(57)【要約】本発明は、表面構造、及び少なくとも一つのこのような表面構造を有するフレネルレンズに関する。さらに、本発明は、表面構造を形成するための工具、及びフレネルレンズの表面構造を形成するための方法に関する。さらに、本発明は、フレネルレンズの使用に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性弧及び不活性弧によって形成された少なくとも一つのファセットを備えた表面構造であって、前記活性弧は、同一又は異なる長さの少なくとも二つのセグメントを有し、前記セグメントは、少なくとも領域内で同一の表面外形を備え、そして、少なくとも一つのセグメントを、０°より大きく１０°より小さい角度の回転及び変位によって、少なくとも領域内の近接するセグメントに変形できるように、前記セグメントが配置されている、ことを特徴とする表面構造。
【請求項２】
前記不活性弧及び前記活性弧の端部を通るファセットの外形で結ばれた三角形が、前記不活性弧及び前記活性弧の共通の端部で１００°未満の内角となる、ことを特徴とする請求項１に記載の表面構造。
【請求項３】
前記不活性弧及び前記活性弧のそれぞれの端部に対する前記不活性弧及び前記活性弧の接続点との直線状の結合部が、１００°未満の角度になる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面構造。
【請求項４】
前記セグメントは、直線、凹状、凸状からなる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の表面構造。
【請求項５】
所定の熱変形が補償されるように、前記セグメントは配置される、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表面構造。
【請求項６】
前記活性弧は、凹状又は凸状である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表面構造。
【請求項７】
前記少なくとも一つのファセットの高さは、５０μｍと３ｍｍとの間である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の表面構造。
【請求項８】
前記表面構造の材料は、シリコーン、ポリメタクリル酸メチル、アクリルガラス、有機ガラス、光に対して透明なプラスチック材料を備え、特に、イオノマー、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニール、ポリウレタンで、ガラス、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル合金、及び／又は、真ちゅうである、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表面構造。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の少なくとも一つの表面構造を有するフレネルレンズである、ことを特徴とする。
【請求項１０】
球面状の活性弧を有する別の少なくとも一つの表面構造を備える、ことを特徴とする請求項９に記載のフレネルレンズ。
【請求項１１】
同心に配置された少なくとも２つの表面構造を備える、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のフレネルレンズ。
【請求項１２】
直線及び平行に近接して配置された少なくとも二つの表面構造を備える、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載のフレネルレンズ。
【請求項１３】
キャリアに適応され、ガラス、ポリメタクリル酸メチル、アクリルガラス、有機ガラス、光に対して透明なプラスチック材料を備え、特に、イオノマー、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニール及び／又はポリウレタンである、ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載のフレネルレンズ。
【請求項１４】
前記キャリアは、円形、楕円形、正方形、長方形又は六角形状である、ことを特徴とする請求項１３に記載のフレネルレンズ。
【請求項１５】
異なる膨脹係数を有する少なくとも二つの材料を備える、ことを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載のフレネルレンズ。
【請求項１６】
