專利名稱：聚光系統(tǒng)的制作方法
聚光系統(tǒng)
技術領域：
在此披露的本發(fā)明涉及一個光學系統(tǒng)，特別涉及一個用于聚集光能的聚光光伏系統(tǒng)。
背景技術：
雖然陽光這種太陽能發(fā)電的能源，看似豐富和無燃料費，但是陽光的這些好處卻要被太陽能發(fā)電光伏(PV)電池的相當昂貴而抵消。而且，由于這些PV電池相當?shù)偷男埽?PV電池就需要占用相當大的面積，才能產(chǎn)生足夠量的電力。因此，提高PV電池的效能會降低太陽能發(fā)電的成本和/或增加太陽能發(fā)電裝機容量。聚光光伏(CPV)系統(tǒng)是通過光學元件將陽光聚集到相當小的太陽能電池上，減少使用昂貴的太陽能電池材料。CPV技術是一種將太陽能轉換為電能的很重要的方法。

發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供能有效聚集光能的裝置和方法。一種裝置，包括一個聚光器，用于將入射光轉換為會聚光；一個光準直元件，用于接受所述會聚光，并減小所述會聚光的會聚角度；一個光引導元件，用于引導所述減小角度的會聚光到一個光導以傳輸所述弓I導光。一種方法，包括收集并會聚入射光到一個光準直元件上；通過所述光準直元件以減小所述會聚光的會聚角度；將所述減小角度的會聚光轉向引導到一個光導以傳輸所述引導光。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用光準直元件來減小會聚光的會聚角度，從而使準直后的會聚光更容易在光導內以全反射形式傳播，避免了由于遮擋、反射等造成的解耦作用而導致的光損失，從而獲得更高的光學效率。本發(fā)明貢獻在于，由于獨特的光學準直與光導設計，該系統(tǒng)具有大的光學容忍角度(大大降低對追蹤器精度要求)、低光學損耗(可獲得超高光電轉換效率)、超高聚光比 (進一步降低對電池材料需求)的優(yōu)異特性，且簡單可靠，是低成本的聚光太陽能系統(tǒng)的行之有效的解決方案之一。

將參照以下附圖描述本發(fā)明的非限制性和非窮盡性的實施例，其中在整個說明書里相同參照碼是指相同部件，除非特別加以說明。圖1是一個實施例的聚光系統(tǒng)的截面圖。圖2是一個實施例的聚光系統(tǒng)的透視圖。圖3是一個實施例的聚光系統(tǒng)的一部分的截面圖。圖4是一個實施例的聚光系統(tǒng)的截面圖。圖5-17是多個實施例的聚光系統(tǒng)的一部分的截面圖。具體實施方式
在以下的詳細描述中，闡述了眾多具體細節(jié)，以便能夠全面理解本發(fā)明主題。但是，本領域技術人員將會明白，在沒有這些具體細節(jié)的情況下也可以實施本發(fā)明主題。另外，本領域技術人員所熟知的方法、裝置或系統(tǒng)將不作詳細描述，以免混淆所主張的發(fā)明主題。在整個說明書里，“一個實施例”可以是指關于一個特別實施例而描述的一個特別特征、結構或特性，該特別實施例可以包含在本發(fā)明的至少一個實施例內。因此，在說明書里各個地方出現(xiàn)的“在一個實施例里”不一定意在指同一實施例或描述的任何一個特別實施例。此外，可以理解，在一個或多個實施例里，特定特征、結構或特性可以以各種方式進行組合。當然，這樣那樣的問題可隨特定上下文的使用不同而不同。因此，描述的特定上下文或這些術語的使用能夠提供關于將對所述情形得出的推論的有益的指導。在一個實施例中，聚光系統(tǒng)可以包括一個或多個聚光器和一個光導結構。例如，該系統(tǒng)可以通過光學元件將太陽光聚集到相當小的光伏(PV)電池上，將太陽能轉換成電能。 聚光器可將入射陽光聚集到光準直器和/或光引導元件(light directing elements)上。 例如，光準直和/或光引導元件可以將聚集的入射光準直在相當小的會聚角度內，并引導該準直光到一個光導結構，這將在以下描述。進行光準直的一個好處是，在光導結構里由于解耦作用導致的光損失會消失或者減小，以便將光傳輸?shù)揭粋€能量轉換元件。在一個實施中，能量轉換元件將光轉換成不同形式的能量，如電能和熱能，能量轉換元件可以包括PV 電池和/或熱轉換裝置，本發(fā)明不受此限制。在一個實施例中，一個或多個光準直和/或光引導元件可以置于光導結構的外部，使得光準直和/或光引導元件在光導結構的光傳輸路徑之外。將光準直和/或光引導元件放置在這樣的位置上，有一個好處就是，光準直和/或光引導元件不會阻礙光線在光導結構里的傳輸。一個相反的例子，光準直和/或光引導元件物理位于光導結構的內部，這會阻礙部分光線沿著光導結構行進。在一個實施中，光導結構，如桿型光導，可用于將光傳輸?shù)揭粋€能量轉換元件，其物理地和/或光學地附于光導的末端區(qū)域。從多個聚光器出來的光線可共用同一個光導，盡管本發(fā)明主題不受此限制。