一种光纤太阳光采集用双透镜系统及照明设备的制作方法

1.本实用新型涉及太阳光照明技术领域，具体涉及一种光纤太阳光采集用双透镜系统及照明设备。


背景技术：

2.将太阳光经传能光纤传输到室内进行照明是太阳能利用的新发展，而将太阳光耦合到传能光纤中是这项技术的一个难点。由光学透镜把太阳光在焦点处汇聚成面积很小的光斑，这是太阳光采集光纤导入系统有效工作的前提，也就是说只有在太阳光明亮，地物影子明显的条件下，才能使该照明系统正常工作，简言之，只能在阳光照射、天气晴朗时该系统才能发挥较好的照明效果。
3.为了实现太阳光聚焦光斑与光纤的最佳偶合，即使之具有最大的耦合效率，就必须首先要达到以下的要求:一是尽量使日光聚焦光斑直径变小，耦合光轴与光纤端面法线重合；二是光纤输入端面光滑且保持特定形状；三是尽量选用直径大的光纤；四是使光入射角不能太大，否则在光纤中不产生全反射。
4.由于单透镜和光纤组合使光耦合进入光纤时，会产生较大的球差。球差的的定义是轴上点发出的通信光束不再是同心光束，不同入射高度的光线交光轴于不同位置，相对近轴像点(理想像点)有不同程度的偏离，这种偏离成为轴向球差，参照图1所示，单透镜和光纤组合存在导耦合进入光纤的损失能量过多的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是提供一种光纤太阳光采集用双透镜系统及照明设备，能够缩小汇聚光斑尺寸，实现高效率耦合的目的。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种光纤太阳光采集用双透镜系统，包括镜筒，镜筒顶部设置有凸透镜，所述凸透镜位于镜筒内部一侧设置有凹透镜，所述凸透镜和凹透镜配合形成双分离透镜，所述镜筒底部中间设置有光纤，所述双分离透镜将太阳光聚焦至光纤中心。
7.进一步的，所述凸透镜周边设置有第一固定支耳，所述凹透镜周边设置有第二固定支耳，所述第一固定支耳和第二固定支耳与镜筒固定连接。
8.进一步的，所述第一固定支耳和第二固定支耳对应的镜筒内壁上设置有锁固底座。
9.进一步的，所述镜筒为六边形结构，所述第一固定支耳和第二固定支耳的数量均为3且均匀分布设置，所述锁固底座数量为6且分布在镜筒的六个内夹角处，所述第一固定支耳和第二固定支耳交替布置并通过锁固螺钉锁固在对应的锁固底座上。
10.进一步的，所述锁固底座上设置有螺纹孔，所述锁固底座底部设置有调节螺钉，所述调节螺钉通过螺纹孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部。
11.进一步的，所述镜筒表面设置有调节避让槽。
12.进一步的，所述锁固底座上设置有导向孔，所述锁固底座底部设置有微型推杆，所述微型推杆通过导向孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部。
13.一种照明设备，采用上述任意一项所述的双透镜系统。
14.本实用新型的有益效果：
15.通过设计了凹透镜结构，将其放在凸透镜后面可以抵消部分色差，缩小了汇聚光斑尺寸，可以极好的满足太阳光聚焦耦合条件，可以使用更为细的多模石英光纤实现高效率耦合，进而降低设备成本。
附图说明
16.图1是现有技术中的光路示意图；
17.图2是本实用新型的双透镜系统示意图；
18.图3是本实用新型双透镜结构示意图；
19.图4是图2的截面结构示意图；
20.图5是图4中第一固定支耳固定结构示意图；
21.图6是图4中第二固定支耳固定结构示意图；
22.图7是本实用新型的光路示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
24.参照图2所示，本实用新型的光纤太阳光采集用双透镜系统的一实施例，包括镜筒1，镜筒顶部设置有凸透镜2，凸透镜位于镜筒内部一侧设置有凹透镜 3，凸透镜和凹透镜配合形成双分离透镜，镜筒底部中间设置有光纤，双分离透镜将太阳光聚焦至光纤中心，通过增加凹透镜的方式能够抵消部分色差，有效的将凸透镜的球差减小，在满足太阳光聚焦耦合条件的同时，还可以有效减小光斑尺寸，实现高效率耦合。
25.参照图2至图7所示，提供一种双透镜固定的方式，由于凸透镜和凹透镜重叠设置，在凸透镜周边设置有第一固定支耳4，凹透镜周边设置有第二固定支耳5，第一固定支耳和第二固定支耳与镜筒固定连接，便于组装。
26.还在第一固定支耳和第二固定支耳对应的镜筒内壁上设置有锁固底座6，便于第一固定支耳和第二固定支耳锁固，第一固定支耳、第二固定支耳与锁固底座的配合设计能够使得凹透镜和凸透镜依次摆放即可快速固定，并且制备难度低，有效降低制备成本。具体的，将镜筒设计为六边形结构，第一固定支耳和第二固定支耳的数量均为3且均匀分布设置，锁固底座数量为6且分布在镜筒的六个内夹角处，第一固定支耳和第二固定支耳交替布置并通过锁固螺钉7 锁固在对应的锁固底座上，在有效固定的同时，还解决了固定干涉的问题。
27.由于零部件加工过程中具有加工误差，在组装过程中并不能保证透镜位置与设计位置一致，因此在锁固底座上设置有螺纹孔，锁固底座底部设置有调节螺钉9，调节螺钉通过螺纹孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部，通过三点定位顶升调节，可以将凸透镜和凹透镜的安装姿态进行任意调节，根据调节达到良好的聚焦效果。并且
调节螺钉的使用成本低，易于获得。为了方便调节，还在镜筒表面设置有调节避让槽8，通过从调节避让槽伸入，可以方便的进行调节螺钉的调节。
28.本实用新型还公开了一组双透镜的设计参数：
[0029][0030][0031]
在设计过程中发现，在双透镜的优化函数中，由于有效焦距的优化也占一定比重，为了消除边缘光纤色差，采用凹透镜来抵消的方式完全可行，且能够达到较好的使用效果。
[0032]
在一实施例中，锁固底座上设置有导向孔，锁固底座底部设置有微型推杆，微型推杆通过导向孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部，微型推杆体积小，不影响光路和整体体积，并且调节便捷，微型推杆具有停电自锁功能，保证调节后的结构稳定性。
[0033]
本实用新型还公开一种照明设备，采用上述的双透镜系统，通过双透镜系统的配合使用，能够缩小汇聚光斑尺寸，可以极好的满足太阳光聚焦耦合条件，可以使用更为细的多模石英光纤实现高效率耦合，进而降低设备成本。
[0034]
以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。


