KR20220009664A

KR20220009664A - 태양광 발전시스템 발전효율을 극대화하기 위한 복합 全反射 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20220009664A
Application number: KR1020200088167A
Authority: KR
Inventors: 김덕년; 선병국; 오원식
Original assignee: 주식회사 디케이이
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-25

Abstract

본 발명에서는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법이 개시된다. 복합 전반사 프레넬렌즈 장치는, 소정의 집광 초점 크기를 가지는 프레넬 렌즈부(100); 상기 프레넬 렌즈부(100)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 집광 초점 크기를 가지도록 형성되는 TIR 렌즈부를 포함한다. 이러한 본 발명은, 초점 크기(spot size)를 작게 하고 초점 거리(focal length)를 짧게 하며, 집광도를 높일 수 있다.

Description

태양광 발전시스템 발전효율을 극대화하기 위한 복합 全反射 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법{Hybrid TIR Fresnel Lens device to maximize the Power generation efficiency of Solar power generation system and Manufacturing method thereof}

본 발명은 복합 전반사 프레넬렌즈 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초점 크기를 작게 하고 초점 거리를 짧게 하며, 집광도를 높일 수 있는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양광을 이용한 집광형(CPV: concentrator photo-voltaic)발전 시스템에서는 프레넬렌즈(Fresnel lens)를 사용하여 복수의 태양광 반사경(primary mirror와 secondary mirror)과 광도파체(optical rod)가 없이, 빛이 태양전지(solar cell)영역으로 단번에 모아지도록 한다.

또한, 프레넬렌즈를 이용한 다양한 집광장치가 제안되었다. (특허문헌 10-1306821, 특허문헌 10-1909228, 특허문헌 10-2020-0016552)

이중에서 프레넬렌즈를 이용한 일반적인 집광장치의 구성도를 도 1에 도시하였다.

이러한 CPV 시스템에 사용되는 다중결합 태양전지(multi-junction solar cell)의 가격은 일반 실리콘 태양전지 가격에 비해 10 ~100 배 비싸다.

이때, 본 발명에서 사용한 다중결합 태양전지의 대표제품인 트리플 정션 태양전지(triple junction solar cell)의 구조를 도 2에 도시하였다.

도 2를 참조하면, 렌즈의 굴절 각도를 조정하여 집광 면적을 최소화시킴으로써 작은 크기(5.5mm*5.5mm)의 MJ(multi junction)의 태양 전지를 사용 가능케 함으로써 집광배율을 높이고, 태양전지가 차지하는 비용을 최대한 절감할 수 있게 해야 한다. 향상된 태양전지 효율(solar cell efficiency)은 모듈의 출력(module output power)을 최대화시킬 수 있는 장점을 갖게 된다. 렌즈의 형태는 상용화된 일반 Fresnel 렌즈와 본 발명을 통해 개발된 복합 전반사 프레넬 렌즈(Hybrid TIR Fresnel lens)로 나누어진다.

프레넬 렌즈만 사용하는 경우, 집광도가 500~1000 또는 그 이상 일 때는 색수차(chromatic aberration)가 증가하여 입사광의 초점크기(spot size)가 커지게 된다.

따라서 초점크기를 태양전지 크기(5.5mm) 이내로 만들려면 상대적으로 초점거리(focal length)가 길어지게 설계되어야 한다.

초점거리가 길어지면 시스템 사이즈와 볼륨이 커지게 되어 배송비용, 제조비용, 설치비용 등이 증가하게 된다.

이에 색수차를 작게 하여, 초점크기(spot sie)를 작게 하고 초점거리(focal length)를 짧게 하며 집광도를 높일 수 있는 새로운 타입의 집광렌즈를 이용하는 집광장치(Concentrator)가 필요한 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 초점 크기를 작게 하고 초점 거리를 짧게 하며, 집광도를 높일 수 있는 복합 전반사 프레넬렌즈(Hybrid Total Internal Reflection Fresnel Lens) 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치는,

소정의 집광 초점 크기를 가지는 프레넬 렌즈부(100);

상기 프레넬 렌즈부(100)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 집광 초점 크기를 가지도록 형성되는 전반사(TIR) 렌즈부를 포함한다.

상기 전반사 렌즈부(200)는 외부가 육각형으로 형성된다.

상기 전반사 렌즈부(200)는 4개 이상의 전반사렌즈를 포함한다.

