本發(fā)明總體上涉及定日鏡和太陽(yáng)能陣列的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明適于由機(jī)械外殼保護(hù)的定日鏡，該機(jī)械外殼使定日鏡針對(duì)家用照明用途而優(yōu)化。

背景技術(shù)：

如已知的，定日鏡為使這樣一種裝置，其用于在一天的跨度期沿循太陽(yáng)的路徑以通常借助于一個(gè)或多個(gè)鏡將太陽(yáng)的光朝向精確的目標(biāo)定向。

現(xiàn)今，定日鏡大部分在工業(yè)熱力學(xué)工藝中使用以通過(guò)同時(shí)使用指向同一目標(biāo)的多個(gè)定日鏡來(lái)增大在塔上的熱裝置的溫度，這對(duì)于將熱量轉(zhuǎn)換成電力的裝置獲得必要的溫度是不可或缺的。

然而，定日鏡的其它應(yīng)用可包括用于家用和城市用途的光重新定向器，在該光重新導(dǎo)向器中，定日鏡將陽(yáng)光朝向物體、房間、街道、紀(jì)念碑或廣場(chǎng)重新導(dǎo)向以照明、照亮和/或使溫暖。

現(xiàn)今使用的大部分陽(yáng)光重新導(dǎo)向系統(tǒng)昂貴并且需要集中的且侵入式的安裝程序，可通過(guò)定日鏡的精細(xì)使用而去除該安裝程序。

然而，如果想要使用定日鏡作為家用裝置以放置在室內(nèi)(列舉幾個(gè)選項(xiàng)，在窗臺(tái)、廚房島臺(tái)、書桌、床頭柜、墻壁或天花板等上)或室外(例如陽(yáng)臺(tái)欄桿或花園)，以便這種家用裝置與太陽(yáng)直接接觸，從而能夠重新導(dǎo)向到最需要陽(yáng)光的位置，該位置可在室內(nèi)(在天花板上以獲得由于天花板材料提供的散射所產(chǎn)生的漫射照明效果，或在建筑物的特定部分中以獲得基于任務(wù)的照明效果以便照明建筑物的特定區(qū)域，諸如書桌或植物)或室外(在背陰且需要陽(yáng)光的庭院或后院)，現(xiàn)今使用的定日鏡系統(tǒng)證明是相當(dāng)不足的。事實(shí)上，大部分定日鏡聚焦于加強(qiáng)和優(yōu)化為工業(yè)應(yīng)用的基礎(chǔ)的特征，諸如指向精度、鏡面平面度、力學(xué)穩(wěn)定性和穩(wěn)健性。但在開發(fā)用于家用應(yīng)用的定日鏡時(shí)，其它特征變得重要，諸如但不限于緊湊性、便攜性、自供電自主性、亮度、低維護(hù)時(shí)間、整個(gè)系統(tǒng)成本低以及保護(hù)免受外界天氣影響。

為了產(chǎn)生針對(duì)家用用途優(yōu)化的定日鏡，需要重新審視構(gòu)成定日鏡的關(guān)鍵部件并將其重新布置，使得加強(qiáng)家用特征的優(yōu)化。

horton的美國(guó)專利第4,192,583號(hào)限定了一種裝配在由安裝于地面中的底座支撐的保護(hù)性外殼內(nèi)的定日鏡。雖然這是一種保護(hù)免受天氣因素影響的方式，但這種外殼不允許用于住宅室內(nèi)和室外用途的定日鏡所需的便攜性。

horton等人的美國(guó)專利第4,283,887號(hào)限定了用于定日鏡的泡狀外殼，通過(guò)用加壓的空氣填充該泡狀外殼而使其膨脹。雖然該專利明確地限定了一種保護(hù)容納在這種外殼內(nèi)的定日鏡的方式，但其絕對(duì)不能解決緊湊性、便攜性、自供電自主性、低維護(hù)時(shí)間或低成本的其它特征中的任一種。事實(shí)上，這種保護(hù)性結(jié)構(gòu)旨在用于需要安裝在地面上并由安裝在定日鏡部位處地面中的填土塑料環(huán)形袋形式的底座支撐的較大定日鏡。

sallis的美國(guó)專利第4,620,382號(hào)教導(dǎo)了一種用于使膜氣動(dòng)或液壓地張緊的設(shè)備，受拉伸的膜可支撐反射表面以用作太陽(yáng)能收集系統(tǒng)中的定日鏡。這種類型的定日鏡裝置的缺點(diǎn)為不具有用于保護(hù)定日鏡裝置免受外部因素影響的外殼。

