CN101174027A

CN101174027A - 自然光收集器、照明系统和电子系统光源装置

Info

Publication number: CN101174027A
Application number: CNA2007101758492A
Authority: CN
Inventors: 须清
Original assignee: Beijing Paragon Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Paragon Technology Co Ltd
Priority date: 2007-10-15
Filing date: 2007-10-15
Publication date: 2008-05-07

Abstract

自然光收集器、照明系统和电子系统光源装置，以自然光作为光源，采用多个光学元件将自然光进行收集汇聚后通过光导传输，提供一种十分环保的照明系统，可以广泛应用于日常楼宇照明、需要光源的电子系统，如液晶显示器、投影仪等。

Description

自然光收集器、照明系统和电子系统光源装置

技术领域

本发明涉及直接利用自然光作为光源的照明系统和电子系统光源装置，特别是采用光学元件进行专门设计的自然光收集器，将自然光经过汇聚、收集、传输等光学过程得到需要的光源，如用于自然光不能直接照射到的需要照明的空间，或用于需要背光照明的电子设备，包括液晶显示设备、投影仪等。属于光学照明技术领域和光源技术领域。

背景技术

自然光是自然界最清洁的能源，人们对于自然光的认识和利用也在不断探索中。目前人们热衷研究的光伏电池或太阳能电池是将光能转化为电能储存起来，主要利用的是自然光的热红外光谱区，将光谱中的热能进行转化，对于可见光谱没有进行转化。然后利用储存的电能去驱动电发光设备提供照明或为其他设备提供电能。单纯从自然光—>电能—>发光照明过程来看，进行照明的这个需求并没有通过直接利用自然光的可见光，而是利用了自然光的热红外光，显然效率不高。

而实际生活中，即使在日光照射十分充沛的白天，作为人类工作和生活的大部分空间却是在房间或办公室内部，由于没有自然光的直接照射，经常需要使用各种电灯进行照明，特别是对于密闭的工厂、库房等空间，由于四处密闭，没有任何自然光进入，需要终日用电照明。这种能源消耗是巨大的。但所有建筑物外墙和屋顶都能感受到自然光，却没有充分利用，如果能够把这些自然光经过某种技术手段直接引入房间内部，可以完全替代电能驱动的发光设备，将为节约能源减少污染提供最佳的解决方案。

另一方面，在很多电子设备的显示系统也需要光源，如液晶显示器，其背光光源是液晶显示器耗电最多的部件，如果能够将自然光直接引入电子设备作为发光光源，将极大降低液晶显示器的耗电量，从而提高电子设备如笔记本电脑、移动终端等设备的电池使用时间。

在专利申请号为200510017052.0题为“二维非成像式太阳光吸收及传送照明器”的中国专利公开文件中披露了采用计算机计算的专门二维曲面收集太阳光，解决跟踪太阳光变动的问题。

在专利号为ZL 93227562.1题为“光导传输照明装置”的中国专利公开文件中披露了采用一个凸透镜和一个红外滤光片将自然光汇聚到光纤中的一种方法。

在专利号为ZL 200420112108.1题为“光纤集光及发散照明装置”的中国专利公开文件中披露了采用凸透镜聚光、光纤传导光、凹透镜分散光的处理设计自然光照明的方法。

在专利号为ZL 200520073663.2题为“节能型室内采光照明装置”的中国专利公开文件中披露了采用凸透镜、凹面镜聚光、光纤传导光、玻璃球分散光的处理设计自然光照明的方法。

在专利号为ZL 200420003297.9题为“太阳光采光照明装置”的中国专利公开文件中披露了采用凸透镜、光纤传导光的处理设计自然光照明的方法。

在专利号为ZL 97247820.5题为“太阳能光纤照明装置”的中国专利公开文件中披露了采用光反射曲面、光纤传导光的处理设计自然光照明的方法。

在专利号为ZL200520077493.5题为“自然光照明灯”的专利中公开了采用凹透镜进行自然光采集和提供照明的方法，所采用的凹透镜不具有反射光功能，因此其光路是有问题的。

在专利号为ZL200620024986.7题为“一种阳光集散器”的专利中公开了采用凸透镜、抛物面反射进行自然光采集和提供照明的方法，所采用的凸透镜是聚焦功能，经过抛物反射面反射后并不能有效汇聚到另一个抛物面上，采集效果差。

