一种短焦距聚光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种短焦距聚光器，包括入射面和出射面，所述入射面和出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化。本实用新型专利技术通过双面的结构设计，可将聚光器焦距与聚光器口径的比压缩至0.7，同时齿槽中的齿面采用弧面结构，可实现齿间距可以任意选择的同时，依然能获得较小的光斑，即使用较大的齿间距在提高光效的同时满足较高的聚光倍数。

Short focal length condenser

The utility model discloses a short focal length concentrator, including the incident surface and the exit surface, the incident surface and the exit surface is provided with a plurality of concave slot, each corresponding to alveolar concentrator effect of tooth surface are cambered surface structure changes shape with the top slot and the corresponding the lower part of the tooth arc contour shape change. The utility model through the structural design of double, the focal length and diameter ratio of condenser condenser compressed to 0.7, while the use of arc tooth slot in structure, can realize the spacing between the teeth can be arbitrarily selected at the same time, still can get a smaller spot, namely the use of large tooth spacing in high light effect and meet the spotlight high magnification.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于太阳能利用
，特别涉及一种短焦距聚光器。
技术介绍
目前的菲涅尔透镜均为单面结构，即入射面为平面结构，出射面为有多条凹陷的齿槽结构，该结构设计使得聚光组件的厚度比较厚，聚光器焦距与聚光器口径的比(F/#)通常为1.1，而且现有菲涅尔透镜齿槽中的齿面均设为平面，这样就必须要求菲涅尔透镜本身非常薄，即齿间距极小，通常要求在0.5mm以下，齿间距如果过大，将导致光斑过大。但由于工艺的原因，导致每一个齿尖与齿底，即每一个齿面的分段处，将形成圆角，而在该圆角的部分，将会有光损失，而且齿越小则光效损失越大。
技术实现思路
本技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在提高光效的同时满足较高聚光倍数的短焦距聚光器。本技术的技术方案是这样实现的：一种短焦距聚光器，包括入射面和出射面，其特征在于：所述入射面和出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化，将光线离散化且从右至左进行编号，分别为0、1、2、3至N，且假设相邻两条光线之间的间距为ΔX，通过每一根光线的光路确定其所通过对应齿槽中上、下部弧形齿面轮廓形状的曲线方程；所述上部弧形齿面的曲线方程满足：xnm=ab]]>yn＝yn-1+△x*tanβxn＝xn-1-△xtanα=h+yna-(b-m)]]>sinβ＝nsinθα-θ+β=π2]]>其中，xn为第N条光线的X值，m是第N条光线通过该曲线后在焦点处的X值，a为透镜半口径，b为焦点半径，yn为第N条光线与曲线交点的Y值，ΔX为相邻两条光线的间距，β为光线的入射角，θ为入射角，α为折射光线与X轴的夹角，h为x轴与焦点的垂直距离，n是材料折射率；其中a、b