[发明专利]一种削顶曲面聚光透镜及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能聚光透镜领域，尤指一种用于太阳能聚光的削顶曲面聚光透镜及其制作方法。

背景技术

20世纪20年代，物理学家菲涅尔提出透镜的制造理论：连续光学表面的成像特性，主要取决于表面的曲率，而轴向厚度是次要的因素，在大多数情况下，厚度的增加是由于表面曲率或孔径的要求所造成的.所以，把透镜2个表面之间的厚度减小，光学元件仍可把光线聚焦到原来的厚透镜焦点上.依据上述理论，产生了平面菲涅尔透镜，参见附图1。

由平面菲涅尔透镜演化的曲面菲涅尔透镜(参见附图2)主要有2种类型：一种是齿面在凸面上；一种是齿面在凹面上；菲涅尔透镜主要用于聚光和准直，目前主要应用在液晶显示器、投影仪、太阳能聚光透镜等。

对于常规聚焦透镜而言，透镜的聚焦能力可以用其相对孔径(透镜口径与焦距之比D/f)来衡量，系统的聚光能力越强，相对孔径的值越大，透镜也越厚，重量随之增加.使用菲涅尔透镜代替常规透镜可以克服这一缺点。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料铸压而成的薄片，也有玻璃制作的。镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，透镜的要求很高，一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，齿高多在1mm左右。

目前大型透射式太阳能聚光透镜一般都采用平面菲涅尔透镜，这样的菲涅尔透镜是由一系列的具有偏转光线作用的小棱镜组成的。在操作条件下平面菲涅尔透镜存在色散、全反射、聚光倍数受限制和对跟踪精度要求高等缺点，而曲面菲涅尔透镜可以弥补这些缺陷。曲面菲涅尔透镜可以增强系统的机械强度，减小光线的偏转，减小色差，降低对跟踪精度的要求。色差减小对应着光斑减小，聚焦比增加。所以单从设计的角度来说，若追求高倍聚光倍数，曲面菲涅尔透镜是首选。然而，由于曲面菲涅尔透镜中间顶部为曲面，模具和透镜材料存在脱模困难，所以工艺上很难实现，因此曲面菲涅尔透镜的加工成本要大大高出平面菲涅尔透镜。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种削顶曲面聚光透镜，将平面菲涅尔透镜和曲面菲涅尔透镜的优势进行结合，使本专利装置既有曲面菲涅尔透镜在光学上的优势，又兼顾了平面菲涅尔透镜加工上较曲面菲涅尔透镜简易的优点，从而大大提高了透镜的性价比。

本专利的另一个目的是提供一种削顶曲面聚光透镜的制作方法，通过将曲面菲涅尔透镜与平面菲涅尔透镜或其他平面透镜进行组装粘接形成削顶曲面聚光透镜，工艺简单、节约成本。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种削顶曲面聚光透镜的制作方法，按照如下步骤进行制作：

a、首先铸模形成一削顶中空曲面锥体，所述削顶区域为一圆形区域；

b、在所述削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜或者冲压成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜；

c、将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。

如果采用一次性铸模成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜，则可以采用如下制作方法，按照如下步骤进行制作：

a、首先铸模或者冲压成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜，所述削顶区域为一圆形区域；

b、将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。

上面所述与削顶区域相同大小的平面透镜是指凸透镜或者平面菲涅尔透镜；若采用平面菲涅尔透镜，则可用铸模成型或在平面透镜上粘贴透镜薄膜的方法制作。

通过上述方法制作的削顶曲面聚光透镜由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔透镜组成，所述削顶中空曲面菲涅尔透镜为曲面锥体形，所述平面透镜粘接固定在所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。

为达到最佳效果，所述平面透镜的面积应小于所述聚光透镜有效受光面积的35％。

本专利中：平面透镜是指：光线出射面或入射面为平面的透镜。

本专利的效果在于：

一直以来，太阳能聚光透镜主要采用平面菲涅尔透镜进行聚光，业界虽然已经觉察到平面菲涅尔透镜具有色散、全反射、聚光倍数受限制等缺点，但是一直无法找到改进的办法，而曲面菲涅尔透镜虽然有良好的光学透射效果，但是其曲面形状则对制造提出了更高的难度，采用传统的铸模、冲压等方法，制造难度大，成本高，因此很难大规模推广。本专利巧妙的将两者结合起来，取平面菲涅尔透镜或凸透镜的制造简单方便、成本低的优点与曲面菲涅尔透镜的光学透射效果好的优点进行结合，并巧妙的规避了曲面菲涅尔透镜制作难度及成本的问题，从而为太阳能聚光透镜提供了一种聚光效果更佳、成本更优的选择。