CN1458363A - 一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃及应用。它是根据入射角度对阳光光线选择分光的，能较准确区分冬天阳光及夏天日照并选择其去留，其中一种将不需要的阳光大部分反射回天空，用在房屋向阳面玻璃幕墙、玻璃窗等地方，冬季、夏季都能有效工作，有节能和环保效果，夏天限制阳光光线进入功能突出。其技术特征是：两层单阶梯透光面玻璃板复合在一起，其阶梯面相对，透光阶梯凸凹相扣，中间有中空层，阶梯面上透光阶梯宽面与玻璃板平面夹角小于30°；其宽面与窄面间是直角，窄面与窄面间有光学薄膜；分别构成平面、锯齿面玻璃幕或玻璃窗，其中一种可水平旋转180°后使用；构成房屋阳面玻璃幕墙，幕后有阻气流隔断；构成汽车侧窗等。

Description

一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃及应用

技术领域    本发明涉及一种对阳光光线有选择性分光功能的其内部有结构的复合玻璃，将其推广应用时还涉及几种类似被动式太阳能建筑物的玻璃幕墙、玻璃窗等，其IPC分类大致为EO4B2/88、EO4C2/54、EO4D3/06等。

背景技术    现有的对阳光光线有选择性分光功能的玻璃以无机玻璃为主，塑料透明有机化合物如有机玻璃、塑料薄膜等所占比重相对少些，其对阳光光线的选择性分光工作原理一般是用以下两种方法，一是将其表面贴膜或表面镀膜，二是在制造玻璃时加入能吸收光线的原料，其产品如有色玻璃、镀膜玻璃等。上述方法制成的玻璃具有工艺简单、成本低廉等优点，目前已经广泛应用在建筑物、汽车等方面。

但上述的产品也有缺点，在冬天室内人们需要阳光照射时有色玻璃等照样限制光线的进入，如茶色玻璃窗可减少应有光线的50％，一般有色玻璃窗也能减少应有光线的30％至40％，夏天在室内，人们不需要阳光照射时，其限制阳光光线进入的功能却很有限，一般仍有20％至40％的光线能透过有色玻璃窗进入室内，当常年使用深色玻璃窗采光时，对人们视神经的光色分辨能力有一定影响。

现有的被动式太阳能房的主要功能结构是太阳能房阳面的采光玻璃与采光玻璃后面的重质墙的组合，这种结构在冬季的确能起到良好效果，但在夏季对人们需要室内温度低于室外气温温度时，这种以吸收太阳能为主的组合结构将有负面效应，现有大多数面向阳面的采光窗也有类似的特点。

发明内容    本发明的目的一是，提供一种对阳光光线有选择性分光功能的复合玻璃的结构形式，将其面对阳光正立使用时，具有对来自其前面入射角度不同的阳光光线加以选择并给以分光的功能，使需要透过的光线大部分能顺利通过玻璃，使另一些角度的不大需要的光线先在玻璃内部进行多次反复折射，当其光线能量经过一定量吸收后再通过玻璃射出；

本发明的目的二是，通过在目的一中所提到的一种对阳光光线有选择性分光功能的复合玻璃结构内部设置光学元件装置，达到对本发明目的一中所指的另一些角度的不大需要的光线限制其通过并将其反射到外面天空中去或只允许一部分有色光线通过的效果；

本发明的目的三是，公布二种用其采光时能对阳光有选择作用的玻璃(窗)幕；

本发明的目的四是，提供采光时可两面使用的对阳光有选择作用的玻璃(窗)幕方案，以提高其效率；

本发明的目的五是，公布两种对阳光有选择作用的类似被动式太阳能建筑物的玻璃幕墙：

本发明的目的六是，提供对太阳光有选择作用的玻璃采光窗方案；

本发明的目的七是，公布一种对太阳光有选择作用的汽车侧面的玻璃窗。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

(一)，众所周知，光在同一种均匀的透光介质里是沿着直线方向传播的，当光线从空气中斜射入密度大于空气的玻璃中时，会发生折射和反射，例如当一束光线A从空气中以60°  (为便于讨论以下角度除特殊说明外均以顺时针方向计算)入射角进入一种光线折射率为1.51的正面和背面都为平面的玻璃正面内时，根据折射定律，进入玻璃内的光线折射角应为35°，如果玻璃正面与背面平行，则该束光线A将以入射光线同样的角度从玻璃的背面射出。但如果玻璃正面的平面与其背面的平面成一定角度，比如反时针夹角为15°，此时可以将该玻璃视为一个(有15°顶角)楔形棱镜，其光线A在楔形棱镜内部与楔形棱镜背面的入射角是(35-15＝20)20°，最后光线A将从玻璃背面以31°的折射角射出，与A开始入射时比较将有14°的偏转角。可见棱镜有令光线传递时偏转的作用；假如此时有另一束光线B从空气中以-60°入射角进入该楔形棱镜正面内时，同样进入楔形棱镜内的光线的折射角应为-35°，光线B在楔形棱镜内部与楔形棱镜背面的入射角是(-35-15＝-50)-50°，根据折射定律，光线B无法从楔形棱镜背面射出，而是在楔形棱镜内部反射，当楔形棱镜底角大于楔形棱镜顶角时，最终光线B将从楔形棱镜底面射出。不仅举例中-60°入射角的那束光线B在楔形棱镜内部进行全反射，所有大于-89°、小于-43°入射角的入射光线在通过有上述角度和光线折射率的楔形棱镜时，根据折射定律，都将在楔形棱镜内部先参与全反射，最终光线将从楔形棱镜的底面射出；而所有小于89°、大于-42°入射角的入射光线在通过有上述角度和折射率的楔形棱镜时，都将顺利从其背面射出，其光线选择分界角为-42.3。所以楔形棱镜还具有对来自其正面入射角度不同的光线加以选择并能在其背面或底面给以分光的功能，这使人们在用其采集阳光光线时对入射角度不同的光线加以有选择的取舍或限制成为可能。但在现实生活中，用一整块棱镜大范围采集阳光光线(如作采光玻璃)即不方便又难以让人接受。