在一些實施例里，光準直和/或光引導元件可以組合成一個單獨的光學元件，叫作準直引導元件(CDE)。例如，CDE可以包括至少一個表面，其非?？拷酃馄鞯慕裹c，以接受來自聚光器的光線。聚光器在一個相當大的面積上收集光線，并將收集的光線聚集在一個相當小的面積內，聚光器可以包括折射透鏡或折射透鏡的一個組合(如復合透鏡)，和/或菲涅耳透鏡， 這些僅是一些例子。該聚光器可以有一個相關焦距，其定義了這么一個距離，從該聚光器反射的光(或穿過該聚光器的光)可被聚焦在該距離上。另外，該聚光器可以有一個相關的數(shù)值孔徑(N. A.)，其定義了這么一個會聚角度，是從該聚光器反射的光錐角度。這個會聚角度可以用一個f_值來描述f_值(有時稱作焦比、f_比、f_光圈、相對孔徑)可以表示為聚光器的焦距除以有效孔徑。f_值是一個無量綱值，是透鏡速率或光錐陡度的一個數(shù)量計量。聚光器以一個特定的值而聚集光線，并且聚焦在一個特定的焦距上。該聚光器的下游光學元件的安排可以至少部分地根據(jù)焦距和/或N. A.來進行排列。聚光器的一個陣列可以包括一個或多個聚光器排列成任何可能的方式。在一個特別的例子里，該陣列是聚光器以行列排列。在一個實施中，一種收集和/或聚集光的方法包括收集入射光線并將其聚焦到一個光準直元件上，以增加入射光的f_值。該方法還可以包括轉向引導(steer)該增加了 f_值的來自光準直器的光進入一個光導，經(jīng)由該光導傳輸該轉向引導光到一個能量轉換裝置。在一個實施中，光準直元件可以進行光的轉向(light steering)。在另一個實施中，光引導元件可以進行光的轉向。增加入射光的f_值可以通過一個光學元件的一個曲面而執(zhí)行。該方法還可以包括合并從多個光準直元件出來的轉向光。圖1是一個實施例的聚光系統(tǒng)100的截面圖。系統(tǒng)100包括光學元件(如透鏡、 反射鏡、波導等)的一個布置排列，以將照射在一個區(qū)域上(該區(qū)域由一個長度104定義) 的光線聚集到一個更小區(qū)域上(該區(qū)域由一個長度102定義)。特別地，系統(tǒng)100可以包括一個或多個聚光器120以將入射光150轉換成一個會聚的光錐160。聚光器120可以包括一個曲面反射鏡，如拋物線型或球面型反射器。在一個實施中，曲面反射鏡可以是各種材料，如玻璃、塑料或金屬(其可以包括一個或多個反射涂層)。光線150可以是平行的太陽光，入射到聚光器120的曲面上，被反射成一會聚光錐160。例如，光線150由聚光器120反射，被聚集成一個光錐160，其有一特別的f-值。光線160被聚集到一個CDE 130，其光學地附著在一個光導110上。該⑶E將在以下做進一步描述。⑶E 130可以將接受到的光線引導入光導110，光導110將引導光170傳輸?shù)揭粋€能量轉換元件115。來自多個聚光器的光束可以共用一個光導。能量轉換元件可以包括一個或多個裝置，其能將聚集光轉換成另一種形式的能量，如電能(如利用光伏電池)或熱能(如利用熱轉換器)，這些僅僅是一些例子。在一個特別的實施中，給聚光器120和/或光導110提供物理支撐的一個結構是元件140，其包括剛性材料以保持聚光器120和光導110之間的一個恒定距離。在一個實施中，⑶E 130相當小，以減少對入射光150的阻礙。但是，⑶E 130的尺寸和大小要足夠大以至能滿足設計公差，如包括入射光150的角度偏差、CDE的位置或與聚光器120的對齊、CDE內表面的反射角、和/或CDE準直部分的尺寸，以接受來自聚光器120 的光線。圖2是一個實施例的聚光系統(tǒng)200的透視圖。系統(tǒng)類似于圖1的系統(tǒng)100。聚光器221、222、223可以將光分別聚集到⑶E 231、232、233。聚光器可以是拋物線型或球面型反射器，它們放置以將會聚光反射到⑶E。⑶E 231、232、233接受到的光被耦合入光導210。 光導210可以是任何類型的光導，如桿狀光導。一旦耦合入光導210，光線會因為全內反射而在光導210內行進，到達能量轉換元件215。當然，聚光系統(tǒng)的這些細節(jié)僅僅是示例，本發(fā)明主題不受此限制。圖3是一個實施例的聚光系統(tǒng)300的一部分的截面圖。⑶E 330光學地附著在光導310上，⑶E 330可以包括一個光學元件，其有光準直器335和光引導器338。該光學元件可以包括石英、藍寶石、塑料或其他光學材料。在一個特別實施中，光準直器335包括一個凹面在⑶E 330表面處。光引導器338包括一個平坦反射內表面。在一個實施中，⑶E 330的平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，⑶E330的平坦反射表面可以包括一反射涂層，以反射⑶E 330內部光線。在一個實施中，光線360進入光準直器335，被準直后得到光線365，光線365相對于光線360，有一個減小的會聚角度或增加的值。