專利名稱：全反射光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有聚光功能的光學(xué)裝置(optical device for concentrating light)，且特別是有關(guān)于一種全反射光學(xué)裝置(Totally Internally Reflecting Optical Device, TIR Optical Device)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域已發(fā)展出高聚光型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng) (High-Concentration Photovoltaic，HCPV)。這種太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)通常是采用III-V族化 合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池，并搭配聚光光學(xué)鏡片來將光能轉(zhuǎn)換成電能。圖IA是現(xiàn)有一種高聚光型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖1A，高聚光型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)100包括一全反射折射透鏡(Totally Internally Reflecting-Refracting Lens, TIR-R Lens) 110 以及一太陽(yáng)能電池(solar cell) 120。全反射折射透鏡1 10位于太陽(yáng)能電池120的上方，而太陽(yáng)能電池120為III-V族 化合物半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池。全反射折射透鏡110能聚集光線，所以能讓入射光束(incident light beam)中的入射光線，例如圖IA中的入射光線L1、L2，集中照射在太陽(yáng)能電池120上， 使得太陽(yáng)能電池120能吸收較多的光能，進(jìn)而產(chǎn)生更多的電能。具體而言，全反射折射透鏡110具有一入光面110a，并包括一凸透鏡112以及一 環(huán)狀全反射透鏡114，其中環(huán)狀全反射透鏡114圍繞并連接凸透鏡112，且具有多個(gè)棱鏡部 114a。各個(gè)棱鏡部114a具有一全反射面Sl與一出光面S2。當(dāng)入射光束入射于入光面IlOa 時(shí)，全反射面Sl會(huì)反射入射光束的入射光線，并使入射光線從這些出光面S2出射。以圖IA中的入射光線L2為例，當(dāng)入射光線L2從入光面IlOa進(jìn)入至全反射折射 透鏡110時(shí)，全反射面Sl會(huì)全反射入射光線L2，而全反射后的入射光線L2會(huì)朝向出光面 S2行進(jìn)。當(dāng)入射光線L2經(jīng)過出光面S2時(shí)，一部分的入射光線L2會(huì)被折射而形成入射至太 陽(yáng)能電池120的折射光線L2a，而另一部分的入射光線L2會(huì)被出光面S2反射而形成反射光 線 L2b。承上述，反射光線L2b會(huì)沿著遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池120的方向行進(jìn)，如圖IA所示，因此 反射光線L2b不會(huì)入射至太陽(yáng)能電池120。這會(huì)使得部分入射光束的能量無法被太陽(yáng)能電 池120所吸收而浪費(fèi)，降低全反射折射透鏡110的光學(xué)效率，讓太陽(yáng)能電池120難以進(jìn)一步 地產(chǎn)生更多電能。請(qǐng)參閱圖IA與圖1B，為了降低反射光線L2b的能量，可以加大全反射面Sl與出光 面S2之間的夾角Al。雖然加大夾角Al確實(shí)能降低反射光線L2b的能量，但是卻會(huì)產(chǎn)生無 效區(qū)V，如圖IB所示。具體而言，當(dāng)光線從無效區(qū)V進(jìn)入全反射折射透鏡110時(shí)，此光線在離開全反射折 射透鏡110之后會(huì)沿著遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池120的方向行進(jìn)，而不會(huì)入射至太陽(yáng)能電池120。以 圖IB中的入射光線L3為例，當(dāng)入射光線L3從無效區(qū)V進(jìn)入全反射折射透鏡110時(shí)，入射 光線L3會(huì)先入射至出光面S2，而出光面S2會(huì)全反射入射光線L3，讓入射光線L3遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池120。若加大圖IB中的夾角Al的話，出光面S2雖然不會(huì)全反射入射光線L3，但卻會(huì)折 射入射光線L3，讓入射光線L3仍沿著遠(yuǎn)離太陽(yáng)能電池120的方向行進(jìn)。