不连续聚光透镜制造技术

一种入射光线的透过效率良好、光能损耗少、可以正确地把入射进来的光线聚集成一条线的不连续聚光透镜。当从上面看时，透镜的介质的入射光面被作成为台阶状的平坦面，介质的折射面被作成为聚光曲面。透镜切片被组合成为具有使平行光线聚光的构造：平行光线入射到入射光面并从折射面上作为折射光线以其截面是线形光束的形式射出。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有新的构造的聚光透镜，更为详细地说，涉及例如在太阳聚光炉等中得到很好地使用的不连续聚光透镜。
技术介绍
作为使太阳光进行聚光以取出光能的太阳光聚光炉，人们提出了反射式、直达式等种种类型的太阳光聚光炉方案。利用反射镜的反射式太阳光炉，除去能量损耗多之外，具有下述问题用聚光线进行的光能的作业是困难的，此外太阳的跟踪控制也是困难的，设备自身也太大，牵涉到很大的设备造价等。于是，本专利技术对使太阳光聚光成一条线进行利用的方法进行了种种的探讨。在现有的使用凸透镜的方法中，凸透镜自身由于从构造上来说具有上下对称的凸状曲面，故除去对入射光的反射率高，入射光的透过效率变坏的缺点之外，还存在着在聚光线中存在着不均一，不能聚集成理论所述那样的一条线的缺点。此外，在使用这样的凸透镜的方法中，如果企图使太阳光在宽的范围内入射，则从凸透镜的形状来说将变成为大型，为此中央部分将变得很厚，从强度方面来说，也将变成为实际上不能够使用的透镜。于是，为了解决这样的问题，日本专利杂志特开昭62-225851号公报公开了把使凸透镜的入射面变成为反射率小的平坦面，且使凸透镜的厚度变成为薄的厚度的多个扇状切片粘接成同心圆状的聚光式装置。但是，该装置是一种凸透镜的聚光装置，而不是使太阳光聚成一条线的构造。专利技术的公开本专利技术人等，鉴于以上所述，以提供光线的透过率良好且几乎没有能量损耗，即便是大型的透镜也可以容易地制作，可以使入射进来的光线正确地聚光成聚光线的透镜为目的，终于想出了新的构造的不连续聚光透镜。在这里，所谓‘聚光线’，指的是由‘利用光十字法则’计算决定的一条细线，而不是现有的焦线。本专利技术提供这样的不连续聚光透镜这是一种当在平面上来看时把介质的入射光面作成为台阶状的平坦面，把介质的折射面作成为聚光曲面的不连续聚光透镜，在从上述入射光面入射平行光线的情况下，组合配设作为折射光线具有用上述折射面聚光成一条线的构造的透镜切片(segment)，以解决上述课题。为实现上述目的而提出来的本专利技术的不连续聚光透镜，是一种用把折射面作成为聚光曲面、入射光面为台阶状地连续的平坦面的形状的多个透镜切片构成的透镜，而且，把聚光曲面形成为使得透过了该透镜切片的折射面的光线可以聚光成一条线，其特征是组合起来配设该透镜切片。此外，本专利技术的不连续聚光透镜是一种用把折射面作成为聚光曲面、入射光面为台阶状地连续的平坦面的形状的多个透镜切片构成的透镜，而且，把聚光曲面形成为使得透过了该透镜切片的折射面的光线可以聚光成一条线，其特征是组合起来配设该透镜切片，使得可以聚光成一条线。此外，其特征是把平坦面当作入射光一侧，并作为全体在一个面上不连续地台阶状地形成上述多个透镜切片。如上所述，本专利技术，由于使把入射光面作成为平坦面，把折射面作成为聚光曲面的透镜切片正确地进行结合来形成了不连续聚光透镜，故入射光线的透过效率是良好的，能量损耗少，基本上可以形成线状聚光并聚光成长方形。此外，还可以形成具备以往被认为是不可能的太阳跟踪的大型的聚光透镜，可以实现清除掉风压、雨水、鸟类等危害的新的太阳光不连续聚光装置。附图的简单说明图1是不连续聚光透镜的实施例的剖面和平面图。图2是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的局部剖面图。图3是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的基本图。图4是本专利技术的不连续聚光透镜10的实施例的斜视图。图5是构成本专利技术的不连续聚光透镜的透镜切片的实施例的斜视图。图6是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的局部扩大剖面图。图7是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的剖面图。图8是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的剖面和平面图。图9是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例。