当然，按下述方案可以弥补棱镜的不足，这是一种单阶梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一连续平面，面向后面的面是由若干个相互平行排列的透光阶梯组成的阶梯透光面，在阶梯透光面上的每个透光阶梯都是由有规律的一宽一窄两个相交的透光平面构成，一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为75°至95°，且宽的透光平面宽向延长线与对应的玻璃板面向前面平面的夹角小于30°，当沿着垂直于透光阶梯的方向取得一主截面时，单阶梯透光面玻璃板面向前面的面为主截面内的一条连续直线，单阶梯透光面玻璃板面向后面的阶梯透光面，在主截面内为若干个倾斜角度相同、方向一致的锯齿线。不难看出，单阶梯透光面玻璃板后面的每一个透光阶梯都可以与其相对应的前面平面形成一个小的有30°顶角的楔形棱镜的下半部分，透光阶梯又都是倾斜角度相同、方向一致的，所以整个单阶梯透光面玻璃板后面的阶梯透光面与玻璃板前面的平面对应组合后所具有的对入射角度不同的光线加以选择性分光功能与同等面积的楔形棱镜相同，但单阶梯透光面玻璃板的体积和重量却减少了许多。

现在，在单阶梯透光面玻璃板后边的位置上再复合一层单阶梯透光面玻璃板，两层玻璃板之间有一定间隙或中空隔层，但其面向它前面阶梯透光玻璃板的一面必须也是阶梯透光面，该阶梯透光面上的每个透光阶梯与前面的玻璃板上的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构。这种有两层阶梯透光玻璃板的组合结构至少有以下两个特点：第一，前面的单阶梯透光面玻璃板在采集阳光时有对来自其前面入射角度不同的光线能在其自身后面阶梯透光面上透光阶梯的宽面和窄面之间加以选择性分光功能，但无论是从透光阶梯的宽面还是从透光阶梯的窄面出来的光线都会发生角度偏转，根据光线是可逆的原理，后面的单阶梯透光面玻璃板能将光线通过前面的单阶梯透光面玻璃板时发生的角度偏转修正过来；第二，前面的单阶梯透光面玻璃板不完全等同于楔形棱镜，光线一旦不能从透光阶梯的宽面射出时将在透光阶梯内反复折射，最终大部分光线将从它下面的几个透光阶梯的窄面依次射出，如再进入后面的单阶梯透光面玻璃板内将以与前边同样的路线倒向传递，行走路线再增加一倍，所以光线在玻璃板内行走路线的长度与能直接从前面的透光阶梯的宽面射出来的光线在玻璃板内行走路线的长度之比从几倍到几十倍的增长(与阶梯透光玻璃板的厚度跟阶梯透光面高的比值有关)，其能量大为减少。

需要指出的是双层阶梯透光面玻璃板的组合还有其它结构形式，如结构中前一个阶梯透光玻璃板为单阶梯透光面玻璃板，后一个阶梯透光玻璃板为双阶梯透光面玻璃板，这种结构的好处是在对光线有选择性的同时还可以改变光线通过的角度，但制造成本也相对高些。当在双层阶梯透光面玻璃板的复合结构外再加一层玻璃板，就构成了有三层透明玻璃板的复合玻璃，它的特点之一是保温和隔音性能都好。

以上所说的由双层或三层透明玻璃板构成的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，玻璃板为无机材料或有机材料制成，每两层玻璃板之间应有一定间隙或中空隔层，中空隔层的局部位置上可有以增强整体强度为主要目的而设置的与两层玻璃板相连的连接点，各层玻璃板的平均厚度根据需要也可各不相同，双层或三层透明玻璃板复合后构成的复合玻璃的四周边缘还可以是经过密封处理的或经过密封处理后镶嵌在玻璃框中，复合玻璃的正表面和背表面都应是一连续的平面，上述的这些措施有的是为了保证复合玻璃的选择性分光功能(光线在玻璃内部全反射时，将从玻璃内部出来几分之一微米后再回到玻璃内部去)或保温和隔音性能，有的是为了减轻重量增强整体强度，有的是为了提高其使用性能。