상기 집광 초점크기는 5.5mm이내이다.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 제조 방법은,

S110) 반사방지코팅(Anti-reflection coating)이 된 유리상판 (Cover glass 또는 window)의 밑면에 프레넬렌즈 부분을 직접 몰딩하는 단계;

S120) TIR 렌즈 A를 별도로 몰딩하여 만드는 단계;

S130) TIR 렌즈 B를 역시 별도로 몰딩하여 만드는 단계;

S140) 상기 S110) 단계의 작업으로 준비된 유리상판과 프레넬렌즈의 조립체에 상기 TIR 렌즈 A부분을 정해진 위치에 투명한 광학접착제로 부착하는 단계;

S150)상기 S110) 단계의 작업으로 준비된 유리상판과 프레넬렌즈의 조립체에 TIR 렌즈 B부분을 역시 정해진 위치에 접착제로 부착하는 단계;

S160) 접착제가 경화한 뒤 렌즈 조립체의 표면의 이물 등을 제거하고 품질 상 문제 유무를 검사하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에서는, 초점 크기를 작게 하고 초점 거리를 짧게 하며, 집광도를 높일 수 있는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예 에서는, 색수차(chromatic aberration)를 작게 하여 초점크기(spot size)를 작게 하고, 초점거리(focal length)를 짧게 하며, 집광도를 높일 수 있는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 일반적인 프레넬 렌즈의 집광장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 3중결합 태양전지(solar cell)구조의 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 평면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 측단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 평면의 한쪽을 나타낸 입체 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 설계 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 굴절율이 다른 두 매질의 경계면에서 발생하는 굴절과 전반사 현상을 나타낸 도면이다.
도 8은 복합전반사프레넬렌즈의 집광원리를 나타낸 도면이다. 이는 도 7에서 보여준 굴절 및 전반사 현상을 효과적으로 응용한 것이다.
도 9는 일반 프레넬렌즈와 복합전반사프레넬렌즈(Hybrid TIR Fresnel lens)가 보이는 집광현상의 차이를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치에서 집광도에 대한 렌즈 반경(Lens Radius) 및 초점크기(Spot Size) 최적화 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치에서
육각형렌즈의 충진효과를 나타낸 도면이다. 육각형은 전반사효과를 가지면서 충진효과를 갖출 수 있는 최적의 형상이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

일반 프레넬렌즈는 렌즈의 중심으로부터 멀어질수록 입사광의 색수차(chromatic aberration)가 증가하고 초점크기(spot size)가 커지게 된다. 따라서 입사광의 초점크기(spot size)가 태양전지의 상면 크기와 동일하게 조정하려면 초점거리(focal length)를 크게 하여야 한다.

그러나, 초점거리가 커지면 태양전지모듈과 발전시스템의 외형(volume)이 커지게 되고 제조비용이 상승하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에서는 색수차를 작게하여 초점크기를 작게 하고, 초점거리를 최소화하여 최대의 집광도를 얻는다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 평면을 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 측단면을 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 평면의 한쪽을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 설계 방법을 나타낸 도면이다.

도 7은 굴절율이 다른 두 매질의 경계면에서 발생하는 굴절과 전반사 현상을 나타낸 도면이다.

도 8은 TIR하이브리드렌즈의 집광원리를 나타낸 도면이다.

도 9는 일반 프레넬렌즈와 복합전반사프레넬렌즈(Hybrid TIR Fresnel lens)가 보이는 집광현상의 차이를 나타낸 도면이다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치의 제조 방법을 나타낸 도면이다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치에서 집광도에 대한 Lens Radius 및 Spot Size 최적화 실험결과를 나타낸 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬 렌즈 장치에서육각형렌즈의 충진효과를 나타낸 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합 전반사 프레넬렌즈 장치는,

소정의 집광 초점 크기를 가지는 프레넬 렌즈부(100);

상기 프레넬 렌즈부(100)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 순차적으로 지름이 커지는 소정개수의 전반사 렌즈로 구성되며, 상기 집광 초점 크기를 가지도록 형성되는 전반사 렌즈부(200)를 포함한다.

상기 전반사 렌즈부(200)는 외부가 육각형으로 형성된다.

상기 전반사 렌즈부(200)는 4개이상의 전반사렌즈를 포함한다.

상기 집광 촛점크기는 5.5mm이내이다.

이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 복합전반사프레넬렌즈(Hybrid TIR Fresnel Lens)의 설계 프로세스의 일례를 도 6에 도시하였다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 프레넬 렌즈영역을 먼저 설계하여 정하고 이어서 상응하는 전반사 렌즈 영역을 설계한다.