优选实施例以下，参看附图说明本专利技术的实施例。图1是不连续聚光透镜的实施例的剖面和平面图。图2是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的局部剖面图。图3是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的基本图。图4是本专利技术的不连续聚光透镜的10的实施例的斜视图，图5是构成本专利技术的不连续聚光透镜的透镜切片12的实施例的斜视图，图6是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的局部扩大剖面图。图7是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的剖面图。图8是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例的剖面和平面图。图9是本专利技术的不连续聚光透镜的实施例。首先，根据图5，对构成本专利技术的不连续聚光透镜的透镜切片12进行说明。透镜切片12形成为这样的形状，即折射面14形成为具有根据‘光十字法则’计算的一定曲率的圆筒形状的一部分，折射面14作成为聚光曲面16，入射光面18为阶梯状连续的平坦面。下面根据图6说明用透镜切片12构成的本专利技术的不连续聚光透镜的原理。当从透镜切片12的透镜入射光面18使平行光线20入射时，由于平行光线20对于透镜的入射光面18垂直地入射，故反射率几乎为零地在透镜内直线前进，虽然会到达透镜折射面14，但是，由于该折射面14已变成为聚光曲面16，故从折射面折射光线22向计算后的聚光线K24(一条线)进行聚光。说得更为详细一点，该折射面14和聚光曲面16，以介质的入射光面18为基准，采用按照以下的聚光方程式(1)～(3)，规定满足该方程式的介质的折射面的倾斜曲面的角度的办法，决定本专利技术的不连续聚光透镜的聚光曲面的角度。就是说，图7是用多个上述透镜切片构成的本专利技术的不连续聚光透镜10的剖面图，以透过该不连续聚光透镜10的中心，对入射光面18成直角地引出来的中心线Y和中心轴Y与水平线R直角地交叉的点为O点，设连结点D和聚光线K的线X与中心轴Y所构成的角度为A。若设点O和点D之间的距离为R，点O和聚光线K之间的距离为Y，则距离R和中心轴Y和角度A之间，下述关系成立。A=tan-1(R/Y)…(1)图7是用来求折射面X上边的任意的点D处的聚光曲面的透镜折射光X的角度的说明图。若设透光介质(在这里是透镜和空气)的折射率为N1、N2，设入射角为θ1、折射角为θ2，则由斯涅尔(Snell)定律可知以下的关系式成立。N1sinθ1=N2sinθ2在这里，如设透镜例如为丙烯树脂(帕拉纤维，paragrass)，则其折射率为N1=1.49。当把空气的折射率为N2=1代入任意点D时，将变成为下式。1.49sinθ1=sinθ2…(2)此外，若几何光学性地进行解析，则在聚光曲面16(折射面X)上边的任意点D处，以下的关系式成立。θ1-θ2=A(毕达哥拉斯)…(3)在本说明书中，把上述联立方程式(1)、(2)、(3)叫做聚光方程式。θ1虽然因所使用的介质和透镜的折射率而异，但必须比其全反射的临界角度要小。本专利技术的不连续聚光透镜的折射聚光曲面，与现有的凸透镜不同，其曲面用满足‘光十字法则的复式联立方程式’的倾斜曲面形成。其中，所谓的‘光十字法则的不连续聚光透镜的复式联立方程式’，如下所示。(复式联立方程式)1．sinθ1(近似代数)×N1/N2·sin-1=θ2(计算数值)2．θ2(计算数值)-毕达哥拉斯A(R/Y·tan-1)=θ1(计算数值)3．θ1(近似代数)-θ1(计算数值)=±(余数)4．sin±(余数)×N2/N1·sin-1=±(计算余数值)5．±(计算余数值)+θ1(近似代数)=θ1(再次近似代数)进行线圈状连续计算(循环计算)。*θ1(再次再次再次近似代数)-θ1(再次再次再次计算数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不连续聚光透镜，把多个透镜切片组合起来形成，且该透镜切片的每一个切片，都由下述的入射光面和折射面构成： （１）平坦面为台阶状连续形状的入射光面， （２）被形成为使得透过了该透镜切片的折射面的光线可以聚光成一条线且作为聚光曲面起作用的折射面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乾政信，
申请(专利权)人：乾政信，十川义照，
类型：发明
国别省市：JP[日本]