專利名稱：靜態(tài)光束采集和光束聚合及發(fā)散的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜態(tài)光束采集和光束聚合及發(fā)散的方法及裝置，特別是一 種非跟蹤光束的采集和光束被層層疊加聚合的方法及裝置，還特別的是一種光 束被層層發(fā)散的方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，太陽(yáng)光能量極大、覆蓋范圍極廣，取之不盡用之不竭的光源， 但同時(shí)，太陽(yáng)光相對(duì)于任意固定的點(diǎn)是周期性移動(dòng)的。針對(duì)這種能量大、范圍 廣，但周期性移動(dòng)的光束，在現(xiàn)實(shí)中的樓宇建筑、隧道、地下室、水面艦船、 航空器、海島、高山、雪山等領(lǐng)域和地區(qū)就因?yàn)槿鄙倌軌蜥娂途酆咸?yáng)光的
裝置，照射到這些物體表面的太陽(yáng)光很多未被利用；篝火和火把發(fā)出的光是不 規(guī)則移動(dòng)的，是微弱的，但野外沒油沒電而停駛的汽車，外海沒油沒電而拋錨 的艦船，孤島上沒電的手機(jī)，就因?yàn)槿鄙倮皿艋鸷突鸢训墓饽苎b置，而不能 發(fā)出求救的信號(hào)；被人工控制的探照燈可以照射到幾公里，就因?yàn)槿鄙侔烟秸?燈光束采集并且聚合的裝置，而不能照射到幾十公里，甚至幾百公里；2008年 初發(fā)生在中國(guó)一些地方的凍雨，就因?yàn)槿鄙侔哑胀姽庠窗l(fā)出的光束采集并且 聚合的裝置而不能把高強(qiáng)度光束直接照射到冰雪使之融化，不得不依靠人們冒 著生命危險(xiǎn)爬上高壓鐵塔手工敲碎冰雪；
節(jié)能環(huán)保越來(lái)越被人們所關(guān)注，采集光束再配合發(fā)電裝置被證明是十分節(jié) 能環(huán)保的，但自然界太陽(yáng)光的光照強(qiáng)度不髙和周期性移動(dòng)特性，大大的增加了 一些現(xiàn)行的采集光束裝置的成本；就因?yàn)槿鄙偬?yáng)光采集和聚合裝置，使得照 射到單位面積的太陽(yáng)能電池板上的太陽(yáng)光強(qiáng)度不夠?qū)е掳l(fā)電效率不夠高，再者， 那些跟蹤太陽(yáng)光的裝置本身還要消耗寶貴的電能用以跟蹤太陽(yáng)光，再加上跟蹤 裝置的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)維護(hù)成本、太陽(yáng)能電池板的光斑效應(yīng)等因素，使得這類太陽(yáng)光 發(fā)電裝置的發(fā)電成本比較的高。
在照明方面，各種電光源，如金鹵燈，日光燈，節(jié)能燈，無(wú)極燈等電光源 的顯色性越來(lái)越髙，但它們只是接近太陽(yáng)光，而采集并且聚合后的太陽(yáng)光，在 配套照明裝置后的光照環(huán)境顯而易見，比各種電光源更加環(huán)保。
在臨床醫(yī)學(xué)上用的"光刀"就因?yàn)槿鄙俜稚⒖刂聘邚?qiáng)度光束的裝置而難以推廣。
以及電光源刺眼的眩光問(wèn)題，在一些領(lǐng)域也仍然存在。 因此進(jìn)一步開發(fā)一種靜態(tài)光束采集和光束聚合及發(fā)散的方法及裝置對(duì)于開 發(fā)利用周期性移動(dòng)的光束、非周期性移動(dòng)的光束、非移動(dòng)光束，加以采集并以 "層層疊加"方式疊加聚合得到多種加強(qiáng)了強(qiáng)度的光束的裝置，對(duì)實(shí)現(xiàn)多種不 同領(lǐng)域的需要，還有對(duì)分散利用高強(qiáng)度光束的領(lǐng)域，具有十分巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)周期性移動(dòng)的光束、非周期性移動(dòng)的光 束、非移動(dòng)光束的采集，提出一種靜態(tài)的，非跟蹤光束的光束采集，縮小光照 截面積和聚合光能的方法及裝置；本發(fā)明的目的還在于提供一種針對(duì)高強(qiáng)度 光束，提出一種擴(kuò)大光照截面積和發(fā)散光能的方法及裝置。
該靜態(tài)光束采集和光束聚合方法是把"若千個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)的、不同朝向的凸 透鏡"組成一組，而且讓這些凸透鏡在被采集光束的任意時(shí)刻，都會(huì)有光束進(jìn) 入這個(gè)組中至少一個(gè)凸透鏡，若干個(gè)這樣的組所采集的若干束弱光通過(guò)若干次 導(dǎo)光管的傳輸和透鏡組的多層次的疊加聚合而得到一束強(qiáng)光束的方法。
該靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置是該裝置主要由采光部分、疊加聚光部 分、輸出部分、最終輸出部分組成。所述釆光部分包括陣列形式的周期采光 單位組Cm;所述周期采光單位組Cm是包括m(nFl,2,3…N的自然數(shù))個(gè)結(jié)構(gòu)相 同的周期采光單位C1;所述周期采光單位Cl是包括采光單元組Bm、初級(jí)聚光 輸出導(dǎo)光管組7、聚光部分8;所述采光單元組Bm包括m (df1，2，3…N的自然
