專利名稱：：用于光學(xué)聚光器的混合式主光學(xué)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及應(yīng)用于光學(xué)聚光系統(tǒng)的光學(xué)配置，該光學(xué)聚光系統(tǒng)為例如將入射光接收并聚集到(一個(gè)或多個(gè))目標(biāo)的線式或點(diǎn)式太陽(yáng)能收集器。該目標(biāo)可以是諸如光生伏打(太陽(yáng)能)電池之類的設(shè)備。
背景技術(shù)：
：諸如太陽(yáng)能收集器之類的光學(xué)聚光系統(tǒng)將光向該光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)聚集。通常，有兩種聚光器。線式聚光器使入射光在一個(gè)維度上聚集，因此焦點(diǎn)為一條線。點(diǎn)式聚光器使入射光在兩個(gè)維度上聚集，因此焦點(diǎn)為一個(gè)點(diǎn)。聚光器可以包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，以使入射光聚集。某些系統(tǒng)具有單獨(dú)一個(gè)聚光光學(xué)部件，稱為主光學(xué)裝置，其將由該光學(xué)裝置收集并聚焦的光線直接聚集到期望的目標(biāo)(這可以是諸如光生伏打電池之類的裝置)上。更復(fù)雜的聚光器可以既包^t主光學(xué)裝置又包括輔助光學(xué)裝置，以便提供進(jìn)一步地收集和聚光的能力或者提高在目標(biāo)處的光束均勻性。用于光學(xué)聚光器的主光學(xué)裝置通常包括折射部件或反射部件。最普遍釆用的折射部件是如在O'Neill的美國(guó)專利No.4,069,812中的菲涅耳透鏡，而常用的反射部件是拋物面反射器。對(duì)于折射部件，由于對(duì)于給定的孔徑菲涅耳透鏡更薄，因此菲涅耳透鏡通常優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)透鏡。因此，在不需要標(biāo)準(zhǔn)透鏡所需的那么多透鏡材料的情況下，菲涅耳透鏡允許大的收集孔徑(collectingaperture)。用于這些聚光器的系統(tǒng)孔徑由菲涅耳透鏡的孔徑限定。圖2圖示具有光軸24的典型的菲涅耳透鏡聚光器，示出將光線20折向期望的焦點(diǎn)的菲涅耳透鏡18。然而，常規(guī)上使用的大的、高質(zhì)量的菲涅耳透鏡對(duì)于中等規(guī)模的應(yīng)用例如商業(yè)屋頂系統(tǒng)來(lái)說(shuō)價(jià)格過(guò)于昂貴。另外，與標(biāo)準(zhǔn)透鏡或反射溶液相比，在菲涅耳透鏡上呈現(xiàn)的表面不連續(xù)性會(huì)導(dǎo)致其有損耗(即，由于某些期望聚焦的光反而被吸收和/或從焦點(diǎn)導(dǎo)出)。常規(guī)上使用的菲涅耳聚光器的另一個(gè)缺點(diǎn)是其不適合于需要自供電的某些鉸接聚光器(articulatingconcentrator)。當(dāng)聚光器的光軸與太陽(yáng)沒(méi)有排列成直線從而依賴于來(lái)自天空的漫射輻射時(shí)，這樣的設(shè)備要求發(fā)電的裝置。不幸的是，常規(guī)的菲涅耳聚光器為照射位于透鏡焦點(diǎn)處的太陽(yáng)能電池的漫射輻射提供可忽略的路徑，因此在沒(méi)有與太陽(yáng)排列成直線時(shí)，該菲涅耳聚光器通常不能產(chǎn)生足夠的電能以鉸接其自身。已知反射主體包括根據(jù)Winston的美國(guó)專利No.4，003，638的復(fù)合拋物面聚光器(CPC)以及各種拋物面或近似拋物面的槽或盤。CPC在焦平面處提供較好的光束均勻性。槽和盤是CPC的兩種主要類型。槽和盤可以具有底焦點(diǎn)(bottomfocus)，其中光學(xué)目標(biāo)例如太陽(yáng)能電池面向上。即使當(dāng)反射器沒(méi)有直接瞄準(zhǔn)漫射光的光源時(shí)，具有底焦點(diǎn)的槽和盤也可以收集漫射光并使其聚集。這使得它們適合收集用于自供電的漫射光。槽和盤也可以具有反焦點(diǎn)(invertedfocus),其中光學(xué)目標(biāo)例如太陽(yáng)能電池面向下，經(jīng)常懸掛在反射器之上。但是，由于高聚光率往往要求CPC具有大的高/寬比，所以包括CPC的多個(gè)鉸接聚光器的封裝密度可以是受限制的。例如，本申請(qǐng)的圖3示意性地示出在一維中具有10倍的幾何聚光率的典型的底焦點(diǎn)型CPC28。入射光線30被聚集到點(diǎn)式聚光器寬度為1的焦平面26上。CPC28的點(diǎn)式聚光器高度為17.8，導(dǎo)致高/寬比為1.78。