CN117847462A - 定向准平光锥 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光学器件——定向准平光锥，它是一种可定向投射准平行光之光锥；它包括光锥及其连通的导光管、出光口及其前方设置的准平镜、以及位于焦点上的出光口；它可定向投射准平行光，该准平行光束的投射方向不会随着太阳的移动而移动。使用它，可简单、高效、标准化、自动化、低废品率地组装生产太阳能定焦聚光镜，可使背景技术“太阳能定焦聚光镜及其发电与集热装置”、通过本申请化整为零的创新设计而获得实用性等有益技术效果；可用之向指定位置投射阳光，提高指定区域单位面积的光照强度，促进光合作用，提高农业、林业、渔业、盐业等产量和品质，还可作为自然光照明器件等定向投光商品出售，可从窗外远处向室内投射阳光，以使面北的房间也能照射到阳光。

Description

定向准平光锥

技术领域

本申请属于光学元器件技术领域，具体涉及一种可定向投射准平行光之光锥——定向准平光锥。

背景技术

1986年，本申请之发明人希望发明一种简单实用的太阳能聚光镜，用来高效低成本地利用太阳能。那时，还申请过一项实用新型专利——广角立体镜，授权公告号为CN86209607U。历经37年的探索与实验，本申请之发明人于2023年9月21日，提交了申请号为2023112210245的专利申请“太阳能定焦聚光镜及其发电与集热装置”。它“将 n 支分光管排列组合成一个模块作为分光镜，用于将大面积的入射阳光分束成 n 条细支光束；分光管各有一段导向管，用于将细支光束射向准平镜（也称变平镜），经准平镜转变成准平行光束后，射向同一个固定位置的目标受光区，从而形成定焦聚光。它无需高精度的、昂贵的、支撑和复杂的跟踪太阳***，结构简洁、部件少、易制造、易安装、轻薄、耐用，相比于成本最低的现行跟踪太阳***中的槽式聚光装置，设备购置成本降低25%以上，有益的是阴天也能收集利用太阳能，更有益的是太阳能定焦聚光镜，可广泛应用于聚光光伏和光热发电技术领域，以提高光电转换率，促进太阳能的开发利用”。然而，上述背景技术“太阳能定焦聚光镜”的工艺精度要求高、制造难度大、生产效率低、废品率较高。

现行自然采光***，产品众多，技术成熟，应用广泛。它通过室外采光装置先采集自然光，然后经过导光管传输至漫射器，再由漫射器均匀平稳地漫射至室内。调研发现，现行自然采光***，体积较大，造价很高，能够使用的场所很少。

熟悉农业的一般技术人员都知道，增加光照强度，可以提高许多果树等农作物的产量和品质。常见的喜光果树有苹果树、柑橘树、桃子树、樱桃树、葡萄树等；常见的喜光作物有玉米、棉花、向日葵、大豆、花生、草莓等。

如何创新出最佳的生产制造工艺技术方案，以便简单、高效、标准化、自动化、低废品率地组装生产所述“太阳能定焦聚光镜”，就成了其发明方案是否实用、是否具有商业价值的关键创新。

如何创新出最佳的自然采光方案，就成了自然采光***是否实用、是否具有商业价值的关键创新。

如何创新出最佳的给农作物增加光照强度的技术方案，就成了提高喜光作物产量和品质的关键创新。

发明内容

本申请的目的：提供一种可定向投射准平行光之光锥——定向准平光锥，以便用之简单、高效、标准化、自动化、低废品率地组装生产所述“太阳能定焦聚光镜”，以便从窗外远处定向往室内投射阳光,以便增加光照强度、提高喜光作物产量和品质。

为了实现上述发明目的，本申请采取的技术方案如下。

本申请提供一种定向准平光锥，包括光锥，其特征在于：

①所述光锥的小端（也即尖嘴）连通有导光管，（该）导光管用于将（其）出光口引导至预定位置；换言之，所述光锥的小端连通导光管的一端（即入口端），所述导光管的另一端（即出口端）为出光口，所述出光口被所述导光管引导至所需的任何位置；

