专利名称：液体太阳透镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及汇聚太阳能的透镜，该透镜的特征是具有无球面像差和几何像差的构造，以及基本上是两面凸起且由包含折射液体的若干容器构成。该大致平坦的透镜具有适于预定焦距和聚焦类型的形状和尺寸，以便于使光损耗最小化。
背景技术：
使用常规透镜捕捉太阳能具有严重的缺陷，主要因为其高成本和重量，这妨碍了构建用于捕捉大量太阳光能的大透镜。此外，必须使用黑体来获得太阳能的高产量，这需要普通透镜不能获得的极高光学质量。
黑体本质上是防止任何内部热量逃逸的完美密封且隔热的封装，在其中形成一个小开口，具有最大可能强度的光束通过该开口进入。
19世纪早期发明的菲涅耳透镜的特征是可具有大尺寸的薄透镜。到目前为止，没有对其光学特性进行任何改进以提供其作为大尺寸和短焦距的太阳能聚能器用途可接受的汇聚作用。
与之相符的各个区、环或冠从平凸透镜的一部分获得，并具有该透镜(它是从该透镜获得)光圈相应部分的曲率角，从而与该菲涅耳透镜相符。
菲涅耳透镜具有较差的光学质量、较大的球像差、其表面波度导致的较大光学损耗、较大的光学不精确和高成本。由于这些原因，它仅在不要求光学精确的应用中使用。这大大限制了其应用范围。
在无球像差的经调制液体透镜开发过程中累积的经验已允许将类似的技术用来解决菲涅耳透镜的严重缺陷。
发明内容
液体太阳透镜通过对菲涅耳透镜进行许多更改和校正以解决其汇聚太阳能的问题来获得。这些问题是1.成本和重量菲涅耳透镜的高成本主要是由于其复杂的制造工艺，因为它通常由具有较大重量的固态玻璃制成。
这可通过调制小容器中的菲涅耳透镜的环或小面而得到解决，这些小容器中容纳了配置一起构成整个透镜的各个区、环或冠的透光、液态、半液态或可凝固的折射液体，从而解决这些缺陷。
这些容器的构建涉及与行业中用于制造瓶子和其它器皿类似的工艺，其中使用模制、注射、挤压工艺等以及用于根据它们是圆形或圆柱形而使其成形的若干种模具。
2.光损耗菲涅耳透镜的光损耗发生在其上表面，且损耗量达到所捕捉光的约30％。
这些损耗是由于上部小面的角度、上部曲率被消除并由平坦片段代替的事实、以及平坦区域的边角的倒圆。
为了最小化这些损耗，各个纵向区、环或冠的上部小面的弯曲的斜率被逐渐减小，使得相应台阶的高度大大减小。该解决方案将相关损耗限制在总捕捉光的3％。
3.光学质量和像差菲涅耳透镜的低光学质量和像差导致所捕捉的光围绕透镜的理论焦点强散射。
以下过程使这些缺点得到克服a)首先，平坦的下表面由在各个区、环或冠中具有不同半径和斜率的弯曲片段代替，以便于精确地获得各条光线的适当偏移。
b)其次，各个区、环或冠中的液体折射系数按需变化，使得下部弯曲斜率尽可能地小并因此减小容器厚度。
各个上部小面和下部小面的曲率半径和折射系数必须针对各个区、环或冠精确计算，使得在焦点的汇聚是最佳的。
上述更改大大影响了菲涅耳透镜的典型结构，从而优化了其光学特性。因此，所获得的太阳透镜具有以下优点a)极低的生产成本和低重量；b)由于反射引起的光能损耗小于3％；c)光完美地汇聚在焦点，因为光线可被完全精确地传导；d)用最佳汇聚因子消除球像差；
e)基本上平坦的形状，因为构成它的区、环或冠近似于单个水平面。
构成圆形液体太阳透镜的各个区、环或冠的容器彼此相同，且具有产生圆形焦点的弯曲上部小面和下部小面。该类透镜通过使弯曲的片段在常规平凸球透镜的平坦基底上凸出而得到。
构成矩形液体太阳透镜的各线性区的容器彼此相同，且具有产生线性焦点的弯曲上部小面和下部小面。该类透镜通过使弯曲部分在常规平凸主透镜的平坦基底上凸出而得到。
液体太阳透镜可在各个区、环或冠中采用双弯曲上部弯曲，对于不同区、环或冠其半径相同；以及下部弯曲，对于各个区、环或冠其半径通常不同，且取决于离光轴的距离和各个区、环或冠的液体的折射系数；以及相对于水平面的双台阶，其中上部的很小以最小化光损耗而底部的较大以理想地汇聚阳光。
本说明书通过示出一较佳示例且不限制本发明的附图集而得以完成。
图1是本发明的液体太阳透镜在其线性矩形实施方式中的正视图，示出了其稍稍外凸的弯曲部分，其中弓形(a)根据相对于其理论平坦位置的高度确定。
图2是该线性矩形透镜的横向端部的正视截面。
具体实施例方式
