TW201940818A - 供自然光照明系統用之導光系統 - Google Patents

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Abstract

一種供自然光照明系統用之導光裝置。本發明之追導光裝置包含第一雙轉軸致動裝置、反射鏡、第二雙轉軸致動裝置、太陽光收集裝置以及控制裝置。控制裝置用以根據現行時間以及第一對照表控制第一雙轉軸致動裝置以轉動太陽光收集裝置，致使陽光垂直射至太陽光收集裝置，進而傳導至反射鏡。控制裝置接收關於太陽光收集裝置之第一轉動角度，並且根據第一轉動角度以及第二對照表決定第二轉動角度。控制裝置根據二轉動角度控制第二雙轉軸致動裝置以轉動反射鏡，致使反射鏡反射陽光垂直入射前端光傳輸管的開口。

Description

供自然光照明系統用之導光系統
本發明係關於一種導光系統，並且特別地，關於供自然光照明系統用之導光系統。
現有自然光照明系統大多採用集光盤、反射盤將太陽光反射至金屬管、導光管等。然而，光線在這些自然光照明系統內經過多次反射後，光線的光衰明顯，導致射出終端出光口的光線微弱。
現有自然光照明系統也有利用玻璃或壓克力製成集光板，用以將平面光源的光線收集成點狀射出的光線，再以光纖導引至室內。此種自然光照明系統其架構雖然輕便，但光線在此種自然光照明系統經過更多次的反射、全反射、折射，光衰更為嚴重。此外，此種自然光照明系統僅能將光線導引至室內定點位置，而無法讓導引至室內的光線能在室內不同位置處被選擇地發射出、運用。
垂直射入自然光照明系統的前端光傳輸管的入光量會大幅影響自然光照明系統的終端出光口的出光量。為了更有效率地應用太陽能，中華民國專利號第M447952號揭示自然光照明系統包含菲涅爾反射鏡，菲涅爾反射鏡係光學耦合至前端光傳輸管的開口，並裝設以將自然光源射至菲涅爾反射鏡的光線反射以大體上垂直入射前端光傳輸管的開口。
然而，自然光照明系統之先前技術其前端陽光收 集與導光尚無準確的追日功能，導致陽光的運用效率仍有提升的空間。
因此，本發明所欲解決之一技術問題在於提供一種供自然光照明系統用之導光系統。並且，本發明之導光系統具有準確的追日功能，可以大幅提升陽光的運用效率。
根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統係供自然光照明系統之用。自然光照明系統包含前端光傳輸管。根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統包含第一雙轉軸致動裝置、反射鏡、第二雙轉軸致動裝置、太陽光收集裝置、第一角度偵測元件以及控制裝置。反射鏡係固定於第一雙轉軸致動裝置上，並且光學耦合至前端光傳輸管。太陽光收集裝置係固定於第二雙轉軸致動裝置上，並且光學耦合至反射鏡。控制裝置係分別電連接至第一雙轉軸致動裝置、第二雙轉軸致動裝置以及第一角度偵測元件。控制裝置用以根據現行時間以及第一對照表控制第一雙轉軸致動裝置，以轉動太陽光收集裝置，致使陽光垂直射至太陽光收集裝置。陽光被太陽光收集裝置傳導至反射鏡。第一角度偵測元件係安置以偵測關於太陽光收集裝置之第一轉動角度。控制裝置接收第一轉動角度，並且根據第一轉動角度以及第二對照表決定第二轉動角度。控制裝置根據第二轉動角度控制第二雙轉軸致動裝置以轉動反射鏡，致使反射鏡反射陽光垂直入射前端光傳輸管的開口。
於一具體實施例中，太陽光收集裝置包含菲涅爾反射鏡以及凸面鏡。菲涅爾反射鏡具有通孔。由菲涅爾反射鏡反射之陽光經凸面鏡反射以穿過通孔，進而射至反射鏡。
於另一具體實施例中，太陽光收集裝置包含菲涅爾透鏡。射至菲涅爾透鏡聚焦至反射鏡。
於一具體實施例中，第一角度偵測元件可以是陀螺儀。
進一步，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統還包含第二角度偵測元件。第二角度偵測元件係電連接至控制裝置。第二角度偵測元件係安置以偵測關於反射鏡之第二轉動角度。
根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統係供自然光照明系統之用。自然光照明系統包含前端光傳輸管。根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統包含雙轉軸致動裝置、反射鏡、控制裝置以及多點照度偵測裝置。反射鏡係固定於雙轉軸致動裝置上，並且光學耦合至前端光傳輸管。控制裝置係電連接至雙轉軸致動裝置。控制裝置用以根據複數個預定時間以及對照表控制雙轉軸致動裝置以轉動反射鏡，致使射至反射鏡之陽光被反射至前端光傳輸管的開口。多點照度偵測裝置係電連接至控制裝置，並且安置於反射鏡與前端光傳輸管的開口之間。多點照度偵測裝置用以偵測關於射至前端光傳輸管的開口之陽光的多個照度值。控制裝置接收多個照度值，並且根據多個照度值控制雙轉軸致動裝置以調整反射鏡之轉動角度，致使反射鏡反射陽光垂直入射前端光傳輸管的開口。