butler的美國(guó)專利第4,870,949號(hào)教導(dǎo)了一種防風(fēng)雙軸跟蹤器，其用于導(dǎo)向太陽(yáng)能反射器、定日鏡或碟形天線。通過(guò)可旋轉(zhuǎn)地附接到基座上的臺(tái)架輪在豎直方向上支撐升降驅(qū)動(dòng)環(huán)。反射器沿升降驅(qū)動(dòng)環(huán)的圓周附接在兩點(diǎn)處。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，直徑稍小于升降驅(qū)動(dòng)環(huán)的內(nèi)徑的反射器安裝到升降驅(qū)動(dòng)環(huán)。多個(gè)支撐構(gòu)件(諸如纜線)從升降驅(qū)動(dòng)環(huán)延伸到反射器的周緣。通過(guò)將水平轉(zhuǎn)臺(tái)或驅(qū)動(dòng)環(huán)合并為基座的一部分或者通過(guò)調(diào)節(jié)從升降驅(qū)動(dòng)環(huán)側(cè)向延伸到反射器周緣的支撐纜線的相應(yīng)長(zhǎng)度而使反射器在升降驅(qū)動(dòng)環(huán)內(nèi)樞轉(zhuǎn)，來(lái)提供方位角調(diào)節(jié)。這種類型的定日鏡裝置的缺點(diǎn)為，其不包括用于保護(hù)定日鏡裝置的外殼并且主要關(guān)注使用與用于反射器的轉(zhuǎn)臺(tái)方位角驅(qū)動(dòng)組合的無(wú)中心升降驅(qū)動(dòng)以便減小用于防風(fēng)的材料的結(jié)構(gòu)/重量。在極端條件下這可為合適的，這種設(shè)計(jì)對(duì)于成比例縮小的定日鏡裝置的家用用途將是不切實(shí)際的和無(wú)效的。

knight的美國(guó)專利第7,887,188號(hào)，雖然公開了由放置在接合在一起的兩個(gè)半球體中的鏡構(gòu)成的定日鏡，其中鏡包含在球體的內(nèi)表面上行進(jìn)以便使其朝向目標(biāo)移動(dòng)和定向的多個(gè)輪，該專利成功地最大化可適配在球體內(nèi)的鏡尺寸，但完全未能提供用于入射和出射陽(yáng)光的光學(xué)平滑表面，其中所謂入射是指陽(yáng)光從太陽(yáng)到鏡，而所謂出射是指陽(yáng)光從鏡反射到目標(biāo)。這種半球體接合部不允許入射和出射陽(yáng)光兩者不受阻擋地進(jìn)入或離開所公開的外殼。如果入射和出射射線在其路徑中以顯著的折射效應(yīng)而偏離，這將使準(zhǔn)確度基于由那些入射和出射射線產(chǎn)生的角度的任何光學(xué)傳感器混亂。最重要地，在操作中，輪與球體的內(nèi)表面之間的摩擦接觸將不可避免地開始在內(nèi)表面上留下痕跡，并且隨著時(shí)間的推移，這些痕跡不僅變得不美觀，而且還將不利地影響定日鏡的光學(xué)性能。

bronstein等人的美國(guó)專利第8,132,928號(hào)描述了一種利用張緊的反射膜的改進(jìn)的太陽(yáng)能反射器，其進(jìn)一步包括附接到金屬帶的外表面的膜，該金屬帶借助于彎曲面張緊塊定位在端部形狀上。雖然線性張緊的膜反射器具有優(yōu)于剛性結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)點(diǎn)，但與使用較剛性框架的反射器技術(shù)相比，這種膜存在多種問(wèn)題。例如，大部分膜利用某些層壓物(諸如薄膜)作為用于膜的基底。聚酯薄膜(雙軸定向聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯bopet聚酯薄膜)是一種尺寸穩(wěn)定的材料，當(dāng)薄膜置于壓縮狀態(tài)時(shí)，其以不期望的方式反應(yīng)。安裝膜的典型方式是用結(jié)構(gòu)粘合劑(諸如環(huán)氧樹脂)將膜粘附到金屬帶的下側(cè)。然后將帶圍繞端部形狀纏繞并夾緊保持在位。然而，由于帶圍繞端部形狀彎曲，帶的面向內(nèi)的表面和膜處于壓縮，從而產(chǎn)生皺紋。然后，在帶被束緊在端部形狀上時(shí)，這些缺陷被壓壞并鎖定在位。由于橫跨整個(gè)膜的表面的大的縱向皺紋和波紋，薄膜中的這些變形被薄膜放大并且傳遞到膜中，從而使其形狀扭曲并導(dǎo)致其預(yù)期目的的性能下降。

在本領(lǐng)域中需要提供一種對(duì)于家用用途不能適用、不合適和不切實(shí)際的大型定日鏡的解決方案，同時(shí)當(dāng)與定日鏡的現(xiàn)有技術(shù)相比時(shí)提供更好益處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求的用于針對(duì)家用照明用途而優(yōu)化的定日鏡的機(jī)械外殼。