通过以上叙述可以说明，有上述结构的双层或三层复合玻璃能够实现本发明的目的一。

(二)，下面对(一)中复合玻璃的技术特征再归纳如下，一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，由双层或三层透明玻璃板复合组成，玻璃板为无机材料或有机材料，每两层玻璃板之间有一定间隙或中空隔层，中空隔层的局部位置上可有以增强整体强度为主要目的而设置的与两层玻璃板相连的连接点，各层玻璃板的平均厚度根据需要也可各不相同，双层或三层透明玻璃板复合后构成的复合玻璃的四周边缘还可以是经过密封处理的或经过密封处理后镶嵌在玻璃框中，复合玻璃的正表面和背表面都是一连续的平面，复合玻璃中有两层阶梯透光玻璃板的组合结构，其中前一个阶梯透光玻璃板为单阶梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一连续平面，面向后面的面是由若干个相互平行排列的透光阶梯组成的阶梯透光面，在阶梯透光面上的每个透光阶梯都是由有规律的一宽一窄两个相交的透光平面构成，一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为75°至95°，且宽的透光平面宽向延长线与对应的玻璃板面向前面平面的夹角小于30°；后一个阶梯透光玻璃板也可以是单阶梯透光面玻璃板，其面向它前面阶梯透光玻璃板的一面必须也是阶梯透光面，该阶梯透光面上的每个透光阶梯与前面的玻璃板上的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构。

当构成(一)中复合玻璃主要功能的两个阶梯透光玻璃板相对的阶梯透光面上每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为直角，且两个玻璃板相对的阶梯透光面上透光阶梯的窄面上或窄面与窄面之间，有以“镀”、“贴”、“夹”的方式安置的与透光阶梯的窄面平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片(光学薄膜是指光反射膜或光的颜色滤光膜，光学薄片是指光反射薄片或光的颜色滤光片)时，就构成了一种对阳光有选择性分光反射功能的复合玻璃。它对于来自其前面入射角度不同的阳光光线中，需要透过的光线大部分能顺利通过玻璃这一点与(一)中的复合玻璃相同，而对另一些角度的不需要的光线(一)中的复合玻璃是先在玻璃内部进行多次反复折射，当其光线能量经过一定量吸收后再通过玻璃射出；(二)中的复合玻璃是先在前一个单阶梯透光面玻璃板的玻璃内部进行反射，当透光阶梯的窄面上或窄面与窄面之间以“镀”、“贴”、“夹”的方式安置的与透光阶梯的窄面平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片为光的颜色滤光膜时，一部分有色光线将通过，当透光阶梯的窄面上或窄面与窄面之间以“镀”、“贴”、“夹”的方式安置的与透光阶梯的窄面平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片为光反射膜时，在玻璃内部进行反射的光线将被反射到外面天空中去。

为什么(二)中的一种复合玻璃正立使用时能将光线反射到外面的天空中去呢？原因有二，一是透光阶梯的窄面上或窄面与窄面之间有反射膜，二是两个阶梯透光玻璃板相对的阶梯透光面上每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为直角。上述观点已经得到实践证明，另外理论上运用物理学的光的入射角与反射角相等原理及数学的两条平行线同位角相同等原理不难证明上述观点。

以上分析说明，具有(二)中技术特征所描述的复合玻璃能够实现目标二。

(三)，我们知道许多人都有这样的体会，在冬天人们需要多一些阳光，因为它能多带来一些温暖，在夏天人们需要少一些阳光，因为它能减少一些炎热，我们还知道冬天的太阳和夏天的太阳在白天时对地面上房屋建筑物的照射角度各不相同，其中一个明显不同是冬天正午的太阳和夏天正午的太阳高度不同。于是便有如下方案，一种采光用平面玻璃幕或玻璃窗，当沿水平方向对其任取一截面时，玻璃幕或玻璃窗在截面内都是同样的直线结构，它是由具有上述(二)或上述(一)中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的，所谓正立使用是指当复合玻璃中前面的单阶梯透光面玻璃板的平面面向玻璃幕或玻璃窗外侧的同时，前面的单阶梯透光面玻璃板的阶梯透光面上每一个透光阶梯的宽的透光平面位于该透光阶梯窄的透光平面上方时。由于这种平面玻璃幕或玻璃窗是由对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的，对入射高度不同的太阳光具有选择性，所以在一定程度上能够满足人们的上述需要。从(一)和(二)中的内容里不难看出，这种平面玻璃幕或玻璃窗具有选择性透光与减少光线或选择性透光与反射光线的功能。