這一相對(duì)較高的高/寬比因子使得常規(guī)的CPC就其自身而言較難適合多個(gè)鉸接式聚光系統(tǒng)，例如，在2005年6月16日以Hines等人的名義提交的以PLANARCONCENTRATINGPHOTOVOLTAICSOLARPANELWITHINDIVIDUALLYARTICULATINGCONCENTRATORELEMENTS(具有單獨(dú)鉸接式聚光元件的平面聚光式光生伏打太陽(yáng)能電池板)為題的受讓人的共同未決的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/691,319和在2006年1月17日以Hines等人的名義提交的以CONCENTRATINGSOLARPANELANDRELATEDSYSTEMSANDMETHODS(聚光式太陽(yáng)能電池板及相關(guān)的系統(tǒng)和方法)為題的受讓人的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/759,778中描述的那些，為了所有的目的，這些申請(qǐng)各自全部以引用方式并入本文。理想地，這樣的鉸接式聚光系統(tǒng)對(duì)光學(xué)部件采用低的總高度，因此聚光器可以自由地鉸接。作為另一個(gè)缺點(diǎn)，拋物面槽和盤具有實(shí)際上不可用來(lái)聚光的孔徑區(qū)域。對(duì)于具有底焦點(diǎn)或反焦點(diǎn)的槽和盤，也是這樣。這些光學(xué)元件的孔徑的部分是不可用的，這是由于在目標(biāo)焦平面處底部和反向聚焦配置都會(huì)受到的入射角的極限的影響。例如，根據(jù)Snell定律，以大于某一角度照射目標(biāo)的光線從表面反射出去，并且不被吸收。圖4示意性地示出關(guān)于底焦點(diǎn)型反射器34的此問(wèn)題。入射光線36、38、40由反射器34聚集到焦平面32上。聚集光線相對(duì)于焦平面32的入射角越靠近光軸(未示出)越大，該光軸穿過(guò)反射器34的中間延伸。光線36和38以小于焦平面32的接收角的角度直射到焦平面32上并被吸收。光線40以大于焦平面32的接收角的角度直射到焦平面32上并被作為光線42返回反射出反射器34。如果光線42為入射光線并且光線40為不合格光線，那么會(huì)看到相同的結(jié)果。與非吸收光線44和42相關(guān)的區(qū)域44和46限定了不可用來(lái)聚光的反射器34的孔徑部分。實(shí)際上，系統(tǒng)的有效孔徑減小了。除了在反射器周邊附近出現(xiàn)孔徑補(bǔ)償(aperturepenalty)以夕卜，反焦點(diǎn)型反射器也受到相似的影響。如在圖5中示意性示出的，入射光線52、56、60通過(guò)反射器50聚集到焦平面48上。對(duì)比使用底焦點(diǎn)型反射器的情況，相對(duì)于反射器50的焦平面48的入射角隨著照射反射器50的光線遠(yuǎn)離光軸(未示出)而增加，該光軸穿過(guò)反射器的中間延伸。光線52和60以小于焦平面48的接收角的角度直射到焦平面48上并被吸收。光線56以大于焦平面48的接收角的角度直射到焦平面48上并被作為光線58返回反射出反射器50。如果光線58為入射光線并且光線56為不合格光線，那么會(huì)看到相同的結(jié)果。與非吸收光線54和62相關(guān)的區(qū)域54和62限定了不可用來(lái)聚光的反射器的孔徑部分。實(shí)際上，這限制了反射器孔徑的寬度。另外，作為典型的反焦點(diǎn)配置，反射器50受到自遮蔽(self-shadowing)的影響，從而使在區(qū)域64內(nèi)最接近光軸的光線被在焦平面48處的目標(biāo)自身所遮擋，從而進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的光收集效率。另外，鉸接式聚光系統(tǒng)理想地應(yīng)當(dāng)包括為鉸接部件供電的裝置，優(yōu)選地使用該設(shè)備自身產(chǎn)生的電力。對(duì)于希望使用自供電的鉸接來(lái)將聚光部件瞄準(zhǔn)入射光源例如太陽(yáng)的光生伏打設(shè)備，常規(guī)的光學(xué)設(shè)計(jì)會(huì)面臨挑戰(zhàn)。自供電設(shè)計(jì)能夠捕獲漫射光并使其聚集，從而在聚光部件沒(méi)有正確瞄準(zhǔn)時(shí)提供電力，這一點(diǎn)是很重要的。為了提供用于漫射輻射的光路以照射位于焦平面處的太陽(yáng)能電池，這樣的設(shè)備可以使用底焦點(diǎn)型反射器。但是，如常規(guī)上所實(shí)現(xiàn)的，這種設(shè)計(jì)方案以底焦點(diǎn)型反射器的上述限制為代價(jià)而出現(xiàn)。另一方面，在目標(biāo)例如太陽(yáng)能電池沒(méi)有面向漫射輻射源時(shí)，作為替代，使用反焦點(diǎn)型反射器的設(shè)備通常只為到達(dá)目標(biāo)的漫射輻射提供非常有限的光路。