因此，凡是從無效 區(qū)V進(jìn)入全反射折射透鏡110的入射光線是不會(huì)照射在太陽(yáng)能電池120上，造成全反射折 射透鏡110的光學(xué)效率降低，讓太陽(yáng)能電池120所吸收到的光能減少，無法產(chǎn)生更多的電 能。此外，請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸DIA與圖1B，一般全反射折射透鏡110大多是用射出成型法制 造而成，因此在完成后的全反射折射透鏡Iio中，出光面S2與全反射面S 1之間會(huì)形成圓 角SA而非尖銳的銳角，而這些圓角SA也會(huì)造成全反射折射透鏡110的光學(xué)效率降低，進(jìn)而 降低太陽(yáng)能電池120所產(chǎn)生的電能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種全反射光學(xué)裝置，其具有較高的光學(xué) 效率，并適用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種全反射光學(xué)裝置，其包括一聚光透鏡以及至少一環(huán)狀透鏡。聚光 透鏡具有一第一入光面、一相對(duì)第一入光面的第一出光面以及一連接于第一入光面與第一 出光面之間的側(cè)表面。環(huán)狀透鏡包括一環(huán)狀主體與一凸出部。環(huán)狀主體沿著側(cè)表面圍繞 聚光透鏡，并具有一面對(duì)側(cè)表面的內(nèi)環(huán)面、一相對(duì)內(nèi)環(huán)面的外環(huán)面以及一鄰接外環(huán)面的全 反射面。凸出部鄰接于全反射面與內(nèi)環(huán)面之間，并完全凸出于內(nèi)環(huán)面。基于以上技術(shù)特征，本發(fā)明的功效在于，全反射光學(xué)裝置能聚集光線，讓入射光束 集中照射在太陽(yáng)能電池上，以產(chǎn)生更多的電能。相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的全反射光學(xué) 裝置不具有無效區(qū)，因而具有很高的光學(xué)效率。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖IA是現(xiàn)有一種高聚光型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的剖面示意圖；圖IB是現(xiàn)有一種全反射折射透鏡的剖面示意圖；圖2A是本發(fā)明一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體示意圖；圖2B是圖2A中線I-I的立體剖面示意圖；圖2C是圖2B中的全反射光學(xué)裝置的剖面放大示意圖；圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體剖面示意圖；圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體剖面示意圖。其中，附圖標(biāo)記20、120 太陽(yáng)能電池100高聚光型太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)110全反射折射透鏡IlOa 入光面112 凸透鏡114環(huán)狀全反射透鏡
114a 棱鏡部200,300,400全反射光學(xué)裝置210聚光透鏡212 第一入光面214 第一出光面216 側(cè)表面220,320,420 環(huán)狀透鏡222,322 環(huán)狀主體222a 內(nèi)環(huán)面222b 外環(huán)面222c、322c、Sl 全反射面222d、422d 第二入光面224、324 凸出部224a第二出光面224b、324b 傾斜面A1、A2、A3、A4 夾角H1、H2 高度L1、L2、L3、L4 入射光線L2a折射光線L2b反射光線P鄰接處Rs 參考表面S2 出光面SA 圓角V無效區(qū)
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述圖2A是本發(fā)明一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體示意圖，而圖2B是圖2A中線 I-I的立體剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖2A與圖2B，本實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200包括一聚光 透鏡210以及多個(gè)環(huán)狀透鏡220，其中這些環(huán)狀透鏡220圍繞聚光透鏡210。所有環(huán)狀透鏡220的外徑彼此不相等，且這些環(huán)狀透鏡220是呈同心環(huán)排列。詳 細(xì)而言，其中一環(huán)狀透鏡220會(huì)圍繞另一環(huán)狀透鏡220，而外徑較大的環(huán)狀透鏡220會(huì)圍繞 外徑較小的環(huán)狀透鏡220。此外，在所有的環(huán)狀透鏡220當(dāng)中，外徑最小的環(huán)狀透鏡220直 接圍繞聚光透鏡210，如圖2A與圖2B所示。