在(一)和(二)中，我们讨论了有结构的复合玻璃的选择性分光功能等问题，在上段文字中又指出冬天正午的太阳和夏天正午的太阳高度不同，但这些讨论是仅限在平面内的讨论，在现实中太阳在白天时对地面上房屋建筑物的照射角度是立体的，有结构的复合玻璃的使用也必须是立体的，巧的是复合玻璃中的前面的单阶梯透光面玻璃板对光线的分光角度随着角度的偏移也是立体递减的，即在地球北半球，将其面向正南方垂直地面正立使用时，在正午的时间里单阶梯透光面玻璃板对阳光的分光角度最大，在早、晚时间里对阳光的分光角度最小，以透光阶梯的宽的透光平面宽向延长线与对应的玻璃板面向前面平面的夹角为8°且光线折射率为1.495的单阶梯透光面玻璃板为例，正立使用时，对于来自即垂直于玻璃板又垂直于地面的界面内的光线，其分光边界线与玻璃板的夹角是33.3°；对于来自垂直于玻璃板又与垂直于地面界面有27°夹角的界面内的光线，其分光边界线与玻璃板的夹角是31.3°；对于来自垂直于玻璃板又与垂直于地面界面有54°夹角的界面内的光线，其分光边界线与玻璃板的夹角是25.1°；对于来自垂直于玻璃板又与垂直于地面界面有81°夹角的界面内的光线，其分光边界线与玻璃板的夹角是12.7°(单阶梯透光面玻璃板的分光边界线是指与玻璃板位置有一定关系的某一平面内的一条直线，在该平面内入射角度大于该直线角度的所有光线都将被选择从玻璃板背面透光阶梯上宽的透光平面上射出，反之，在该平面内入射角度小于该直线角度的所有光线都将被选择从玻璃板背面透光阶梯上窄的透光平面上射出)。所以一般情况下在正立使用时应尽量将其面向正南方(指在北半球)，这样利用率最高，只要正午的阳光能被限制通过，在早、晚时间内的阳光也必能被限制通过。略有遗憾的是上面的有8°的单阶梯透光面玻璃板对光线的分光角度随角度偏移的立体递减速度在许多地理位置上的夏季约半年时间里略慢于太阳落山的速度，因此在使用时会出现春季先从早晚时间开始限制阳光通过，以后逐天增加限制的时间，当即将进入夏季时才能限制到正午的阳光通过的现象。7°、9°等单阶梯透光面玻璃板也有类似问题，度数小的现象明显一些。

事实上许多建筑物的阳面并不是朝着正南方，而是朝向偏南，针对这一情况，一种采光用锯齿面玻璃幕或玻璃窗能巧妙的利用这一角度，它的结构特点是，当沿水平方向对其任取一截面时，玻璃幕或玻璃窗在截面内都是同样的锯齿线结构，在截面内“齿背”线的长度超过“齿刃”线的长度两倍以上，“齿背”与“齿刃”的夹角为直角，构成截面内的“齿背”部分的玻璃幕或玻璃窗是由具有上述(二)或(一)中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的，此时，对于有些角度的建筑将截面内“齿背”部分的玻璃幕或玻璃窗的朝向界于偏南与正南之间的某一角度，其效率可能比直接朝向正南(在北半球)更高，可以接近实现选定从某一天开始全整天限制阳光通过，从某一天开始全整天结束限制阳光通过。

以上的一种采光用平面玻璃幕或玻璃窗及一种采光用锯齿面玻璃幕或玻璃窗，是实现本发明目的三的技术方案。

(四)，实验证明，上述(三)中的两个技术方案的确能起到较好效果，但是还有些不足。一是上面说到的当其面向正南正立使用时，单阶梯透光面玻璃板对光线的分光角度随角度偏移的立体递减速度在许多地理位置上不能与夏季的太阳落山速度完全同步，二是有某一角度的单阶梯透光面玻璃板的复合玻璃选择、限制阳光天数及每日的限光时间的多少是严格按照“夏至”那天为中心对称日分布的，而夏天的中心对称日并非“夏至”那天，三是有些时候即使在同一天，可能年轻人喜欢室内凉爽些，老年人喜欢室内温暖些，所以很难选择一个让人人都满意的固定的选择、限制光线的分界度数。那么，一种如(三)中所述的采光用平面玻璃幕或玻璃窗，或者采光用锯齿面玻璃幕或玻璃窗，由一个至若干个镶嵌在玻璃框内具有(二)或(一)中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，且构成复合玻璃中的两层阶梯透光玻璃板同为单阶梯透光面玻璃板，当复合玻璃及玻璃框都嵌在与其边框形状相同的窗口内时构成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，上述的镶嵌在玻璃框内的复合玻璃及玻璃框在使用时还可以水平旋转180°后使用，这种将选择、限制光线通过与否的决定权交给用户的技术方案可以解决上述问题，而且其在冬天的阳光光线透过率更高。

要更好的实现上文方案有许多方法，其中之一是，根据上段文字说明的采光用玻璃幕或玻璃窗，由一个至若干个镶嵌在玻璃框内具有(二)或(一)中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，且构成复合玻璃中的两层阶梯透光玻璃板同为单阶梯透光面玻璃板，当复合玻璃及玻璃框都嵌在与其边框形状相同的窗口内时构成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，镶嵌在玻璃框内的复合玻璃及玻璃框在使用时可以水平旋转180°后使用，通过在用于镶嵌复合玻璃的玻璃框上、下两个框边的上方和下方中间位置，分别安装了两个上下对齐的便于玻璃框及复合玻璃水平旋转的中心轴，上、下两个中心轴的另外两端被分别定位于窗口内上框和下框的也是上下对齐的位置上；或者，将上、下两个中心轴的另外两端被分别定位在可水平方向旋转移动的上、下两个悬臂的移动端上，两个悬臂的固定端被位置上、下对齐的销轴分别定位在窗口一侧的上方和下方的窗口框上的技术方案能更好的实现把选择权交给用户的初衷。当然较好实现上文方案还有许多其它方法，如边轴水平旋转180°使用法，边轴可横向移动的水平旋转180°使用法等等。

