一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜及其制作方法技术

本发明专利技术属于菲涅尔透镜技术领域，尤其涉及一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜及其制作方法，包括基板、锯齿型结构，所述基板的上方设有锯齿型结构，所述锯齿型结构内设有锯齿、透镜平面，所述锯齿与锯齿之间设为节距，所述齿形倾斜面与透镜平面之间的夹角设为工作角。本发明专利技术通过把点聚光菲涅尔透镜的微光学结构，通过计算机模拟到一圆柱型的辊轮上，通过金刚石刀具在辊筒上加工出回转型的菲涅尔透镜的微结构。长条光斑线型菲涅尔模具辊筒再利用带有菲涅尔微结构的辊筒热压成型制作汇聚太阳光斑为长条形的菲涅尔透镜，采用整体成型长度可无限延伸、光斑可控、能量转换效率高、汇聚光斑准确、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于菲涅尔透镜
，尤其涉及一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜及其制作方法。
技术介绍
菲涅尔透镜为200多年前专利技术的，其在投影屏幕和背投屏幕，红外感应监视设备等方面得到大量应用，同时，在太阳能光伏发电，太阳能光热发电，太阳能热利用等领域也具有广泛应用前景。随着科学技术的发展，菲涅尔透镜的生产材料由最初为无机玻璃，发展为采用有机高分子材料，无机--有机高分子复合材料，以及多种组合的材料，且随着生产材料的不同和产品要求的不同，其加工方法也不一样，如热压，热固化，光固化，浇注成型等。从成本，性能，环保等方面来看，以无机玻璃为透明基底，透明硅橡胶为成型材料的菲涅尔透镜已被广泛应用，特别是在太阳能应用领域中尤为显现。如图1、图2所示，传统的菲涅尔透镜表面由一系列锯齿型凹槽组成，中心部分是椭圆型弧线。每个凹槽都与相邻凹槽之间角度不同，但都将光线集中一处，形成中心焦点，也就是透镜的焦点。然而，这种传统的菲涅尔透镜，存在能量转换效率低等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜及其制作方法，以解决上述
技术介绍
中传统的菲涅尔透镜，存在能量转换效率低等缺点。本专利技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：本专利技术提供一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜，其特征在于：包括基板、锯齿型结构，所述基板的上方设有锯齿型结构，且下表面设有出射面，所述锯齿型结构内设有锯齿、透镜平面，所述透镜平面上方设有锯齿，所述锯齿与锯齿之间设为节距，且包括干扰面、齿形倾斜面、干扰角、工作角，所述齿形倾斜面与透镜平面之间的夹角设为工作角，且与干扰面之间的夹角为锐角，所述工作角为锐角，所述干扰面与透镜平面之间的夹角设为干扰角，所述干扰角为钝角,所述锯齿型结构由锯齿密集区、锯齿区、锯齿稀疏区组成，所述锯齿密集区位于锯齿型结构的中间，所述锯齿区位于锯齿密集区两侧，且关于锯齿密集区对称，所述锯齿稀疏区位于锯齿型结构的两端，且位于锯齿区的外侧并关于锯齿密集区对称。所述锯齿的齿深设为0.8mm以上。一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于该方法包括步骤如下 ：A、计算参数，按照客户的不同要求计算制造菲涅尔透镜所需的参数，并把汇聚光斑为圆点的菲涅尔结构，通过计算机模拟到一圆柱型的辊轮，这种光斑是2mm-5mm之间并可以调整；B、共挤制材，将UVPC材料和PC材料共挤制作成菲涅尔透镜材料，有效防止紫外线对镜片的伤害，提高镜片的透光度，延长镜片的使用寿命；C、电铸模具，在模具的辊筒表面通过电铸方法形成一层具有高切削性能的镍磷合金,合金材料中的磷含量必须达到11%—14%之间，镍磷合金的镀层厚度≥1mm，才能保证菲涅尔透镜齿的深度是在镍磷合金材料中加工形成，保证粗糙度达到≥10nm；D、雕刻模具，采用一具菲涅尔结构齿的形状定制的金刚石刀具，利用纳米级的高精密光学机床在模具辊筒的镍磷合金材料中加工完成长条形菲涅尔透镜的微结构，其节距的尺寸精度达到±0.0001,齿表面粗糙度≤10nm；E、辊压制出厚度公差，利用加工好的模辊，在热成型设备辊压制出光斑为长条形平面的菲涅尔透镜厚度公差；F、处理定型，置于有机材料后处理装置中，采用20万级净化，并且恒定的温度和湿度下进行定型处理，保证镜片制作过程中不受污染。本专利技术的有益效果为：1、本专利的太阳光汇聚光斑可根据需要模拟设计，采用整体成型长度可无限延伸、光斑可控、能量转换效率高、汇聚光斑准确可控、制造成本低。2、本专利的锯齿的齿深可以达到0.8mm以上，形成更大面积的受光面提高透镜的汇聚率，使得汇聚光斑准确可控。3、本专利将菲涅尔透镜置于有机材料后处理装置中，采用恒定的温度和湿度进行定型，大大提高透镜的机械性能，采用20万级净化，保证镜片制作过程中不受污染。4、本专利的菲涅尔透镜主要特征为汇聚太阳光光斑到一条线的范围内，这种光斑可以有效的利用光斑形成的拦截面上，使光热作用在热管等蓄热器件上，提高热利用率和能量转换效率。5、本专利通过把点聚光菲涅尔透镜的微光学结构，通过计算机模拟到一圆柱型的辊轮上，通过金刚石刀具在辊筒上加工出回转型的的菲涅尔透镜的微结构。