在一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種在一個(gè)緊湊裝置中包括家用目的的以下所有特征的家用定日鏡，這些特征為便攜性、重量輕、自供電、無(wú)線、時(shí)尚設(shè)計(jì)、低維修和耐戶外天氣。其還被設(shè)計(jì)成具有低制造成本。在一個(gè)方面，天氣對(duì)定日鏡的功能部件的有害影響被最小化。在另一方面，本發(fā)明的設(shè)計(jì)顯著降低風(fēng)荷載對(duì)鏡的影響。這些方面通過(guò)將可轉(zhuǎn)向鏡及其機(jī)電控制系統(tǒng)封閉在透明外殼內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，鏡和控制系統(tǒng)與外部完全密封。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種家用定日鏡，其包括：可轉(zhuǎn)向鏡、機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制傳感器，全部都容納在機(jī)械外殼內(nèi)，其中，機(jī)械外殼具有斷開線或接合部，圍繞該斷開線或接合部外殼分能開成兩個(gè)或多個(gè)部分。在一個(gè)方面，這個(gè)實(shí)施方式進(jìn)一步特征在于：機(jī)械外殼的至少一部分呈球殼的一部分的形狀并且該部分由光學(xué)透明材料制成，另外其中，外殼的透明球殼形狀的部分對(duì)著在球體的中心處超過(guò)2π球面度的立體角。在另一方面，將機(jī)械外殼分成兩個(gè)部分的接合部的軌線被優(yōu)化成允許最大可能的鏡插入機(jī)械外殼內(nèi)以便使在目標(biāo)上反射的太陽(yáng)能和照明最大化，這種優(yōu)化為馬鞍狀或橢圓形。在另一方面，可轉(zhuǎn)向鏡優(yōu)選地為圓形，以便使將適配在機(jī)械外殼內(nèi)的反射區(qū)域最大化，該反射區(qū)域在形狀上優(yōu)選地為球形，并且可轉(zhuǎn)向反射鏡具有的半徑小于機(jī)械外殼的球形部分的內(nèi)徑。在另一方面，可轉(zhuǎn)向鏡圍繞兩個(gè)軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝，該兩個(gè)軸線在機(jī)械外殼的球形部分的幾何球形中心處或附近相交。在另一方面，可轉(zhuǎn)向鏡被安裝成使得其反射表面在其可轉(zhuǎn)向可旋轉(zhuǎn)位置范圍的大部分上面向由光學(xué)透明材料制成的外殼的球形部分。在另一方面，轉(zhuǎn)向控制傳感器被固定到機(jī)械外殼的內(nèi)表面。在另一方面，定日鏡是電自供電的。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式描述了一種用于定日鏡的機(jī)械外殼，其特征為，定日鏡的機(jī)械外殼的球形部分在立體角度范圍上大于半球，并且優(yōu)選地在立體角度范圍上大于半球的四分之五，并且優(yōu)選地，在至少一個(gè)維度上對(duì)著在球體的中心處多達(dá)270度的角度。在一個(gè)方面，將機(jī)械外殼分成兩部分的接合部的軌線另外允許機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)插入外殼中，而接合部的軌線為橢圓形或?yàn)轳R鞍狀，并且其與機(jī)械外殼的在形狀上基本上為球形且由光學(xué)透明材料制成的部分不相交。在另一方面，接合部的軌線被選擇成使得留下盡可能大的區(qū)域，以及未破裂的透明外殼的可能全部的基本上球形部分。

在另一實(shí)施方式中，向定日鏡的鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)供電的電自供電通過(guò)一個(gè)或多個(gè)第一光伏電池提供，其中，第一光伏電池位于機(jī)械外殼內(nèi)，該機(jī)械外殼設(shè)置有透明窗，第一光伏電池經(jīng)定位在該機(jī)械外殼中以便通過(guò)透明窗對(duì)外部可見(jiàn)。在一個(gè)方面，該窗可部分地或完全通過(guò)機(jī)械外殼的由光學(xué)透明材料制成的球形部分提供。在另一方面，這些第一光伏電池被安裝成與可轉(zhuǎn)向鏡共移動(dòng)，使得群毆光敏表面基本上面向與可轉(zhuǎn)向鏡的反射表面相同的方向。

在本發(fā)明的再另一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制傳感器被固定到機(jī)械外殼的內(nèi)表面并且被定位成使該轉(zhuǎn)向控制傳感器對(duì)從太陽(yáng)到定日鏡的目標(biāo)的光的通道的遮擋最小化，并且優(yōu)選地在機(jī)械外殼的水平中線面下方。在一個(gè)方面，轉(zhuǎn)向控制傳感器可通過(guò)第一光伏電池供電，但優(yōu)選地獨(dú)立于定日鏡的電自供電而自供電，并且優(yōu)選地通過(guò)與轉(zhuǎn)向控制傳感器共安裝的一個(gè)或多個(gè)第二光伏電池自供電。在另一方面，這些第二光伏電池被安裝成使得其光敏表面面向可轉(zhuǎn)向鏡的中心或面向頂點(diǎn)。轉(zhuǎn)向控制傳感器優(yōu)選地經(jīng)由紅外(ir)鏈路或無(wú)線電鏈路與轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)無(wú)線連通。可選地，轉(zhuǎn)向控制傳感器經(jīng)由有線連接與控制系統(tǒng)連通。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)都機(jī)械地安裝在可轉(zhuǎn)向鏡的后部(非反射側(cè))上并且通過(guò)定日鏡的機(jī)械外殼的不透明部分和/或通過(guò)可轉(zhuǎn)向鏡而基本上對(duì)外部觀察者的視線隱藏?？商娲?，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)優(yōu)選地在機(jī)械外殼的不透明部分上的基本上僅一個(gè)位置處附接到機(jī)械外殼。

在再另一實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)優(yōu)選地經(jīng)由無(wú)線電鏈路、紅外(ir)鏈路、無(wú)線鏈路(即wifi)或優(yōu)選為超聲的聲鏈路而從機(jī)械外殼外部遠(yuǎn)程可控，而不具有有限鏈路。

