專利名稱：用于聚集光的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于收集光的裝置，尤其涉及收集光、根據(jù)光譜內(nèi)容分離 光以及把經(jīng)分離的光聚集到兩個(gè)或多個(gè)接收機(jī)的裝置。
背景技術(shù)：
在許多應(yīng)用中，輻射能量的有效收集和聚集是有用的，并且對(duì)于把太陽(yáng)能 轉(zhuǎn)換成電能的裝置具有特別的價(jià)值。聚能器太陽(yáng)能電池使之有可能得到大量的 太陽(yáng)能，并且聚集該能量使之成為熱或用于從光電接收機(jī)產(chǎn)生直流電流。
得到太陽(yáng)能的大規(guī)模光聚能器一般包括安排成用于使光聚集到放置在焦 點(diǎn)處的接收機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)的、 一組相對(duì)立的曲面鏡。只是作為幾個(gè)例子， Nakamura的題為"Sunlight Collecting System"的美國(guó)專利5， 979， 438號(hào)以 及Winston等人的題為"High Flux Solar Energy Transformation"的美國(guó) 專利5， 005， 958號(hào)的兩個(gè)文件中描述了大規(guī)模太陽(yáng)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用相對(duì)立 的主要和次要鏡的組。作為提供更小型化收集裝置的更近的開發(fā)，已經(jīng)引入了 平面聚會(huì)g器，諸如Roland Winston和Jeffrey M.Gordon在Optics Letters, 30巻，19期，2617 —2619頁(yè)的題為"Planar Concentrators Near the Etendue Limit"的文件中所描述的解決方案。平面聚能器使用通過介電光學(xué)材料分開 的主要和次要的曲面鏡，用于提供高的光通量聚集。
一些類型的太陽(yáng)能系統(tǒng)是通過使光能轉(zhuǎn)換成熱能而操作的。在各種類型的 平板收集器和太陽(yáng)能聚能器中，聚集的太陽(yáng)光使通過太陽(yáng)能電池流動(dòng)的液體加 熱到產(chǎn)生電功率的高溫。更適用于薄的面板和更小型化設(shè)備中使用的、另外類 型的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)使用光電(PV)材料，使太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)換成電能。可以從 各種類型的硅和其它半導(dǎo)體材料來形成光電材料，并且使用半導(dǎo)體制造技術(shù)來
制造。許多制造商提供光電部件，例如，諸如Emcore Photovoltaics， Albuquerque,醒。在硅是較不昂貴的同時(shí)，較高性能的光電材料是由諸如鋁、 鎵和銦之類的元素與諸如氮和砷之類的元素一起制造的合金。
眾所周知，太陽(yáng)光包含分布較廣的光譜內(nèi)容，范圍從紫外(UV)，通過可 見，到紅外(IR)波長(zhǎng)，每個(gè)波長(zhǎng)具有相關(guān)聯(lián)的能級(jí)， 一般以術(shù)語(yǔ)電子一伏特 (eV)來表示。不必驚奇，由于材料之間的不同帶隙特性，任何一種特定光電 材料的響應(yīng)都取決于入射波長(zhǎng)。能級(jí)在材料帶隙之下的光子從中滑掉。例如， 高帶隙半導(dǎo)體不吸收紅光光子(名義上在1.9 eV左右)。同時(shí)，吸收能級(jí)大 于材料的帶隙的光子。例如，在低帶隙半導(dǎo)體中，作為熱而浪費(fèi)了來自紫外光 光子的能量(名義上在3 eV左右)。
從光電材料得到較高效率的一個(gè)策略是形成堆疊的光電電池，有時(shí)也稱為 多結(jié)光電器件。通過在光電池的頂部相互堆疊多個(gè)光電電池來形成這些器件。 具有如此的設(shè)計(jì)，在堆疊中的每個(gè)相繼的光電電池相對(duì)于入射光源具有較低的 帶隙能量。例如，在一個(gè)簡(jiǎn)單的堆疊光電器件中，由砷化鎵(GaAs)組成的上 光電電池捕獲較高能量的藍(lán)光。銻化鎵(GaSb)的第二電池把較低能量的紅外 光轉(zhuǎn)換成電。在Sano等人的題為 "Stacked Photovoltaic Device"的美國(guó) 專利6, 835， 888號(hào)中給出堆疊光電器件的一個(gè)例子。
在堆疊光電器件可以在總效率方面提供某些改進(jìn)措施的同時(shí)，這些多層的 器件制造起來成本較高。在可以堆疊在一起的材料類型方面也存在限制，使得 如此的方法在大范圍應(yīng)用方面的經(jīng)濟(jì)性也是一個(gè)疑問。另外的方法是根據(jù)波長(zhǎng) 把光分離成兩個(gè)或多個(gè)光譜部分，并且把每個(gè)部分聚集到合適的光電器件上。 這個(gè)方法使光電器件的制造簡(jiǎn)化，成本減少，并且可以考慮使用極多種的半導(dǎo) 體。這個(gè)類型的解決方案需要支持光學(xué)器件，用于把光分離成合適的光譜分量 和把每個(gè)光譜分量聚集到它相應(yīng)的光電表面上。
2005年5月由L. Fraas、 J. Avery、 H. Huang以及E. Shifman發(fā)表在電 或氫的產(chǎn)生的太陽(yáng)能聚集國(guó)際會(huì)議上的題為"New Cassegrainian PV Module using Dichroic Secondary and Multijunction Solar Cells"的文章中描述 了用于以足夠的強(qiáng)度同時(shí)分離和聚集光的一個(gè)提案。在所描述的模塊中，主要曲面鏡收集光和把該光引向接近主要鏡的焦平面的次要的二色性雙曲線鏡。IR 光聚集在接近主要鏡的焦平面的第一光電接收機(jī)上。次要鏡再把近端一可見光 引導(dǎo)到位置接近于主要鏡的頂點(diǎn)的第二光電接收機(jī)。這樣，每個(gè)光電接收機(jī)得 到相對(duì)其最優(yōu)化的光能量，增加了太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的總效率。