収束レンズ又は発散レンズである、ことを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載のフレネルレンズ。
【請求項１７】
点集束レンズ又は線集束レンズである、ことを特徴とする請求項９〜１６のいずれかに記載のフレネルレンズ。
【請求項１８】
請求項１〜８のいずれかに記載の表面構造を形成するための工具であって、前記工具は、少なくとも一つのファセット、少なくとも一つの活性弧、又は少なくとも一つのセグメントのネガ構造を備える、ことを特徴とする。
【請求項１９】
硬化性プラスチック材料、フッ素化炭化水素、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、プラスチック材料、ポリメタクリル酸メチル、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル合金、真ちゅうを備える、ことを特徴とする請求項１８に記載の工具。
【請求項２０】
請求項１〜８のいずれかに記載の表面構造、又は、請求項９〜１７のいずれかに記載のフレネルレンズを形成するための方法であって、
前記表面構造の熱変形が、特定の温度変化に対するシュミレーション演算によって決定され、
使用中に発生する温度範囲で求められる前記活性弧の表面外形が決定され、
前記シュミレーションによる熱変形が考慮されるように、形状的な前記セグメントの配置が行われる、ことを特徴とする。
【請求項２１】
請求項９〜１７のいずれかに記載の少なくとも一つのフレネルレンズを集中型太陽光発電モジュールで使用することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面構造、及び少なくとも一つのこのような表面構造を有するフレネルレンズに関する。さらに、本発明は、表面構造を形成するための工具、及びフレネルレンズの表面構造を形成するための方法に関する。さらに、本発明は、フレネルレンズの使用に関する。
【発明の背景】
【０００２】
大レンズ径及び短焦点距離を有する標準レンズは、非常に厚く、製造することが難しい。従って、この問題を回避するために、フレネルレンズは、多重して使用される。これによって、レンズ表面は、一つの平面に近接して配置された小さなプリズムに細分される。オーバーヘッド・プロジェクターや自動車のリア・ウインドウの発散レンズの場合、日常生活で見られるような実質的平面レンズが形成される。
【０００３】
集中型太陽光発電(concentrating photovoltaics)において、フレネルレンズは、小型の太陽電池に太陽放射を集中するために用いられる。これは、できるだけ太陽像をきれいにする（結像レンズシステム）ように形成するためではなく、単に太陽電池にできるだけ多くの光を集中させる（非結像レンズシステム）ためである。多数のアプリケーション及び具体的なシステムにおいて、焦点内で、できるだけ均質な放射強度の外形(profile)とすることが求められる。
【０００４】
高集中型太陽光発電において、光線が小型の太陽電池に集中されるので、フレネルレンズの精度が非常に要求される。同時に、フレネルレンズは、周囲温度に影響される。多くの砂漠地域では、水中でも０℃を大きく下回る温度は通常なく、一方、夏季では、日中気温は４０℃を簡単に超える。レンズに用いられる材料が、温度によって膨張するので、これらの材料の屈折率が変化し、レンズが変形する。温度効果によって、フレネルレンズは、様々な効果を有する集線装置としての機能、その温度関数としての機能、そして、周辺温度、放射線、風の強さや向きなどの気象パラメーター関数としての機能を発揮する。
【０００５】
レンズ形状は、レンズ材料の屈折率の想定に基づいて形成される。屈折率は、温度に依存するので、フレネルレンズは、動作中の特定温度、例えば平均温度に対して最適化されている。この温度から外れると、それと関係する屈折率が変化するので、フレネルレンズは、その目的を十分に達成できない。
【０００６】
一般的に、フレネルレンズの形成工程における元の形状は、既存動作で要求されるレンズ構造に対応するように設計される。温度によって誘発される変形の機能上の悪影響は、動作温度(operating temperature）と形成温度(production temperature)との間の温度差によって増加する。しかし、一般的に、形成温度は、動作中に生じる代表的温度より非常に低くなるか（例えば室温）高くなる（例えば熱可塑性変形）。
【０００７】