數(shù))個(gè)結(jié)構(gòu)相同的采光單元B1;所述采光單元B1包括采光凸透鏡A1、采光 導(dǎo)光管組Dm、初級(jí)聚光透鏡組5、初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6;采光導(dǎo)光管組Dm包 括m (1^1，2，3...N的自然數(shù))個(gè)采光導(dǎo)光管4;所述初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管組7 是包括m (m=l， 2， 3...N的自然數(shù))個(gè)初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6;所述聚光部分8包 括聚光透鏡組9、聚光輸出導(dǎo)光管10;所述疊加聚光部分包括第l次疊加 聚光單位El、第2次疊加聚光單位E2、第n次疊加聚光單位En (n=l， 2， 3...N 自然數(shù))；所述第1次疊加聚光單位El包括聚光輸出導(dǎo)光管組11、第1次疊 加聚光透鏡組Fl、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl;所述聚光輸出導(dǎo)光管組11 包括m (m=l，2，3...N的自然數(shù))個(gè)聚光輸出導(dǎo)光管10;第2次疊加聚光單位 E2包括第l次疊加輸出導(dǎo)光管組Glm、第2次疊加聚光透鏡組F2、第2次疊 加輸出導(dǎo)光管G2;所述第1次疊加輸出導(dǎo)光管組Glm包括m (m=l， 2， 3...N的 自然數(shù))個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl;第n次疊加聚光單位En包括:第(n-1) 次疊加輸出導(dǎo)光管組G (n-l) m、第n次疊加聚光透鏡組Fn、第n次疊加輸出 導(dǎo)光管Gn;所述第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管組G(n-l)m包括m (m=l， 2， 3...N 的自然數(shù))個(gè)第(n-l)次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G( n-l);所述輸出部分是包括 初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管組7、聚光輸出導(dǎo)光管組11、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管 組Glm、第2次疊加輸出導(dǎo)光管組G2m、第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管G (n-1) m; 所述最終輸出部分包括第n次疊加輸出導(dǎo)光管Gn;其特征還在于裝置的各 部分依次連接在支架15上；各輸出部分的輸出端都朝向?qū)?透鏡組的第一個(gè)凸 透鏡。當(dāng)光束入射采光單元時(shí)，首先是經(jīng)過(guò)凸透鏡的聚光作用光線聚焦入射到 位于凸透鏡的后焦點(diǎn)附近的采光導(dǎo)光管組，然后被采光導(dǎo)光管組改變方向后入 射初級(jí)聚光透鏡組，光束經(jīng)過(guò)初級(jí)聚光透鏡組的第一個(gè)凸透鏡的后焦點(diǎn)后入射第二個(gè)透鏡，然后再以平行光的方式入射初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管。
當(dāng)光束經(jīng)過(guò)周期采光單位時(shí)，任意時(shí)刻的移動(dòng)光束會(huì)入射周期采光單位的m 個(gè)(nFl，2，3.,.N的自然數(shù))采光凸透鏡的l個(gè)或多個(gè)，經(jīng)過(guò)所入射的采光單元 后被初步聚合到對(duì)應(yīng)的初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管，經(jīng)過(guò)初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管改變方 向后入射聚光透鏡組的第一個(gè)凸透鏡，經(jīng)過(guò)第二個(gè)透鏡后進(jìn)入聚光輸出導(dǎo)光管。 如果移動(dòng)光束是太陽(yáng)光束，那么在一年的365天的日照時(shí)間內(nèi)，任意時(shí)刻的太 陽(yáng)光束都會(huì)入射周期采光單位的m個(gè)采光凸透鏡的某1個(gè)或多個(gè)，然后在所有 周期采光單位的聚光輸出導(dǎo)光管都會(huì)存在被采集到太陽(yáng)光束。
