專利名稱：陽光聚集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽光線聚集裝置，該裝置利用菲涅耳透鏡聚焦，可以有效地將太陽光引導到一條光纜上。
本申請人早先曾提出過一種太陽光線聚集裝置，該裝置包括若干透鏡。由這些透鏡聚焦的太陽光線被引導至光導光纜上。以這種方式引導的太陽光線經(jīng)光纜傳輸?shù)叫枰饩€的地方。
就上述的太陽光線聚集裝置而言，當透鏡的數(shù)值孔徑角(numericatapertureangle)較大時，由透鏡所聚焦的太陽映象就小。因此僅可適于較小直徑的光纜，這是其尺寸上的優(yōu)點。然而，透鏡周邊部分的斜升角(risingangle)會較大，因此這部分的光反射量增大，聚焦效果不好。此外，光纜的入射角較大，則光纜上光接收端處的反射量會變大，將太陽光線導引至光纜的效果就不好。再者，射入透鏡的太陽光會反射到透鏡的光散射端進而再折入透鏡，于是被反射的太陽光線在透鏡內傳播?；诖艘?，入射光線不能有效地導入光纜。
另一方面，如透鏡的數(shù)值孔徑較小，則其周邊部分的斜升角也很小，由此造成這部分的反射量變小。對光纜的入射角也變小，而光纜的光接收端處的反射量也小了，因此太陽光線的聚集將更為有效。與此相反，由透鏡所聚焦的太陽映象將變大，所以要求較大的光纜直徑，光纜的成本費就會變高。這些問題即是先有技術中的若干缺陷。
本發(fā)明的一個目的是可以使用一種具有較大數(shù)值孔徑的光纜，且可在該光纜的光接收端處消除反射，從而可十分有效地維持將太陽光線導入光纜。
本發(fā)明的另一目的是減小光纜的直徑，以期降低其成本。


圖1的透視圖展示了本申請人原先提出的太陽光線聚集裝置的一個實施例;
圖2至圖4分別展示了上述光陽光線聚集裝置上先有技術實施例的有關結構;
圖5展示了根據(jù)本發(fā)明，陽光聚集裝置的一個實施例的結構。
圖1的詳細透視圖展示了太陽光線聚集裝置的一個實施例。圖1中標號1代表透明防護罩，2為菲涅耳透鏡，3為透鏡支架，4為感受太陽光線方向的方向檢測器，5為光纖(或光導體纜)其光接收端置于菲涅耳透鏡2的焦點位置，6為光纖保持架，7為支臂，8為脈動電機，9為由脈動電機8所驅動的水平旋轉軸，10為承載防護罩1的底座，11為脈動電機，12為由脈動電機11所驅動的垂直旋轉軸。
如本申請人早已指出的，上述的陽光聚集裝置通過太陽光線方向檢測器4來檢測太陽的方向，此檢測信號驅動脈動電機8和11。脈動電機8和11分別帶動水平旋轉軸9及垂直旋轉軸12，使它們旋轉，從而將陽光方向檢測器4導至太陽的方向上。以此方式，即可將由若干透鏡2所聚集的太陽光線分別導入光纖5，該光纖的光接收端置于相應透鏡的焦點位置。每一透鏡均配有光纖或光纜5，此種光纜從該陽光聚集裝置中引出，以披覆線13予以捆扎后再被引至需要光線的地方。
圖2和3分別展示了先前的陽光聚集裝置的實施例的有關結構。此圖2和3中，標號2代表用于將陽光聚焦的透鏡，5為光纜，被聚焦的陽光將導入其中。圖2所示的實施例為透鏡2是大數(shù)值孔徑(角)的情況，而圖3所示的另一實施例為透鏡2是小數(shù)值孔徑(角)的情況。
在透鏡2的數(shù)值孔徑大時，如圖2所示由透鏡2所聚焦的太陽映象較小，因此可使用直徑較小的光纜，這是其尺寸上的優(yōu)點。相反，透鏡2周邊部分斜升角θ較大，這部分的光反射量也大，而聚焦效果不好。光纜5的入射角θ2也大，在光纜5的光接收端處的反射量就大，將太陽光線導入光纜5的效果則不好。再說，射入透鏡2的太陽光線反射到光散射端2a且又折回透鏡2。于是所反射的太陽光在透鏡2內傳播的。有鑒于此，入射光線不能有效地導入光纜。
另外，如透鏡2的孔徑角小，則透鏡2周邊處的斜升角θ3也小。因此這部分的反射量小。而對光纜5的入射角θ4也很小，這樣光纜5的光接收端處的反射量必然是小的，從而使光線的聚焦變得更有效。但是如圖3所示，由透鏡2所聚焦的太陽映象就會較大，因此要求光纜的直徑也較大，這樣勢必加大光纜的費用。這些問題即是先有技術中的若干缺陷。
圖4為圖2示出具有大孔徑角的透鏡，其中所用菲涅耳透鏡的主要部分的放大圖。眾所周知，菲涅耳透鏡即為這樣一種透鏡，如圖4所示，它是通過有效地利用常規(guī)透鏡的曲面C而使其厚度遞減，因而其總重量也可減小，當采用這種菲涅耳透鏡而代之以如圖2和3中所示的相應透鏡時，則裝置尺寸和重量均可減小。特別是在透鏡跟隨太陽運動的情況下，減少運動部分的重量可以加速其反應動作，這是此類裝置所希望的性能。
另外，如使用圖4所示的菲涅耳透鏡，從理論上講，較大孔徑角的透鏡如A1，A2，A3……所示予以切割。該透鏡的切割部分在水平面臺上的排列如A1，A′2，A′3……所示，而透鏡的表面S1，S2，S3，……則用作菲涅耳透鏡的表面。在此情況下，當透鏡如A1，A2，A3，……所示予以切割時，則表面B1，B2，B3就必須如圖4所示傾斜地予以切割。這種結構中，對應于W1，W2……的光線則無法利用，所以可證明其效率不高。
