(57)【要約】【課題】フレネルレンズ、フレネルレンズ製造装置と方法を提供する。【解決手段】本発明のフレネルレンズ、フレネルレンズ製造装置と方法は、フレネルレンズは、ガラス材質が成形する基板と可塑性材質により基板に一体に成形されるフレネル構造を設ける。その製造方法は、まず、可塑性材料を成形装置中に加え；次に、該可塑性材料を固化し、フレネル構造を形成し；最後に、成形装置を分離し、基板上に該フレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズを成形することを含む。フレネルレンズ製造装置がフレネルレンズの基板と接続する成形装置を設け、該成形装置がフレネルレンズのフレネル構造に対応する成形部を設け、成形部が可塑性材料をフレネル構造に形成する。従って、ガラス材質基板上にプラスチック材質のフレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズにプラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性を持たせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス材質から形成される基板と、
可塑性材質によって該基板上に一体に成形されるフレネル構造と、
を含むフレネルレンズ。
【請求項２】
前記フレネル構造の厚さが２．５ｍｍである請求項１記載のフレネルレンズ。
【請求項３】
前記可塑性材質は、熱固化性プラスチック材または光固化性プラスチック材である請求項１記載のフレネルレンズ。
【請求項４】
まず、可塑性材料を成形装置中に加え；
次に、該可塑性材料を固化し、フレネル構造を形成し；
最後に、成形装置を分離し、基板上に該フレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズを成形することを含むフレネルレンズ製造方法。
【請求項５】
前記成形装置が鋳型であり、鋳型がフレネル形キャビティを設け、該可塑性材料を加えるステップが、
該可塑性材料をフレネル形キャビティ内に加え、可塑性材料をフレネル形キャビティに充填し；
該基板をフレネル形キャビティ上に覆蓋し、基板と可塑性材料を相互に貼合させることを含む請求項４記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項６】
前記基板と可塑性材料を貼合するステップが真空チャンバー内で進行する請求項５記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項７】
前記成形装置は、鋳型と環形スリーブを含み、鋳型は、フレネル形キャビティを設け、該可塑性材料を加えるステップは、
該環形スリーブを基板上に設置し；
可塑性材料を基板と環形スリーブが形成する開放空間内に加え；
鋳型と環形スリーブを接合し、可塑性材料に基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間を充填させることを含む請求項４記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項８】
前記鋳型と環形スリーブを接合するステップが真空チャンバー内で行う請求項７記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項９】
前記成形装置は、鋳型を含み、鋳型は、フレネル形キャビティを設け、該可塑性材料を加えるステップが、
基板と鋳型を結合し、該基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間を形成させ；
可塑性材料を密閉空間内に加え、可塑性材料に該密閉空間を充填させることを含む請求項４記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項１０】
前記可塑性材料のステップが可塑性材料を高圧注入するか、可塑性材料を真空吸引する請求項９記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項１１】
前記成形装置が環形スリーブと成形板を含み、成形板側辺にフレネル形凹溝を設け、該可塑性材料を加え、固化するステップが、更に、
環形スリーブを基板上に設置し；
可塑性材料を基板と環形スリーブが形成する開放空間内に加え；
可塑性材料を固化し、半固化状を形成し；
フレネル形凹溝を該半固化状可塑性材料中に押入れ；