一個特別例子里，光線360的會聚角度大約是60度，而光線365的會聚角度大約是20度，當然本發(fā)明主題并不受此限制。使用光準直器如335進行準直光線，可以有益處， 例如，準直后，更容易控制光路徑以避免或減小解耦效果。光引導器338可以以一個特別角度來反射光線365，該特別角度至少部分是基于光導310的表面和光引導器338的反射表面之間的角度333。因此，光引導器338會以一個特別角度反射光線365，使得反射光線370以一個角度375進入光導310，該角度375允許全內反射出現(xiàn)在光導310內。光線370會在光導310內行進，然后進入一個能量轉換元件， 如圖1中的能量轉換元件。⑶E 330和光導310之間的光學界面包括一粘合劑，其有光學特性并將⑶E 330固定在光導310上。例如，具有高透射率的環(huán)氧樹脂或其他粘合劑可以將CDE 330和光導310 粘結在一起。在另一個實施中，⑶E330可以通過不同于粘合劑的方法附著在光導310上， 例如皮帶、螺栓或其他硬件(未顯示)可以用于將CDE 330附著在光導310上，當然本發(fā)明不受此限制。圖4是另一個實施例的聚光系統(tǒng)400的截面圖。準直的入射光線460穿過一個支撐結構405，該支撐結構405物理支撐第二反射鏡425。然后光線460入射到聚光器420，該聚光器有拋物面或球面反射表面。由聚光器420反射的會聚光465被引向第二反射鏡425， 其將光線折疊成一個光錐進入聚光器420的一個孔428。由第二反射鏡反射的光線468在穿過孔4 后，入射到⑶E 430上，⑶E 430或減小光線468的光錐角度，并引導最終光線進入光導410。例如，光線468的光錐角度可以從大約60度減小到大約20度或更小。最終光線470會在光導410內部行進，然后進入一個能量轉換元件415。在一個特別實施中，給聚光器420、第二反射鏡425和/或光導410提供物理支撐的一個結構是元件440，其包括剛性材料以保持系統(tǒng)400內各元件之間的恒定距離。圖5是一個實施例的聚光系統(tǒng)500的一部分的截面圖。⑶E 530光學地附著在光導510上，⑶E 530可以包括一個光學元件，其有光準直器535和光引導器538。在一個特別實施中，光準直器535包括一個凹面在⑶E 530表面處。光引導器538包括⑶E 530的一個曲面反射內表面。光引導器538可以是任何材料，如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 或聚碳酸酯(PC)，這僅僅是一些示例。在一個實施中，⑶E 530的曲面反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，⑶E 530的曲面反射表面可以包括一反射涂層，以在CDE 530內部反射光線。在一個實施中，光線560進入光準直器535，被準直后得到光線平行565。在另一個實施中，光線560進入光準直器535，被準直后得到光線565，光線565 相對于光線560，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器538可以以一個特別角度來反射光線565，該特別角度至少部分是基于光引導器538反射表面的形狀或曲率。因此，光引導器538會以一個特別角度反射光線565，使得反射光線570以一個角度575進入光導510，該角度575允許全內反射出現(xiàn)在光導510內。光線570會在光導510內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖6是一個實施例的聚光系統(tǒng)600的一部分的截面圖。⑶E 630光學地附著在光導610上，⑶E 630可以包括一個具有曲面638的光學元件，曲面638可以執(zhí)行光準直器和 /或光引導器的功能。光線660入射到表面638上，經(jīng)反射被準直和引導。在一個實施中， ⑶E 630與光導610結合為一體，因此⑶E 630和光導610是一體式光學材料。在另一個實施中，⑶E 630和光導610是分開的，它們被光學地粘合在一起。在這種情況下，光導610 包括至少兩個相對的表面，其中傳輸光從一個進入端表面(如⑶E630位于此表面處)進入，行進朝向一個出口端表面(如能量轉換元件位于此表面處)。盡管本發(fā)明主題不受此限制，CDE 630可以大于光導610。所述曲面638可以是圓柱形、球面形、拋物面形、或者自由形狀，這些僅僅是一些示例。表面638可以是任何材料，如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 或聚碳酸酯(PC)，這僅僅是一些示例。在一個實施中，曲面638可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，曲面638可以包括一反射涂層，以在⑶E 630內部反射光線。