而且，在主反射鏡中的反射視場(chǎng)往往變得非常窄。因此，反焦點(diǎn)型反射器往往幾乎收集不到漫射光。因此，這些常規(guī)底焦點(diǎn)型反射器和反焦點(diǎn)型反射器不是很適合自供電的系統(tǒng)。第三類聚光主體，在Vasylyev的美國(guó)專利No.6，971，756中描述的反射透鏡，包括以同心環(huán)或平行條的形式排列的反射元件，這種排列使得入射光線像透鏡那樣聚焦。這些主體可提供大的聚光率，并且可以克服與拋物面槽和盤一起呈現(xiàn)的入射角問(wèn)題。但是，這些主體通常包括對(duì)于中等規(guī)模應(yīng)用來(lái)說(shuō)成本高昂的多個(gè)精密對(duì)準(zhǔn)的表面。此外，在長(zhǎng)平行條形式的情況下，可能需要額外的支撐結(jié)構(gòu)，這將導(dǎo)致增加不需要的光學(xué)遮蔽。另外，在與上文討論的折射菲涅耳透鏡的限制相似的方式中，這樣的設(shè)計(jì)在收集漫射光并使其聚焦以便提供自供電的能力方面是有限的。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)通過(guò)將多個(gè)光學(xué)元件組合為單獨(dú)一個(gè)聚光器來(lái)嘗試改進(jìn)這些方案，例如由Habraken在美國(guó)專利/>開(kāi)No.2004/0134531中和由Cobert在美國(guó)專利公開(kāi)No.2005/0067008中所描述的。但是，這兩種方法都是將多個(gè)光學(xué)元件串聯(lián)設(shè)置，因此光在到達(dá)焦點(diǎn)之前就被多個(gè)元件改變了方向。這些方法的明顯缺點(diǎn)是它們引起兩個(gè)分開(kāi)的全孔徑光學(xué)元件的費(fèi)用和光損耗。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明通過(guò)使用混合式反射/折射光學(xué)部件來(lái)提供多種技術(shù)方案，這些技術(shù)方案單獨(dú)地或結(jié)合起來(lái)幫助克服和/或減輕在現(xiàn)有技術(shù)的聚光器中存在的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種包括折射元件和反射元件二者的集光和聚光光學(xué)部件。從某方面來(lái)說(shuō)，該部件是混合式的，即，每個(gè)元件為光學(xué)部件的孔徑的不同部分處理光收集和聚焦?？讖降闹辽僖徊糠质褂谜凵湓骺讖降牧硪徊糠质褂梅瓷湓?。反射和/或折射元件可以成像和/或不成像。有利地，這允許了折射和反射元件的很多優(yōu)點(diǎn)被實(shí)現(xiàn)，同時(shí)避免了常規(guī)的缺點(diǎn)。本發(fā)明的光學(xué)部件可以有利地充當(dāng)用于光學(xué)聚光器的緊湊的、主光學(xué)部件，特別是太陽(yáng)能槽或盤聚光器，并且更具體來(lái)說(shuō)是自供電和/或鉸接的太陽(yáng)能槽或盤聚光器。本發(fā)明可應(yīng)用于線式和點(diǎn)式聚光《泉.統(tǒng)。對(duì)于線式聚光器，折射和反射元件可以具有在一個(gè)方向上對(duì)稱的幾何形狀。對(duì)于點(diǎn)式聚光器，折射和反射元件可以具有在兩個(gè)方向上對(duì)稱的幾何形狀。在這兩種情況下，對(duì)稱方向穿過(guò)聚光器的孔徑。特別是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，混合式光學(xué)部件的折射元件包括在安裝在反射元件的光接收端的透明頂蓋(cover)中。這樣的排列提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)，即整個(gè)聚光系統(tǒng)可以受保護(hù)地裝在保護(hù)頂蓋下且在反射器(例如反射槽或盤)的壁內(nèi)。在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及混合式聚光光學(xué)部件。該部件包括孔徑；收集光并使其聚焦到所述孔徑的第一部分的第一目標(biāo)上的反射光學(xué)元件；以及收集光并使其聚焦到所述孔徑的第二部分的第二目標(biāo)上的折射光學(xué)元件。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及制造光學(xué)聚光部件的方法。提供光反射元件，該光反射元件從孔徑的第一部分收集入射光并使該光聚集到目標(biāo)上。提供光折射元件，該光折射元件從所述孔徑的第二部分收集入射光并使該光聚集到目標(biāo)上。在另一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及收集入射光并使其聚集的方法。