②在所述（导光管的）出光口的前方（即细支光束射出方向），设置有（可将细支光束及其散射光转变成准平行光束的）凹面镜或透镜——按其用途命名二者可统称为准平镜；

研究显示：如果不通过所述准平镜将细支光束及其散射光收敛整形（即折射/反射）成（发散角极小的）准平行光束，则细支光束及其散射光投射不远（约为10-26mm）就会散开，就无法用于远距离聚焦等后续应用；所述出光口的口径d最好设为0.1-3.15mm；

③所述出光口位于所述准平镜的焦平面上，以使从所述出光***出的细支光束及其散射光、构成了位于所述准平镜焦平面上的点光源；该点光源的直径最好设为0.1mm～3.15mm；

④（从所述出光***出的）所述细支光束及其散射光投射在所述准平镜上，继而被所述准平镜收敛整形（即折射/反射）成准平行光束，以所述准平行光束的方式定向投射出去；

⑤所述光锥与所述导光管均为具有高反射率或/和全反射特性（即反射率为100%）的光通道，最好其反射率≥90%或95%或97%或99%或99.9%或99.99%；研究显示，反射率低于95%时光损就很大，高于99%时制造成本就很高，最适宜的反射率为95%-99%；所述光锥或所述导光管，可以是空心管，也可以是透明实心管等光通道；所述导光管的作用是调整出光口的安放位置和对准方向，以便满足所述准平镜的位置和朝向需要，从而实现定向投射准平行光束；

⑥最好所述光锥的锥度D/L≤0.45或0.35或0.25或0.10，其中D为所述光锥的入光口直径、L为所述光锥的高度；所述光锥用于将其大端（也即入光口）所接收到的入射阳光分束、收缩成高能流密度的细支光束；所述光锥俗称光漏斗，是一种非成像元件，光线进入光锥的大端（也称大口）后，经过若干次反射就能从光锥的小端（也称小口或尖嘴）射出而不产生回射；为了减少光损，光锥的高度L应尽可能缩短，以使光线在光锥内部反射次数要尽可能减少，光锥大口与小口的面积比值，要尽可能的大；研究显示，锥度D/L越小，光线在光锥内的反射次数就会越少，光线的传播路径将更为直接，光损就会越少。

可取的是，所述的定向准平光锥，可从如下①～⑩个方面进行技术改进和完善。

可取之①是，所述导光管是长度C为0-128mm、口径d为0.1-15mm的光通道；其中，当所述导光管是长度C为0时，表明可省略所述导光管，而仅仅使用所述光锥的小端（即尖嘴）兼作所述出光口使用。研究显示，当所述导光管的口径d小于0.1mm时，所射出的细支光束就会发生衍射、出现大量散射光，不利于形成定向准平行光束；与之相反，当所述导光管的出光口的口径d大于5mm时，所射出的细支光束也出现大量散射光，也不利于形成定向准平行光束；因此，所述导光管的出光口的口径d最佳数值范围为0.1-5mm。研究还显示，当所述导光管为实心管时，其出光口端面必须抛光平整，否则就会出现严重的散射现象；研究发现，当所述导光管为空心管时，其出光口没有实心端面，不会出现严重的散射现象；为简化生产工艺，避免抛光加工，所述导光管最好采用空心管。

可取之②是，所述光锥的入光口为浅坑入光口、或为凸起入光口、或为采光罩式入光口。所述浅坑入光口不能太深，太深不好清刷灰尘，口深与口厚之比取值0.15-0.65为宜；所述凸起入光口不能太凸，太凸不好清刷其间隙里的灰尘。理论上，所述光锥的入光口为敞口最好，但是敞口容易落入灰尘，灰尘易于堵塞尖嘴，难于清洗；正因如此，这里采取了浅坑入光口或凸起入光口的技术措施。这样一来，相比平面而言，就可避免入射角较大的阳光被全反射走而损失，从而可提高阳光的最大接收角，就可增大入射角使入射阳光在光锥内尽量全反射传播。

