朝目标元件会聚光的制作方法
【专利摘要】提供了一种构造用于朝目标元件(104)会聚光的光学装置(102)。光学装置(102)包括构造用于朝目标元件(104)引导光的波导元件(106)、以及构造用于将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光的波长转化元件(108)。波长转化元件(108)邻近波导元件(106)延伸。在波导元件(106)和波长转化元件(108)之间的界面(114)包括表面粗糙度。该表面粗糙度可以提供光学装置(102)的增加的效率和低的制造成本。
【专利说明】朝目标元件会聚光
【技术领域】
[0001]本发明涉及构造用于朝目标元件会聚光的光学装置、涉及光伏设备、涉及用于正电子发射断层显像的检测设备、以及制造构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的方法。
【背景技术】
[0002]光学装置可用于朝目标区域或位于该目标区域中的目标元件会聚光。通常希望实现由光学装置引导的大量光入射在目标元件上。
[0003]在下文中，在不失一般性的情况下,对可在光伏技术的【技术领域】中使用的发光光学装置进行引用。
[0004]这样的发光光学装置可被构造用于沿光学装置的延伸部收集阳光，并且用于将收集的阳光引导至通常具有小尺寸的光伏元件。因此，光所入射到的光伏元件的所需面积可能必须保持是小的，以便降低光伏元件的制造成本。
[0005]WO 2011/012545 Al描述了一种用在太阳能电池系统中的发光光学装置。发光光学装置包括附接到基本上平面的波导元件的顶部表面的透镜结构。透镜结构包括并排布置在波导元件上的多个透镜、以及面向波导元件的第一波长选择性镜面层。包括发光域的发光结构设置在基本上平面的波导的平坦下表面上。第二波长选择性镜面层设置在平坦下表面和发光域上，并且发光域布置在波导和第二波长选择性镜面层之间。在发光光学装置的操作中，阳光入射在发光光学装置上，并且由发光域转化为具有另一波长的光。转化后的光由波导元件朝太阳能电池系统的光伏电池引导，并且在第一和第二波长选择性镜面处被反射。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种构造用于朝目标元件会聚光的光学装置，其包括高效率和低制造成本。此外，本发明的目的是提供一种包括这样的光学装置的光伏设备以及一种包括这样的光学装置的用于正电子发射断层显像的检测设备。此外，本发明的目的是提供一种制造这样的光学装置的可容易执行且不昂贵的方法。
[0007]以上限定的目的由根据独立权利要求的构造用于朝目标元件会聚光的光学装置、光伏设备、用于正电子发射断层显像的检测设备、以及用于制造构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的方法来解决。
[0008]根据本发明的示例性方面，提供了一种构造用于朝目标元件会聚光的光学装置。光学装置包括构造用于朝目标元件引导光的波导元件、以及构造用于将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光的波长转化元件。波长转化元件邻近波导元件延伸。在波导元件和波长转化元件之间的界面包括表面粗糙度。
[0009]根据本发明的另一个示例性方面，提供了一种光伏设备。光伏设备包括如上所述的光学装置、以及连接到光学装置的波导元件的光伏元件。
[0010]根据本发明的另一个示例性方面，提供了一种用于正电子发射断层显像(PET)的检测设备。检测设备包括如上所述的光学装置、以及连接到光学装置的波导元件的检测单
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[0011]根据本发明的另一个示例性方面，提供了一种制造构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的方法。该方法包括:提供构造用于朝目标元件引导光的波导元件；提供构造用于将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光的波长转化元件；以及将波长转化元件和波导元件相对于彼此布置使得波长转化元件邻近波导元件延伸。在波导元件和波长转化元件之间的界面包括表面粗糙度。
[0012]在本申请的上下文中，术语“将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光”可特别地表示具有单一第一波长或一定范围第一波长的入射光可被转化为包括单一第二波长或一定范围第二波长的出射光。这里，光的波长可以纳米为单位来测量。
[0013]术语“在第一元件和第二元件之间的界面”可特别地表示在第一和第二元件之间的接触区域。特别地，界面可由彼此物理接触的第一和第二元件的表面形成，或由在第一和第二元件的相应表面之间的三维区域形成。该区域可由另外的间隔层、胶、耦合层等形成。
[0014]术语“界面包括表面粗糙度”可特别地表示形成界面的一部分的一个或多个元件的一个或多个表面的(特别地平均的)表面粗糙度。特别地，表面粗糙度可以纳米为单位或以微米为单位来测量。
[0015]根据本发明的示例性方面，光学装置可被构造用于朝目标元件会聚光，这是因为光学装置的波导元件可被构造用于朝目标元件引导光。此外，光学装置可提供对入射在光学装置的波长转化元件上或穿过该波长转化元件的光的波长转化。转化后的光可由波导元件朝目标元件引导。在波导元件和波长转化元件之间的界面的表面粗糙度可用来减小在波导元件中传播的光的平均路径长度并因此用于避免光在波导元件中的吸收，这是由于光可以根据波导元件和波长转化元件之间的界面的粗糙表面的斑点(spot)的形状和/或取向而被(不规则地)反射。术语“光的平均路径长度”可特别地表示在朝目标元件离开波导元件之前在波导元件内传播的光的实际路径长度的平均值。特别地，光的平均路径长度可不同于“光的自由路径长度”，光的自由路径长度可与光在被吸收之前的传播长度相关联。特别地，光在波导元件中的无限平均路径长度可对应于通过在光学装置的波导元件的表面处的多次反射事件截留在波导元件中而不朝目标元件离开波导元件的光。特别地，延长的平均路径长度可增加光在波导元件中的吸收的概率。