從孔徑的第一部分收集光并使該光從所述第一部分反射到目標(biāo)上。從所述孔徑的第二部分收集光并使該光從所述第二部分折射到所述目標(biāo)上。圖la是本發(fā)明的混合式光學(xué)部件的橫截面圖。圖lb是圖la的混合式光學(xué)部件的透視圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的菲涅耳透鏡折射聚光器的橫截面圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合拋物面聚光器的橫截面圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)的底焦點(diǎn)型拋物面聚光器的橫截面圖。圖5是現(xiàn)有技術(shù)的反焦點(diǎn)型拋物面聚光器的橫截面圖。圖6是本發(fā)明的混合式光學(xué)部件的帶小平面的(faceted)槽形式的橫截面圖。圖7是示出在圖la的混合式光學(xué)部件中用于漫射光的光路的橫截面圖。圖8是包括本發(fā)明的混合式光學(xué)部件的點(diǎn)式聚光器的橫截面圖。具體實(shí)施例方式下面描述的本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)是詳盡的，或者不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明限于在下文的詳細(xì)描述中所公開(kāi)的確切形式。更確切地說(shuō)，所選擇和描述的這些實(shí)施例的目的是幫助本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員可以更容易地評(píng)價(jià)和理解本發(fā)明的原理和實(shí)踐。圖la、圖lb和圖7示出本發(fā)明的混合式主光學(xué)部件1的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。出于圖示的目的，光學(xué)部件1呈線式聚光器的形式。部件1的全孔徑15跨越以底聚焦盤6的形式的反射元件的光接收端11的寬度(在線式聚光器的情況下)或直徑(在點(diǎn)式聚光器的情況下)。該混合式主光學(xué)部件1包括被裝配到光接收端11上的頂蓋8。頂蓋8和盤6—起為容納在內(nèi)部16中的設(shè)備部件提供保護(hù)殼體。優(yōu)選實(shí)施例的盤6的反射表面在形狀上近似是拋物面形的。但是，作為可替換的方式，反射元件可以使用任何合適的反射表面，包括但不限于具有線形、拋物線形、帶小平面的、球形、橢圓形或者雙曲線輪廓的表面。頂蓋8包括位于頂蓋8的中心區(qū)域中的呈整體平凸透鏡的形式的折射元件4以及透明的透光的外部區(qū)域17和18。透鏡4和盤6共用公共焦平面2和公共光軸14。這樣設(shè)置透鏡4，使得透鏡4相對(duì)于系統(tǒng)的光軸14居中。近似拋物面形的反射盤6也相對(duì)于系統(tǒng)的光軸14居中。透鏡4可以是任何合適的類型，包括菲涅耳類型和標(biāo)準(zhǔn)類型。盡管菲涅耳透鏡往往很昂貴而且有損耗，但是普遍使用菲涅耳透鏡，因?yàn)樗柚睆降臉?biāo)準(zhǔn)透鏡將會(huì)太厚而且將使用太多昂貴和/或沉重的光學(xué)材料。相反地，本發(fā)明的折射元件只為系統(tǒng)孔徑15的部分提供聚光，因此允許更小的直徑且對(duì)于相同聚光率而言與厚得多的、全孔徑^透鏡相比薄得多的透鏡。同樣地，作為可替換的方式，本發(fā)明可以為傳統(tǒng)上需要菲涅耳透鏡的一定范圍的系統(tǒng)孔徑采用標(biāo)準(zhǔn)透鏡。出于圖示的目的，透鏡4示出為標(biāo)準(zhǔn)透鏡。圖l和圖2之間的比較圖示給定的聚光器在一個(gè)方向上具有例如10倍的幾何聚光率的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)。兩個(gè)具有十個(gè)(10個(gè))單位的歸一化孔徑的主光學(xué)裝置(即，圖2的菲涅耳透鏡主光學(xué)裝置18以及包括透鏡4和反射盤6的圖1的混合式主光學(xué)部件1)將入射光線10和20分別聚集到均具有一個(gè)(1個(gè))單位的歸一化寬度的焦平面2和16上。與圖2的菲涅耳透鏡18相比，圖1的混合式光學(xué)裝置的標(biāo)準(zhǔn)透鏡元件4聚集整個(gè)孔徑15的一部分，而圖2的菲涅耳透鏡18聚集全部的孔徑。在圖1的混合式光學(xué)部件中，沒(méi)有被透鏡4聚集的孔徑的部分由反射盤6聚集。因此，使用標(biāo)準(zhǔn)的、但是薄的標(biāo)準(zhǔn)透鏡4只聚集孔徑15的一部分的本發(fā)明的實(shí)施例可以減少系統(tǒng)的成本。