CN105090878A - 具有光强调控功能的太阳能照明系统 - Google Patents

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Abstract

一种具有光强调控功能的太阳能照明系统，包括集光器及第一至第三反射光偏振器。该集光器用于收集太阳光。该第一反射光偏振器用于将该集光器收集的太阳光分为TE偏振光和TM偏振光，该TE偏振光被该第一反射光偏振器反射，该TM偏振光穿过该第一反射光偏振器，该TE偏振光的偏振方向垂直于该TM偏振光的偏振方向。该第二反射光偏振器位于穿过该第一反射光偏振器的TM偏振光的光路上，用于旋转以调整该TM偏振光的光强。该第三反射光偏振器位于被该第一反射光偏振器反射的TE偏振光的光路上，用于旋转以调整该TE偏振光的光强。

Description

具有光强调控功能的太阳能照明系统
技术领域
本发明涉及照明技术，特别涉及一种太阳能照明系统。
背景技术
随着绿色能源技术的发展，已经出现了利用太阳能来直接照明建筑物内部的技术。典型的太阳能照明系统包括收集太阳光的集光器以及将收集的太阳光导向建筑物内部以供照明的导光系统。然而，传统的太阳能照明系统无法调整光照的强度。
发明内容
有鉴于此，有必要发明一种具有光强调控功能的太阳能照明系统。
一种具有光强调控功能的太阳能照明系统，包括集光器及第一至第三反射光偏振器。该集光器用于收集太阳光。该第一反射光偏振器用于将该集光器收集的太阳光分为TE偏振光和TM偏振光，该TE偏振光被该第一反射光偏振器反射，该TM偏振光穿过该第一反射光偏振器，该TE偏振光的偏振方向垂直于该TM偏振光的偏振方向。该第二反射光偏振器位于穿过该第一反射光偏振器的TM偏振光的光路上，用于旋转以调整该TM偏振光的光强。该第三反射光偏振器位于被该第一反射光偏振器反射的TE偏振光的光路上，用于旋转以调整该TE偏振光的光强。
本发明中使用了可以转动的反射光偏振器来调整穿过反射光偏振器的光线的光强，从而可以调控该太阳能照明系统的光强。
附图说明
图1是本发明实施例提供的太阳能照明系统处于第一状态的示意图。
图2是图1中的太阳能照明系统处于第二状态的示意图。
图3是图1中的太阳能照明系统的驱动装置的示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参考图1、图2，其提供了本发明一实施方式的太阳能照明系统100。该太阳能照明系统100包括集光器10、第一反射光偏振器20、第二反射光偏振器30、光反射器40、第三反射光偏振器50、驱动装置60、控制器70和光探测器80。
集光器10包括用于聚光的透镜系统。在本实施方式中，集光器10包括第一凸透镜102和第二凸透镜104。第一凸透镜102和第二凸透镜104具有共同的焦点。第一凸透镜102用于将光聚焦到焦点，第二凸透镜104用于将聚焦的光转化为平行光。
第一反射光偏振器20用于将平行光分为TE偏振光和TM偏振光，TE偏振光被第一反射光偏振器20反射，而TM偏振光穿过第一反射光偏振器20。TE偏振光与TM偏振光偏振方向垂直且光强相等。在本实施方式中，第一反射光偏振器20为线栅式偏振器，包括位于同一平面上的第一平行金属线阵列202。
第二反射光偏振器30位于穿过第一反射光偏振器20的TM偏振光的光路上，并位于驱动装置60上。第二反射光偏振器30被驱动装置60驱动旋转以调整TM偏振光的光强。在本实施方式中，第二反射光偏振器30为线栅式偏振器，包括位于同一平面上的第二平行金属线阵列302。
光反射器40位于被第一反射光偏振器20反射的TE偏振光的光路上，用于反射TE偏振光并使得TE偏振光转折90度后与TM偏振光平行。
