[發(fā)明專(zhuān)利]短焦距薄型菲涅爾透鏡

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210437456.5
• 申請(qǐng)日: 2012-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103809227A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田兆碩;申海亭;付世友;孫正和;楊茂華;孫國(guó)棟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島哈工大科創(chuàng)工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G02B3/08
• 分類(lèi)號(hào): G02B3/08;G02B1/10
• 代理公司: 山東清泰律師事務(wù)所 37222
• 代理人: 聶磊

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是涉及一種短焦距薄型菲涅爾透鏡。

背景技術(shù)

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(guò)菲涅爾透鏡折射會(huì)聚到菲涅爾透鏡焦點(diǎn)，在焦距一定時(shí)，距離透鏡中心越遠(yuǎn)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(shí)還需要增加焦距，但這會(huì)使聚光太陽(yáng)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(jì)的菲涅爾透鏡，其焦徑比（透鏡焦距F與聚光透鏡對(duì)角線之比）通常控制在0.8～1.4之間，在透鏡尺寸一定時(shí)，如果焦徑比太大會(huì)使焦距變長(zhǎng)，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(huì)增加反射損耗，從而降低太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。設(shè)計(jì)高光學(xué)效率大尺寸短焦距的菲涅爾透鏡對(duì)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

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)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。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)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(dāng)光線垂直基平面照射到反射凸起的傾斜面上時(shí)，在反射凸起的傾斜面上發(fā)生????全反射，然后通過(guò)折射匯聚在透鏡焦點(diǎn)處，有效縮短了透鏡的焦距。

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(duì)傾斜面的斜度要求不高，能夠滿足多種需求。

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(guò)全反射減少能量損耗，提高光能轉(zhuǎn)化效率。

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(shí)現(xiàn)入射光在折射凸起的傾斜面上完成一次折射，從而實(shí)現(xiàn)聚光。

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。

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(huì)聚到焦點(diǎn)6位置。

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。

所述平凸透鏡凸起根部面積為聚光面面積的1/6～１／４；平凸透鏡凸起的根部直徑應(yīng)盡量大，能夠進(jìn)一步提高光學(xué)效率。

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。

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(shí)際應(yīng)用中，安裝透鏡的儀器對(duì)透鏡整體外形會(huì)有不同需求，針對(duì)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。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的局部截面結(jié)構(gòu)示意圖。

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(diǎn)。

具體實(shí)施方式

????下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：