當(dāng)光束經(jīng)過(guò)第1次疊加聚光單位的過(guò)程是任意時(shí)刻的移動(dòng)光束會(huì)同時(shí)入 射若干個(gè)各自獨(dú)立的周期采光單位，光束在它們各自的聚光輸出導(dǎo)光管中被改 變方向后入射某一個(gè)第1次疊加聚光透鏡組的第1個(gè)凸透鏡，經(jīng)過(guò)第2個(gè)透鏡 后進(jìn)入第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管，這樣一來(lái)就得到了第1次被疊加的光束。
當(dāng)光束經(jīng)過(guò)第2次疊加聚光單位的過(guò)程是若千個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo) 光管中的光束在它們各自的第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管中被改變方向后入射某 一個(gè)第2次疊加聚光透鏡組的第1個(gè)凸透鏡，經(jīng)過(guò)第2個(gè)透鏡后進(jìn)入第2次疊 加聚光輸出導(dǎo)光管，這樣一來(lái)就得到了第2次被疊加的光束。
依此進(jìn)行，當(dāng)光束經(jīng)過(guò)第n次(n-l,2，3."N的自然數(shù))疊加聚光單位的過(guò) 程是若干個(gè)第n-1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管中的光束在它們各自的第n-1次疊 加聚光輸出導(dǎo)光管中被改變方向后入射第n次疊加聚光透鏡組的第1個(gè)凸透鏡， 經(jīng)過(guò)第2個(gè)透鏡后進(jìn)入第n次疊加聚光輸出導(dǎo)光管，這樣一來(lái)就得到了第n次 被疊加的光束。
而且，光束經(jīng)過(guò)每個(gè)透鏡組后，因?yàn)榈诙€(gè)透鏡的焦距小于第一個(gè)凸透鏡， 所以其截面積都被縮小。
在不考慮損耗的情況下，如果每個(gè)周期采光單位采集的光束為1個(gè)光強(qiáng)單 位，那么m個(gè)周期采光單位的光束進(jìn)入某一個(gè)第1次疊加聚光單位的后，就可 以輸出m倍光強(qiáng)單位的光束。
當(dāng)m個(gè)各自獨(dú)立的第1次疊加聚光單位的輸出光束經(jīng)過(guò)某一個(gè)第2次疊加 聚光單位的后，就可以輸出n^m倍光強(qiáng)單位的光束。
當(dāng)m個(gè)各自獨(dú)立的第2次疊加聚光單位的輸出光束經(jīng)過(guò)某一個(gè)第3次疊加 聚光單位的后，就可以輸出111*111*111倍光強(qiáng)單位的光束。
依此進(jìn)行，當(dāng)m個(gè)各自獨(dú)立的第n-1次疊加聚光單位的輸出光束經(jīng)過(guò)第n 次疊加聚光單位En后，就可以輸出m的n次方倍光強(qiáng)單位的光束。
本發(fā)明中所述的m和n是屬于數(shù)學(xué)范疇的自然數(shù)，也就是說(shuō)本裝置可以根 據(jù)需要光強(qiáng)度的不同而選擇確定m和n的具體數(shù)值，確定疊加的層數(shù)和周期采 光單位的數(shù)量。
本發(fā)明中所述周期采光單位的m個(gè)采光凸透鏡所組成的表面形狀可以根據(jù)被采集的光束的特性而設(shè)計(jì)成不同的形狀。比如說(shuō)太陽(yáng)光要選用凸出的球冠曲 面形狀。
該光束發(fā)散方法是 一束強(qiáng)光束經(jīng)過(guò)多層次透鏡組的發(fā)散和導(dǎo)光管的傳輸 最終通過(guò)一些透鏡組發(fā)散成若干束弱光的方法。
該光束發(fā)散裝置是因?yàn)楣饴房赡?，所以與靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置 完全相同的裝置就可以作為光束發(fā)散的裝置，所不同的就是強(qiáng)光束從該裝置 的最終輸出端入射，釆光凸透鏡射出。因?yàn)橥哥R組的第二個(gè)透鏡凸透鏡的焦距 小于第一個(gè)透鏡，所以光束的截面積被擴(kuò)大了；因?yàn)閷?dǎo)光管傳送并且改變了光 束的方向，所以光束一層層的通過(guò)透鏡組， 一層層的被發(fā)散，最終從采光凸透 鏡射出，從而得到了被層層發(fā)散的減弱了強(qiáng)度的光束。
當(dāng)m的n次方倍光強(qiáng)單位的光束入射第n次疊加聚光單位En后，在每一個(gè) 周期采光單位都可以輸出1倍光強(qiáng)單位的發(fā)散的光束。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 整個(gè)裝置保持非跟蹤被采集光束的狀態(tài)。
2) 光束聚合的方法可以采集周期性移動(dòng)的光束、非周期性移動(dòng)的光束、還 可以采集不移動(dòng)的光束。
3) 光束發(fā)散的方法無(wú)論入射光束是否移動(dòng)，都可以將它發(fā)散成穩(wěn)定的光束。
4) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低廉。