さらに、フレネルレンズの形成工程中に、例えば、体積収縮によって、追加変形が生じる。従って、形成されたフレネルレンズは、工具の正確なコピーではなく、最適な機能を提供するものではない。
【０００８】
集中型太陽光発電において、現在、２つの材料の組み合わせが好適に用いられている。
ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなるフレネルレンズ、又は、ガラス板に塗布されたシリコーンからなるフレネルレンズが、固体レンズ板として構成される。内部応力がないＰＭＭＡからなるフレネルレンズは、等方向に拡大する。即ち、動作中の温度変化によって、大きさは変化するが、比率は変化しない。しかし、実際上は、理想的な状況はめったに発生せず、内部応力または非均質な温度分布によって、これらのレンズは変形する。
【０００９】
ＤＥ２９２０６３０Ａ１及びＵＳ３，９８２，８２２において、異なる膨脹係数を有する２つの材料から製造されたフレネルレンズが開示されている。これらのフレネルレンズの場合、形成において、耐久性の観点からのみ、従来技術に係る熱膨張が考慮されている（例えば、ＵＳ３，９８２，８２２参照）。従来、熱膨張は、光学的観点から問題ないものとして分類されていた（ＤＥ２９２０６３０Ａ１及びＵＳ３，９８２，８２２参照）。
【００１０】
しかし、熱的影響は、フレネルレンズの光学的特性に大きな影響を与えることが明らかになっている。ガラスは低熱膨張なので、大きな領域形状の変化は、単に従属的な役割となる。しかし、シリコーンは、非常に大きな熱膨張係数なので、ガラスの変形に比べて、非常に大きな弾性を有する。この変形は、個々のフレネルプリズム又はファセットの大部分で生じる。これによって、例えば、直線形状のプリズムの端部が変形する。基板材料の熱膨張はレンズ材料のものとは異なっており、その全てのシステムにおいて、類似の効果及び変形が予測できる。
【００１１】
これを発端として、本発明の目的は、従来技術の不利益を解消し、表面構造、及び、単純な手法で形成でき、非常に好適な光学的特性を有するフレネルレンズを提供することである。
【発明の概要】
【００１２】
この目的は、請求項１の特徴を有する表面構造によって達成される。請求項９はフレネルレンズに関する。請求項１８は、表面構造を形成するための工具に関し、請求項２０は、表面構造又はフレネルレンズを形成するための方法に関し、請求項２１は、フレネルレンズの使用に関する。さらに、好ましい実施形態が従属項に含まれる。
【００１３】
本発明において、活性弧(active edge：活性端部)及び不活性弧(inactive edge：不活性端部)によって形成された少なくとも一つのファセットを備えた表面構造であって、活性弧は、同一又は異なる長さの少なくとも二つのセグメントを有する。本発明において、セグメントは、少なくとも領域内で同一の表面外形(surface profile)を備え、そして、少なくとも一つのセグメントを、０°より大きく１０°より小さい角度の回転及び変位によって、少なくとも領域内の近接するセグメントに変形(transferred)できるように、セグメントが配置されている。
【００１４】
セグメントの少なくとも一つの部分が、別のセグメントの少なくとも一つの部分に変形できるので、セグメントは少なくとも領域内で同一の表面外形を有する。ファセットの垂直断面に関して、活性弧はセグメントに細分され、さらに、セグメントは部分に細分される。例えば直線状セグメントの場合、長さの物理的な再分割をして部分とすることがないので、これらの部分は物理的に視認されない。
【００１５】
正方向及び逆方向の双方の回転において、所定角度の回転が行われる。好ましくは、回転軸は、個々のセグメント間の端部に平行、及び／又は、活性弧及び不活性弧の間の端部に平行となっている。好ましくは、回転軸は、個々のセグメント間の端部の一つ、及び／又は、活性弧及び不活性弧の間の端部と一致する。
【００１６】
例えば、点集束フレネルレンズにおいて、湾曲した端部の場合、回転軸は、端部の接線と一致することが好ましい。好ましくは、回転軸は、表面外形を決める方法によって、平面に対して直角である。
【００１７】
角度の下限は、０．１角度秒であり、好ましくは、１角度秒である。本発明における表面構造は、例えば１００セグメントを有する活性弧が備えられる。好ましくは、２つのセグメント間の角度変化は、１°までの約１０角度秒の大きさであり、そして、２つ以上のセグメント又は複数のファセットを有する表面構造の場合、全ての近接するセグメントが同一でない。
【００１８】
好ましくは、端部、又は、個々のセグメント間の端部、及び／又は、活性弧及び不活性弧の間の端部に対して直角な平面において、変位が生じる。