在专利号为ZL200620024361.0题为“阳光集散器”的专利中公开了采用凸透镜、凹透镜进行自然光采集和提供照明的方法，所采用的凸透镜和凹透镜是由多个内外弧面构成，同时必须保证每个内外弧面焦点重合，加工困难，而且没有将自然光本身是接近平行光来考虑，采集效率不高。

在专利号为ZL89217926.0题为“阳光反射照明装置”的专利中公开了自动跟踪太阳的方法。

在专利号为ZL200620078509.9题为“太阳能照明系统”的专利中公开了采用太阳灶、聚光面、光纤的自然光照明方法，由于没有考虑聚光造成的高热以及在光纤中传输的非平行光线使光能损失。

在专利申请号为200410010807.X题为“太阳能网络自然光照明加热装置统”的专利申请中公开了采用聚光镜、光纤的自然光照明方法，同样没有考虑聚光造成的高热以及在光纤中传输的非平行光线使光能损失。

在专利号为ZL97247820.5题为“太阳能光纤照明装置”的专利中公开了采用聚光曲面、光纤的自然光照明方法，由于没有考虑聚光造成的高热以及在光纤中传输的非平行光线使光能损失。

在专利号为ZL200420003297.9题为“太阳光采光照明装置”的专利中公开了采用凸透镜、光纤的自然光照明方法，由于没有考虑聚光造成的高热以及在光纤中传输的非平行光线使光能损失。

以上公开的方法没有解决如下问题：如何防止在汇聚自然光时过热？如何有效聚集太阳光？如何提高光传导的效率？如何将自然光收集后用于电子设备？

发明内容

本发明提出一种创新的自然光收集器、照明系统和电子系统光源装置，希望能够将自然光直接引入到建筑物内，在外部自然光有一定照明度时，为室内提供直接的照明而不需要消耗任何其它能源。同时将自然光引入电子设备，提供电子设备需要的发光光源以极大降低电子设备的耗电量。并且防止太阳光汇聚时产生很高热量的问题，同时减少光导传输损失以提高光传输效率。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

以自然光作为光源的自然光收集器，是将自然光经过光学汇聚、准直、传输过程变成可以控制照射区域的光。

自然光收集器的一种方案包括：

一个采用反射曲面反射汇聚自然光的第一光学元件；典型的反射曲面是抛物面反射曲面，在曲面的表面上覆盖全反射膜，理想的是使用3M公司的金属全反射膜或玻璃反射材料膜，如3M^TM Scotchlite^TM“视觉丽”反光材料，在可见光谱范围内的反射效率较高；该反射曲面做得越大，汇聚的自然光越多；自然光是来自太阳或月亮的照射光，由于太阳和月亮距离地球很远，可以把照射到反射曲面的自然光看作平行光，根据光学原理，抛物曲面具有将照射的平行光线汇聚到其焦点处的功能，一些太阳能电池设计中也经常采用。

一个采用反射曲面准直第一光学元件所汇聚的光线的第二光学元件；典型的也是采用具有全反射材料的抛物曲面。

一个传输第二光学元件所反射光的第三光学元件。

在该方案的自然光收集器中，所述第一光学元件与第二光学元件的光学面相对放置，第三光学元件与第二光学元件光学连接；

所述第一光学元件与第二光学元件的光学轴线重合，光学焦点位置重叠，且第一光学元件的光学面比第二光学元件的光学面大得多；这样设计，可以将自然光通过第一光学元件汇聚然后由第二光学元件转变为较集中的平行光。其结果是自然光经过第一光学反射曲面和第二光学反射曲面的处理，将自然光汇聚为一束亮度很高的平行光线。

所述第三光学元件采用光纤或光缆。由于光纤或光缆传输光的性能很高，可以极大减少传输中的光损耗，而且通过第二光学元件转变为较集中的平行光直射入光纤或光缆，可以确保在光纤或光缆中传输时以全反射方式传输光，提高光的传输效率。