5) 對(duì)使用裝置的客觀環(huán)境要求不高，適應(yīng)性強(qiáng)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。 圖l:采光單元結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡Al、采光導(dǎo)光管4、包括m (m=l, 2, 3...N的自然數(shù)) 個(gè)采光導(dǎo)光管4的采光導(dǎo)光管組Dm、初級(jí)聚光透鏡組5、初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6。 圖2:周期采光單位結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記采光單元B1、包括m (nFl，2，3…N的自然數(shù))個(gè)采光單元Bl 的采光單元組Bm、初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6、包括m (df1， 2， 3...N的自然數(shù))個(gè) 初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6的初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管組7、聚光部分8、聚光透鏡組9、 聚光輸出導(dǎo)光管10、支架15。
圖3:采集移動(dòng)光束的周期采光單位的m個(gè)正圓形采光凸透鏡的球冠面曲 面結(jié)構(gòu)正視示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡A1、包括ni(m-l,2，3…N的自然數(shù))個(gè)采光凸透鏡 Al的釆光凸透鏡組Am。
圖4:采集移動(dòng)光束的周期采光單位的m個(gè)正六邊形采光凸透鏡的球冠面曲面結(jié)構(gòu)正視示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡A1、包括111(111=1，2，3.."的自然數(shù))個(gè)采光凸透鏡 Al的采光凸透鏡組Am。
圖5:采集移動(dòng)光束的周期采光單位的m個(gè)正方形采光平面透鏡的球冠面
曲面結(jié)構(gòu)正視示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡A1、包括m (111=1，2，3..^的自然數(shù))個(gè)采光平面透 鏡Al的采光平面透鏡組Am。
圖6:采集非移動(dòng)平行光束的周期采光單位的m個(gè)正方形采光平面透鏡的 平面結(jié)構(gòu)正視示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡A1、包括m (nFl，2，3…N的自然數(shù))個(gè)采光平面透 鏡Al的采光平面透鏡組Am。
如圖7采集移動(dòng)光束的周期采光單位的m個(gè)正圓形采光凸透鏡的半球冠曲 面結(jié)構(gòu)頂視示意圖
附圖標(biāo)記采光凸透鏡A1、包括m (nFl,2, 3...N的自然數(shù))個(gè)采光凸透鏡 Al的采光凸透鏡組Am。
圖8:透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記前面的凸透鏡20、后面的是凸透鏡21。 圖9:第1次疊加聚光單位結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記周期采光單位C1、包括m(m-l,2，3…N的自然數(shù))個(gè)周期采光 單位Cl的周期采光單位Cm、聚光輸出導(dǎo)光管10、包括m (m=l， 2， 3...N的自然 數(shù))個(gè)聚光輸出導(dǎo)光管10的聚光輸出導(dǎo)光管組11、第1次疊加聚光透鏡組F1、 凸透鏡20、凸透鏡21、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G1。
圖10:本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記周期采光單位Cl、第1次疊加聚光單位El、第1次疊加聚光 透鏡組F1、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G1、第l次疊加輸出導(dǎo)光管組Glm、第 2次疊加聚光單位E2、第2次疊加聚光透鏡組F2、第2次疊加聚光輸出導(dǎo)光管 G2、第2次疊加輸出導(dǎo)光管組G2m、第3次疊加聚光單位E3、第(n-l)次 (n=l，2,3...N自然數(shù))疊加聚光單位E (n-1)、第(n-1)次疊加聚光輸出導(dǎo)光 管G (n-l)、第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管組G (n-1) m、第n次疊加聚光單位 En (n=l，2，3...N自然數(shù))、第n次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gn。