在一個(gè)替代實(shí)施方式中，機(jī)械外殼基本上為剛性的，基本上與外部環(huán)境密封并且優(yōu)選地為氣密密封，優(yōu)選地設(shè)置有干燥劑元件，諸如硅膠，并且由基本上防碎且優(yōu)選地為塑料材料類(例如甲基丙烯酸酯聚合物或聚碳酸酯)的材料制成。機(jī)械外殼的總尺寸針對(duì)家用照明用途而優(yōu)化；機(jī)械外殼的最大尺寸優(yōu)選地不小于20cm且優(yōu)選地不大于100cm，并且更優(yōu)選地不大于60cm。

在再另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械外殼的所有內(nèi)部部件優(yōu)選地被選擇為比在沒(méi)有外殼的情況下承受正常戶外風(fēng)荷載所需的構(gòu)造更輕的構(gòu)造，并且可轉(zhuǎn)向鏡的厚度優(yōu)選地被選擇為基本上小于鏡直接暴露于正常戶外風(fēng)荷載以避免大量彎曲所需的鏡的最小厚度。類似地，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)被選擇為具有基本上比可轉(zhuǎn)向反射鏡直接暴露于正常戶外風(fēng)荷載否則將需要的保持扭矩更小的保持扭矩。這樣，通過(guò)由機(jī)械殼體來(lái)遮蔽部件免受風(fēng)荷載的影響而使其強(qiáng)度或扭矩規(guī)格最小化，可使用輕且便宜得多的部件來(lái)構(gòu)建良好的定日鏡。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)械外殼的外部形狀使得在暴露于來(lái)自任何水平方向的風(fēng)時(shí)在機(jī)械外殼上提供低風(fēng)荷載扭矩。在一個(gè)方面，機(jī)械外殼的外部形狀優(yōu)選地為一個(gè)軸線在豎直方向上的橢圓體，或更優(yōu)選地為橢球體或球體。在另一方面，機(jī)械外殼的透明部分的材料足夠薄以防止指向的顯著折射誤差，并且其厚度不大于10mm，并且優(yōu)選地不大于5mm，且最優(yōu)選地不大于2mm。在另一方面，機(jī)械外殼的透明部分的材料充分地光學(xué)平滑以防止光學(xué)像差顯著降低定日鏡指向精度，并且在優(yōu)選地至少10微米、并且更優(yōu)選地5微米、且甚至更優(yōu)選地等于或優(yōu)于1微米是光學(xué)平滑的。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，可轉(zhuǎn)向鏡選自由平面鏡、凹面鏡和凸面鏡組成的組。

附圖說(shuō)明

圖1描繪了本發(fā)明的容納定日鏡的機(jī)械外殼的側(cè)視圖。

圖2描繪了后殼和轉(zhuǎn)向鏡的內(nèi)部的多個(gè)側(cè)視圖。(a)具有轉(zhuǎn)向鏡的后殼的內(nèi)部側(cè)視圖；(b)具有轉(zhuǎn)向鏡的機(jī)械外殼的后殼的后部透視圖；(c)具有轉(zhuǎn)向鏡的后殼的頂部透視圖。

圖3描繪了前透明硬殼的多個(gè)視圖。(a)具有以視圖為中心的斷開線的前透明硬殼的側(cè)視圖；(b)前透明硬殼的另一透視圖。

圖4示出了具有弦限定區(qū)段的中央鏡。(a)具有從兩個(gè)邊緣移除的弦限定區(qū)段的鏡，其中，x<2r或x小于圓形鏡的直徑；(b)具有斷開線的透明硬殼的底視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種家用定日鏡，該家用定日鏡提供了全尺寸版本的所有益處，而沒(méi)有其所伴隨的缺點(diǎn)。

為了最小化天氣例如對(duì)定日鏡的功能部件的有害影響，并且還為了顯著降低風(fēng)荷載對(duì)鏡的影響，本發(fā)明提供了可轉(zhuǎn)向鏡及其在透明外殼內(nèi)的機(jī)電控制系統(tǒng)，其優(yōu)選地與外部完全封閉。

為了允許本發(fā)明的定日鏡在最大可能角度上(例如從日出到日落)追蹤太陽(yáng)，對(duì)于太陽(yáng)射線的進(jìn)入、從鏡反射出去以及離開到定日鏡的目標(biāo)而言重要的是維持通過(guò)外殼的清晰、無(wú)阻礙且連續(xù)的光學(xué)路徑。另外重要的是允許隨著太陽(yáng)移動(dòng)使定日鏡自動(dòng)轉(zhuǎn)向的光學(xué)太陽(yáng)傳感器部件在其整個(gè)轉(zhuǎn)向角度上具有太陽(yáng)通過(guò)外殼的連續(xù)且無(wú)阻礙的太陽(yáng)視野。

這些要求提出了一種球殼透明外殼，以提供最佳設(shè)計(jì)。由于轉(zhuǎn)向角可高達(dá)90度，并且由于鏡本身對(duì)著近似180度的這種球形殼體，所以優(yōu)選的是，球殼殼體的近似270度無(wú)阻礙部分是期望的。

