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CN101004292B - 太阳能光学采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能光学采集系统，是在光路中设有至少一非球面反射镜，非球面反射镜上涂覆有反射膜；另在非球面反射镜的反射光路中设有一光能收集器构成一光学系统。由于本发明在太阳光的光路中设有由球面或非球面反射镜配合光能收集器组合而成的光学采集系统，则太阳光光能可以通过球面或非球面反射镜将光点有效的集中在光能收集器上实现光能收集的功能，同时在球面或非球面反射镜上涂镀有反射膜，该镀膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉，进而将其转化为可利用能源。

Description

太阳能光学采集系统
技术领域
本发明是关于一种太阳能光学采集系统。
背景技术
时下能源紧缺已成为全球性问题。据专家估算，以目前能源的使用需要，在地球上现有的能源如煤、天然气等仅够50年左右的使用量。开发使用地球之外能源，如将太阳能有效的利用转化为可支配能源，是现在各行各业专家正在攻克的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用光学系统对太阳能进行采集的太阳能光学采集系统。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种太阳能光学采集系统，其是在光路中设有一球面反射镜，球面反射镜上涂覆有反射膜；另在球面反射镜的反射光路中设有一光能收集器构成一光学系统。
在光学系统最前方进一步设有一非球面校正透镜。
所述的非球面校正透镜上涂覆有增透膜。
光能收集器是设在球面反射镜的前方。
所述的球面反射镜前方设有一与光轴呈45度放置的平面反射板，位于此平面反射板的下方设有光能收集器。
一种太阳能光学采集系统，其是在光路中设有一非球面反射镜，非球面反射镜上涂覆有反射膜；另在非球面反射镜的反射光路中设有一光能收集器构成一光学系统。
在光学系统最前方进一步设有一非球面校正透镜。
所述的非球面校正透镜上涂覆有增透膜。
光能收集器是设在球面反射镜的前方。
所述的非球面反射镜前方设有一与光轴呈45度放置的平面反射板，位于此平面反射板的下方设有光能收集器。
一种太阳能光学采集系统，其是在光路中设有两反射面相对的球面反射镜，两球面反射镜上涂覆有反射膜；其中小球面反射镜位于球面反射镜的前方，而在球面反射镜中心设有供小球面反射镜反射光线通过的通孔，在球面反射镜反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器以构成一光学系统。
在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜。
所述非球面校正透镜上涂覆有增透膜。
一种太阳能光学采集系统，其是在光路中设有两反射面相对的非球面反射镜，两非球面反射镜上涂覆有反射膜；其中小非球面反射镜位于非球面反射镜光路的前方，而在非球面反射镜中心设有供小非球面反射镜反射光线通过的通孔，在非球面反射镜反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器以构成一光学系统。
在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜。
所述非球面校正透镜上涂覆有增透膜。
一种太阳能光学采集系统，其是在光路中设有两反射面相对的球面和非球面反射镜，两球面和非球面反射镜上涂覆有反射膜；其中小球面或小非球面反射镜位于非球面或球面反射镜光路的前方，而在非球面或球面反射镜中心设有供小球面或小非球面反射镜反射光线通过的通孔，在非球面或球面反射镜反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器以构成一光学系统。
在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜。
所述非球面校正透镜上涂覆有增透膜。