在Fraas等人文章所示的方法有利地提供光譜分離和使用光學(xué)部件組聚集 光的同時(shí)，所提出的解決方案還存在一些重要的限制。作為一個(gè)問題，F(xiàn)raas 等人描述的裝置對(duì)于天空具有有限的視場(chǎng)，因?yàn)橛捎谄湫D(zhuǎn)對(duì)稱性而在每個(gè)軸 上具有高度的聚集。另一個(gè)問題涉及提供給單個(gè)光電接收機(jī)的可見光的較寬的 帶寬。對(duì)于通常用于可見光的許多類型的光電材料，在使用這種方法時(shí)仍會(huì)浪 費(fèi)可觀的光能量。
為了同時(shí)得到光譜分離以及每個(gè)光譜分量的高光通量聚集，傳統(tǒng)方法只提 供了有限數(shù)量的解決方案。這兩個(gè)目標(biāo)有些沖突，在使用少量部件而還必須提 供高光通量聚集的小型化光學(xué)系統(tǒng)中是難于實(shí)施解決光譜分離問題的許多傳 統(tǒng)方法的。因此，要認(rèn)識(shí)到，存在對(duì)于一種光電電池的需求，這種光電電池同 時(shí)提供光譜分離和光聚集兩者，對(duì)于薄板設(shè)計(jì)中的使用可以容易地定標(biāo)，提供 比傳統(tǒng)光電解決方案高的效率，并且可以用沿天空中太陽(yáng)改變位置的行進(jìn)路徑 的至少一個(gè)軸上的實(shí)質(zhì)的視場(chǎng)進(jìn)行操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提高光收集和光譜分離的技術(shù)。有了關(guān)于這個(gè)目標(biāo)的 想法，本發(fā)明就提供了用于得到輻射能量的裝置，包括
a) 第一和第二光電接收機(jī)；
b) 設(shè)置成向第一焦平面反射入射的多色輻射的主要反射曲面；以及
c) 設(shè)置在第一焦平面和主要反射曲面之間的光譜分離器，光譜分離器包
括
(i) 二色性分離表面，該表面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻 射為凸起的，以及處理而向第一光電接收機(jī)反射第一光譜帶和發(fā)射 在第一光譜帶外的經(jīng)反射的多色輻射；
(ii) 分離器反射曲面，該曲面相對(duì)于通過二色性分離表面發(fā) 射的光為凸起的，并且處理而向第二光電接收機(jī)反射通過二色性分
離表面發(fā)射的至少一部分光。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于得到輻射能量的裝置，包括
a) 具有用于接受入射的多色輻射的輸入面的實(shí)質(zhì)上透明材料的三維主體；
b) 設(shè)置成向第一焦平面反射多色輻射的主要反射曲面；以及
C)設(shè)置在第一焦平面和主要反射曲面之間的光譜分離器，光譜分離器包
括
(i) 二色性分離表面，該表面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻 射為凸起的，以及處理而向第一光電接收機(jī)反射第一光譜帶和發(fā)射 在第一光譜帶外的經(jīng)反射的多色輻射；
(ii) 分離器反射曲面，該曲面相對(duì)于通過二色性分離表面發(fā) 射的光為凸起的，并且處理而向第二光電接收機(jī)反射通過二色性分 離表面發(fā)射的至少一部分光。
從另一個(gè)方面，本發(fā)明提供用于得到輻射能量的裝置，包括
a) 用于調(diào)節(jié)入射的多色輻射以得到經(jīng)色散的多色輻射的色散單元；
b) 設(shè)置成向第一焦平面反射經(jīng)色散的多色輻射的主要反射曲面；
c) 設(shè)置在第一焦平面之前和相對(duì)于入射的經(jīng)反射的經(jīng)色散的多色輻射為凸起
的次要反射曲面，
其中處理而使次要反射曲面向第二焦平面反射至少一部分經(jīng)色散的多色輻射；
d) 設(shè)置在第二焦平面附近用于接收從次要反射曲面反射的經(jīng)色散的多色輻射 的第一光譜帶的第一光電接收機(jī)；以及
e) 設(shè)置在第二焦平面附近用于接收從次要反射曲面反射的經(jīng)色散的多色輻射 的第二光譜帶的第二光電接收機(jī)。
從再另一個(gè)方面，本發(fā)明提供用于得到輻射能量的裝置，包括
a) 用于調(diào)節(jié)入射的多色輻射以得到經(jīng)色散的多色輻射的色散單元；
b) 設(shè)置成向第一焦平面反射經(jīng)色散的多色輻射的主要反射曲面；
C)設(shè)置在第一焦平面之前和相對(duì)于入射的經(jīng)反射的經(jīng)色散的多色輻射為凸起 的次要反射曲面，
其中處理而使次要反射曲面發(fā)射第一光譜帶和向第二焦平面反射第一光譜帶 外的經(jīng)色散的多色輻射；
d)設(shè)置在第一焦平面附近用于接收第一光譜帶的第一光電接收機(jī)；
e) 設(shè)置在第二焦平面附近用于接收從次要反射曲面反射的經(jīng)色散的多色輻射 的第二光譜帶的第二光電接收機(jī)；以及
f) 設(shè)置在第二焦平面附近用于接收從次要反射曲面反射的經(jīng)色散的多色輻射 的第三光譜帶的第三光電接收機(jī)。
本發(fā)明的一個(gè)特征是提供至少兩個(gè)光譜帶的光的光譜分離以及把每個(gè)經(jīng)分離 的光譜帶聚集到一個(gè)接收機(jī)中。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供了能夠增加用于把輻射能量聚集到光電接收機(jī)中的效 率的一種機(jī)構(gòu)。
在閱讀了示出和描述本發(fā)明的一個(gè)示意性實(shí)施例的下述詳細(xì)說明以及附圖后， 本發(fā)明的這些和其它目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。


圖l是示意性方框圖，示出根據(jù)卡塞格倫(cassegrain)模型的傳統(tǒng)雙鏡 光電模塊。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示意性方框圖，示出用于得到輻射能量的裝置的基本 配置。
圖3是一個(gè)實(shí)施例的示意性方框圖，示出使用使光色散的棱鏡的裝置。 圖4是使用光譜色散的棱鏡陣列來聚集輻射能量的裝置的部分透視圖。 圖5是使用所形成的折射主體和定向?yàn)樘峁┕庾V色散而聚集輻射能量的裝 置的橫截面圖。
圖6是光聚能器陣列的透視圖。
圖7A和7B分別是從光聚能器結(jié)構(gòu)的輸入面和側(cè)面附近看的透視圖。 圖8是使用二色性光譜分離器來聚集輻射能量的裝置的橫截面圖。 圖9是在另外的實(shí)施例中使用二色性光譜分離器來聚集輻射能量的裝置的 橫截面圖。