為了最大化在本發(fā)明的定日鏡內(nèi)的鏡的反射能力，期望的是使鏡的尺寸盡可能大，并且對(duì)于球形殼體，這種最大鏡尺寸對(duì)應(yīng)于直徑剛好小于球殼內(nèi)徑的圓形鏡(以當(dāng)鏡在殼內(nèi)移動(dòng)時(shí)允許間隙)。為了將這種優(yōu)化尺寸的鏡適配在球形殼體內(nèi)，一種提出的解決方案提供將球殼分成兩個(gè)半球，這允許鏡然后裝配到其在殼內(nèi)的安裝件，之后可封閉殼的兩個(gè)半部。

然而，如果球形殼體被分離成兩個(gè)半球，則在一天中總會(huì)有穿過(guò)半球狀接合部通過(guò)殼體到鏡上和離開鏡以及離開殼體到目標(biāo)的太陽(yáng)射線路徑的一部分，并且這將使入射光和/或出射光散射，并且還嚴(yán)重影響光學(xué)太陽(yáng)傳感器的正確操作。本發(fā)明的一個(gè)預(yù)期為，通過(guò)球殼殼體幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)選的實(shí)施方式，消除由殼體中的接合線損壞的封閉的定日鏡的光學(xué)路徑的這種問(wèn)題。

在實(shí)踐中，將機(jī)械外殼分成兩部分(并且其有效地限定通過(guò)球殼的孔的形狀)的接合部的軌線被優(yōu)化以允許最大可能的鏡插入機(jī)械外殼內(nèi)，以便使反射在目標(biāo)上的太陽(yáng)能和照明最大化，以允許任何部件(例如，在插入鏡時(shí)固定到鏡的前部或后部的用于感測(cè)和/或轉(zhuǎn)向的部件)的間隙，以及允許用于裝配定日鏡的內(nèi)部部件的適當(dāng)?shù)娜肟?。這種優(yōu)化的形狀實(shí)質(zhì)上在球殼殼體中形成狹槽，并且對(duì)于孔的近優(yōu)化形狀的兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式為馬鞍狀或橢圓形。

參考圖1，本發(fā)明提供了一種在機(jī)械外殼100、基本上球形且透明的前硬殼1以及不一定是球形且優(yōu)選不透明的后殼2中的家用定日鏡，在這種具體實(shí)施方式中，該前硬殼和后殼通過(guò)馬鞍狀物的形狀的接合部或斷開線9接合在一起。

圖1進(jìn)一步示出了位于前硬殼1的內(nèi)側(cè)上的轉(zhuǎn)向控制傳感器8，并且后殼2擱置在支架7上且在內(nèi)部支撐具有兩個(gè)附接的光伏電池4a和4b的剛性圓形轉(zhuǎn)向鏡3。機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6還可優(yōu)選地安裝到鏡的后部。

如圖2中所觀察，本發(fā)明提供了機(jī)械外殼100的由轉(zhuǎn)向鏡3、殼體10和支架7構(gòu)成的后殼2，在該殼體中容納有機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5(未示出)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6(未示出)。圖2b示出了機(jī)械外殼100的由轉(zhuǎn)向鏡3、殼體10和支架7構(gòu)成的后殼2的后視圖。圖2c示出了由轉(zhuǎn)向鏡3、殼體10和支架7構(gòu)成的后殼2的頂部透視圖。在每一個(gè)上述附圖中，馬鞍狀斷開線9限定后殼2的周緣。

接合部或斷開線9允許該具體實(shí)施方式通過(guò)保持馬鞍形狀而使可在轉(zhuǎn)向鏡3的前部可用的前透明硬殼1的光學(xué)平滑區(qū)域最大化，其同時(shí)能夠使可適配在其中的轉(zhuǎn)向鏡3的尺寸最大化。通過(guò)斷開線9的軌線，機(jī)械外殼100的前透明硬殼1充分延伸以便允許在非常寬范圍的鏡轉(zhuǎn)向位置上陽(yáng)光通過(guò)前透明硬殼1朝向轉(zhuǎn)向鏡3的無(wú)阻礙進(jìn)入以及陽(yáng)光經(jīng)由從轉(zhuǎn)向鏡3的反射通過(guò)前硬殼1朝向目標(biāo)(未示出)的隨后離開。在轉(zhuǎn)向鏡側(cè)向地旋轉(zhuǎn)到其最大值的情況下(諸如在北半球最密集地區(qū)的日出和日落)，轉(zhuǎn)向鏡3通過(guò)透明前硬殼1將具有不受接合部或斷開線9阻擋的清晰的天空視野，該接合部或斷開線必須存在以便轉(zhuǎn)向鏡3在制造期間適配在機(jī)械外殼100內(nèi)以及以便維護(hù)。

