专利名称：精准型的微型化光学装置及其太阳能板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学装置及其太阳能板，特别涉及一种精准型的微型化光学装置及其太阳能板。
背景技术：
一种传统的太阳能板固定在一固定位置及角度的固定架上，因此，其仅能接收固定角度的太阳光，但是，由于地球本身的自转及绕行太阳的公转活动，造成太阳光对于太阳能板的入射角会因纬度、季节和时间有所不同，使得固定式太阳能发电模块无法有效地接收其他入射角度的太阳光，造成太阳能板无法充分发挥其应有效益，换言之，固定式太阳能发电模块的效率或总发电量无法满足一般用电的规模。另一种传统的太阳能板则是安装于可动的固定架上，其可利用自动导向光源或追光的控制器控制固定架的转动、升降等工作，使太阳能板尽可能的朝向太阳，以使太阳能板接收不同角度的太阳光。例如，追日型太阳能发电模块可利用追光控制器的光感测器，并检测设置于不同位置的光感测器于受光时产生的电位差，再利用控制晶片的运算控制固定架或太阳能板的偏转。然而，上述的追日型太阳能发电模块需要非常精密的电控系统及驱动、 旋转等机构件(例如伺服马达减速机、连接轴、联轴器、直角升降电动缸、枢接结构及滑移结构等等)，故其整体成本相当高，且由于上述各元件的体积庞大，造成生产端、运送过程相当大的材料及成本支出，故不利于商业上的应用。因此，传统的太阳能的光学元件的尺寸尚未形成小型化，故不论在制造、运输或材料成本考量下均有其改善的空间。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种精准型的微型化光学装置及其太阳能板。当本实用新型的精准型的微型化光学装置应用于集光时，其可将不同入射方向的太阳光线经全内反射后形成平行光束，再通过聚光元件、导光元件等元件将其聚集或导引至预定的位置，故太阳能板不需随着太阳的移动而调整其角度，故可大幅简化传统追日型太阳能发电模块的构件，同时达到与追日型太阳能发电模块相当的效率。另外，通过凸透镜与全内反射单元的排列，使光学装置不需大尺寸就可使光线达到垂直射出的效果。本实用新型提供一种精准型的微型化光学装置，其中，包含多个全内反射单元，其中每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，其中每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置。本实用新型提供一种精准型的微型化光学装置，其中，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。本实用新型提供一种精准型的微型化光学装置，其中，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透镜。本实用新型提供一种太阳能板，其中，包含一聚光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对的聚光结构面；以及一设于该聚光元件的该入射面的精准型的微型化光学装置，其包括多个全内反射单元，其中每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，其中每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置；其中所述全内反射单元、所述凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该聚光元件的该聚光结构面将光线聚集于一预定位置。本实用新型提供一种太阳能板，其中，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。本实用新型提供一种太阳能板，其中，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透镜。本实用新型提供一种太阳能板，其中，其还具有一黏胶层，该黏胶层填入该聚光元件的该入射面与该辅助凸透镜之间所形成的空间。本实用新型提供一种太阳能板，其中，包含一导光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对应的导光面；以及一设于该聚光元件的该入射面的精准型的微型化光学装置，其包括多个全内反射单元，其中每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，其中每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置；其中所述全内反射单元、所述凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该导光元件的该导光面将光线导引于一预定位置。本实用新型提供一种太阳能板，其中，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。本实用新型提供一种太阳能板，其中，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透镜。本实用新型提供一种太阳能板，其中，其还具有一黏胶层，该黏胶层填入该导光元件的该入射面与该辅助凸透镜之间所形成的空间。综上所述，本实用新型相比现有技术的优点在于本实用新型可利用光学装置的全内反射单元将不同入射方向的入射光线经全反射后形成平行光束，以进行集光。因此，当本实用新型的集光装置应用于太阳能板时，该集光的光学装置可将各角度的入射太阳光导引成平行光束，以利于后续的光线聚集与应用。当本实用新型的光学装置反向运用时，即可将平行光转为多角度输出的光线，以形成不同领域的应用。为能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所示附图仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。