可取之③是，所述出光口对准所述准平镜的中心点；这样一来，就可极大限度地将尽可能多的细支光束投射在所述准平镜上，继而形成准平行光束。

可取之④是，为了尽量提高准平行光束的平行度，也为了降低制造难度，还为了降低制造成本，所述准平镜的直径应适当扩大，最好，所述准平镜的直径≤所述光锥入光口的直径。

可取之⑤是，为降低制造难度和制造成本，最好，所述光锥为楔锥型。

可取之⑥是，所述出光口设置于所述准平镜的焦点上，以使从所述出光***出的所述细支光束及其散射光、构成了位于所述准平镜焦点上的点光源。

可取之⑦是，所述准平镜到所述出光口的距离≤32.2mm。

可取之⑧是，所述出光口前方设置有光源反射镜，用于使所述细支光束拐向凹面镜（的凹面），由其（凹面）反射成准平行光束，以免中心区域的部分光线未经凹面转变成准平行光束而直接散射出去。这样一来，就可避免使用成本较高、寿命较短的凸透镜（即准平镜）。研究显示，在所述导向口前方（即在点光源前面）加上所述光源反射镜，目的是为了使全部所述细支光束及其散射光都能够变成所述准平行光束而从所述凹面镜发出。但如果没有所述光源反射镜，则所述点光源发出的部分光线将不会被所述凹面镜反射而散射出去，导致所述准平行光束发散。加上所述光源反射镜就可以阻挡掉未被所述凹面镜反射的光线，从而形成定向精准的所述准平行光束。

可取之⑨是，所述导光管的出口端为一段（例如0.1-16mm的）直管；也即靠近所述出光口的一段导光管是（例如0.10-16mm的）直管。研究显示，所述导光管的出口端若弯曲、若管径太粗/厚、管太短、管长与管径之比太小，则细支光束就容易散射开，发散角就会很大，就难以精准定向投射。研究显示，所述导光管的口径d≤1.5mm光损极最小。

可取之⑩是，所述光锥及其所连通的导光管、位于焦点上的所述出光口及其准平镜等部件，共同设置于壳体内，以构成一种光学器件单元整体。

还有可取是，所述光学器件单元整体，是由位于上部的光锥单元、位于中部的所述导光管、位于下部的凹面准平镜单元（共同）构成的一个整体；所述光锥单元的内壁、凹面准平镜单元的内壁、所述导光管的内壁，均设置有（高反射率的）镀膜反射层。这样一来，就可一次注塑（或铸造）成型、就可丝毫不差地将出光口302设定在焦点位置（无需人工调焦）、就可一次电镀制成本申请所述的定向准平光锥，从而有利于提高生产制造效率，可极大限度地降低生产制造成本。

可取的是，所述光锥的高度为L、入光口的口径为D；所述导光管的长度为C、所述导光管的出光口口径为d；所述光锥入光口的面积为S₁；（最好）其中的L≤16mm或32mm或64mm或128mm或256mm或512mm、D≤8mm或16mm或32mm或64mm或128mm或480mm、C≤0.1mm或1mm或2mm或4mm或8mm或16mm或32mm或480mm、d≤0.25mm或0.5mm或1mm或2mm或4mm或8mm、D/d≥25或10或5或3.7或1.7。这里需要特别强调的是，为了避免因D/d数值太大而产生高温，继而导致烧坏耐中低温（80-200℃）材质的所述导光管和尖嘴，应将D²/d²（的数值）设为3-22，最好设为3-9，并且所述出光口应远离目标受光区；此时，从所述导光管和尖嘴射出的细支光束，其聚光倍数不足10倍，能流密度不高，所以可使用镀膜铝管等廉价普通材质；研究显示，D²/d²为3-22并且所述出光口远离目标受光区时，不会致烧坏耐中低温材质的所述导光管，所制成的定向准平光锥耐老化、寿命长、具有较高的性价比；换言之，4.69≥D/d≥1.73，不会致烧坏耐中低温材质的所述导光管，所制成的定向准平光锥具有较高的性价比；反之，若D²/d²≥25，则须采用耐高温（200-1000℃）材质的所述导光管和尖嘴。

