一种短焦距聚光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于太阳能利用技术领域，特别设及一种短焦距聚光器。
【背景技术】
[0002] 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，运样就必须要求菲涅尔透镜本身 非常薄，即齿间距极小，通常要求在〇.5mmW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。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的发明目的在于: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。
[0004] 本实用新型的技术方案是运样实现的：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，分别为〇、1、2、3至N，且假设相邻两条 光线之间的间距为A X，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；
[0005] 所述上部弧形齿面的曲线方程满足：
[001^ 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，A X为相邻两条光线的间距，β为光 线的入射角，e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，η是材料折 射率；
[0013] 其中a、b，AX、h、n为已知，且Υ〇 = 0,通过上式，选取适当的X值，即可求得每一个齿 的曲线点；
[0014]所述下部弧形齿面的曲线方程满足：
[0021] 其中，ho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，α〇为第一条 入射光线通过上部聚光折射面后与X轴的夹角，?3〇为第一条入射光线在下部聚光折射面横 截面的折射角，θ〇为第一条入射光线在下部聚光折射面横截面的入射角，Φ 0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，Δχ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，Δχ/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，η为材料折射率，Ν为一个自然数，即将整个曲 面的横截面分成Ν等分，d为光线等比压缩的比例，数值上等于^ ;
[0022] 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X〇 = 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Η处截断连续曲线，截断位置的X值为Xi，截取齿面宽度为Wi，贝化1 = R-Wi，W此作为下 一个齿面的初始计算点，在下一个齿面高度接近Η时，截断曲线；W此类推，直到Xn = 0时，整 个菲涅尔透镜计算完毕。
[0023] 本实用新型所述的短焦距聚光器，其所述入射面上的齿槽W及出射面上的齿槽分 别W透镜的轴屯、为对称中屯、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。
[0024] 本实用新型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W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】
[0025] 图1是本实用新型的结构示意图。
[00%]图2是本实用新型的聚光示意图。
[0027] 图3是本实用新型的剖面图。
[0028] 图4是本实用新型剖面的局部放大图。
[0029] 图5是本实用新型中上部齿槽的齿面曲线方程原理图。
[0030] 图6是本实用新型中下部齿槽的齿面曲线方程原理图。
[0031] 图中标记:1为入射面，2为出射面，3为齿槽，4为齿面，5为对称中屯、轴。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0033] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施 例，对本实用新型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W解释 本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0034] 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W及出射面2上的齿槽分别W透镜的轴屯、为对称中屯、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。
[0035] 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屯、对称，设计时 只考虑通过该对称中屯、的一个横截面，最后该横截面沿该对称中屯、选择得到所需聚光器。
[0036] 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ΔΧ，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.
[0037] 如图5所示，首先，确定上部