成形板を回転し、半固化状可塑性材料の固化を継続し、フレネル構造を形成することを含む請求項４記載のフレネルレンズ製造方法。
【請求項１２】
フレネルレンズが設ける基板と相互に接続し、該フレネルレンズ製造装置が、
フレネルレンズの基板と相互に接続し、成形部を設け、成形部が可塑性材料を基板上に一体に成形しフレネル構造とすることに用いる成形装置を含むフレネルレンズ製造装置。
【請求項１３】
前記成形装置が、
該基板を接続し、可塑性材料の成形範囲を制限することに用いる環形スリーブと、
該環形スリーブと接合し、基板と相対するフレネル形キャビティを設け、該可塑性材料がフレネル構造を成形することに用いる鋳型と、
を含む請求項１２のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１４】
前記成形装置は、鋳型であり、フレネル形キャビティとフレネル形キャビティを貫通する通路を設け、通路が可塑性材料をフレネル形キャビティ内に導入し、フレネル形キャビティが可塑性材料をフレネル構造に成形する請求項１２記載のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１５】
前記成形装置が、
該基板上に接続し、可塑性材料の成形範囲を制限することに用いる環形スリーブと、
成形板の側辺にフレネル形凹溝を設け、フレネル形凹溝は、可塑性材料上で回転し、可塑性材料をフレネル構造として成形する成形板と、
を含む請求項１２記載のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１６】
前記フレネル形凹溝が該フレネル構造の直径の長さに対応する請求項１５記載のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１７】
前記フレネル形凹溝が該フレネル構造の半径の長さに対応する請求項１５記載のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１８】
前記フレネル形凹溝の上部が可塑性材料を押し込む斜辺を設ける請求項１５記載のフレネルレンズ製造装置。
【請求項１９】
前記フレネル形凹溝の上部は、可塑性材料を押し込む弧形側辺を設ける請求項１５記載のフレネルレンズ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レンズに関し、特にフレネルレンズ及びフレネルレンズを製造する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１３に示すように、フレネルレンズ（Fresnel Lens）８は、一般のレンズ７の光学機能を有するが、一般のレンズ７に比べ体積及び重量が小さい利点を有し、徐々に一般のレンズ７に取って代わっている。フレネルレンズ８は、主に大きな面積レンズを有する必要があるが、レンズの重量と質材の減少を希望する製品上、例えば、灯台が投射する導航光源、投影フィルム投影機のレンズ、背面投影ディスプレイのスクリーン、軽量型の拡大鏡等に応用される。現在のフレネルレンズ８は、ほとんどが単一のガラス材質またはプラスチック材質によって形成される。
【０００３】
ガラス材質のフレネルレンズ８とプラスチック材質のフレネルレンズ８は、異なる運用をすることができ、例えば、フレネルレンズ８を介した光線強度が比較的高いか、戸外に置かれ高い耐候特性を必要とする時、通常、安定したガラス材質フレネルレンズ８を使用する。ガラス材質のフレネルレンズ８は、ほとんどが従来の研磨組み立てか、直接加工成形か、鋳造技術を使用して製造され、ガラスの高硬度と高成形温度によって、製造コストが高くなり、製造面積の制限を受け、小型のガラス材質のフレネルレンズ８は、ほとんどが鋳造技術により製成され、大型のガラス材質のフレネルレンズ８は、一般に多数のレンズを併合する方式で製成される。
【０００４】
フレネルレンズ８の光線強度が低いか、室内に置かれ、軽薄な体積または低コストを必要とする時、通常、プラスチック材質のフレネルレンズ８が使用される。プラスチック材質のフレネルレンズ８は、ほとんどが射出、直接加工、圧力鋳造、ローラープレス、ダイキャスト注入等の方式で製造を行い、低い製造コストを有する。
【０００５】
太陽エネルギーの応用の迅速な発展によって、太陽エネルギー集光モジュールが太陽エネルギーの応用中に重要な地位を有する。例えば、太陽エネルギー発電システム中、耐候性を有する大型フレネルレンズ８は、太陽エネルギー集光モジュールが必須とする集光ユニットの１つである。
