CN102207612B - 折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法 - Google Patents

Abstract

本发明折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法，包括：光密介质、光疏介质、反射面，其特征在于：通过上一个折射、反射缩聚镜的下表面与下一个折射、反射缩聚镜的上表面一体化的层级结构，组成缩聚功能单元，以层级结构的方式对光线进行层级式地缩聚；非对称的折射、反射缩聚镜以虚拟割补方式找到虚拟中心对称轴，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜都是中心对称的，每个折射、反射缩聚镜的中心对称轴重合，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜都是非中心对称的，每个折射、反射缩聚镜的虚拟中心对称轴重合，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜是中心对称和非中心对称混合组成的，折射、反射缩聚镜的中心对称轴和虚拟中心对称轴重合；光线从折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的上表面进入；折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元对光线的方向具有双重性，一是具有不断优化光线整体传输方向的能力，二是具有破坏光线整体传输方向的能力。

Description

折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法

技术领域

本发明专利涉及的是折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法，尤其是一种通过折射、反射缩聚镜集成为主体的聚光方法。

背景技术

折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法是以折射、反射缩聚镜（申请号：201010028058.9）和折射、反射、全反射缩聚镜（申请号：201010028057.4）为基础。

发明内容

本发明的目的是以折射、反射缩聚镜为主体，提供一种通过折射、反射缩聚镜的集成为主体的聚光方法。   

本发明折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法，包括：光密介质、光疏介质、反射面，其特征在于：通过上一个折射、反射缩聚镜的下表面与下一个折射、反射缩聚镜的上表面一体化的层级结构，组成缩聚功能单元，以层级结构的方式对光线进行层级式地缩聚；非对称的折射、反射缩聚镜以虚拟割补方式找到虚拟中心对称轴，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜都是中心对称的，每个折射、反射缩聚镜的中心对称轴重合，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜都是非中心对称的，每个折射、反射缩聚镜的虚拟中心对称轴重合，当缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜是中心对称和非中心对称混合组成的，折射、反射缩聚镜的中心对称轴和虚拟中心对称轴重合，缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的上表面分为三种情况：第一种情况是上表面是平面，第二种情况是上表面是凸面，第三种情况是上表面的边缘区域是凸面，中心区域是平面；缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的下表面是平面，连接第二个折射、反射缩聚镜的上表面，依次重复连接，形成折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，折射、反射缩聚镜的下表面都是平面，除去第一个折射、反射缩聚镜其余折射、反射缩聚镜的上表面有两种情况：第一种情况是上表面是平面，在连接处，正上方折射、反射缩聚镜的下表面不超越正下方的折射、反射缩聚镜的上表面，第二种情况是中心区域是平面，边缘区域是凸面，正上方折射、反射缩聚镜的下表面不超越正下方的折射、反射缩聚镜的上表面的中心区域平面；光线从折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的上表面进入；折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元对光线的方向具有双重性，一是具有不断优化光线整体传输方向的能力，二是具有破坏光线整体传输方向的能力；整个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元处于密封状态，主要作用是防尘，防止弱化光学介质的作用；集成方式分为两类，第一类是缩聚功能单元内部的集成，折射、反射缩聚镜的外层存在三种类型，第一种类型是具有缩聚光线的反射面，第二种类型是具有发散光线的反射面，第三种类型是透射光线的光学介质；第二类是对缩聚功能单元之间的排列集成，折射、反射缩聚镜的外层类型是透射光线的光学介质；光疏介质和光密介质组成折射、反射缩聚镜的光线入射区，光密介质和光疏介质组成折射、反射缩聚镜的折射缩聚光线区；折射、反射缩聚镜的中心层为光密介质，中心层从上到下的横截面积由大变小，中间层为光疏介质，外层分为三种类型，第一种类型是具有缩聚光线的反射面，第二种类型是具有发散光线的反射面，第三种类型是透射光线的光学介质；折射、反射缩聚镜的上表面是光线的入射面，折射、反射缩聚镜的下表面是光线的出射面；光线从折射、反射缩聚镜的中心层光密介质的上表面以折射方式进入，在中心层光密介质内，光线的传输有三种情况，第一种情况是光线在中心层光密介质内的传输方向不变，光线从折射、反射缩聚镜的中心层光密介质的下表面出去，第二种情况是光线在中心层光密介质与中间层光疏介质分界面的斜面上发生全反射，第三种情况是光线在中心层光密介质与中间层光疏介质分界面的斜面上发生折射，光线进入中间层光疏介质；光线在中间层光疏介质中有两种情况，第一种情况是光线在中间层光疏介质内的传输方向不变，光线从折射、反射缩聚镜的中间层光疏介质的下表面出去，第二种情况是光线经过外层，当外层是缩聚光线的反射面时，对光线具有缩聚效果，当外层是发散光线的反射面时，对光线具有发散效果，当外层是光学介质时，对光线具有透射效果。

本发明折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法由以下附图和实施例详细给出。

附图说明

 图1是折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法的折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面的关系的截面示意图；