根据上述观点，本发明涉及通过分多个模块(1)的若干透光容器形成的新的液体太阳透镜，这些模块(1)具有适当几何形状，在各个情形中通过使用适当模具用诸如较轻的聚碳酸酯、异丁烯酸等的耐阳光材料，通过行业中广泛使用的诸如注射、吹制、挤压、模制、旋转铸造或其它方法的工艺构建，其主要特征是构成透镜的各个区、冠或环的容器的调制能力，这些容器可自支承或设置有附加支承结构以允许构建较大透镜。
这些模块由不同的容器表征，它们在各个区、冠或环中相同但与构成其它区、环或冠的容器在上部小面和下布小面的曲率半径以及弯曲斜率方面不同。
区、环或冠还被表征为通常是双凸的(2)，但在透镜的末端容器处可以是平凸或凹凸的，且过渡(3)平滑，从而对潜在负荷不会变形，且所述区、环或冠几乎被沉积在同一水平面上。
液体太阳透镜的特征是连接上下部小面的容器垂直面是平坦的、并沿阳光的轨迹向光轴倾斜，以防止由于干涉引起的光损耗。此外，为了通过水平和垂直旋转追踪太阳，将支承结构(如果存在)置于与垂直面重合的中性区域，从而不发生额外的功率损耗。
本发明的特征尤其在于由菲涅耳透镜的小面形成的脊或槽通过减小该菲涅耳透镜中各个小面的弯曲斜率而得到最小化，这需要通过在各个区、环或冠中用弯曲表面代替其平坦下表面以使所捕捉阳光完美汇聚而提供极高的光学质量的许多结构更改。
本发明的特征在于通过将透光液体置于其内并使各个区、环或冠中的折射系数从光轴向透镜边缘逐渐增加，从而提供阳光在焦点的完美汇聚而消除球像差。
本发明的特征也在于各个容器中包含的折射液体体积较小，这允许具有较小厚度的结构，从而降低成本和重量。
本发明的本质不受其构成元件的材料、形状、尺寸和配置的变化的影响，并以允许专家复制的非限制方式描述。
权利要求
1.一种液体太阳透镜，来自由对玻璃、聚碳酸酯、异丁烯酸等进行注射、吹制、挤压、模制、旋转铸造或其它方法构建的若干透光容器形成的菲涅耳透镜，具有最小厚度和重量的结构，其本质特征在于其调制能力，从而这些模块(1)由就上部小面和下部小面的曲率半径和弯曲斜率而言在各个区、环或冠中相同但与组成其它区、环或冠的模块(1)不同的若干容器构成，所述透镜的中心模块(1)中具有双凸(2)配置，且通过平滑过渡(3)变成平凸以及在其末端模块(1)最终变成凹凸，所有所述模块不会因负荷而变形，所述区、环或冠被沉积在同一、实际上水平的平面上并存在具有弓形(a)的稍稍外凸弯曲，且所有脊或槽被最小化，所述垂直面与所述模块(1)的所述上部小面和下部小面接合成平坦并向光轴倾斜，最终由于在所述模块(1)中结合具有不同折射系数和极小体积的折射液体而消除球像差。
2.如以上权利要求所述的液体太阳透镜，其特征在于，所述模块(1)自支承或具有附加支承结构。
3.如以上权利要求所述的液体太阳透镜，其特征在于，所述模块(1)的所述垂直面跟随阳光的轨迹从而防止因干涉引起的光损耗，并设置有位于与所述垂直面重合的光学中性区域中的支承结构。
4.如以上权利要求所述的液体太阳透镜，其特征在于，为了最小化所述脊或槽，将所述菲涅耳透镜各个小面的弯曲斜率最小化。
5.如以上权利要求所述的液体太阳透镜，其特征在于，为了消除球像差，所述模块(1)内的透光液体在各个区、环或冠中的折射系数从光轴向所述透镜的边缘逐渐增加。
6.如以上权利要求所述的液体太阳透镜，其特征在于，所述透镜的末端模块(1)的所述凹凸结构被平凸结构代替。
7.如权利要求1至5所述的液体太阳透镜，其特征在于，所述透镜的末端模块(1)的所述平凸和凹凸被双凸配置(2)代替。
全文摘要
本发明涉及一种液体太阳透镜，本发明由在透镜的中心模块(1)中具有双凸(2)结构的模块(1)形成，模块(1)延展为平凸结构并在其末端模块(1)最终变成凹凸结构，上述的变形结构采取平滑过渡(3)以使所有脊或槽被最小化。根据本发明，与模块(1)的上部小面和下部小面结合的垂直面是平坦的并向光轴倾斜。此外，在模块(1)中结合折射液体而消除了球像差，这些液体具有不同折射系数和极小的体积。本发明的透镜具有最小厚度和重量。
文档编号G02B3/08GK101076745SQ200580042387
公开日2007年11月21日 申请日期2005年12月20日 优先权日2005年1月25日
发明者罗伯托·桑坦德塞尔韦尔 申请人:罗伯托·桑坦德塞尔韦尔