短焦距薄型菲涅爾透鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種短焦距薄型菲涅爾透鏡，包括基平面和聚光面，聚光面上設(shè)有聚光凸起，該聚光凸起由傾斜面和垂直面組成，所述聚光凸起包括在傾斜面上發(fā)生反射的反射凸起，在菲涅爾透鏡聚光面上設(shè)置反射凸起，當光線垂直基平面照射到反射凸起的傾斜面上時，在反射凸起的傾斜面上發(fā)生--?全反射，然后通過折射匯聚在透鏡焦點處，有效縮短了透鏡的焦距。
【專利說明】短焦距薄型菲涅爾透鏡
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，具體來說是涉及一種短焦距薄型菲涅爾透鏡。
【背景技術(shù)】
[0003]菲涅爾透鏡廣泛應(yīng)用于聚光光伏系統(tǒng)中，為了提高光學(xué)效率，要求菲涅爾透鏡要采光面積大。因此，需要提供一種大尺寸菲涅爾透鏡。光通過菲涅爾透鏡折射會聚到菲涅爾透鏡焦點，在焦距一定時，距離透鏡中心越遠的外齒面傾斜角越大，反射損耗也隨之增加。為減小反射損耗，增大菲涅爾透鏡尺寸的同時還需要增加焦距，但這會使聚光太陽能系統(tǒng)整體尺寸變大，并增加了控制難度，從而增加了系統(tǒng)成本。采用傳統(tǒng)幾何光學(xué)的光折射原理設(shè)計的菲涅爾透鏡，其焦徑比(透鏡焦距F與聚光透鏡對角線之比)通?？刂圃?.8?1.4之間，在透鏡尺寸一定時，如果焦徑比太大會使焦距變長，從而增加系統(tǒng)尺寸及成本，如果焦徑比太小，雖然可以獲得較短焦距，但會增加反射損耗，從而降低太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。設(shè)計高光學(xué)效率大尺寸短焦距的菲涅爾透鏡對提高聚光光伏系統(tǒng)效率及降低成本具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種短焦距薄型菲涅爾透鏡，其在保證菲涅爾透鏡大尺寸的情況下，能夠獲得短焦距，從而減小透鏡系統(tǒng)的整體尺寸，提高光能轉(zhuǎn)化效率。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種短焦距薄型菲涅爾透鏡，包括基平面和聚光面，聚光面上設(shè)有聚光凸起，該聚光凸起由傾斜面和垂直面組成，所述聚光凸起包括在傾斜面上發(fā)生反射的反射凸起；
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案中，在菲涅爾透鏡聚光面上設(shè)置反射凸起，當光線垂直基平面照射到反射凸起的傾斜面上時，在反射凸起的傾斜面上發(fā)生 全反射，然后通過折射匯聚在透鏡焦點處，有效縮短了透鏡的焦距。
[0006]所述反射凸起的傾斜面上涂有反光膜；反光膜反射效果較好，對傾斜面的斜度要求不高，能夠滿足多種需求。
[0007]所述反射凸起的傾斜面與基平面之間的夾角大于傾斜面的全反射臨界角；傾斜面通過全反射減少能量損耗，提高光能轉(zhuǎn)化效率。
[0008]所述聚光凸起還包括折射凸起,該折射凸起位于反射凸起的內(nèi)側(cè)；該折射凸起實現(xiàn)入射光在折射凸起的傾斜面上完成一次折射，從而實現(xiàn)聚光。
[0009]所述聚光面上還設(shè)有平凸透鏡凸起，其布置于聚光面的中心；在聚光面的中心布置平凸透鏡凸起能夠優(yōu)化聚光效果。
[0010]所述反射凸起和折射凸起繞平凸透鏡凸起布置，這種結(jié)構(gòu)可以使方形環(huán)繞，或圓環(huán)環(huán)繞或其他形狀環(huán)繞，布局合理，且聚光面上的反射凸起的傾斜面、折射凸起的傾斜面的傾斜程度和平凸透鏡凸起的凸面形狀的曲率要恰好能使光會聚到焦點6位置。
[0011]所述反射凸起和折射凸起繞平凸透鏡凸起呈圓環(huán)狀，圓環(huán)狀效果最好。
[0012]所述平凸透鏡凸起根部面積為聚光面面積的1/6?I / 4 ;平凸透鏡凸起的根部直徑應(yīng)盡量大，能夠進一步提高光學(xué)效率。
[0013]所述平凸透鏡凸起的高度小于聚光凸起的高度；能夠保證透鏡整體尺寸較大的情況下，仍然具有較好的光學(xué)效率。
[0014]該透鏡整體為方形或圓形，并由玻璃、塑料或硅膠材料做成；在實際應(yīng)用中，安裝透鏡的儀器對透鏡整體外形會有不同需求，針對這種情況，優(yōu)選將透鏡整體外形設(shè)置成方形或圓形，所述材料可以節(jié)約成本，易于加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明實施例的局部截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖中，1.反射凸起；11.傾斜面；12.垂直面；2.折射凸起；3.平凸透鏡凸起；
4.基平面；5.聚光面；6.焦點。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做詳細說明。
