用于形成优化透镜的方法及其装置制造方法及图纸

本技术一般涉及高性能透镜的制造方法，所述高性能透镜特别是包括玻璃载体和在所述玻璃载体的表面上的至少部分透射层的透镜，所述至少部分透射层具有由一个或多个拔模面耦接在一起的一个或多个坡面。所述方法包括识别所述坡面和拔模面中的几何误差以创建校正因子和基于所述校正因子来形成校正的坡面和拔模面。本技术还涉及所得到的透镜和透镜阵列。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本技术一般涉及高性能透镜的制造方法，所述高性能透镜特别是包括玻璃载体和在所述玻璃载体的表面上的至少部分透射层的透镜，所述至少部分透射层具有由一个或多个拔模面耦接在一起的一个或多个坡面。所述方法包括识别所述坡面和拔模面中的几何误差以创建校正因子和基于所述校正因子来形成校正的坡面和拔模面。本技术还涉及所得到的透镜和透镜阵列。【专利说明】用于形成优化透镜的方法及其装置本申请要求2011年6月17日提交的美国临时专利申请序列N0.61/498，288的权益，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。
本技术一般涉及透镜的制造方法，且更具体涉及高性能玻璃上硅菲涅尔透镜的制造。本技术还涉及所得到的透镜和透镜阵列。专利技术背景提高太阳能电池的效率对于增加部署至关重要，从而减少随后的温室气体排放。随着国家寻求清洁替代能源，这个问题已经变得更加迫切。然而，这必须以相对于其它能源具有竞争力的成本来实现。一种蓄势待发的解决方案是被称为聚光光伏(CPV)和聚光太阳能发电(CSP)的太阳能发电分支，其中成本的降低是来自于用较低成本的光学系统取代低效率的光伏(PV)电池材料。典型的聚光光伏(CPV)设备包括设置以把太阳能聚焦到相应的光伏电池阵列以产生电力的透镜阵列。通常，用以把太阳光聚焦到光电池的透镜是包括上层或载体和菲涅尔(Fresnel)光学结构的菲涅尔透镜。菲涅尔光学结构包括成规定角度的多个棱镜面。玻璃上硅(S0G)初级光学器件是用于CPV和CSP阵列的一个选项。在SOG光学器件中，菲涅尔透镜是具有浇铸到光电池的底面或侧面的菲涅尔结构的由作为载体和硅树脂层的玻璃(或其它柔性高透射和UV稳定聚合物)制成的混合物。因此，在所述SOG初级光学器件中，玻璃载体暴露于上风侧，而由硅树脂制成的微结构菲涅尔透镜在初级光学器件的内表面上，其中它免于暴露于天气因素。这些SOG CPV或CSP用于太阳能电池板/模块，因为它们只需要非常薄的硅树脂层且非常耐用，表现出抗水、极端温度，和其它环境因素。SOG结构中的玻璃通常热膨胀系数为8_10ppm/°C，而不同于通常热膨胀系数在20-50ppm/°C范围中的硅树脂。如下文所阐释，这种差异可导致制造上的问题。菲涅尔透镜是通过在升高的温度下热固化硅树脂来制造的。在固化温度，玻璃的尺寸大于它在环境温度下的尺寸。当菲涅尔透镜被带回到环境时，由于玻璃和硅树脂的收缩率不同，硅树脂制的菲涅尔结构与模具的形状偏离。玻璃由于材料组合物的强度而结果具有较小的拉伸应力，且硅树脂具有较大的压应力，所述较大的压应力引入与光学设计值的偏离，从而导致斜坡中的某一光曲率。这种尺寸变化在菲涅尔结构的硅树脂面中产生应力，所述应力使所述面改变形状并具有弯曲的表面而不是模具的直面。这种形状的变化使得菲涅尔透镜的性能偏离最佳，而导致光学效率损失。因此，需要补偿由于典型的制造和固化过程而产生的与光学设计的偏差的透镜的制造方法。也需要提供一种不受现有技术的性能退化影响的透镜。本技术针对克服现有技术中的这些及其它缺陷。专利技术概要本技术涉及透镜的制造方法。所述方法包括:提供第一玻璃载体；在所述第一玻璃载体的表面上提供第一至少部分透射层；在所述第一至少部分透射层的表面上形成由一个或多个拔模(draft)面耦接在一起的一个或多个坡面；识别所述第一至少部分透射层的所述一个或多个坡面和一个或多个拔模面中的几何误差以创建校正因子；和基于所述校正因子在第二玻璃载体的表面上的第二至少部分透射层的表面上形成由一个或多个拔模面耦接在一起的校正的一个或多个坡面。本技术还涉及使用上述方法制成的透镜。所述透镜包括玻璃载体和在所述玻璃载体的表面上的至少部分透射层，其中所述至少部分透射层在其表面上具有由一个或多个拔模面耦接在一起的一个或多个坡面。