圖11 : 一個(gè)采集太陽(yáng)光的整體結(jié)構(gòu)示意圖
附圖標(biāo)記12個(gè)周期采光單位C1、 12個(gè)聚光輸出導(dǎo)光管10、 4個(gè)第1次 疊加聚光單位El、 4個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl、 2個(gè)第2次疊加聚光單 位E2、 2個(gè)第2次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G2、 1個(gè)第3次疊加聚光單位E3、 l個(gè) 第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一:一個(gè)靜態(tài)太陽(yáng)光光束采集和光束聚合裝置結(jié)構(gòu)如圖ll,此時(shí)采 光部分采用周期性采光結(jié)構(gòu)的凸透鏡組的裝置，每個(gè)周期性采光單位C1的凸透 鏡組Am所形成的陣列曲面是如圖3結(jié)構(gòu)的凸出的類似老式雷達(dá)的球冠面，這個(gè) 曲面是對(duì)應(yīng)太陽(yáng)光在365天里移動(dòng)的經(jīng)緯度而確定的，要保證在太陽(yáng)光的任意 時(shí)刻都能夠入射一個(gè)或多個(gè)凸透鏡。每個(gè)采光凸透鏡組Am也可以是如圖5的平 面透鏡曲面，還可以是如圖4的六邊形凸透鏡組成的曲面。該裝置包括12個(gè)周 期性采光單位Cl、 4個(gè)第1次疊加聚光單位El、 2個(gè)第2次疊加聚光單位E2、 1 個(gè)第3次疊加聚光單位E3、 1個(gè)第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3;當(dāng)太陽(yáng)光入射 12個(gè)周期性采光單位Cl時(shí)，被聚光的光束進(jìn)入12根聚光輸出導(dǎo)光管10，被分 組進(jìn)入4個(gè)第1次疊加聚光單位El，被第1次疊加聚光后進(jìn)入4根第1次疊加 聚光輸出導(dǎo)光管Gl,再被分組進(jìn)入2個(gè)第2次疊加聚光單位E2，被第2次疊加 聚光后進(jìn)入2根第2次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G2，然后一同進(jìn)入第3次疊加聚光 單位E3，被第3次疊加聚光后從第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射出。因此，入 射12個(gè)周期性采光單位Cl的光被3次疊加到原來(lái)光強(qiáng)的12倍，而且光束的橫 截面縮小到小于原來(lái)的1/12，從第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射出。
實(shí)施例二 一個(gè)靜態(tài)篝火、火把的光束采集和光束聚合裝置結(jié)構(gòu)如圖ll， 此時(shí)采光部分釆用非周期性采光結(jié)構(gòu)的凸透鏡組的裝置，每個(gè)周期性采光單位 Cl的凸透鏡組Am所形成的曲面是完整的半球面如圖7，這個(gè)曲面是對(duì)應(yīng)無(wú)規(guī)律 移動(dòng)的光束，要保證在任意時(shí)刻都有入射每個(gè)凸透鏡組Am的一個(gè)或多個(gè)凸透鏡。 當(dāng)篝火、火把的光束同時(shí)進(jìn)入12個(gè)周期性采光單位Cl時(shí)，經(jīng)過(guò)與實(shí)施例一相 同的過(guò)程，被3次聚光后從第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射出。因此，篝火、 火把的光束入射12個(gè)周期性采光單位Cl被三次疊加到原來(lái)光強(qiáng)的12倍，而且 光束的橫截面縮小到小于原來(lái)的1/12，從第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射出。
實(shí)施例三 一個(gè)靜態(tài)探照燈光束采集和光束聚合裝置結(jié)構(gòu)如圖11，此時(shí) 采光部分采用非移動(dòng)光束透鏡組結(jié)構(gòu)，每個(gè)周期性采光單位Cl的凸透鏡組Am 組成平面，這個(gè)平面是對(duì)應(yīng)非移動(dòng)的平行光束，要保證在任意都入射凸透鏡組 Am的全部透鏡。每個(gè)采光凸透鏡組Am也可以是如圖6平面透鏡平面。當(dāng)12個(gè) 探照燈的光束分別進(jìn)入該12個(gè)這樣的周期性采光單位Cl時(shí)，經(jīng)過(guò)與實(shí)施例一 相同的過(guò)程，被3次聚光后從第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射出。因此，12個(gè) 探照燈的光束，入射12個(gè)這樣的周期性采光單位Cl后，被三次疊加到一個(gè)探 照燈光強(qiáng)的12倍，而且光束的橫截面縮小到小于原來(lái)的1/12，從第3次疊加聚 光輸出導(dǎo)光管G3射出。