圖IOA和IOB是橫截面圖，示出用于把光引導(dǎo)到兩個(gè)光電接收機(jī)中的一個(gè) 光電接收機(jī)的光譜分離器的性能。
圖11 A和IIB是橫截面圖，示出圖8和9的實(shí)施例中使用的光譜分離器 的性能和組成。
圖12A和12B分別是在環(huán)面實(shí)施例中本發(fā)明的光聚能器的頂視圖和側(cè)視
圖。
圖13A、 13B和13C是透視圖，示出在圓柱形實(shí)施例中本發(fā)明的光聚能器
對(duì)于不同角度的入射光的光處理性能。
圖14是橫截面圖，示出光聚能器定向不正確時(shí)的光處理。
圖15是側(cè)面橫截面圖，示出在光聚能器陣列中行進(jìn)的雜散光。
圖16是示意性透視圖，示出太陽(yáng)能裝置進(jìn)行跟蹤以適應(yīng)于輻射源位置的改變。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種光聚能器，該光聚能器提供超過各種早期方法能力的、增 強(qiáng)的光譜分離和高度的光通量聚集。可以使用本發(fā)明的光聚能器作為光電電池 的光學(xué)部件，具體表現(xiàn)為分立的電池或作為光電電池陣列的一部分。
本說明中參考的附圖示出本發(fā)明的裝置的一般概念以及關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和部件。 這些附圖不是按比例畫出來的，為了清楚起見，可以夸大部件的尺寸和相對(duì)布 置。通過例子給出這里描述的光譜帶而并非限制。
對(duì)用于光通量聚集和光譜分離的本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)上遵循的方法進(jìn)行 比較是有益的。圖l是簡(jiǎn)化的側(cè)視方框圖，示出雙鏡光電模塊10的基本操作， 諸如前面背景部分中Fraas等人的文章所描述的那樣。事實(shí)上，這個(gè)配置存在 兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，每個(gè)都具有焦平面。高度地多色的和包含可見波長(zhǎng)以及紅外和
紫外波長(zhǎng)的太陽(yáng)光或其它輻射作為入射光I入射在諸如拋物線鏡之類的主要反 射曲面12上，并且向位于由主要反射曲面12和次要反射曲面14構(gòu)成的第一 光學(xué)系統(tǒng)的焦平面附近的次要反射曲面14反射，通過次要反射曲面14發(fā)射。 次要反射曲面14定位在一個(gè)位置上，該位置在相對(duì)于來自主要反射曲面12的 反射光的路徑的焦平面之前。次要反射曲面14可以是雙曲線鏡，例如，為了 操作而使用反射可見波長(zhǎng)的和發(fā)射IR光的二色性涂層進(jìn)行調(diào)節(jié)或處理。IR光 通過次要反射曲面14發(fā)射到位置與由主要反射曲面12和次要反射曲面14構(gòu) 成的光學(xué)系統(tǒng)的焦平面盡可能接近的IRPV接收機(jī)16。另一方面，通過第二光 學(xué)系統(tǒng)引導(dǎo)可見光V，反射回來而朝向可見的PV接收機(jī)18，該可見的PV接收 機(jī)18在位于主要反射曲面12的頂點(diǎn)附近的第二焦平面處。該第二焦平面是由 主要反射曲面12和次要反射曲面14構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的焦平面，具有來自次要
反射曲面14的反射。具有次要反射曲面14有效地把光引導(dǎo)到兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的
每一個(gè)的這樣的配置，使可見和IR光兩者都分離和聚集到它們各自的PV接收 機(jī)16和18中。
為了比較，圖2的簡(jiǎn)化的側(cè)視方框圖示出一般用于本發(fā)明中的光聚能器30 的方法。再次，這里把IR光引導(dǎo)到在由主要反射曲面12和次要反射曲面14 構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)的焦平面附近的IRPV接收機(jī)16。在圖2中把第一焦平面標(biāo)注 為P。再次，主要反射曲面12—般是具有正的光焦度(power)的拋物線鏡。 在次要反射曲面14處，或在位于焦平面P之前的、以及一般是雙曲線的和具 有負(fù)的光焦度的相關(guān)表面處，再次反射可見光V。熟悉光學(xué)技術(shù)的人員都精通 這個(gè)基本的"卡塞格倫(cassegranian)"配置，該配置分別使用具有正的和負(fù) 的光焦度的相對(duì)的主要和次要曲面鏡。示出了光軸O的位置。
術(shù)語(yǔ)"焦平面之前"是相對(duì)于從主要反射曲面12反射的光的路徑的。艮口， 參考圖2和根據(jù)這個(gè)模型配置的本發(fā)明的實(shí)施例，熟悉光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)的技術(shù)人 員會(huì)理解，次要反射曲面14位于第一焦平面P和主要反射曲面12之間，但是 位于第一焦平面P的附近。在本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)化的實(shí)施例中，為了較佳地收 集光，使PV接收機(jī)16放置得盡可能接近第一焦平面P;因此，對(duì)于PV接收 機(jī)16的位置使用描述性短語(yǔ)"接近焦平面"。因此，熟悉光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)的技 術(shù)人員會(huì)理解，對(duì)于短語(yǔ)"接近焦平面"或"在焦平面處"必定允許一些范圍。
