TW200944851A - Light-concentrating panel - Google Patents

Description

200944851 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種集光板，特別係有關一種將平面光源的光線收集成點 狀射出的光線的集光板。 【先前技術】 現代住宅由於室内採光不良，常常白天仍須開燈，造成電力的浪費。為 解決此一問題，應用在建築方面將室外光線導入室内用以照明的導光建 Ο 築，逐漸受到重視。 習知技術有如第1圖所示之太陽能光照明裝置10,其包含一集光盤 102、一反射盤104、及一導光管1()6。習知的太陽能光照明裝置10透過集 光盤102將太陽光匯集於反射盤104,反射盤1〇4並將所匯集的光線反射至 導光管106之一開孔，導光管106可將光線傳到室内E。第2圖所示為一種 省電照明裝置20,該省電照明裝置2〇藉由集光反射裝置202匯集太陽光， 並藉縱向隧道式反射裝置204、橫向隧道式反射裝置206，透過開設透光孔 ® 210將光線傳遞到室内。 然而裝設該太陽能光照明裝置10或該省電照明裝置20之集光反射裝置 202受到建築本艘的限制，因其體積太大裝設不易且影響美觀，且其反射面 多為鍵銀薄膜’而鍍膜的成本較高。甚且，裝設該太陽能光照明裝置1〇或 該省電照明裝置20之集光反射裝置2〇2尚須托架、固定座等多項零件，於 風力較大時’有安全性顧慮。 因此’有必要發展一種合適的導光建築材料將室外光線導入室内照明， 以改善上述缺失。 6 200944851 . 【發明内容】 本發明一方面在於提供一種導光建築材料，可以將室外光線，如太陽 光’收集並導入室内照明，以節省因採光不足白天仍須開燈的電力消耗。 本發明另一方面在於提供一種集光板，用以將一平面光源的光線收集成 點狀射出的光線，該集光板包含：一平面光源集光部件及一線形光源集光 部件。該平面光源的光線由該平面光源集光部件接收，並透過該平面光源 集光部件經結構傳導匯聚成線形射出的光線，再透過該線形光源集光部件 ® 經結構傳導匯聚成點狀射出的光線。 本發明之集光板之平面光源集光部件包含有複數個區段，每一區段包含 一第一反射稜鏡’設置於該平面光源集光部件之本體，該等第一反射稜鏡 之底面與該本體之底面疊合，該等第一反射稜鏡之峰頂線兩兩平行，該平 面光源入射的光線於該第一反射稜鏡之一第一稜線面形成全反射，並被導 至該線形光源集光部件。 本發明之集光板之線形光源集光部件包含有複數個區段，每一區段包含 Ο 一第二反射稜鏡，設置於該線形光源集光部件之本體，該等第二反射稜鏡 之底面與該本體之底面疊合，該等第二反射棱鏡之蜂頂線兩兩平行，來自 該平面光源集光部件的光線於該第二反射稜鏡之一第一稜線面形成全反 射’並被導至一點狀光源射出面，以點狀射出方式射出光線。 本發明之集光板可將來自不同方向的光或平面光源轉換成以點光源方 式射出光線’亦可反向將點光源轉換成以平面光源方式射出光線，運用在 光的壓縮或光的發散方面都有很妤的效果。 7 200944851 本發明之集光板可貼設於建築物之屋頂、樓頂地板、以及屋外牆面，以 收集室外光線，如太陽光’並導入室内照明《因其與建築物本體貼合，可 作為建築物外牆建材，兼具美觀又不佔空間，且能避免因為風力太大而破 壞其結構，無安全性顧慮。若以壓克力材料製造該集光板，不僅比以鍍膜 方式製造反射面的成本還低，製程也簡化許多。是以，本發明之集光板具 有綠色建築之功能亦有成本低廉可大量推行使用之契機。 【實施方式】 兹為使其能進一步瞭解本發明之結構設計及技術，僅配合所附囷式再予 說明於後： 請參閱第3圖，係顯示本發明之集光板貼設於建築物本體之示意圖。本 發明之集光板31可裝設於建築物之屋頂、外牆牆面等可接收室外光線之 處。該集光板31之大小尺寸可經適當設計或裁切/組合成適當大小，方便建 築物外部大小不同區域之裝設。 