自然光收集器的另一种方案包括：

一个采用透镜汇聚自然光的第一光学元件；典型的是凸透镜，根据光学原理，平行光线照射到凸透镜上，光线将在其焦点处汇聚，然后再从焦点处如点光源一样射出。

一个采用透镜准直第一光学元件所汇聚的光线的第二光学元件；典型的是凸透镜，根据光学原理，从凸透镜焦点处射出的光线照射到凸透镜上，将形成平行光线，也称为准直光线。

一个传输第二光学元件所透射光的第三光学元件。

在该方案的自然光收集器中，所述第一光学元件与第二光学元件并排放置，第三光学元件与第二光学元件光学连接；

所述第一光学元件与第二光学元件的光学轴线重合，光学焦点位置重叠，且第一光学元件的光学面比第二光学元件的光学面大得多；其结果是自然光经过第一光学透镜和第二光学透镜的处理，将自然光汇聚为一束亮度很高的平行光线。

所述第三光学元件采用光纤或光缆。

自然光收集器的第三种方案，包括：

一个传输第二光学元件所透射光的第三光学元件。

所述第一光学元件与第二光学元件的光学轴线重合，光学焦点位置重叠，且第一光学元件的光学面比第二光学元件的光学面大得多；其结果是自然光经过第一光学反射曲面和第二光学透镜的处理，将自然光汇聚为一束亮度很高的平行光线。

所述第三光学元件采用光纤或光缆。

一种采用自然光的照明系统，包括：

过滤掉红外光线的红外光过滤第四光学元件；典型的是太阳膜，在汽车装饰、房屋装饰的窗户上经常使用的一种光学膜，能够使自然光中的具有热性能的红外光被太阳膜反射，而使大部分的可见光透射的光学膜。经过该光学元件的处理，可以过滤自然光中的红外光谱，减少自然光在光收集器上汇聚时产生的热效应。在3M公司的产品中也有该种光学隔热膜，如3M的晶锐膜(3M Cystalline)，隔热效果较好，可以过滤90％以上的热红外光谱的光线能量。

光源：上述三种方案之一的自然光收集器收集经上述红外光过滤第四光学元件过滤的自然光；经过红外光过滤光学元件过滤后的自然光主要是可见光，自然光收集器的技术方案，前面列举了三种，由于没有采用任何能量转换的器件，只有光线的光学处理，自然光的可见光线能量损耗较少。经过自然光收集器汇聚和处理后成为光能比较集中的一束平行光光源，适合通过光纤或光缆传输。

还可选择的包含将所述自然光收集器的自然光照射对准太阳的随动系统；自然光来源主要是太阳光，白天的太阳光是会随着地球的自传和地球绕太阳的公转而相对地球转动，为了使自然光收集器的收集效率最高，需要使射入自然光收集器的自然光接受面始终对准太阳的照射，因此需要增加一套随动系统跟随太阳照射光线变化。跟随太阳光线的随动系统在大型太阳能光伏转换设备中经常采用，其技术方案作为本发明的公开知识和技术引用。

将上述光源收集到的准直光线转变为点照明或线照明或面照明的第五光学元件。实际使用中，人们对于光源有不同要求，有时需要点光源，即从一个点向外发射光，如电灯泡，对于准直光线可以采用凸透镜进行汇聚，在凸透镜的焦点处形成汇聚的点光源。还有些需要应用到线光源，可以采用凹透镜将准直光线展开为线光源。当需要面光源时可以采用漫射膜将准直光线漫射为面发光光源，或用多个凸透镜形成的光学系统将一束汇聚的平行光线展开为一个平面射出的平行面光源。

一种采用自然光的电子系统光源装置，包括：

光源：上述三种方案之一的自然光收集器收集经上述红外光过滤光学元件过滤的自然光；

一个传输上述光源收集到的准直光线的第五光学元件，可采用光纤或光缆；

还可选择的包含将所述自然光收集器的自然光照射对准太阳的随动系统；

所述第五光学元件将光线引入到电子系统中，作为电子系统的光源，可采用光纤或光缆

电子系统光源装置，包含采用自然光收集器的电子系统光源装置中也包含原有的电驱动发光光源，当自然光充足时，以自然光收集器收集的光为主要光源；当自然光暗淡时，以原有的电驱动发光光源为主要光源。