與用于光聚集的傳統(tǒng)卡塞格倫實(shí)施例不同，本發(fā)明的光聚能器30還提供 入射光的光譜分離的附加措施。在光聚能器30中，反射光本身在光譜上分離 成引導(dǎo)到可見PV接收機(jī)18'的較長(zhǎng)波長(zhǎng)可見光V'的光譜帶以及引導(dǎo)到可見PV 接收機(jī)18"的較短波長(zhǎng)可見光V"的另一個(gè)光譜帶。當(dāng)IR光引向第一焦平面時(shí)， 分離的可見光分量V'和V"聚集到第二焦平面處它們各自的PV接收機(jī)18'和 18"。在太陽(yáng)能實(shí)施例中，與圖2所示的坐標(biāo)軸配置中沿y方向延伸的尺寸d 對(duì)應(yīng)的每個(gè)接收機(jī)18'和18"的高度，在該軸中，在通過雙鏡光學(xué)系統(tǒng)提供的 放大下，適合于包含太陽(yáng)圓盤的圖像。本發(fā)明的光聚能器30著手的問題是以 最小損耗進(jìn)一步分裂接收到的光以及在不同光譜帶到達(dá)它們各自的PV接收機(jī) 18'和18"時(shí)的不同光譜帶之間提供合適的分離。在這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)化中，每個(gè) 光譜帶在各自的接收機(jī)18，和18，'中的該軸上形成(y方向的高度為d的)太陽(yáng) 圓盤圖像。光聚能器30可以是按旋轉(zhuǎn)對(duì)稱方式彎曲主要和次要反射曲面12和
14的分立的設(shè)備，或可以是在沿x方向延伸的z-y平面中的一個(gè)軸具有光焦度 但是在x-z平面中沒有光焦度的圓柱形結(jié)構(gòu)。對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，接近第一 焦平面P的PV接收機(jī)16是任選的，但是提供增加光電容量的優(yōu)點(diǎn)。
使用棱鏡色散的實(shí)施例
在如圖3所示的一個(gè)實(shí)施例中，光聚能器30提供入射光的色散，使入射 光的光譜擴(kuò)展以形成多個(gè)光譜帶，然后把每個(gè)光譜帶聚集到一個(gè)合適的接收機(jī) 中。在圖3的實(shí)施例中，使用棱鏡20作為光聚能器30中的色散單元，以在光 譜上使一部分接收到的光色散，從而提供經(jīng)色散的多色輻射。如熟悉光學(xué)技術(shù) 的技術(shù)人員所眾知，折射量隨波長(zhǎng)變化，以致通過棱鏡的折射角是波長(zhǎng)的函數(shù)。 與較長(zhǎng)的波長(zhǎng)相比，在棱鏡折射中，較短的波長(zhǎng)被賦予較大的角度改向。因此， 例如，藍(lán)光具有相對(duì)較大的折射角；另一方面，較長(zhǎng)的紅和IR波長(zhǎng)具有相對(duì) 較小的折射角。光學(xué)材料的折射色散是兩個(gè)波長(zhǎng)之間的折射的差。在大多數(shù)光 學(xué)材料中，較短波長(zhǎng)帶中的折射色散要比較長(zhǎng)波長(zhǎng)帶中的折射色散更大。
圖3示出放置在入射輻射的路徑中的棱鏡20，該棱鏡調(diào)節(jié)入射輻射而提 供所需要的色散以允許可見PV接收機(jī)18，和18"之間可工作的分離距離。入 射光I在棱鏡20處色散，并且從主要反射曲面12反射。由于色散而引起極小 角度變化的IR光帶再次進(jìn)入IR PV接收機(jī)16，該接收機(jī)任意地位于通過次 要反射曲面14的發(fā)射部分，由主要反射曲面12形成的光學(xué)系統(tǒng)的焦平面的附 近，如參考圖2所述。較長(zhǎng)可見波長(zhǎng)V'的光譜帶向PV接收機(jī)18'反射；較短 可見波長(zhǎng)V"向PV接收機(jī)18"反射。三維主體22提供入射光折射的介質(zhì)。主 體22—般由對(duì)于光至少部分透明的某個(gè)類型的光學(xué)介質(zhì)制成，諸如光學(xué)塑料， 或諸如玻璃、玻璃陶瓷、石英熔化硅石(quartz fused silica)或藍(lán)寶石之類的電 介質(zhì)材料。在再另一個(gè)實(shí)施例中，圖3實(shí)施例中的色散部件、反射部件和接收 機(jī)部件可以在空氣中。
如參考圖2所述的，為了得到提高的性能，向長(zhǎng)和短波長(zhǎng)PV接收機(jī)18' 和18，，提供合適地分離的光譜帶是有用的。參考圖2和3，高度d與ftan6成 正比，其中f是包括主要和次要反射曲面12和14兩者以及折射主體22的光學(xué)
系統(tǒng)的有效焦距，而e是兩個(gè)給定波長(zhǎng)的入射的經(jīng)折射的光之間的色散角。
定義透鏡單元的f一數(shù)為其焦距f除以透鏡的直徑。為了在每個(gè)光譜帶中
的頁(yè)平面中形成太陽(yáng)圓盤的圖像，使有一定厚度的透鏡具有極長(zhǎng)的焦距對(duì)于光 聚能器30是有利的。在光路徑中使用主要反射曲面12作為正放大率單元以及
次要反射曲面14作為負(fù)放大率單元，通過適配電傳照相透鏡原理而在該設(shè)計(jì)
中得到長(zhǎng)焦距。熟悉照相技術(shù)的技術(shù)人員會(huì)精通電傳照相透鏡利用如此的電 傳照相透鏡單元組，并且給出窄視角、比正常焦距長(zhǎng)的焦距、放大圖像的能力 以及相當(dāng)淺的場(chǎng)深度的特征。
所產(chǎn)生的光聚能器30的光學(xué)系統(tǒng)的相當(dāng)大的f數(shù)允許使用比相同厚度的普 通光學(xué)系統(tǒng)可能具有的電池的直徑大的PV接收機(jī)電池。這可以可觀地減少一
個(gè)面積中所需要的PV接收機(jī)電池的數(shù)量(即，每平方米較少的電池)，這導(dǎo)
致大大地節(jié)約了成本。
光聚能器30設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)涉及使用次要反射曲面14的二色性表 面。在圖3的實(shí)施例中，不需要IR波長(zhǎng)的色散。另外可能需要一個(gè)厚的棱鏡， 設(shè)計(jì)薄板型器件的決定性缺點(diǎn)。這里，由于通過次要反射曲面14向PV接收機(jī) 16發(fā)射IR波長(zhǎng)，不需要IR光的色散。而是，只需要適合于可見波長(zhǎng)的色散的 相當(dāng)薄的棱鏡。例如，在一個(gè)薄板實(shí)施例中，額定的部件尺寸如下-
聚能器電池高度(圖3中的尺寸h) : 20 mm
聚能器電池深度(圖3中的尺寸e) : 10mm
必定存在通過次要反射曲面14的定位引起的入射多色輻射的一些障礙物。 簡(jiǎn)單地說，次要反射曲面14阻擋來自主要反射曲面12的一些光。光聚能器30 的優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)相應(yīng)地考慮這個(gè)障礙物的量和PV接收機(jī)18'和18"的高度d的 尺寸以及反射曲面12和14形成的光學(xué)系統(tǒng)的放大因子。例如，增加焦距將有 效地減小障礙物高度。在一個(gè)理想的實(shí)施例中，高度d等于對(duì)應(yīng)障礙物高度的 一半。
