1.本发明属于照明系统设计与光束整形领域，涉及一种自然光整形的装置和方法。通过所设计的自然光匀化照明装置，可以使白天从窗户入射的自然光均匀发散到屋内各个角落，充分利用自然光进行室内照明，节能减排，提高能量利用率；并且有效保护室内隐私，该器件环保无污染，可用作照明窗帘、室内百叶窗以及窗户玻璃等。
背景技术：2.我国对自然光照明技术的研发起步于二十世纪六、七十年代，自1996年“绿色照明”工程推广至今，自然光照明这一绿色能源理念正逐渐进入大众视野，随着对太阳能照明技术的研究不断深入，人们对自然光采集照明系统也有了更深层次的认识。由于石油、燃煤等自然资源逐渐消耗殆尽，有关太阳能的研究发展愈来愈多，而太阳能应用技术的缺点在于太阳能的转换效率偏低，但相较于其它传统的转换能量方式，在成本上却高出许多，故提高太阳能的利用效率以及降低太阳能转换成本遂成为近年来研究上的重要目标。
3.为了提高对于太阳光的利用效率，其中一种方法便是使用结合导光组件模块的太阳能集光器，将太阳光通过导光组件的引导，传导至太阳能电池或热传导组件，以增加太阳光的收集效能，进而提升太阳能转换装置的生产效率。已知的太阳能转换装置需要通过太阳能集光器，以将入射的太阳光聚集至出光侧的多个焦点，以供太阳能电池或热传导组件使用。然而，其汇聚光线的焦距造成了已知太阳能转换装置的巨大体积，大体积的太阳能转换装置不仅需要耗费较高的制作及材料成本、较难精密移动控制太阳追踪，而且还需要大面积的装设区域，目前占据市场主流的光导管效率低、采光均匀性差、且在安装过程张可能对原有建筑结构造成破坏，不利于推广和普及。
4.因此，如何在不改变原有建筑结构的基础上进行高效的太阳能采光是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现要素：5.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
6.鉴于此，本发明提供了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置和方法，可以使白天从窗户入射的自然光均匀发散到屋内各个角落，充分利用自然光进行室内照明，节能减排，提高能量利用率。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置，包括前后两个阵列形式的正透镜，分别为第一正透镜阵列和第二正透镜阵列，所述第一正透镜阵列用于收集室外自然光，并经两透镜阵列间作为中间介质的空气层传导至所述第二正透镜阵列；所述第二正透镜阵列
用于将入射自然光折射后偏转至室内空间。
9.优选的，所述第一正透镜阵列的透镜面朝向自然光入射方向，透镜镜面法线与入射自然光角度成锐角。
10.优选的，所述第一正透镜阵列和所述第二正透镜阵列的中心间距大于两透镜阵列焦距之和，使光线发散至室内空间；
11.所述第二正透镜阵列为部分透镜阵列，单个单元结构只取构成第二正透镜阵列的正透镜的通光部分使光线发散。
12.优选的，所述第二正透镜阵列与所述第一正透镜阵列错位排列，错位量是所述第二正透镜阵列单个透镜的通光孔径大小；
13.所述第二正透镜阵列与所述第一正透镜阵列的单元大小不相等，所述第二正透镜阵列的透镜大小为构成第二正透镜阵列的单个正透镜的通光孔径大小。
14.优选的，所述第一正透镜阵列单个单元的焦点落在所述第二正透镜单个完整正透镜单元的中心，使光线发散至室内空间；
15.所述第二正透镜阵列为半透镜阵列，其单个单元结构只取理想正透镜的下半部分使光线发散。
16.优选的，所述第二正透镜阵列与所述第一正透镜阵列错位排列，错位量是所述第一正透镜阵列中入射光在单个单元结构的最高角度汇聚点与第一正透镜阵列的第一个透镜光轴间的距离；
17.所述第二正透镜阵列与所述第一正透镜阵列的单元大小不相等，所述第二正透镜阵列的半透镜大小为所述第二正透镜阵列中第一个透镜最高角度汇聚点与光轴的距离。
18.优选的，所述第一正透镜阵列的单个透镜后焦点与所述第二正透镜阵列对应的单个透镜前焦点重合，构成开普勒式望远结构，使光线发散至室内空间。
19.优选的，所述第二正透镜阵列与所述第一正透镜阵列的单元大小不相等，所述第二正透镜阵列的单个透镜大小满足将通过第一正透镜阵列的对应单元光束全部收集汇聚。
20.优选的，所述第一正透镜阵列和所述第二正透镜阵列为透射率85％以上的高透射率材料。
21.基于双透镜正正组合的自然光匀化照明方法，包括：
22.室外自然光经第一正透镜阵列收集，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；