於一具體實施例中，多點照度偵測裝置包含支撐架、環狀構件以及複數個光偵測元件。環狀構件固定於支撐架之末端。複數個光偵測元件係固定於環狀構件上，並且面向反射鏡。複數個光偵測元件係電連接至控制裝置，並且用以偵測多個照度值。
於一具體實施例中，每一個光偵測元件可以是光敏二極體。
進一步，根據本發明之第二較佳具體實施例之導 光系統還包含角度偵測元件。角度偵測元件係電連接至控制裝置。角度偵測元件係安置以偵測關於反射鏡之轉動角度。
與先前技術不同，本發明之供自然光照明系統用之導光系統具有準確的追日功能，可以大幅提升陽光的運用效率。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1‧‧‧導光系統
10‧‧‧第一雙轉軸致動裝置
11‧‧‧反射鏡
12‧‧‧第二雙轉軸致動裝置
13‧‧‧太陽光收集裝置
132‧‧‧菲涅爾反射鏡
1320‧‧‧通孔
134‧‧‧凸面鏡
136‧‧‧菲涅爾透鏡
14‧‧‧第一角度偵測元件
15‧‧‧控制裝置
16‧‧‧第二角度偵測元件
2‧‧‧自然光照明系統
20‧‧‧前端光傳輸管
202‧‧‧開口
3‧‧‧太陽
4‧‧‧導光系統
40‧‧‧雙轉軸致動裝置
42‧‧‧反射鏡
44‧‧‧控制裝置
46‧‧‧多點照度偵測裝置
462‧‧‧支撐架
464‧‧‧環狀構件
466‧‧‧光偵測元件
48‧‧‧角度偵測元件
圖1係根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統的架構示意圖。
圖2係根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統的另一架構示意圖。
圖3係根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統的架構示意圖。
圖4係根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統之一必要元件-多點照度偵測裝置的外觀試圖。
請參閱圖1圖及圖2，該等圖式示意地描繪本發明之第一較佳實施例之導光系統1。圖1及圖2皆係示意地繪示本發明之第一較佳實施例的導光系統1之架構。
如圖1所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統1供自然光照明系統2之用。自然光照明系統2包含前端光傳輸管20。於圖1中，僅繪示繪示前端光傳輸管 20做為自然光照明系統2的代表。於實際應用中，前端光傳輸管20係固定方位且水平地安置，例如，於圖1中，前端光傳輸管20係朝北且水平地安置，但並不以此為限。自然光照明系統2的架構請參考第M447952號專利，但並不以第M447952號專利揭露的架構為限。自然光照明系統2的架構在此不再贅述。
如圖1所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統1包含第一雙轉軸致動裝置10、反射鏡11、第二雙轉軸致動裝置12、太陽光收集裝置13、第一角度偵測元件14以及控制裝置15。
反射鏡11係固定於第一雙轉軸致動裝置10上，並且光學耦合至前端光傳輸管20。太陽光收集裝置13係固定於第二雙轉軸致動裝置12上，並且光學耦合至反射鏡11。控制裝置15係分別電連接至第一雙轉軸致動裝置10、第二雙轉軸致動裝置12以及第一角度偵測元件14。
控制裝置15用以根據現行時間以及第一對照表控制第一雙轉軸致動裝置10，以轉動太陽光收集裝置13，致使太陽3發出的陽光垂直射至太陽光收集裝置13。
於一具體實施中，第一對照表係根據太陽曆所建立，也就是說，利用天文學太陽位置計算方位角與仰角追蹤太陽位置，或者以追蹤太陽軌跡的方式，根據地球每小時轉動15°，地軸一年來回移動±23.5°等參數設計以追蹤太陽位置。第一對照表並且根據自然光照明系統2架設所在的地理位置與海拔高度來修正。