도 6a를 참조하면, 첫 번째 프레넬 렌즈의 돌기(Tooth)의 원형을 만들고 초점크기(Spot size)를 계산한다. (S611)

그리고, 첫 번째 프레넬렌즈의 돌기(Tooth)의 각도(Angle)를 원하는 초점크기를 만들 수 있도록 조정한다.(S612)

그리고, 프레넬 렌즈부(100)의 첫 번째 프레넬렌즈의 돌기(Tooth)의 반원주상(半圓周上)위치가 원하는 초점크기를 얻을 수 있도록 조정한다.(S613) 이때 프레넬렌즈 부분에서의 집광효율을 극대화하기 위하여 Concave 형태의 돌기(Tooth)가 형성되도록 설계에 반영한다.

이후 두 번째 프레넬렌즈의 돌기(Tooth)의 원형을 만들고 초점크기를 확인한다.(S614)

그리고 두번째 프레넬렌즈의 돌기(Tooth)의 각도를 원하는 초점크기에 맞게 조정한다.(S615)

그리고 나서, 프레넬렌즈영역이 완성되었는지 판단한다.(S615)

프레넬 렌즈 영역이 완성 안되었으면, 계속 반복해서 세 번째, 네 번째, 그 후 다음 번째의 프레넬 렌즈 영역을 완성해 나간다(S614, S615).

한편, 이러한 과정에 의해 프레넬렌즈영역의 원주상의 모든 설계가 완성되었으면, 이어서 상응하는 전반사 렌즈 영역을 설계한다.

이와 같이 프레넬렌즈영역의 설계가 완료되면, 이어서 상응하는 TIR렌즈영역을 설계하는데, 전반사 렌즈 영역의 설계프로세스에서는 최종적으로 전반사 렌즈의 특성구조(Feature)의 최적화에 시험계획법(Design of experiment)과 메릿펑션(Merit function)을 적용할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 먼저, 원하는 초점위치를 얻도록 전반사 집광렌즈부의 각 전반사 집광렌즈의 반사면(Reflector Surface)의 각도를 조정한다.(S621)

그리고 나서, 색수차(Chromatic Aberration)가 최소화 될 수 있도록 전반사 집광렌즈부의 각 전반사 집광렌즈의 방출면(Emitting Surface)의 각도를 조정한다.(S622)

그리고 나서, 전반사 집광렌즈 간에 서로 인접하는 전반사 집광렌즈의 구조가 가리워지는지 판단하여(S623), 가리워지지 않으면, 목표 집광도가 얻어졌는지 판단한다(S624).

목표 집광도가 얻어지면, 전반사(TIR) 집광렌즈 전체의 형상구조의 정밀조정을 위해 메릿펑션(Merit Function)을 적용할 수 있다.(S625)

한편, 전반사 집광렌즈가 인접하는 전반사 집광렌즈에 의해 가리워지거나 목표 집광도가 얻어지지 않았으면, 상기 과정(S621)부터 반복하여 수행한다.

여기서, 굴절율이 다른 두 매질의 경계면에서 발생하는 굴절과 전반사 현상의 원리를 도 7에 그리고 전반사렌즈영역(TIR Lens Region)의 집광원리의 개략도를 도 8에 도시하였다.

도 8을 참조하면, 광선(Ray)A는 O→P→R→Q→S 으로 나누어표시할 수 있다. 여기서 O, P, Q, R, S는 광경계면(Optical interface)을 나타낸다.

광선B, C도 광선A와 동일한 광경계면을 교차하여 진행한다.

도 8에서 n₁, n₂, n₃는 각기 공기, 상면판(Cover material: 유리, 플라스틱, 코팅 등), 전반사 집광렌즈 자체의 굴절율이다.

경계면 O에서 광선은 상면판을 통과하며, 굴절율이 n₁에서 n₂로 변화한다. 광선은 상면판의 표면에 수직으로 투과하여 들어온다.

경계면 P에서 광선은 전반사 집광렌즈와의 경계를 만나게 되고 굴절율은n₂에서 n₃로 변화하나 수직 입사하는 광선은 전반사 집광렌즈 속으로 직진한다.

광선이 경계면 Q에 도달하게 되면 전반사(Total internal reflection)를 겪게 되며 아울러 광선은 색수차(Chromatic aberration)를 유발하지 않으면서 진행방향이

만큼 변하게 된다.

경계면 R에서 광선은 전반사 집광렌즈를 빠져나오게 되며 스넬(Snell)의 법칙에 상응하여 아래와 같은 굴절각으로 진행하게 된다.

경계면Q에서 설계상 목표는 α(알파)를 최대화함으로써 θ1를 최소화 하여 색수차(Chromatic aberration)를 감소시키고 효율을 증가시키는 것이다. α를 최대화하는 것은

를 크게함으로써 가능하다.

