[发明专利]透镜

说明书

技术领域

本发明涉及诸如菲涅耳型透镜之类的透镜装置，在其上形成透镜的光学膜，以及用于制作这种膜的模具。本发明具体但不排它地涉及这种透镜在太阳能聚集器中的使用。

背景技术

太阳能聚集器是将光从太阳直射的相对较大的区域聚焦到能量变换器设备(例如，光伏电池)所处的较小区域的光学系统，从而允许使用较小的变换器，以减小通常由能量变换器的价格所决定的太阳能系统的成本。

这种太阳能聚集器可以由菲涅耳透镜制成。通常这种透镜具有大(毫米或零点几毫米数量级)的棱镜特征部。这需要使用平面模具和批处理方法，在单片丙烯酸塑料中铸造这些结构，这意味着制造成本相当高。

发明内容

从本发明的第一方面看，提供一种太阳能聚集器，该太阳能聚集器包括弧形线性菲涅耳透镜，该弧形线性菲涅耳透镜包括多个棱镜特征部，所述棱镜特征部被布置为至少两段，其中，在每段中所述棱镜特征部具有相同的顶角，所述相同的顶角在相邻的段之间不同。

本发明还扩展到一种光学聚集器膜，该光学聚集器膜包括多个棱镜特征部，在该膜被弯曲时所述多个棱镜特征部共同形成诸如菲涅耳透镜之类的透镜装置，所述棱镜特征部被布置为至少两段，其中，在每段中所述棱镜特征部具有相同的顶角，所述相同的顶角在相邻的段之间不同。所述棱镜特征部优选适于在所述膜被弯曲时形成透镜装置。

在本发明的至少一个优选实施例中，允许太阳能聚集器由弧形线性菲涅耳透镜制成，该弧形线性菲涅耳透镜由可以以连续的鼓模制工艺制作的光学膜制成。与现有技术的批量模制工艺相比，这种工艺显著降低了成本。

本发明还扩展到一种光学膜，该光学膜包括多个棱镜特征部，在该膜被弯曲时所述多个棱镜特征部共同形成菲涅耳透镜，所述棱镜特征部被布置为至少两段，其中，在每段中所述棱镜特征部具有相同的顶角，所述相同的顶角在相邻的段之间不同。

对从其中穿过的光进行操控的大面积透明聚合物膜被用于多种应用中，从光学效果礼品包装纸到平板液晶显示器(LCD)中的背光亮度增强。一种这类型的膜是表面起伏光学膜。这些膜上呈现出浮出的诸如微棱镜或微透镜之类的透明结构，用于操控穿过膜的光的方向和扩散。可以制作高准确度的微光学结构，并且由于膜制作宽度大且制作速度快，光学膜的成本相对较低。

因此，根据本发明至少优选实施例的膜为使用批制作工艺在模具中制作的精密铸造塑胶光学器件提供可行的成本低的替换。

光学膜通常通过使用模制工艺来制造以形成必需的特征部，不管这些特征部通过模压、铸造还是其它技术被印到膜上。当前，没有用于在模具上使用光学表面(例如，具有RMS粗糙度＜8纳米的光学表面)来制造任意精密微光学特征的通用目的的方法。现有技术中存在多种制作方法，每种方法都只能制作某种类型的结构，但不能制作其它类型的结构。这些技术包括：金刚石雕刻、激光烧蚀、铣削、电火花雕刻和刻蚀。金刚石雕刻可以是单点金刚石车削(single point diamond turning)或者是金刚石表面轮廓加工(surfacecontouring)。这种工具或者使用飞刀切削(其中该工具被旋转)、雕合(其中该工具沿线移动)或者通过例如使用车床移动表面来相对于表面移动。在激光烧蚀中，可以通过使用激光去除部分而雕刻。如果使用微激光运动控制或掩膜来将总体激光控制到微米的准确度，则可以创建复杂的表面特征。铣削涉及使用小型钻头从表面升起或者降低到低于表面。

线性菲涅耳透镜将光聚到中心条——这区别于将光聚到点或面的全3D透镜。用于线性棱镜透镜的模制鼓比用于全3D菲涅耳透镜的模制鼓较容易制作，这是因为棱镜结构在一个方向上延伸，并且微精密车床机器能够使用金刚石工具制造这种铸造鼓，在该微精密车床机器上，鼓绕轴(C轴)旋转且切割工具仅在一个方向(X方向)上沿鼓移动。该方法可以或者使用单点金刚石车削(由于金刚石工具被定位然后被推入表面内，因此可以直接形成与该工具的形状相匹配的结构)，或者金刚石轮廓加工(在较小工具沿鼓来回移动时通过该工具移入和移出的轨迹而形成结构)。

太阳能使用太阳光来提供能源。能量变换器将太阳光转换为可以被传输或存储的能量形式。这种能量变换器包括将光转换为电能的光伏电池、将光(红外和可见光)转换为热量用于例如升高水或一些其它流体的温度的太阳能加热器、太阳能制氢以及将太阳能聚焦到用于向远端传输光的光波导中的室内日间采光，在远端，光从光纤中散出，例如以提供建筑物内部的日间采光。