同樣如圖1所示，陽光被太陽光收集裝置13傳導至反射鏡11。第一角度偵測元件14係安置以偵測關於太陽光收集裝置13之第一轉動角度(ΦT,θT)。控制裝置15接收第一角度偵測元件14所偵測到的第一轉動角度(ΦT,θT)，並且根 據第一轉動角度(ΦT,θT)以及第二對照表決定第二轉動角度(ΦM,θM)。控制裝置15根據第二轉動角度(ΦM,θM)控制第二雙轉軸致動裝置以轉動反射鏡11，致使反射鏡11反射陽光垂直入射前端光傳輸管20的開口202。顯見地，與先前技術不同，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統1具有四個轉動自由度，並且能主動追日。藉此，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統1可以大幅提升陽光的運用效率。
於一具體實施例中，第二對照表係根據反射鏡11與太陽光收集裝置13的相對位置、反射鏡11與前端光傳輸管20之開口202的相對位置以及第二轉動角度(ΦM,θM)所建立。或者利用光束垂直射至處在不同第一轉動角度(ΦT,θT)太陽光收集裝置13，並在前端光傳輸管20之開口202的中心處設置光敏二極體，且調整第二轉動角度(ΦM,θM)以讓光敏二極體接收到由反射鏡11反射且垂直入射的光束，進而建立第二對照表。
於一範例中，如圖1所示，前端光傳輸管20係朝北且水平地安置，ΦT與ΦM為東西向之角度值，正東方為0度，正西方為180度。θM與θT為南北向之角度值，正北方為0度，正南方為180度。
於一具體實施例中，如圖1所示，太陽光收集裝置13包含菲涅爾反射鏡132以及凸面鏡134。菲涅爾反射鏡132具有通孔1320。由菲涅爾反射鏡132反射之陽光經凸面鏡134反射以穿過通孔1320，進而射至反射鏡11。
於另一具體實施例中，如圖2所示，太陽光收集裝置13包含菲涅爾透鏡136。射至菲涅爾透鏡136聚焦至反射鏡11。圖2中具有與圖1相同號碼標記之元件，有相同或類似的結構以及功能，在此不多做贅述。
於一具體實施例中，第一角度偵測元件14可以 是陀螺儀。
進一步，同樣如圖1及圖2所示，根據本發明之第一較佳具體實施例之導光系統1還包含第二角度偵測元件16。第二角度偵測元件16係電連接至控制裝置15。第二角度偵測元件16係安置以偵測關於反射鏡11之第二轉動角度(ΦM,θM)。
請參閱圖3圖及圖4，該等圖式示意地描繪本發明之第二較佳實施例之導光系統4。圖3係示意地繪示本發明之第二較佳實施例的導光系統4之架構。圖4係示意地繪示本發明之第二較佳實施例的導光系統4之一必要元件-多點照度偵測裝置46之外觀視圖。
如圖3所示，根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統4係供自然光照明系統2之用。同樣地，自然光照明系統2包含前端光傳輸管20。同樣地，於圖3中，僅繪示繪示前端光傳輸管20做為自然光照明系統2的代表。於實際應用中，前端光傳輸管20係固定方位且水平地安置，例如，於圖3中，前端光傳輸管20係朝北且水平地安置，但並不以此為限。自然光照明系統2的架構請參考第M447952號專利，但並不以第M447952號專利揭露的架構為限。自然光照明系統2的架構在此不再贅述。
如圖3所示，根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統4包含雙轉軸致動裝置40、反射鏡42、控制裝置44以及多點照度偵測裝置46。
反射鏡42係固定於雙轉軸致動裝置40上，並且光學耦合至前端光傳輸管20。
控制裝置44係電連接至雙轉軸致動裝置40。控制裝置44用以根據複數個預定時間以及對照表控制雙轉軸致動裝置40以轉動反射鏡42，致使射至反射鏡42之陽光被反 射至前端光傳輸管20的開口202。於實際應用中，複數個預定時間可以包含早上六點、中午12點以及下午五點。
於一具體實施例中，內存於控制裝置44內的對照表紀錄如同上文中第二對照表中對應個時間的第二轉動角度(ΦM,θM)，並且根據自然光照明系統2架設所在的地理位置與海拔高度來修正。
同樣如圖3所示，多點照度偵測裝置46係電連接至控制裝置44，並且安置於反射鏡42與前端光傳輸管20的開口202之間。在控制裝置44用以根據複數個預定時間以及對照表控制雙轉軸致動裝置40以初步轉動反射鏡42，讓射至反射鏡42之陽光被反射朝向前端光傳輸管20的開口202行進之後，多點照度偵測裝置46用以偵測關於射至前端光傳輸管20的開口202之陽光的多個照度值。
控制裝置44接收多個照度值，並且根據多個照度值控制雙轉軸致動裝置40以調整反射鏡42之轉動角度(ΦM,θM)，致使反射鏡42反射陽光垂直入射前端光傳輸管20的開口202。也就是說，控制裝置44根據多個照度值之間的差值計算出角度偏差值，再根據角度偏差值控制雙轉軸致動裝置40以調整反射鏡42之轉動角度(ΦM,θM)。
不同於先前技術，根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統4利用多點照度偵測裝置46，可以被動地追日。藉此，根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統4可以大幅提升陽光的運用效率。