本发明的有益效果是：由于所采用的自然光收集器、照明系统和电子系统光源装置是把自然光通过光学处理采用光导方式传送到需要照明的室内，有效的利用太阳光等自然光的可见光，实现在自然光存在的情况下直接采用自然光进行照明，是一种清洁的能源利用方式，不需要消耗其他任何能源即可提供日常照明、电子系统的背光光源，高效而没有任何环境污染。同时也为对于电池能源十分敏感的移动电子设备节省能量提供一种十分有效的解决方案。而且本发明将自然光收集器用于实际照明或作为电子设备光源时，光线首先经过过滤掉红外光线的红外光过滤光学元件，有效地滤除光谱中的红外热能量，防止自然光收集器每个部件过热。同时每种自然光收集器方案都将自然光准直为平行光后在传送到光纤进行光导传输，大大提高了传输效率，减少光损失；而且通过与电子系统的原有光源系统进行有效整合，保证电子系统白天节能、夜间利用电能仍可使用的综合能效系统。

附图说明：

图1是采用凸透镜组合光学元件实现自然光收集器的一种实现的系统框图。

图2是采用光反射曲面与凸透镜等实现自然光收集器的另一种实现的系统框图。

图3是采用光反射曲面组合实现自然光收集器的另一种实现的系统框图。

图4是采用光学元件将汇聚的一束光线变成线光源、点光源或平行面光源的实现示意图。

图5是采用自然光收集器实现照明的实现原理示意图。

图6是增加太阳光随动系统的自然光收集器原理示意图。

图7是采用自然光收集器提供光源与电子系统内部原有光源整合的实现原理示意图。

图8是采用自然光收集器提供光源与电子系统内部原有光源整合的另一个实现原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理进行详细说明。

图1是采用凸透镜组合光学元件实现自然光收集器的一种实现的系统框图，自然光102照射到凸透镜101上，由于太阳光等自然光距离地球很远，可以把太阳光看成是平行光线，根据光学原理，平行光线经过凸透镜101折射后汇聚到凸透镜101的焦点106(单倍焦距位置处)处，然后再使用一个光学面远小于凸透镜101的另一个凸透镜103接收汇聚的光，为了使经过凸透镜103的光线成为汇聚的平行光107，需要将凸透镜103的焦点与凸透镜101的凸透镜焦点重合，光学轴线重合，如图中的焦点106处。然后将从凸透镜103射出的平行光107导入一束光纤或光缆104中进行传输，由于入射光线为平行光线，直射入光导传输的光纤或光缆104中，可以保证在光纤或光缆104中的管壁上实现完全全反射，提高传输效率，同时从光纤或光缆104射出的光线105就是经过汇聚收集和传输得到的一束高亮度光。凸透镜103的焦距、光学面大小与凸透镜101的焦距、光学面大小选择满足如下条件：

凸透镜103和凸透镜101都采用圆形凸透镜；

凸透镜103和凸透镜101光学轴线重合；

设定凸透镜101的焦距为f1，光学面大小用凸透镜的直径来标记d1；

设定凸透镜103的焦距为f2，光学面大小用凸透镜的直径来标记d2；

满足关系式为：

d1∶f1＝d2∶f2，或

d1*f2＝d2*f1

且d1＞d2。

实际实现中，d1越大，接收自然光的照射面越大，汇聚的太阳光也就越多，同时价格会越高。d2的大小与进行光导传输的光纤或光缆104的有效传输截面相关。选择时保证经过凸透镜103折射射出的光线全部射入光纤或光缆104内的光导元件中。由于光纤具有可弯曲、光导传输效率高的特点，一种实现方案是采用多根光纤形成的光纤电缆进行传输，可以在传输过程中使光纤线缆按需要的角度和形状布线，有利于光的传输。