所作出的本發(fā)明即是要解決上述先有技術的若干缺陷。具體地說，本發(fā)明的一個目的是能夠使用一種具有較大孔徑值的光纜，而且更進一步消除了光纜在光接收端上的反射，以保持將太陽光線導入光纜的高效率。本發(fā)明的另一目的，是使減小光纜的直徑進而降低其成本成為可能。
圖5的結構圖即展示了根據(jù)本發(fā)明的太陽光線聚焦裝置的一個實施例。圖5中，標號2代表聚集陽光的菲涅耳透鏡，5代表光纜，20則為光耦合器，它包括一個去尖圓錐形光導，具有用作光接收端的寬端20a及用于光散射的小端20b。
在本發(fā)明中，作為光聚焦透鏡，使用了小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡，換言之，在其周邊部分的上升角不大。小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2在其周邊部分呈小上升角，因此其反射量小。加之，如圖5所示的傾斜切割可以做得很小，這樣利用菲涅耳透鏡2可有效地對太陽光線進行聚焦?？墒且驗橛眯?shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2所聚焦的太陽映象大，在將由菲涅耳透鏡聚焦的太陽光線直接導入光纜5時，就必須使用較大直徑的光纜，從而造成裝置成本的增加。
還有，如減小光纜5的直徑，就必須加大透鏡2的孔徑角，以使由透鏡2聚焦后的太陽映象較小。但當增大透鏡2的孔徑角時，在光纜5的入射端面處的太陽光線入射角就會如上所述加大，以致反射損耗也會增加，這是需要解決的問題。因此，在本發(fā)明中所使用的光耦合器20具有大表面的光接收端20a和小表面的光散射端20b，在光耦合器20的大端20a處，接收由具有相對較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2，所聚焦的相對較大太陽映象，并將其導入光耦合器20。
導入光耦合器20的陽光經(jīng)周邊表面20c所反射，并傳播至光散射端20b。只要這種反射重復，則孔徑角這會越來越大，最后，光散射端20b處的孔徑角變?yōu)榧s等于光纜5的數(shù)值孔徑。據(jù)此如果由光耦合器20所射出的太陽光線可導入光纜5的話，則此光線就可在光纜5內部傳播。這樣，光線就可被更有效地傳輸。
但是，如前所述，在光導體纜5的數(shù)值孔徑較大的情況下，對應較大入射角(孔徑角)的太陽光線被引入具有較大開口值的光纜5中。然而，在光纜5的光接收端的反射損耗會很大，致便太陽光線不能有效地導入光纜5。與此相反，在本發(fā)明中利用光膠之類物質將光耦合器20的光散射端20b單一而且牢固地粘接到光纜5的光接收端面，于是，可完全消除光纜5的光接收端處的反射損耗。
由上述說明中可以看出，根據(jù)本發(fā)明，使用較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡時，與具有較大數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡的情況相比，可使透鏡周邊部分的反射損耗很小。除此之外，在制作這種菲涅耳透鏡時所要求的傾斜切割面也減少了，從而可有效地將太陽光線予以聚焦。還有，通過使用具有較大光接收面的光耦合器，即可使用較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡，進而可減少在光耦合器的光接收表面上的反射損耗。當太陽光線經(jīng)過光耦合器時，太陽光線的孔徑角即增大。該孔徑角可增大到可由光纜所取的最大孔徑角。由此可使用較大數(shù)值孔徑的光纜及較小直徑的光纜。其結果，可降低光纜的成本，且利用光膠之類物質將光耦合器的光散射端單一又牢固地粘接到光纜的光接收端，可完全消除光纜的光接收端處的反射損耗。
權利要求
1.太陽光線聚集裝置，它包括將太陽光聚焦的透鏡，具有去尖圓錐形光導的光耦合器和光纜，其中由所述透鏡聚焦的太陽光線在所述光耦合器的大端予以接收，而從所述光耦合器的小端射出，而且所述光線進而被導入所述光纜，其特征在于當所述光導的光接收面處的太陽光線入射角等于或大于所述光纜的數(shù)值孔徑時，所述光纜則有較大的反射損耗，所述透鏡的結構為菲涅耳透鏡，即其小的數(shù)值孔徑小于所述光纜的數(shù)值孔徑，所述光耦合器的光出射端具有與所述光纜數(shù)值孔徑相等的數(shù)值孔徑，從而消除所述反射損耗，所述光耦合器的所述光出射端，利用光膠將其牢固地與光纜的光接收端粘接在一起。
全文摘要
一種太陽光線聚集裝置，它包括菲涅耳透鏡，由去尖圓錐形光導構成的光耦合器和光纜。由透鏡所聚焦的太陽光線在光耦合器的大端予以接收，又于光耦合器的小端予以射出，并進而被導入光纜。菲涅耳透鏡具有比光纜為小的數(shù)值孔徑。光耦合器的光散射端具有相等于光纜的數(shù)值孔徑，從而消除反射損耗。光耦合器光出射端利用光膠被牢固地粘接到光纜的光接收端。
文檔編號F24J2/08GK1034813SQ88108558
公開日1989年8月16日 申請日期1988年12月10日 優(yōu)先權日1988年2月4日
發(fā)明者森敬 申請人:森敬