长条光斑线型菲涅尔模具辊筒再利用带有菲涅尔微结构的辊筒热压成型制作汇聚太阳光斑为长条形的菲涅尔透镜，整个工作工艺简单，制造成本低。附图说明图1是传统菲涅尔透镜正面图；图2是传统菲涅尔透镜剖面图；图3是本专利技术的菲涅尔透镜正面图；图4是本专利技术的菲涅尔透镜剖面图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述：图中：1-锯齿型结构，2-锯齿区，3-锯齿密集区，4-锯齿稀疏区，5-干扰面，6-齿形倾斜面，7-干扰角，8-工作角，9-节距，10-基板，11-透镜平面，12-锯齿。下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1本实施例包括：基板10、锯齿型结构1，基板10的上方设有锯齿型结构1，且下表面设有出射面，锯齿型结构1内设有锯齿12、透镜平面11，透镜平面11上方设有锯齿12，锯齿12与锯齿12之间设为节距9，且包括干扰面5、齿形倾斜面6、干扰角7、工作角8，齿形倾斜面6与透镜平面11之间的夹角设为工作角8，且与干扰面5之间的夹角为锐角，工作角8为锐角，干扰面5与透镜平面11之间的夹角设为干扰角7，干扰角7为钝角，锯齿型结构1由锯齿密集区3、锯齿区2、锯齿稀疏区4组成，锯齿密集区3位于锯齿型结构1的中间，锯齿区2位于锯齿密集区3两侧，且关于锯齿密集区3对称，锯齿稀疏区4位于锯齿型结构1的两端，且位于锯齿区2的外侧并关于锯齿密集区3对称。锯齿12的齿深设为0.8。一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜的制作方法包括步骤如下 ：A、计算参数，按照客户的不同要求计算制造菲涅尔透镜所需的参数，并把汇聚光斑为圆点的菲涅尔结构，通过计算机模拟到一圆柱型的辊轮，这种光斑是2mm并可以调整；B、共挤制材，将UVPC材料和PC材料共挤制作成菲涅尔透镜材料，有效防止紫外线对镜片的伤害，提高镜片的透光度，延长镜片的使用寿命；C、电铸模具，在模具的辊筒表面通过电铸方法形成一层具有高切削性能的镍磷合金,合金材料中的磷含量必须达到11%，镍磷合金的镀层厚度1mm，才能保证菲涅尔透镜齿的深度是在镍磷合金材料中加工形成，保证粗糙度达到10nm；D、雕刻模具，采用一具菲涅尔结构齿的形状定制的金刚石刀具，利用纳米级的高精密光学机床在模具辊筒的镍磷合金材料中加工完成长条形菲涅尔透镜的微结构，其节距的尺寸精度达到±0.0001，齿表面粗糙度10nm；E、辊压制出厚度公差，利用加工好的模辊，在热成型设备辊压制出光斑为长条形平面的菲涅尔透镜厚度公差；F、处理定型，置于有机材料后处理装置中，采用20万级净化，并且恒定的温度和湿度下进行定型处理，保证镜片制作过程中不受污染。实施例2本实施例包括：基板10、锯齿型结构1，基板10的上方设有锯齿型结构1，且下表面设有出射面，锯齿型结构1内设有锯齿12、透镜平面11，透镜平面11上方设有锯齿12，锯齿12与锯齿12之间设为节距9，且包括干扰面5、齿形倾斜面6、干扰角7、工作角8，齿形倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜，其特征在于：包括基板、锯齿型结构，所述基板的上方设有锯齿型结构，且下表面设有出射面，所述锯齿型结构内设有锯齿、透镜平面，所述透镜平面上方设有锯齿，所述锯齿与锯齿之间设为节距，且包括干扰面、齿形倾斜面、干扰角、工作角，所述齿形倾斜面与透镜平面之间的夹角设为工作角，且与干扰面之间的夹角为锐角，所述工作角为锐角，所述干扰面与透镜平面之间的夹角设为干扰角，所述干扰角为钝角,所述锯齿型结构由锯齿密集区、锯齿区、锯齿稀疏区组成，所述锯齿密集区位于锯齿型结构的中间，所述锯齿区位于锯齿密集区两侧，且关于锯齿密集区对称，所述锯齿稀疏区位于锯齿型结构的两端，且位于锯齿区的外侧并关于锯齿密集区对称。

【技术特征摘要】
1.一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜，其特征在于：包括基板、锯齿型结构，所述基板的上方设有锯齿型结构，且下表面设有出射面，所述锯齿型结构内设有锯齿、透镜平面，所述透镜平面上方设有锯齿，所述锯齿与锯齿之间设为节距，且包括干扰面、齿形倾斜面、干扰角、工作角，所述齿形倾斜面与透镜平面之间的夹角设为工作角，且与干扰面之间的夹角为锐角，所述工作角为锐角，所述干扰面与透镜平面之间的夹角设为干扰角，所述干扰角为钝角,所述锯齿型结构由锯齿密集区、锯齿区、锯齿稀疏区组成，所述锯齿密集区位于锯齿型结构的中间，所述锯齿区位于锯齿密集区两侧，且关于锯齿密集区对称，所述锯齿稀疏区位于锯齿型结构的两端，且位于锯齿区的外侧并关于锯齿密集区对称。2.根据权利要求1所述的一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜，其特征在于：所述锯齿的齿深设为0.8mm以上。3.一种太阳光汇聚光斑为长条形平面的菲涅尔透镜的制作方法，其特征在于该方法包括步骤如下 ：A、计算参数，按照客户的不同要求计算制造菲涅尔透镜所需的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱凤华，晏强，任科文，
申请(专利权)人：九格能源科技天津有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12