專利名稱：陽光聚集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽光線聚集裝置，該裝置利用菲涅耳透鏡聚焦，可以有效地將太陽光引導(dǎo)到一條光纜上。
本申請人早先曾提出過一種太陽光線聚集裝置，該裝置包括若干透鏡。由這些透鏡聚焦的太陽光線被引導(dǎo)至光導(dǎo)光纜上。以這種方式引導(dǎo)的太陽光線經(jīng)光纜傳輸?shù)叫枰饩€的地方。
就上述的太陽光線聚集裝置而言，當(dāng)透鏡的數(shù)值孔徑角(numericatapertureangle)較大時(shí)，由透鏡所聚焦的太陽映象就小。因此僅可適于較小直徑的光纜，這是其尺寸上的優(yōu)點(diǎn)。然而，透鏡周邊部分的斜升角(risingangle)會(huì)較大，因此這部分的光反射量增大，聚焦效果不好。此外，光纜的入射角較大，則光纜上光接收端處的反射量會(huì)變大，將太陽光線導(dǎo)引至光纜的效果就不好。再者，射入透鏡的太陽光會(huì)反射到透鏡的光散射端進(jìn)而再折入透鏡，于是被反射的太陽光線在透鏡內(nèi)傳播?；诖艘?，入射光線不能有效地導(dǎo)入光纜。
另一方面，如透鏡的數(shù)值孔徑較小，則其周邊部分的斜升角也很小，由此造成這部分的反射量變小。對光纜的入射角也變小，而光纜的光接收端處的反射量也小了，因此太陽光線的聚集將更為有效。與此相反，由透鏡所聚焦的太陽映象將變大，所以要求較大的光纜直徑，光纜的成本費(fèi)就會(huì)變高。這些問題即是先有技術(shù)中的若干缺陷。
本發(fā)明的一個(gè)目的是可以使用一種具有較大數(shù)值孔徑的光纜，且可在該光纜的光接收端處消除反射，從而可十分有效地維持將太陽光線導(dǎo)入光纜。
本發(fā)明的另一目的是減小光纜的直徑，以期降低其成本。


圖1的透視圖展示了本申請人原先提出的太陽光線聚集裝置的一個(gè)實(shí)施例;
圖2至圖4分別展示了上述光陽光線聚集裝置上先有技術(shù)實(shí)施例的有關(guān)結(jié)構(gòu);
圖5展示了根據(jù)本發(fā)明，陽光聚集裝置的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
圖1的詳細(xì)透視圖展示了太陽光線聚集裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖1中標(biāo)號(hào)1代表透明防護(hù)罩，2為菲涅耳透鏡，3為透鏡支架，4為感受太陽光線方向的方向檢測器，5為光纖(或光導(dǎo)體纜)其光接收端置于菲涅耳透鏡2的焦點(diǎn)位置，6為光纖保持架，7為支臂，8為脈動(dòng)電機(jī)，9為由脈動(dòng)電機(jī)8所驅(qū)動(dòng)的水平旋轉(zhuǎn)軸，10為承載防護(hù)罩1的底座，11為脈動(dòng)電機(jī)，12為由脈動(dòng)電機(jī)11所驅(qū)動(dòng)的垂直旋轉(zhuǎn)軸。
如本申請人早已指出的，上述的陽光聚集裝置通過太陽光線方向檢測器4來檢測太陽的方向，此檢測信號(hào)驅(qū)動(dòng)脈動(dòng)電機(jī)8和11。脈動(dòng)電機(jī)8和11分別帶動(dòng)水平旋轉(zhuǎn)軸9及垂直旋轉(zhuǎn)軸12，使它們旋轉(zhuǎn)，從而將陽光方向檢測器4導(dǎo)至太陽的方向上。以此方式，即可將由若干透鏡2所聚集的太陽光線分別導(dǎo)入光纖5，該光纖的光接收端置于相應(yīng)透鏡的焦點(diǎn)位置。每一透鏡均配有光纖或光纜5，此種光纜從該陽光聚集裝置中引出，以披覆線13予以捆扎后再被引至需要光線的地方。
圖2和3分別展示了先前的陽光聚集裝置的實(shí)施例的有關(guān)結(jié)構(gòu)。此圖2和3中，標(biāo)號(hào)2代表用于將陽光聚焦的透鏡，5為光纜，被聚焦的陽光將導(dǎo)入其中。圖2所示的實(shí)施例為透鏡2是大數(shù)值孔徑(角)的情況，而圖3所示的另一實(shí)施例為透鏡2是小數(shù)值孔徑(角)的情況。