图2是折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法的光线调整部分的截面示意图。

 具体实施方式

实施例：折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法分为两部分，第一部分是折射、反射缩聚镜和折射、反射缩聚镜的集成，第二部分是对光线方向进行调整的光线调整部分；在制造方面，整个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元的制造可分为：分拆式生产然后组合、组合式生产；对折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元的集成在一个面上的制造可分为：分拆式生产然后组合、组合式生产；折射、反射缩聚镜为主体的缩聚功能单元可以集成折射、反射、全反射缩聚镜。

   图1是折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法的折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面的关系的截面示意图，（1）表示折射、反射缩聚镜的中心层光密介质，折射率为                                                

，（2）表示折射、反射缩聚镜的中间层光疏介质，折射率为

，（6）表示折射、反射缩聚镜的光密介质（1）与光疏介质（2）的分界面，当折射、反射缩聚镜的外层是反射面时,（5）表示反射面，（4）表示反射物质层，当折射、反射缩聚镜的外层是光学介质时，（5）表示光学介质分界面，（4）表示光学介质，（7）表示折射、反射缩聚镜的上表面，是光线的入射面，（3）表示折射、反射缩聚镜的下表面，是光线的出射面，（8）表示在折射、反射缩聚镜内光线的整体传输方向,当折射、反射缩聚镜是中心对称，表示折射、反射缩聚镜的中心对称轴，当折射、反射缩聚镜是非中心对称，表示以虚拟割补方式找到的虚拟中心对称轴，(9)表示折射、反射缩聚镜中心层内的光线，（17）表示与（8）垂直的法线，(10)表示折射、反射缩聚镜中心层光密介质（1）内的光线经过平移并分解到与（8）同一平面与（8）上的法线（17）形成的夹角，且，（11）表示折射、反射缩聚镜分界面（6）上的相切线并与（8）在同一平面，（13）表示折射、反射缩聚镜分界面（6）上的相切线并与（8）在同一平面，（14）表示折射、反射缩聚镜分界面（6）上的相切线在相切点的法线，（16）表示（8）的平移参考线，（12）表示折射、反射缩聚镜中心层光密介质（1）内的光线经过平移并分解到与（8）同一平面在分界面（6）上与法线（14）形成的夹角

，（15）表示折射、反射缩聚镜的分界面（6）上的相切线与平移参考线（16）形成的夹角

，且；当光线在分界面（6）上发生收缩性折射时，光线的夹角关系是 =

+

；当光线在分界面（6）上发生全反射，光线进入中心层光密介质（1）内的夹角

，光线经过一次全反射的夹角

，分界面（6）上的相切线与平移参考线（16）形成的夹角

，夹角关系是

=-2

，同一光线在中心层光密介质（1）内发生N次全反射，光线的传输方向与（8）所表示的在折射、反射缩聚镜内光线的整体传输方向一致，经过N次全反射的夹角

，分界面（6）上的相切线与平移参考线（16）形成的夹角

、

、……、

，夹角关系是

=

-2（

++……+

）；分界面（6）的

的变化关系有以下几种，第一种是从边缘区域到中心区域连续由小变大，第二种是从边缘区域到中心区域不连续由小变大，第三种是是从边缘区域到中心区域大小不变，第四种是从边缘区域到中心区域连续由大变小，第五种是从边缘区域到中心区域不连续由大变小；折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，缩聚光线的功能基本上由折射、反射缩聚镜的中心层与中间层的分界面来完成，当折射、反射缩聚镜的外层为具有缩聚光线的反射面，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线具有一定的缩聚效果，这种结构最好出现在单个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，当折射、反射缩聚镜的外层为具有发散光线的反射面，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线没有缩聚效果，这种结构最好出现在单个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，当折射、反射缩聚镜的外层为具有透射光线的光学介质，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线具有三种可能，第一种是具有缩聚效果，第二种是具有发散效果，第三种是对光线传输方向无影响，产生这三种可能的关键是光学介质的折射率，根据具体情况选择具体的光学介质，这种结构最好出现在由折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元之间的排列集成，部分逃逸的光线通过其它由折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元进行缩聚。

图2是折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法的光线调整部分的截面示意图；（20）表示中心层光密介质，（21）表示光线在光线调整部分的整体传输方向,当光线调整部分是中心对称，表示光线调整部分的中心对称轴,当光线调整部分是非中心对称，表示以虚拟割补方式找到的虚拟中心对称轴；缩聚功能单元的最后一个折射、反射缩聚镜的下表面小于中心层光密介质（20）的上表面（减少光线逃逸的机率），并且一体化，中心对称轴（包括虚拟中心对称轴）重合；当光线调整部分以全反射方式调整光线，（18）表示外层光疏介质，（19）表示光疏介质与光密介质的分界面，当光线调整部分以反射方式调整光线，（18）表示光线反射层，（19）表示光线反射层与光密介质的分界面；中心层光密介质（20）从上到下的截面积由小变大，中心层光密介质（20）的上表面是光线的入射面，中心层光密介质（20）的下表面是光线的出射面；分界面（19）上的相切线与（21）形成的夹角为

