一种基于平透镜、双凸透镜组合的采光装置及控制方法与流程

本发明属于建筑照明，尤其涉及一种基于平透镜、双凸透镜组合的采光装置及控制方法。

背景技术：

1、目前，能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，现阶段全球能源供应面临短缺困局，能源供应的短缺，给全球经济发展带来了一系列严重后果，甚至可能引发战争，因此能源在国民经济中具有特别重要的战略地位。相关资料显示，全球建筑能源消耗占到总能源消耗的41％，而随着城市化进程的加快，建筑能源消耗占比越来越高，中国有关方面公布的数据显示，2021年建筑能源消耗占到国内总能源消耗的46％，而建筑能源消耗中照明约占建筑能耗的30％。在各种照明光源中，源自太阳的自然光不需要成本且无污染，即使将一小部分人造照明替换成自然光，也可节省大量能源。

2、建筑室内白天常见的情况是，室内靠南向窗户、幕墙附近位置受到阳光直射、照度大，远离室内靠南向窗户、幕墙的照度不足，靠北向的房间甚至终年见不到太阳。所以在天然光的利用中，如何充分采集自然光线，并使自然光可以引入室内，具有非常重要的意义。

3、为解决上述问题，利用窗户、窗帘和百叶窗等，技术人员已经开发出将日光引入室内提供照明的多种技术，其中较多见且易行的技术是：将原来不可用于照亮整个室内的自然光，通过一定的装置将光线引至南向室内的全部区间，甚至引至北向的房间，就可以将自然光更有效地用于房间照明。现阶段，技术人员已经开发出将自然光线引到室内，以提供室内照明的多种技术，但存在光线利用率不高、线不均匀、产生眩光和室外景色不可见等问题，限制了室内自然光采集技术的实际应用。为了解决上述问题，美国公布了待审的us20180095196a1等专利申请，美国授权了us20170284619a1等专利，中国公布了待审的cn114321818a等专利，中国授权了cn201320558849等实用新型专利，上述技术为常规尺寸的结构化或微结构化透光装置，但上述均不能同时解决光线利用率不高、光线不均匀、产生眩光和室外景色不可见的问题，仍限制着自然光采集技术的实际应用。

4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有装置光线利用率不高、线不均匀、产生眩光和室外景色不可见。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于平透镜、双凸透镜组合的采光装置。

2、本发明是这样实现的，一种基于平透镜、双凸透镜组合的采光装置具体为：

3、装置的表面结构为普通尺寸或微尺寸，所述装置性状为胶片、薄膜和板状，所述装置的材质为透明度大于50％以上的无机陶瓷和有机高聚物以及纤维与纳米复合材料，如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。

4、进一步，所述自然光采光装置可以包括：具有多个采光部，采光部采用基于平透镜和双凸透镜组合的自然光采光装置，其第一凸透镜阵列设置于室外侧，第二凸透镜阵列设置于室内侧；以及平透镜阵列透光部，其设置于所述多个采光部之间，采光装置具有：光经由所述采光部而透射的采光区域，和光经由平透镜组成的透光部而透射的光透射区域，所述采光区域与所述透光区域交替布置。

5、进一步，采光部包括前后两个阵列形式的理想透镜，分别为第一凸透镜阵列和第二凸透镜阵列，所述第一凸透镜阵列用于收集室外自然光，所述第二凸透镜阵列用于将入射自然光折射后偏转至室内，已达到白天入射室内的自然光能发散到室内各个角落，充分利用自然光进行室内照明，节能减排，提高能量的利用率。

6、进一步，光的传导方式可以为设置在自然光侧的两透镜阵列传递给设置于室内侧的透明材料阵列，也可以是先经设置于自然光侧的透明材料阵列再传导至设置于室内侧的两透镜阵列，优选的，光的传导方式为第一透镜阵列、中间空气和第二凸透镜。更优选的，光的传导方式为第一透镜阵列、中间透明材料和第二凸透镜阵列为同一材质，经第一凸透镜传导至中间透明材料阵列再传导给所述第二凸透镜阵列，