所述光源反射镜上附设有发光材料，以提高光能捕获率；例如用荧光材料、磷光材料等发光材料涂设在所述光源反射镜上面。所述发光材料是一种吸收太阳光中的不可见波段和镜体余热、进入激发态而发出（光电转换率很高的）可见光的材料。所述发光材料，可参见中国专利“发光太阳能聚光器（CN102668128B）”中的“发光衬底或材料”。 这样一来，就可将细支光束及其散射光中的不可见波段和镜体余热等光能转化成光电转换率很高的可见波段，从而有利于提高光电转换率。测试对比数据显示：在所述光源反射镜上附设发光材料后，应用于光伏发电，约可提高光电转换率2%。

上述定向准平光锥的结构简单、易于注塑成型、易于模压成型、易于3D打印成型后抛光加工、易于镀膜制作高反光率的反射层。

可取的是，所述准平行光束经过（所设置的）导向镜（例如菲涅尔透镜）调整方向后，间接地射向目标受光区。

可取的是，众多定向准平光锥集合成一个模块，用于大面积聚集阳光并投射出大面积的准平行光束。

本申请需要强调的是，从所述出光口或尖嘴（口）射向所述准平镜的光线、构成了其焦平面上的点光源；该点光源是向前投射的散射光，不管太阳如何移动，它始终都是从一个点射向前方的散射光，其投射光斑的直径不会超出所述准平镜的直径，换言之，其所投射的光斑大小不会超出所述准平镜的范围，其投射方向基本没有变化。总而言之，这一技术方案的定向准平原理是：先将阳光分束、压缩、变成一个个固定不动的向前投射的点光源，再用一个个凹面镜或透镜将位于焦平面上（最好是焦点上）的点光源所发出的、始终向前的散射光转变（折射或反射）成一束束准平行光束，并射向同一个较远固定位置的目标受光区。研究显示现，所述出光口的口径越小越好（口径d≤1.5mm最好），其所射出的光就越接近于点光源，从所述准平镜射出的准平行光束就越平行。

本申请所述的光锥是指一种光锥体或光漏斗，它既可以是透明实心锥体、也可以是空心锥体。本申请所述的口径D和d是表示入光口和出光口尺寸大小的参数，如果是圆形口，口径D和d则是指直径尺寸，如果是椭圆形口，口径D和d则是指长轴尺寸，如果是矩形口，口径D和d则是指长边或对角线尺寸。

与现有技术相比，本申请具有如下有益技术效果。

其一、可免跟踪、可广（接收）角、可定向投射准平行光：本申请所创新的定向准平光锥，将所述光锥、导光管、出光口和准平镜组合制成了一个独立模块，构成了一种标准化光学器件，可定向远距离投射出准平行光，其准平行光的投射方向可固定不变、不会随着太阳的移动而移动，其阳光接收角可增大至-75°～+75°。从而巧妙地实现了太阳移动、而定向准平光锥投射的准平行光束的方向固定不动、可免跟踪太阳***的有益技术效果。

其二、标准化光学器件：作为一种标准化光学器件的所述定向准平光锥，可简单、高效、标准化、自动化、低废品率地拼接组装生产所述“太阳能定焦聚光镜”，就像搭积木一样可随意拼接组合成定向准平光锥阵列，从而定向投射出众多准平行光束。从而可使背景技术 “太阳能定焦聚光镜及其发电与集热装置（CN2023112210245）”，通过本申请化整为零的创新设计、找出了最佳生产制造工艺技术方案、获得了低废品率的实用性和商业价值。

