【技术实现步骤摘要】
该专利涉及的主要包括成像光学设计和太阳能。具体而言，涉及了利用一种新型菲涅尔透镜对环境光进行高效收集的方法。而菲涅尔透镜是一种特殊的透镜，通过切割环形光栅的方式实现聚焦，其特点是紧凑轻便，适用于集成光学系统和微型器件。
技术介绍
1、在现代社会，对可再生能源和环保技术的需求日益增加。太阳能作为一种广泛可用的可再生能源，被广泛研究和应用于各个领域，包括发电、照明、热水供应等。然而，在某些情况下，直接利用太阳能可能受到一些限制，例如天气条件不佳或光照不足的时候。目前，太阳能集热器和反射器等设备被用于收集太阳能以进行加热。这些传统的系统在一定程度上能够捕获太阳光并将其转化为热能，但它们的效率可能受到天气条件的限制。此外，这些系统通常需要大面积的设备，因此在空间受限的情况下应用受到一定的挑战。为了克服这些限制，一种新型用于收集环境光能进行加热的线性菲涅尔透镜装置被提出。菲涅尔透镜是一种具有透镜表面上许多分段的透镜，这些分段逐渐深入镜片，使得透镜能够实现与传统透镜相当的聚焦效果，同时具有更小的体积。此外，透镜的分段设计还使得光线的折射过程更加灵活，能够在不同条件下实现更好的光线聚焦效果。然而，尽管菲涅尔透镜在太阳能领域已有应用，但它们尚未被广泛用于收集环境光能进行加热。因此，需要一种新型的线性菲涅尔透镜装置，能够高效捕获环境中的光线并将其转化为热能，从而实现更广泛的应用。
2、本专利技术正是基于对上述问题的认识和理解，提供了一种用于收集环境光能进行加热的新型线性菲涅尔透镜装置，具有高效能量收集、定制加热范围和广泛应用潜力等优势
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种创新的用于收集环境光能进行加热的线性菲涅尔透镜装置，该装置通过反射管道和两个线性菲涅尔透镜实现高效捕获和聚焦环境中的光线，进而将其转化为热能，以满足不同加热需求。以下将详细介绍本专利技术的各个组成部分及其功能。
2、传统的太阳能收集系统在收集环境光方面存在效率低和面积大的问题，而本专利技术的线性菲涅尔透镜通过创新的结构设计和光学材料的应用，克服了传统方法的限制，实现了对环境光的高效收集和利用。
3、本专利技术的线性菲涅尔透镜包含一系列光学材料构成的环形光栅，其结构呈现出特有的菲涅尔透镜形态。在环境光收集的过程中，光线通过线性菲涅尔透镜后，由于两个线性菲涅尔透镜的作用，光的轨迹被改变。随着多次折射，从而实现对环境光的高效收集。
4、相较于传统的平面镜或线性透镜，本专利技术的线性菲涅尔透镜在收集环境光时具有以下优势。
5、由于线性菲涅尔透镜的引入，透镜能够将环境光聚焦成一条具有更高热效应的光线，提高能量密度，从而增强了光能的收集效率。
6、而且该线性透镜可以汇聚各个角度的环境光，从而达到对光的收集利用这一目的，进而可以实现光的高效率利用。
7、本专利技术的线性菲涅尔透镜的制造工艺灵活多样，可以采用光刻技术、激光蚀刻或三维打印等方法制造，便于透镜的批量生产和应用。
8、通过设计不同的光栅形态和光学材料组合，可以实现对不同频率光的收集和调控，适用于多种环境光收集需求。
9、该装置的具体结构如下所述。
10、线性菲涅尔透镜:该透镜由一系列线性光学材料构成的环形光栅组成。这些线性光学材料可以是高线性光学系数的材料，例如铌酸锂、硫化镉等。线性菲涅尔透镜的设计目的是通过线性光学效应，实现对光的相位调控和波长转换，从而高效地聚焦和收集环境光。
11、线性菲涅尔透镜阵列：本专利技术的核心部分之一是由两个线性菲涅尔透镜a和b组成的透镜阵列。每个线性菲涅尔透镜都具有分段表面，能够将光线聚焦到一条线上。这两个透镜排列在一定的角度和距离之间，以便充分捕获环境中的光线并将其导向反射管道。
12、反射管道：两个线性菲涅尔透镜之间设置一个反射管道，用于引导和聚集光线。反射管道具有高反射率的内壁，可以使透过透镜的光线在管道内来回反射，从而将光线聚焦到管道的一端。
13、光输出装置：光输出装置连接至管道或其他可用于加热的装置，用于加热一些我们可利于生活的能源或者装置从而方便我们生活。
14、使用该装置收集环境光有以下的优点。
15、根据实际情况在光输出面末端连接曲折的管道从而可实现远距离加热。
16、菲涅尔透镜结构使得透镜紧凑轻便，适用于太阳能收集和光能转换等多种场景。
17、可根据实际需求设计不同的光栅形态和线性光学材料组合，以优化环境光收集效率。
18、可以应用于各种需求热能供应的场所，如工业厂房、办公楼、住宅区等。不受场地限制，可以实现多点供热，满足多个用户的需求。
19、可以实现热源与使用地点之间的分离，减少火灾和意外事故的风险。采用设计合理的管道系统，能够提供安全可靠的热能供应。