在透鏡2的數(shù)值孔徑大時(shí)，如圖2所示由透鏡2所聚焦的太陽映象較小，因此可使用直徑較小的光纜，這是其尺寸上的優(yōu)點(diǎn)。相反，透鏡2周邊部分斜升角θ較大，這部分的光反射量也大，而聚焦效果不好。光纜5的入射角θ2也大，在光纜5的光接收端處的反射量就大，將太陽光線導(dǎo)入光纜5的效果則不好。再說，射入透鏡2的太陽光線反射到光散射端2a且又折回透鏡2。于是所反射的太陽光在透鏡2內(nèi)傳播的。有鑒于此，入射光線不能有效地導(dǎo)入光纜。
另外，如透鏡2的孔徑角小，則透鏡2周邊處的斜升角θ3也小。因此這部分的反射量小。而對光纜5的入射角θ4也很小，這樣光纜5的光接收端處的反射量必然是小的，從而使光線的聚焦變得更有效。但是如圖3所示，由透鏡2所聚焦的太陽映象就會(huì)較大，因此要求光纜的直徑也較大，這樣勢必加大光纜的費(fèi)用。這些問題即是先有技術(shù)中的若干缺陷。
圖4為圖2示出具有大孔徑角的透鏡，其中所用菲涅耳透鏡的主要部分的放大圖。眾所周知，菲涅耳透鏡即為這樣一種透鏡，如圖4所示，它是通過有效地利用常規(guī)透鏡的曲面C而使其厚度遞減，因而其總重量也可減小，當(dāng)采用這種菲涅耳透鏡而代之以如圖2和3中所示的相應(yīng)透鏡時(shí)，則裝置尺寸和重量均可減小。特別是在透鏡跟隨太陽運(yùn)動(dòng)的情況下，減少運(yùn)動(dòng)部分的重量可以加速其反應(yīng)動(dòng)作，這是此類裝置所希望的性能。
另外，如使用圖4所示的菲涅耳透鏡，從理論上講，較大孔徑角的透鏡如A1，A2，A3……所示予以切割。該透鏡的切割部分在水平面臺(tái)上的排列如A1，A′2，A′3……所示，而透鏡的表面S1，S2，S3，……則用作菲涅耳透鏡的表面。在此情況下，當(dāng)透鏡如A1，A2，A3，……所示予以切割時(shí)，則表面B1，B2，B3就必須如圖4所示傾斜地予以切割。這種結(jié)構(gòu)中，對應(yīng)于W1，W2……的光線則無法利用，所以可證明其效率不高。
所作出的本發(fā)明即是要解決上述先有技術(shù)的若干缺陷。具體地說，本發(fā)明的一個(gè)目的是能夠使用一種具有較大孔徑值的光纜，而且更進(jìn)一步消除了光纜在光接收端上的反射，以保持將太陽光線導(dǎo)入光纜的高效率。本發(fā)明的另一目的，是使減小光纜的直徑進(jìn)而降低其成本成為可能。
圖5的結(jié)構(gòu)圖即展示了根據(jù)本發(fā)明的太陽光線聚焦裝置的一個(gè)實(shí)施例。圖5中，標(biāo)號(hào)2代表聚集陽光的菲涅耳透鏡，5代表光纜，20則為光耦合器，它包括一個(gè)去尖圓錐形光導(dǎo)，具有用作光接收端的寬端20a及用于光散射的小端20b。
在本發(fā)明中，作為光聚焦透鏡，使用了小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡，換言之，在其周邊部分的上升角不大。小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2在其周邊部分呈小上升角，因此其反射量小。加之，如圖5所示的傾斜切割可以做得很小，這樣利用菲涅耳透鏡2可有效地對太陽光線進(jìn)行聚焦?？墒且?yàn)橛眯?shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2所聚焦的太陽映象大，在將由菲涅耳透鏡聚焦的太陽光線直接導(dǎo)入光纜5時(shí)，就必須使用較大直徑的光纜，從而造成裝置成本的增加。
