[发明专利]单平面与自由曲面或锯齿光栅的自然光匀化照明装置和方法

权利要求书

1.单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，包括前后两个表面，第一个表面为单平面，第二个表面为自由曲面阵列；所述单平面用于收集室外自然光，并经两面间同等材质的中间介质传导至所述自由曲面阵列；所述自由曲面阵列用于将入射自然光通过倾斜表面折射后偏转至室内空间；

所述自由曲面阵列的透镜形式为凸自由曲面或凹自由曲面，所述凸自由曲面上不同位置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；所述凹自由曲面上不同位置x₂,y₂的厚度d₂表达式为n为折射率，θ₂为凹自由曲面的倾角，r₂为凹自由曲面的曲面半径，曲面半径为平面与凹自由曲面最小间距的1-5倍。

2.根据权利要求1所述的单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，所述自由曲面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度。

3.根据权利要求1所述的单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，所述单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。

4.根据权利要求1所述的单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，所述自由曲面阵列通过折射将光线折射于水平方向，其倾斜角度为20°～70°。

5.根据权利要求1所述的单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，单片器件材料为透射率85％以上的透射率材料。

6.根据权利要求1所述的单平面与自由曲面的自然光匀化照明装置，其特征在于，后表面阵列形式为填充率95％以上的方形全孔径阵列。

7.单平面与自由曲面的自然光匀化照明方法，其特征在于，包括：

室外自然光经单平面收集，并经两面间同等材质的中间介质传导至自由曲面阵列；

所述自由曲面阵列经过倾斜表面折射后，将入射自然光偏转至室内空间；

所述自由曲面阵列的透镜形式为凸自由曲面或凹自由曲面，所述凸自由曲面上不同位置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；所述凹自由曲面上不同位置x₂,y₂的厚度d₂表达式为n为折射率，θ₂为凹自由曲面的倾角，r₂为凹自由曲面的曲面半径，曲面半径为平面与凹自由曲面最小间距的1-5倍。