第三反射光偏振器50位于被光反射器40反射的TE偏振光的光路上，并位于驱动装置60上。第三反射光偏振器50被驱动装置60驱动旋转以调整TE偏振光的光强。在本实施方式中，第三反射光偏振器50为线栅式偏振器，包括位于同一平面上的第三平行金属线阵列502。第二平行金属线阵列302的延伸方向即为第二反射光偏振器30的穿透方向，第三平行金属线阵列502的延伸方向即为第三反射光偏振器50的穿透方向。当光线的偏振方向和穿透方向平行时，光线可以穿过反射光偏振器，当光线的偏振方向和穿透方向垂直时，光线不能穿过反射光偏振器。在本实施方式中，第二平行金属线阵列302的延伸方向与第三平行金属线阵列502的延伸方向垂直。
请一并参考图3，驱动装置60包括马达602、主动齿轮604、第一从动齿轮606、第二从动齿轮608。马达602连接到主动齿轮604并驱动主动齿轮504。第一从动齿轮606和第二从动齿轮608分别位于主动齿轮604的相对两侧并分别与主动齿轮604啮合，从而可被主动齿轮604驱动同时转动。第二反射光偏振器30位于第一从动齿轮606上，第三反射光偏振器50位于第二从动齿轮608上。第二反射光偏振器30和第三反射光偏振器50可以被驱动旋转使得入射到其上的偏振光的偏振方向与其本身的穿透方向之间形成夹角θ。设TM偏振光及TE偏振光在未穿透第二、第三反射光偏振器30、50之前的光强分别为I，穿透之后的光强分别为I0，则I0=I×cos(θ)2。由于TM偏振光与TE偏振光的偏振方向垂直，而第二平行金属线阵列302的延伸方向与第三平行金属线阵列502的延伸方向垂直，因此TM偏振光的偏振方向与第二反射光偏振器30的穿透方向间的夹角和TE偏振光与第三反射光偏振器50的穿透方向间的夹角相同。
图1表示了第二反射光偏振器30的穿透方向与入射到其上的TM偏振光的偏振方向平行，而第三反射光偏振器50的穿透方向与入射到其上的TE偏振光的偏振方向平行，在这种情况下，太阳能照明系统100处于第一状态，所有入射到第二反射光偏振器30的TM偏振光都会穿过第二反射光偏振器30，所有入射到第三反射光偏振器50的TE偏振光都会穿过第三反射光偏振器50，太阳能照明系统100的光照强度最大。
图2表示了第二反射光偏振器30的穿透方向与入射到其上的TM偏振光的偏振方向垂直，而第三反射光偏振器50的穿透方向与入射到其上的TE偏振光的偏振方向垂直，在这种情况下，太阳能照明系统100处于第二状态，所有入射到第二反射光偏振器30的TM偏振光都不能穿过第二反射光偏振器30而被反射，所有入射到第三反射光偏振器50的TE偏振光都不能穿过第三反射光偏振器50而被反射，太阳能照明系统100的光照强度最小。
控制器70分别与马达602及光探测器80信号连接。光探测器80探测建筑物内部的光照强度并将探测的结果送到控制器70，控制器70根据探测的结果控制马达602转动，改变TM偏振光的偏振方向与第二反射光偏振器30的穿透方向间的夹角和TE偏振光与第三反射光偏振器50的穿透方向间的夹角，从而改变穿过第二反射光偏振器30和第三发射光偏振器50的光线的强度。具体的，如果探测到的建筑物内部的光照强度小于一预定光强，则控制器70就会控制马达602转动使得上述夹角变小；如果探测到的建筑物内部的光照强度大于该预定光强，则控制器70就会控制马达602转动使得上述夹角变大；如果探测到的建筑物内部的光照强度等于该预定光强，或者虽然探测到的建筑物内部的光照强度小于该预定光强但太阳能照明系统已经处于第一状态，或者虽然探测到的建筑物的内部光照强度大于该预定光强但太阳能照明系统已经处于第二状态，则控制器70控制马达602不转动。穿过第二反射光偏振器30和第三发射光偏振器50的光线被用于建筑物内部照明。从而，本发明的太阳能照明系统100可根据光探测器80的探测结果改变建筑物内部的光照强度。
总之，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种具有光强调控功能的太阳能照明系统，包括：
