基于平面与自由曲面透镜组合式单片的自然光匀化装置的制作方法

本发明涉及一种自然光匀化装置，属于光学。

背景技术：

1、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。一天之中直射的太阳光因早晚时刻不同，其照明的强度和角度是不一样的，人们根据太阳和地面构成的夹角不同可将全天直射的阳光的变化情况分为三个照明阶段：

2、1、早晚的太阳光：当太阳从东方的地平线上升起以及傍晚太阳即将西落于地平线以下时，太阳光和地面的夹角成0°～15°角；

3、2、上午下午的太阳光：上午下午的太阳光与地面的角度呈15°～60°之间，通常是指上午八点到十一点，下午两点到五点这一时刻的光线，照明强度比较稳定；

4、3、中午的太阳光：又称为顶光，从上向下垂直照射地面，这一时刻的太阳光的照明角度常常受到季节的影响，夏季的中午太阳光基本上以90°垂直向下照射地面景物，地面景物的投影很小，而其它季节的中午，太阳光以近似垂直的角度从上向下照射，冬季的中午，其照射的角度会更偏一些。

5、以上三个照明阶段的自然光入射室内的角度各不相同，传统的采光窗帘无法保证每一个照明阶段的自然光都能均匀散射进室内，难以形成全天候的匀化照射效果。

技术实现思路

1、本发明为解决传统的采光窗帘无法保证每一个照明阶段的自然光都能均匀散射进室内，难以形成全天候匀化照射效果的问题，进而提出一种基于平面与自由曲面透镜组合式单片的自然光匀化装置。

2、本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括十个第一薄光片、十个第二薄光片、十个第三薄光片、十个第四薄光片、十个第五薄光片、十个第六薄光片、十个第七薄光片、十个第八薄光片、十个第九薄光片和十个第十薄光片，十个第一薄光片、十个第二薄光片、十个第三薄光片、十个第四薄光片、十个第五薄光片、十个第六薄光片、十个第七薄光片、十个第八薄光片、十个第九薄光片和十个第十薄光片呈矩阵状设置组成采光矩阵，

3、所述采光矩阵第一行由左至右依次为第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片；

4、所述采光矩阵第二行由左至右依次为第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片；

5、所述采光矩阵第三行由左至右依次为第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片；

6、所述采光矩阵第四行由左至右依次为第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片；

7、所述采光矩阵第五行由左至右依次为第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片；

8、所述采光矩阵第六行由左至右依次为第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片；

9、所述采光矩阵第七行由左至右依次为第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片；

10、所述采光矩阵第八行由左至右依次为第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片；

11、所述采光矩阵第九行由左至右依次为第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片、第二薄光片；

12、所述采光矩阵第十行由左至右依次为第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片、第一薄光片；

13、第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片的外侧面均是平面，第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片、第十薄光片的内侧面均是连续的凸自由曲面透镜阵列；

14、第一薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为50°，

15、第二薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为30°，

16、第三薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为20°，

17、第四薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为10°，

18、第五薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为5°，

19、第六薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为175°，

20、第七薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为170°，

21、第八薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为160°，

22、第九薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为150°，

23、第十薄光片内表面锯齿光栅的锯齿线与水平面之间的夹角为130°。

24、进一步的，所述连续的凸自由曲面透镜阵列上不同位置x1,y1的厚度d1表达式为n为折射率，θ1为凸自由曲面的倾角，r1为凸自由曲面的曲面半径，曲面半径为平面与凸自由曲面最小间距的1-5倍。

25、进一步的，所述连续的凸自由曲面透镜阵列对入射光附加的相位调制可表示为x3,y3为自由曲面阵列入射波前的位置，f1为自由曲面阵列中等效透镜焦距，λ为自然光中心波长，θ3为入射光在自由曲面的入射角度。

26、进一步的，所述平面朝向自然光入射方向，单平面镜面法线与入射自然光角度成锐角。

27、进一步的，所述连续的凸自由曲面透镜阵列通过折射将光线折射于水平方向，其倾斜角度为20°～70°。

28、进一步的，第一薄光片、第二薄光片、第三薄光片、第四薄光片、第五薄光片、第六薄光片、第七薄光片、第八薄光片、第九薄光片和第十薄光片均采用透射率大于85％的透明材料制作。

29、本发明的有益效果是：

30、1、本发明能够吸收室外各个照明阶段的自然光，并将自然光均匀的散射到室内的每一个角落，形成无死角匀化照明；

31、2、本发明不受室外自然光照射角度的限制，能够将每一时间段、不同入射角度的自然光完全收集起来，均匀散射至室内，形成自然光的匀化照明，实现了绿色能源的充分利用；

32、3、本发明还能够替代传统的窗帘、遮光帘、窗户等保护室内隐私，防止室外对室内的窥探；

33、4、本发明采用轻量化设计理念，整体重量轻，易于批量化生产；

34、5、本发明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，并且有效保护室内隐私，轻薄易量产，环保无污染。