光平行射入所述输出孔。
优选地，所述聚光装置为菲涅尔透镜。
优选地，所述光线改向装置为菲涅尔透镜；所述聚光装置与所述光线改向装置的距离为S，所述聚光装置的焦距为F，F与S的比值范围为0.6-0.95。
优选地，所述平行自然光采光盘，还包括滤光装置，所述滤光装置可拆卸式固定至所述采光壳体。
优选地，所述聚光装置设置为角度可调的。
优选地，所述平行自然光采光盘，还包括角度驱动机构，所述角度驱动机构包括角度驱动装置、驱动连接结构和控制模块，所述驱动连接机构连接所述角度驱动装置和所述聚光装置，所述控制模块电连接至所述角度驱动装置。
一种平行自然光照明系统，包括，具有上述特征的平行光采光盘、光线传输腔和灯具；所述灯具包括灯具壳体和光发散装置；所述光线传输腔的一端连接所述输出孔，另一端连接所述灯具壳体，所述光发散装置安装在所述灯具壳体上。
优选地，所述光线传输腔内侧设置反光层。
优选地，所述光线传输腔内设置平面镜。
优选地，所述灯具还包括平面镜。
实施本发明的技术方案可解决现有技术中自然光采光系统无法采集平行光、自然光利用率低、光线传输装置结构复杂、成本高昂的技术问题；实施本发明的技术方案，采光盘设置聚光装置和光线改向装置，采集自然光；采光盘向光线传输装置输出平行光，反射次数少，光线利用率高，利于简化光线传输装置结构，降低系统成本和生产安装难度；光线直接在空气中传输或通过耦合在价格较低的光纤、液芯中传输，成本低廉；光线空气传输装置和灯具中设置平面镜，改变光路，增加系统兼容的环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施例1的采光盘结构示意图；
图2为本发明的实施例1的照明系统结构示意图；
图3为本发明的实施例2的照明系统结构示意图；
图4为本发明的实施例3的照明系统结构示意图。
在上述附图中，各图号标记分别表示：
1-聚光装置；2-采光壳体；3-光线改向装置；4-滤光装置；5-光线传输腔；501-光线传输芯；502-包皮；6-灯具；601-灯具壳体；602-光发散装置；7-反光层；8-角度驱动机构；801-角度驱动装置；802-驱动连接结构；803-控制模块；9-输出孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
在本发明的一种具体实施方式中，一种平行自然光采光盘，如图1和图2所示，包括：聚光装置1、采光壳体2和光线改向装置3；采光壳体2包括输出孔9；聚光装置1和光线改向装置3安装在采光壳体2上，聚光装置1和光线改向装置3设置为，先后经过聚光装置1和光线改向装置3的自然光平行射入输出孔9。
采光壳体2可以使用不锈钢、铝合金等不透光材料，也可以使用PVC、PE等透光材质，起到对聚光装置1和光线改向装置3的支撑作用。固定聚光装置1和光线改向装置3可以通过螺栓固定等可拆卸方式固定至采光壳体2。输出孔9输出的平行光可以直接在空气中，或经耦合，通过光纤、液芯等光纤传输腔5传输至发光端。
聚光装置1可以采用对光线有汇聚作用的凸透镜，光线改向装置3可以采用主光轴与聚光装置1的主光轴相重合的凸透镜或凹透镜。当聚光装置1的焦距F大于聚光装置1与光线改向装置3之间的距离S时，光线改向装置3采用焦距为F1的凸透镜，其中，F1+S＝F；当F小于S时，光线改向装置3可以采用焦距为F2的凹透镜，其中，F+F2＝S。改变S、F1或F2，可以改变从输出孔9射出的光斑大小。由于汇聚后的自然光是平行光，无需传输介质，只需使输出孔9朝向目标方向，平行光即可通过空气传输至目标装置，可以简化光纤传输装置的结构以及生产成本，并且光斑较大，能量较为分散，可以防止高强度的光过于集中在一点使装置过热损坏，可以提高采光盘的采光能力。
在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，聚光装置1为菲涅尔透镜。
菲尼尔透镜厚度低，整体重量较轻，利于运输和安装。利于用户可以使用规格较大的菲尼尔透镜，可以提高采光盘的光线采集能力。
在一种优选的实施方式中，如图1和图2所示，光线改向装置3为菲涅尔透镜；聚光装置1与光线改向装置3的距离为S，聚光装置1的焦距为F，F与S的比值范围为0.6-0.95。光线改向装置3设置于采光盘的内部，使用厚度低的菲涅尔透镜可以降低采光盘的厚度，利于降低采光盘装置整体的体积，简化采光盘的生产和安装。F与S的比值较小，则平行光线分散，形成的光斑较大，光斑单位面积上的能量较低，不易导致后续装置受热损坏，可以使采光盘适用更大面积的聚光装置1，提高采光盘的采光能力；F与S的比值较大，则平行光线聚集，形成能的光斑较小，便于进行光线的传输。用户可以根据自然光光线量、后续光线传播装置和使用装置的类型选择合适的比值以及相应的聚光装置1。
在一种优选的实施方式中，一种平行自然光采光盘，如图1和图2所示，还包括滤光装置4，滤光装置4可拆卸式固定至采光壳体2。
滤光装置4可以使用具有对特定波段光线反射或吸收能力的透光板材，实现对自然光中紫外线、红外线的吸收，用于降低光线的能量或降低紫外线对室内光敏物品的损坏。滤光装置4也可以用于获得具有特定波谱特征的光，用于实验或补充其他灯具6发出的光线缺少的波段。在该具体实施方式中，滤光装置4为表面涂有紫外光吸收涂层的有机玻璃板，透光率高，通过凹槽可拆卸式固定在采光壳体2上，用户可以根据需要更换不同类型的滤光装置4。