7、进一步，所述采光装置中采光部第一凸透镜阵列面朝向自然光入射方向，所述第一透镜面阵列与入射自然光角度成锐角。

8、进一步，所述采光装置中采光部采用一种基于平透镜和双凸透镜组合的前后两个阵列形式的理想透镜，分别为双凸透镜阵列，双凸透镜可采用透镜镜面和平面镜面交替布置呈阵列组合，室内可通过平面镜面观察室外景色，室外自然光通过曲面镜面可高效收集入射进窗户的自然光。

9、进一步，所述采光装置中采光部第二凸透镜阵列中单个凸透镜的焦距为所述第一凸透镜阵列中单个凸透镜焦距的为1-5倍。

10、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列中单个凸透镜的焦点落在所述第一凸透镜阵列中对应单个完整凸透镜的中心，使光线发散至室内空间。

11、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列中单个凸透镜的焦点落在所述第一凸透镜中对应单个完整凸透镜的焦点后方，使光线发散至室内空间。

12、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列与所述第一凸透镜阵列单元大小不相等，所述第二凸透镜大小满足将对应所述第一透镜发散光束全部收集汇聚。

13、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列为部分透镜阵列，其单元结构为单个凸透镜的通光部分。

14、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列与所述第一凸透镜阵列错位排列，错位量为第二凸透镜阵列通光孔径大小。

15、进一步，所述采光部的第二凸透镜阵列与所述第一凸镜阵列单元大小不相等，所述第二凸透镜大小为单个第二凸透镜的通光孔径大小。

16、进一步，所述采光装置中，从所述平透镜阵列的法线方向观察，也可以是所述采光区域与所述光透射区域以直线条纹状或曲线条纹状、方格图案或非周性阵列布置等。

17、进一步，所述采光装置中，从所述的平透镜阵列法线方向观察，所述采光区域或所述透光区域也可以以圆形、多边形、椭圆形或其他特殊形状不规则布置等。

18、进一步，所述采光装置中，所述透光部的光透射率也可以不大于所述采光部透射率。

19、进一步，所述采光装置中，也可以还包括：保护板，其位于所述的透明材料 的所述外侧或内侧并具有透光性，所述采光板在所述光透射区域中固定于所述采光部和透光部。

20、进一步，所述采光装置中，也可以还包括：保护板，其位于所述的透明材料的所述内、外侧并具有透光性，所述采光板固定于所述采光部和透光部。

21、进一步，所述采光装置中，也可以所述透光部的总厚度不小于形成所述采光部的总厚度；优选的，所述透光部的总厚度等于形成所述采光部的总厚度。

22、进一步，所述采光装置也可以多个所述采光区域在所述透明材料阵列的内侧或外侧或内外侧以曲线状延伸，优选的，所述采光装置也可以多个所述采光区域在所述透明材料的内侧或外侧或内外侧以直线状延伸。

23、进一步，所述采光装置中，也可以还包括：所述光扩散部，其使从多个所述采光部射出的光、或入射至多个所述采光部的光扩散。

24、进一步，所述采光装置中，也可以还包括：所述光扩散部形成光扩散区域，所述光扩散区域从所述平透镜的法线方向观察，包括所述采光区域并且比所述采光区域广。

25、进一步，所述采光装置中，可以具备透明板，所述透明板设置于采光装置的内侧或外侧或内外侧。

26、进一步，所述采光装置中，另外，作为本发明的一个方式的采光装置，也可以具备：长条状或方形的多个采光板条，该多个采光板条包括：长条状或方形的多个采光板条，该多个采光板条包括：具有多个所述多个采光部、具有透光部至少一个方向交替地设置。

27、进一步，其实现所述功能的采光装置的组成结构，可以是人眼能分辨的可见结构，优选的，采用人眼不可分辨的微结构。

28、进一步，其实现所述功能的采光装置可制作为采光膜贴附于其他透明材料一起使用，优选的，为多个所述多个采光部、具有透光性的透明材料、多个所述透光部材质为同一材料的独立采光装置。

29、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

30、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

31、可高效收集入射进窗户的自然光，将光线发散至室内各个方向，充分利用自然光进行室内采光，节能减排，提高能量利用率，同时可使室外景物可见。

32、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

33、本发明既可以作为配件用于建筑窗户、幕墙，也可直接用作窗帘、百叶窗以及室内隔断。