基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置及采光方法与流程

本发明属于室内采光，尤其涉及一种基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置及采光方法。

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、因此，如何保持室外景物可见的同时，采集自然光是本领域技术人员亟需解决的问题。

5、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的将自然光线引到室内的方式存在光线利用率不高、光线不均匀、产生眩光和室外景色不可见的问题，限制着自然光采集技术的实际应用。

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、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置及采光方法。

2、本发明是这样实现的，一种基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置包括：

3、多个采光部和多个透光部；

4、所述采光部由第一菲涅尔凸透镜阵列和第二菲涅尔凸透镜阵列和透光材料阵列组成；

5、所述透光部为平透镜阵列，设置于多个采光部之间；

6、多个采光部透射的采光区域和多个透光部而透射的光透射区域交替布置。

7、进一步，所述第二菲涅尔凸透镜阵列的单个菲涅尔凸透镜的焦点落在第一菲涅尔凸透镜阵列对应的单个完整菲涅尔凸透镜的中心，使光线发散至室内空间。

8、进一步，所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列中单个凸透镜的焦点落在第一菲涅尔凸透镜阵列对应单个完整菲涅尔凸透镜的焦点后方，使光线发散至室内空间。

9、进一步，所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列与所述第一菲涅尔凸透镜阵列单元大小不相等，所述第二菲涅尔凸透镜阵列的大小满足将对应所述第一菲涅尔凸透镜发散光束收集汇聚；

10、所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列为部分透镜阵列，其单个凸透镜的单元结构为单个菲涅尔凸透镜的通光部分；

11、所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列与所述第一菲涅尔凸透镜阵列错位排列，错位量为第二菲涅尔凸透镜阵列单个透镜的通光孔径大小。

12、进一步，所述采光部设置于透光材料阵列的内侧或外侧或内外侧，透光材料阵列为与采光部和透光部材质相同的透明材料；

13、所述透明材料材质是可见光透明度大于85％以上的无机陶瓷和有机高聚物以及纤维与纳米复合材料。

14、进一步，从采光部第一菲涅尔凸透镜阵列和菲涅尔凸透镜阵列中间的平透镜的法线方向，所述采光区域与所述透光区域以直线或曲线条纹状配置、方格状配置或其他非周期性的其他任意图案配置。

15、进一步，还包括有保护板，保护板是透明或用于采光部漫反射部分，位于所述平透镜的外侧或内侧或内外两侧且具有透光性，采光部及透光部可设置于保护板一侧或其中间。

16、进一步，还包括有光扩散部，使从多个所属采光部射出的光、或入射至多个所述采光部的光扩散；

17、所述光扩散部形成光扩散区域，从采光装置的平透镜法线方向，包括所述采光区域并且从所述采光区域扩散。

18、进一步，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、多个所述透光部的板条，在透明材料的内侧或外侧或内外侧的至少一个方向交替地设置。

19、本发明的另一目的在于提供一种基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光方法，所述基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光方法包括：

20、步骤一，采光部的第一菲涅尔凸透镜阵列设置于自然光入射面的室外侧，用于传导入射的室外自然光，使得自然光发散，

21、步骤二，采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列设置于自然光出射面的室内侧。用于传导第一菲涅尔凸透镜的自然光于室内，使得光线聚焦后再发散至室内。

22、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：

23、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：

24、本发明通过所设计的自然光采光装置，可以使白天从窗户入射的自然光发散到屋内各部分，充分利用自然光进行室内采光，同时还可以呈现室外景色，即屋内人员能看见室外景物，且室外景物视觉图像未发生位移或偏仍在原地景物位置。本发明能节能减排，提高能量利用率。该发明装置环保无污染，使用期间不需要能源供应，可作为配件应用于建筑窗户和幕墙中，也可直接用作窗帘、百叶窗以及室内隔断，以使得自然光进入室内并能呈现室外景色。

25、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：

26、本发明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。

技术特征：

1.一种基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，所述基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置包括：

2.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，所述第二菲涅尔凸透镜阵列的单个菲涅尔凸透镜的焦点落在第一菲涅尔凸透镜阵列对应的单个完整菲涅尔凸透镜的中心，使光线发散至室内空间。

3.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列中单个凸透镜的焦点落在第一菲涅尔凸透镜阵列对应单个完整菲涅尔凸透镜的焦点后方，使光线发散至室内空间。

4.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，所述采光部的第二菲涅尔凸透镜阵列与所述第一菲涅尔凸透镜阵列单元大小不相等，所述第二菲涅尔凸透镜阵列的大小满足将对应所述第一菲涅尔凸透镜发散光束收集汇聚；

5.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，所述采光部设置于透光材料阵列的内侧或外侧或内外侧，透光材料阵列为与采光部和透光部材质相同的透明材料；

6.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，从采光部第一菲涅尔凸透镜阵列和菲涅尔凸透镜阵列中间的平透镜的法线方向，所述采光区域与所述透光区域以直线或曲线条纹状配置、方格状配置或其他非周期性的其他任意图案配置。

7.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，还包括有保护板，保护板是透明或用于采光部漫反射部分，位于所述平透镜的外侧或内侧或内外两侧且具有透光性，采光部及透光部可设置于保护板一侧或其中间。

8.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，还包括有光扩散部，使从多个所属采光部射出的光、或入射至多个所述采光部的光扩散；

9.如权利要求1所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置，其特征在于，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、多个所述透光部的板条，在透明材料的内侧或外侧或内外侧的至少一个方向交替地设置。

10.一种用于实施权利要求1～9任意一项所述的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置的基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光方法，其特征在于，所述基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光方法包括：

技术总结
本发明属于室内采光技术领域，公开了一种基于平透镜、双菲涅尔凸透镜组合的采光装置及采光方法，包括多个采光部和多个透光部；采光部由第一菲涅尔凸透镜阵列和第二菲涅尔凸透镜阵列和透光材料阵列组成；透光部为平透镜阵列，设置于多个采光部之间；多个采光部透射的采光区域和多个透光部而透射的光透射区域交替布置。本发明可以使白天从窗户入射的自然光发散到屋内各部分，充分利用自然光进行室内采光，同时还可以呈现室外景色，即屋内人员能看见室外景物，且室外景物视觉图像未发生位移或偏仍在原地景物位置。本发明能节能减排，提高能量利用率。该发明装置环保无污染，使用期间不需要能源供应。

技术研发人员：陈月明,马玲
受保护的技术使用者：陈月明
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15