图2是采用光反射曲面与凸透镜等实现自然光收集器的另一种实现的系统框图。在该实现中，采用光反射曲面201收集和汇聚自然光202，通常采用抛物线曲面。光反射曲面201是在硬材料如金属铁构成的抛物曲面内表面覆盖可见光全反射薄膜或镶嵌全反射玻璃材料制成，可以采用3M^TM Scotchlite^TM“视觉丽”反光材料。根据光学原理，全反射抛物曲面有一个光学焦点206，照射到光反射曲面201的平行光线将汇聚到光学焦点206。然后再使用一个凸透镜203接收汇聚的光，为了使经过凸透镜203的光线成为汇聚的平行光207，需要将凸透镜203的焦点与光反射曲面201的光学焦点重合，光学轴线重合，如图中的焦点206处。然后将从凸透镜203射出的平行光207导入一束光纤或光缆204中进行传输，由于入射光线为平行光线，直射入光导传输的光纤或光缆204中，可以保证在光纤或光缆204中的管壁上实现完全全反射，提高传输效率，同时从光纤或光缆204射出的光线205就是经过汇聚收集和传输得到的一束高亮度光。凸透镜203的焦距、光学面大小与光反射曲面201的光学焦点、光学面大小选择满足如下条件：

光反射曲面201采用圆形全反射抛物曲面；

凸透镜203采用圆形凸透镜；

凸透镜203光学轴线和光反射曲面201光学轴线重合；

设定光反射曲面201最大开口面距离光学焦点的距离为f1，光学面大小用最大开口的直径来标记d1；

设定凸透镜203的焦距为f2，光学面大小用凸透镜的直径来标记d2；

满足关系式为：

d1∶f1＝d2∶f2，或

d1*f2＝d2*f1

且d1＞d2。

实际实现中，d1越大，接收自然光的照射面越大，汇聚的太阳光也就越多，同时价格会越高。d2的大小与进行光导传输的光纤或光缆204的有效传输截面相关。选择时保证经过凸透镜203折射射出的光线全部射入光纤或光缆204内的光导元件中。由于光纤具有可弯曲、光导传输效率高的特点，一种实现方案是采用多根光纤形成的光纤电缆进行传输，可以在传输过程中使光纤线缆按需要的角度和形状布线，有利于光的传输。

图3是采用光反射曲面组合实现自然光收集器的另一种实现的系统框图。在该实现中，采用光反射曲面301收集和汇聚自然光302，通常采用抛物线曲面。光反射曲面301是在硬材料如金属铁构成的抛物曲面内表面覆盖可见光全反射薄膜或镶嵌全反射玻璃材料制成，可以采用3M^TM Scotchlite^TM“视觉丽”反光材料。根据光学原理，全反射抛物曲面有一个光学焦点306，照射到光反射曲面301的平行光线将汇聚到光学焦点306。然后再使用另一个光反射曲面303接收汇聚的光，光反射曲面303是在硬材料如金属铁构成的抛物曲面内表面覆盖可见光全反射薄膜或镶嵌全反射玻璃材料制成，为了使经过光反射曲面303反射的光线成为汇聚的平行光307，需要将光反射曲面303的光学焦点与光反射曲面201的光学焦点重合，光学轴线重合，如图中的焦点306处。然后将从光反射曲面303反射出的平行光307导入一束光纤或光缆304中进行传输，由于入射光线为平行光线，直射入光导传输的光纤或光缆304中，可以保证在光纤或光缆304中的管壁上实现完全全反射，提高传输效率，同时从光纤或光缆304射出的光线305就是经过汇聚收集和传输得到的一束高亮度光。光反射曲面303的光学焦点、光学面大小与光反射曲面301的光学焦点、光学面大小选择满足如下条件：

光反射曲面301采用圆形全反射抛物曲面；

光反射曲面303采用圆形全反射抛物曲面；

光反射曲面303光学轴线和光反射曲面301光学轴线重合；

设定光反射曲面301最大开口面距离光学焦点的距离为f1，光学面大小用最大开口的直径来标记d1；

设定光反射曲面303最大开口面距离光学焦点的距离为f2，光学面大小用最大开口的直径来标记d2；

满足关系式为：

d1∶f1＝d2∶f2，或

d1*f2＝d2*f1

且d1＞d2。

实际实现中，d1越大，接收自然光的照射面越大，汇聚的太阳光也就越多，同时价格会越高。d2的大小与进行光导传输的光纤或光缆304的有效传输截面相关。选择时保证经过光反射曲面303反射射出的光线全部射入光纤或光缆304内的光导元件中。由于光纤具有可弯曲、光导传输效率高的特点，一种实现方案是采用多根光纤形成的光纤电缆进行传输，可以在传输过程中使光纤线缆按需要的角度和形状布线，有利于光的传输。