曲面 638可以以一個特別角度來反射光線665，該特別角度至少部分是基于曲面638反射表面的形狀或曲率。因此，反射光線670以一個角度進入光導610，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導610內。光線670會在光導610內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖7是一個實施例的聚光系統(tǒng)700的一部分的截面圖。實施例700類似于圖3的實施例300，除了⑶E 730和光導710由一個間隙734而分開。這個間隙可以填充有空氣。 ⑶E 730可以包括一個光學元件，其有光準直器735和光引導器738。該光學元件可以包括石英、藍寶石、塑料或其他光學材料。在一個特別實施中，光準直器735包括一個凹面在 ⑶E730表面處。光引導器738包括一個平坦反射內表面。圖8是一個實施例的聚光系統(tǒng)800的一部分的截面圖。光準直器830光學地附著在光導810上，光準直器830包括一個凹面835在準直器830表面處。光引導器812包括一個平坦反射內表面在光導810的末端。在一個實施中，該平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，光引導器812的平坦反射表面可以包括一反射外部涂層，以反射光導810內部光線。在一個實施中，光線860進入光準直器830，被準直后得到平行光線865。在另一個實施中，光線860進入光準直器830，被準直后得到光線865，光線 865相對于光線860，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器812可以以一個特別角度來反射光線865，該特別角度至少部分是基于光引導器812的反射表面關于光導810 表面的一個角度833。因此，光引導器812會以一個特別角度反射光線865，使得反射光線 870以一個角度進入光導810，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導810內。光線870會在光導 810內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖9是一個實施例的聚光系統(tǒng)900的一部分的截面圖。光準直器930光學地附著在光導910上，光準直器930包括一個凸透鏡。光引導器912包括一個平坦反射內表面在光導910的末端。在一個實施中，該平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，光引導器912的平坦反射表面可以包括一反射外部涂層，以反射光導910內部光線。在一個實施中，至少部分基于光準直器930的焦距，光線960進入光準直器930，被準直后得到平行光線965。在另一個實施中，同樣至少部分基于光準直器930的焦距，光線 960進入光準直器930，被準直后得到光線965，光線965相對于光線960，有一個減小的會聚角度或增加的f_值。光引導器912可以以一個特別角度來反射光線965，該特別角度至少部分是基于光引導器912的反射表面關于光導910表面的一個角度933。因此，光引導器912會以一個特別角度反射光線965，使得反射光線970以一個角度進入光導910，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導910內。光線970會在光導910內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。
圖10是一個實施例的聚光系統(tǒng)1000的一部分的截面圖。光準直器1030光學地附著在光導1010上，光準直器1030包括一個凹透鏡(如凹柱透鏡)。光引導器1012包括一個平坦反射內表面在光導1010的末端。在一個實施中，該平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，光引導器1012的平坦反射表面可以包括一反射外部涂層，以反射光導1010內部光線。在一個實施中，至少部分基于光準直器1030的焦距，光線 1060進入光準直器1030，被準直后得到平行光線1065。在另一個實施中，同樣至少部分基于光準直器1030的焦距，光線1060進入光準直器1030，被準直后得到光線1065，光線1065 相對于光線1060，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器1012可以以一個特別角度來反射光線1065，該特別角度至少部分是基于光引導器1012的反射表面關于光導1010 表面的一個角度1033。