在這點(diǎn)上，將Cobert的美國(guó)專利申請(qǐng)No.2005/0067008的大的、厚的、全孔徑的標(biāo)準(zhǔn)透鏡與圖1的小得多和薄得多的透鏡4進(jìn)行比較。圖1的,;相關(guān)的損耗提^光學(xué)通過(guò)率:一這種損耗在圖2中由不正確地^"射的光線22圖示。有利地，混合式主光學(xué)部件1的每個(gè)光學(xué)元件，即本實(shí)施例的透鏡4和盤6，充當(dāng)用于收集孔徑15的其相應(yīng)部分的主光學(xué)裝置。這一點(diǎn)將部件1與只將折射部件和反射部件串聯(lián)合并的多級(jí)聚光器進(jìn)行區(qū)別，并在其上進(jìn)行改進(jìn)。例如，在使用中，入射到收集孔徑15的中心部分上的入射光線12通過(guò)頂蓋8的透鏡4，因此通過(guò)透鏡4折射并聚焦到公共焦平面2上。同時(shí)，入射到收集孔徑15的外部部分17和18上的入射光線10通過(guò)頂蓋8并由反射盤6聚焦到公共焦平面2上。換句話說(shuō)，入射光線12由透鏡4而不是盤6聚集，而入射光線10由盤6而不是透鏡4聚集。該混合方法提供了很多優(yōu)點(diǎn)。首先，如圖3所示，其中只有反射器被提供用作全孔徑的CPC反射聚光器往往太高，以至于不能很好地適合其中聚光器必須彼此緊密靠近地鉸接的應(yīng)用。相反，如圖l所示，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)具有與以較低的高/寬比(例如，一(1)的高/寬比)的CPC設(shè)計(jì)可比較的聚光功率的聚光器設(shè)計(jì)，從而使混合方法^f艮好地適合其中聚光器陣列必須彼此緊密靠近地鉸接的應(yīng)用。作為另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明不需要附加的遮光支撐結(jié)構(gòu)。相反地，Vasylyev的美國(guó)專利No.6，971，756的反射透鏡要求多個(gè)精密對(duì)準(zhǔn)的表面和支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的混合式光學(xué)裝置與自供電的、鉸接光學(xué)聚光器的使用非常兼容，因?yàn)楸景l(fā)明為漫射輻射到達(dá)焦平面2提供了充分的路徑。這一點(diǎn)在圖7中最易看出。由于本發(fā)明的混合式光學(xué)部件的全孔徑15比透鏡孔徑大，因此存在與光軸14不平行的穿過(guò)頂蓋元件8的光路，該光路既不照射折射元件4也不照射反射盤6。這些光路允許漫射輻射72直接由位于焦平面2處的太陽(yáng)能電池吸收。這一點(diǎn)幫助包括混合式光學(xué)部件的鉸接光學(xué)聚光器在不指向太陽(yáng)的時(shí)候產(chǎn)生足夠的自供電力以鉸接其自身。相反地，由于全孔徑菲涅耳反射器通常只允許少量的漫射光到達(dá)焦平面，因此全孔徑菲涅耳反射器系統(tǒng)通常不適合自供電。使用根據(jù)本發(fā)明的混合式光學(xué)裝置也避免了通常與全孔徑反射部件相關(guān)的關(guān)鍵的缺點(diǎn)。如上文就圖3和圖4所解釋的，如果反射元件使用其自身來(lái)提供全孔徑，那么該孔徑將包括與未吸收光線相關(guān)的區(qū)域。這些區(qū)域?qū)?yīng)于在常規(guī)系統(tǒng)中不能聚光的孔徑的部分。具體來(lái)說(shuō)，提供全孔徑的常規(guī)的底焦點(diǎn)型反射器和反焦點(diǎn)型反射器往往在孔徑的某些區(qū)域具有較差的接收角，結(jié)果往往導(dǎo)致難以適用于自供電的應(yīng)用。相反地，通過(guò)對(duì)反射器不適合的系統(tǒng)孔徑的部分使用折射聚光，本發(fā)明克服了上述底焦點(diǎn)型反射器和反焦點(diǎn)型反射器的限制。這樣，本發(fā)明的混合式光學(xué)部件1的透鏡4置于孔徑15的那些區(qū)域中，以便收集和聚集對(duì)應(yīng)的入射光，否J1該入射光將不被使用。全孔徑15不僅用于收集和聚焦(不是通過(guò)由其自身使用的全孔徑反射元件實(shí)現(xiàn)的技術(shù))，而且該光學(xué)裝置還可以捕獲用于自供電的漫射光(不是使用例如透鏡的全孔徑折射元件實(shí)現(xiàn)的技術(shù))。使用全孔徑對(duì)光進(jìn)行捕獲和聚集的能力也對(duì)自供電的性能有幫助。實(shí)際上，該混合方法提供了反射器和折射器兩者的優(yōu)點(diǎn)而沒(méi)有它們的主要缺點(diǎn)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，頂蓋8和透鏡4為5英寸寬，并且可以由丙酸烯或甲基丙酸烯制成，并且槽是5英寸寬、5英寸深，并且可以由Alanod制造的商品名為MIRO的高反射率鋁片金屬(由美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州Ketchum市的AndrewSabel公司銷售)構(gòu)成。