由一个或多个拔模面耦接在一起的所述一个或多个坡面是利用校正因子所形成的校正的坡面和拔模面，所述校正因子由透镜结构的面中识别的几何误差决定。本技术还涉及包括本文所述的透镜的阵列和相对于所述透镜的阵列被配置以把通过所述透镜的阵列的光能转换成电力的光伏电池阵列的系统。在典型的玻璃上硅光学产品中，当硅树脂中的谷几乎接触玻璃时，浇铸光学结构的坡面和拔模面交叉点。所述产品在升高的温度下处理以固化硅树脂；然而，由于应力变形，最终产品在室温下具有与理论形状或用以形成透镜的工具的形状不同的三维形状。另夕卜，用以制造透镜的工具的不精确性所产生的几何误差和模具复制误差产生与光学设计的偏离和性能下降。本文所述的方法和装置克服了透镜面中的这些几何误差。附图简述图1是示出根据本专利技术的一个实施方案的用于制造透镜的方法的功能框图；图2是根据本技术的一个实施方案的透镜的剖视图；图3示出根据本专利技术的一个实施方案的根据花键轮廓的菲涅尔透镜的棱镜面的斜坡的变形；和图4是示出根据本专利技术的一个实施方案的示例性硅树脂材料在不同温度下的折射率的图表。【具体实施方式】本技术涉及透镜的制造方法及其装置。参看图1，示出根据本技术的一个实施方案的用于制造透镜的方法10。透镜可为包括多个棱镜面的菲涅尔透镜，所述棱镜面包括例如图2中示出的由一个或多个拔模面耦接在一起的一个或多个坡面。使用本技术，产生补偿由工具不精确性、模具复制误差以及玻璃载体与至少部分透射层之间的热膨胀系数失配所产生的误差的高性能、优化透镜，所述热膨胀系数失配由于玻璃和至少部分透射层的不同热膨胀率而导致尺寸上的变化。在步骤12中，使用机床来形成用于在透镜中形成光学结构的母机。在一个实施方案中，母机由用于在透镜中形成坡面和拔模面的机床加工。母机可使用单点金刚石切削工具形成，但是也可使用用其它切削工具形成的母机。母机可包括规定的坡面和拔模面以执行所期望的聚焦功能。母机的合适的材料包括但不限于黄铜、铝、高磷镍和聚合物。在步骤12中，透镜的坡面和拔模面的理论尺寸和形状是基于透镜的所期望的特性来计算的。然后使用这些计算来编程机床并加工母机。可定制设计实现坡面和拔模面的光学设计的软件。一旦加工，就可复制母机，使得母机可用以形成所期望的光学结构。复制母机的技术包括例如在美国专利N0.4，501,646中描述的电铸，其全部内容以引用的方式并入本文。在本技术的一个方面，母机可使用例如单点金刚石工具的高精密机床来形成，从而由于切削力而产生具有小于2微米的峰谷磨圆或磨损的母机。这允许形成尖锐的峰和谷，从而产生更高性能的透镜。机床可具有高结构刚度、高位置精度和可重复性旋转轴和平移轴，和充足的隔振。具有所需刚度的机床的实例包括Ametek制造的Nanof orm250单点金刚石车床。液体静压导轨和空气轴承工件夹紧主轴设计来制造金属光学结构，例如菲涅尔透镜母机。所述机床使用高分辨率光学编码器(0.016千分尺反馈分辨率)来提供使得轴移动亚微米水平的反馈。所述机器建有液体静压导轨，在所述液体静压导轨的整个行程和刚度具有在10微米范围内的行程平直度。旋转精度在加工菲涅尔透镜母机也需要的2弧秒范围内。旋转轴的径向和轴向刚度分别为刚度225和600牛顿/微米。隔振是使用花岗岩基座和支撑机床的主动隔振器通过质量阻尼的组合来实现的。在一个实施方案中，母机形成以产生具有光滑或低均方根(RMS)表面光洁度的坡面，从而避免光从反射表面散射。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造透镜的方法，所述方法包括：提供第一玻璃载体；在所述第一玻璃载体的表面上提供第一至少部分透射层；在所述第一至少部分透射层的表面上形成由一个或多个拔模面耦接在一起的一个或多个坡面；识别所述第一至少部分透射层的所述一个或多个坡面和一个或多个拔模面中的几何误差以创建校正因子；和使用所述校正因子在第二玻璃载体的表面上的第二至少部分透射层的表面上形成由一个或多个拔模面耦接在一起的校正的一个或多个坡面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚瑟·J·达维斯，史蒂夫·斯科特，
申请(专利权)人：奥丽福美洲公司，
类型：
国别省市：