技术特征：
1.一种光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，包括镜筒，镜筒顶部设置有凸透镜，所述凸透镜位于镜筒内部一侧设置有凹透镜，所述凸透镜和凹透镜配合形成双分离透镜，所述镜筒底部中间设置有光纤，所述双分离透镜将太阳光聚焦至光纤中心。2.如权利要求1所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述凸透镜周边设置有第一固定支耳，所述凹透镜周边设置有第二固定支耳，所述第一固定支耳和第二固定支耳与镜筒固定连接。3.如权利要求2所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述第一固定支耳和第二固定支耳对应的镜筒内壁上设置有锁固底座。4.如权利要求3所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述镜筒为六边形结构，所述第一固定支耳和第二固定支耳的数量均为3且均匀分布设置，所述锁固底座数量为6且分布在镜筒的六个内夹角处，所述第一固定支耳和第二固定支耳交替布置并通过锁固螺钉锁固在对应的锁固底座上。5.如权利要求4所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述锁固底座上设置有螺纹孔，所述锁固底座底部设置有调节螺钉，所述调节螺钉通过螺纹孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部。6.如权利要求5所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述镜筒表面设置有调节避让槽。7.如权利要求4所述的光纤太阳光采集用双透镜系统，其特征在于，所述锁固底座上设置有导向孔，所述锁固底座底部设置有微型推杆，所述微型推杆通过导向孔伸出锁固底座并抵接在第一固定支耳或第二固定支耳底部。8.一种照明设备，其特征在于，采用权利要求1-7任意一项所述的双透镜系统。

技术总结
本实用新型公开了一种光纤太阳光采集用双透镜系统，包括镜筒，镜筒顶部设置有凸透镜，所述凸透镜位于镜筒内部一侧设置有凹透镜，所述凸透镜和凹透镜配合形成双分离透镜，所述镜筒底部中间设置有光纤，所述双分离透镜将太阳光聚焦至光纤中心。本实用新型能够缩小汇聚光斑尺寸，实现高效率耦合的目的。实现高效率耦合的目的。实现高效率耦合的目的。


技术研发人员：杨双收 冯震 岳叶 刘雁飞 熊加丽 杨梦格 张应华
受保护的技术使用者：秦皇岛光岩科技有限公司
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/8/23