하지만

를 크게 하면 전체 렌즈의 높이(Height of the optical element)가 커지게 되며 제조성(Manufacturability)의 저하를 야기시킨다.

따라서 렌즈설계에 대한 분석적, 실험적 최적화가 필요하다.

경계면S(태양전지 표면)는 광선 A, B, C를 받아들인다.

본 발명에서 경계면 O, P, Q, R을 만드는 표면들은 필요에 따라 평면, 구형, 비구형 등 다양한 형태로 만들어질 수 있다.

전반사 집광렌즈의 모든 구조적 형태는 경계면S(태양전지표면)에 태양에너지의 입사를 최대화하기 위해 최적화된다.

광선 A, B, C는 대략적인 것이며 설명의 편의상 사용한 것이다. 실제 태양전지에 표면인 경계면S에 입사하는 태양에너지는 태양의 이동에 따라 형성된 각도에 상응하여 입사하는 광선들과 태양전지 집광렌즈시스템 자체에서 발생하는 색수차로 인해 발생하는 다양한 광선을 포함한다.

위에 기술한 바와 같이 굴절율이 큰 매질에서 굴절율이 작은 매질로 빛이 입사될 때 입사각이 특정 임계각 (critical angle) 이상이면 입사한 빛이 굴절하지 않고 100% 반사되는 빛의 전반사(Total internal reflection) 현상을 포함하는 빛의 굴절에 관한 스넬(Snell)의 법칙 ,

에 근거하여 색수차(色收差: Chromatic aberration)를 줄이고 입사광의 초점크기(Spot size)를 작게 하여 태양전지의 발전효율을 증가시킬 수 있다.

전반사렌즈영역(TIR lens region)에서는 집광도의 변화에 따라α값과

값을 최적화하는 작업이 필요하며 이를 위해 시험계획법(DOE: Design of experiment)을 사용할 수 있다.

또한 일반 프레넬렌즈와 본 발명의 복합전반사집광렌즈 장치가 보이는 집광능력의 차이를 도 9에 제시하였다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합전반사집광렌즈 장치가 휠씬 좁은 영역으로 집광됨을 알 수 있다.

이러한 복합전반사프레넬렌즈 장치의 제조 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 10을 참조하면, S110) 먼저 반사방지코팅(Anti-reflection coating)이 된 유리상판 (Cover glass 또는 window)의 밑면에 프레넬렌즈 부분을 직접 몰딩한다.

S120) TIR 렌즈 A를 별도로 몰딩하여 만든다.

S130) TIR 렌즈 B를 역시 별도로 몰딩하여 만든다.

S140) 상기 S110)항의 작업으로 준비된 유리상판과 프레넬렌즈의 조립체에 TIR 렌즈 A부분을 정해진 위치에 투명한 광학접착제로 부착한다.

S150) TIR 렌즈 B부분을 역시 정해진 위치에 접착제로 부착한다.

S160) 접착제가 경화한 뒤 렌즈 조립체의 표면의 이물 등을 제거하고 품질상 문제 유무를 검사한다.

물론 프레넬렌즈 부분도 별도로 몰딩제조하여 유리상판에 접착제로 부착하는 제조방법을 이용할 수도 있다.

실제로 이러한 방법으로 제조한 예를 실험하였고 이에 대해 설명한다.

실시예 1

원형 렌즈의 반경(Radius)=100mm를 분리하여 Fresnel Lens =62.5mm + TIR Lens=37.5mm로 구성하고 가공하게 되면 초점크기(Spot size)가 각각 5.5mm,2.0mm로 태양전지 안에 안착하고 효율도 올릴 수 있는 구조로 개선 되어진다.

렌즈 분리 최적값(R=62.5mm) 은 시험계획법(DOE: Design of experiments) 등을 사용한 시뮬레이션을 통하여 도출한다.

도 11을 참조하면, 집광도에 대한 렌즈반경(Lens radius)및 초점크기(spot size)최적화 실험결과를 보여준다.

프레넬렌즈를 사용하면, x1,000(천 개의 태양)집광도를 위해 반경(Radius)=100mm의 렌즈가 필요하다.

프레넬렌즈(Fresnel Lens) 62.5mm + TIR Lens 37.5mm의 구성비를 갖는 반경=100mm 의 복합전반사프레넬렌즈도 역시x1,000을 구현한다.

TIR렌즈 설계할 때, 초점거리 (Focal length)감축까지 구현될 수 있도록 시험계획법(DOE: Design of experiments)으로 최적값을 구한다.