其三、远距离定向投射阳光：作为一种标准化光学器件的所述定向准平光锥，可向指定位置投射阳光，用于提高指定区域单位面积的光照强度，促进光合作用，提高农业、林业、渔业、盐业等产量和品质，还可作为自然光照明器件等定向投光商品出售，例如从窗外远处向室内投射阳光，以使面北的房间也能照射到阳光。

附图说明

图1为本申请（实施例一）中的一种光锥的外形结构示意图。

图2为图1所示的光锥连通有导光管的外形结构示意图。

图3为图2所示（导光管）的管口（即出光口）前面设有凹面镜（即准平镜）的结构原理示意图。

图4为图3所示的一种定向准平光锥的纵截面结构示意图。

图5为本申请（实施例二）定向准平光锥（例如图10）的纵截面结构示意图。

图6为本申请（实施例三）定向准平光锥（例如图10）的纵截面结构示意图。

图7为本申请（实施例一）中的一种楔型光锥的外形结构示意图。

图8为本申请（实施例一）中的一种凹口光锥的纵截面结构示意图。

图9为本申请（实施例一）中的一种凸口光锥的纵截面结构示意图。

图10为本申请所述的一个（六面柱体形）定向准平光锥单体的外形结构示意图。

图11为采用定向准平光锥阵列与菲尼尔透镜所拼装而成的一种“太阳能定焦聚光镜”的结构示意图。

图12为图11中A-B位置的截面结构示意图。

图13为本申请的另一种定向准平光锥的纵截面结构示意图。

图14为本申请（实施例四）的一种定向准平光锥的纵截面结构示意图。

图15为图5中的光源反射镜紧固在导光管（管口）上的纵截面结构示意图。

图16为本申请（实施例五）所述的定向准平光锥阵列将阳光投射到室内的应用方案示意图。

图17为本申请（实施例六）所述的定向准平光锥阵列将阳光投射到果树上的应用方案示意图。

附图标号说明： 1-光锥、101-（光锥的）尖嘴、102-（光锥的）入光口、103-浅坑（即凹口）、104-凸起（即凸口）、105-反射层、2-准平镜、3-导光管、301-焦平面、302-出光口、303-目标受光区、304-轴线、305-口心连线、306-点光源、4-阳光、401-散射光、402-细支光束、5-准平行光束、6-菲涅尔透镜（也即一种导向镜）、7-光源反射镜、701-发光材料、702-紧固件、8-定向准平光锥、801-壳体、9-导光直管、10-定向准平光锥阵列、11-导向反射镜、12-支架。

具体实施方式

为使本申请实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本申请。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“里”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“连通”等，应做广义理解，例如“连通”，可以是光连通，还可以是直接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一。

采用光学级PC材质（即聚碳酸酯）或金属铝材，模压加工一个个如图1所示的光锥1备用。所述光锥1尖嘴101（即小端）的口径设为2mm，所述光锥1大端的入光口102（最好为浅坑103入光口102）的口径D设为10mm，所述光锥1的高度L设为42mm。

也可采用光学级PC材质（即聚碳酸酯）或金属铝材，模压加工一个个如图7所示的楔型光锥1备用。

可取的是，采用光学级PC材质（即聚碳酸酯）或金属铝材，模压加工一个个如图8所示的设有浅坑103入光口102的光锥1备用。

最好如图2所示，给所述光锥1的尖嘴101连通一段内径约为2mm、长度约为5mm的导光管3，例如采用内壁电镀有反射率高于97%的反射层105的金属管。所述导光管3的出光口302口径d最好设为0.1-3.15mm。更好的是，所述导光管3的出口端为一段（例如0.1-16mm的）导光直管9。也即靠近所述出光口302的一段导光管3是（例如0.10-16mm的）直管。研究显示，所述导光管3的出口端若弯曲、若管径太粗/厚、管太短、管长与管径之比太小，则细支光束402就容易散射开，发散角就会很大，就难以精准聚光。研究显示，所述导光管3的出光口302口径d≤1.5mm光损极最小。