以上两段文字说明本发明目的四可以通过上文的技术方案得以实现。

(五)，在前边的“背景技术”一文中曾经说过，现有的被动式太阳能房阳面的采光玻璃与采光玻璃后面的重质墙(有些被动式太阳能房的采光玻璃后面不设实体墙)的组合结构还有缺陷，即在冬季的确能起到良好效果，但在夏季这种以吸收太阳能为主的组合结构当想获得相对较低温度时将有负面效应。现在，有一种房屋朝向阳光一面的玻璃幕墙，它是由具有(三)或(四)中技术特征所描述的采光用玻璃幕构成的，这种玻璃幕墙与建筑物实体墙的组合结构有些类似于被动式太阳能房阳面的组合结构，但它保留了其在冬季的优点，同时又免除了其在夏季的缺陷。

以下方案在冬季较冷地区实用效果会更好一些，根据上段文字所述的一种房屋朝向阳光一面的玻璃幕墙，它是由具有(三)或(四)中技术特征所描述的采光用玻璃幕构成的，它的特点是，在玻璃幕与房屋的实体墙之间设有用于阻止空气上下自由流动的蜂窝状隔断、或方格状隔断、或水平状隔断。其目的在于阻止空气上下自由流动，提高工作效率，增强保温效果。

在(五)中诉说的两个技术方案是实现本发明目的五的方案。

(六)，在前边的“背景技术”一文中还曾经说过，现有大多数面向阳面的采光窗也有类似于现有的被动式太阳能房阳面的采光玻璃同样的优点和缺点，同样，一种房屋朝向阳光一面的采光窗，其特征在于：它是由具有(三)或(四)中技术特征所描述的采光用玻璃窗构成的，该方案能够克服上述缺点也是实现本发明目标六的技术方案。

(七)，常乘车的人都有这样的体会，夏天人们喜欢坐在车窗边，因为能看到车外的景色，夏天人们又不喜欢坐在有阳光的车窗一边，因为炎热的阳光能给人带来不快。现在，一种汽车侧面的玻璃窗，其关键在于：它是由具有(二)或(一)中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的。从上面的讨论看它是能够实现本发明目的七的技术方案，也能够解决上边的问题。

本发明中对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个突出特点是其选择性分光功能，它不同于现有的按光的颜色或通光量来选择并分光的技术，而是按光的入射角度来选择并分光的方法，当其正立使用时能将冬日的阳光与夏天的日照准确加以区分并从中选择，这恰好符合人们的需要；第二，本发明中的一种对阳光有选择性分光反射功能的复合玻璃正立使用，在处理人们不需要的但已经进入玻璃内部的阳光光线时，除消耗在玻璃内的一部分外，有选择将其大部分反射到天空中去的特点；第三，本发明的一个应用——类似于太阳能房的玻璃幕墙，它具有无论在冬天还是在夏日都能充分发挥积极工作效率的特点，特别是它在夏天的工作方式是现有技术无法取代的；第四，本发明中的可以水平旋转180°后使用的玻璃幕或玻璃窗，把选择阳光通过与否的权利交给用户，使产品更具有人性化、个性化的特点；第五，将本发明应用在建筑物阳面的玻璃幕墙、玻璃窗等地方有非常明显的节能效果，同时还有环保作用。

附图说明  以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1是用以说明本发明原理的一个示意图；

图2是用以说明本发明原理的另一个示意图；

图3是本发明中的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个主要构成部分其一个功能的工作原理示意图；

图4是本发明中的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个实例示意图；

图5是本发明中的另一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个主要构成部分其一种功能的工作原理示意图；

图6是本发明中的另一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个实施实例及一个工作原理示意图；

图7是本发明中的对阳光有选择性分光功能的平面玻璃幕墙的一个实施实例正面示意图；

图8是图7中的A-A剖面图；

图9是图7中的B-B剖面图；

图10是本发明中的对阳光有选择性分光功能的锯齿面玻璃幕墙的一个实施实例正面示意图；

图11是图10中的C-C剖面图；

图12是本发明中的可以水平旋转180°后使用的一种玻璃幕或玻璃窗的一个实施实例正面示意图；

图13是图12中的D-D剖面图；

图14是说明图12中实施实例的一个工作原理俯视说明图；

图15是本发明中的对阳光有选择性分光功能的锯齿面玻璃窗的一个实施实例正面示意图；

图16是图15中的E-E剖面图。

图中，1.直角楔形棱镜、2.入射光线、3.出射光线、4.单阶梯透光面玻璃板面向前面的连续平面、5.单阶梯透光面玻璃板阶梯透光面上组成透光阶梯的宽的透光平面、6.单阶梯透光面玻璃板阶梯透光面上组成透光阶梯的窄的透光平面、7.位于前面的单阶梯透光面玻璃板、8.位于后面的单阶梯透光面玻璃板、9.由一宽一窄两个相交的透光平面构成的一个透光阶梯、10.具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片、11.从玻璃内部反射出来的与入射光线同侧同角度反射回去的光线、12.一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃、13.镶嵌复合玻璃的玻璃框、14.建筑物阳面的实体墙、15.在玻璃幕与房屋的实体墙之间用于阻止空气上下自由流动的水平状隔断、16.锯齿面玻璃幕或玻璃窗的“齿背”部分、17.锯齿面玻璃幕或玻璃窗的“齿刃”部分、18.一端定位在窗口框上另一端可水平方向旋转移动的上悬臂、19.一端定位在窗口框上另一端可水平方向旋转移动的下悬臂、20.窗口框。