采用上述方案后，由于本发明在太阳光的光路中设有由球面或非球面反射镜配合光能收集器组合而成的光学采集系统，则太阳光光能可以通过球面或非球面反射镜将光点有效的集中在光能收集器上实现光能收集的功能，同时在球面或非球面反射镜上涂镀有反射膜，该镀膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉，进而将其转化为可利用能源。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构示意图(光路图)；
图2是本实用新型实施例1的色差与球差曲线图；
图3是本实用新型实施例1的点列图；
图4是本实用新型实施例2的结构示意图(光路图)；
图5是本实用新型实施例2的色差与球差曲线图；
图6是本实用新型实施例2的点列图；
图7是本实用新型实施例3的结构示意图(光路图)；
图8是本实用新型实施例3的色差与球差曲线图；
图9是本实用新型实施例3的点列图；
图10是本实用新型实施例4的结构示意图(光路图)；
图11是本实用新型实施例4的色差与球差曲线图；
图12是本实用新型实施例4的点列图；
图13是本实用新型实施例5的结构示意图(光路图)；
图14是本实用新型实施例5的色差与球差曲线图；
图15是本实用新型实施例5的点列图；
图16是本实用新型实施例6的结构示意图(光路图)；
图17是本实用新型实施例6的色差与球差曲线图；
图18是本实用新型实施例6的点列图；
图19是本实用新型实施例7的的结构示意图(光路图)；
图20是本实用新型实施例7的色差与球差曲线图；
图21是本实用新型实施例7的点列图。
图22是本实用新型实施例8的结构示意图(光路图)；
图23是本实用新型实施例8的色差与球差曲线图；
图24是本实用新型实施例8的点列图；
图25是本实用新型实施例9的结构示意图(光路图)；
图26是本实用新型实施例9的色差与球差曲线图；
图27是本实用新型实施例9的点列图；
图28是本实用新型实施例10的结构示意图(光路图)；
图29是本实用新型实施例10的色差与球差曲线图；
图30是本实用新型实施例10的点列图；
图31是本实用新型实施例11的的结构示意图(光路图)；
图32是本实用新型实施例11的色差与球差曲线图；
图33是本实用新型实施例11的点列图；
图34是本实用新型实施例12的的结构示意图(光路图)；
图35是本实用新型实施例12的色差与球差曲线图；
图36是本实用新型实施例12的点列图。
具体实施方式
在陈述具体实施例之前，需要说明光学设计中的几个参数概念：
像差：指在光学系统中由透镜材料的特性或折射(或反射)表面的几何形状引起实际像与理想像的偏差。理想像是由理想光学系统所成的像。实际的光学系统，须有一定大小的成像空间和光束孔径，同时还由于成像光束多是由不同波长的光组成的，同一介质的折射率随波长而异。因此实际光学系统的成像具有一系列的缺陷，这就是像差。像差的大小反映了光学系统质量的优劣。
球差：由轴上点发出的同心光束，经光学系统各个折射面折射后，不同孔径角的光线交光轴于不同点上，相对于理想象点的位置有不同的偏离，这就是球面像差，简称球差。其值由轴上点发出的不同孔径角的光线经系统后的象方截距和其近轴光像方截距之差表示。球差越小，能量的均匀度越好，在一个芯片上，光点均匀地分布其上，有利于能量的收集。
色差：光学系统大多是白光成像。白光是各种不同波长(颜色)的单色光组成的。光学材料对不同波长的色光折射率不同，白光比光学系统第一表面折射后，各种色光被分开，在光学系统内以各自的光路传播，造成各色光之间成像位置和大小的差异，在像面上形成彩色的弥散圆。复色光成像时，由不同色光而引起的像差称为色差。色差越小，能量收集越佳。
点列图：光学设计必须校正光学系统的像差，但既不可能无必要把像差校正到完全理想的程度，因此需要选择像差的最佳校正方案，也需要确定校正到怎样的程度才能满足使用要求，即确定像差容限。由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。用点列图中点的密集程度可以衡量系统成像质量的优劣。点的集中性高、密度高时，聚能效果更好。
实施例1：
如图1-3所示，本实用新型的太阳能光学采集结构，其主要包括球面反射镜1(或非球面反射镜1’)及光能收集器3，在球面反射镜1(或非球面反射镜1’)上涂镀有反射膜，该膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉.球面反射镜1(或非球面反射镜1’)是置于太阳光光路中，而光能收集器3是置于球面反射镜1(或非球面反射镜1’)的前方的光轴上以构成一光学系统.