在圖la、圖lb和圖7中示出的光學(xué)部件1的優(yōu)選實(shí)施例中，該混合式光學(xué)部件形成用于聚光系統(tǒng)的主要光學(xué)裝置，并且由混合式光學(xué)部件1改變方向的光直接照射到焦平面2的目標(biāo)表面。在本發(fā)明的可替換的形式中，由這一主光學(xué)裝置改變方向的光還可以進(jìn)一步由另外的光學(xué)裝置改變方向，或者可以在到達(dá)這一主光學(xué)裝置之前由一個(gè)或多個(gè)前主光學(xué)裝置改變方向。例如，可替換的實(shí)施例可以包括應(yīng)當(dāng)幫助使漫射輻射72轉(zhuǎn)向而通過(guò)頂蓋8的透明區(qū)域的另外的光學(xué)元件(未示出)。作為另一種選擇，反射器可以被添加到聚光模塊的封閉空間的外部，以便幫助引導(dǎo)額外的漫射輻射通過(guò)頂蓋8的透明區(qū)域到達(dá)焦平面2。在本發(fā)明的另一種可替換的形式中，混合式光學(xué)部件的各個(gè)反射元件或折射元件可以由多個(gè)不同的單獨(dú)的元件代替，這些元件中的每一個(gè)都對(duì)輸入孔徑的其自身部分進(jìn)行聚焦，舉例來(lái)說(shuō)，使用具有拋物面或小拋物面的反射器的帶小平面的折射透鏡。例如，本發(fā)明的光學(xué)部件65的另一個(gè)可替換的形式使用在圖6中示出的兩個(gè)帶小平面的但是單片的反射器66和68。反射器66和68中的每一個(gè)都包括多個(gè)小平面70,每一個(gè)小平面都具有可以包括但不限于線形、球形、拋物線形、橢圓形和雙曲線形輪廓。帶小平面的反射器為有利的，因?yàn)樗鼈兪遣怀上竦?，并且可以設(shè)計(jì)用來(lái)將光更均勻地聚集在整個(gè)焦平面2上。由于反射元件包含兩個(gè)分開(kāi)的反射器，這也有助于消除在由折射元件4聚集的部件孔徑的部分中的反射封7料，還可能會(huì)降低成本。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施模式，小平面的坐標(biāo)可以通過(guò)使用下列參數(shù)的方法確定Yce_目標(biāo)電池或焦平面的半寬度0—半接收角(弧度)。這是相對(duì)于光軸的角度，其中入射光仍然被聚集到目標(biāo)表面上。Ymax—反射器的半寬度Zmax—相對(duì)于目標(biāo)表面的反射器高度對(duì)于每個(gè)小平面的坐標(biāo)的解法為以由(Ymax，Zmax)定義的最外面的坐標(biāo)開(kāi)始的迭代過(guò)程。第一步為計(jì)算小平面坡度(sl叩e)，從而使得從光軸以+0的角度照射到小平面頂部的入射光線最終成為在位置-Y^處照射電池的反射光線。第二步是使用之前計(jì)算得到的小平面坡度求解小平面底部的(y，z)坐標(biāo)，從而使得從光軸以-0的角度照射到小平面底部的入射光線最終成為在位置+Y^處照射電池的反射光線。然后，將之前的小平面的底(y，z)坐標(biāo)作為下一個(gè)小平面的頂坐標(biāo)，為每個(gè)小平面重復(fù)這兩個(gè)步驟。對(duì)于這兩個(gè)步驟的方程為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中yi-=-Yeell，并且rrii為頂坐標(biāo)為(yi，z;)的小平面的坡度。2)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>其中yi+=Yce因此，代表性的、帶小平面的反射器的下列坐標(biāo)可以確定為Yce=0.25英寸0=2.1度(yo，ZQ)=(2.5英寸，5英寸)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>圖8示出本發(fā)明的的混合式光學(xué)部件80的另一個(gè)實(shí)施例，該混合式光學(xué)部件80呈點(diǎn)式聚光器的形式。部件80包括具有光接收端84的通常為拋物面的反射盤82。透光頂蓋86裝配在光接收端84的上方，并包括以透鏡88形式的在中心區(qū)域中的光折射元件。透鏡88與頂蓋86集成。盤82和透鏡88共用公共焦點(diǎn)卯。在使用中，照射到透鏡88上的入射光線92被折射并聚集到焦點(diǎn)90上。同時(shí)，入射光線94通過(guò)頂蓋86，然后通過(guò)盤82反射并聚集到公共焦點(diǎn)90上。這樣，盤82和透鏡88提供混合式光學(xué)部件80的全孔徑的不同部分。為了所有的目的，所有引用的專利和專利公開(kāi)的各自的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)考慮本說(shuō)明書(shū)，或者根據(jù)本文所公開(kāi)的本發(fā)明的實(shí)施方式，本發(fā)明的其它實(shí)施例將是清楚的。