在一個(gè)實(shí)施例中，使用圓柱形設(shè)計(jì)，以致可以在一個(gè)陣列中一起安排多個(gè) 光聚能器30，如接下來所描述?？梢园咽褂脠D3的色散實(shí)施例的光聚能器30 另外設(shè)計(jì)成供大規(guī)模用途的單個(gè)模塊。
可把棱鏡20附加到主體22上或否則光耦合在入射光路徑中。如圖4的透 視圖所示，可以形成圓柱形棱鏡20的陣列24。例如，陣列24可以形成在玻璃、 塑料或薄膜的板上，并且定位在對(duì)應(yīng)的圓柱形光聚能器30的陣列的前面。在 圖4所示的坐標(biāo)系統(tǒng)中，棱鏡20在x方向上延伸。另一方面，如圖5的實(shí)施
例所示，光聚能器30的主體22可以具有有效地嵌入入射光表面的棱鏡，而不 是像圖3那樣提供棱鏡作為分立部件。S卩，光聚能器30的主體22的輸入面26 是傾斜的，以便有效地形成棱鏡20。對(duì)于這個(gè)實(shí)施例，輸入面26的法線N不 平行于與主要反射曲面12的光軸對(duì)應(yīng)的光軸0。因此，按相對(duì)于光軸O為非 正交的角度設(shè)置平面輸入面26。具有這種"嵌入"棱鏡配置，形成光聚能器 30的主體22的電介質(zhì)材料本身的作用如同色散單元，因此提供需要的入射光 的折射色散。在一個(gè)相似的實(shí)施例中，輸入面26的表面可以更復(fù)雜，其特征 為具有許多模擬圖4所示的配置的較小的棱鏡。另外可以使用其它類型的色散 單元來提供需要的入射光色散。
在一個(gè)另外的實(shí)施例中，不使用在第一焦平面P處的PV接收機(jī)16。作為 替代，次要反射曲面14將向由主要反射曲面12和次要反射曲面14形成的光 學(xué)系統(tǒng)的第二焦點(diǎn)處的兩個(gè)PV接收機(jī)18，和18"反射經(jīng)色散的多色入射光。 這個(gè)另外的實(shí)施例將不提供通過增加PV接收機(jī)16而提供的附加的多色容量， 如圖3的實(shí)施例所示。然而，這個(gè)另外的實(shí)施例將提供把所有的光電部件都安 置在光聚能器30后側(cè)的優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于制造和部件封裝是有利的。
制造
可以形成光聚能器30作為分立單元或作為陣列的一部分的圓柱形部件。 在一個(gè)實(shí)施例中，如圖6的后透視圖所示，輻射能量聚集裝置60具有在陣列 中相互并排組裝的多個(gè)光聚能器30，每個(gè)光聚能器30本身作為延伸的圓柱形 單元。在一個(gè)實(shí)施例中，按繼續(xù)沿光聚能器30的長(zhǎng)度方向延伸的線性方式來 形成光電接收機(jī)16、 18'和18"。在諸如圖6所示的陣列式實(shí)施例中，有利的 是每個(gè)光聚能器30都與其相鄰的光聚能器光耦合，如下所述。
圖7A和7B的透視圖分別從前(輸入)和后視圖示出一個(gè)實(shí)施例中的一段 光聚能器30的主體22的制造細(xì)節(jié)。在模制或否則形成在輸入面26上的通道 32上涂布次要反射曲面14的二色性涂布配方。模制或否則在后側(cè)38上形成另 一個(gè)通道36。像主要反射曲面12那樣涂布通道36外的部分后側(cè)38。側(cè)面34 也涂布反射性物質(zhì)以防止由內(nèi)部總反射(TIR)引起的沿主體22行進(jìn)的光的光 損耗。 使用二色性分離的實(shí)施例
在圖3的棱鏡實(shí)施例中，用反射可見光和發(fā)射IR的二色性涂層來調(diào)節(jié)或 處理次要反射曲面14。本發(fā)明的其它實(shí)施例通過操縱二色性涂層的光譜特性以 及在光路徑中插入附加的反射或二色性表面而提供進(jìn)一步的光譜分離。參考圖
8，圖中示出使用用于光譜分離的成對(duì)的曲面配置的光聚能器30 。不像圖3到 圖5那樣，這個(gè)實(shí)施例不需要折射色散。作為替代，在所處于的位置與圖2中 次要反射曲面14的位置相似的主要反射曲面12形成的光學(xué)系統(tǒng)的第一焦平面 之前，設(shè)置具有2個(gè)至少部分反射的表面的光譜分離器50。在圖8的實(shí)施例中， 通過光譜分離器50把輸入多色輻射分裂成兩個(gè)光譜帶。在圖9中另外的實(shí)施 例中，還把光譜分離器50設(shè)計(jì)成向PV接收機(jī)16發(fā)射第三光譜帶，諸如IR輻 射，以及把可見光分裂成分離帶，把可見光的兩個(gè)光譜帶引導(dǎo)到相應(yīng)的PV接 收機(jī)18'和18"。
圖8和圖9的兩個(gè)實(shí)施例都具有取決于特定應(yīng)用中的需求的優(yōu)點(diǎn)。圖8的 實(shí)施例提供保持光電部件于一側(cè)的優(yōu)點(diǎn)，這是一種較不復(fù)雜的配置，并且允許 更小型化的封裝。另一方面，圖9的實(shí)施例提供得到第三光譜帶因此可以提供 增加的效率的優(yōu)點(diǎn)。
圖IOA和IOB示出對(duì)于可見光的每個(gè)光譜帶，可應(yīng)用于圖8的兩個(gè)一接收 機(jī)實(shí)施例或圖9的三個(gè)一接收機(jī)實(shí)施例的、光譜分離器50的性能。在圖10A 中，向PV接收機(jī)18"引導(dǎo)一個(gè)光譜帶，形成太陽(yáng)圓盤或其它輻射源的圖像(在 放大率軸上)。相似地，圖IOB示出向PV接收機(jī)18'引導(dǎo)其它光譜帶，再次 形成太陽(yáng)圓盤或其它輻射源的圖像。
參考圖11A，示出了從圖8、 9、 IOA和IOB所示的附圖放大的光譜分離器 50的關(guān)鍵表面的側(cè)視圖，再次，不需要按比例來示出。通過矢量I來表示入射 光。處理而使第一曲面52成為反射入射多色光的第一光譜帶以及發(fā)射該光譜 帶外的所有其余的光的二色性表面。然后，通過第一曲面52發(fā)射的光入射在 第二曲面54上，第二曲面54與第一曲面52是隔開的，并且具有與第一曲面 52不同的曲率特征。在所示的實(shí)施例中，相似地，處理而使第二曲面52成為 反射第二光譜帶和發(fā)射該光譜帶外的所有其余的光的二色性表面。因此，通過 兩個(gè)曲面52和54發(fā)射的光是分別通過第一和第二曲面52和54反射的第一和 第二光譜帶外的光。
例如，在一個(gè)實(shí)施例中，涂布第一曲面52使之反射藍(lán)色和紫外區(qū)域中的
