不連續(xù)聚光透鏡制造技術(shù)

一種入射光線的透過(guò)效率良好、光能損耗少、可以正確地把入射進(jìn)來(lái)的光線聚集成一條線的不連續(xù)聚光透鏡。當(dāng)從上面看時(shí)，透鏡的介質(zhì)的入射光面被作成為臺(tái)階狀的平坦面，介質(zhì)的折射面被作成為聚光曲面。透鏡切片被組合成為具有使平行光線聚光的構(gòu)造：平行光線入射到入射光面并從折射面上作為折射光線以其截面是線形光束的形式射出。（*該技術(shù)在2020年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及具有新的構(gòu)造的聚光透鏡，更為詳細(xì)地說(shuō)，涉及例如在太陽(yáng)聚光爐等中得到很好地使用的不連續(xù)聚光透鏡。
技術(shù)介紹
作為使太陽(yáng)光進(jìn)行聚光以取出光能的太陽(yáng)光聚光爐，人們提出了反射式、直達(dá)式等種種類型的太陽(yáng)光聚光爐方案。利用反射鏡的反射式太陽(yáng)光爐，除去能量損耗多之外，具有下述問(wèn)題用聚光線進(jìn)行的光能的作業(yè)是困難的，此外太陽(yáng)的跟蹤控制也是困難的，設(shè)備自身也太大，牽涉到很大的設(shè)備造價(jià)等。于是，本專利技術(shù)對(duì)使太陽(yáng)光聚光成一條線進(jìn)行利用的方法進(jìn)行了種種的探討。在現(xiàn)有的使用凸透鏡的方法中，凸透鏡自身由于從構(gòu)造上來(lái)說(shuō)具有上下對(duì)稱的凸?fàn)钋妫食?duì)入射光的反射率高，入射光的透過(guò)效率變壞的缺點(diǎn)之外，還存在著在聚光線中存在著不均一，不能聚集成理論所述那樣的一條線的缺點(diǎn)。此外，在使用這樣的凸透鏡的方法中，如果企圖使太陽(yáng)光在寬的范圍內(nèi)入射，則從凸透鏡的形狀來(lái)說(shuō)將變成為大型，為此中央部分將變得很厚，從強(qiáng)度方面來(lái)說(shuō)，也將變成為實(shí)際上不能夠使用的透鏡。于是，為了解決這樣的問(wèn)題，日本專利雜志特開昭62-225851號(hào)公報(bào)公開了把使凸透鏡的入射面變成為反射率小的平坦面，且使凸透鏡的厚度變成為薄的厚度的多個(gè)扇狀切片粘接成同心圓狀的聚光式裝置。但是，該裝置是一種凸透鏡的聚光裝置，而不是使太陽(yáng)光聚成一條線的構(gòu)造。專利技術(shù)的公開本專利技術(shù)人等，鑒于以上所述，以提供光線的透過(guò)率良好且?guī)缀鯖](méi)有能量損耗，即便是大型的透鏡也可以容易地制作，可以使入射進(jìn)來(lái)的光線正確地聚光成聚光線的透鏡為目的，終于想出了新的構(gòu)造的不連續(xù)聚光透鏡。在這里，所謂‘聚光線’，指的是由‘利用光十字法則’計(jì)算決定的一條細(xì)線，而不是現(xiàn)有的焦線。本專利技術(shù)提供這樣的不連續(xù)聚光透鏡這是一種當(dāng)在平面上來(lái)看時(shí)把介質(zhì)的入射光面作成為臺(tái)階狀的平坦面，把介質(zhì)的折射面作成為聚光曲面的不連續(xù)聚光透鏡，在從上述入射光面入射平行光線的情況下，組合配設(shè)作為折射光線具有用上述折射面聚光成一條線的構(gòu)造的透鏡切片(segment)，以解決上述課題。為實(shí)現(xiàn)上述目的而提出來(lái)的本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡，是一種用把折射面作成為聚光曲面、入射光面為臺(tái)階狀地連續(xù)的平坦面的形狀的多個(gè)透鏡切片構(gòu)成的透鏡，而且，把聚光曲面形成為使得透過(guò)了該透鏡切片的折射面的光線可以聚光成一條線，其特征是組合起來(lái)配設(shè)該透鏡切片。此外，本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡是一種用把折射面作成為聚光曲面、入射光面為臺(tái)階狀地連續(xù)的平坦面的形狀的多個(gè)透鏡切片構(gòu)成的透鏡，而且，把聚光曲面形成為使得透過(guò)了該透鏡切片的折射面的光線可以聚光成一條線，其特征是組合起來(lái)配設(shè)該透鏡切片，使得可以聚光成一條線。此外，其特征是把平坦面當(dāng)作入射光一側(cè)，并作為全體在一個(gè)面上不連續(xù)地臺(tái)階狀地形成上述多個(gè)透鏡切片。如上所述，本專利技術(shù)，由于使把入射光面作成為平坦面，把折射面作成為聚光曲面的透鏡切片正確地進(jìn)行結(jié)合來(lái)形成了不連續(xù)聚光透鏡，故入射光線的透過(guò)效率是良好的，能量損耗少，基本上可以形成線狀聚光并聚光成長(zhǎng)方形。此外，還可以形成具備以往被認(rèn)為是不可能的太陽(yáng)跟蹤的大型的聚光透鏡，可以實(shí)現(xiàn)清除掉風(fēng)壓、雨水、鳥類等危害的新的太陽(yáng)光不連續(xù)聚光裝置。附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面和平面圖。圖2是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的局部剖面圖。圖3是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的基本圖。圖4是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡10的實(shí)施例的斜視圖。圖5是構(gòu)成本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的透鏡切片的實(shí)施例的斜視圖。圖6是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的局部擴(kuò)大剖面圖。圖7是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面圖。圖8是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面和平面圖。圖9是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例。優(yōu)選實(shí)施例以下，參看附圖說(shuō)明本專利技術(shù)的實(shí)施例。圖1是不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面和平面圖。