[发明专利]一种分光型阳光输送机

说明书

技术领域

本发明涉及阳光输送领域，尤其涉及一种分光型阳光输送机。

背景技术

目前，在实际应用中更多的时候主要直接使用可见光实现照明功能，因为相对于石英光纤来说，具有传输紫外和红外光谱功能对于实际应用中的普通照明意义不大。而塑料光纤相当于石英光纤来说，价格便宜使得阳光输送机整机在市场上具有很大的竞争优势。然而红外线汇聚在聚光接口器处容易形成高温区，并且塑料光纤在太阳光长期照射下容易老化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效降低聚光区的温度、消除塑料光纤老化的分光型阳光输送机。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括设置在同一光轴上的费涅尔透镜以及设置在费涅尔透镜光路中的聚光接口器，在聚光接口器内自透过费涅尔透镜的光路中依次设置有双凹形旋转曲面透镜和光导纤维都处于同一光轴上；该双凹形旋转曲面透镜设置在太阳光穿射费涅尔透镜后形成的可见光聚焦区；

所述的光导纤维包括接收太阳能的渐缩结构的倒锥形变径段和等直径段，其中变径段固定在聚光接口器内；

所述的费涅尔透镜与双凹形旋转曲面透镜的距离即费涅尔透镜的焦距L与费涅尔透镜最大半径R满足式(1)入射角度要求：

arctg(R/L)＝α＜(α₀-γ)                    (1)；

其中α为太阳光从费涅尔透镜透射后进入双凹透镜的入射角度，α₀为等直径光纤的最大允许接收角，γ为光导纤维变径段的变径角度；

其中等直径光纤的太阳能最大允许接收角α₀由下3式决定：

Y_min＝arcsin(n₃/n₁)

X_max＝π/2-Y_min

α₀＝arcsin(n₁sinX_max/n₀)

其中X为入射光线由空气到光导纤维玻璃芯折射后的出射角，Y为该光线由光导纤维玻璃芯到光导纤维玻璃包层发生折射时的入射角，Z为该光线二次折射后的出射角，Y_min为入射光线发生全反射时的临界角，当Y＞Y_min时，均可发生全反射，X_max为对应Y_min和α₀的一次折射出射角，n₀为空气折射率，n₁为光导纤维折高折射率玻璃芯的折射率，n₃为光导纤维低折射率玻璃包层折射率；

渐缩结构的锥形变径段端部的面积等于入射太阳光透过费涅尔透镜经双凹形旋转曲面透镜后的聚焦区域的面积。

所述的光导纤维变径段的变径角度γ由公式(2)确定：

tgγ＝(A-r)/B    (2)；

其中A是光导纤维变径段的最大半径，r是光导纤维正常直径段的半径，B为光导纤维变径段的长度。

所述的费涅尔透镜为透射式点聚光。

所述的聚光接口器设有收容双凹形旋转曲面透镜(3)和光导纤维(4)的腔体。

所述光导纤维为塑料光导纤维。

本发明通过费涅尔透射式点聚光透镜实现高倍聚光，同时利用其小焦距的强折射性把可见光从太阳光中分离出来并且其小焦距更方便聚光体的加工制作。最后通过双凹透镜和变径光纤顺利的把可见光导入光纤并以全反射方式传输到需要照明的地方。

本发明分离并去除红外光后有效降低了聚光区的温度；另外，去除紫外线也有效消除了塑料光纤在太阳光长期照射下容易老化的老大难问题。而且因为塑料光纤相当于石英光纤来说，价格便宜使得阳光输送机整机在市场上具有很大的竞争优势。本发明能够简单有效的把太阳光中的可见光分离出来，对可见光进行光路调整后再以全反射方式在塑料传导光纤中传输，不但有效的降低了成本，而且实现了高倍聚光情况下太阳光的直接照明。

附图说明

图1是本发明的太阳能聚光接口装置的结构示意图；

图2是图1中所示的光导纤维的太阳光路示意图；

图3光线入射等直径光纤时发生两次折射的光路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。