[发明专利]一种双凸面聚光器

摘要

本发明公开了一种双凸面聚光器，所述聚光器上端面为向上凸起的上部聚光折射面，所述聚光器下端面为向下凸起的下部聚光折射面，所述上部聚光折射面和下部聚光折射面均为非球面，平行入射的光线依次经过上部聚光折射面和下部聚光折射面两次折射后，在所述聚光器下方的电池接收板上形成聚光光斑，所述下部聚光折射面的轮廓形状随上部聚光折射面的轮廓形状的变化而变化。本发明通过具有上下两个非球面的聚光折射面，对入射光线进行两次折射，控制光线达到指定的位置并使光线快速汇聚，大大缩短了光程，使其组件厚度仅为单曲面聚光器厚度的60%。

主权项

一种双凸面聚光器，其特征在于：所述聚光器(1)上端面为向上凸起的上部聚光折射面(101)，所述聚光器(1)下端面为向下凸起的下部聚光折射面(102)，所述上部聚光折射面(101)和下部聚光折射面(102)均为非球面，平行入射的光线依次经过上部聚光折射面(101)和下部聚光折射面(102)两次折射后，在所述聚光器(1)下方的电池接收板上形成聚光光斑，所述下部聚光折射面(102)的轮廓形状随上部聚光折射面(101)的轮廓形状的变化而变化，所述下部聚光折射面(102)的轮廓形状在形成上部聚光折射面(101)轮廓形状的平面坐标系中的曲线方程，由以下公式得出：任意两条入射光线通过上部聚光折射面(101)的偏转角度α为已知，对于通过上部聚光折射面(101)后的第一条入射光线(201)，令y’₀＝h₀，则${\mathrm{tg\β}}_0=\frac{x_0^{\′}-b}{h^{\′}-y_0^{\′}}$y'₀＝y'_n‑1‑△x'*tgφ_n‑1△x'＝△x‑ctg(α_n‑1)*(y'_n‑1‑h₀)+ctgα_n(y'_n‑h₀)△x＝[x_n‑1‑ctgα_n‑1*(y_n‑1+h₀)]‑[x_n‑ctgα_n(y_n+h₀)]${\mathrm{tg\φ}}_0=\frac{{\mathrm{ncos\α}}_0-{\mathrm{sin\β}}_0}{{\mathrm{cos\β}}_0-{\mathrm{nsin\α}}_0}$其中，h₀为玻璃厚度，b为第一条入射光线(201)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(301)的距离，x₀为第一条入射光线(201)在上部聚光折射面(101)的起点，α₀为第一条入射光线(201)通过上部聚光折射面(101)后与X轴的夹角，β₀为第一条入射光线(201)在下部聚光折射面(102)横截面的折射角，θ₀为第一条入射光线(201)在下部聚光折射面(102)横截面的入射角，φ₀为第一条入射光线(201)与下部聚光折射面(102)横截面交点处的曲线法线与y轴的锐角夹角，△x为第一条入射光线(201)和第二条入射光线(202)分别与玻璃下表面(302)交点的距离，△x′为第一条入射光线(201)和第二条入射光线(202)分别与下部聚光折射面(102)折射点的水平距离，n为材料折射率；由上述表达式可推导得到第n条入射光线的方程为：△x＝[x_n‑1‑ctgα_n‑1*(y_n‑1+h₀)]‑[x_n‑ctgα_n(y_n+h₀)]………公式1△x'＝△x‑ctg(α_n‑1)*(y'_n‑1‑h₀)+ctgα_n(y'_n‑h₀)…………公式2y'₀＝y'_n‑1‑△x'*tgφ_n‑1…………公式3${\mathrm{th\φ}}_n=\frac{{\mathrm{ncos\α}}_n-{\mathrm{sin\β}}_n}{{\mathrm{cos\β}}_n-{\mathrm{nsin\α}}_n}$…………公式4x'_n＝x'_n‑1‑△x'………公式5${\mathrm{tg\β}}_n=\frac{x_0^{\′}-b+\frac{N}{d}*b}{h^{\′}-y_n^{\′}}$………公式6其中，N为一个自然数，即将整个曲面的横截面分成N等分，d为光线等比压缩的比例，数值上等于公式1可由上部聚光折射面求得，将公式2代入公式3，结合公式1求得y'_n，将y'_n代入公式6求得β_n，将y'_n代入公式2求得△x'，将△x'代入公式5求得x'_n，这样就得到下部聚光折射面(102)的各点坐标(y'_n，x'_n)，即得到下部聚光折射面(102)的曲线。