具体实施方式  在图1中，一束光线2从空中以60°的入射角进入光线折射率为1.51的，有(反时针方向)15°夹角的楔形棱镜1的正面内，然后，该束光线的出射光线3从1背面以31°的折射角射出，3与开始进入的入射光线2比较将有14°的偏转角。由图1可见棱镜在传递光线时有令光线偏转的作用。

在图2中，一束光线2从空中以-60°的入射角进入光线折射率为1.51的有(反时针方向)15°夹角的楔形棱镜1的正面内，然而，因为全反射的原因，该束光线无法从楔形棱镜背面直接射出，而是在楔形棱镜的内部反射，最终光线从楔形棱镜的底面射出，图中3为其出射光线。将图1与图2结合可见，楔形棱镜还具有根据来自其正面入射角度不同的光线加以选择并能在其背面或底面之间给以分光的功能。

在图3中，图中示意的是一单阶梯透光面玻璃板的一部分，单阶梯透光面玻璃板是对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个主要构成部分。一束光线2从空中以50°的入射角进入它的前面4内部，它的光线折射率为1.51，它后面的每一个透光阶梯的宽的透光平面5的延长线，与它前面平面4都有10°夹角，因为全反射的原因，该束光线无法从它后面的某一个透光阶梯的宽的透光平面5下面直接射出，而是先在透光阶梯内部反射，最终光线从下一个透光阶梯的窄的透光平面6下射出，图中3为其出射光线。

在图4中示意的是对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个实例，前面的单阶梯透光面玻璃板7的阶梯透光面上每一个透光阶梯的宽的透光平面5的延长线与其相对的平面透光面4的夹角为7°，每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交的透光平面5和6的相交夹角是直角。复合玻璃的光线折射率为1.51。后面的单阶梯透光面玻璃板8面向它前面阶梯透光玻璃板7的一面也是阶梯透光面，8的阶梯透光面上每个透光阶梯9与前面的玻璃板上7的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构。图4中所示的有选择性分光功能的复合玻璃对于在与图的平面重合的界面内入射角度介于89°至59°之间30°范围内的入射光线，有阻碍或限制其顺利通过的功能，根据折射定律这一范围内的入射光线进入前面的单阶梯透光面玻璃板7中后，不能从7中5的透光平面中穿过。7中6与5的下部组合后，将把这些进入7内光线的一部分顺原方向反射回去，另一部分撞到5上半部分的光线将在7中反复折射，其能量大为衰减；而对于在与图的平面重合的界面内入射角度介于59°至-89°之间150°范围内的入射光线，则允许其大部分通过。

在图5中，图中示意的是另一种单阶梯透光面玻璃板的一部分，这种单阶梯透光面玻璃板是对阳光有选择性分光、反射功能的复合玻璃的一个主要构成部分。一束光线2从空中以50°的入射角进入它的前面4内部，它的光线折射率为1.51，它后面的每一个透光阶梯的宽的透光平面5的延长线，与它前面平面4都有10°夹角，且每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交的透光平面5和6的相交夹角是直角。同样，因为全反射的原因该束光线无法从它后面的某一个透光阶梯的宽的透光平面5下面直接射出，而是先在透光阶梯内部反射，最终光线从透光阶梯的窄的透光平面6下射出。但在6的底面后方，设置有与底面平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片10，当10为波长分光膜或光色滤光片(干涉截止滤光片或干涉带通滤光片)时，图中3为出射后的有色光线；当10为光反射薄膜或光反射薄片时，在内部全反射的光线从透光阶梯的底面6射出时遇见10后将按其来的方向穿过6再反射回内部去，并在5与4之间经过三次反射后从4表面穿出，见图中虚线11。

在图6中示意的是本发明中的另一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃的一个实施实例，示意图中，前面的单阶梯透光面玻璃板7的阶梯透光面上每一个透光阶梯的宽的透光平面5的延长线与其相对的平面透光面4的夹角为7°，每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交的透光平面5和6的相交夹角是直角。复合玻璃的光线折射率为1.51。后面的单阶梯透光面玻璃板8面向它前面阶梯透光玻璃板7的一面也是阶梯透光面，8的阶梯透光面上每个透光阶梯9与前面的玻璃板上7的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构，且两个玻璃板7与8相对的阶梯透光面上透光阶梯的窄面5与5之间，有以“镀”、“贴”、“夹”的方式安置的与透光阶梯的窄面5平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片。图中10为夹在两个透光阶梯窄面5之间的且与其平行的，具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片。该复合玻璃对于在与图的平面重合的界面内入射角度介于89°至59°之间30°范围内的入射光线，有全部限制其通过(将其反射回去)或对颜色有选择的限制其通过的功能，而对于在与图的平面重合的界面内入射角度介于59°至-89°之间150°范围内的入射光线，则允许其大部分顺利通过。在图中，一束入射角度介于59°至-89°之间的光线2从空中以50°的入射角进入位于上面的单阶梯透光面玻璃板7中，并从7中5的下方射出后进入位于下面的单阶梯透光面玻璃板8中，经过8的修正后，出射光线3的出射角仍然是50°。