在本實(shí)施例中，聚光透鏡210可與其中一環(huán)狀透鏡220緊密接合，而這些環(huán)狀透鏡 220可彼此緊密接合，其中此緊密接合的方式可以是嵌合、膠合或其它接合方式，例如聚光 透鏡210與其中一環(huán)狀透鏡220嵌合或膠合。詳細(xì)而言，外徑較小的環(huán)狀透鏡220可以嵌入于外徑較大的環(huán)狀透鏡220中，而聚光透鏡210可以嵌入于外徑最小的環(huán)狀透鏡220中。聚光透鏡210具有一第一入光面212、一第一出光面214以及一側(cè)表面216。第一 入光面212相對(duì)于第一出光面214，而側(cè)表面216連接于第一入光面212與第一出光面214 之間。聚光透鏡210具有聚光的功能，并利用折射原理來達(dá)到聚光的功效。此外，聚光透鏡 210可以是凸透鏡，其例如是平凸透鏡(如圖2B所示)、雙凸透鏡或凹凸透鏡。各個(gè)環(huán)狀透鏡220包括一環(huán)狀主體222，而各個(gè)環(huán)狀主體222沿著側(cè)表面216圍繞 聚光透鏡210，并具有一內(nèi)環(huán)面222a以及一外環(huán)面222b，其中在同一個(gè)環(huán)狀主體222中，外 環(huán)面222b相對(duì)于內(nèi)環(huán)面222a，即外環(huán)面222b位在內(nèi)環(huán)面222a的對(duì)面，而這些內(nèi)環(huán)面222a 均面對(duì)側(cè)表面216。由于聚光透鏡210可嵌入于外徑最小的環(huán)狀透鏡220中，因此外徑最小 的環(huán)狀透鏡220的內(nèi)環(huán)面222a會(huì)接觸聚光透鏡210的側(cè)表面216，如圖2B所示。各個(gè)環(huán)狀主體222還具有一鄰接外環(huán)面222b的全反射面222c。這些全反射面 222c皆可為外凸弧面，如圖2B所示。在同一個(gè)環(huán)狀主體222中，全反射面222c相對(duì)于外環(huán) 面222b而朝向聚光透鏡210的第一出光面214傾斜。也就是說，全反射面222c與外環(huán)面 222b之間是呈傾斜的外貌，且全反射面222c均朝接近第一出光面214的方向傾斜。承上述，雖然全反射面222c相對(duì)于外環(huán)面222b傾斜，但全反射面222c并不垂直 于外環(huán)面222b。詳細(xì)而言，從整體外觀來看，很明顯地看出各個(gè)全反射面222c以及其所鄰 接的外環(huán)面222b之間的夾角A2并不等于90度，而且夾角A2均為鈍角，即夾角A2皆大于 90度，如圖2B所示。各個(gè)環(huán)狀透鏡220還包括一凸出部224，而凸出部224鄰接于全反射面222c與內(nèi) 環(huán)面222a之間，并完全凸出于內(nèi)環(huán)面222a。凸出部224具有一鄰接全反射面222c的第二 出光面224a，而各個(gè)環(huán)狀主體222還具有一連接于內(nèi)環(huán)面222a與外環(huán)面222b之間的第二 入光面222d。除了外徑最小的環(huán)狀透鏡220，即直接圍繞聚光透鏡210的環(huán)狀透鏡220之外，在 其它環(huán)狀透鏡220中，各個(gè)凸出部224還具有一鄰接于內(nèi)環(huán)面222a與第二出光面224a之 間的傾斜面224b。傾斜面224b可為內(nèi)凹弧面，并相對(duì)于內(nèi)環(huán)面222a而朝向第一出光面214 傾斜，如圖2B所示。詳細(xì)而言，傾斜面224b與內(nèi)環(huán)面222a之間是呈傾斜的外貌，且傾斜面224b朝接 近第一出光面214的方向來傾斜。傾斜面224b不垂直于內(nèi)環(huán)面222a，即從整體外觀來看， 很明顯地可看出各個(gè)傾斜面224b以及其所鄰接的內(nèi)環(huán)面222a之間的夾角A3并不等于90 度。此外，夾角A3均為鈍角，即夾角A3皆大于90度，如圖2B所示。圖2C是圖2B中的全反射光學(xué)裝置的剖面放大示意圖。請(qǐng)參閱圖2C，各個(gè)內(nèi)環(huán)面 222a會(huì)延伸出一參考表面Rs。詳細(xì)而言，參考表面Rs乃是沿著內(nèi)環(huán)面222a所延伸的虛擬 表面，而這些內(nèi)環(huán)面222a分別位于參考表面Rs。此外，圖2A與圖2B所示的這些環(huán)狀透鏡 220的形狀均為圓環(huán)狀，所以參考表面Rs的形狀可為圓柱體的弧面。承上述，在各個(gè)環(huán)狀透鏡220中，由于凸出部224完全凸出于內(nèi)環(huán)面222a，因此第 二出光面224a與傾斜面224b均凸出于內(nèi)環(huán)面222a，且全反射面222c與第二出光面224a 之間的鄰接處P也凸出于參考表面Rs。也就是說，部分全反射面222c亦凸出于參考表面 Rs。當(dāng)入射光束中的入射光線從第二入光面222d進(jìn)入其中一個(gè)環(huán)狀透鏡220時(shí)，在環(huán)狀透鏡220內(nèi)的入射光線會(huì)行進(jìn)至全反射面222c。之后，入射光線經(jīng)由全反射面222c反射 而從第二出光面224a離開環(huán)狀透鏡220。以圖2C中的入射光線L4為例，當(dāng)入射光線L4入射于其中一個(gè)環(huán)狀透鏡220的第 二入光面222d時(shí)，入射光線L4進(jìn)入環(huán)狀透鏡220中。