轉(zhuǎn)向控制傳感器8位于轉(zhuǎn)向鏡3前方的前透明硬殼1上，以便從轉(zhuǎn)向鏡3接收反射的陽(yáng)光(出射光)并且使盡可能少的轉(zhuǎn)向鏡3反射表面對(duì)目標(biāo)隱藏。在該具體實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制傳感器8通過(guò)脈沖-ir系統(tǒng)(未示出)無(wú)線連接到轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6并且通過(guò)獨(dú)立的共位光伏電池(未示出)供電。在一個(gè)替代實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制傳感器8借助于在傳感器處的無(wú)線電發(fā)射器和在鏡轉(zhuǎn)向馬達(dá)控制器處的無(wú)線電接收器無(wú)線連接到轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6。這種無(wú)線電系統(tǒng)可為wifi或藍(lán)牙功能模塊，或簡(jiǎn)單得多且成本更低的物體，這是因?yàn)樗璧臄?shù)據(jù)速率非常低。無(wú)線電發(fā)射器和接收器均通過(guò)獨(dú)立的共位光伏電池供電。在wifi或藍(lán)牙模塊適配在本發(fā)明的定日鏡內(nèi)的情況下，不論它們是否用于在定日鏡內(nèi)部通訊，它們都可用于將通過(guò)但不限于轉(zhuǎn)向控制傳感器8、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6和機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到外部服務(wù)器或智能電話。類似地，本發(fā)明提供了通過(guò)定日鏡接收來(lái)自諸如智能電話的外部裝置的控制指令和數(shù)據(jù)。

在另一替代實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制傳感器8可借助于有線連接物理地連接到轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6。雖然這種直接有線方式簡(jiǎn)單且成本可能非常低，但存在連接纜線的兩端之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的待克服的機(jī)械問(wèn)題以及可見(jiàn)線的美觀問(wèn)題，這使得無(wú)線方式更為優(yōu)選。

機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5含有能夠?qū)蚝鸵苿?dòng)可轉(zhuǎn)向鏡3的所有齒輪和馬達(dá)(未示出)。類似地，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6含有通過(guò)機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5使可轉(zhuǎn)向鏡3移動(dòng)的所有電子器件。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6無(wú)線連接到轉(zhuǎn)向控制傳感器8以便準(zhǔn)確地引導(dǎo)轉(zhuǎn)向鏡3的移動(dòng)。在另一實(shí)施方式中，借助于無(wú)線電發(fā)射器和接收器(其可為例如wifi或藍(lán)牙功能模塊或者非常簡(jiǎn)單的低數(shù)據(jù)速率無(wú)線電系統(tǒng))或物理地借助于一個(gè)或多個(gè)有線連接件，而在轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6與轉(zhuǎn)向控制傳感器8之間無(wú)線地連接。這種wifi或藍(lán)牙模塊允許通過(guò)但不限于轉(zhuǎn)向控制傳感器8、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6和機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5收集的數(shù)據(jù)被發(fā)送到外部服務(wù)器或智能電話，以及允許通過(guò)定日鏡接收來(lái)自諸如智能電話的外部裝置的控制指令和數(shù)據(jù)。

如在圖1和圖2中進(jìn)一步描述，圓形可轉(zhuǎn)向鏡3安裝在兩個(gè)軸線上，可轉(zhuǎn)向鏡3圍繞該兩個(gè)軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝，該兩個(gè)軸線在透明前硬殼1的幾何球形中心處或附近相交。這允許轉(zhuǎn)向鏡3能夠自由地旋轉(zhuǎn)而不影響透明前硬殼1、后殼2或支架7。

殼體10的形狀不限于如本實(shí)施方式中所示的半球，而可為任何幾何形狀或形狀的組合，包括但不限于兩個(gè)半球。殼體10、機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6通過(guò)位于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線中的一個(gè)上的單個(gè)接觸點(diǎn)連接到機(jī)械外殼100。

為轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6累積電力以通過(guò)機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)5使可轉(zhuǎn)向鏡3移動(dòng)的兩個(gè)光伏電池4a和4b被固定到可轉(zhuǎn)向鏡3的表面，或被固定到圍繞鏡的外框架上，該外框架延伸超出鏡的反射表面的周緣。該位置允許光伏電池4a和4b總是與可轉(zhuǎn)向鏡3共同移動(dòng)，這避免了光伏電池4a和4b對(duì)可轉(zhuǎn)向鏡3的遮蔽，并且同時(shí)使光伏電池4a和4b能夠總是朝向太陽(yáng)定向，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)向鏡3通過(guò)轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)6而自動(dòng)地朝向太陽(yáng)定向。

機(jī)械外殼100包括支架7，該支架根據(jù)其安裝可具有不同形狀，包括但不限于用于書桌安裝的平腳或用于安裝在陽(yáng)臺(tái)上的欄桿扣。

根據(jù)圖3a和圖3b，將機(jī)械外殼100分成兩部份的接合部或斷開線的軌線為馬鞍形狀，以便使陽(yáng)光在被轉(zhuǎn)向鏡3、機(jī)械外殼100反射之后進(jìn)入和離開所經(jīng)受的光學(xué)像差最小化，同時(shí)使可轉(zhuǎn)向鏡3的尺寸最大化，并由此使待傳遞到目標(biāo)的太陽(yáng)能和照明最大化。

圖3a示出機(jī)械外殼100的透明前硬殼1的側(cè)視圖，由此接合部或斷開線9在中央，并且也可看到透明前硬殼1的內(nèi)表面的一部分。圖3b示出了機(jī)械外殼100的透明前硬殼1的旋轉(zhuǎn)側(cè)視圖，由此清楚地限定接合部或斷開線9，并且再次可看到透明前硬殼1的內(nèi)表面的一部分。