进一步地，如图3和图4所示，在所述光锥1小端，配设一个凹面镜作为准平镜（亦称变平镜）2。所述凹面镜俗称反光杯、反光碗、反光罩、聚光杯、聚光碗等镜体。保证所述导光管3的出光口302，位于所述凹面镜的焦平面301上（最好是位于焦点上），以使从所述出光302射出的细支光束402及其散射光401、构成位于所述准平镜2焦平面301上的点光源306；该点光源306的直径最好设为0.1mm～3.15mm。保证从所述出光口302射出的（相当于所述点光源306的）细支光束402及其散射光401投射在所述准平镜2上，继而被所述准平镜2收敛整形（即转变）成准平行光束5，以所述准平行光束5的方式定向射出。

可取的是，所述光锥1及其所连通的导光管3、所述出光口302前方设置的准平镜2、位于焦平面301上的所述出光口302，共同设置于壳体801内，从而构成一个光学器件单体——定向准平光锥8。

实施例二。

生产制造一种如图5所示的定向准平光锥8。

首先，采用光学级PC材质（即聚碳酸酯）或金属铝材，模压加工一个个如图1所示的光锥1。所述光锥1尖嘴101（即小端）的口径设为2mm，所述光锥1大端的入光口102（最好为浅坑103入光口102）的口径D设为10mm，所述光锥1的高度L设为42mm。

然后，给所述光锥1的尖嘴101连通一段内径约为2mm、长度约为5mm的导光管3，例如采用内壁电镀有反射率高于97%的反射层105的金属管或玻璃管。所述导光管3的出光口302口径d最好设为0.1-3.15mm。所述导光管3的长度C可设为0-64mm；换言之，当C设为0 mm时，等于未采用所述导光管3，而采用所述光锥1的尖嘴101直接作为出光口302。

再后，在一个（或多个）所述光锥1下端，配设一个口径约为10mm的凹面镜作为（共用）准平镜2。所述凹面镜俗称反光杯、反光碗、反光罩、聚光杯、聚光碗等镜体。保证所述导光管3的出光口302位于所述凹面镜的焦平面301上（最好是位于焦点上），以使从所述出光302射出的细支光束402及其散射光401、构成位于所述准平镜2焦平面301上的点光源306；该点光源306的直径最好设为0.1mm～3.15mm。保证从所述出光口302射出的（相当于所述点光源306的）细支光束402及其散射光401投射在所述准平镜2上，继而被所述准平镜2收敛整形成准平行光束5，以所述准平行光束5的方式定向射出。研究显示：如果不通过所述准平镜2将细支光束402及其散射光401收敛整形（即转变）成（发散角极小的）准平行光束5，则细支光束402及其散射光401投射不远（约为10-26mm）就会散开。

最好，在所述出光口302处设置一个微小的光源反射镜7，用于使细支光束402及其散射光401拐向凹面镜，由其凹面反射成准平行光束5，以免中心区域的部分光线未经凹面转变成准平行光束5而直接散射出去。换言之，若在所述出光口302前面设置光源反射镜7，以阻止部分光线向前直接射出，并将其反射引导到凹面镜上，则可避免采购使用成本较高、寿命较短的凸透镜（即另一种准平镜商品），从而可降低成本。

所述光源反射镜7上，最好附设有发光材料701，以提高光能捕获率；例如用荧光材料、磷光材料等发光材料701涂覆在所述光源反射镜7的表面。所述发光材料701是一种吸收太阳光中的不可见波段和镜体余热、进入激发态而发出（光电转换率很高的）可见光的材料。所述发光材料701，可参见中国专利“发光太阳能聚光器（CN102668128B）”中的“发光衬底或材料”。这样一来，就可将细支光束402及其散射光401中的不可见波段和镜体余热转化成光电转换率很高的可见波段，从而有利于提高光电转换率。测试对比数据显示：在所述光源反射镜7上附设发光材料701后，应用于光伏发电，约可提高光电转换率2%。