本發明之集光板31可分成兩個部件，如第4圖所示，該集光板31包含 一平面光源集光部件313及一線形光源集光部件319,其中平面光源集光部 件313與線形光源集光部件319可為一想成型之結構，因一艘成型之結構 兩部件間無接合介面，可避免介面間造成的反射而減少光線收集的效率。 然而平面光源集光部件313與線形光源集光部件319在非一體成型的結構 下仍然可以以較低效率的方式收集光線。 請進一步參閱第5a圖，係顯示本發明之集光板詳細構造說明示意囷。 該集光板31之平面光源集光部件313包含一第一表面522，用以收集入射 200944851 的光線，如太陽光；一第一平面532 (為清楚起見，第5a圖中標示第一平 面532虛線部分未與實線重合），係與第一表面522平行且相對第一表面522 置於平面光源集光部件313之相對侧，第一平面532分成複數個區段， 每一區段包含一第一反射稜銳542，設置於第一平面532上，該等第一反射 稜鏡542之底面與第一平面532疊合成一體成型，該等第一反射稜鏡542 之峰頂線兩兩平行，入射的太陽光於第一反射稜鏡542之一第一棱線面552 形成全反射。 本發明之集光板31之線形光源集光部件319與平面光源集光部件313 有類似結構，其皆具有複數個反射稜鏡且光線皆於反射稜鏡之一稜線平面 形成全反射，而線形光源集光部件319與平面光源集光部件313間有一假 想面，以平面-線型光源假想面316稱之，線形光源集光部件319之構造說 明如下：線形光源集光部件319包含有一第二平面534，第二平面534係與 平面-線型光源假想面316平行且相對平面_線型光源假想面316設置於線形 光源集光部件319之相對侧，第二平面534分成複數個區段，每一區段包 含一第二反射棱鏡544，設置於第二平面534上，該等第二反射稜鏡544之 底面與第二平面534疊合成一艎成型，該等第二反射稜鏡544之峰頂線兩 兩平行，來自平面光源集光部件313的光線於第二反射棱鏡544之一第一 稜線面554形成全反射》 下面係就光線在該集光板31形成之路徑進行說明：不同方向入射的平 面光線由平面光源集光部件313之第一表面522進入該集光板31 ,光線通 過平面光源集光部件313之本體並在該等第一反射棱鏡542之第一稜線面 9 200944851 552形成全反射，經全反射的光線在集光板31内部反射或折射，最有可能 反射或折射的區域為第一表面522與該等第一反射稜鏡之峰頂542座落的 平面之間的區域，透過在第一表面522全反射或反射，或者在第一反射稜 鏡542之一第二稜線面562折射，以將光線傳導至平面-線型光源假想面316 並進入線形光源集光部件319。光線通過線形光源集光部件319之本體並在 該等第二反射稜鏡544之第一稜線面554形成全反射，經全反射的光線最 有可能再經反射或折射的區域為該等第一反射稜鏡542之第一稜線面552 ® 和/或第二稜線面562與該等第二反射稜鏡544之峰頂座落的平面之間的區 域，透過在該等第一反射稜鏡542之第一棱線面552和/或第二稜線面562 全反射、反射或折射，或者在第二反射棱鏡544之一第二稜線面564折射 傳導至一點狀光源射出面570，以點狀射出方式射出光線。 下面係就本發明之集光板31的結構進一步說明：如第5a囷所示，平面 _線型光源健面316可以與接收平面光源的絲的平面垂直，而接收平面 光源光線的第-表面522、第-平面532、及第二平面534可以互相垂直。 翁 第5b @及第5c圖係顯示本發明之集光板分別由51?及5〇方向觀看之視圖之 不意圖。第-反射稜鏡542和/或第二反射稜鏡544中第一稜線面552與第 二棱線面562之夾角0和/或第一稜線面说與第二棱線面之爽角0可 以下列方程式求出該集光板31可最佳收集光線時之0範圍： f r ^ = 0.5^8-1 -*sinatan[-i---斛你姐Jl)