,ΔX、h、n为已知，且Y0＝0，通过上式，选取适当的x值，即可求得每一个齿的曲线点；所述下部弧形齿面的曲线方程满足：△x＝[xn-1-ctgαn-1*(yn-1+h0)]-[xn-ctgαn(yn+h0)]………公式1△x'＝△x-ctg(αn-1)*(y'n-1-h0)+ctgαn(y'n-h0)…………公式2y'0＝y'n-1-△x'*tgφn-1…………公式3tgφn=ncosαn-sinβncosβn-nsinαn]]>…………公式4x'n＝x'n-1-△x'………公式5tgβn=x0′-b+Nd*bh′-yn′]]>………公式6其中，h0为玻璃厚度，b为第一条入射光线与y＝h'直线的交点与Y轴的垂直距离，h'为光斑到玻璃上表面的距离，x0为第一条入射光线在上部聚光折射面的起点，α0为第一条入射光线通过上部聚光折射面后与X轴的夹角，β0为第一条入射光线在下部聚光折射面横截面的折射角，θ0为第一条入射光线在下部聚光折射面横截面的入射角，φ0为第一条入射光线与下部聚光折射面横截面交点处的曲线法线与y轴的锐角夹角，△x为第一条入射光线和第二条入射光线分别与玻璃下表面交点的距离，△x′为第一条入射光线和第二条入射光线分别与下部聚光折射面折射点的水平距离，n为材料折射率，N为一个自然数，即将整个曲面的横截面分成N等分，d为光线等比压缩的比例，数值上等于；其中，对应上、下齿槽的上、下齿面相当于构成一个独立的透镜，假定整个菲涅尔透镜的半径为R，即X0＝R，通过上述的方程即可得到上下两条连续曲线的形状，在合理的高度位置H处截断连续曲线，截断位置的X值为X1，截取齿面宽度为W1，则X1＝R-W1，以此作为下一个齿面的初始计算点，在下一个齿面高度接近H时，截断曲线；以此类推，直到Xn＝0时，整个菲涅尔透镜计算完毕。本技术所述的短焦距聚光器，其所述入射面上的齿槽以及出射面上的齿槽分别以透镜的轴心为对称中心轴对称布置，所述入射面上的齿槽个数与出射面上的齿槽个数相等。本技术通过双面的结构设计，可将聚光器焦距与聚光器口径的比压缩至0.7，同时齿槽中的齿面采用弧面结构，可实现齿间距可以任意选择的同时，依然能获得较小的光斑，即使用较大的齿间距在提高光效的同时满足较高的聚光倍数。附图说明图1是本技术的结构示意图。图2是本技术的聚光示意图。图3是本技术的剖面图。图4是本技术剖面的局部放大图。图5是本技术中上部齿槽的齿面曲线方程原理图。图6是本技术中下部齿槽的齿面曲线方程原理图。图中标记：1为入射面，2为出射面，3为齿槽，4为齿面，5为对称中心轴。具体实施方式下面结合附图，对本技术作详细的说明。为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1-4所示，一种短焦距聚光器，包括入射面1和出射面2，所述入射面1和出射面2均为设置有多条凹陷的齿槽3，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面4均为弧面结构，所述入射面1上的齿槽以及出射面2上的齿槽分别以透镜的轴心为对称中心轴5对称布置，为了光线的一一对应，所述入射面1上的齿槽个数与出射面2上的齿槽个数相等。短焦距聚光器的难点在于：为了得到较小的光斑，上、下两层菲涅尔透镜需要相互匹配，即下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化，为了使得上下两层菲涅尔透镜匹配，设计时将光线离散化，同时由于聚光器为中心对称，设计时只考虑通过该对称中心的一个横截面，最后该横截面沿该对称中心选择得到所需聚光器。具体方法为：在如图4所示的横截面上，将光线离散化且从右至左进行编号，分别为0、1、2、3至N，且假设相邻两条光线之间的间距为ΔX，通过每一根光线的光路确定其所通过对应齿槽中上、下部弧形齿面轮廓形状的曲线方程.