图1为本实用新型第一实施例的精准型的微型化光学装置的示意图；[0032]图IA为本实用新型第二实施例的精准型的微型化光学装置应用于集光的示意图；图2为本实用新型的太阳能板的示意图；图3为本实用新型的另一状态的太阳能板的示意图。主要元件符号说明精准型的微型化光学装置1聚光元件10导光元件10'入射面101聚光结构面102导光面103全内反射单元11第一光线口111第二光线口112全内反射延伸段113辅助凸透镜114凸透镜12聚光凸透镜121散热板13太阳能晶片20黏胶层30聚焦位置F
具体实施方式
本实用新型提供一种精准型的微型化光学装置及其太阳能板，该精准型的微型化光学装置可作为一集光装置，其可利用全内反射(total internalreflection, TIR)原理将不同角度的入射光线导引至朝同一方向发射的平行光，因此，在太阳能发电的应用上可收集各种角度的太阳光，达到较佳的太阳能发电的功效与效率。另一方面，该精准型的微型化光学装置可反向应用，以达到将平行光导引成大角度输出的均勻光，换言之，本实用新型提供的精准型的微型化光学装置可视实际应用而具有不同的集光或输出多角度光线的效果。请参考图1所示，本实用新型第一实施例的精准型的微型化光学装置1具有多个全内反射单元11及多个对应全内反射单元11的凸透镜12，全内反射单元11具有第一光线口 111及第二光线口 112，凸透镜12的上表面还具有多个聚光凸透镜121，且全内反射单元 11的第一光线口 111位于其所对应的凸透镜12的聚焦位置F(如图IA所示)。具体而言， 全内反射单元11及凸透镜12均可为一塑料所成型，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，但不以此为限，再以塑料成型方法成型全内反射单元11及凸透镜12，且每一聚光凸透镜121均为 30度扇形的凸透镜，但不以此为限。由于全内反射单元11的介面(例如一种复合抛物面结构)可形成光线的全内反射，故可使由第一光线口 111进行全内反射单元11的光线经多次全反射，并由第二光线口 112垂直射出本实用新型提供的精准型的微型化光学装置1。因此，在应用于集光领域时，各个角度的光线可经由凸透镜12的作用而聚焦于聚焦位置F，并经由第一光线口 111进入(即第一光线口 111为光线入口)，接着，光线在全内反射单元11 内部经过多次的全反射而形成实质地垂直射出于第二光线口 112的光线，在本具体实施例中，射出的光线的平行度约在1.5度以内，然而前述角度范围仅为说明之用，并非用于限制本实用新型，换言之，本实用新型提供的精准型的微型化光学装置1在不同的应用领域中， 射出的光线并不受前述角度的限制。另外，当本实用新型提供的精准型的微型化光学装置1反向运用时，平行光由第二光线口 112进入全内反射单元11，而光线在全内反射单元11内部经过多次的全反射而聚焦于第一光线口 111，聚焦后的光线再经过凸透镜12的作用而形成多角度射出的光线。请参考图IA所示，本实用新型提供的全内反射单元11还包括一设置于该第二光线口 112的全内反射延伸段113及辅助凸透镜114，全内反射延伸段113可延长全内反射单元11的纵向长度，使光线可经过更多次的全反射，使光线更为垂直地射出；而辅助凸透镜 114再次将由第二光线口 112射出的光线进行调整，以获得较佳的垂直光线。换言之，本实用新型可选择性地以全内反射延伸段113及辅助凸透镜114进行光线垂直度的调整。以下将说明本实用新型提供的精准型的微型化光学装置1应用于集光和太阳能板的功效。请参考图2及图IA所示，其为上述第一实施例的精准型的微型化光学装置1应用于第一种太阳能板的示意图，其中，该太阳能板具有一聚光元件10，而精准型的微型化光学装置1设于聚光元件10上。具体而言，聚光元件10具有一入射面101及一与该入射面 101相对的聚光结构面102，而精准型的微型化光学装置1可利用贴附的方式固定于该聚光元件10的入射面101，例如精准型的微型化光学装置1的所述辅助凸透镜114与聚光元件 10的入射面101之间所形成的空间可涂布有黏胶层30，以将精准型的微型化光学装置1固定于聚光元件10的入射面101 ；另外，在另一种实施状态中，聚光元件10与精准型的微型化光学装置1也可利用塑料成型方法而一体成型。另外，该聚光元件10可为一种菲涅尔(Fresnel)透镜，如该聚光元件10的聚光结构面102可形成一组的多个非等宽的同心圆部分透镜(segmental lenses)的菲涅尔透镜结构，以达到聚光的效果。因此，当前述的太阳能板应用于一太阳能发电装置时，各个不同入射角度的光线可经过精准型的微型化光学装置1而形成平行光束(请参考前文所述)，以垂直射向聚光元件10的入射面101，而所述平行光束可经由聚光结构面102的聚光效果而聚集于一预定位置，例如光线可汇聚于一太阳能晶片(cell)20上。所以，相较于固定式的太阳能发电模块，本实用新型可利用精准型的微型化光学装置1将不同角度的太阳光导引成可被聚光元件10聚集的平行光束，以大幅提高太阳能的利用率；另外，相较于追日型(solar trackingsystem)的太阳能发电模块，本实用新型不需复杂的机械、电子构件即可达到相类似”追踪光线”的效果，还可大幅拓展太阳能发电的应用领域。另一方面，请参考图3所示，其为上述第一实施例的精准型的微型化光学装置1应用于第二种太阳能板的示意图，其中，该太阳能板具有一导光元件10'，而精准型的微型化光学装置1设于导光元件10'上；具体而言，导光元件10'具有一入射面101及一与该入射面101相对的导光面103，而精准型的微型化光学装置1可利用贴附的方式固定于该导光元件10'的入射面101，例如精准型的微型化光学装置1的所述辅助凸透镜114与导光元件10'的入射面101之间所形成的空间可涂布有黏胶层30，以将精准型的微型化光学装置 1固定于导光元件10'的入射面101 ；另外，该导光元件10'可包括至少一个导光板(light guide plate)，以提供导引光线与聚光的效果。