因此，光引導器1012會以一個特別角度反射光線1065，使得反射光線1070以一個角度進入光導1010，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1010內。光線1070會在光導1010內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖11是一個實施例的聚光系統(tǒng)1100的一部分的截面圖。光準直器1130光學地附著在光導1110上，光準直器1130包括一個凸透鏡(如凸柱透鏡)。光引導器1112包括一個平坦反射內表面在光導1110的末端。在一個實施中，該平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，光引導器1112的平坦反射表面可以包括一反射外部涂層，以反射光導1110內部光線。在一個實施中，至少部分基于光準直器1130的焦距，光線 1160進入光準直器1130，被準直后得到平行光線1165。在另一個實施中，同樣至少部分基于光準直器1130的焦距，光線1160進入光準直器1130，被準直后得到光線1165，光線1165 相對于光線1160，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器1112可以以一個特別角度來反射光線1165，該特別角度至少部分是基于光引導器1112的反射表面關于光導1110 表面的一個角度1133。因此，光引導器1112會以一個特別角度反射光線1165，使得反射光線1170以一個角度進入光導1110，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1110內。光線1170會在光導1110內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖12是一個實施例的聚光系統(tǒng)1200的一部分的截面圖。光準直器1230光學地附著在光導1210上，光準直器1230包括一個多邊棱鏡。光引導器1212包括一個平坦反射內表面在光導1210的末端。在一個實施中，該平坦反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，光引導器1212的平坦反射表面可以包括一反射外部涂層，以反射光導1210內部光線。在一個實施中，至少部分基于光準直器1230的焦距，光線1260進入光準直器1230，被準直后得到平行光線1265。在另一個實施中，同樣至少部分基于光準直器 1230的焦距，光線1260進入光準直器1230，被準直后得到光線1沈5，光線1265相對于光線1沈0，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器1212可以以一個特別角度來反射光線1沈5，該特別角度至少部分是基于光引導器1212的反射表面關于光導1210表面的一個角度1233。因此，光引導器1212會以一個特別角度反射光線1沈5，使得反射光線1270 以一個角度進入光導1210，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1210內。光線1270會在光導 1210內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖13是一個實施例的聚光系統(tǒng)1300的一部分的截面圖。光準直器1330內置在光導1310內。特別地，光準直器1330包括一個凹面在光導1310內。光引導器1312包括一個棱鏡，其光學地附著在光導1310的表面處。在一個實施中，光引導器1312包括一個光學元件，其并沒有和光導1310集成為一體。光線1360進入光準直器1330，被準直后得到平行光線1365，光線1365相對于光線1360，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器1312可以以一個特別角度來反射光線1365，使得反射光線1370以一個角度進入光導 1310，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1310內。光線1370會在光導1310內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖14是一個實施例的聚光系統(tǒng)1400的一部分的截面圖。表面1412包括光準直器和光引導器，因此，光線入射到表面1412上，經(jīng)反射被準直和引導。表面1412可以是一個凹弧反射內表面在光導1410的末端。在一個實施中，該反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，表面1412可以包括一反射外部涂層，以反射光導1410內部光線。