KR20090030443A - 집광렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광선을 모으는 집광렌즈에 관한 것이다.

본 발명에 따른 집광렌즈는,그 중앙에 하나의 렌즈를 구비하고 그 외부에 초점이 동일한 다수개의 렌즈를 연접해서 구비하여,하나의 집광 렌즈로 구성하면 가볍고 얇은 대형 렌즈의 효과를 가진다.

일반적으로 판 상의 대형 집광렌즈를 필요로 할 때, 푸레넬(Fresnel) 렌즈를 사용하여 왔으나 광 효율이 떨어지고, 제작상의 어려움이 있고, 자체 형태유지가 어렵고, 초점거리가 멀어 광 분산이 일어나 광 효율이 저하한다.

본 발명에 따른 집광 렌즈는, 원형은 돔 형태이고, 선형 집광렌즈는 반 원통형으로, 상부의 코팅 처리가 가능하고 형태를 원활히 할 수 있고 자체로 형상 유지가 가능하여 필요 시 커버의 기능을 부가하는 효과를 가진다.

렌즈, 집광렌즈,

Description

집광렌즈{Wide Lens}

본 발명은 광학에 따른 렌즈에 관한 것으로, 보다 상 세 하게 는 광선이 밀도가 다른 두 매질을 통과할 때 발생하는 빛의 굴절 현상을 이용하여, 빛을 하나의 초점 또는 하나의 선 및 하나의 면에 모의는 집광 기술분야.

본 발명에 적용되는 법칙으로는 페르마의 원리에 의한 빛의 굴절법칙과,렌즈 제작자 공식과 렌즈의 재질에 따른 굴절률을 적용하고, 렌즈의 표면처리 기술이 필요하다.

일반적으로 렌즈를 집광수단으로 사용하여 광 에너지를 이용할 때 초점 거리를 줄이고 광범위한 면적을 집 광 함으로써 에너지 이용 효율을 증대시키고, 설비 비용을 절감하는 효과가 있다.

원래 집광렌즈를 대형으로 만들 수 있으나, 막대한 재료비와 또한 제품 중량이 막대하여 사용하는데 애로 사항이 있어왔다.

그 후 푸레넬 이라는 사람이 평면 집광렌즈를 개발하여 사용하여 왔으나, 고 정밀 제품을 생산하는데 기술적인 애로 사항이 있고, 광 손실을 초래하는 부분이 있으며, 자체로 형태를 유지하여야 하는 문제점이 해결하고자 하는 과제로 남아 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위하여 안 출 된 것으로, 광학의 굴절법칙과 렌즈의 제작법칙을 적용한 다수개의 동 초점렌즈를 상면을 기준으로 연접하여 결합하면 돔 형태의 또는 반 원통형의 렌즈가 구비되어,상기 과제를 해결하는 수단이 된다.

상기와 같은 돔 형태 또는 반 원통형 형태의 렌즈는, 자체적으로 렌즈의 형태를 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 형태의 렌즈는 굴절에 의하여 내부 반사에 의한 광 손실을 최소화하는 효과가 있고 정밀제작이 가능한 효과가 있다.

상기와 같은 목적을 이루기 위하여 본 발명에 따른 집광렌즈는 광 투과성이 좋은 투명한 재질로 구성되고, 1 실시 예를 도면에 의거 설명하면 하기와 같다.

도 1은 본 발명에 의한 렌즈의 절단 단면도를 표시하였다.

도 2는 본 발명에 의한 렌즈의 구조를 설명하기 위하여 상기 렌즈를 분해해서 그린 단면도이다.

도 2에서 중앙에 초점거리 F를 가진 제1 렌즈(100)를 구비하고,상기 렌즈에 연접해서 초점거리 F를 가진 제2 렌즈(101)를 상면을 제1 렌즈 끝단에 맞추어 구비하고, 다시, 상기 렌즈에 연접해서 초점거리 F를 가진 제3렌즈(102)를 상면을 제2 렌즈 끝단에 맞추어 구비한다.

계속해서 초점거리가 동일한 제4렌즈 .....제N렌즈(103)를 설치하면 초점이 1개인 대형 렌즈가 1개 제공된다.

이때, 상면은 일반 볼록렌즈의 형상으로 도출되고 저면은 입사광(2)의 굴절경로를 따라 절단되므로 톱니 모양을 하게 된다.

제3 도는 상기 렌즈의 일부(A)를 확대한 단면도다.