【００１９】
これによって、表面外形、好ましくは輪郭が、ファセットの直角断面で、セグメントを形成することが解る。即ち、表面構造に沿った外形は、セグメント間の端部に平行であり、及び／又は、活性弧及び不活性弧の間の端部に平行であり、固定されない。
【００２０】
表面構造の活性弧が、セグメント、個々の部分からなることが解る。活性弧及び不活性弧の間の端部とは対照的に、二つのセグメントが接する部分において、端部は、通常、非常に鈍角になるように形成される。
【００２１】
例えば、表面構造を形成するために用いられるスタンプ(stamp)のような工具で、表面構造を簡単に製造することもできる。
【００２２】
光が屈折するフレネルプリズムの端部が、活性弧と呼ばれる。光学的に使用されない端部が、不活性弧と呼ばれる。一つの端部での全反射によって光指向効果(light-directing effect)が行われるフレネルプリズム（ＴＩＲフレネルプリズム）の場合、全反射が行われる端部が、活性弧と呼ばれる。フレネルレンズを製造するための工具の場合、それぞれの端部は、それによって形成される構造に相似したものとなる。光学的機能を有さず、製造するための工具として機能しない表面構造の場合、表面の長い方の端部が、活性弧と呼ばれる。
【００２３】
不活性弧及び活性弧の端部を通るファセットの外形で結ばれた三角形が、不活性弧及び活性弧の共通の端部で１００°未満の内角となるように、表面構造が構成される。
【００２４】
さらに、不活性弧及び活性弧のそれぞれの端部に対する不活性弧及び活性弧の接続点との直線状の結合部が、１００°未満の角度になるように、表面構造が構成される。
【００２５】
好ましくは、セグメントは、直線、凹状、凸状からなる。
【００２６】
さらに、所定の熱変形が補償されるように、表面構造のセグメントは配置される。
【００２７】
コンピューター・シュミレーションを使って、フレネルプリズム又はフレネルファセットの形状及び表面構造が、材料の熱膨張によって温度変化と共にどのように変化するかを、有限要素法（ＦＥＭ）に基づいて演算できる。既知の特定の温度変化の後に所定の形状になるために、表面構造がどのように形成されなければならないかを、これらのシミュレーションで決定する。
【００２８】
さらに、温度又は製造で生じる変形を考慮することなく、例えば、球面状の活性弧を有するフレネルレンズなど、製造が難しい表面構造は、製造が容易な本発明に係る表面構造で置き換えることができる。
【００２９】
表面構造のセグメントは、一般に異なる角度の回転で、それぞれ近接するセグメントに変形でき、セグメントを異なる長さにできる。セグメントが、部分的に同一及び又は周期的に連続する回転角度で、それぞれ近接するセグメントに変形できるように、表面構造が形成される。
【００３０】
好ましくは、活性弧は、凹状又は凸状である。さらに、活性弧は、実質的に凹状、実質的に凸状、実質的に平坦又は平面とすることができる。
【００３１】
好ましくは、表面構造における少なくとも一つのファセットの高さは、５０μｍと３ｍｍとの間である。
【００３２】
好ましくは、表面構造の材料は、シリコーン、ポリメタクリル酸メチル、アクリルガラス、有機ガラス、光に対して透明なプラスチック材料、を備え、又は、これからなり、特に、イオノマー、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニール、ポリウレタンで、ガラス、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル合金、及び／又は、真ちゅうである。
【００３３】
さらに、本発明に係る少なくとも一つの表面構造を有するフレネルレンズは、本発明に係るものである。
【００３４】
さらに、このフレネルレンズは、球面状の活性弧を有する別の少なくとも一つの表面構造を備えることができる。
【００３５】
平均的な動作温度は製造中の温度に一致しないが、セグメント化された活性弧(segmented active edges)の効果として、平均的な動作温度で要求される形状を保持、又は、これに近づくように、フレネルレンズは、熱膨張又は収縮によって変形するようになっている。
【００３６】
フレネルレンズを製造する温度とは無関係に、フレネルレンズが最適に機能する温度を広く選択できるという利点がある。特に、たとえ形成温度が平均的な動作温度と一致しなくても、形成温度を選択できることが工程管理上の利点となる。その結果、動作中の温度からの偏差が最小限となり、その温度で、レンズが最適に機能すると共に、レンズの機能が大幅に向上する。