在图7、图8、图9中示意的是本发明中的一个应用——对阳光有选择性分光功能的平面玻璃幕墙的一个实施实例，图中的12是将图6或图4中所示的一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用的状态，13是用于固定复合玻璃12的玻璃框，14是建筑物阳面的实体墙，15是在玻璃幕与房屋的实体墙之间用于阻止空气上下自由流动的水平状隔断。以在北半球41.83°纬度的位置为例，将其面向正南方使用，冬季的白天阳光透过复合玻璃12照射在后面的实体墙14上，将实体墙14加温，在复合玻璃12与房屋的实体墙14之间的水平状隔断15用于阻止受热空气上下自由流动，以提高工作效率；进入春季，复合玻璃12从早上、晚上的时间开始限制阳光的透过，以后逐渐增加每天限制阳光的时间，到五月三日开始全天时间限制阳光的进入，这时候复合玻璃12后面的水平状隔断15同样用于阻止冷空气上下自由流动，以提高工作效率，直到八月十三日结束全天时间限制阳光的进入，以后逐渐减少每天限制阳光的时间，秋季来临后复合玻璃12开始逐渐结束限制阳光的工作，与此同时采集阳光的工作正逐渐开始。

在图10、图11中示意的是本发明中的对阳光有选择性分光功能的锯齿面玻璃幕墙的一个实施实例，图中的16是锯齿面玻璃幕的“齿背”部分，且它与图7中12的性能、使用状态相同，也是有选择性分光功能的复合玻璃，且是正立使用。图中的17是锯齿面玻璃幕的“齿刃”部分，由玻璃或其它材料构成，图中的14在地球北半球上是建筑物朝向偏南方一面的实体墙，它外面的锯齿面玻璃幕的“齿背”部分16的朝向应尽量面向正南方或面向正南与偏南之间。C-C剖面图中的16与17的连续组合构成了剖面内的锯齿线结构，其中“齿背”16的线长度是“齿刃”17的线长度的3倍。在图10、图11中，构成图中16的复合玻璃12在工作时的状况与图7中的12基本相同，在此就不再重复叙述。

图12、13、14示意的是本发明中的可以水平旋转180°后使用的一种玻璃幕或玻璃窗的一个实施实例，正立使用时对阳光有选择性分光功能的复合玻璃12镶嵌在玻璃框13内，用于镶嵌复合玻璃的玻璃框13上、下两个框边的上方和下方中间位置，分别安装了两个上下对齐的便于玻璃框13及复合玻璃12水平旋转的中心轴，上、下两个中心轴的另外两端被分别定位在可水平方向旋转移动的上、下两个悬臂18、19的移动端上，两个悬臂的固定端被位置上、下对齐的销轴分别定位在窗口一侧的上方和下方的窗口框20上。图14是对图12的工作原理俯视说明图。

在图15、图16中示意的是本发明中的对阳光有选择性分光功能的锯齿面玻璃窗的一个实施实例，窗口框20内装玻璃框13，玻璃框13内嵌由三组16、17组成的锯齿面玻璃窗，锯齿面玻璃窗的“齿背”部分16与图7中12的性能、使用状态相同，也是有选择性分光功能的复合玻璃，且是正立使用，锯齿面玻璃窗的“齿刃”部分17由玻璃或其它材料构成。E-E剖面图中的16与17的连续组合构成了剖面内的锯齿线结构，其中“齿背”16的线长度是“齿刃”17的线长度的3.6倍。该窗在使用时的工作方式、原理与在图10、图7中的叙述基本相同，在此也不再重复叙述。

以上从几个方面对本发明的原理和几个实施实例进行了说明，就使用范围而言，在地球上北纬45°至南纬45°之间的建筑物的向阳面等一些地方一般都适用；就使用效率而言，面向正南或面向偏正南(在南半球相反)的效率最高；就使用效果而言，本发明中的对阳光有选择性分光功能的可以水平旋转180°后使用的玻璃幕或玻璃窗的效果最优秀，但其结构相对复杂，成本相对也高些。

Claims (10)

1.一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，由双层或三层透明玻璃板复合组成，玻璃板为无机材料或有机材料，每两层玻璃板之间有一定间隙或中空隔层，中空隔层的局部位置上可有以增强整体强度为主要目的而设置的与两层玻璃板相连的连接点，各层玻璃板的平均厚度根据需要也可各不相同，双层或三层透明玻璃板复合后构成的复合玻璃的四周边缘还可以是经过密封处理的或经过密封处理后镶嵌在玻璃框中，复合玻璃的正表面和背表面都是一连续的平面，其技术特征是：复合玻璃中有两层阶梯透光玻璃板的组合结构，其中前一个阶梯透光玻璃板为单阶梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一连续平面，面向后面的面是由若干个相互平行排列的透光阶梯组成的阶梯透光面，在阶梯透光面上的每个透光阶梯都是由有规律的一宽一窄两个相交的透光平面构成，一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为75°至95°，且宽的透光平面宽向延长线与对应的玻璃板面向前面平面的夹角小于30°；后一个阶梯透光玻璃板也可以是单阶梯透光面玻璃板，其面向它前面阶梯透光玻璃板的一面必须也是阶梯透光面，该阶梯透光面上的每个透光阶梯与前面的玻璃板上的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构。