此時(shí)，在環(huán)狀透鏡220內(nèi)的入射光線 L4會(huì)入射于全反射面222c，而全反射面222c會(huì)反射入射光線L4，使入射光線L4朝向第二 出光面224a行進(jìn)。由此可知，入射光線L4會(huì)依序經(jīng)過第二入光面222d、全反射面222c以 及第二出光面224a。當(dāng)入射光線L4經(jīng)過第二出光面224a時(shí)，入射光線L4會(huì)從第二出光面224a折射 而照射在一位于聚光透鏡210下方的太陽(yáng)能電池20。如此，全反射光學(xué)裝置200能聚集光 線，讓入射光束集中照射在太陽(yáng)能電池20上，使得太陽(yáng)能電池20能吸收較多的光能而產(chǎn)生 更多的電能。相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200在第一入光面212與這些 第二入光面222d上并不會(huì)產(chǎn)生無效區(qū)(請(qǐng)參閱圖1B)，因此全反射光學(xué)裝置200具有很高 的光學(xué)效率，而所有入射于第一入光面212與第二入光面222d的入射光線基本上均被全反 射光學(xué)裝置200集中而照射至太陽(yáng)能電池20，讓太陽(yáng)能電池20產(chǎn)生較多的電能。其次，在各個(gè)環(huán)狀透鏡220中，第二入光面222d與全反射面222c之間的夾角A4 還可以加大，而且即使夾角A4加大，在第一入光面212與這些第二入光面222d上依然不會(huì) 產(chǎn)生無效區(qū)。因此，本實(shí)施例可以通過改變夾角A4來降低部分被第二入光面222d所反射 的入射光線(例如入射光線L4)的能量，讓太陽(yáng)能電池20能吸收較多的光能。環(huán)狀透鏡220的材料可以是石英、玻璃或高分子材料，而環(huán)狀透鏡220可用射出成 型法制造而成。從圖2C來看，就結(jié)構(gòu)與形狀而言，這些環(huán)狀透鏡220的肉厚大致均勻。也就 是說，在同一個(gè)環(huán)狀透鏡220中，內(nèi)環(huán)面222a與外環(huán)面222b之間的厚度，以及傾斜面224b 與全反射面222c之間的厚度，這二個(gè)厚度的大小接近，差異并不大。因此，在以射出成型法制造環(huán)狀透鏡220的過程中，可減少非均勻收縮成型的影 響，讓環(huán)狀透鏡220所制造出來的實(shí)際形狀更接近預(yù)先所要求的設(shè)計(jì)形狀。所以，相較于現(xiàn) 有全反射折射透鏡110而言(請(qǐng)參考圖IA與圖1B)，這些用射出成型法所制造的環(huán)狀透鏡 220在結(jié)構(gòu)與形狀上具有較小的誤差，因此全反射光學(xué)裝置200的整體光學(xué)效率及光學(xué)參 數(shù)較不易被非均勻收縮成型影響而大幅改變。另外，其中一個(gè)環(huán)狀透鏡220的鄰接處P位于另一個(gè)環(huán)狀透鏡220的全反射面 222c下方，而最靠近聚光透鏡210的環(huán)狀透鏡220，其鄰接處P位于聚光透鏡210的第一出 光面214下方，因此從第二入光面222d入射的多條入射光線(例如入射光線L4)，不易通過 這些鄰接處P。由此可知，即使這些環(huán)狀透鏡220因通過射出成型法而制成，造成鄰接處P 的形狀呈現(xiàn)圓角，這些呈圓角形狀的鄰接處P并不會(huì)影響全反射光學(xué)裝置200的整體光學(xué) 效率。各個(gè)環(huán)狀透鏡220具有一相對(duì)于第二入光面222d的高度Hl，而在本實(shí)施中，高度 Hl乃是指第二入光面222d至鄰接處P的距離，如圖2C所示。這些環(huán)狀透鏡220的高度Hl 彼此不相等，而且高度Hl從接近聚光透鏡210處朝向遠(yuǎn)離聚光透鏡210處而遞減。也就是 說，越接近聚光透鏡210的環(huán)狀透鏡220，其高度Hl越短，而越遠(yuǎn)離聚光透鏡210的環(huán)狀透 鏡220，其高度Hl越長(zhǎng)。
必須說明的是，雖然圖2A至圖2C所示的全反射光學(xué)裝置200包括為數(shù)多個(gè)的環(huán) 狀透鏡220，但在其它未繪示的實(shí)施例中，全反射光學(xué)裝置200所包括的環(huán)狀透鏡220的數(shù) 量可以僅為一個(gè)。因此，圖2A至圖2C僅供舉例說明，并非限定本發(fā)明。圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖3，本實(shí) 施例的全反射光學(xué)裝置300與前述實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200相似，惟差異之處在于二 者的全反射面與傾斜面都不一樣。具體而言，全反射光學(xué)裝置300包括聚光透鏡210與多個(gè)環(huán)狀透鏡320，而環(huán)狀透 鏡320圍繞聚光透鏡210。各個(gè)環(huán)狀透鏡320包括一環(huán)狀主體322與一凸出部324，其中環(huán) 狀主體322具有一全反射面322c，而凸出部324具有一傾斜面324b。