제1도 및 제3 도에서 상면(1)은 일반 볼록렌즈의 포물선이고, 수직 입사광(2)이 공기에서 굴절률 n인 렌즈에 입사하면 매질 내에서 제1굴절하고 다시 렌즈에서 공기 중으로 진 행할 때 제2굴절하는 경로(3)를 거쳐 초점에 도착한다.

이 빛의 경로(6)와 렌즈의 제작법칙에 따라 초점을 계산한 모양(6)을 절단하면, 도면과 같이 저 면이 톱니 형상을 한다.

이때 빛의 굴절공식은

사인 입사각 / 사인 굴절 각 =n

n은 공기에 대한 매질의 굴절률

이 적용된다.

상기의 렌즈형상을 원형으로 하면 돔 형상의 렌즈(도 4)가 제공되고, 길이방향을 선으로 형성하면 초점이 1개의 선으로 이루어지는 선 초점 반 원통형 렌즈(도 5 및 도 7)가 제공된다.

또한, 상기의 반 원통형 렌즈에서 상부가 포물선이 아닌 다 면을 구비하면 초점이 면상을 이루는 면상 초점렌즈(도 6)가 제공된다.

또한, 상기 돔 형상의 렌즈에서 저 면(6)을 수평으로 하면 초점이 수직선에 모이는 수직선 초점렌즈(도 8)가 제공된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 렌즈는,광범위의 태양 광을 집광하여 태양 광 발전을 하거나 태양열을 집 열 하여 태양열 발전이나, 태양열 이용장치를 이룩할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 1 실시 예에 의한 절단 단면 및 수직 광선이 초점에 도달하는 경로를 표시한 도면.

1 ; 렌즈의 상면

2 ; 수직 입사광

3 ; 입사광이 렌즈에서 굴절하여 초점에 도달하는 경로.

4 ; 초점.

도 2는 본 발명에 의한 렌즈의 구성을 설명하기 위하여 제1렌즈에서부터 제N렌즈를 분해해서 그린 절단 단면도.

101 ; 제1 렌즈

102 ; 제2 렌즈

103 ; 제3 렌즈

104 ; 제N 렌즈

도 3은 도 1에서 A 부분을 확대한 도면

5 ; 빛의 굴절경로로 자른 각 각의 렌즈 사이의 절단 단면.

6 ; 각 각의 렌즈의 제2 굴절면.

도 4는 본 발명에 의한 돔 형상 집광렌즈의 사시도.

도 5는 본 발명에 의한 반 원통 형상 집광렌즈의 사시도.

도 6은 본 발명에 의한 면상 초점 반 원통 형상 집광렌즈의 초점 형상을 나타낸 사시도.

도 7은 본 발명에 의한 선 초점 반 원통 형상 집광렌즈의 초점 형상을 나타낸 사시도.

도 8은 본 발명에 의한 수직선 초점의 형상을 나타낸 절단 단면도.

Claims (4)

1. 집광렌즈에 있어서, 광 투과성이 좋은 투명한 재질로 구성되고, 상기 집광렌즈의 구성을 중심에 제1 렌즈를 구비하고 연접해서 제1 렌즈와 초점이 동일한 제2 렌즈를 구비하고 계속해서 제1 렌즈와 초점이 동일한 제3, 제4 제N개의 렌즈를 연접해서 구비하되, 렌즈 단면에서 볼 때 상부의 제1 굴절면(입사면)이 포물선을 이루고, 제2굴절면이 각각의 제N개의 렌즈마다 상이한 초점을 렌즈 제작법칙에 의거하여 구비하고, 각각 렌즈의 구분을 광의 굴절경로로 절단하여 구분되어 렌즈 저면의 절 단면 모양이 톱니 형상을 하고, 상기의 제1에서 제N개의 렌즈가 1개의 렌즈로 제공되는 돔 형상의 집광렌즈(도 1, 도 4).
2. 제 1항에 있어서 렌즈 절단 단면이 길이 방향으로 형 성 되 여 선 초점을 이루는 반 원통형 집광렌즈(도 5, 도 7).
3. 제 2항에서 상부의 포 물 곡선 면이 다수개의 입사각이 상이한 평면으로 이루어져서 초점이 면상으로 형성되는 면상 초점 반 원통형 집광렌즈(도 6)
4. 제 1항에서 저 면을 수평으로 유지하여 수직 초점을 형성하는 수직선초점 돔 형상 집광렌즈(도 8)

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