於一具體實施例中，如圖4所示，多點照度偵測裝置46包含支撐架462、環狀構件464以及複數個光偵測元件466。環狀構件464固定於支撐架462之末端。複數個光偵測元件466係固定於環狀構件464上，並且面向反射鏡42。複數個光偵測元件464係電連接至控制裝置44，並且用以偵 測多個照度值。於圖四所示範例中，複數個光偵測元件466係四個光偵測元件466，以相同間隔固定於環狀構件464上。
於一具體實施例中，每一個光偵測元件466可以是光敏二極體。
進一步，根據本發明之第二較佳具體實施例之導光系統4還包含角度偵測元件48。角度偵測元件48係電連接至控制裝置44。角度偵測元件48係安置以偵測關於反射鏡42之轉動角度。控制裝置44接收角度偵測元件48偵測
藉由以上較佳具體實施例之詳述，可以清楚了解本發明之供自然光照明系統用之導光系統具有準確的追日功能，並且可以大幅提升陽光的運用效率。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之面向加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的面向內。因此，本發明所申請之專利範圍的面向應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

Claims (9)

  1. 一種導光系統，該導光系統係供一自然光照明系統用，該自然光照明系統包含一前端光傳輸管，該導光系統包含：一第一雙轉軸致動裝置；一反射鏡，係固定於該第一雙轉軸致動裝置上且光學耦合至該前端光傳輸管；一第二雙轉軸致動裝置；一太陽光收集裝置，係固定於該第二雙轉軸致動裝置上且光學耦合至該反射鏡；一第一角度偵測元件；以及一控制裝置，係分別電連接至該第一雙轉軸致動裝置、該第二雙轉軸致動裝置以及該第一角度偵測元件，且用以根據一現行時間以及一第一對照表控制該第一雙轉軸致動裝置以轉動該太陽光收集裝置，致使一陽光垂直射至該太陽光收集裝置，該陽光被該太陽光收集裝置傳導至該反射鏡；其中該第一角度偵測元件係安置以偵測關於該太陽光收集裝置之一第一轉動角度，該控制裝置接收該第一轉動角度並且根據該第一轉動角度以及一第二對照表決定一第二轉動角度，該控制裝置根據該第二轉動角度控制該第二雙轉軸致動裝置以轉動該反射鏡，致使該反射鏡反射該陽光垂直入射該前端光傳輸管之一開口。
  2. 如請求項1所述之導光系統，其中該太陽光收集裝置包含一菲涅爾反射鏡以及一凸面鏡，該菲涅爾反射鏡具有一通 孔，由該菲涅爾反射鏡反射之該陽光經該凸面鏡反射以穿過該通孔進而射至該反射鏡。
  3. 如請求項1所述之導光系統，其中該太陽光收集裝置包含一菲涅爾透鏡，射至該菲涅爾透鏡聚焦至該反射鏡。
  4. 如請求項1所述之導光系統，其中該第一角度偵測元件係一陀螺儀。
  5. 如請求項1所述之導光系統，進一步包含一第二角度偵測元件，係電連接至該控制裝置，該第二角度偵測元件係安置以偵測關於該反射鏡之一第二轉動角度。
  6. 一種導光系統，該導光系統係供一自然光照明系統用，該自然光照明系統包含一前端光傳輸管，該導光系統包含：一雙轉軸致動裝置；一反射鏡，係固定於該雙轉軸致動裝置上且光學耦合至該前端光傳輸管；一控制裝置，係電連接至該雙轉軸致動裝置，且用以根據複數個預定時間以及一對照表控制該雙轉軸致動裝置以轉動該反射鏡，致使射至該反射鏡之一陽光被反射至該前端光傳輸管之一開口；以及一多點照度偵測裝置，係電連接至該控制裝置且安置於該反射鏡與該前端光傳輸管之該開口之間，該多點照度偵測裝置用以偵測關於射至該開口之該陽光之多個照度值；其中該控制裝置接收該多個照度值並且根據該多個照度值控制該雙轉軸致動裝置以調整該反射鏡之一轉動角度， 致使該反射鏡反射該陽光垂直入射該前端光傳輸管之該開口。
  7. 如請求項6所述之導光系統，其中該多點照度偵測裝置包含一支撐架、一環狀構件以及複數個光偵測元件，該環狀構件固定於該支撐架之一末端，該複數個光偵測元件係固定於該環狀構件上且面向該反射鏡，該複數個光偵測元件係電連接至該控制裝置且用以偵測該多個照度值。
  8. 如請求項6所述之導光系統，其中每一個光偵測元件係一光敏二極體。
  9. 如請求項6所述之導光系統，進一步包含一角度偵測元件，係電連接至該控制裝置，該角度偵測元件係安置以偵測關於該反射鏡之該轉動角度。
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