與前述實(shí)施例的環(huán)狀 透鏡220不同的是，全反射面322c與傾斜面324b都是平面，而非弧面。除了上述全反射面322c與傾斜面324b的技術(shù)特征之外，在結(jié)構(gòu)、形狀以及材料方 面，全反射光學(xué)裝置300的特征及功效實(shí)質(zhì)上皆與全反射光學(xué)裝置200相同，故有關(guān)全反射 光學(xué)裝置300的功效以及其它全反射面322c與傾斜面324b以外的技術(shù)特征，在此不再重 復(fù)敘述。圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置的立體剖面示意圖。請(qǐng)參閱圖4，本實(shí) 施例的全反射光學(xué)裝置400與前述實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200相似，因此以下主要介紹 全反射光學(xué)裝置200、400 二者的差異。具體而言，全反射光學(xué)裝置400包括聚光透鏡210以及多個(gè)環(huán)狀透鏡420。這些環(huán) 狀透鏡420圍繞聚光透鏡210，其中各個(gè)環(huán)狀透鏡420具有一第二入光面422d以及一相對(duì) 于第二入光面422d的高度H2。有別于前述實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200，在本實(shí)施例中， 這些環(huán)狀透鏡420的高度H2實(shí)質(zhì)上彼此相等，而且這些第二入光面422d可呈階梯狀分布， 即第二入光面422d都不是共平面。當(dāng)多條入射光線分別入射于這些第二入光面422d時(shí)，這些入射光線在不同環(huán)狀 透鏡420的路徑長(zhǎng)度彼此接近，而無太大差異，因此各個(gè)環(huán)狀透鏡420對(duì)入射光線的吸收程 度不會(huì)差太多。此外，相較于前述實(shí)施例的全反射光學(xué)裝置200而言，入射光線在環(huán)狀透鏡 420的路徑長(zhǎng)度明顯小于入射光線在環(huán)狀透鏡220的路徑長(zhǎng)度，所以全反射光學(xué)裝置400對(duì) 入射光線的吸收程度較低，而能進(jìn)一步地提高光學(xué)效率。綜上所述，本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置能聚集光線，讓入射光束集中照射在太陽(yáng)能 電池上，以產(chǎn)生更多的電能。相較于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置因不具有無效 區(qū)而有很高的光學(xué)效率，所以本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置能讓太陽(yáng)能電池產(chǎn)生更多的電能。其次，由于環(huán)狀透鏡的肉厚大致均勻，因此，在以射出成型法制造環(huán)狀透鏡的過程 中，本發(fā)明可以減少非均勻收縮成型的影響，讓環(huán)狀透鏡所制造出來的實(shí)際形狀更接近預(yù) 先所要求的設(shè)計(jì)形狀，所以本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置，其整體光學(xué)效率及光學(xué)參數(shù)較不易 受非均勻收縮成型影響而大幅改變。再者，雖然以射出成型法所制成的環(huán)狀透鏡在其全反射面與第二出光面之間的鄰 接處的形狀會(huì)呈現(xiàn)圓角，但是從第二入光面入射的多條入射光線卻不易通過這些鄰接處。 因此，即使鄰接處的形狀呈現(xiàn)圓角，全反射光學(xué)裝置的整體光學(xué)效率仍不會(huì)受到影響。另外，本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置與現(xiàn)有一種常見的全反射折射透鏡(可參閱圖IB 與圖2C)，二者曾進(jìn)行過仿真光學(xué)測(cè)試，而在仿真測(cè)試的結(jié)果中，上述現(xiàn)有全反射折射透鏡的光學(xué)效率最高達(dá)到70 %，而本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置能超過70 %，達(dá)到85 %。由此可見， 顯然本發(fā)明的全反射光學(xué)裝置確實(shí)具有比現(xiàn)有全反射折射透鏡更高的光學(xué)效率，進(jìn)而能提 高太陽(yáng)能電池所產(chǎn)生的電能。 