光，通常是波長(zhǎng)比約475 nm短的光，在圖11A中用矢量Ll來表示。通過第一 曲面52發(fā)射其它的可見光和紅外光。涂布第二曲面54使之反射可見紅色和更 短波長(zhǎng)，短于約650 nm，在圖11A中用矢量L2來表示。 一般可以把通過圖11A 中矢量L3表示的長(zhǎng)于650 nm門限值的紅外光引導(dǎo)到合適的接收機(jī)。圖11A中 給出的值只是作為例子而并非限制。
圖11B示出一個(gè)實(shí)施例中的光譜分離器50的光學(xué)配置的細(xì)節(jié)。第一曲面 52在圖11A和11B的橫截面圖的平面中具有光學(xué)對(duì)稱軸01。第二曲面54在 圖IIA和11B的橫截面圖的平面中具有光學(xué)對(duì)稱軸02。注意，軸01和02不 在同一直線上，并且是不平行的。因此，第一和第二曲面52和54在光學(xué)上是 偏軸的，以致從每個(gè)表面反射的光進(jìn)入各自的PV接收機(jī)18'和18"，分別如 圖10A或10B所示。例如，曲面52和54可以是不同心的弧。同樣要注意，曲 面52和54的曲率和二次曲線常數(shù)可以彼此不同。
在一個(gè)實(shí)施例中，通過在玻璃或其它透明光學(xué)材料的主體58上形成曲面 52和54來制造光譜分離器50。必須注意，對(duì)于曲面54的形狀描述可能會(huì)有 一些混淆。相對(duì)于圖11B中的主體58的橫截面形狀，曲面52是凸起的，而認(rèn) 為曲面54凹入的。然而，關(guān)于其光譜分離功能和特別如圖IIA所示，曲面52 和54兩者相對(duì)于從主要反射曲面12接收到的入射多色光I都是凸起的。因此， 認(rèn)為表面52是凹入的還是凸起的取決于光譜分離器50是制造在主體58上的， 還是從分立薄膜形成的，或是從嵌入較大結(jié)構(gòu)(諸如主體22 (圖7A、 7B)) 中的經(jīng)處理的表面形成的。在光聚能器30是圓柱形的時(shí)，光譜分離器50也是 圓柱形的，在使用圖2中示出的坐標(biāo)軸分配的z-y平面中只有沿軸才有放大率。
對(duì)于圖8的兩個(gè)一接收機(jī)實(shí)施例，第二曲面54不需要是二色性表面，如 參考圖11A所描述的。作為替代，由于只需要把光分裂成圖8實(shí)施例的兩個(gè)光 譜帶，第二曲面54可以是不同于二色性表面的反射器。既然是這樣，第一曲 面52， 二色性分離表面，按參考圖IIA描述的相同方式操作，反射一個(gè)光譜帶 和發(fā)射所有其它的輻射。然后，處理而使反射性第二曲面54簡(jiǎn)單地反射它已 經(jīng)接收到作為第二光譜帶的所有入射波長(zhǎng)，引導(dǎo)到PV接收機(jī)18'和18"。應(yīng)該 注意，即使在只使用第二曲面54作為反射器時(shí)，二色性涂布由于其相當(dāng)高的 效率也是有利的。
在某些應(yīng)用中的光聚能器30的圓柱形配置可能是較佳的同時(shí)，諸如螺旋 形之類的另外的形狀也可能是有利的。在螺旋形實(shí)施例中，存在多個(gè)平面中的
光焦度。圖12A和12B分別示出螺旋形形狀實(shí)施例中的光聚能器30的頂視圖 和橫截面?zhèn)纫晥D。使用光譜分離器50的圖3的每個(gè)色散實(shí)施例或圖8和9的 實(shí)施例都適用于螺旋形形狀。如圖12A的頂視圖中所示，對(duì)于螺旋形實(shí)施例， PV接收機(jī)16、 18'和18"各自的長(zhǎng)度會(huì)有一些限制
如早先所注意到，使用光譜分離器50的實(shí)施例不需要使用諸如棱鏡20之 類的色散單元。然而，對(duì)色散單元和光譜分離器50的使用進(jìn)行組合以便得到 提高的光譜分離是有利的。
相對(duì)于輻射源的定向
為了有效地得到和聚集來自太陽(yáng)或其它輻射源的光，使光聚能器30相對(duì) 于源正確地定向是很重要的。對(duì)于諸如主體22是具有單個(gè)光軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱設(shè) 備的形式的分立系統(tǒng)，通過簡(jiǎn)單地使其光軸與太陽(yáng)或其它源對(duì)準(zhǔn)而使光收集效 率最優(yōu)化。然而，對(duì)于圓柱形實(shí)施例，更能寬容沿東一西軸的設(shè)備定向。這個(gè) 部件的北一南一東一西(簡(jiǎn)稱為N、 S、 E、 W)定向直接影響其得到和聚集輻 射能量的能力。
圖13A、 13B和13C的透視圖示出圓柱形實(shí)施例中光聚能器30相對(duì)于輻 射源的E-W和N-S方向的光收集性能。在圖13A中，通常對(duì)準(zhǔn)光收集器30的 圓柱形軸C使之與E-W軸平行。當(dāng)向太陽(yáng)或其它源最優(yōu)化定向時(shí)，光收集器 30得到沿其后面的PV接收機(jī)18'和18"的總長(zhǎng)度Q的最優(yōu)化的光量。圖13B 示出當(dāng)光收集器30不再最優(yōu)化地定向時(shí)發(fā)生什么情況。雖然，只有后面的PV 接收機(jī)18，和18"的部分長(zhǎng)度Q'接收到光，但是實(shí)質(zhì)上的光量還是入射在后面 的PV接收機(jī)18，和18"上。因此，在某種程度上來說，設(shè)備在E — W方向的 十分寬的視場(chǎng)上起作用。
圖13C的透視圖示出沒有相對(duì)于N—S軸正確地定向時(shí)的光聚能器30的 性能。當(dāng)圍繞其圓柱形軸C不正確地傾斜時(shí)，光收集器30可以允許光在垂直 方向上有一些"離開"，如圖14的橫截面?zhèn)纫晥D所示，以致沒有把正確的光 譜帶引導(dǎo)到它們對(duì)應(yīng)的PV接收機(jī)18'和18"。既然是這樣，為了使太陽(yáng)能裝置 中的效率最大化，需要提供某個(gè)類型的角度刺激，以使光收集器30沿N—S軸定向。然而，必定會(huì)觀察到，諸如相鄰光收集器30沿共享邊緣光耦合之類的
相鄰光收集器30光耦合的陣列實(shí)施例，可以使用傾斜角度處一些部分的光。 圖15的橫截面惻視圖示出光聚能器30的陣列40在大傾斜角處的入射光I的性 能。這里，相鄰光聚能器30是光耦合的，允許陣列40中的總的內(nèi)部反射(TIR)。 例如，光線R1和R2進(jìn)行TIR和在遇到光聚能器30中之一的接收機(jī)之前或作 為作廢的光從陣列40退出之前，從經(jīng)涂布的主要反射曲面反射多次。反射側(cè) 面34 (與頁(yè)平面平行)有助于防止光在與頁(yè)面正交的方向上泄漏。