在不脫離由下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的真正的范圍和精神的情況下，變形和改變,權(quán)利要求1.一種混合式聚光光學(xué)部件，包括:i.孔徑；ii.反射光學(xué)元件，該反射光學(xué)元件收集光并使其聚焦到所述孔徑的第一部分的第一目標(biāo)上；以及iii.折射光學(xué)元件，該折射光學(xué)元件收集光并使其聚焦到所述孔徑的第二部分的第二目標(biāo)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述第一目標(biāo)和所述第二目標(biāo)相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述第一目標(biāo)和所述第二目標(biāo)包括公共的焦平面的一部分。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述公共的焦平面鄰近光學(xué)系統(tǒng)的底焦點(diǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述公共的焦平面包括通向一個(gè)或多個(gè)次級(jí)光學(xué)裝置的孔徑。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述第一目標(biāo)和所述第二目標(biāo)中的至少一個(gè)是一個(gè)或多個(gè)次級(jí)光學(xué)裝置的孔徑。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述部件將光聚集到一條線上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述部件將光聚集到一個(gè)點(diǎn)上。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述部件是自供電的系統(tǒng)的組成部分。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述部件是包括多個(gè)鉸接模塊的系統(tǒng)的組成部分，所述光學(xué)部件為所述模塊中的至少一個(gè)聚集光。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所迷反射元件是底部聚焦的反射盤。12.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述反射元件是底部聚焦的反射槽。13.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述折射元件包括菲涅耳透鏡。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述菲涅耳透鏡將光聚集到一條線上。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述菲涅耳透鏡將光聚集到一個(gè)點(diǎn)上。16.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述折射元件和所述反射元件具有公共的光軸。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述折射元件居中于所述公共的光軸上。18.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述部件包括孔徑區(qū)域，該孔徑區(qū)域與經(jīng)過(guò)所述孔徑區(qū)域且未被所述目標(biāo)吸收的反射光相關(guān)聯(lián)，并且，所述折射光學(xué)元件以這樣的方式設(shè)置，從而有效地使經(jīng)過(guò)所述孔徑區(qū)域的折射光被所述目標(biāo)吸收。19.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，在所述反射光學(xué)部件的光接收端的上方安裝頂蓋，所述頂蓋包含所述折射光學(xué)元件。20.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述折射元件設(shè)置在所述孔徑的不能被所述反射元件用來(lái)聚光的一部分中。21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述折射元件是透鏡。22.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，.其中，所述折射元件是菲涅耳透鏡。