【００３７】
個々に同一のセグメントからなる活性弧の構成は、大型レンズ径であっても、高精度旋盤（ダイヤモンド加工）で個々のレンズ又はスタンプ工具(stamping tool)を製造することができる。
【００３８】
本発明に係るセグメント化された活性弧の形状は、熱変形への適応に加え、他の変形を補償するためにも用いられる。例えばポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）からなる単一成分のフレネルレンズの場合、形成中に体積が収縮する結果、活性弧が変形して、活性弧の形状がセグメントで変化することで、その効果が減少する。
【００３９】
さらに、本発明に係るセグメント化された活性弧の形状によって、どのような活性弧の形状にも近づけることができる。特に、形成することが難しい形状に近づけることができる。
【００４０】
さらに、フレネルレンズは、同心に配置された少なくとも２つの表面構造を備える。従って、例えば点集束フレネルレンズを取得でき、そのレンズは、球面状又は自由形状の活性弧、及び本発明に係るセグメント化された活性弧の双方を備えることができる。
【００４１】
さらに、フレネルレンズは、直線及び平行に近接して配置された少なくとも二つの表面構造を備える。直線状の線集束フレネルレンズを取得でき、後者はセグメント化された活性弧を有する本発明に係る表面構造、及び球面状又は自由形状の活性弧の双方を備えることができる。
【００４２】
さらに、フレネルレンズはキャリアに適応でき、ガラス、ポリメタクリル酸メチル、アクリルガラス、有機ガラス、光に対して透明なプラスチック材料を備え、又は、これからなり、特に、イオノマー、ポリビニールブチラール、エチレン酢酸ビニール及び／又はポリウレタンである。
【００４３】
フレネルレンズに対するキャリアは、円形、楕円形、正方形、長方形又は六角形状とすることができる。これは、使用分野の機能に従って選択される。さらに、フレネルレンズは、異なる膨脹係数を有する少なくとも二つの材料を備えることができる。従って、例えば、容易に形成可能な材料からなる表面構造を有した、特に安定的な材料からなるキャリアとすることができる。
【００４４】
さらに、フレネルレンズは、収束レンズ又は発散レンズとすることができる。さらに、点集束レンズ又は線集束レンズとすることができる。
【００４５】
さらに、本発明に係る複数のフレネルレンズを配列することができる。好ましくは、これらを共通のキャリアに配置することができる。
【００４６】
前記の表面構造を形成するための工具は、本発明に関するものであり、工具は、少なくとも一つのファセット、少なくとも一つの活性弧、又は少なくとも一つのセグメントのネガ構造(negative structure)を備える。
【００４７】
特に、これは、本発明に係るフレネルレンズを形成するための工具を含む。個々のフレネルレンズの部品、又は複数の一式のフレネルレンズの表面構造におけるネガ構造を備える工具は、本発明に関するものである。
【００４８】
通常、フレネルレンズを形成するための工具は、ダイヤモンド（フレネルレンズ又はフレネルレンズ工具に対する原形のマイクロメカニカル形成(micromechanical production)）でカットされる。しかし、自由形状のレンズ工具を形成することは技術的に非常に複雑である。この方法で自由形状を形成できるが、ダイヤモンドの端部で部分方向に(portion-wise)にカットされる工具形状よりも、形成が非常に難しい。通常、使用されるダイヤモンドのカット端部は直線状なので、この方法で、フレネルレンズのために製造される原形は、通常、直線状の活性弧及び不活性弧を備える。光学的な関心事は、特に活性弧の形状である。
【００４９】
不活性弧は、レンズに対する有用な光学的機能を備えておらず、光学的損失が低いままとなるように、できるだけ急勾配なものが選ばれる。工具からのレンズの取り外しは限定的なものである。不活性弧の変形は、フレネルレンズの光学的機能に影響を及ぼすものではないので、工具形状によって形成される光学的に重要でない不活性弧が、直線状になるか、形成に有利な異なる形状となるような端部条件で、形状の最適化が行われる。しかし、これは、活性弧を自由形状にカットする困難性を解決するものではない。
【００５０】