2.根据权利要求1中所述的一种对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，由双层或三层透明玻璃板复合组成，玻璃板为无机材料或有机材料，每两层玻璃板之间有一定间隙或中空隔层，中空隔层的局部位置上可有以增强整体强度为主要目的而设置的与两层玻璃板相连的连接点，各层玻璃板的平均厚度根据需要也可各不相同，双层或三层透明玻璃板复合后构成的复合玻璃的四周边缘还可以是经过密封处理的或经过密封处理后镶嵌在玻璃框中，复合玻璃的正表面和背表面都是一连续的平面，复合玻璃中有两层阶梯透光玻璃板的组合结构，其中前一个阶梯透光玻璃板为单阶梯透光面玻璃板，玻璃板面向前面的面是一连续平面，面向后面的面是由若干个相互平行排列的透光阶梯组成的阶梯透光面，在阶梯透光面上的每个透光阶梯都是由有规律的一宽一窄两个相交的透光平面构成，其中宽的透光平面宽向延长线与对应的玻璃板面向前面平面的夹角小于30°；后一个阶梯透光玻璃板也可以是单阶梯透光面玻璃板，其面向它前面阶梯透光玻璃板的一面必须也是阶梯透光面，该阶梯透光面上的每个透光阶梯与前面的玻璃板上的透光阶梯形状相同、方向相反、凸凹相扣，形成了两个阶梯透光面上透光阶梯间的宽面与宽面相对、窄面与窄面相对但中间有一定间隙的结构，其技术特征是：构成两个玻璃板相对的阶梯透光面上每一个透光阶梯的一宽一窄两个相交透光平面的相交夹角为直角，且两个玻璃板相对的阶梯透光面上透光阶梯的窄面上或窄面与窄面之间，有以“镀”、“贴”、“夹”的方式安置的与透光阶梯的窄面平行的具有限制透光功能的光学薄膜或光学薄片，光学薄膜是指光反射膜或光的颜色滤光膜，光学薄片是指光反射薄片或光的颜色滤光片。

3.一种采光用平面玻璃幕或玻璃窗，当沿水平方向对其任取一截面时，玻璃幕或玻璃窗在截面内都是同样的直线结构，其技术特征是：它是由具有权利要求2或权利要求1中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的，所谓正立使用是指当复合玻璃中前面的单阶梯透光面玻璃板的平面面向玻璃幕或玻璃窗外侧的同时，前面的单阶梯透光面玻璃板的阶梯透光面上每一个透光阶梯的宽的透光平面位于该透光阶梯窄的透光平面上方时。

4.一种采光用锯齿面玻璃幕或玻璃窗，当沿水平方向对其任取一截面时，玻璃幕或玻璃窗在截面内都是同样的锯齿线结构，在截面内“齿背”线的长度超过“齿刃”线的长度两倍以上，“齿背”与“齿刃”的夹角为直角，其技术特征是：构成截面内的“齿背”部分的玻璃幕或玻璃窗是由具有权利要求2或权利要求1中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的。

5.一种如权利要求3所述的采光用平面玻璃幕或玻璃窗，或者如权利要求4所述的采光用锯齿面玻璃幕或玻璃窗，由一个至若干个镶嵌在玻璃框内具有权利要求2或权利要求1中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，且构成复合玻璃中的两层阶梯透光玻璃板同为单阶梯透光面玻璃板，当复合玻璃及玻璃框都嵌在与其边框形状相同的窗口内时构成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，其技术特征是：上述的镶嵌在玻璃框内的复合玻璃及玻璃框在使用时还可以水平旋转180°后使用。

6.根据权利要求5所述的采光用玻璃幕或玻璃窗，由一个至若干个镶嵌在玻璃框内具有权利要求2或权利要求1中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃，且构成复合玻璃中的两层阶梯透光玻璃板同为单阶梯透光面玻璃板，当复合玻璃及玻璃框都嵌在与其边框形状相同的窗口内时构成了玻璃幕或玻璃窗的主要部分，镶嵌在玻璃框内的复合玻璃及玻璃框在使用时可以水平旋转180°后使用，其技术特征是：用于镶嵌复合玻璃的玻璃框上、下两个框边的上方和下方中间位置，分别安装了两个上下对齐的便于玻璃框及复合玻璃水平旋转的中心轴，上、下两个中心轴的另外两端被分别定位于窗口内上框和下框的上下对齐的位置上；或者，上、下两个中心轴的另外两端被分别定位在可水平方向旋转移动的上、下两个悬臂的移动端上，两个悬臂的固定端被上、下位置对齐的销轴分别定位在窗口一侧的上方和下方的位置上。

7.一种房屋朝向阳光一面的玻璃幕墙，其技术特征是：它是由具有权利要求3、或权利要求4、或权利要求5、或权利要求6中技术特征所描述的采光用玻璃幕构成的。

8.根据权利要求7所述的一种房屋朝向阳光一面的玻璃幕墙，它是由具有权利要求3、或权利要求4、或权利要求5、或权利要求6中技术特征所描述的采光用玻璃幕构成的，其技术特征是：玻璃幕与房屋的实体墙之间有用于阻止空气上下自由流动的蜂窝状隔断、或方格状隔断、或水平状隔断。

9.一种房屋朝向阳光一面的采光窗，其技术特征是：它是由具有权利要求3、或权利要求4、或权利要求5、或权利要求6中技术特征所描述的采光用玻璃窗构成的。

10.一种汽车侧面的玻璃窗，其技术特征是：它是由具有权利要求2或权利要求1中技术特征所描述的对阳光有选择性分光功能的复合玻璃正立使用时构成的。

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