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述反射元件是具有選自于線形、拋物形、球形、橢圓形和雙曲線形外形中的幾何形狀的反射表面。24.根據(jù)權(quán)利要求l所述的混合式聚光光學(xué)部件，所述混合式聚光光學(xué)部件包括第一反射元件和第二反射元件，每一個(gè)元件都為所述孔徑的相應(yīng)部分收集入射光并使其聚集。25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，所述反射元件包括多個(gè)小平面。26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合式聚光光學(xué)部件，所述混合式聚光光學(xué)部件還包括用于漫射輻射以到達(dá)目標(biāo)表面的路徑。27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，用于漫射輻射的光路直射在所述目標(biāo)表面上，而不是反射到所述目標(biāo)表面上。28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的混合式聚光光學(xué)部件，其中，用于漫射輻射的光路直射在所述目標(biāo)表面上，而不是折射到所述目標(biāo)表面上。29.—種制造光學(xué)聚光部件的方法，包括下述步驟i.提供光反射元件，該光反射元件從孔徑的第一部分收集入射光并使該光聚集到目標(biāo)上；以及ii.提供光折射元件，該光折射元件從所述孔徑的第二部分收集入射光并使該光聚集到目標(biāo)上。30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述孔徑具有不能被所述反射元件用來(lái)聚光的區(qū)域，并且，所述折射元件設(shè)置成為所述區(qū)域收集光并使其聚集。31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，所述方法還包括附加的反射元件，該反射元件從所述孔徑的第三部分收集光并使其聚集到所述目標(biāo)上。32，根據(jù)權(quán)利要求29所述的本法、其中，所述折射元件是透鏡。33.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述折射元件被合并到安裝在所述反射元件的光接收端的上方的頂蓋中。34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述反射元件具有底部焦點(diǎn)。35.—種收集入射光并使其聚集的方法，包括下述步驟i.從孔徑的第一部分收集光并使該光從所述第一部分反射到目標(biāo)上；以及ii.從所述孔徑的第二部分收集光并使該光從所述第二部分折射到所述目標(biāo)上。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述孔徑具有不能被所述反射元件用來(lái)聚光的區(qū)域，并且，所述折射元件設(shè)置成為所述區(qū)域收集光并使其聚集。37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，所述方法還包括附加的反射元件，該反射元件從所述孔徑的第三部分收集光并使其聚集到所述目標(biāo)上o38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述折射元件是透鏡。39.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述折射元件被合并到安裝在所述反射元件的光接收端的上方的頂蓋中。40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中，所述反射元件具有底部焦點(diǎn)。全文摘要本發(fā)明提供一種混合式光學(xué)部件，該混合式光學(xué)部件收集入射光并使其聚集。該混合部件(1)既包括折射元件(4)又包括反射元件(6)。在優(yōu)選實(shí)施例中，折射部件和反射部件將光線聚焦到公共的焦平面(2)上，該焦平面通常位于反射器(6)的底部，在反射器(6)中，這些光線被諸如光生伏打(太陽(yáng)能)電池之類的裝置吸收。另外，為了改善總體性能，該光學(xué)部件將成像光學(xué)元件和非成像光學(xué)元件組合為單獨(dú)一個(gè)裝置。文檔編號(hào)F24J2/08GK101375112SQ200780003250公開(kāi)日2009年2月25日申請(qǐng)日期2007年1月17日優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日發(fā)明者B·E·海尼斯,小R·L·約漢遜申請(qǐng)人:索利安特能源公司