在一個實施中，光線1460由表面1412反射后，被準直得到平行光線1465。在另一個實施中，光線1460由表面1412反射后，被準直得到光線1465，光線1465相對于光線1460，有一個減小的會聚角度或增加的f_值。表面1412可以以一個特別角度來反射光線1460，該特別角度至少部分是基于表面1412的形狀或曲率。因此，表面1412會以一個特別角度反射光線1460，使得反射光線1465以一個角度進入光導1410，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1410內。光線1470會在光導1410內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖15是一個實施例的聚光系統(tǒng)1500的一部分的截面圖。表面1512包括光準直器和光引導器，因此，光線入射到表面1512上，經(jīng)反射被準直和引導。表面1512可以是一個凸弧反射內表面在光導1510的末端。在一個實施中，該反射內表面可以通過全內反射而反射光線。在另一個實施中，表面1512可以包括一反射外部涂層，以反射光導1510內部光線。在一個實施中，光線1560由表面1512反射后，被準直得到平行光線1565。在另一個實施中，光線1560由表面1512反射后，被準直得到光線1565，光線1565相對于光線1560，有一個減小的會聚角度或增加的f_值。表面1512可以以一個特別角度來反射光線1560，該特別角度至少部分是基于表面1512的形狀或曲率。因此，表面1512會以一個特別角度反射光線1560，使得反射光線1565以一個角度進入光導1510，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1510內。光線1570會在光導1510內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。圖16是一個實施例的聚光系統(tǒng)1600的一部分的截面圖。光準直器1635和光引導器1612內置在光導1610內。特別地，光準直器1635包括一個凹面在光導1310內。光引導器1612包括一平坦反射內表面，其由一有角度的V型切口形成在光導1610的另一表面內。在一個實施中，光線1660進入光準直器1635(和光導1610)，被準直后得到平行光線1665。在另一實施中，光線1660進入光準直器1635，被準直后得到光線1665，光線1665 相對于光線1660，有一個減小的會聚角度或增加的f-值。光引導器1612可以以一個特別角度來反射光線1665，使得反射光線1670以一個角度進入光導1610，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1610內。光線1670會在光導1610內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖 1中的能量轉換元件。圖17是一個實施例的聚光系統(tǒng)1700的一部分的截面圖。光準直器1730包括一個凸透鏡，其不需要和光導1710集成為一體。特別地，光準直器1730包括一個凸透鏡，其與光導1710的表面光學連接。光引導器1712包括一個棱鏡，其與光導1710的表面光學連接。在一個實施中，光引導器1712包括一個光學元件，其并沒有和光導1710集成為一體。 光線1760進入光準直器1730，被準直后得到光線1765，光線1765相對于光線1760，有一個減小的會聚角度或增加的f_值。光引導器1712可以以一個特別角度來反射光線1765，使得反射光線1770以一個角度進入光導1710，該角度允許全內反射出現(xiàn)在光導1710內。光線1770會在光導1710內行進，然后進入一個能量轉換元件，如圖1中的能量轉換元件。本領域所屬技術人員會認識到，對上述描述可以有無限多的變化，這些例子和附圖僅僅是用于描述一個或多個特別的實施方式。在此使用的“和”、“和/或”和“或”可以包含各種涵義，同樣至少部分取決于這些術語使用的上下文。通常，使用時，如果“或”和“和/或”關聯(lián)到一個列表，如A、B或C，其可以是包含涵義，是指A、B和C，也可以是排他涵義，是A、B或C。另外，在此使用的“一個或多個”可以用來描述單數(shù)的任何特征、結構或特性，或可以用來描述特征、結構或特性的一些組合。盡管如此，應該注意到，這僅是一個描述例子，本發(fā)明并不受限于此例子。盡管已經(jīng)描述和敘述了示范實施例的本發(fā)明，但本領域技術人員將會理解，在不脫離本發(fā)明主題的前提下可以對其作出各種修改和替換。另外，在不脫離在此所述的中心概念的情況下，可以作出許多修改以將一個特別情景適用到本發(fā)明的教義。因此，本發(fā)明主題不會受限于在此披露的特定實施例，相反，本發(fā)明主題還可能包括屬于所附權利要求及其等同物的范圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種裝置，包括一個聚光器，用于將入射光轉換為會聚光；一個光準直元件，用于接受所述會聚光，并減小所述會聚光的會聚角度； 一個光引導元件，用于引導所述減小角度的會聚光到一個光導以傳輸所述引導光。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件包括至少一個曲面，用以減小所述會聚光的會聚角度。
