[发明专利]用于聚集和照明系统的变向光学装置

说明书

交叉参考相关申请

本申请要求2010年10月28日提交的美国临时专利申请序号No.61/407,772的优先权。本申请还要求2010年11月4日提交的美国专利申请序号No.12/939,348的优先权，该两个申请在此全文引用，供参考。

技术领域

本发明针对用于光收集和传送的光学装置领域。应用包含在光伏电池或热接收器上的太阳光的聚集，以及用于照明应用的光的漫射。

背景技术

边缘收集器或光波导，被用于光，尤其是太阳光的收集和聚集。对这种应用，边缘收集器或光波导，被定义为一种光学设备，它从顶表面接收光，并把被聚集的能量传送该设备的边缘。图1a画出光波导10的横截面的简单示意图。图1b是同一光波导10的3D表示。

在实际应用中，这些光波导10的类型，一般是美国专利7,664,350和7,662,549中描述的类型。光波导的其他类型，包含荧光太阳能聚集器、或染料荧光太阳能聚集器。图1c画出前一类型的光学系统。输入光20落在跨越通光孔的多个聚集单元40上，且该波导10从所有单元收集被聚集的光并把它传送到波导10的边缘30。

发明内容

然而，要是在边缘30上有第二级的一套光学装置50（见图2和3a），使该光20按良好的方式变向，则有许多优点。在图2中，光20被传送到波导10的边缘30并被变向约90度，到平行于波导10的底部放置的接收器60。本文清晰表达的本发明，描述各种不同方法，用于设计这些第二级变向光学装置50。本发明帮助制成更有用的光波导10。对该光波导聚集系统的关键商业准则，包含紧凑性、效率、聚集的程度、以及可制造性。不同的用于变向的方法，以不同方式影响这些准则。

还应当指出，这种光波导10或设备的应用是各种各样的。光能量能够被传送到各种不同接收器。图3a到3d画出接收器60的一些例子，包含更多聚集或漫射光学装置，诸如透镜、复合抛物线聚集光学装置、光伏电池、或热交换器，它们将在下文更详细描述。

附图说明

图1a画出概念式光波导的横截面图；图1b画出概念式光波导的三维视图；以及图1c画出用在太阳能聚集中的光波导；

图2画出该光学系统的实施例；

图3a画出有透镜接收器的实施例；图3b画出有CPC接收器的实施例；图3c画出有光伏电池接收器的实施例；以及图3d画出有热交换器接收器的实施例；

图4a画出该光学系统的另一个实施例；图4b画出该光学系统的另一个实施例；图4c画出具有变向光学装置的彼此相邻的多个光学系统；图4d画出没有变向光学装置的彼此相邻的多个光学系统；

图5a画出变向光学装置被集成进波导中的实施例；而图5b画出变向光学装置与波导分离的实施例；

图6a-b画出光学系统围绕中心轴被镜面化的实施例；

图7a-c画出变向光学装置修改聚集的程度的实施例；

图8a画出采用全内反射的变向光学装置；而图8b画出采用部分折射的变向光学装置；

图9画出采用反射的变向光学装置；

图10a画出包括抛物线的变向光学装置；图10b画出包括具有部分折射的抛物线的变向光学装置；图10c画出包括具有部分反射材料的抛物线的变向光学装置；以及图10d画出包括抛物线及平的小面的变向光学装置；

图11a画出展示TIR泄漏的变向光学装置的实施例；图11b画出展示TIR泄漏的变向光学装置的另一个实施例；以及图11c画出展示TIR泄漏的变向光学装置的另一个实施例；

图12a画出在变向光学装置和接收器之间有空气的变向光学装置的实施例；而图12b画出在变向光学装置和接收器之间有包层材料的变向光学装置的实施例；

图13a画出光学系统的实施例；图13b画出有倾角波导的光学系统的实施例；以及图13c画出在变向光学装置和接收器之间有包层材料的变向光学装置的实施例；

图14a-c画出光管变向光学装置的各种不同实施例；

图15a画出在变向光学装置和接收器之间有包层材料的变向光学装置的实施例；以及图15b画出在变向光学装置和接收器之间有包层材料和玻璃的变向光学装置的实施例；

图16a-e画出光学系统的各种不同实施例；

图17a画出线对称的光学系统；图17b画出轴对称的光学系统；以及图17c-f画出轴对称光学系统及相关联的变向光学装置的各种不同实施例；和

图18画出被构造成用于照明应用的光学系统的实施例。

具体实施方式