工具生産を容易にするために、複数の直線状又は滑らかな曲線状のセグメントを有する工具の最適な活性弧の形状に近づけることが提案される（図３参照）。このような工具で形成されるフレネルレンズについては、形成温度から外れた温度の場合に、熱変形は、具体的に要求される形状に近い活性弧の形状となるが、これを正確に再生することがない。形状最適化に対するコンピューター演算でも、工具形状に基づく活性弧が、複数の直線状又は滑らかな曲線状のセグメントからなることを考慮できる。
【００５１】
工具は、コンピューター・シュミュレーションによって決定された形状でカットされ、例えば、形成温度と一致しない温度で具体的に要求される形状を有するフレネルレンズを形成できる。
【００５２】
さらに、工具は、硬化性プラスチック材料、フッ素化炭化水素、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硬質なプラスチック材料、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アルミニウム、銅、ニッケル、ニッケル合金、真ちゅうを備える。
【００５３】
前記した表面構造又はフレネルレンズを形成する方法は、本発明に関するものであり、表面構造の熱変形が、特定の温度変化に対するシュミレーション演算によって決定され、
使用中に発生する温度範囲で求められる活性弧の表面外形が決定され、シュミレーションによる熱変形が考慮されるように、形状的なセグメントの配置が達成される。
【００５４】
この方法で、簡単且つ経済的に表面構造及びレンズを形成できる。さらに、この方法で形成された表面構造及びフレネルレンズは、太陽電池にできるだけ多くの光を集める集光レンズ(concentrator lens)として用いられる能力がある。
【００５５】
例えば、形成は、スタンプ(stamping)、打設(casting)、射出成型によって行われ、液体又は柔軟材料が、工具及び材料、又は少なくとも部分的に固めるために用いられる材料に、部分的に接触して配置され、表面構造又はフレネルレンズを形成する間の温度（＝製造温度(manufacturing temperature)）は、表面構造を使用する間の温度（＝動作温度）と一致しない。
【００５６】
さらに、集中型太陽光発電モジュールでの本発明に係る少なくとも一つのフレネルレンズの使用は、本発明に関するものである。
【００５７】
一方で、集中型太陽光発電モジュールで本発明に係る個々のフレネルレンズを使用できる。他方で、集中型太陽光発電モジュールで複数のフレネルレンズを配置できる。好ましくは、これらを共通のキャリアに配置できる。
【００５８】
図１〜５及び実施形態１〜３を参照しながら、要旨を減縮することなく、本願に係る要旨について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】図１は、フレネルレンズ構造の熱変形を示す概略図。
【図２】図２は、フレネルレンズ構造を示す概略構成図。
【図３】図３ａ〜３ｄは、キャリアに配置された種々の表面構造を示す図。
【図４】図４ａは点集束レンズを示す図、図４ｂは線集束レンズを示す図、図４ｃはセグメント化された活性弧を有する表面構造を示す図。
【図５】図５ａは点集束レンズを示す図、図５ｂは非球面にカットされた活性弧を示す図、図５ｃは本発明に係るセグメント化された活性弧を示す図、図５ｄは直線の活性弧を示す図。
【発明の開示】
【００６０】
図１は、キャリア４に配置された表面構造１を示す。形成温度以上で加熱する間において、キャリア４としてのガラス板に設けられたフレネルレンズ構造の熱変形を表面構造１’として示す概略図である。二重斜線の領域は、高熱膨張の弾性材料（例えばシリコーン）からなる非変形表面構造１を示す。キャリア４は、例えば、低熱膨張の材料（例えばガラス）で製造される。活性弧(active edge)２及び不活性弧(inactive edge)３は、通常状態における表面構造１に係るものである。活性弧２’及び不活性弧３’は、変形状態における表面構造１’の形状に係るものであり、これは温度上昇の結果として得られるものである。なお、変形は誇張して描かれている。
【００６１】
図２は、キャリア４に配置された表面構造１を示す。表面構造は、活性弧２及び不活性弧３を備える。
【００６２】
図３ａは、キャリア４に設けられた動作温度での本発明に係る表面構造１’’’の実施形態を示す。温度変化の間に、（動作温度での）活性弧２’’’が形成され、ほぼ平坦になるように、製造温度での表面構造１’’の活性弧の理想的な形状は、３つの直線状セグメント５，５’，５’’によって近似される。この形状で直線状セグメント５，５’，５’’が発生するので、このような（製造温度での）セグメント化された活性弧２’’は、従来技術で知られている活性弧の形状よりも非常に簡単に形成される。不活性弧３’’は、直線状に製造される。動作温度において、不活性弧は凹形状３’’’を有する。