因此，当前述的太阳能板应用于一太阳能发电装置时，各个不同入射角度的光线可经过精准型的微型化光学装置1而形成平行光束(请参考前文所述)，以垂直射向导光元件10'的入射面101，而所述平行光束可经由导光面103的多次折射而被导引、聚集于一预定位置，例如光线可侧向地汇聚于一位于散热板13上的太阳能晶片(cell) 20上，以达到太阳能发电的效果。综上所述，本实用新型提供的精准型的微型化光学装置1可用于集光，以收集各种角度入射的太阳光，以提高太阳能发电的效率；再者，由于全内反射单元11与凸透镜12 的配合，使本实用新型提供的精准型的微型化光学装置的尺寸相当轻薄，故可适用于平板式或未来可卷曲式的太阳能发电领域，如硅晶、薄膜、CIGS、染料敏化等等的太阳能技术。 除此之外，上述用于集光的精准型的微型化光学装置1也可用于照明，如LED照明的集光， 并调整光线输出角度，或是取代车灯的二次光学集光器；或是用于装潢，如可将屋外光线引入，具有不透明性的窗户应用、温室屋顶应用，以全天收光给予植物均勻的光线、建筑物透明屋顶或天井应用，以全天收光给予室内均勻的光线等等。另一方面，由于光的可逆性，本实用新型的精准型的微型化光学装置1可反向运用，即将第二光线口 112为光线入口，以将平行光转为多角度输出光线的应用。综上所述，本实用新型相较现有技术，至少具有下列诸项优点1、本实用新型提供的光学装置可利用全内反射单元的全内反射效果，将不同入射方向的太阳光线经多次全反射而形成平行光束(应用于集光)，而平行光束可通过聚光元件、导光元件所聚集，故可使各种入射角度的太阳光线的能量均可被应用于发电装置。因此，本实用新型提供的集光装置可应用于目前现有的太阳能发电装置，例如将其贴附于聚光元件、导光元件或其他光学元件上，即可大幅提升太阳能发电的效率。而且由于本实用新型利用全内反射单元与凸透镜的配合，使光学装置的整体尺寸达成小型化，更符合平板型或挠曲形态的太阳能应用。2、相较于传统的固定式太阳能发电模块仅能利用单一入射方向的太阳光线，本实用新型所提供的太阳能板可有效率的”撷取”、接收不同入射方向的太阳光线，以提高太阳能发电的效率。3、相较于传统的追日型太阳能发电模块，本实用新型不需利用复杂的传动机构、 电控系统等元件，故可有效解决制作成本、运输与维修等问题，并可缩小太阳能发电模块的整体体积。4、反向于集光应用，本实用新型提供的光学装置可将平行光转为多角度输出的光线。以上所述仅为本实用新型的较佳可行实施例，非因此局限本实用新型的保护范围，故凡运用本实用新型所作的等效技术变化，均包含于本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种精准型的微型化光学装置，其特征在于，包含多个全内反射单元，每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置。
2.如权利要求1所述的精准型的微型化光学装置，其特征在于，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。
3.如权利要求2所述的精准型的微型化光学装置，其特征在于，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透镜。
4.一种太阳能板，其特征在于，包含一聚光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对的聚光结构面；以及一设于该聚光元件的该入射面的精准型的微型化光学装置，其包括 多个全内反射单元，每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置；所述全内反射单元、所述凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该聚光元件的该聚光结构面将光线聚集于一预定位置。
5.如权利要求4所述的太阳能板，其特征在于，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。
6.如权利要求5所述的太阳能板，其特征在于，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透^Mi ο
7.如权利要求6所述的太阳能板，其特征在于，其还具有一黏胶层，该黏胶层填入该聚光元件的该入射面与该辅助凸透镜之间所形成的空间。
8.一种太阳能板，其特征在于，包含一导光元件，其具有一入射面及一与该入射面相对应的导光面；以及一设于该聚光元件的该入射面的精准型的微型化光学装置，其包括 多个全内反射单元，每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口 ；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置；所述全内反射单元、所述凸透镜将不同角度的入射光线垂直于该入射面，再经由该导光元件的该导光面将光线导引于一预定位置。
9.如权利要求8所述的太阳能板，其特征在于，每一该全内反射单元还包括一设置于该第二光线口的全内反射延伸段。
10.如权利要求9所述的太阳能板，其特征在于，该全内反射延伸段还具有一辅助凸透^Mi O
11.如权利要求10所述的太阳能板，其特征在于，其还具有一黏胶层，该黏胶层填入该导光元件的该入射面与该辅助凸透镜之间所形成的空间。
专利摘要一种精准型的微型化光学装置，其包含多个全内反射单元，每一该全内反射单元具有一第一光线口及一第二光线口；以及多个分别对应所述全内反射单元的凸透镜，每一该凸透镜的上表面还具有多个聚光凸透镜，每一该全内反射单元的第一光线口位于其所对应的该凸透镜的聚焦位置。
文档编号G02B19/00GK201993518SQ20112004544
公开日2011年9月28日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者董宗翰 申请人:芯波光能科技股份有限公司, 董宗翰