實(shí)施例四冠面光束發(fā)散裝置與實(shí)施例一完全相同的裝置，當(dāng)強(qiáng)光束從 第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射入，經(jīng)過(guò)第3次疊加聚光單位E3后，被分散 到2根第2次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G2中，分別進(jìn)入2個(gè)第2次疊加聚光單位E2，被分散到4根第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl中，再分別進(jìn)入4個(gè)第1次疊加聚 光單位El，被分散到12根聚光輸出導(dǎo)光管10中，分別進(jìn)入12個(gè)周期性采光單 位C1，最后被分散到若干個(gè)采光導(dǎo)光'管4中，再經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的采光凸透鏡發(fā)散出 來(lái)。因此，入射的光被發(fā)散入射到每個(gè)周期性采光單位Cl時(shí)的光強(qiáng)為入射光強(qiáng) 的1/12倍，最后經(jīng)過(guò)采光凸透鏡A1的發(fā)散光束更弱。而發(fā)散范圍將是類似老 式雷達(dá)的球冠面如圖3向空間擴(kuò)散。
實(shí)施例五半球光束發(fā)散裝置與實(shí)施例二完全相同的裝置，當(dāng)強(qiáng)光束從 第3次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射入，經(jīng)過(guò)實(shí)施例四相同的過(guò)程后，最后被分散 到若干個(gè)采光導(dǎo)光管4中，再經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的采光凸透鏡發(fā)散出來(lái)。因此，入射的 光被發(fā)散入射到每個(gè)周期性采光單位Cl時(shí)的光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的1/12倍，最后 經(jīng)過(guò)采光凸透鏡Al的發(fā)散光束更弱。而發(fā)散范圍將是半球冠面如圖7向空間擴(kuò) 散。
實(shí)施例六平面光束發(fā)散裝置與實(shí)施例三完全相同的裝置，當(dāng)強(qiáng)光束從
第三次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G3射入，經(jīng)過(guò)實(shí)施例四相同的過(guò)程后，最后被分散 到若干個(gè)采光導(dǎo)光管4中，再經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的釆光凸透鏡發(fā)散出來(lái)。因此，入射的 光被發(fā)散入射到每個(gè)周期性采光單位Cl時(shí)的光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的1/12倍，最后 經(jīng)過(guò)凸透鏡平面向四周空間擴(kuò)散；如果最后經(jīng)過(guò)的是平面透鏡，光發(fā)散范圍如 圖6以平面正前方擴(kuò)散。
權(quán)利要求
1.一種靜態(tài)光束采集和光束聚合方法，其特征在于把若干個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)的、不同朝向的凸透鏡組成一組，而且讓這些凸透鏡在被采集光束的任意時(shí)刻，都會(huì)有光束進(jìn)入這個(gè)組中至少一個(gè)凸透鏡，若干個(gè)這樣的組所采集的若干束弱光通過(guò)多次導(dǎo)光管的傳輸和透鏡組的多層次的疊加聚合而得到一束強(qiáng)光束的方法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述靜態(tài)光束采集和光束聚合方法，其特征在于若干 個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)的、不同朝向的凸透鏡是用來(lái)最初的采光和聚光；這些凸透鏡可以連 接在一起，也可以離散放置；這些凸透鏡連接在一起時(shí)所形成的曲面可以任意 變化，但遵循的準(zhǔn)則是在被采集光束移動(dòng)周期內(nèi)的任何時(shí)刻，都有光束入射 一個(gè)或多個(gè)凸透鏡；這些凸透鏡的變形包括圓形或多邊形的凸透鏡或平面透鏡o