可取的是，根据定向投射需要，也可如图3、图4、图13所示，通过导光管3拐弯来调整所述出光口302和所述准平镜5的位置与朝向，以使所述准平行光束5直接射向指定的目标受光区303。

本实施例的优点：结构简单，易于制造，成本低廉。将如图5及图10所示的众多定向准平光锥8单体拼合在一起，即可拼装成一种 “太阳能定焦聚光镜”，参见背景技术“太阳能定焦聚光镜及其发电与集热装置（CN2023112210245）”中的“附图10”。为了进一步提高拼装效率，也可将多个定向准平光锥8作为一组制成一个整体。

实施例三。

生产制造一种如图6所示的定向准平光锥8。

首先，采用光学级PC材质（即聚碳酸酯）或金属铝材，模压加工一个个光锥1。所述光锥1尖嘴101（即小端）的口径设为2mm，所述光锥1大端的入光口102（最好为浅坑103入光口102）的口径D设为10mm，所述光锥1的高度L设为42mm。

然后，给所述光锥1的尖嘴101连通一段内径约为2mm、长度约为5mm的导光管3，例如采用内壁电镀有反射率高于97%的反射层105的金属管。所述导光管3的出光口302口径d最好设为0.1-3.15mm。

再后，在所述光锥1小端，配设一个口径约为10mm的凸透镜作为准平镜2。保证所述导光管3的出光口302位于所述凸透镜的焦平面301上（最好是位于焦点上），以使从所述出光口302射出的细支光束402及其散射光401、构成位于所述准平镜2焦平面301上的点光源306；该点光源306的直径最好设为0.1mm～3.15mm。保证从所述出光口302射出的（相当于所述点光源306的）细支光束402及其散射光401投射在所述准平镜2上，继而被所述准平镜2收敛整形成准平行光束5，以所述准平行光束5的方式定向射出。研究显示：如果不通过所述准平镜2将细支光束402及其散射光401收敛整形成（发散角极小的）准平行光束5，则细支光束402及其散射光401投射不远（约为10-26mm）就会散开。

可取的是，根据定向投射需要，也可如图3、图4、图13所示，通过导光管3拐弯来调整所述出光口302和所述准平镜5的位置与朝向，以使所述准平行光束5直接投向指定的目标受光区303。

本实施例的缺点：使用凸透镜作为准平镜2，相比于使用凹面镜作为准平镜2，所制成的定向准平光锥8的成本较高，工艺难度较大，需人工调焦，费时费工。将如图6及图10所示的众多定向准平光锥8单体拼合在一起，装配成一个模块整体，即可拼装成如图11及图12所示的“太阳能定焦聚光镜”，参见背景技术“太阳能定焦聚光镜及其发电与集热装置（CN2023112210245）”中的“附图3”。

实施例四。

生产制造一种如图14所示的定向准平光锥8。

可取是，所述光锥1及其所连通的导光管3、位于焦平面301上的所述出光口302及其前方设置的准平镜2等部件，共同设置于壳体801内，从而构成一种光学器件单元整体。所述光学器件单元整体，是由位于上部的光锥1单元、和位于中部的所述导光管3、以及位于下部的凹面准平镜2单元构成的一个整体；所述光锥1单元的内壁、和凹面准平镜2单元的内壁、以及所述导光管3的内壁，均设置有（高反射率的）镀膜反射层105。这样一来，就可一次注塑（或铸造）成型、就可丝毫不差地将出光口302设定在焦点位置（无需人工调焦）、就可一次电镀制造完成本申请所述的定向准平光锥8，从而有利于提高生产制造效率，可极大限度地降低生产制造成本。

需要说明的是，本申请所述的导向镜包括透镜、凹面镜、反射镜等可用于改变细支光束投射方向的镜体；本申请所述的准平镜包括凹面镜、透镜等可将来自焦点位置之点光源的散射光转变成准平行光束的镜体；本申请所述的凹面镜俗称反光杯、反光碗、反光罩、聚光杯、聚光碗等镜体。