【００６３】
図３ｂは、動作温度での表面構造１’’’を示し、キャリア４に配置されている。製造温度において、表面構造１’’は凸状活性弧２’’を有する。動作温度において、活性弧２’’’は直線状を有する。不活性弧３’’は、直線状に製造される。動作温度において、不活性弧３’’’は凸形状を有する。このような構造の方法によって、活性弧の熱変形は、正確に補償される。曲線状の活性弧は、既に開示され、大型ファセットを有するフレネルレンズの場合、光学的な理由で使用されているという事実があり、上記は、この事実に関する最先端技術と合致するものである。しかし、小型ファセットの場合、このような形状を、非常に苦労して（可能としても）高品質で形成できる。
【００６４】
図３ｃには、製造温度における凸状活性弧２’’及び凸状不活性弧３’’を有する（製造温度における）表面構造１’’が表されている。動作温度において、表面構造１’’’の活性弧２’’’及び不活性弧３’’’は直線形状を有する。表面構造１’’又は１’’’は、キャリア４に配置される。図３ａで形成されたように、本発明に係るセグメント化された形状とは対照的に、このような形状を形成するには非常に複雑であるという事実を示す。
【００６５】
図３ｄは、従来技術から知られているように、キャリア４に配置された表面構造１’’又は１’’’を示す。製造温度において、活性弧２’’及び不活性弧３’’の双方は、直線形状を有する。動作温度において、活性弧２’’’及び不活性弧３’’’の双方は、凹状になる。
【００６６】
図４ａは、本発明に基づいてセグメント化された活性弧を有する円形の点集束レンズを示す。
【００６７】
図４ｂには、本発明に基づいてセグメント化された活性弧を有する矩形の線集束レンズを示す。
【００６８】
図４ｃは、点集束レンズ及び線集束レンズに使用できる表面構造を示す。この実施形態において、活性弧は、異なる長さの３つのセグメントから構成される。不活性弧は、直線形状を有する。
【００６９】
図５ａは、図５ｂ，５ｃ又は５ｄに従って異なって構成された表面構造を有する円形の点集束レンズを示す。
【００７０】
図５ｂには、表面構造の表面形状が表され、図５ａに基づく点集束レンズの中心に設けられている。不活性弧は、直線形状を有している。活性弧は、非球面状にカットされている。
【００７１】
図５ｃは、本発明に係る表面構造を示す。セグメント化された活性弧は、外側でセグメント数が減少している。不活性弧は、直線状である。この表面構造は、点集束レンズにおける中心（図５ｂ）と外側領域（図５ｄ）との間の領域に形成されている。
【００７２】
図５ｄは、直線状の活性弧と直線状の不活性弧との双方を有する表面構造を示す。この表面構造は、図５ａに係る点集束レンズの外側領域で用いられる。
【００７３】
［実施形態１］
同心のフレネルプリズムを有する点集束フレネルレンズにおいて、全ての活性弧は、図３ａに示すものと同様の３つのセグメントからなる構造を備える。個々の活性弧の正確な形状は、夫々で各フレネルプリズム及び各活性弧に対して最適化されている。活性弧の３つのセグメントは、それぞれ、分割された角度を有しており、個々のセグメントの長さは、一定ではない。即ち、活性弧の３つのセグメントは、通常、同じ長さではない（図４ａ）。
【００７４】
［実施形態２］
直線状のフレネルプリズムを有する直線状の線集束フレネルレンズにおいて、その活性弧は、図３ａに示すもののような３つのセグメントからなる。個々の活性弧の正確な形状は、それぞれ、各フレネルプリズムに対して最適化されている。従って、各セグメントは、分割された角度及び分割された長さを有する（図４ｂ）。
【００７５】
［実施形態３］
同心のフレネルプリズムを有する点集束フレネルレンズにおいて、中心のプリズム又はファセットは、非球面又は球面状の活性弧、及び外側に近接したセグメント化された活性弧を備える。各活性弧のセグメントの数は、光軸からのフレネルプリズムの隙間を増加することによって減少する。レンズの外側領域において、フレネルプリズムは、単一の直線状の活性弧を有する。全体としてできるだけ最善に、動作温度での要求される活性弧の形状（図５）に近づけるために、活性弧の各セグメントの正確な配置及び角度は、各フレネルプリズムに対して、それぞれ、最適化されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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