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述靜態(tài)光束采集和光束聚合方法，其特征在于透鏡組是包括位于前面的凸透鏡20、位于后面的是凸透鏡21,或者是凹透鏡，但 前后透鏡的焦點(diǎn)必須重合(兩個(gè)都是凸透鏡時(shí)前面透鏡的后焦點(diǎn)和后面透鏡的 前焦點(diǎn)重合，后凹透鏡時(shí)的凹透鏡的后焦點(diǎn)和凸透鏡的后焦點(diǎn)重合)，而且后一 個(gè)透鏡的焦距， 一定小于前面凸透鏡的焦距。
4. 一種靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置，其特征在于該裝置主要由采光部分、疊加聚光部分、輸出部分、最終輸出部分組成。所述采光部分包括陣列形式的周期采光單位組Cm;所述周期采光單位組Cm是包括m (m=l， 2， 3...N的自 然數(shù))個(gè)結(jié)構(gòu)相同的周期采光單位Cl;所述周期采光單位CI是包括采光單元組 Bm、初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管組7、聚光部分8;所述釆光單元組Bm包括m(m=l， 2， 3...N的自然數(shù))個(gè)結(jié)構(gòu)相同的采光單元Bl;所述采光單元Bl包括 采光凸透鏡A1、采光導(dǎo)光管組Dm、初級(jí)聚光透鏡組5、初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6; 采光導(dǎo)光管組Dm包括m (m=l，2，3...N的自然數(shù))個(gè)采光導(dǎo)光管4;所述初級(jí) 聚光輸出導(dǎo)光管組7是包括m(m=l， 2， 3...N的自然數(shù))個(gè)初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6; 所述聚光部分8包括聚光透鏡組9、聚光輸出導(dǎo)光管10;所述疊加聚光部分 包括第1次疊加聚光單位E1、第2次疊加聚光單位E2、第n次疊加聚光單位 En (n=l, 2， 3...N自然數(shù))；所述第1次疊加聚光單位El包括聚光輸出導(dǎo)光管 組11、第1次疊加聚光透鏡組Fl、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl;所述聚光輸 出導(dǎo)光管組ll包括m (111=1，2，3..^的自然數(shù))個(gè)聚光輸出導(dǎo)光管10;第2次 疊加聚光單位E2包括第l次疊加輸出導(dǎo)光管組Glm、第2次疊加聚光透鏡組 F2、第2次疊加輸出導(dǎo)光管G2;所述第1次疊加輸出導(dǎo)光管組Glm包括m(m二l,2，3…N的自然數(shù))個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G1;第n次疊加聚光單 位En包括第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管組G (n-1) m、第n次疊加聚光透鏡組 Fn、第n次疊加輸出導(dǎo)光管Gn;所述第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管組G(n-l)m包 括m (n^l,2，3…N的自然數(shù))個(gè)第(n-l)次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G ( n-l);所述輸出部分是包括初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管組7、聚光輸出導(dǎo)光管組11、第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管組Glm、第2次疊加輸出導(dǎo)光管組G2m、第(n-1)次疊加輸出導(dǎo)光管G (n-1) m;所述最終輸出部分包括第n次疊加輸出導(dǎo)光管Gn;其特征還在于裝置的各部分依次連接在支架15上；各輸出部分的輸出端都朝向?qū)?yīng)透鏡組的第一個(gè)凸透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置，其特征在于導(dǎo)光管是光導(dǎo)纖維或是內(nèi)部中空的有反射裝置的管狀物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置，其特征在于采光凸透鏡組Am包括m (111=1，2，3..^的自然數(shù))個(gè)采光凸透鏡A1;所述采光凸透鏡組Am是m (nF4，2，3…N的自然數(shù))個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)的、不同朝向的凸透鏡；所述采光導(dǎo)光管組Dm的輸入端橫截面圍成凹陷的曲面；所述各部分的透鏡組都包括:位于前面的凸透鏡20、位于后面的是凸透鏡21，前面凸透鏡的后焦點(diǎn)和后面凸透鏡的前焦點(diǎn)重合，而且后一個(gè)凸透鏡的焦距， 一定小于前面凸透鏡的焦距。