還有，如減小光纜5的直徑，就必須加大透鏡2的孔徑角，以使由透鏡2聚焦后的太陽映象較小。但當(dāng)增大透鏡2的孔徑角時(shí)，在光纜5的入射端面處的太陽光線入射角就會(huì)如上所述加大，以致反射損耗也會(huì)增加，這是需要解決的問題。因此，在本發(fā)明中所使用的光耦合器20具有大表面的光接收端20a和小表面的光散射端20b，在光耦合器20的大端20a處，接收由具有相對較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡2，所聚焦的相對較大太陽映象，并將其導(dǎo)入光耦合器20。
導(dǎo)入光耦合器20的陽光經(jīng)周邊表面20c所反射，并傳播至光散射端20b。只要這種反射重復(fù)，則孔徑角這會(huì)越來越大，最后，光散射端20b處的孔徑角變?yōu)榧s等于光纜5的數(shù)值孔徑。據(jù)此如果由光耦合器20所射出的太陽光線可導(dǎo)入光纜5的話，則此光線就可在光纜5內(nèi)部傳播。這樣，光線就可被更有效地傳輸。
但是，如前所述，在光導(dǎo)體纜5的數(shù)值孔徑較大的情況下，對應(yīng)較大入射角(孔徑角)的太陽光線被引入具有較大開口值的光纜5中。然而，在光纜5的光接收端的反射損耗會(huì)很大，致便太陽光線不能有效地導(dǎo)入光纜5。與此相反，在本發(fā)明中利用光膠之類物質(zhì)將光耦合器20的光散射端20b單一而且牢固地粘接到光纜5的光接收端面，于是，可完全消除光纜5的光接收端處的反射損耗。
由上述說明中可以看出，根據(jù)本發(fā)明，使用較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡時(shí)，與具有較大數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡的情況相比，可使透鏡周邊部分的反射損耗很小。除此之外，在制作這種菲涅耳透鏡時(shí)所要求的傾斜切割面也減少了，從而可有效地將太陽光線予以聚焦。還有，通過使用具有較大光接收面的光耦合器，即可使用較小數(shù)值孔徑的菲涅耳透鏡，進(jìn)而可減少在光耦合器的光接收表面上的反射損耗。當(dāng)太陽光線經(jīng)過光耦合器時(shí)，太陽光線的孔徑角即增大。該孔徑角可增大到可由光纜所取的最大孔徑角。由此可使用較大數(shù)值孔徑的光纜及較小直徑的光纜。其結(jié)果，可降低光纜的成本，且利用光膠之類物質(zhì)將光耦合器的光散射端單一又牢固地粘接到光纜的光接收端，可完全消除光纜的光接收端處的反射損耗。
權(quán)利要求
1.太陽光線聚集裝置，它包括將太陽光聚焦的透鏡，具有去尖圓錐形光導(dǎo)的光耦合器和光纜，其中由所述透鏡聚焦的太陽光線在所述光耦合器的大端予以接收，而從所述光耦合器的小端射出，而且所述光線進(jìn)而被導(dǎo)入所述光纜，其特征在于當(dāng)所述光導(dǎo)的光接收面處的太陽光線入射角等于或大于所述光纜的數(shù)值孔徑時(shí)，所述光纜則有較大的反射損耗，所述透鏡的結(jié)構(gòu)為菲涅耳透鏡，即其小的數(shù)值孔徑小于所述光纜的數(shù)值孔徑，所述光耦合器的光出射端具有與所述光纜數(shù)值孔徑相等的數(shù)值孔徑，從而消除所述反射損耗，所述光耦合器的所述光出射端，利用光膠將其牢固地與光纜的光接收端粘接在一起。
全文摘要
一種太陽光線聚集裝置，它包括菲涅耳透鏡，由去尖圓錐形光導(dǎo)構(gòu)成的光耦合器和光纜。由透鏡所聚焦的太陽光線在光耦合器的大端予以接收，又于光耦合器的小端予以射出，并進(jìn)而被導(dǎo)入光纜。菲涅耳透鏡具有比光纜為小的數(shù)值孔徑。光耦合器的光散射端具有相等于光纜的數(shù)值孔徑，從而消除反射損耗。光耦合器光出射端利用光膠被牢固地粘接到光纜的光接收端。
文檔編號(hào)F24J2/08GK1034813SQ88108558
公開日1989年8月16日 申請日期1988年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月4日
發(fā)明者森敬 申請人:森敬