一种平行自然光照明系统，如图1和图2所示，包括，具有上述特征的平行光采光盘、光线传输腔5和灯具6；灯具6包括灯具壳体601和光发散装置602；光线传输腔5的一端连接输出孔9，另一端连接灯具壳体601，光发散装置602安装在灯具壳体601上。
在该具体实施方式中，光线传输腔5为管状的，光线传输腔5的内径设置为略大于平行光宽度的。灯具壳体601和光线传输腔5可以使用不锈钢、PVC等材料制造，光线传输腔5可以通过螺纹结构连接至输出孔9和灯具壳体601。光发散装置602可以使用毛玻璃、菲涅尔板等设备，平行光通过光线传输腔5进入灯具6中，经过光发散装置602形成散射光照亮环境。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，光线传输腔5内设置平面镜。
设置平面镜可以较大角度改变光路，避免光线传输腔5弯曲角度过大时，部分光线向采光盘方向反射而浪费部分光线，提高平行光的利用率。用户也可以在光线传输腔5内设置多个平面镜，将平行光分成多道光路用于不同的灯具6。
在一种优选的实施方式中，如图2所示，灯具6还包括平面镜。
平面镜设置为，来自光线传输腔5的平行光经过平面镜的反射射向光发散装置602，可以在不改变光纤传输腔方向和平行光光路的前提下改变灯具6的朝向，提高装置的兼容性。
实施例2
在一种优选的实施方式中，如图3所示，光线传输腔5内侧设置反光层7。
在该具体实施方式中，反光层7为贴附在光线传输腔5内壁的聚碳酸酯材料高反光膜。设置反光层7可以防止平行光线斜射入光线传输腔5，被光线传输腔5内壁吸收。设置反光层7的光线传输腔5无需设置为直线型，可以一定程度得弯曲，可以降低光线传输腔5的安装工艺要求，降低光线传输腔5安装所需的时间成本和人力成本，同时使平行自然光照明系统适用更多的使用环境。采光盘可以设置在建筑物的外墙、楼顶，光线传输腔5可以设置于大楼墙体内部，灯具6的位置可以设置于室内屋顶或墙面。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，聚光装置1设置为角度可调的。
在一种优选的实施方式中，如图3所示，平行自然光采光盘，还包括角度驱动机构8，角度驱动机构8包括角度驱动装置801、驱动连接结构802和控制模块803，驱动连接机构连接角度驱动装置801和聚光装置1，控制模块803电连接至角度驱动装置801。
在该实施方式中，角度驱动机构8为伺服电机，驱动连接结构802为螺杆。聚光装置1通过螺栓固定至外壳体，螺栓端部设置贴合螺杆的啮合结构。控制模块8可以使用伺服驱动器，设置以时间为准的角度变换程序，伺服电机通过螺杆驱动螺栓旋转，调整聚光装置1的角度，使聚光装置1朝向光线较强的方向，提高采光盘和照明系统的可靠性。
实施例3
在一种优选的实施方式中，如图4所示，与实施例1和实施例2不同的是，光线传输腔5包括光线传输芯501和包皮502。其中光线传输芯501与包皮502应用不同折射率的透明材料，光线传输芯501可以用光密介质的玻璃纤维、透明塑料、液体等材料，包皮502可以使用折射率低于1.33(水)的相对光疏媒质透明材料，则可实现光线的全反射的传输。光线传输腔5的一端耦合于输出孔9，另一端连接由菲涅尔板将光线散射于被照区。
需要指出的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种平行自然光采光盘，其特征在于，包括：聚光装置、采光壳体和光线改向装置；
所述采光壳体包括输出孔；
所述聚光装置和所述光线改向装置安装在所述采光壳体上，所述聚光装置和所述光线改向装置设置为，先后经过所述聚光装置和所述光线改向装置的自然光平行射入所述输出孔。
2.根据权利要求1所述的一种平行自然光采光盘，其特征在于，所述聚光装置为菲涅尔透镜。
3.根据权利要求2所述的一种平行自然光采光盘，其特征在于，所述光线改向装置为菲涅尔透镜；所述聚光装置与所述光线改向装置的距离为S，所述聚光装置的焦距为F，F与S的比值范围为0.6-0.95。
4.根据权利要求3所述的一种平行自然光采光盘，其特征在于，还包括滤光装置，所述滤光装置可拆卸式固定至所述采光壳体。
5.根据权利要求4所述的一种平行自然光采光盘，其特征在于，所述聚光装置设置为角度可调的。
6.根据权利要求5所述的一种平行自然光采光盘，其特征在于，还包括角度驱动机构，所述角度驱动机构包括角度驱动装置、驱动连接结构和控制模块，所述驱动连接机构连接所述角度驱动装置和所述聚光装置，所述控制模块电连接至所述角度驱动装置。
7.一种平行自然光照明系统，其特征在于，包括，根据权利要求1-6任一所述的平行光采光盘、光线传输腔和灯具；
所述灯具包括灯具壳体和光发散装置；
所述光线传输腔的一端连接所述输出孔，另一端连接所述灯具壳体，所述光发散装置安装在所述灯具壳体上。
8.根据权利要求7所述的一种平行自然光照明系统，其特征在于，所述光线传输腔内侧设置反光层。
9.根据权利要求8所述的一种平行自然光照明系统，其特征在于，所述灯具还包括平面镜。
10.根据权利要求8所述的一种平行自然光照明系统，其特征在于，所述灯具还包括平面镜。
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