【特許文献１】登録実用新案第３０７４８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
但し、ガラス材質のフレネルレンズ８は、コストが高いだけでなく、大型の単片フレネルレンズ８は、高い製造難易度を要する。
【０００７】
また、強光を投影する応用において、フレネルレンズ８を選択する時、太陽エネルギー集光モジュールと同一の要求を有し、強光灯源の投射照明または高光度光源の導光照明の要求の下、ガラス材質のフレネルレンズ８を採用して始めて強光の投影の高強度要求に適合することができる。上記のように、ガラス材質のフレネルレンズ８を採用する時、コストが高いだけではなく、且つ生産技術難易度も高い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１目的は、低コストで高耐候性のフレネルレンズを提供することである。
【０００９】
上記の第１目的に基づき、本発明のフレネルレンズは、基板とフレネル構造を設け、基板はガラス材質から形成され、フレネルレンズ構造は、可塑性材質から該基板上に一体に成形される。従って、該フレネルレンズは、プラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を有する。
【００１０】
本発明の第２目的は、ガラス材質の基板上にガラス材質のフレネル構造を一体に成形するフレネルレンズの製造方法を提供することである。
【００１１】
上記第２目的に基づき、本発明のフレネルレンズ製造方法は、以下のステップを含む：
ステップ１：可塑性材料を成形装置中に注入する；
ステップ２：可塑性材料を固化させ、フレネル構造を形成する；
ステップ３：成形装置を分離し、基板上にフレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズを成形する。
【００１２】
本発明の第３目的は、ガラス材質の基板上にプラスチック材質のフレネル構造を一体に成形することができるフレネルレンズの製造装置を提供することである。
【００１３】
上記第３目的に基づき、本発明のフレネルレンズ製造装置は、フレネルレンズの基板に接続する成形装置を設け、成形装置は、フレネルレンズのフレネル構造に対応した成形部を設け、成形部は、可塑性材料をフレネル構造に成形することに用いる。
【発明の効果】
【００１４】
上記目的の記載から分かるように、本発明のフレネルレンズは、成形装置によってガラス材質の基板上にプラスチック材質のフレネル構造を一体に成形し、フレネルレンズにプラスチックレンズの低コストおよびガラスレンズの高耐候性等の利点を持たせる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の技術的内容、達成する目的及び効果を詳細に説明する為、以下に実施例を挙げ、図面と併せて詳しく説明する。
【００１６】
図１に示すように、本発明のフレネルレンズ１は、基板１０とフレネル構造１１を設け、基板１０はガラス材質から形成され、フレネル構造１１は、可塑性材料から形成され、且つ基盤１０表面に一体に成形され、実施時、フレネル構造１１の厚さは、２．５ｍｍより小さいものであることができる。
【００１７】
本発明のフレネルレンズ１の大部分の主体は、ガラス材質の基板１０であり、フレネル構造１１だけは、可塑性材料で形成され、これにより、中小面積のフレネルレンズ１を直接製造でき、領域と時間を分割する方式で大面積のフレネルレンズ１を製造することもでき、従って、フレネルレンズ１は、プラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を有する。
【００１８】
本発明のフレネルレンズ１の基板１０は、平面板、台形平板、凸面板、凹面板またはそれらの組み合わせであることができる。フレネル構造１１は、熱固化性可塑性材料または光固化性可塑性材料を加え装置内に成形することができ、固化した後、基板１０上に一体に成形する。熱固化性可塑性材料は、シリコンであり、光固化性材料は、エポキシ樹脂またはアクリル樹脂であることができる。
【００１９】
図２、図３に示すように、図２は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第１実施例のステップ説明図であり、図３は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第１実施例のステップフロー図である。本実施例中、成形装置は、鋳型２であり、成形部は鋳型２のフレネル形キャビティ２０であり、フレネルレンズ１の製造方法は、下記のステップを含む：