20、可以根据需要合理布局和设计，减少能量损失。而且，通过管道传输热能可以集中供热，减少能源消耗和运行成本。
21、使用导热介质（如热油、蒸汽、热水等）作为传热媒介，能够实现更高效的热能传输。相比接触式加热，通过管道传输可以减少传热的损失和能量浪费。
22、在寒冷地区使用该装置时，可将装置至于室内，从而可大大减少应气候原因而导致的能源浪费，提高能源利用率。
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1.一种用于高效收集环境光并将其转化为热能的线性菲涅尔透镜装置，包括以下组件：线性菲涅尔透镜，其具有分段表面，由线性光学材料构成的环形光栅组成，用于聚焦和改变环境光的光线轨迹。线性菲涅尔透镜阵列，包括至少两个线性菲涅尔透镜，排列在一定的角度和距离之间，以捕获、聚焦和导向环境光。反射管道，位于两个线性菲涅尔透镜之间，其内壁具有高反射率，用于反射光线，将光线聚焦到管道的一端。光输出装置，连接至反射管道的一端，用于输出热能。使用Tracepro软件进行模拟优化，得到透镜的二维平面图，如图1所示，将平面进行旋转从而仿真得到线性菲涅尔透镜的模型，该模型为一个方正线性菲涅尔透镜A，将线性菲涅尔透镜A固定在装置的顶部,线性菲涅尔透镜B固定在装置的低部,从而构成线性菲尼尔透镜阵列。确保透镜的表面与平面相切，将反射管道与透镜的下方紧密贴合，并确保反射管道内部的反射面光滑无瑕疵。将光输出面连接到装置的底部，并确光输出面与透镜和反射管道的光学轴线对齐。组装完成后，使用光源照射装置，调整装置的位置和角度，确保环境光能够正确进入并通过透镜、反射管道，并最终被光输出面接收。对收集到的环境光进行参数测试，如光
2.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中线性菲涅尔透镜的材料包括高线性光学系数的材料，例如铌酸锂、硫化镉等。
3.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中线性菲涅尔透镜的分段表面具有不同的几何形状和尺寸。
4.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中线性菲涅尔透镜的形状、表面曲率和尺寸等参数经过模拟优化，以实现对环境光的高效聚焦。
5.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中线性菲涅尔透镜的线数、环距和厚度经过设计，以满足特定环境光收集需求。
6.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中反射管道的内壁材料为镜面，用于多次反射光线并提高光线聚焦效果。
7.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其中光输出装置可连接到不同的加热设备，以供各种加热需求使用。
8.根据权利要求1所述的线性菲涅尔透镜装置，其适用于多种环境光收集需求，包括但不限于太阳能收集、光能转换和环境光加热。
...【技术特征摘要】
1.一种用于高效收集环境光并将其转化为热能的线性菲涅尔透镜装置，包括以下组件：线性菲涅尔透镜，其具有分段表面，由线性光学材料构成的环形光栅组成，用于聚焦和改变环境光的光线轨迹。线性菲涅尔透镜阵列，包括至少两个线性菲涅尔透镜，排列在一定的角度和距离之间，以捕获、聚焦和导向环境光。反射管道，位于两个线性菲涅尔透镜之间，其内壁具有高反射率，用于反射光线，将光线聚焦到管道的一端。光输出装置，连接至反射管道的一端，用于输出热能。使用tracepro软件进行模拟优化，得到透镜的二维平面图，如图1所示，将平面进行旋转从而仿真得到线性菲涅尔透镜的模型，该模型为一个方正线性菲涅尔透镜a，将线性菲涅尔透镜a固定在装置的顶部,线性菲涅尔透镜b固定在装置的低部,从而构成线性菲尼尔透镜阵列。确保透镜的表面与平面相切，将反射管道与透镜的下方紧密贴合，并确保反射管道内部的反射面光滑无瑕疵。将光输出面连接到装置的底部，并确光输出面与透镜和反射管道的光学轴线对齐。组装完成后，使用光源照射装置，调整装置的位置和角度，确保环境光能够正确进入并通过透镜、反射管道，并最终被光输出面接收...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙翔，吕皓璘，王世昭，聂裕财，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：
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