專利名稱：高光效的聚光太陽能菲涅爾透鏡制作方法
技術領域：
本發明涉及一種透鏡的制作方法，具體是對公知的菲涅爾透鏡的鏡面結構進行改進的高光效聚光太陽能透鏡的制作方法。
背景技術：
現有菲涅爾透鏡就制作材料而言，用石英玻璃和有機玻璃或聚碳(PC)等光學級塑料制作，石英玻璃加工困難，加工成本高，難以制作大尺寸菲涅爾透鏡；有機玻璃和PC等光學級塑料制作，透光率偏低，易老化而進一步降低透光率，使用壽命短。就菲涅爾透鏡的鏡面結構而言，其迎光面為一個平面，背光面是由折射面與垂直面結合的波紋面，有環形波紋和條形波紋之分，折射面有直線型面和拋物線型面，每條波紋內的垂直面與折射面相交， 組成了紋頂和紋底，折射面為折光工作面。因加工機床的精度和刀具磨損等因素，紋頂和紋底不可能加工成絕對的尖角，一般會有R0. 02-R0. 05的圓弧，正因這樣的鏡面結構特征，才造成菲涅爾透鏡存在光效低于85%和對太陽光入射角度要求高的缺陷。現有的菲涅爾透鏡紋頂和紋底存在著R0. 02-R0. 05的圓弧，入射光射至該兩個弧形面產生的折射光是分散的，不會產生折向焦點的有效光，光效受到損失；再說，每一波紋中的垂直面，理論上與太陽的入射光線相平行，實際應用上還是存在一定的偏差，就會有部分入射光照到垂直面上，但該入射光產生的折射光和反射光不會聚到焦點上，也成為一種無效光。由此可見，現有的垂直面、紋頂和紋底結構，制約菲涅爾透鏡的光效發揮。經檢索和市場調查，未見有改進菲涅爾透鏡結構的資料報道和產品面市。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一套完整的制作高效的聚光太陽能菲涅爾透鏡的方法。解決該技術問題采用如下技術方案本高光效的聚光太陽能菲涅爾透鏡制作方法采用如下五項措施一、波紋面的改進無論環形波紋或條形波紋，每條波紋內的垂直面改為內斜面， 將紋底改為窄平底，每個內斜面與底面相交的傾斜角Cli的度數為:d 二 90。一 arClfL/F)，
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其中Li為紋底至中心光軸的垂直距離，F為焦距；二、材料的改進選用透光性好的平板石英玻璃和光學級硅膠為制作透鏡的材料；三、鏡體結構的改進改單層透鏡體為雙層的復合型透鏡體，在平板石英玻璃的底面復合硅膠質透鏡；四、制模按常規與步驟一和步驟三改進相結合的設計方案制作改進型的菲涅爾透鏡模具；五、注橡復合成型先將平板石英玻璃底面用有機硅底涂進行處理，然后將處理好的玻璃放入模具中再注入硅膠注橡成型，硫化后取出，修邊檢驗即成。本發明的有益效果是采用本方法制成的改進型菲涅爾透鏡，因將垂直面改為內斜面、紋底改為窄平底后，避免了紋頂、紋底和垂直面不產生有效折射光造成的光效損失， 不僅提高了光效，也改變了菲涅爾透鏡對光偏差時光效急劇下降的情況。采用硅膠作原料其柔韌性有利脫模，且大大提高了透明度和抗老化能力，進一步提高了光效并增加了透鏡的使用壽命。硅膠與玻璃復合使玻璃的堅挺與硅膠的柔韌互補。紋頂和紋底的加工精度要求下降，降低了加工模具和產品的難度，提高了模具的使用壽命。
圖1為環紋菲涅爾透鏡結構示意圖。圖2為圖1的俯視圖。圖3為條紋菲涅爾透鏡結構示意圖。圖4為圖3的俯視圖。圖5為本發明的改進型菲涅爾透鏡結構示意圖。圖6為本發明內斜面傾斜規律示意圖。圖7為菲涅爾透鏡紋頂和紋底光效損失示意8為菲涅爾透鏡垂直面光效損失示意圖
具體實施例方式本發明下面結合實施例并參照附圖予以詳述圖1-4顯示了未經改進的菲涅爾透鏡的基本結構，其底面2為平面，是透鏡的迎光面，其背光面是左右對稱以中心點為圓心的環紋波紋面(見圖1、幻或以中心線為基準的條紋波紋面(見圖3、4)，縱剖面呈對稱的鋸齒狀。見圖7，每條波紋中有折射面1、垂直面15、紋頂10和紋底6，后三者的結構特征妨礙菲涅爾透鏡的光效發揮。參見圖5，把垂直面改為向焦點傾斜的內斜面9，將原有圓弧的紋底 6改為窄平面底后，入射光5透過紋底的窄平面射至內斜面9，因入射角很小，便全反射到光斑17中。減少了紋底6的光損；當入射光4與中心光軸7有角度偏差，偏差角度小于1° 時，光線也不會超過最大入射偏差線11照射到紋頂10和內斜面9上，避免了紋頂、內斜面的光效損失，提高了透鏡在對光偏差情況下的光效，改變了菲涅爾透鏡對光偏差時光效急劇下降的情況。這些改進均有利于提高光效，克服了現有菲涅爾透鏡光效低及對入射光角度敏感的缺陷。見圖6，內斜面9與底面2相交的傾斜角Cli的角度隨該角與中心光軸7的
垂直距離增加而減小，各傾斜角Cli度數可由反三角函數得出;
權利要求
1. 一種高光效的聚光太陽能菲涅爾透鏡制作方法，其特征是采用如下五項措施一、波紋面的改進無論環形波紋或條形波紋，每條波紋內的垂直面(1 改為內斜面(9)，將紋底改為窄平底，每個內斜面與底面(2)相交的傾斜角di的度數為d = 90°-arCtg2(L/F)，其中Li為紋底至中心光軸的垂直距離，F為焦距；二、材料的改進選用透光性好的平板石英玻璃和光學級硅膠為制作透鏡的材料；三、鏡體結構的改進改單層透鏡體為雙層的復合型透鏡體，在平板石英玻璃(14)的底面( 復合硅膠質透鏡；四、制模按常規與步驟一和步驟三改進相結合的設計方案制作改進型的菲涅爾透鏡模具；五、注橡復合成型先將平板石英玻璃(14)底面( 用有機硅底涂進行處理，然后將處理好的玻璃(14)放入模具中再注入硅膠注橡成型，硫化后取出，修邊檢驗即成。
全文摘要
一種高光效的聚光太陽能菲涅爾透鏡制作方法，采用如下五項措施一是波紋面的改進，將每條波紋中的垂直面(15)改為內斜面(9)，內斜面(9)與底面(2)交角的傾斜角度隨該交點與中心光軸(7)垂直距離增加而減小，各傾斜角di的度數可由反三角函數計算得出，再將紋底改為窄平底。二是選用平板石英玻璃與硅膠為材料，三是將單層鏡體改為玻璃與硅膠雙層復合型鏡體。經制模、玻璃表面處理，注橡復合成型、修邊和檢驗后制成本改進型菲涅爾透鏡。用本方法制得的透鏡光效高、對光精度要求低，透光性能與抗老化性能好，制造成本低，使用壽命長。復合型透鏡的材料性能的互補性強，模具與鏡體加工的難度減少，模具使用壽命提高。
文檔編號G02B1/04GK102230980SQ201110175240
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者佘曉峰 申請人:佘曉峰