专利名称：一种削顶曲面聚光透镜及其制作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能聚光透镜领域，尤指一种用于太阳能聚光的削顶曲面聚光透镜
及其制作方法。
背景技术：
20世纪20年代，物理学家菲涅尔提出透镜的制造理论连续光学表面的成像特 性，主要取决于表面的曲率，而轴向厚度是次要的因素，在大多数情况下，厚度的增加是由 于表面曲率或孔径的要求所造成的.所以，把透镜2个表面之间的厚度减小，光学元件仍可 把光线聚焦到原来的厚透镜焦点上.依据上述理论，产生了平面菲涅尔透镜，参见附图1。
由平面菲涅尔透镜演化的曲面菲涅尔透镜(参见附图2)主要有2种类型一种是 齿面在凸面上；一种是齿面在凹面上；菲涅尔透镜主要用于聚光和准直，目前主要应用在 液晶显示器、投影仪、太阳能聚光透镜等。 对于常规聚焦透镜而言，透镜的聚焦能力可以用其相对孔径(透镜口径与焦距之 比D/f)来衡量，系统的聚光能力越强，相对孔径的值越大，透镜也越厚，重量随之增加.使 用菲涅尔透镜代替常规透镜可以克服这一缺点。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料铸压而成的 薄片，也有玻璃制作的。镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆，透镜的要 求很高， 一片优质的透镜必须是表面光洁，纹理清晰，其厚度随用途而变，齿高多在lmm左 右。 目前大型透射式太阳能聚光透镜一般都采用平面菲涅尔透镜，这样的菲涅尔透镜 是由一系列的具有偏转光线作用的小棱镜组成的。在操作条件下平面菲涅尔透镜存在色 散、全反射、聚光倍数受限制和对跟踪精度要求高等缺点，而曲面菲涅尔透镜可以弥补这些 缺陷。曲面菲涅尔透镜可以增强系统的机械强度，减小光线的偏转，减小色差，降低对跟踪 精度的要求。色差减小对应着光斑减小，聚焦比增加。所以单从设计的角度来说，若追求高 倍聚光倍数，曲面菲涅尔透镜是首选。然而，由于曲面菲涅尔透镜中间顶部为曲面，模具和 透镜材料存在脱模困难，所以工艺上很难实现，因此曲面菲涅尔透镜的加工成本要大大高 出平面菲涅尔透镜。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种削顶曲面聚光透镜，将平面菲涅尔透镜和曲面菲涅
尔透镜的优势进行结合，使本专利装置既有曲面菲涅尔透镜在光学上的优势，又兼顾了平
面菲涅尔透镜加工上较曲面菲涅尔透镜简易的优点，从而大大提高了透镜的性价比。 本专利的另一个目的是提供一种削顶曲面聚光透镜的制作方法，通过将曲面菲涅
尔透镜与平面菲涅尔透镜或其他平面透镜进行组装粘接形成削顶曲面聚光透镜，工艺简
单、节约成本。 为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下 —种削顶曲面聚光透镜的制作方法，按照如下步骤进行制作
a、首先铸模形成一削顶中空曲面锥体，所述削顶区域为一圆形区域； b、在所述削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜或者冲压成型形成削顶中空曲面菲
涅尔透镜； c、将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅 尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。 如果采用一次性铸模成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜，则可以采用如下制作方 法，按照如下步骤进行制作 a、首先铸模或者冲压成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜，所述削顶区域为一圆形 区域； b、将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅 尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。 上面所述与削顶区域相同大小的平面透镜是指凸透镜或者平面菲涅尔透镜；若采
用平面菲涅尔透镜，则可用铸模成型或在平面透镜上粘贴透镜薄膜的方法制作。 通过上述方法制作的削顶曲面聚光透镜由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔
透镜组成，所述削顶中空曲面菲涅尔透镜为曲面锥体形，所述平面透镜粘接固定在所述削
顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。 为达到最佳效果，所述平面透镜的面积应小于所述聚光透镜有效受光面积的 35%。
本专利中平面透镜是指光线出射面或入射面为平面的透镜。
本专利的效果在于 —直以来，太阳能聚光透镜主要采用平面菲涅尔透镜进行聚光，业界虽然已经觉 察到平面菲涅尔透镜具有色散、全反射、聚光倍数受限制等缺点，但是一直无法找到改进的 办法，而曲面菲涅尔透镜虽然有良好的光学透射效果，但是其曲面形状则对制造提出了更 高的难度，采用传统的铸模、冲压等方法，制造难度大，成本高，因此很难大规模推广。本专 利巧妙的将两者结合起来，取平面菲涅尔透镜或凸透镜的制造简单方便、成本低的优点与 曲面菲涅尔透镜的光学透射效果好的优点进行结合，并巧妙的规避了曲面菲涅尔透镜制作 难度及成本的问题，从而为太阳能聚光透镜提供了一种聚光效果更佳、成本更优的选择。