太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)和方法是眾所周知的，并且可以容易適用于使用分立或陣列 形式的光收集器30。圖16示出根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能系統(tǒng)70。安排和設(shè)計(jì)一個(gè) 或多個(gè)輻射能量聚集裝置60使之跟蹤太陽(yáng)。控制邏輯處理器62整天控制跟蹤 致動(dòng)器64，當(dāng)太陽(yáng)的E-W位置相對(duì)于地球66改變時(shí)，使輻射能量聚集裝置60 正確地定向，以及進(jìn)行正確的N-S定向的次要調(diào)節(jié)。例如，控制邏輯處理器62 可以是計(jì)算機(jī)或基于專用微處理器的控制裝置?？刂七壿嬏幚砥?2可以通過 測(cè)量在一個(gè)位置處得到的電流量或通過得到一些其它的合適信號(hào)來檢測(cè)位置。 然后控制邏輯處理器62響應(yīng)于該表示位置的信號(hào)而提供控制信號(hào)，以命令跟 蹤致動(dòng)器64進(jìn)行相應(yīng)的位置調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的光聚能器30比提供光聚集和光譜分離兩者的其它類型輻射能量 聚能器設(shè)備優(yōu)越。光聚能器30能夠使用具有橫向配置而非堆疊配置的光電接 收機(jī)，其中把分離的光譜帶引導(dǎo)到合適的光電電池，優(yōu)化這些光電電池的每一 個(gè)使之得到光譜帶中的波長(zhǎng)的光能量?？梢允褂帽景l(fā)明的裝置來提供分立的、 預(yù)制的光聚集單元或光聚能器的陣列。該裝置是可定標(biāo)的，并且適用于薄板應(yīng) 用或大規(guī)模輔射能量裝置?？梢詮奶峁┕庾V帶的任何合適的光電材料制造光電 接收機(jī)16、 18，和18"，這些材料包括硅、砷化鎵(GzAs)、銻化鎵(GaSb) 以及其它材料。
可以觀察到，提供給PV接收機(jī)18，和18"的兩個(gè)光譜帶在光譜上不是明 顯地區(qū)分的，而是有一些重疊，其中每個(gè)光譜帶包含一些相同的波長(zhǎng)。在圖3 到5的色散實(shí)施例以及圖8到10B的二色性分離器實(shí)施例中可以發(fā)現(xiàn)一些光譜 污染量。可以使二色性涂層最優(yōu)化以使光譜污染減少到所要求的較低水平。可 以向主要反射曲面12提供二色性涂層，在許多類型的傳統(tǒng)鏡子涂層方面提供 了提高了的效率。
已經(jīng)特別參考某些本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但是要理 解，熟悉本領(lǐng)域普通技術(shù)的人員可以進(jìn)行如所附的權(quán)利要求書中記錄的、上述 本發(fā)明范圍內(nèi)的變型和修改而不偏離本發(fā)明的范圍。再次強(qiáng)調(diào)相對(duì)于諸如焦平 面"附近"和"之前"之類的位置術(shù)語(yǔ)可以有一些范圍是有用的。在根據(jù)本發(fā) 明的學(xué)說中使用的原理的精確定位中，光學(xué)機(jī)械容差允許一些可變性。以傳統(tǒng) 的意義來使用術(shù)語(yǔ)"拋物線的"和"雙曲線的"，因?yàn)檫@些術(shù)語(yǔ)是可理解的以 及是在光學(xué)技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的，允許從完整的一致性到對(duì)應(yīng)的幾何形狀的一些
度量范圍。對(duì)于這里上述的任何實(shí)施例，可以定義光譜帶，并且使其最優(yōu)化而 最佳地適合于應(yīng)用的要求。
因此，所提供的是一種裝置，該裝置收集來自太陽(yáng)或其它多色的輻射源或 以光譜分布的輻射源的光，根據(jù)光譜內(nèi)容分離光，以及把經(jīng)分離的光聚集到一 個(gè)或多個(gè)接收機(jī)中。
部件列表
10:光電模塊
12、 14:曲面
16、 18、 18，、 18":接收機(jī)
20:棱鏡 22:主體 24:陣列 26:輸入面 30:光聚能器
32、 36:通道
34:側(cè)面
38:后側(cè)
40:陣列
50:光譜分離器
52、 54:曲面
56:段
58:主體
60:輻射能量聚集裝置
62:控制邏輯處理器
64:跟蹤致動(dòng)器
66:地球
70:太陽(yáng)能系統(tǒng)
C:圓柱軸
d:高度
e:聚能器電池深度 h:聚能器電池高度 I:入射光
Ll、 L2、 L3:光矢量
N:法線
01、 02、 03:光軸
P:第一焦平面 Q、 Q':長(zhǎng)度 Rl、 R2:光線
N、 S、 E、 W:北、南、東、西 x、 y、 z:坐標(biāo)軸
權(quán)利要求
1.一種用于得到輻射能量的裝置，包括a)第一和第二光電接收機(jī)；b)主要反射曲面，被設(shè)置成朝著第一焦平面反射入射的多色輻射；以及c)光譜分離器，被設(shè)置在第一焦平面和主要反射曲面之間，所述光譜分離器包括(i)二色性分離表面，所述表面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻射為凸起的并且被處理成朝著第一光電接收機(jī)反射第一光譜帶且透射在第一光譜帶外的經(jīng)反射的多色輻射；(ii)分離器反射曲面，所述曲面相對(duì)于從二色性分離表面透射而過的光為凸起的并且被處理成朝著第二光電接收機(jī)反射從二色性分離表面透射而過的至少一部分光。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述二色性分離表面相對(duì)于分離 器反射曲面是光學(xué)偏軸的。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，所述分離器反射曲面被進(jìn)一步處 理成透射第二光譜帶中的光。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，還包括第三光電接收機(jī)，它被設(shè) 置在第一焦平面附近以便于接收第二光譜帶中的光。
5. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述第二光譜帶包括紅外波長(zhǎng)。
6. 如權(quán)利要求l述的裝置，其特征在于，所述主要反射曲面具有二色性涂層。
