[实用新型]复合菲涅尔透镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种复合菲涅尔透镜，属于菲涅尔透镜技术领域。

背景技术

在许多应用中，如太阳能利用以及LED点光源的配光等，都需要对光束做均匀汇聚或扩散，目前常用方法是使用二次光学元件。如在光伏发电中即是先通过菲涅尔透镜聚光，然后再使用二次聚光器件均匀汇聚光。这些方法存在的一些问题有，如因为二次光学元件的使用，必然导致整个系统成本上升、装调难度加大以及汇聚光束传导过程中能量损耗增加等。目前虽然也有一些研究希望能通过一次聚光即可实现光束的均匀汇聚或扩散，但大多存在着诸如设计复杂，加工精度要求高、难度大、成本高、光强损耗较多等一些问题，不利于规模化生产及应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种复合菲涅尔透镜，以解决现有均匀聚（散）光方案中所存在的加工难度大、成本高等不利于实践应用的问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种复合菲涅尔透镜，由两个或两个以上同轴菲涅尔透镜组成。其中透镜中间部分为普通菲涅尔透镜，中间部分以外的部分为环聚焦菲涅尔透镜。

本实用新型所述器件可以在无须其它光学元件（如二次聚光器等）共同作用的情况下独立实现光束的均匀汇聚与扩散，减小了光束传输过程中因为光学元件表面反射等造成的光强损耗，有利于降低均匀聚（散）光系统的建造及维护费用。

此外，本实用新型申请中的所谓“均匀聚光”是指：按照IEC60904-9国际标准规定的光斑强度分布的均匀性表达式（1），光斑光强分布均匀性不低于36.8%（即光强分布100%均匀时的                                               。其中为自然常数，）。

                                          

附图说明

图1是本实用新型一种复合菲涅尔透镜的结构示意图；

图2是本实用新型的原理示意图。图2中的附图标记5是复合菲涅尔透镜入射面各区域的聚焦光斑聚焦位置曲面（本专利申请中称之为设计面，并且该设计面可以是平面、曲面或折面——该折面的每个子面又可以是平面或曲面），6是太阳能转换器件。图中的O是复合菲涅尔透镜入射面中心对称点；B′、A′、O′表示入射面各区域的聚焦位置；图中的IB′、IA′、IO′表示设计面上分别相应于B′、A′、O′点的聚焦光斑峰值光强。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。

如图1所示，本实施例所涉及的一种复合菲涅尔透镜，包括：透镜入射面1，所述透镜入射面1包括透镜区域一2、透镜区域二3和透镜区域三4，透镜区域一2设置在透镜区域二3的内侧，透镜区域三4设置在透镜区域二3的外侧。

所述透镜区域一2为普通菲涅尔透镜。

所述透镜区域二3和透镜区域三4均为环聚焦菲涅尔透镜。

所述透镜可单独使用，或分割成多块使用，或多个透镜组合使用。

从宏观上看，本实施例所述复合菲涅尔透镜的外形可以是平面（或是曲面、或是折面——折面的每个子面又可以是平面或曲面等）。一种简单的情况如图1所示。不失一般性，我们以下的讨论以图1所示情况为例。

本实施例所述复合菲涅尔透镜为同轴对称多区域分割面，如图1中所示区域一、区域二和区域三，并在设计中要求每个区域将入射其上的光束聚焦到空间某一特定位置，该位置可以位于太阳能转换器件表面之前，也可以位于太阳能转换器件表面之后或之上（参见图2。该特定位置以及入射面各区域范围的确定将由优化算法完成。由于优化过程为本领域公知内容，因此不对优化算法做详细讨论及说明）。其中，①入射面中心区域（即如图2中所示的区域一）为普通菲涅尔透镜，它将入射其上的光束聚焦到一点，我们称该聚焦光斑为“点状光斑”；②周围其它区域（即如图2中所示的区域二和区域三）为环聚焦菲涅尔透镜，它们分别将入射这些区域上的光束聚焦成环，我们称这些聚焦环为“环状光斑”。

对于菲涅尔透镜来说，由于其“点状光斑”和“环状光斑”均呈现出中心强、边缘弱的“高斯”型光斑样式。由此，如果这些光斑可以互相“适当”交叠（等价于确定入射面各区域光束的聚焦位置。如前所述，该项任务可以通过优化算法完成），则可以使得太阳能转换器件表面上的汇聚光束的总的光强分布趋于处处相近，即实现均匀聚（散）光的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式之一，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。