如此结构的光学系统，其形成的色差为0，而最大球差为2.46，见图2所示为色差与球差形成的曲线图；如图3所示为此光学系统形成的点列图。
实施例2：
如4-6所示，太阳能光学采集结构，其主要包括球面反射镜1、光能收集器3及非球面校正透镜4，在球面反射镜1上涂镀有反射膜，球面反射镜1是置于太阳光光路中，而光能收集器3是置于球面反射镜1的前方的光轴上以构成一光学系统，在光学系统最前方再加设有非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜。
如此结构的光学系统，其形成的色差为0.023，而最大球差为1，见图5所示为色差与球差形成的曲线图；如图6所示为此光学系统形成的点列图。
实施例3：
如图7-9所示，太阳能光学采集结构，其主要包括非球面反射镜1’、光能收集器3及非球面校正透镜4，在非球面反射镜1’上涂镀有反射膜，非球面反射镜1’是置于太阳光光路中，而光能收集器3是置于非球面反射镜1’的前方的光轴上以构成一光学系统，在光学系统最前方再加设有非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜。
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0.048，而最大球差为0.026，见图8所示为色差与球差形成的曲线图；如图9所示为此光学系统形成的点列图。
实施例4：
如图10-12所示，本实用新型的太阳能光学采集结构，其主要包括球面反射镜1、平面反光板5及光能收集器3，在球面反射镜1及平面反光板5上涂镀有反射膜，该反射膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉。球面反射镜1是置于太阳光光路中，平面反光板5与光轴呈45度放置于球面反射镜1的前方的光轴上，而光能收集器3是置于平面反光板5下方。
如此结构的光学系统，其形成的色差为0，而最大球差为-1.98，见图11所示为色差与球差形成的曲线图；如图12所示为此光学系统形成的点列图。
实施例5：
如13-15所示，本实用新型的太阳能光学采集结构，其主要包括非球面反射镜1’、平面反光板5及光能收集器3，在非球面反射镜1’及平面反光板5上涂镀有反射膜，该反射膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉。非球面反射镜1’是置于太阳光光路中，平面反光板5与光轴呈45度放置于非球面反射镜1’的前方的光轴上，而光能收集器3是置于平面反光板5下方。
如此结构的光学系统，其形成的色差为0，而最大球差为0.567，见图14所示为色差与球差形成的曲线图；如图15所示为此光学系统形成的点列图。
实施例6：
如图16-18所示，太阳能光学采集结构，其主要包括非球面反射镜1’、平面反光板5、光能收集器3及非球面校正透镜4，在非球面反射镜1’及平面反光板5上涂镀有反射膜，非球面反射镜1’是置于太阳光光路中，平面反光板5与光轴呈45度放置于非球面反射镜1’的前方的光轴上，而光能收集器3是置于平面反光板5下方，另平面反光板5的反光面后方的光路中设有一非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜.
如此结构的光学系统，其形成的色差为0.03，而最大球差为-0.07，见图17所示为色差与球差形成的曲线图；如图18所示为此光学系统形成的点列图。
实施例7：
如图19-21所示，太阳能光学采集结构，其主要包括球面反射镜1、平面反光板5、光能收集器3及非球面校正透镜4，在球面反射镜及平面反光板5上涂镀有反射膜，球面反射镜是置于太阳光光路中，平面反光板5与光轴呈45度放置于球面反射镜1的前方的光轴上，而光能收集器3是置于平面反光板5下方，另平面反光板5的反光面后方的光路中设有一非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜。
如此结构的光学系统，其形成的色差为0.03，而最大球差为-0.11，见图20所示为色差与球差形成的曲线图；如图21所示为此光学系统形成的点列图。
实施例8：
如图22-24所示，本实用新型的太阳能光学采集装置，其主要包括球面反射镜1、小球面反射镜2及光能收集器3，在球面反射镜1及小球面反射镜2上均涂镀有反射膜，该反射膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉。大、小球面反射镜1、2是置于太阳光光路中，小球面反射镜2是置于球面反射镜1的前方，而在球面反射镜1中心设有供小球面反射镜2反射光线通过的通孔11，在球面反射镜1反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器3以构成一光学系统。
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0，而最大球差为-10.83，见图23所示为色差与球差形成的曲线图；如图24所示为此光学系统形成的点列图。
实施例9：
如25-27所示，本实用新型的太阳能光学采集装置，其主要包括非球面反射镜1’、小球面反射镜2及光能收集器3，在非球面反射镜1’及小球面反射镜2上均涂镀有反射膜，该反射膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3，而无用有害的部分(如紫外线波长400纳米以下)全部吸收掉。非球面反射镜1’、小球面反射镜2是置于太阳光光路中，小球面反射镜2是置于非球面反射镜1’前方，而在非球面反射镜1’中心设有供小球面反射镜2反射光线通过的通孔11’，在非球面反射镜1’反射面的后方相对通孔11’的位置设有光能收集器3以构成一光学系统。
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0，而最大球差为-3.10，见图26所示为色差与球差形成的曲线图；如图27所示为此光学系统形成的点列图。
实施例10：
如图28-30所示，本实用新型的太阳能光学采集装置，其主要包括球面反射镜1、小球面反射镜2、光能收集器3及非球面校正透镜4，在球面反射镜1及小球面反射镜2上均涂镀有反射膜，该反射膜可以将太阳光中有用的部份反射至光能收集器3.大小球面反射镜1、2是置于太阳光光路中，小球面反射镜2是置于球面反射镜1前方，而在球面反射镜1中心设有供小球面反射镜2反射光线通过的通孔11，在球面反射镜1反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器3以构成一光学系统.在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜.