當(dāng)然，本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟 悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變 形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種全反射光學(xué)裝置，其特征在于，包括一聚光透鏡，具有一第一入光面、一相對(duì)該第一入光面的第一出光面以及一連接于該 第一入光面與該第一出光面之間的側(cè)表面；至少一環(huán)狀透鏡，包括一環(huán)狀主體，沿著該側(cè)表面圍繞該聚光透鏡，并具有一面對(duì)該側(cè)表面的內(nèi)環(huán)面、一相對(duì) 該內(nèi)環(huán)面的外環(huán)面以及一鄰接該外環(huán)面的全反射面；以及一凸出部，鄰接于該全反射面與該內(nèi)環(huán)面之間，并完全凸出于該內(nèi)環(huán)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該全反射面為外凸弧面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該全反射面為平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該全反射面相對(duì)于該外環(huán)面 而朝向該第一出光面傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該全反射面與該外環(huán)面之間 的夾角大于90度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該環(huán)狀主體還具有一連接于 該內(nèi)環(huán)面與該外環(huán)面之間的第二入光面，而該凸出部具有一鄰接該全反射面的第二出光 面，其中一入射光線依序經(jīng)過該第二入光面、該全反射面以及該第二出光面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該全反射面與該第二出光面 之間的鄰接處凸出于該內(nèi)環(huán)面所延伸的一參考表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該凸出部還具有一鄰接于該 內(nèi)環(huán)面與該第二出光面之間的傾斜面，而該傾斜面相對(duì)于該內(nèi)環(huán)面而朝向該第一出光面傾 斜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該傾斜面與該內(nèi)環(huán)面之間的 夾角大于90度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該傾斜面為內(nèi)凹弧面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該傾斜面為平面。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該環(huán)狀透鏡的數(shù)量為多個(gè)， 且該些環(huán)狀透鏡的外徑彼此不相等，該些環(huán)狀透鏡呈同心環(huán)排列，且其中一環(huán)狀透鏡圍繞 另一環(huán)狀透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，各該環(huán)狀透鏡具有一相對(duì) 于該第二入光面的高度，而該些高度彼此相等。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該些第二入光面呈階梯狀 分布。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，各該環(huán)狀透鏡具有一相對(duì) 于該第二入光面的高度，而該些高度彼此不相等。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該些高度從接近該聚光透 鏡處朝向遠(yuǎn)離該聚光透鏡處而遞減。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該聚光透鏡與其中一環(huán)狀 透鏡緊密接合。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該聚光透鏡與其中一環(huán)狀透鏡嵌合或膠合。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該聚光透鏡為凸透鏡。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的全反射光學(xué)裝置，其特征在于，該環(huán)狀透鏡的材料是石英、 玻璃或高分子材料。
全文摘要
一種全反射光學(xué)裝置，包括一聚光透鏡以及至少一環(huán)狀透鏡。聚光透鏡具有一第一入光面、一相對(duì)第一入光面的第一出光面以及一連接于第一入光面與第一出光面之間的側(cè)表面。環(huán)狀透鏡包括一環(huán)狀主體與一凸出部。環(huán)狀主體沿著側(cè)表面圍繞聚光透鏡，并具有一面對(duì)側(cè)表面的內(nèi)環(huán)面、一相對(duì)內(nèi)環(huán)面的外環(huán)面以及一鄰接外環(huán)面的全反射面。凸出部鄰接于全反射面與內(nèi)環(huán)面之間，并完全凸出于內(nèi)環(huán)面。
文檔編號(hào)G02B3/08GK101995592SQ20091016483
公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者張平, 曾昭富, 潘力齊, 王良德, 鄒淵翔 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院