，且0<

<90°，分界面（19）与（21）的关系存在四种情况，第一种情况是分界面（19）从上到下

保持不变，第二种情况是分界面（19）从上到下

由小变大，第三种情况是分界面（19）从上到下

由大变小，第四种情况是分界面（19）从上到下的变化方式是第一种情况、第二种情况、第三种情况的组合方式；光线调整部分对光线的调整具有选择性，光线经过平移分解与（21）在同一平面，形成的夹角为ψ｛具体光线有具体的传输方向，（21）表示光线整体的传输方向，夹角ψ表示具体光线的传输方向与光线整体传输方向的夹角｝，且0<ψ<90°，当夹角ψ小于时，光线调整部分对光线的方向不具备调整功能，当夹角ψ等于

时，光线调整部分对光线的方向不具备调整功能，当夹角ψ大于

时，光线调整部分对光线的方向具备调整功能，光线在经过全放射情况下与（21）形成的夹角为（2

-ψ），光线在经过反射情况下与（21）形成的夹角为（2-ψ）,当（2-ψ）>0表示光线还是在（21）的同侧传输，当（2

-ψ）=0表示光线与（21）平行，当（2

-ψ）<0表示光线转到（21）的异侧传输；

为光线在光线调整部分内部传输路径在光线调整部分上表面的投影长度,在

一定的情况下，光线在光线调整部分上表面的入射位置对应的在分界面（19）发生全反射的位置高度为

          

          

当

处于变化状态，位置高度

用微积分方式求出；以全反射方式调整光线的传输方向，当光线在分界面（19）上的入射角度小于全反射的临界角度，光线将以折射方式逃逸，在分界面（19）发生全反射的临界角度由中心层光密介质（20）与光疏介质（18）共同决定，中心层光密介质（20）的折射率

除以光疏介质（18）的折射率

，当

除以

的值越大光线在光线调整部分发生全反射的角度范围越大，当除以

的值越小光线在光线调整部分发生全反射的角度范围越小；以反射方式调整光线的传输方向，光线在反射过程中损失能量。

Claims (1)

1.一种折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法，所述折射、反射缩聚镜包括中心层、中间层和外层，折射、反射缩聚镜的中心层为光密介质，中心层从上到下的横截面积由大变小，中间层为光疏介质，外层分为三种类型，第一种类型是具有缩聚光线的反射面，第二种类型是具有发散光线的反射面，第三种类型是透射光线的光学介质；其特征在于：通过上一个折射、反射缩聚镜的下表面与下一个折射、反射缩聚镜的上表面一体化的层级结构，组成缩聚功能单元，以层级结构的方式对光线进行层级式地缩聚；缩聚功能单元的折射、反射缩聚镜都是中心对称的，每个折射、反射缩聚镜的中心对称轴重合；缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的上表面分为三种情况：第一种情况是上表面是平面，第二种情况是上表面是凸面，第三种情况是上表面的边缘区域是凸面，中心区域是平面；缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的下表面连接第二个折射、反射缩聚镜的上表面，依次重复连接，形成折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元；折射、反射缩聚镜的下表面都是平面，除去第一个折射、反射缩聚镜其余折射、反射缩聚镜的上表面有两种情况：第一种情况是上表面是平面，在连接处，正上方折射、反射缩聚镜的下表面不超越正下方的折射、反射缩聚镜的上表面，第二种情况是中心区域是平面，边缘区域是凸面，正上方折射、反射缩聚镜的下表面不超越正下方的折射、反射缩聚镜的上表面的中心区域平面；光线从折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元的第一个折射、反射缩聚镜的上表面进入；折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元对光线的方向具有双重性，一是具有不断优化光线整体传输方向的能力，二是具有破坏光线整体传输方向的能力；整个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元处于密封状态，主要作用是防尘，防止弱化光学介质的作用；缩聚光线的功能由折射、反射缩聚镜的中心层与中间层的分界面来完成，当折射、反射缩聚镜的外层为具有缩聚光线的反射面，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线具有一定的缩聚效果，这种结构出现在单个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，当折射、反射缩聚镜的外层为具有发散光线的反射面，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线没有缩聚效果，这种结构出现在单个折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元，当折射、反射缩聚镜的外层为具有透射光线的光学介质，对经过折射、反射缩聚镜的中心层与中间层分界面缩聚而产生逃逸的光线具有三种效果，第一种是具有缩聚效果，第二种是具有发散效果，第三种是对光线传输方向无影响，产生这三种效果的关键是光学介质的折射率，这种结构出现在由折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元之间的排列集成，部分逃逸的光线通过其它由折射、反射缩聚镜为主体的集成缩聚功能单元进行缩聚；所述折射、反射缩聚镜为主体的集成聚光方法的集成方式分为两类：第一类是缩聚功能单元内部的集成；第二类是对缩聚功能单元之间的排列集成。

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