23.所述第二正透镜阵列将入射自然光折射后偏转至室内空间。
24.有益效果：
25.本发明提供了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置和方法，可高效收集入射进窗户的自然光，将光线均匀发散至室内各个方向，匀化室内照明，充分利用自然光进行室内照明，节能减排，提高能量利用率。并且由于采用透镜阵列组合结构，打破了光传输的对称性，可以有效保护室内隐私。该器件材料选择多样，器件环保无污染，可替代照明窗帘、室内百叶窗以及窗户玻璃等，获得更好的室内照明效果。
附图说明
26.图1为本发明实施例1提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置结构示
意图。
27.图中：室外高角度自然光通过器件后，发散至室内空间；
28.图2为本发明实施例1提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置仿真效果图。
29.图中：所设计器件第一个表面和第二个表面均为正透镜阵列，入射高角度自然光由第一正透镜阵列收集，经过中间介质汇聚至第二正透镜阵列后焦面，经过第二正透镜阵列折射后，发散至室内空间。
30.图3为本发明实施例3提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置结构示意图。
31.图中：室外高角度自然光通过器件后，水平发散至室内空间；
32.图4为本发明实施例3提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置仿真效果图。
33.图中：所设计器件第一个表面和第二个表面均为理想透镜阵列，入射高角度自然光由第一正透镜阵列收集，经过中间介质汇集至第二正透镜阵列，经过第二正透镜阵列折射后，水平发散至室内空间。
34.图5为本发明实施例5提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置结构示意图。
35.图中：室外高角度自然光通过器件后，水平发散至室内空间；
36.图6为本发明实施例5提供的基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置仿真效果图。
37.图中：所设计器件第一个表面和第二个表面均为理想透镜阵列，室外大角度自然光由第一正透镜阵列收集，经过第二正透镜阵列折射后，发散至室内空间。
具体实施方式
38.在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
39.在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
40.实施例1：如附图1所示，本实施例提供了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置，包括前后两个阵列形式的正透镜，分别为第一正透镜阵列和第二正透镜阵列，第一正透镜阵列用于收集室外自然光，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；第二正透镜阵列用于将入射自然光折射后偏转至室内空间；第一正透镜阵列和第二正透镜阵列均包括n个单元结构，且一一对应，n为大于等于1的自然数。
41.其中，第一正透镜阵列和第二正透镜阵列的中心间距大于两透镜阵列焦距之和，
使光线发散至室内空间；
42.第二正透镜阵列为部分透镜阵列，单个单元结构只取构成第二正透镜阵列的正透镜的通光部分使光线发散；
43.第二正透镜阵列与第一正透镜阵列错位排列，错位量是第二正透镜阵列单个透镜的通光孔径大小；
44.第二正透镜阵列与第一正透镜阵列的单元大小不相等，第二正透镜阵列的透镜大小为单个透镜的通光孔径大小。
45.更为具体的：第一正透镜阵列的透镜面朝向自然光入射方向，透镜镜面法线与入射自然光角度成锐角，屋外高角度入射的自然光经过所设计的器件可发散至屋内各个角落。
46.更为具体的：第二正透镜阵列的焦距为第一正透镜阵列焦距的1-5倍。
47.更为具体的：第一正透镜阵列和第二正透镜阵列应为透射率85％以上的高透射率材料，包括但不限于玻璃、树脂、及透明塑料。
48.更为具体的：前后表面均为方形全孔径阵列形式。
49.为了验证本发明上述装置的效果，第一正透镜阵列选择焦距为2mm，第二正透镜阵列选择焦距为5mm，第一正透镜阵列和第二正透镜阵列间隔为10mm，仿真光线发散效果，仿真结果见图2所示。