3.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件包括一個多邊棱鏡，用以減小所述會聚光的會聚角度。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述光引導元件包括一反射內表面，用以引導所述減小角度的會聚光到所述光導。
5.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件和所述光引導元件組成一個單獨的光學元件。
6.如權利要求5所述的裝置，其中所述單獨的光學元件包括至少一個凸曲面或凹曲面，用以執(zhí)行以下至少一個功能減小所述會聚光的會聚角度，引導所述減小角度的會聚光到所述光導。
7.如權利要求5所述的裝置，還包括一個間隙在所述光導和所述單獨光學元件之間。
8.如權利要求1所述的裝置，其中所述光引導元件和所述光導組成一個單獨的光學元件。
9.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件和所述光導組成一個單獨的光學元件。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件、所述光引導元件、和所述光導組成一個單獨的光學元件。
11.如權利要求10所述的裝置，其中所述單獨的光學元件包括至少一個曲面，用以執(zhí)行以下至少一個功能減小所述會聚光的會聚角度，引導所述減小角度的會聚光到所述光導。
12.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件位于所述光導的外部。
13.如權利要求1所述的裝置，其中所述光引導元件位于所述光導的外部。
14.如權利要求1所述的裝置，其中所述光導是一個桿狀光導。
15.如權利要求14所述的裝置，其中所述光導包括至少兩個相對的平面，其中所述傳輸光從進入端表面朝向出口端表面?zhèn)鬏敗?br> 16.如權利要求1所述的裝置，還包括一個能量轉換元件，用以經(jīng)由所述光導而接受所述減小角度的會聚光。
17.如權利要求16所述的裝置，其中所述能量轉換元件包括至少一個裝置以將所述接受到的光轉換成其他形式的能量。
18.如權利要求1所述的裝置，其中所述聚光器包括一曲面反射鏡。
19.如權利要求18所述的裝置，其中所述聚光器還包括第二曲面反射鏡。
20.如權利要求1所述的裝置，其中所述聚光器包括一折射透鏡。
21.如權利要求1所述的裝置，其中所述光導包括一曲面端，其中所述曲面端包括所述光準直元件和所述光引導元件。
22.如權利要求1所述的裝置，其中所述光導的一側包括一V型切口，所述光導的另一側包括一凸形或凹形口，其中所述V型切口包括所述光引導元件，所述凸形或凹形口包括所述光準直元件。
23.如權利要求1所述的裝置，其中所述光準直元件和所述光引導元件都位于靠近所述聚光器的焦點處。
24.一種方法，包括收集并會聚入射光到一個光準直元件上； 通過所述光準直元件以減小所述會聚光的會聚角度； 將所述減小角度的會聚光轉向引導到一個光導以傳輸所述引導光。
25.如權利要求M所述的方法，其中所述光準直元件執(zhí)行所述光的轉向引導功能。
26.如權利要求25所述的方法，其中一個光引導元件執(zhí)行所述光的轉向引導功能。
27.如權利要求24所述的方法，其中一個光學元件的一個曲面執(zhí)行所述減小所述會聚光的會聚角度的功能。
28.權利要求25所述的方法，還包括將來自多個所述光準直元件的轉向光組合合并起來。
全文摘要
一個用于聚集光能量的光學系統(tǒng)，包括一個用于將入射光轉為會聚光的聚光器、一個用于接受會聚光并減小會聚光的會聚角度的光準直器、和一個用于引導該減小角度的會聚光到一個光導的光引導元件。光導傳輸該引導光。
文檔編號G02B6/00GK102313975SQ201110226558
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月8日 優(yōu)先權日2011年7月20日
發(fā)明者盧明, 周偉, 黃旭艷 申請人:香港應用科技研究院有限公司