步阶式流线聚光器和准直器制造技术

光学系统，顺序包括第一光学表面，具有小面的第二光学表面和具有小面的第三光学表面。光学系统可操作将第一光线束转换为第二光线束，第一光线束在第一光学表面外部的相空间中是连续的，第二光线束在第三光学表面之外的相空间中是连续的。在第二和第三光学表面之间，形成第一和第二束的光线形成离散的子束，每个子束通过第二光学表面的小面到第三光学表面的小面。子束不形成相空间中的连续束，相空间具有表示光线跨越光线束的横截表面的位置和角度的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】步阶式流线聚光器和准直器相关申请的交叉参考本申请主张2009年8月20日申请的美国临时专利申请No. 61/274，735的权益，其全部内容并入于此作为参考。
技术介绍
在本世纪初首先开发了步阶式流线光学器件(SFL)[参考文献1-3]并且快速地发现了背光灯设计中的应用[参考文献4、5]，用于组合光源或者有效地将光分布到不同位置的光学器件[参考文献6-10]。这些光学器件的特征在于具有下部光学器件(光分配器)，其从源收集光并且将光分配到给定的底面。来自光源并由光分配器重新导向的光束在底面上生成了流线场。然后 设计过程继续遵守流线(flow - line)，然后在流线上移动，接下来是另一个流线，然后在流线上移动，等等。在之后是该步阶性结构的两个连续的流线之间包含的集光率的每个部分由分开的(小的)光学器件管理。然后该设计方法的特征在于将在底面上进入的光束“打破”为小的部分，每个部分由分开的(小的)光学器件控制。这个过程使得能够后来重新组合所有这些部分，无缝地重建整个光束的连续性。已经提出了其中发生和不发生重新组合过程的光学器件的例子[参考文献3]。例如，这个重新组合过程在将来自不同光源的光组合到单个出口孔径的光学器件中不发生。通常，支撑表面可以是平坦的或者弯曲的，开放的或闭合的(例如圆柱体)[参考文献2、3]。在这里公开的某些配置中，总是发生光束无缝地重新组合。这些设备的一个元件是光分配器(下部光学器件)，其将来自源的光分频道底面。其他元件由构成上光学器件(微结构)的许多小的光学器件组成。每个小的光学器件是微结构元件。每个微结构元件的光学表面可以闭合在一起或可以分开，产生不同类型的结构。在第一种情况下，微结构的厚度与光学器件的整个厚度相比非常薄。在第二种情况下，每个微结构元件的表面之间的距离比它们的尺寸大得多，一组表面跟随底面，并且另一组表面跟随另一个表面，例如入口孔径。本说明书中提出的光学设备的实施例的目的在于使得设计过程能够在光束中引入多个不连续，并然后在光学器件向下去除这些不连续。相反地，今天的非球面设计方法仅允许在生成的表面上引入单个不连续[参考文献11]。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提高了一种光学系统，顺序地包括第一光学表面；具有小面的第二光学表面；和具有小面的第三光学表面；其中光学系统可操作将第一光线束转换为第二光线束，第一光线束在第一光学表面外部的相空间中是连续的，第二光线束在第三光学表面之外的相空间中是连续的；其中在第二和第三光学表面之间，形成第一和第二束的光线形成离散的子束，每个子束从第二光学表面的小面行进到第三光学表面的小面，并且子束不形成相空间中的连续束；其中相空间具有表示光线跨越光线束的横截表面的位置和角度的尺寸。从下面的具体实施方式可以看到，许多实施例实质上是可逆的。大多数描述的实施例在一个方向用作聚光器，在另一个方法用作准直器。在许多这样的实施例中，当用作准直器的时候，第一光学表面用于分配表面，向第二表面提供光，第二表面然后形成分开的小面结构或微结构，并且第三表面然后形成组成小面结构或微结构。然而，当相同的光学系统用作聚光器时，分开和组合结构的功能互换，并且“分配表面”实际上用作聚集表面。由此，通常在涉及特定方向光流动的说明书中使用的术语应当被广泛地理解为在相对方向流动的光的相反功能。本专利技术的另一个方面提供一种光学系统，顺序包括第一光学表面和具有小面的第二光学表面；其中光学系统可操作将第一光线束转换为第二光线束，第一光线束在第一光学表面外部的相空间中是连续的，第二光线束在第二光学表面之外的相空间中是连续的；其中在第一和第二光学表面之间，形成第一和第二束的光线形成离散的子束，每个子束从第二光学表面的小面行进到第一光学表面的小面，并且子束不形成相空间中的连续束。 本专利技术的另一个方面提供一种光学系统，包括具有小面的第一光学表面和第二光学表面；其中光学系统可操作将第一光线束转换为第二光线束，第一光线束在第一光学表面外部的相空间中是连续的，第二光线束在第二光学表面之外的相空间中是连续的；其中具有小面的第一光学表面被配置使得从预定光源进入系统的光完全闪现系统的出口孔径。本专利技术的另一个方面提供一种光学系统，包括源或接收器、具有小面的分光光学表面、引导源或接收器和具有小面的分光光学表面之间的光的分配光学表面以及可选地远离源或接收器的分光光学表面的侧面上的出口孔径，其中来自源或接收器由分配和分光光学表面导向的光线完全闪现出口孔径，并且在出口孔径形成具有来自两个波阵面的边缘光线的光线束。