50.实施例2：在实施例1装置的基础上，设计了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明方法，包括：
51.室外自然光经第一正透镜阵列收集，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；
52.第二正透镜阵列将入射自然光折射后偏转至室内空间。
53.实施例3：如附图3所示，本实施例提供了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置，包括前后两个阵列形式的正透镜，分别为第一正透镜阵列和第二正透镜阵列，第一正透镜阵列用于收集室外自然光，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；第二正透镜阵列用于将入射自然光折射后偏转至室内空间。第一正透镜阵列和第二正透镜阵列均包括n个单元结构，且一一对应，n为大于等于1的自然数。
54.其中，第一正透镜阵列单个单元的焦点落在第二正透镜阵列单个完整的正透镜单元的中心，使光线发散至室内空间；
55.第二正透镜阵列为半透镜阵列，其单个单元结构只取理想正透镜的下半部分使光线发散。
56.第二正透镜阵列与第一正透镜阵列错位排列，错位量是第一正透镜阵列中入射光在单个单元结构的最高角度汇聚点与第一正透镜阵列的第一个透镜光轴间的距离；
57.第二正透镜阵列与第一正透镜阵列的单元大小不相等，第二正透镜阵列的半透镜大小为第二正透镜阵列中第一个透镜最高角度汇聚点与光轴的距离。
58.更为具体的：第一正透镜阵列的透镜面朝向自然光入射方向，透镜镜面法线与入射自然光角度成锐角，屋外高角度入射的自然光经过所设计的器件可平行发散至屋内各个角落。
59.更为具体的：第二正透镜阵列焦距为第一正透镜阵列焦距的0.5-5倍。
60.更为具体的：第一正透镜阵列和第二正透镜阵列应为透射率85％以上的高透射率材料，包括但不限于玻璃、树脂、及透明塑料。
61.更为具体的：前后表面均为方形全孔径阵列形式。
62.为了验证本发明上述装置的效果，第一正透镜选择焦距为5mm，第二正透镜选择焦距为5mm，第一正透镜和第二正透镜间隔也为5mm，仿真光线发散效果，仿真结果见图4所示。
63.实施例4：在实施例3装置的基础上，设计了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明方法，包括：
64.室外自然光经第一正透镜阵列收集，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；
65.第二正透镜阵列将入射自然光折射后偏转至室内空间。
66.实施例5：如附图5所示，本实施例提供了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明装置，包括前后两个阵列形式的正透镜，分别为第一正透镜阵列和第二正透镜阵列，第一正透镜阵列用于收集室外自然光，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；第二正透镜阵列用于将入射自然光折射后偏转至室内空间。第一正透镜阵列和第二正透镜阵列均包括n个单元结构，且一一对应，n为大于等于1的自然数。
67.其中，第一正透镜阵列的单个单元透镜后焦点与第二正透镜阵列的单个单元透镜前焦点重合，构成开普勒式望远结构，使光线发散至室内空间；
68.第二正透镜阵列与第一正透镜阵列的单元大小不相等，第二正透镜阵列的单个单元透镜大小满足将通过第一正透镜阵列的对应单元光束全部收集汇聚。
69.更为具体的：第一正透镜阵列的透镜面朝向自然光入射方向，透镜镜面法线与入射自然光角度成锐角，屋外高角度入射的自然光经过所设计的器件可平行发散至屋内各个角落。
70.更为具体的：第二正透镜阵列的焦距为第一正透镜阵列焦距的2-5倍。
71.更为具体的：第一正透镜阵列和第二正透镜阵列应为透射率85％以上的高透射率材料，包括但不限于玻璃、树脂、及透明塑料。
72.更为具体的：前后表面均为方形全孔径阵列形式。
73.为了验证本发明上述装置的效果，第一正透镜选择焦距为2mm，第二正透镜选择焦距为5mm，第一正透镜和第二正透镜间隔为7mm，仿真光线发散效果，仿真结果见图6所示。
74.实施例6：在实施例5装置的基础上，设计了一种基于双透镜正正组合的自然光匀化照明方法，包括：
75.室外自然光经第一正透镜阵列收集，并经中间介质空气层传导至第二正透镜阵列；
76.第二正透镜阵列将入射自然光折射后偏转至室内空间。
77.虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。