图4是采用光学元件将汇聚的一束光线变成线光源、点光源或平行面光源的实现示意图。在图4(A)中，来自自然光收集器的汇聚光401射入一个凹透镜402，根据光学原理，通过凹透镜402折射出的光线向外散射出去形成一个线光源或面光源。在图4(B)中，来自自然光收集器的汇聚光401射入一个凸透镜404，根据光学原理，通过凸透镜404折射出的光线汇聚到凸透镜404的光学焦点405形成点光源。在图4(C)中，来自自然光收集器的汇聚光401射入一个凸透镜406，穿过凸透镜406的光线再射入第二个凸透镜407，并使凸透镜406与凸透镜407的光学焦点重合在位置408且凸透镜406的焦距小于凸透镜407的焦距，而且凸透镜406的光学面小于凸透镜406的光学面，相互之间满足如下关系：

凸透镜406和凸透镜407都采用圆形凸透镜；

凸透镜406和凸透镜407光学轴线重合；

设定凸透镜406的焦距为f1，光学面大小用凸透镜的直径来标记d1；

设定凸透镜407的焦距为f2，光学面大小用凸透镜的直径来标记d2；

满足关系式为：

d1∶f1＝d2∶f2，或

d1*f2＝d2*f1

且d1＜d2。

根据光学原理，如图示可以看出，经过凸透镜407折射射出的光为照射面扩大的平行光线的光源。

图5是采用自然光收集器实现照明的实现原理示意图。采用自然光进行照明的光学实例500，自然光501先照射到红外光过滤薄膜502上，经过红外光过滤薄膜502过滤掉大部分具有热效应的热红外光，减少后面光学元件的温度变化，可以采用3M的晶锐膜(3M Cystalline)。然后将已过滤掉红外光谱的光线射入凸透镜503，从凸透镜503折射出的光线射入凸透镜505，然后将凸透镜505折射出的光线射入多束光纤507构成的光缆506中，经过一段距离的光学传输后传递到凹透镜508中，通过凹透镜508的折射输出光线提供环境照明的光源509。在本实例中，红外光过滤薄膜502、凸透镜503、凸透镜505和光缆506构成自然光收集器，红外光过滤薄膜502、凸透镜503、凸透镜505和光缆506的一部分封装在一个硬质材料如金属或硬塑料构成的结构体504中。凸透镜503与凸透镜505的光学参数选择参照前面的图1的参数选择要求。

图6是增加太阳光随动系统的自然光收集器原理示意图。这样的系统在大型太阳能电池系统、太阳能采暖系统等中经常使用，用于保证太阳光接收面总是对准太阳。采用本发明所述自然光收集器602连接在一个太阳光随动控制系统603上，当太阳601相对于地球旋转一个角度时，造成太阳光线不能直射自然光收集器602的光接收面，此时太阳光随动控制系统603检测到这样的角度差异后将转动相同的角度，使太阳光线直射自然光收集器602的光接收面，实现最大的光接收效率。自然光收集器602接收的光经过光导元件604进行传输。

由于目前电子系统的光源通常是由电子系统内部的电发光光源提供，为了使电子系统在自然光充足条件下使用自然光作为光源，在自然光不够时使用内部电发光光源作为光源，需要将两种光源通过光学方式进行整合。图7是采用自然光收集器提供光源与电子系统内部原有光源整合的实现原理示意图。在该实现实例中，来自上述自然光收集器的光线可以经过光纤或光缆传输引入电子系统内部作为自然光光源的光线701以45度入射角照射到由光学全反射面构成的反射壁702上，经过反射，以135度出射角射出照射到用于光线混合的凸透镜706上，由凸透镜706的折射输出光707；同时来自电子系统内部电发光光源705的光线经过全反射光学曲面704的反射成为一束准直光线以45度入射角照射到由光学全反射面构成的反射壁703上，经过反射，以135度出射角射出照射到用于光线混合的凸透镜706上，由凸透镜706的折射输出光707。经过这样的光学处理，两种光源的光混合成为一束光线作为电子系统内部的光源。当自然光充足时，可以关闭电子系统内部电发光光源705，仍然保证电子系统的工作，极大地降低了能源消耗。在自然光不充足时，如夜间，可以开启电子系统内部电发光光源705，保证电子系统继续按原来的方式运行。当全反射光学曲面704为抛物曲面时，通常电子系统内部电发光光源705位于全反射光学曲面704的光学焦点处以获得最大光学反射效果。