该方面的实施例还包括具有小面的组合光光学结构，其中具有小面的分光和组合光光学表面协作，使得光在具有小面的分光和组合光光学表面之间形成离散束，并且在这些表面之外形成连续束。在某些实施例中，如图1、13A和13B中例子所示，在出口孔径的每个点上的所示光线束的光线在二维上形成了三角形或者在三维上形成了圆锥，具有来自所示两个不同波阵面的边缘光线。在某些实施例，特别是在光学系统是太阳能光电收集器并且接收器是光电设备的实施例中，出口孔径的所点的光线圆锥可以具有平行的轴和相同的圆锥角。由此圆锥角的尺寸被选择为容纳太阳光的角尺寸(如从底面可见圆锥半角近似1/4度)加上将聚光器瞄准太阳时恰当的错误容差。在准直器中类似的光学配置可以产生来自光源的窄光束。在其他实施例中，圆锥角和/或圆锥轴的方向可以在出口孔径上可变，以产生不同的光发射或接收模式。在一个实施例中，在相空间中没有形成连续束的子束的标准是，不可能通过连续地改变相空间坐标从一个这样的子束移动到另一个这样的子束而不通过相空间中不属于任何子束的区域。在相空间中连续束的对应标准是，不可能通过连续地改变相空间坐标而移动通过这样的连续束而不通过相空间中不属于该束的区域。对于重新组合的束以没有孔的相空间表示这是期望的，但是不是关键的，在许多实际实施例中这是不可实现的。附图说明本专利技术的前述和其他方法、特征和优点将结合附图从下面更具体的描述中变得显而易见，其中图I示出了用于步阶式流线聚光器的上部光学器件图2示出了通过组合若干上部光学器件和一个下部光学器件形成的步阶式流线聚光器(或准直器)。图3示出用于挤压出图2中的聚光器的上部光学器件的模型。图4示出了步阶式流线聚光器(或准直器)，其由通过一层低折射率材料分成单元 的两个光学器件组成。图5示出与图4中的光学器件类似的光学器件，但是整个光学器件具有恒定的厚度。图5A示出了例如图5所示的光学器件但是具有水平接收器的光学器件。图5B示出了在图5光学器件的配置中的变形。图6示出了光学器件的3D视图，该光学器件沿着下部光学器件的流线具有V形表面，提取步阶以及在所述步阶校准反射光的上部光学器件上的对应“透镜”。图7示出图6的光学器件，具有完全覆盖有“透镜”的上部光学器件，在下部光学设备上每个步阶具有一个透镜。图8示出了元件阵列，形成了完整的下部光学设备。图9示出了与图6类似的光学设备，但是用于更紧密的校准。图10示出了下部光学器件的另一个可能设计，具有遵守流线的表面以及跨越流线并提取光的步阶。完整的下部光学器件由相似元件的阵列构成。图11示出了图10的下部光学器件的一部分，具有覆盖上部光学器件的对应“透镜”。图12示出紧凑的聚光器的示意图。图13A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.08.20 US 61/274,7351.一种光学系统，包括按顺序的 第一光学表面; 具有小面的第二光学表面；和 具有小面的第三光学表面； 其中所述光学系统可操作将第一光线束转换为第二光线束，第一光线束在第一光学表面外部的相空间中是连续的，第二光线束在第三光学表面之外的相空间中是连续的； 其中在第二和第三光学表面之间，形成第一和第二束的光线形成离散的子束，每个子束从第二光学表面的小面行进到第三光学表面的小面，并且子束不形成相空间中的连续束； 其中相空间具有表示光线跨越光线束的横截表面的位置和角度的尺寸。2.根据权利要求I所示的光学系统，还包括至少一个光源和光接收器，所述至少一个光源提供朝向第一光学表面导向的第一光线束，所述光接收器接收远离第三光学表面导向的第二光线束。3.根据权利要求I所述的光学系统，还包括至少一个光源和光接收器，所述至少一个关于提供朝向第三光学表面导向的第二光线束，所述光接收器接收远离第一光学表面导向的第一光线束。4.根据权利要求I所述的光学系统，其中存在限定的第一光束和限定的第二光束，第一光束主要由在第一给定方向第一给定角度范围内进入或离开第一光学表面的所有光线组成，并且限定的第二光束主要由在第二给定方法第二给定角度范围内离开或进入第三光学表面的所有光线组成，使得光学系统基本上将所述限定的第一光束的所有光线转换为所述限定的第二光束的光线，并且反之亦然。5.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述第一给定角度范围形成了第一圆锥，所述第一圆锥的轴处于所述第一给定方向，并且所述第二给定角度范围形成了第二圆锥，所述第二圆锥的轴处于第二给定方向。6.根据权利要求I所述的光学系统，还包括光接收器，接收远离第一光学表面导向的第一光线束，并且其中，当所述第二光线束是在第三光学表面上照射的太阳光的常规表示时，所述光学系统可操作用于基本上将所述第二光线束的全部...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛斯·胡安·米尼亚诺，巴勃罗·贝尼特斯，C·胡里奥·查韦斯，迈克尔·埃尔南德斯，
申请(专利权)人：光处方革新有限公司，
类型：
国别省市：