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0.18，而最大球差为-0.52，见图29所示为色差与球差形成的曲线图；如图30所示为此光学系统形成的点列图。
实施例11：
如图31-33所示，本实用新型的太阳能光学采集装置，其主要包括非球面反射镜1’、小球面反射镜2、光能收集器3及非球面校正透镜4，在非球面反射镜1’及小球面反射镜2上均涂镀有反射膜。非球面反射镜1’及小球面反射镜2是置于太阳光光路中，小球面反射镜2是置于非球面反射镜1’前方，而在非球面反射镜1’中心设有供小球面反射镜2反射光线通过的通孔11’，在非球面反射镜1’反射面的后方相对通孔11’的位置设有光能收集器3以构成一光学系统。在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜。
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0.22，而最大球差为-0.038，见图32所示为色差与球差形成的曲线图；如图33所示为此光学系统形成的点列图。
实施例12：
如图34-36所示，本实用新型的太阳能光学采集装置，其主要包括非球面反射镜1’、小非球面反射镜2’、光能收集器3及非球面校正透镜4，在非球面反射镜1’及小非球面反射镜2’上均涂镀有反射膜。大小非球面反射镜1’、2’是置于太阳光光路中，小非球面反射镜2’是置于非球面反射镜1’前方，而在非球面反射镜1’中心设有供小非球面反射镜2’反射光线通过的通孔11’，在非球面反射镜1’反射面的后方相对通孔11’的位置设有光能收集器3以构成一光学系统。另在光学系统最前方光路中设有一非球面校正透镜4，非球面校正透镜4上涂覆有增透膜。
如此结构的光学系统，其形成的色差为-0.12，而最大球差为-0.029，见图35所示为色差与球差形成的曲线图；如图36所示为此光学系统形成的点列图。

Claims (4)

1.一种太阳能光学采集系统，其特征在于：是在光路中设有至少一非球面反射镜，非球面反射镜上涂覆有反射膜；另在非球面反射镜的反射光路中设有一光能收集器构成一光学系统；该光能收集器是设在非球面反射镜的前方；在光学系统最前方进一步设有一涂覆有增透膜的非球面校正透镜。
2.如权利要求1所述的太阳能光学采集系统，其特征在于：非球面反射镜前方设有一与光轴呈45度放置的平面反射板，位于此平面反射板的下方设有光能收集器。
3.一种太阳能光学采集系统，其特征在于：在光路中设有两反射面相对的非球面反射镜，两非球面反射镜上涂覆有反射膜；其中小非球面反射镜位于非球面反射镜光路的前方，而在非球面反射镜中心设有供小非球面反射镜反射光线通过的通孔，在非球面反射镜反射面的后方相对通孔的位置设有光能收集器以构成一光学系统；在光学系统最前方进一步设有一涂覆有增透膜的非球面校正透镜。
4.一种太阳能光学采集系统，其特征在于：在光路中设有两反射面相对的球面和非球面反射镜，两球面和非球面反射镜上涂覆有反射膜；其中小球面或小非球面反射镜位于非球面或球面反射镜光路的前方，而在非球面或球面反射镜中心设有供小球面或小非球面反射镜反射光线通过的通孔，在非球面或球面反射镜反射面的后方相对通乳的位置设有光能收集器以构成一光学系统；在光学系统最前方进一步设有一涂覆有增透膜的非球面校正透镜。
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