圖2是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的局部剖面圖。圖3是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的基本圖。圖4是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的10的實(shí)施例的斜視圖，圖5是構(gòu)成本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的透鏡切片12的實(shí)施例的斜視圖，圖6是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的局部擴(kuò)大剖面圖。圖7是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面圖。圖8是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例的剖面和平面圖。圖9是本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的實(shí)施例。首先，根據(jù)圖5，對(duì)構(gòu)成本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的透鏡切片12進(jìn)行說(shuō)明。透鏡切片12形成為這樣的形狀，即折射面14形成為具有根據(jù)‘光十字法則’計(jì)算的一定曲率的圓筒形狀的一部分，折射面14作成為聚光曲面16，入射光面18為階梯狀連續(xù)的平坦面。下面根據(jù)圖6說(shuō)明用透鏡切片12構(gòu)成的本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的原理。當(dāng)從透鏡切片12的透鏡入射光面18使平行光線20入射時(shí)，由于平行光線20對(duì)于透鏡的入射光面18垂直地入射，故反射率幾乎為零地在透鏡內(nèi)直線前進(jìn)，雖然會(huì)到達(dá)透鏡折射面14，但是，由于該折射面14已變成為聚光曲面16，故從折射面折射光線22向計(jì)算后的聚光線K24(一條線)進(jìn)行聚光。說(shuō)得更為詳細(xì)一點(diǎn)，該折射面14和聚光曲面16，以介質(zhì)的入射光面18為基準(zhǔn)，采用按照以下的聚光方程式(1)～(3)，規(guī)定滿足該方程式的介質(zhì)的折射面的傾斜曲面的角度的辦法，決定本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的聚光曲面的角度。就是說(shuō)，圖7是用多個(gè)上述透鏡切片構(gòu)成的本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡10的剖面圖，以透過(guò)該不連續(xù)聚光透鏡10的中心，對(duì)入射光面18成直角地引出來(lái)的中心線Y和中心軸Y與水平線R直角地交叉的點(diǎn)為O點(diǎn)，設(shè)連結(jié)點(diǎn)D和聚光線K的線X與中心軸Y所構(gòu)成的角度為A。若設(shè)點(diǎn)O和點(diǎn)D之間的距離為R，點(diǎn)O和聚光線K之間的距離為Y，則距離R和中心軸Y和角度A之間，下述關(guān)系成立。A=tan-1(R/Y)…(1)圖7是用來(lái)求折射面X上邊的任意的點(diǎn)D處的聚光曲面的透鏡折射光X的角度的說(shuō)明圖。若設(shè)透光介質(zhì)(在這里是透鏡和空氣)的折射率為N1、N2，設(shè)入射角為θ1、折射角為θ2，則由斯涅爾(Snell)定律可知以下的關(guān)系式成立。N1sinθ1=N2sinθ2在這里，如設(shè)透鏡例如為丙烯樹脂(帕拉纖維，paragrass)，則其折射率為N1=1.49。當(dāng)把空氣的折射率為N2=1代入任意點(diǎn)D時(shí)，將變成為下式。1.49sinθ1=sinθ2…(2)此外，若幾何光學(xué)性地進(jìn)行解析，則在聚光曲面16(折射面X)上邊的任意點(diǎn)D處，以下的關(guān)系式成立。θ1-θ2=A(畢達(dá)哥拉斯)…(3)在本說(shuō)明書中，把上述聯(lián)立方程式(1)、(2)、(3)叫做聚光方程式。θ1雖然因所使用的介質(zhì)和透鏡的折射率而異，但必須比其全反射的臨界角度要小。本專利技術(shù)的不連續(xù)聚光透鏡的折射聚光曲面，與現(xiàn)有的凸透鏡不同，其曲面用滿足‘光十字法則的復(fù)式聯(lián)立方程式’的傾斜曲面形成。其中，所謂的‘光十字法則的不連續(xù)聚光透鏡的復(fù)式聯(lián)立方程式’，如下所示。(復(fù)式聯(lián)立方程式)1．sinθ1(近似代數(shù))×N1/N2·sin-1=θ2(計(jì)算數(shù)值)2．θ2(計(jì)算數(shù)值)-畢達(dá)哥拉斯A(R/Y·tan-1)=θ1(計(jì)算數(shù)值)3．θ1(近似代數(shù))-θ1(計(jì)算數(shù)值)=±(余數(shù))4．sin±(余數(shù))×N2/N1·sin-1=±(計(jì)算余數(shù)值)5．±(計(jì)算余數(shù)值)+θ1(近似代數(shù))=θ1(再次近似代數(shù))進(jìn)行線圈狀連續(xù)計(jì)算(循環(huán)計(jì)算)。*θ1(再次再次再次近似代數(shù))-θ1(再次再次再次計(jì)算數(shù)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種不連續(xù)聚光透鏡，把多個(gè)透鏡切片組合起來(lái)形成，且該透鏡切片的每一個(gè)切片，都由下述的入射光面和折射面構(gòu)成： （１）平坦面為臺(tái)階狀連續(xù)形狀的入射光面， （２）被形成為使得透過(guò)了該透鏡切片的折射面的光線可以聚光成一條線且作為聚光曲面起作用的折射面。

【技術(shù)特征摘要】
...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：乾政信，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：乾政信，十川義照，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：JP[日本]