\n L tan20jjj 找數值解)“<cos U 其中n為折射係數’因不同材料折射係數亦不同。如麼克力材料之折射係 數η 1·493〇9 ’代入上述公式求出最佳之㈣圍落在度之間。 200944851 此時定義之第一反射稜鏡542之第一稜線面552與第一平面532之夾角沪 和/或第二反射稜鏡544之第二稜線面554與第二平面534之夾角少的範圍 落在42.05〜60.24度之間。另外，第一反射棱鏡S42之第二棱線面562與第 一平面532之夾角和/或第二反射稜鏡544之第二稜線面564與第二平面534 之夾角可能不是完全垂直，而是介於一個範圍，如度之間。 請參閱第5d圖至第5g圖，第一反射稜鏡542之第一稜線面552與第二 反射稜鏡544之第一稜線面554可以為曲面，第一稜線面552和/或第一稜 參線面554可以為一凹向該第一平面532(第二平面534)的曲面或一朝該第一 平面532(第二平面534)反向突出的曲面。 下面係就本發明之集光板31的模擬結果進行說明··第6a圖及第6b圏 分別為本發明之集光板31在x-y-z立體方向單一條及複數條光徑之模擬示 意囷。由第6a圖及第6b圖可以看出平面的光線經結構傳導匯聚成線形射 出的光線而後又再匯聚成點狀射出的光線。第7a囷及第7b圖分別為本發 明之集光板31在χ-ζ方向單一條及複數條光徑之模擬示意圖。由第九圖 及第7b圖可以看出在第二反射稜鏡544之第一稜線面554經全反射的光線 再經反射或折射的區域為該等第一反射棱鏡542之第一稜線面552和/或第 二稜線面562與該等第二反射稜鏡544之峰頂座落的平面之間的區域。第 8a圖及第8b圖分別為本發明之集光板31在7_2方向單一條及複數條光捏 之模擬示意圖。由第8a囷及第8b圖可以看出在第一反射棱鏡542之第一 稜線面552經全反射的光線再經全反射、反射或折射的區域為第一表面522 與該等第一反射稜鏡之峰頂542座落的平面之間的區域 11 200944851 综上所述’雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本 發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和 範圍内’當可作各種之更動與潤飾’因此本發明之保護範圍當視後附之申 請專利範圍所界定者為準》 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示習知技術之太陽能光照明裝置的架構示意圖； 第2圖係顯示習知技術之省電照明裝置的架構示意圓； 第3圖係顯示本發明之集光板貼設於建築物本體之示意圖； 第4圖係顯示本發明之平面光源集光部件與線形光源集光部件組成本發 明之集光板的示意圖； 第5a圖係顯示本發明之集光板的結構示意圖； 第5b囷及第5c圓係顯示本發明之集光板分別由北及允方向觀看之視 囷之示意圖； 第5d圖及第5f圖係顯示本發明之平面光源集光部件之第一棱鏡平面可 為一曲面的實施例之示意囷； 第5e圖及第5g圊係顯示本發明之線形光源集光部件之第一棱鏡平面可 為一曲面的實施例之示意圖； 第6a圖及第6b圖分別為本發明之集光板在x_y_z立艘方向單一條及複 數條光徑之模擬示意圖； 第7a圖及第7b圖分別為本發明之集光板在χ·ζ方向單一條及複數條光 徑之模擬示意圖；以及 12 200944851 第8a圖及第8b圖分別為本發明之集光板31在y-z方向單一條及複數條 光徑之模擬示意圖》 【主要元件符號說明】