如图5所示，首先，确定上部齿面的方程，其曲线方程满足：xnm=ab]]>yn＝yn-1+△x*tanβxn＝xn-1-△xtanα=h+yna-(b-m)]]>sinβ＝nsinθα-θ+β=π2]]>其中，xn为第N条光线的X值，m是第N条光线通过该曲线后在焦点处的X值，a为透镜半口径，b为焦点半径，yn为第N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种短焦距聚光器，包括入射面和出射面，其特征在于：所述入射面和出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的变化而变化，将光线离散化且从右至左进行编号，分别为0、1、2、3至N，且假设相邻两条光线之间的间距为ΔX，通过每一根光线的光路确定其所通过对应齿槽中上、下部弧形齿面轮廓形状的曲线方程；所述上部弧形齿面的曲线方程满足：xnm=ab]]>yn＝yn‑1+△x*tanβxn＝xn‑1‑△xtanα=k+yna-(b-m)]]>sinβ＝nsinθα-θ+β=π2]]>其中，xn为第N条光线的X值，m是第N条光线通过该曲线后在焦点处的X值，a为透镜半口径，b为焦点半径，yn为第N条光线与曲线交点的Y值，ΔX为相邻两条光线的间距，β为光线的入射角，θ为入射角，α为折射光线与X轴的夹角，h为x轴与焦点的垂直距离，n是材料折射率；其中a、b,ΔX、h、n为已知，且Y0＝0，通过上式，选取适当的x值，即可求得每一个齿的曲线点；所述下部弧形齿面的曲线方程满足：△x＝[xn‑1‑ctgαn‑1*(yn‑1+h0)]‑[xn‑ctgαn(yn+h0)]………公式1△x'＝△x‑ctg(αn‑1)*(y'n‑1‑h0)+ctgαn(y'n‑h0)…………公式2y'0＝y'n‑1‑△x'*tgφn‑1…………公式3tgφn=ncosαn-sinβncosβn-nsinαn]]>…………公式4x'n＝x'n‑1‑△x'………公式5tgβn=x0′-b+Nd*bh′-yn′]]>………公式6其中，h0为玻璃厚度，b为第一条入射光线与y＝h'直线的交点与Y轴的垂直距离，h'为光斑到玻璃上表面的距离，x0为第一条入射光线在上部聚光折射面的起点，α0为第一条入射光线通过上部聚光折射面后与X轴的夹角，β0为第一条入射光线在下部聚光折射面横截面的折射角，θ0为第一条入射光线在下部聚光折射面横截面的入射角，φ0为第一条入射光线与下部聚光折射面横截面交点处的曲线法线与y轴的锐角夹角，△x为第一条入射光线和第二条入射光线分别与玻璃下表面交点的距离，△x′为第一条入射光线和第二条入射光线分别与下部聚光折射面折射点的水平距离，n为材料折射率，N为一个自然数，即将整个曲面的横截面分成N等分，d为光线等比压缩的比例，数值上等于其中，对应上、下齿槽的上、下齿面相当于构成一个独立的透镜，假定整个菲涅尔透镜的半径为R，即X0＝R，通过上述的方程即可得到上下两条连续曲线的形状，在合理的高度位置H处截断连续曲线，截断位置的X值为X1，截取齿面宽度为W1，则X1＝R‑W1，以此作为下一个齿面的初始计算点，在下一个齿面高度接近H时，截断曲线；以此类推，直到Xn＝0时，整个菲涅尔透镜计算完毕。...

【技术特征摘要】
1.一种短焦距聚光器，包括入射面和出射面，其特征在于：所述入射面和
出射面均为设置有多条凹陷的齿槽，每个齿槽中对应的用于起聚光作用的齿面
均为弧面结构，下部齿槽的弧面轮廓形状随与之对应的上部齿槽的轮廓形状的
变化而变化，将光线离散化且从右至左进行编号，分别为0、1、2、3至N，且
假设相邻两条光线之间的间距为ΔX，通过每一根光线的光路确定其所通过对应
齿槽中上、下部弧形齿面轮廓形状的曲线方程；
所述上部弧形齿面的曲线方程满足：
xnm=ab]]>yn＝yn-1+△x*tanβ
xn＝xn-1-△x
tanα=k+yna-(b-m)]]>sinβ＝nsinθ
α-θ+β=π2]]>其中，xn为第N条光线的X值，m是第N条光线通过该曲线后在焦点处的X
值，a为透镜半口径，b为焦点半径，yn为第N条光线与曲线交点的Y值，ΔX
为相邻两条光线的间距，β为光线的入射角，θ为入射角，α为折射光线与X
轴的夹角，h为x轴与焦点的垂直距离，n是材料折射率；
其中a、b,ΔX、h、n为已知，且Y0＝0，通过上式，选取适当的x值，即
可求得每一个齿的曲线点；
所述下部弧形齿面的曲线方程满足：
△x＝[xn-1-ctgαn-1*(yn-1+h0)]-[xn-ctgαn(yn+h0)]………公式1
△x'＝△x-ctg(αn-1)*(y'n-1-h0)+ctgαn(y'n-h0)…………公式2
y'0＝y'n-1-△x'*tgφn-1…………公式3
tgφn=ncosαn-sinβncos&beta...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠，
申请(专利权)人：四川钟顺太阳能开发有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51