7. —種包括至少兩個(gè)輻射聚能器且用于得到輻射能量的裝置，其中每個(gè)輻射 聚能器沿其各自的圓柱軸延伸，所述裝置包括a) 基本上透明的材料的三維主體，它具有用于接受入射的多色輻射的輸入面;b) 主要反射曲面，被設(shè)置成朝著第一焦平面反射多色輻射；以及c) 光譜分離器，被設(shè)置在第一焦平面和主要反射曲面之間，所述光譜分 離器包括(i) 二色性分離表面，所述表面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻射為凸 起的并且被處理成朝著第一光電接收機(jī)反射第一光譜帶且透射在第一光譜帶外的 經(jīng)反射的多色輻射；(ii) 分離器反射曲面，所述曲面相對(duì)于從二色性分離表面透射而過的光 為凸起的并且被處理成朝著第二光電接收機(jī)反射從二色性分離表面透射而過的至 少一部分光。
8. —種用于得到輻射能量的裝置，包括a) 基本上透明的材料的三維主體，它具有用于接受入射的多色輻射的輸入面;b) 主要反射曲面，被設(shè)置成朝著第一焦平面反射多色輻射；c) 第一光電接收機(jī)，被設(shè)置在第一焦平面附近；以及d) 光譜分離器，被設(shè)置在第一光電接收機(jī)和主要反射曲面之間，所述光 譜分離器包括(i) 第二反射曲面，所述曲面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色福射為凸起 的并且被處理成朝著第二光電接收機(jī)反射第一光譜帶且透射在第一光譜帶外的經(jīng) 反射的多色輻射；(ii) 第三反射曲面，所述曲面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻射為凸起的 并且被處理成朝著第三光電接收機(jī)反射第二光譜帶且透射在第二光譜帶外的經(jīng)反 射的多色輻射；其中第一光電接收機(jī)接收從第二和第三反射曲面透射而過的多色輻射。
9. 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第二反射曲面相對(duì)于第三反 射曲面是光學(xué)偏軸的。
10. —種用于得到輻射能量的裝置，包括a)色散單元，用于調(diào)節(jié)入射的多色輻射以得到經(jīng)色散的多色輻射；b) 主要反射曲面，被設(shè)置成朝著第一焦平面反射經(jīng)色散的多色輻射；c) 次要反射曲面，被設(shè)置在第一焦平面之前且相對(duì)于入射的經(jīng)反射且經(jīng)色散的多色輻射為凸起的，其中次要反射曲面被處理成朝著第二焦平面反射至少一部分經(jīng)色散的多色輻射；d) 第一光電接收機(jī)，被設(shè)置在第二焦平面附近以便于接收從次要反射曲面反 射的第一光譜帶的經(jīng)色散的多色輻射；以及e) 第二光電接收機(jī)，被設(shè)置在第二焦平面附近以便于接收從次要反射曲面反 射的第二光譜帶的經(jīng)色散的多色輻射。
11. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于，所述次要反射曲面被處理成透 射第三光譜帶以及反射第三光譜帶以外的其它光，并且其中有一個(gè)被設(shè)置在第一焦 平面附近以便于接收第三光譜帶的第三光電接收機(jī)。
12. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，還包括被設(shè)置在主要和次要反 射曲面之間的電介質(zhì)材料的主體。
13. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，主要反射曲面具有第一軸上的 光焦度，第一軸上的光焦度與正交于第一軸的第二軸上的光焦度不同。
14. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于，所述色散單元是棱鏡。
15. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述色散單元是棱鏡陣列。
16. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述主要反射曲面是大致拋物 線型的。
17. 如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，所述次要反射曲面是大致雙曲 線型的。
18. 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于，所述主要反射曲面具有二色性涂層。
19. 一種用于得到輻射能量的裝置，包括a) 色散單元，用于調(diào)節(jié)入射的多色輻射以得到經(jīng)色散的多色輻射；b) 主要反射曲面，被設(shè)置成朝著第一焦平面反射經(jīng)色散的多色輻射；c) 次要反射曲面，被設(shè)置在第一焦平面之前且相對(duì)于入射的經(jīng)反射的經(jīng)色散 的多色輻射為凸起的，其中次要反射曲面被處理成透射第一光譜帶且朝著第二焦平面反射第一光譜 帶之外的經(jīng)色散的多色輻射；d) 第一光電接收機(jī)，被設(shè)置在第一焦平面附近以便于接收第一光譜帶；e) 第二光電接收機(jī)，被設(shè)置在第二焦平面附近以便于接收從次要反射曲面反 射的第二光譜帶的經(jīng)色散的多色輻射；以及f) 第三光電接收機(jī)，被設(shè)置在第二焦平面附近以便于接收從次要反射曲面反 射的第三光譜帶的經(jīng)色散的多色輻射。
全文摘要
用于得到輻射能量的一種裝置具有第一和第二光電接收機(jī)。設(shè)置主要反射曲面向第一焦平面反射入射的多色輻射。在第一焦平面和主要反射曲面之間設(shè)置光譜分離器。光譜分離器具有二色性分離表面，該表面相對(duì)于入射的經(jīng)反射的多色輻射為凸起的，以及處理而向第一光電接收機(jī)反射第一光譜帶和發(fā)射在第一光譜帶外的經(jīng)反射的多色輻射。光譜分離器還具有分離器反射曲面，該表面相對(duì)于通過二色性分離表面發(fā)射的光為凸起的，并且處理而向第二光電接收機(jī)反射通過二色性分離表面發(fā)射的至少一部分光。
文檔編號(hào)H01L31/052GK101361197SQ200680051537
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2006年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者J·H·布魯寧, J·M·克比, P·F·米開羅斯基 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司