ステップ１：鋳型２を固定する；
ステップ２：可塑性材料３を鋳型２のフレネル形キャビティ２０内に加え、可塑性材料３にフレネル形キャビティ２０を充填させる；
ステップ３：基板１０をフレネル形キャビティ２０上に覆蓋し、基板１０を可塑性材料３と相互に貼合させる；
ステップ４：可塑性材料３を固化し、フレネル構造１１を形成する；
ステップ５：鋳型２を分離し、基板１０上にフレネル構造１１が一体に成形され、フレネルレンズ１が形成される。
【００２０】
本実施例中、固化方式は、可塑性材料３の特性に従い、加熱固化または紫外線照射固化であることができる。また、本製造工程は、真空チャンバー内で実施することができ、基板１０がフレネル形キャビティ２０を覆蓋する時、基板１０が可塑性材料３との間で気泡が発生することを回避することができる。
【００２１】
図４、図５に示すように、図４は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第２実施例のステップ説明図であり、図５は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第２実施例のステップフロー図である。本実施例中、成形装置が鋳型２と環形スリーブ４であり、成形部が鋳型２のフレネル形キャビティ２０であり、フレネルレンズ１の製造方法は、以下のステップを含む：
ステップ１：鋳型２を固定する；
ステップ２：環形スリーブ４を基板１０上に設置する；
ステップ３：可塑性材料３を基板１０と環形スリーブ４が成形する開放空間内に加える；
ステップ４：鋳型２を環形スリーブ４と相互に接合し、同時に可塑性材料３を基板１０と鋳型２のフレネル形キャビティ２０が形成する密閉空間に充填する；
ステップ５：可塑性材料３を固化し、フレネル構造１１を形成する；
ステップ６：鋳型２と環形スリーブ４を分離し、基板１０上にフレネル構造１１が一体に成形され、フレネルレンズ１が形成される。
【００２２】
本実施例中、異なる寸法の環形スリーブ４を選択し、鋳型２と組み合わせ、異なる寸法のフレネルレンズ１を製造することができる。
【００２３】
第１実施例と第２実施例の製造方法中、固化ステップは、可塑性材料３の特性に基づき、加熱固化または紫外線照射固化により達成することができる。また、上記製造フローは、真空チャンバーで実施でき、鋳型２および環形スリーブ４と基板１０と相互に接合時、フレネル形キャビティ２０と可塑性材料３との間に気泡が発生することを回避する。
【００２４】
図６〜図８に示すように、図６は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第３実施例のステップ説明図であり、図７は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第３実施例のステップフロー図であり、図８は、本実施例の鋳型通路の説明図である。本実施例中、成形装置が鋳型２であり、成形部が鋳型２のフレネル形キャビティ２０であり、フレネルレンズ１の製造方法は、以下のステップを含む：
ステップ１：基板１０と鋳型２を結合し、基板１０と鋳型２のフレネル形キャビティ２０に密閉空間を形成させ、鋳型２がフレネル形キャビティ２０を貫通する通路２１を有するようにする；
ステップ２：通路２１により可塑性材料３を加え、可塑性材料３を基板１０とフレネル形キャビティ２０が形成する密閉空間に充填する；
ステップ３：可塑性材料３を固化し、フレネル構造１１を形成する；
ステップ４：鋳型２を分離し、基板１０上にフレネル構造１１を一体に成形し、フレネルレンズ１を形成する。
【００２５】
本実施例の製造方法中、可塑性材料を加える時、高圧注入または真空吸引の方式で可塑性材料を基板とフレネル形キャビティが形成する密閉空間に充填することができる。
【００２６】
図９〜図１２に示すように、図９は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第４実施例のステップ説明図であり、図１０は、本発明のフレネルレンズ１の製造方法の第４実施例のステップフロー図であり、図１１は、本実施例中の第１成形板の説明図であり、図１２は、本実施例中の第２成形板の説明図である。本実施例中、成形装置が第１成形板５と環形スリーブ４であり、成形部が第１成形板５側面のフレネル形凹溝５０であり、フレネルレンズ１の製造方法は、以下のステップを含む：
ステップ１：基板１０を固定する；
ステップ２：環形スリーブ４を基板１０上に設置する；
ステップ３：可塑性材料３を基板１０と環形スリーブ４が形成する開放空間に加える；