集光器，该集光器用于收集太阳光；
第一反射光偏振器，该第一反射光偏振器用于将该集光器收集的太阳光分为TE偏振光和TM偏振光，该TE偏振光被该第一反射光偏振器反射，该TM偏振光穿过该第一反射光偏振器，该TE偏振光的偏振方向垂直于该TM偏振光的偏振方向；
第二反射光偏振器，该第二反射光偏振器位于穿过该第一反射光偏振器的TM偏振光的光路上，用于旋转以调整该TM偏振光的光强；及
第三反射光偏振器，该第三反射光偏振器位于被该第一反射光偏振器反射的TE偏振光的光路上，用于旋转以调整该TE偏振光的光强。
2.如权利要求1所述的太阳能照明系统，其特征在于：该集光器包括第一凸透镜和第二凸透镜，该第一凸透镜的焦点和该第二凸透镜的焦点重合，该第一凸透镜用于将太阳光聚焦到该焦点，该第二凸透镜用于改变该聚焦的太阳光为平行光，该第一反射光偏振器位于该平行光的光路上。
3.如权利要求1所述的太阳能照明系统，其特征在于：该第一反射光偏振器为线栅式偏振器并且包括位于同一平面上的第一平行金属线阵列；该第二反射光偏振器为线栅式偏振器并且包括位于同一平面上的第二平行金属线阵列；该第三反射光偏振器为线栅式偏振器并且包括位于同一平面上的第三平行金属线阵列。
4.如权利要求3所述的太阳能照明系统，其特征在于：还包括反射器，该反射器用于反射被该第一反射光偏振器反射的TE偏振光至该第三反射光偏振器并使得该TE偏振光与该TM偏振光平行。
5.如权利要求4所述的太阳能照明系统，其特征在于：该第二平行金属线阵列的延伸方向垂直于该第三平行金属线阵列的延伸方向。
6.如权利要求1所述的太阳能照明系统，其特征在于：还包括驱动装置，该驱动装置用于驱动第二反射光偏振器和第三反射光偏振器同时旋转以调整入射到该第二反射光偏振器上的TM偏振光和入射到该第三反射光偏振器上的TE偏振光的光强。
7.如权利要求6所述的太阳能照明系统，其特征在于：该驱动装置包括马达、主动齿轮、第一被动齿轮和第二被动齿轮，马达驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动第一被动齿轮和第二被动齿轮同时转动，第一被动齿轮带动第二反射光偏振器转动，第二被动齿轮带动第三反射光偏振器转动。
8.如权利要求7所述的所述的太阳能照明系统，其特征在于：设入射到第二反射光偏振器的TM偏振光和入射到第三反射光偏振器的TE偏振光的光强分别为I，穿过第二反射光偏振器的TM偏振光和穿过第三反射光偏振器的TE偏振光的光强分别为I0，则有I0=I×cos(θ)2，其中θ分别代表入射到第二反射光偏振器的TM偏振光与第二反射光偏振器的穿透方向间的夹角、和入射到第三反射光偏振器的TE偏振光与第三反射光偏振器的穿透方向的夹角。
9.如权利要求8所述的所述的太阳能照明系统，其特征在于：该太阳能照明系统包括第一状态和第二状态；在第一状态下，第二反射光偏振器的穿透方向与入射到其上的TM偏振光的偏振方向平行，第三反射光偏振器的穿透方向与入射到其上的TE偏振光的偏振方向平行，所有入射到第二反射光偏振器的TM偏振光穿过第二反射光偏振器，所有入射到第三反射光偏振器的TE偏振光穿过第三反射光偏振器；在第二状态下，第二反射光偏振器的穿透方向与入射到其上的TM偏振光的偏振方向垂直，第三反射光偏振器的穿透方向与入射到其上的TE偏振光的偏振方向垂直，所有入射到第二反射光偏振器的TM偏振光都被反射，所有入射到第三反射光偏振器的TE偏振光都被反射。
10.如权利要求8所述的所述的太阳能照明系统，其特征在于：还包括控制器和光探测器，光探测器探测建筑物内部的光强，控制器根据该光强值控制马达改变夹角θ的值以改变穿过第二反射光偏振器的TM偏振光和穿过第三反射光偏振器的TE偏振光的光强。
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