圖4a示出鏡3為具有中心c和半徑r的圓形，其中，鏡3具有從兩個(gè)邊緣移除的弦限定區(qū)段，其中，弦是平行的且間隔開距離x，其中x<2r，或等價(jià)地，x小于圓形鏡3的直徑。圖4b示出基本上球形和透明的前硬殼1的底視圖，其中斷開線9特征為寬度大于弦間距x以允許具有移除區(qū)段的鏡通過(guò)，并且高度y等于機(jī)構(gòu)適配通過(guò)所必需的長(zhǎng)度。

在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明的定日鏡由可轉(zhuǎn)向鏡、機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制傳感器構(gòu)成，所有這些都容納在機(jī)械外殼內(nèi)，其中，機(jī)械外殼具有斷開線或接合部，圍繞該斷開線或接合部可將外殼分離成兩個(gè)或更多個(gè)部分，其特征為，機(jī)械外殼的至少一部分為球殼的一部分的形狀，外殼的球殼形狀的部分由光學(xué)透明材料制成，并且外殼的透明球形殼部分對(duì)著在球體的中心處超過(guò)2π球面度的立體角。另外，可轉(zhuǎn)向鏡在形狀上為圓形或具有從邊緣移除的由弦限定的一個(gè)或多個(gè)區(qū)段的圓形，并且在移除兩個(gè)這種區(qū)段的情況下其相應(yīng)的弦是平行的，球形殼中的由斷開線或接合部形成的孔在穿過(guò)球殼的第一方向上具有大于或等于鏡的直徑(在鏡為圓形的情況下)以及小于鏡直徑(在鏡具有從其邊緣移除的一個(gè)或多個(gè)弦區(qū)段的情況下)的范圍，并且在與第一方向正交的第二方向上，所形成的孔延伸得足夠遠(yuǎn)以至少允許用于鏡厚度的間隙。另一方面是可轉(zhuǎn)向鏡為圓形，其半徑小于外殼的球形部分的內(nèi)徑，其中，可轉(zhuǎn)向鏡圍繞兩個(gè)軸線可旋轉(zhuǎn)地安裝，另外其中，兩個(gè)軸線在外殼的球形部分的幾何球形中心處或附近相交，并且可轉(zhuǎn)向鏡被安裝使得其反射表面在其可轉(zhuǎn)向可旋轉(zhuǎn)位置范圍的大部分上面向由光學(xué)透明材料制成的外殼的球形部分。此外，轉(zhuǎn)向控制傳感器被固定到機(jī)械外殼的內(nèi)表面，其中，定日鏡是電動(dòng)自供電的，并且能夠向諸如智能電話或外部服務(wù)器的外部裝置并從其無(wú)線發(fā)送和接收控制指令和數(shù)據(jù)。

另外，外殼的球形部分在如從球體的中心觀看到的立體角范圍上大于半球?？蛇x地，外殼的球形部分在如從球體的中心觀看到的立體角范圍上大于半球的四分之五。

作為一可選方面，球殼外殼中的通過(guò)接合部軌線形成的孔的尺寸大于機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制器的輪廓尺寸。優(yōu)選地，接合部軌線為橢圓形或馬鞍形狀并且與在形狀上為球形且由光學(xué)透明材料制成的機(jī)械外殼的一部分不相交。另外，接合部軌線被選擇成使得留下盡可能大的區(qū)域，以及未破裂的透明外殼的可能全部的球形部分。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明的定日鏡是自供電的，其中這種電力由一個(gè)或多個(gè)第一光伏電池提供。此外，第一光伏電池位于機(jī)械外殼內(nèi)，其中，機(jī)械外殼設(shè)置有透明窗并且第一光伏電池定位在機(jī)械外殼內(nèi)以便從外部通過(guò)窗可見(jiàn)。可選地，透明窗部分地或完全通過(guò)由光學(xué)透明材料制成的機(jī)械外殼的球形部分提供?？商娲?，第一光伏電池以與可轉(zhuǎn)向鏡共移動(dòng)的方式安裝。優(yōu)選地，第一光伏電池被安裝使得其光敏表面面向與可轉(zhuǎn)向鏡的反射表面相同的方向。

可選地，固定到機(jī)械外殼的內(nèi)表面的轉(zhuǎn)向控制傳感器被定位成使其對(duì)從太陽(yáng)到定日鏡的目標(biāo)的光的通道的遮擋最小化，此外其中，轉(zhuǎn)向控制傳感器定位在機(jī)械外殼的水平中線面下方。

可替代地，轉(zhuǎn)向控制傳感器獨(dú)立于定日鏡的電自供電而自供電，并且更優(yōu)選地，轉(zhuǎn)向控制傳感器通過(guò)與轉(zhuǎn)向控制傳感器共安裝的一個(gè)或多個(gè)第二光伏電池自供電，其中，第二光伏電池被安裝成使得其光敏表面面向可轉(zhuǎn)向鏡的中心。

在一個(gè)另外的實(shí)施方式中，第二光伏電池被安裝成使得其光敏表面面向頂點(diǎn)。

在另一方面，轉(zhuǎn)向控制傳感器與轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)無(wú)線連通?？蛇x地，無(wú)線連通選自由紅外(ir)鏈路、無(wú)線電鏈路和wifi鏈路組成的組。