专利号为97193360.X题为“LCD投影器用的偏振照明系统”的专利公开文件披露了将多种光源汇聚为单一光源的方法，该专利申请已经“公布后撤回”，作为公知技术，其公开的“将两束准直光束从空间进行积分的物品”方案作为本文进行两束光汇聚为一束光的实现方案进行引用。图8是采用自然光收集器提供光源与电子系统内部原有光源整合的另一个实现原理示意图。在这个实现当中，采用引用专利申请公告中所述的空间积分器元件把采用自然光收集器提供光源与电子系统内部原有光源整合形成一个单一光源。来自上述自然光收集器的光线可以经过光纤或光缆传输引入电子系统内部作为自然光光源的光线701射入空间积分器元件801，同时电子系统内部原有光源705的光线经过全反射光学曲面704的反射成为一束准直光线射入空间积分器元件801，然后经过正圆柱形菲涅耳透镜804和负的圆柱形透镜802变成混合的准直光源作为电子系统的光源803。经过这样的光学处理，两种光源的光混合成为一束光线作为电子系统内部的光源。当自然光充足时，可以关闭电子系统内部电发光光源705，仍然保证电子系统的工作，极大地降低了能源消耗。在自然光不充足时，如夜间，可以开启电子系统内部电发光光源705，保证电子系统继续按原来的方式运行。当全反射光学曲面704为抛物曲面时，通常电子系统内部电发光光源705位于全反射光学曲面704的光学焦点处以获得最大光学反射效果。

Claims

1.一种自然光收集器，包括：

一个采用透镜汇聚自然光的第一光学元件；

一个采用透镜准直第一光学元件所汇聚的光线的第二光学元件；

一个传输第二光学元件所透射光的第三光学元件。

2.根据权利要求1所述的自然光收集器，其特征是

所述第一光学元件与第二光学元件并排放置，第三光学元件与第二光学元件光学连接；

所述第一光学元件与第二光学元件的光学轴线重合，光学焦点位置重叠，且第一光学元件的光学面比第二光学元件的光学面大得多；

所述第三光学元件采用光纤或光缆。

3.一种自然光收集器，包括：

一个采用反射曲面反射汇聚自然光的第一光学元件；

一个采用反射曲面准直第一光学元件所汇聚的光线的第二光学元件；

一个传输第二光学元件所反射光的第三光学元件。

4.根据权利要求3所述的自然光收集器，其特征是

所述第一光学元件与第二光学元件的光学面相对放置，第三光学元件与第二光学元件光学连接；

所述第三光学元件采用光纤或光缆。

5.一种自然光收集器，包括：

一个采用反射曲面反射汇聚自然光的第一光学元件；

一个传输第二光学元件所透射光的第三光学元件。

6.根据权利要求5所述的自然光收集器，其特征是

所述第三光学元件采用光纤或光缆。

7.一种采用自然光的照明系统，包含：

过滤掉红外光线的红外光过滤第四光学元件；

光源：采用权力要求1或权力要求3或权力要求5所述的自然光收集器收集经上述红外光过滤第四光学元件过滤的自然光；

将上述光源收集到的准直光线转变为点照明或线照明或面照明的第五光学元件；

还可选择的包含将所述自然光收集器的自然光照射对准太阳的随动系统。

8.一种采用自然光的电子系统光源装置，包括：

过滤掉红外光线的红外光过滤第四光学元件；

9.根据权利要求8所述的电子系统光源装置，其特征是所述第五光学元件将光线引入到电子系统中，作为电子系统的光源。

10.根据权利要求8或权利要求9所述的电子系统光源装置，其特征是包含采用自然光收集器的电子系统光源装置中也包含原有的电驱动发光光源，当自然光充足时，以自然光收集器收集的光为主要光源；当自然光暗淡时，以原有的电驱动发光光源为主要光源。