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述靜態(tài)光束采集和光束聚合裝置，其特征在于當(dāng)任意時(shí)刻的光束如太陽(yáng)光入射本裝置的采光部分，不同光束分別進(jìn)入m(m=l, 2， 3...N的自然數(shù))個(gè)周期采光單位Cl的某一個(gè)或幾個(gè)采光單元Bl，光束經(jīng)過(guò)采光單元Bl的采光凸透鏡Al后，被聚焦在凸透鏡Al的焦點(diǎn)附近，進(jìn)入采光導(dǎo)光管組Dm，從采光導(dǎo)光管組Dm的輸出端射出，經(jīng)過(guò)初級(jí)聚光透鏡組5的第一個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)后進(jìn)入第二個(gè)凸透鏡，然后以平行于凸透鏡焦點(diǎn)連線的方向進(jìn)入初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6， m根初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6分成若干組，分別深入到若干個(gè)第1次疊加聚光透鏡組Fl，m根初級(jí)聚光輸出導(dǎo)光管6中的光束就被分成若干組，分別進(jìn)入若干個(gè)第1次疊加聚光透鏡組Fl,經(jīng)過(guò)第一個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)后進(jìn)入第二個(gè)凸透鏡，然后以平行于凸透鏡焦點(diǎn)連線的方向分別進(jìn)入若干個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管Gl，這若干個(gè)第1次疊加聚光輸出導(dǎo)光管G1中的光束依照第1次疊加聚光的方式經(jīng)過(guò)n-l次(rrf， 3, 4...N的自然數(shù))的疊加聚光單位，最后進(jìn)入第n次疊加聚光透鏡組Fn,經(jīng)過(guò)第一個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)后進(jìn)入第二個(gè)凸透鏡，然后以平行于凸透鏡焦點(diǎn)連線的方向進(jìn)入第n次疊加輸出導(dǎo)光管Gn。
8. —種光束發(fā)散的方法，其特征在于 一束強(qiáng)光束經(jīng)過(guò)多層次透鏡組的發(fā)散和導(dǎo)光管的傳輸最終通過(guò)一些透鏡組發(fā)散成若干束弱光的方法。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8或4或5或6所述，光束發(fā)散的裝置，其特征在于與權(quán)利要求4和5和6所述相同的裝置，當(dāng)光束從最終輸出部分第n次疊加輸出導(dǎo)光管Gn進(jìn)入本發(fā)明裝置，經(jīng)過(guò)第n次疊加聚光透鏡組Fn的第二個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)后入射第一個(gè)凸透鏡，然后進(jìn)入第(n-l)次疊加聚光輸出導(dǎo)光管組G(n-l)m被發(fā)散，再進(jìn)入m個(gè)第(n-l)次疊加聚光透鏡組E(n-1)的第二個(gè)凸透鏡的焦點(diǎn)后入射第一個(gè)凸透鏡，然后進(jìn)入第(n-2)次疊加聚光輸出導(dǎo)光管組被發(fā)散，依照這樣的方式，入射光束被層層發(fā)散的，最終從采光凸透鏡組Am發(fā)散出來(lái)。
全文摘要
靜態(tài)光束采集和光束聚合及發(fā)散的方法及裝置。把若干個(gè)不轉(zhuǎn)動(dòng)不同朝向的凸透鏡組成一組，讓這些凸透鏡在被采集光束的任意時(shí)刻，都有光束進(jìn)入這個(gè)組中至少一個(gè)凸透鏡，若干個(gè)這樣的組采集的若干束弱光通過(guò)多次導(dǎo)光管傳輸和透鏡組疊加聚合得到一束強(qiáng)光束的方法；一束強(qiáng)光束經(jīng)過(guò)多層次透鏡組發(fā)散和導(dǎo)光管傳輸最終通過(guò)一些透鏡組發(fā)散成若干束弱光的方法；以及其裝置。該裝置主要由采光部分、疊加聚光部分、輸出部分、最終輸出部分組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1)非跟蹤被采集光束。2)聚合的方法可以采集移動(dòng)和不移動(dòng)的光束。3)發(fā)散的方法無(wú)論入射光束是否移動(dòng)，都可以將它發(fā)散成穩(wěn)定的光束。4)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維護(hù)成本低。5)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK101639553SQ20091009865
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月20日
發(fā)明者張海勇 申請(qǐng)人:張海勇