在一個(gè)替代實(shí)施方式中，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)均機(jī)械地安裝在可轉(zhuǎn)向鏡的后部(非反射側(cè))上?？蛇x地，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)僅在一個(gè)位置處附接到機(jī)械外殼?？商娲?，在外殼上的一個(gè)機(jī)械附接位置位于外殼的不透明部分上。在一個(gè)另外的實(shí)施方式中，機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)通過(guò)外殼的不透明部分和/或通過(guò)可轉(zhuǎn)向鏡而對(duì)外部觀察者的視線隱藏。

可選地，轉(zhuǎn)向控制機(jī)構(gòu)利用選自由無(wú)線鏈路、無(wú)線電鏈路、紅外(ir)鏈路和聲鏈路組成的組的構(gòu)件從外殼外部遠(yuǎn)程可控。此外，無(wú)線鏈路可為超聲的。

優(yōu)選地，機(jī)械外殼與外部環(huán)境密封，其中這種密封可選地為氣密的?？蛇x地，機(jī)械外殼還包括干燥劑，其中該干燥劑由硅膠構(gòu)成。

在再另一實(shí)施方式中，機(jī)械外殼由防碎且由塑料材料構(gòu)成的材料制成。優(yōu)選地，塑料材料可選自由甲基丙烯酸酯聚合物和聚碳酸酯組成的組。

可替代地，機(jī)械外殼的總尺寸針對(duì)家用照明用途而優(yōu)化，其中機(jī)械外殼的最大尺寸不小于20cm或不大于100cm，或者不大于60cm。可選地，機(jī)械外殼為剛性的并且選擇機(jī)械外殼內(nèi)部的任何或所有部件的機(jī)械強(qiáng)度而不考慮直接風(fēng)荷載。

在再另一個(gè)實(shí)施方式中，考慮由于可轉(zhuǎn)向鏡的重量而引起的重力變形來(lái)選擇可轉(zhuǎn)向鏡的厚度，但不考慮風(fēng)荷載?？蛇x地，考慮由于所支撐的部件的重量而引起的重力荷載來(lái)選擇機(jī)械鏡轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的保持扭矩，但不考慮風(fēng)荷載。此外，機(jī)械外殼的外部形狀可為一個(gè)軸線在豎直方向上的橢圓體?？蛇x地，機(jī)械外殼的透明部分的材料足夠薄以防止指向的顯著折射誤差。

在另一實(shí)施方式中，機(jī)械外殼的透明部分的材料的厚度不大于10mm，或者不大于5mm，或者不大于2mm。優(yōu)選地，機(jī)械外殼的透明部分的材料充分地光學(xué)平滑以防止光學(xué)像差顯著降低定日鏡指向精度。最優(yōu)選地，機(jī)械外殼的透明部分的材料在至少10um、或者5um，或者優(yōu)于1um是光學(xué)平滑的。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，可轉(zhuǎn)向鏡選自由平面鏡、凹面鏡和凸面鏡組成的組。

如在本說(shuō)明書和所附權(quán)利要求中所用的，單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)形式。例如，除非上下文另外清楚指示，否則術(shù)語(yǔ)“一個(gè)/一種(a/an)”和“該”包括復(fù)數(shù)指代物。另外，在一系列元件前的術(shù)語(yǔ)“至少”應(yīng)理解為引用在該系列中的每一元件。本文中示例性描述的本發(fā)明可適當(dāng)?shù)卦跊](méi)有在本文中未具體公開的任何一個(gè)或多個(gè)元件、一個(gè)或多個(gè)限制的情況下實(shí)施。因此，例如，術(shù)語(yǔ)“包含”、“包括”、“含有”等應(yīng)全面而非限制地解讀。另外，在本文中所用的術(shù)語(yǔ)和表達(dá)已用作描述的術(shù)語(yǔ)而不是限制的，并且沒(méi)有意圖使用這種術(shù)語(yǔ)和表達(dá)來(lái)排除未來(lái)示出和描述的任何等同物或其任何部分，并且認(rèn)識(shí)到在所要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)各種修改是可能的。因此，應(yīng)當(dāng)理解，盡管通過(guò)優(yōu)選實(shí)施方式和可選特征具體公開了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可采用在此公開的本發(fā)明的修改和變化，并且這種修改和變化被認(rèn)為在本文公開的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明已經(jīng)在本文中廣泛和一般地描述。落入一般公開范圍內(nèi)的每個(gè)較窄的種類和子類別組合也形成這些發(fā)明的一部分。這包括每個(gè)發(fā)明的一般描述，其前體條件或負(fù)面限制為從該屬移除任何主題，而不管去除的材料是否具體駐留在其中。此外，在按照馬庫(kù)什組描述本發(fā)明的特征或方面的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明也按照馬庫(kù)什組的任何獨(dú)立成員或子組成員來(lái)描述。還應(yīng)當(dāng)理解，以上描述旨在是說(shuō)明性的而不是限制性的。在回顧以上描述時(shí)，許多實(shí)施方式對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的范圍不應(yīng)參考以上說(shuō)明書來(lái)確定，而應(yīng)參考所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求的等同物的全部范圍來(lái)確定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，或?qū)⒛軌蚴褂貌怀^(guò)常規(guī)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定所描述的本發(fā)明的具體實(shí)施方式的許多等同物。這種等同物旨在被所附權(quán)利要求涵蓋。