10 太陽能光照明裝置 31 集光板 104 反射盤 202 集光反射裝置 206 橫向隧道式反射裝置 313 平面光源集光部件 319 線形光源集光部件 532 第一平面 542 第一反射稜鏡 552 第一稜線面 562 第二稜線面 570 點狀光源射出面 20 省電照明裝置 102 集光盤 106 導光管 204 縱向隧道式反射裝置 210 透光孔 316 平面-線型光源假想面 522 第一表面 534 第二平面 544 第二反射稜鏡 554 第一稜線面 564 第二稜線面 13

Claims (1)

1. 200944851 十、申請專利範圍： 1、 一種集光板，用以將一平面光源的光線收集成點狀射出的光線，該集光 板包含： 一平面光源集光部件，接收該平面光源的光線，該平面光源的光線 透過該平面光源集光部件經結構傳導匯聚成線形射出的光線；以及 一線形光源集光部件，由該平面光源集光部件匯聚成的線形射出的 光線經由一介於該平面光源集光部件與該線形光源集光部件之間的平 ® 面-線型光源假想面進入該線形光源集光部件，由該平面光源集光部件 匯聚成線形射出的光線並透過該線形光源集光部件經結構傳導匯聚成 點狀射出的光線。 2、 如申請專利範圍第1項所述之集光板，其中該平面·線型光源假想面係與 接收該平面光源的光線的平面垂直。 3、 如申請專利範圍第1項所述之集光板’其中該集光板之平面光源集光部 件包含有一第一表面及一第一平面，該第一平面係與該第一表面平行且 相對該第一表面設置於該平面光源集光部件之相對侧，該平面光源集光 部件係透過該第一表面接收該平面光源的光線，並穿過該平面_線型光源 假想面將光線送至該線形光源集光部件，其中該第一平面分成複數個區 段，每一區段包含一第一反射稜鏡，設置於該第一平面上，該等第一反 射稜鏡之底面與該第一平面疊合，該等第一反射稜鏡之峰頂線兩兩平 行’該平面光源入射的光線於該第一反射稜鏡之一第一稜線面形成全反 射，並被導至該平面-線型光源假想面。 200944851 4、 如申請專利範圍第3項所述之集光板，其中該平面光源入射的光線於該 第一反射稜鏡之第一稜線面經全反射的光線於該第一表面與該等第一 反射稜鏡之峰頂座落的平面之間的區域透過在該第一表面全反射和/或 該第一反射稜鏡之一第二稜線面折射傳導至該平面-線型光源假想面。 5、 如申請專利範圍第4項所述之集光板，其中該集光板之線形光源集光部 件包含有一第二平面，該第二平面係與該平面-線型光源假想面平行且相 對該平面-線型光源假想面設置於該線形光源集光部件之相對側，該線形 光源集光部件係透過該平面-線型光源假想面接收來自該平面光源集光 部件的光線，其中該第二平面分成複數個區段，每一區段包含一第二反 射稜鏡，設置於該第二平面上’該等第二反射稜銳之底面與該第二平面 疊合，該等第二反射稜鏡之峰頂線兩兩平行，來自該平面光源集光部件 的光線於該第二反射稜鏡之一第一棱線面形成全反射，並被導至一點狀 光源射出面，以點狀射出方式射出光線。 _ 6、如申請專利範圍第5項所述之集光板，其中來自該平面光源集光部件的 光線於該第二反射稜鏡之第一稜線面經全反射的光線於該等第一反射 稜鏡之第一稜線面和/或第二稜線面與該等第二反射稜鏡之峰頂座落的 平面之間的區域透過在該等第一反射棱鏡之第一稜線面和/或第二棱線 面全反射或折射、該第二反射稜鏡之一第二稜線面折射傳導至該點狀光 源射出面，以點狀射出方式射出光線》 如申請專利範圍第6項所述之集光板，其中接收該平面光源光線的第一 表面、該第一平面、及該第二平面兩兩垂直。 15 200944851 8 9 10 Ο 11 12 13 Ο 14 ‘如申請專利範圍第6項所述之集光板，其中該第一反射棱鏡之第一棱線 面與該第-平面之夾角及該第二反射稜鏡之第二稜線面與該第二平面 之夾角皆不小於30度且不大於7〇度。 .如申請專職圍第6項所述之集光板，其巾該平面絲集光餐與該線 形光源集光部件係一體成型，兩部件間無接合介面。 、如申請專概9項職之集光板，其巾該平面細集光部件與該 線形光源集光部件係一體成型且其材料為塑膠材質。 、如申請專利範圍第1〇項所述之集光板，其中該第一反射棱鏡之第一稜 線面與該第-平面之夾肖及該第二反_鏡之第二麟面與該第二平 面之夾角皆不小於37度且不大於66度。 、如申請專利範圍第η項所述之集光板，其中該第—反射稜鏡之第一镜 線面與該第—平面之夾角及該第二反射稜鏡之第二棱線面與該第二平 面之夾角進一步皆不小於42度且不大於61度。 、如申請專利侧帛6項所述之集光板，其中該第—反射稜鏡之第二棱 線面與該第—平面之夾角及該第二反射稜鏡之第二棱線面與該第二平 面之夾角皆不小於80度且不大於9〇度。 、如申請專利範圍第13項所述之集光板，其中該第一反射棱鏡之第二棱 線面垂直於該第-平面’鄕二反射稜鏡之第二齡面垂直於該第二平 面〇 、如申請專利制第6項所述之集光板，其巾該第—反射棱鏡之第一棱 線面與該第二反射稜鏡之第一稜線面皆為曲面。 16 15 200944851 16、 如申請專利範圍第15項所述之集光板，其中該第一反射稜鏡之第一棱 線面係一凹向該第一平面的曲面。 17、 如申請專利範圍第15項所述之集光板，其中該第二反射稜鏡之第二棱 線面係一朝該第二平面反向突出的曲面。

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