ステップ４：可塑性材料３を固化し、可塑性材料３に半固化を形成させる；
ステップ５：第１形成板５側面のフレネル形凹溝５０を半固化状の可塑性材料３中に押し込む；
ステップ６：第１成形板５を回転し、半固化状の可塑性材料３を持続して固化させ、フレネル構造１１を形成する；
ステップ７：第１成形板５と環形スリーブ４を分離し、基板１０上にフレネル構造１１を一体に成形し、フレネルレンズ１を形成する。
【００２７】
本実施例中、第１成形板５の長さがフレネルレンズ１のフレネル構造１１の直径の長さであり、第１成形板５のフレネル形凹溝５０がフレネルレンズ１のフレネル構造１１の全体横切断面の形状に対応し、フレネル形凹溝５０の上部は、斜辺５１を設ける。第１成形板５が回転する時、フレネル形凹溝５０上部の斜辺５１が可塑性材料３を押し、可塑性材料３にフレネル構造１１を成形させる。
【００２８】
本実施例中、第２成形板６を第１成形板５に置き換えて用い、可塑性材料３にフレネル構造１１を成形させ、第２成形板６側面に半フレネル形凹溝６０を設け、第２成形板６の長さは、フレネルレンズ１のフレネル構造１１の半径の長さであり、第２成形板６の半フレネル形凹溝６０は、フレネルレンズ１のフレネル構造１１の半分の横切断面の形状に対応し、半フレネル形凹溝６０の上部は弧形側辺６１を有する。第２成形板６が回転する時、半フレネル形凹溝61上部の弧形側辺６１が可塑性材料３を押し、可塑性材料３にフレネル構造１１を成形させる。
【００２９】
本発明のフレネルレンズ１は、太陽エネルギー集光モジュール中に運用でき、大きな面積のフレネルレズによって入射した太陽光を小さな面積の高変換効率の太陽電池に集中し、太陽電池エネルギーに自身の面積の大きさの数倍の面積の太陽エネルギーを受けさせ、高光電変換効率の太陽電池を組み合わせ、より効率的に電力を発生することができる。
【００３０】
本発明のフレネルレンズ１は、吸熱管システム中に運用することもでき、フレネルレンズが太陽光エネルギー量を吸熱管に集め、吸熱管に自身の面積の大きさの数倍の面積の太陽エネルギーを受けさせ、吸熱管内の流体の温度を向上させ、温度が上昇した流体は、熱エネルギー発電、暖房設備、熱水設備等に運用でき、大幅にその性能を増加することができる。
【００３１】
本発明のフレネルレンズ１は、成形装置、例えば、鋳型２、環形スリーブ４および第１成形板５によって、基板１０からフレネル構造１１を一体に成形し、中小面積のフレネルレンズ１を直接製造するか、領域、時間を分割する方式で大きな面積のフレネルレンズ１を製造し、フレネルレンズ１にプラスチックレンズの低コストとガラスレンズの高耐候性等の利点を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のフレネルレンズの断面図である。
【図２】本発明のフレネルレンズの製造方法の第１実施例のステップ説明図である。
【図３】本発明のフレネルレンズの製造方法の第１実施例のステップフロー図である。
【図４】本発明のフレネルレンズの製造方法の第２実施例のステップ説明図である。
【図５】本発明のフレネルレンズの製造方法の第２実施例のステップフロー図である。
【図６】本発明のフレネルレンズの製造方法の第３実施例のステップ説明図である。
【図７】本発明のフレネルレンズの製造方法の第３実施例のステップフロー図である。
【図８】本発明の鋳型通路の説明図である。
【図９】本発明のフレネルレンズの製造方法の第４実施例のステップ説明図である。
【図１０】本発明のフレネルレンズの製造方法の第４実施例のステップフロー図である。
【図１１】本発明の第１成形板の説明図である。
【図１２】本発明の第２成形板の説明図である。
【図１３】本発明の従来のフレネルレンズと一般のレンズの断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  フレネルレンズ
１０  基板
１１  フレネル構造
２  鋳型
２０  フレネル形キャビティ
２１  通路
３  可塑性材料
４  環形スリーブ
５  第１成形板
５０  フレネル形凹溝
５１  斜辺
６  第２成形板
６０  半フレネル形凹溝
６１  弧形側辺
【図１】
2010066518.tif 000003
【図２】
2010066518.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2010066518.tif 000013
【図１２】
2010066518.tif 000014
【図１３】
2010066518.tif 000015