具体而言，本专利制作的削顶中空曲面聚光透镜，避免了曲面菲涅尔透镜制作过 程中顶部曲面带来的脱膜难题，然后采用单独铸模或粘贴透镜薄膜形成一个同削顶区域大 小相同的平面菲涅尔透镜，这种平面菲涅尔透镜的加工简单方便，工艺也非常成熟。最后将 这两者粘接固定在一起，就形成了本专利的削顶曲面聚光透镜。当然平面菲涅尔透镜也可 以替换为凸透镜或者其它平面透镜。在制作削顶中空曲面菲涅尔透镜时，可以采用铸模一 次成型的方法，也可以采用在削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜的方式来制作。
图1为平面菲涅尔透镜的截面示意图； 图2为曲面菲涅尔透镜的截面示意图； 图3为本发明中削顶中空曲面菲涅尔透镜的结构示意图； 图4为本发明实施例1的结构示意 图5为本发明实施例1的内部结构示意图；
图6为本发明实施例3的结构示意具体实施例方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1 :削顶曲面聚光透镜的制作方法，按照如下步骤进行制作 首先铸模成型形成一削顶中空曲面锥体，削顶区域2为一圆形区域； 然后在削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜形成削顶中空曲面菲涅尔透镜1 ; 再次铸模成型形成一块与削顶区域2相同大小的平面菲涅尔透镜3 ; 最后将平面菲涅尔透镜3粘接固定到削顶中空曲面菲涅尔透镜1的削顶区域2形
成削顶曲面聚光透镜。 粘贴透镜薄膜是指将透镜薄膜按照曲面菲涅尔透镜各个"齿"的折射率、折射角度 的不同对应粘贴到削顶中空曲面锥体内，透镜薄膜可以选择美国3M公司生产的透镜薄膜， 通过这种粘贴的方式可以产生与冲压成型一样的效果。 按照上述方法制作的削顶曲面聚光透镜，透镜由一平面菲涅尔透镜3与一削顶中
空曲面菲涅尔透镜1组成，削顶中空曲面菲涅尔透镜1为曲面锥体形，平面菲涅尔透镜3粘
接在削顶中空曲面菲涅尔透镜1的削顶区域2形成削顶曲面聚光透镜。为了保证整个透镜
的透射效果，平面菲涅尔透镜3的面积应小于整个透镜有效受光面积的35%。
实施例2 :与实施例1不同之处仅在于平面菲涅尔透镜3采用透镜贴膜的方式制作。
实施例3 :削顶曲面聚光透镜的制作方法，按照如下步骤进行制作 首先铸模一次成型形成一削顶中空曲面菲涅尔透镜l，将一与削顶区域2相同大
小的平面凸透镜4粘接固定到削顶中空曲面菲涅尔透镜1的削顶区域2形成削顶曲面聚光透镜。 按照上述方法制作的削顶曲面聚光透镜，透镜由一平面凸透镜4与一削顶中空曲 面菲涅尔透镜1组成，削顶中空曲面菲涅尔透镜1为曲面锥体形，平面凸透镜4粘接在削顶 中空曲面菲涅尔透镜1的削顶区域2形成削顶曲面聚光透镜。为了保证整个透镜的透射效 果，平面凸透镜4的面积应小于整个透镜有效受光面积的35%。 本发明中平面菲涅尔透镜、凸透镜等平面透镜也可以直接采用平板玻璃，但是平
板玻璃区域无法对太阳光形成聚焦作用，实际上是一种针对本发明的变劣技术，但是不可
否认，这也是一种可以实施的制作方法之一，仍然优于现有技术的聚光效果。 本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式
只是示例性的，是为了更好的
使本领域技术人员能够理解本专利，不能理解为是对本专利包括范围的限制，只要是根据
本专利所揭示精神的所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利包括的范围。
权利要求
一种削顶曲面聚光透镜的制作方法，其特征在于，按照如下步骤进行制作a、首先铸模形成一削顶中空曲面锥体，所述削顶区域为一圆形区域；b、在所述削顶中空曲面锥体内粘贴透镜薄膜或者冲压成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜；c、将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。
2. —种削顶曲面聚光透镜的制作方法，其特征在于， 按照如下步骤进行制作a、 首先铸模或者冲压成型形成削顶中空曲面菲涅尔透镜，所述削顶区域为一圆形区域；b、 将一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到所述削顶中空曲面菲涅尔透 镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。
3. 根据权利要求1或2所述的削顶曲面聚光透镜的制作方法，其特征在于， 所述与削顶区域相同大小的平面透镜是指凸透镜或者平面菲涅尔透镜。
4. 根据权利要求3所述的削顶曲面聚光透镜的制作方法，其特征在于， 所述平面菲涅尔透镜采用铸模成型或在平面透镜上粘贴透镜薄膜的方法制作。
5. 根据权利要求1至4任一权项所述方法制作的削顶曲面聚光透镜，其特征在于， 所述聚光透镜由一平面透镜与一削顶中空曲面菲涅尔透镜组成，所述削顶中空曲面菲涅尔透镜为曲面锥体形，所述平面透镜粘接固定在所述削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区 域形成削顶曲面聚光透镜。
6. 根据权利要求5所述的削顶曲面聚光透镜，其特征在于 所述平面透镜的面积小于所述聚光透镜有效受光面积的35%。
全文摘要
本发明公开了一种削顶曲面聚光透镜及其制作方法，首先铸模形成一削顶中空曲面锥体，在削顶中空曲面锥体内形成削顶中空曲面菲涅尔透镜；再将在一与所述削顶区域相同大小的平面透镜粘接固定到削顶中空曲面菲涅尔透镜的削顶区域形成削顶曲面聚光透镜。这种平面透镜是指凸透镜或者平面菲涅尔透镜。按照上述方法制作的削顶曲面聚光透镜既有曲面菲涅尔透镜在光学上的优势，又兼顾了平面菲涅尔透镜加工上较曲面菲涅尔透镜简易的优点，大大提高了透镜的性价比。
文档编号G02B3/00GK101710190SQ20091020174
公开日2010年5月19日 申请日期2009年11月3日 优先权日2009年11月3日
发明者王士涛 申请人:上海聚恒太阳能有限公司;王士涛