이때, 고성능 히트싱크패키지(PHP)로는 태양전지가 실장된 다층카본코어실장기판의 밑면에 평판 알루미늄 히트싱크를 부착하여 마무리 한다.

실시예 2

도 12를 참조하면, 렌즈모양을 원에서 육각형으로 변경함으로써 Higher Packing Factor가 구현되고 발전효율을 증가시킬 수 있다.

이때, 고성능히트싱크패키지(PHP)는 탄소섬유 기술을 적용한 열전도성 회로기판 패키지를 사용한다.

실시예 3

일체형 복합전반사프레넬렌즈(Hybrid TIR Fresnel Lens)는 제조원가가 높으므로 프레넬렌즈 영역과 TIR렌즈 영역을 별도로 몰딩제조하여 광접착제로 조립하여 사용한다.

이렇게 함으로써 TIR 형상(feature geometry)의 최적화 작업이 쉬워지고, 양산성을 높이고 원가절감이 가능하다.

커버글라스( Window)의 재료로 PMMA, Acryle, Polycarbonate 같은 플라스틱 재료를 채택할 수 있다.

렌즈재료는 실리콘, 유리, 플라스틱 (PMMA, Acryle, Polycarbonate), 또는 합당한 기타 재료를 채택할 수 있다.

이상의 본 발명의 실시예에 따른 프레넬렌즈(Fresnel lens) 외곽에 TIR 렌즈 영역을 배치한 새로운 복합전반사프레넬렌즈(Hybrid TIR Fresnel Lens) 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

1) 일반 프레넬렌즈에 비해 초점거리(focal length)가 현격히 감소(약 40% 축소)하고, 집광도가 증가하며, 색수차를 최소화하여 발전효율을 35%수준까지 향상시킨다. 또한, 단위 태양광 집광모듈의 두께와 크기를 감소(50%)시키고 원가절감이 가능케 하여 상업적 경쟁력을 극대화 할 수 있다.

2) 작은 초점크기 (smaller spot size of focal point)와 높은 집광도(higher concentration)는 고가의 멀티정션 태양전지의 사용량을 줄여주며 원가 경쟁력을 높여 준다.

3)필요한 경우, 전반사구조(TIR feature)의 모양을 조정하여 태양전지표면 입사에너지를 더욱 고르게 하여 태양전지의 중심부에서의 최고복사량(peak irradiance)를 낮추고 주변부위의 광복사량(irradiance)를 증가시켜 태양전지의 발전효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 이를 위해 시험계획법(DOE: design of experiment)을 활용할 수 있다.

4) 표준재료(Standard materials) 및 표준가공공법(Standard fabrication process)으로 제조 가능하다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명 의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용 한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

소정의 집광 초점 크기를 가지는 프레넬 렌즈부(100);
상기 프레넬 렌즈부(100)를 둘러싸는 형태로 형성되며, 상기 집광 초점 크기를 가지도록 형성되는 TIR 렌즈부를 포함하는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치(200)
제1항에 있어서,
프레넬렌즈 부분에서의 집광효율을 극대화하기 위하여 Concave 형태의 돌기(Tooth)가 형성되도록 설계에 반영하고,
상기 전반사 렌즈부(200)는 외부가 육각형으로 형성되는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치.
제2항에 있어서,
상기 전반사 렌즈부(200)는 4개 이상의 전반사렌즈를 포함하는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치.
제3항에 있어서,
상기 집광 초점크기가 5.5mm이내인 복합 전반사 프레넬렌즈 장치.
S110) 반사방지코팅(Anti-reflection coating)이 된 유리상판 (Cover glass 또는 window)의 밑면에 프레넬렌즈 부분을 직접 몰딩하는 단계;
S120) TIR 렌즈 A를 별도로 몰딩하여 만드는 단계;
S130) TIR 렌즈 B를 역시 별도로 몰딩하여 만드는 단계;
S140) 상기 S110) 단계의 작업으로 준비된 유리상판과 프레넬렌즈의 조립체에 상기 TIR 렌즈 A부분을 정해진 위치에 투명한 광학접착제로 부착하는 단계;
S150)상기 S110) 단계의 작업으로 준비된 유리상판과 프레넬렌즈의 조립체에 TIR 렌즈 B부분을 역시 정해진 위치에 접착제로 부착하는 단계;
S160) 접착제가 경화한 뒤 렌즈 조립체의 표면의 이물 등을 제거하고 품질상 문제 유무를 검사하는 단계를 포함하는 복합 전반사 프레넬렌즈 장치의 제조 방법.