实施例五。

生产制造一种用许多定向准平光锥8集合而成的可大面积聚集阳光的定向准平光锥阵列10模块及其导向反射镜11，用之远距离向指定位置投射大面积的准平行光束5。如图16所示，将定向准平光锥阵列10模块及其导向反射镜11安装在落地支架12上，放置在距离房屋不远的能够晒到太阳的地方，调整好导向反射镜11的方向，就可用之从窗外远处向室内投射大面积的准平行光束5。因为其准平行光5的投射方向可固定不变、不会随着太阳的移动而移动，其阳光4接收角也很大；所以从早到晚，其准平行光5始终都会定向从窗户照进室内，从而可使不朝阳的（例如朝北的）室内、始终可沐浴阳光4的温暖。

实施例六。

生产制造一种用许多弯头形定向准平光锥8组合而成的定向准平光锥阵列10，用之向指定位置投射准平行光束5。如图17所示，将定向准平光锥阵列10安装在竖杆支架12上，安装在距离果树不远的能够晒到太阳的地方，调整好准平行光束5的投射方向，就可用之向果树上投射准平行光束5。因为准平行光5的投射方向可固定不变、不会随着太阳的移动而移动，其阳光4接收角也很大；所以从早到晚，其准平行光5始终都会投射到果树上，从而可提高果实的产品和品质。

以上所揭露的仅为本申请的较佳实施例，所述附图仅仅是原理图，不是施工图，其图中各部件之间的尺寸比例及角度大小未必协调，因此，不能以此来限定本申请之权利范围，依本申请权利要求所作的等同变化，仍属于本申请所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种定向准平光锥，包括光锥，其特征在于：

①所述光锥的小端连通有导光管，导光管用于将出光口引导至预定位置；

②在所述出光口的前方，设置有准平镜；

③所述出光口位于所述准平镜的焦平面上，以使从所述出光***出的细支光束及其散射光、构成位于所述准平镜焦平面上的点光源；

④所述细支光束及其散射光投射在所述准平镜上，继而被所述准平镜收敛整形成准平行光束，以所述准平行光束的方式定向投射出去。

2.根据权利要求1所述的定向准平光锥，其包括如下①～⑩中任意一个或多个技术特征：

①所述导光管是长度C为0-128mm、口径d为0.1-15mm的光通道；

②所述光锥的入光口为浅坑入光口、或为凸起入光口、或为采光罩式入光口；

③所述出光口对准所述准平镜的中心点；

④所述准平镜的直径≤所述光锥入光口的直径；

⑤所述光锥为楔锥型；

⑥所述出光口设置于所述准平镜的焦点上，以使从所述出光***出的所述细支光束及其散射光、构成位于所述准平镜焦点上的点光源；

⑦所述准平镜到所述出光口的距离≤32.2mm；

⑧所述出光口前方设置有光源反射镜，用于使所述细支光束拐向凹面镜，由其反射成准平行光束；

⑨所述导光管的出口端为一段0.10-16mm长的直管；

⑩所述光锥及其所连通的导光管、位于焦点上的所述出光口及其准平镜，共同设置于壳体内，以构成一种光学器件单元整体。

3.根据权利要求2所述的定向准平光锥，其特征在于：所述光学器件单元整体，是由位于上部的光锥单元、位于中部的所述导光管、位于下部的凹面准平镜单元构成的一个整体；所述光锥单元的内壁、凹面准平镜单元的内壁、所述导光管的内壁，均设置有镀膜反射层。

4.根据权利要求3所述的定向准平光锥，其特征在于：所述光源反射镜上附设有发光材料，以提高光能捕获率。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的定向准平光锥，其特征在于：众多定向准平光锥集合成一个模块，用于大面积聚集阳光并投射出大面积的准平行光束。