[0019]實施例1:
圖1示出本發(fā)明的平面布置結(jié)構(gòu)，透鏡整體外形為方形，中間設(shè)置平凸透鏡凸起3，平凸透鏡凸起3外圍環(huán)形設(shè)置折射凸起2，折射凸起2的外圍環(huán)形設(shè)置反射凸起1，其中關(guān)于折射凸起2和反射凸起I的環(huán)數(shù)可以根據(jù)實際需要確定。本發(fā)明為了實現(xiàn)短焦距，本實施例中，在透鏡的外圍采用反射凸起的結(jié)構(gòu)。結(jié)合附圖2，對設(shè)有反射凸起I的透鏡結(jié)構(gòu)進一步說明。圖2是透鏡結(jié)構(gòu)的截面圖，僅示出上半部分。其中，包括相互平行的基平面4和聚光面5，聚光面5上設(shè)置聚光凸起和平凸透鏡凸起3，聚光凸起包括反射凸起I和折射凸起2，反射凸起I和折射凸起2均設(shè)有傾斜面和垂直面，傾斜面用于將入射光進行聚焦。反射凸起I的傾斜面11與基平面4之間的夾角大于傾斜面11的全反射臨界角。實際上，也就是垂直射向基平面4方向的入射光射在傾斜面11上的入射角大于傾斜面11的全反射臨界角。這樣，入射光線在反射凸起I的傾斜面11上形成全反射，從而使入射光完全反射到垂直面12上，經(jīng)垂直面12再次折射匯聚到焦點6，實現(xiàn)縮短焦距的目的，而且提高光學(xué)效率。為了優(yōu)化透鏡整體結(jié)構(gòu)布置，提高了效率，反射凸起I內(nèi)側(cè)設(shè)置的折射凸起2的傾斜面則是經(jīng)一次折射完成聚焦，其傾斜面與基平面4的夾角小于該傾斜面的全反射臨界角。為了進一步提高透鏡的光學(xué)性能，在聚光面5的中心光軸上設(shè)置的平凸透鏡凸起3的根部面積應(yīng)當盡量大，最好達到聚光面2整體面積的1/6，甚至I / 4，這樣能夠有效提高透鏡的光學(xué)效率。聚光面5上的反射凸起I的傾斜面11、折射凸起2的傾斜面的傾斜程度和平凸透鏡凸起3凸面形狀的曲率要恰好能使光會聚到焦點6位置。平凸透鏡凸起3的高度最好不要高于聚光凸起的高度，如果平凸透鏡凸起3的高度太高，會影響整體聚光效果，增加透鏡的制作成本等。透鏡的材料可以優(yōu)選玻璃、塑料或硅膠，聚光效果都能滿足要求，而且成本不聞，易于加工。[0020]實施例2:
本實施例與實施例1相比，其不同之處在于:在反射凸起I的傾斜面11上設(shè)置反光膜，光線照射在傾斜面11的反光膜上發(fā)生反射，這種結(jié)構(gòu)對傾斜面的斜率要求不高，即使入射角小于全反射臨界角仍然可以起到聚光效果，可以縮短焦距。
[0021]實施例3:
本實施例與實施例1相比，其不同之處在于:透鏡整體外形為圓形。
【權(quán)利要求】
1.一種短焦距薄型菲涅爾透鏡，包括基平面和聚光面，聚光面上設(shè)有聚光凸起，該聚光凸起由傾斜面和垂直面組成，其特征在于:所述聚光凸起包括在傾斜面上發(fā)生反射的反射凸起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述反射凸起的傾斜面上涂有反光膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述反射凸起的傾斜面與基平面之間的夾角大于傾斜面的全反射臨界角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述聚光凸起還包括折射凸起，該折射凸起位于反射凸起的內(nèi)側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述聚光面上還設(shè)有平凸透鏡凸起，其布置于聚光面的中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述反射凸起和折射凸起繞平凸透鏡凸起布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述反射凸起和折射凸起繞平凸透鏡凸起呈圓環(huán)狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述平凸透鏡凸起根部面積為聚光面面積的1/6?I / 4。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:所述平凸透鏡凸起的高度小于聚光凸起的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述短焦距薄型菲涅爾透鏡，其特征在于:該透鏡整體為方形或圓形，并由玻璃、塑料或硅膠材料做成。
【文檔編號】G02B1/10GK103809227SQ201210437456
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】田兆碩, 申海亭, 付世友, 孫正和, 楊茂華, 孫國棟 申請人:青島哈工大科創(chuàng)工業(yè)技術(shù)研究院