[0016]因此，光学装置可包括关于朝目标元件引导的光的高效率，这是由于可以防止因在波导元件的外表面处的多次反射事件而导致的光在波导元件中的无止境的截留。因此，由于光可被聚焦到目标元件，所以光可以朝目标元件会聚。
[0017]特别地，与在波导元件中传播的光相关联的时间可以是少的，这是由于在粗糙表面处的不规则反射可减少在波导元件内的光传播时间。当将光学装置用于PET应用时，后者可能是期望的，这是由于短的光传播时间可对应于短的数据采集时间。当将光学装置用于光伏设备时，短的传播时间可能对于光伏设备的适当操作来说不是关键问题。
[0018]特别地，光学装置可以高性价比方式制造，这是由于光学装置可仅包括少许部件，额外地，这些部件可以不昂贵。
[0019]接下来，将说明构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的另外的示例性实施例。然而，这些实施例也适用于光伏设备、用于正电子发射断层显像的检测设备、以及制造构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的方法。
[0020]特别地，第一波长可小于第二波长。特别地，波长转化元件可被构造用于将紫外和/或可见光转化为红外光。
[0021]界面可通过波长转化元件和波导元件彼此的(物理)接触形成，其中波导元件的表面和/或波长转化元件的表面可以是粗糙的。因此，波导元件和波长转化元件可以彼此直接接触，使得可以有利于光学装置的制造。此外，为波导元件和/或波长转化元件提供粗糙表面可以简单的方式特别地在其组装之前执行。此外，为波导元件和波长转化元件两者提供粗糙表面可以提高光学装置关于朝目标元件引导的光的量的效率，这是由于将提供光朝目标元件的不规则反射事件的增加的概率。
[0022]特别地，仅波导元件或波长转化元件可包括表面粗糙度。特别地，界面可包括间隔元件，其可包括邻近波导元件和/或邻近波长转化元件定位且包括表面粗糙度的表面。
[0023]光学装置还可包括构造用于反射入射光的第一反射元件，其中波长转化元件可特别地沿着波导元件和/或第一反射元件的整个延伸部在波导元件和第一反射元件之间延伸。特别地，波长转化元件可被夹在波导元件和第一反射元件之间。特别地，第一反射元件可邻近除了面向目标元件的波导元件的表面之外的第一波导元件的所有表面延伸。因此，光学装置的效率可被进一步提高，这是因为通过波长转化元件的光的透射可被减少或甚至消除，这是由于穿过波长转化元件的光可被第一反射元件朝波长转化元件和波导元件反射回以便朝目标元件引导。此外，致使光穿过波长转化元件两次可以增加朝目标元件引导的转化后的光的量。
[0024]特别地，在光学装置中可能存在第一反射元件的情况中，波长转化元件的厚度可以是小的，这是由于转化效率可通过提供第一反射元件而增加。
[0025]光学装置还可包括构造用于反射入射光(特别地具有第二波长)的第二反射元件，其中波导元件可在波长转化元件和第二反射元件之间延伸。特别地，波导元件可被夹在波长转化元件和第二反射元件之间。特别地，第二反射元件可邻近且沿着波导元件的整个延伸部延伸。特别地，第二反射元件可沿着波导元件的一个表面延伸，该表面与形成波导元件和波长转化元件之间的界面的一部分的波导元件的表面相对。特别地，第二反射元件可邻近除了形成在该界面上的部分的波导元件的表面和面向目标元件的波导元件的表面之外的波导元件的所有表面延伸。相应地，光学装置可包括关于朝目标元件引导的光的量的进一步提高的效率，这是由于第二反射元件可用来导向最终将散射离开波导元件的光使其朝波导元件返回以便接着朝目标元件引导。
[0026]在波导元件和第二反射元件之间的另一个界面可包括表面粗糙度，从而进一步增加光学装置关于朝目标元件引导的光的量的效率。特别地，该另一个界面可通过增加光朝目标元件的不规则光反射事件的概率而提供用于减小截留在波导元件中的光的平均路径长度的另外的措施。此外，如上文详述的，光在波导元件中的传播时间可被进一步减少。因此，可以实现进一步增加的朝目标元件的光会聚。
[0027]该另一个界面可通过波导元件和第二反射元件彼此的(物理)接触形成，其中波导元件的表面和/或第二反射元件的表面可以是粗糙的。如上文详述的，通过将波导元件和第二反射元件直接连接到彼此可以有利于光学装置的制造。此外，波导元件的粗糙表面的存在和/或第二反射元件的粗糙表面的存在可提高关于朝目标元件引导的光的量的效率，这是由于光朝目标元件的不规则散射或反射事件的概率可以增加并且在波导元件中传播的光的平均路径长度可以减小。为波导元件的表面和第二反射元件的表面两者均设计有表面粗糙度可以显著增加随后描述的效应。
[0028]光学装置可包括层状结构。特别地，选自波导元件、波长转化元件、第一反射元件和第二反射元件中的至少一个元件可被构造为层。特别地，波导元件可被构造为(块状)构件和/或可由玻璃或闪烁体晶体材料制成，并且波长转化元件、第一反射元件和第二反射元件中的每一个可被构造为层或层的叠堆。因此，光学装置的制造可被便利化，这是因为可以采用诸如平版印刷、膜材料的沉积、熔融工艺和/或熔凝工艺的常规技术。特别地，这样的光学装置可包括小而紧凑的设计并且可以因此可集成到构造用于不同应用的各种设备中，从而将光学装置转变为用途广泛的。此外，光学装置可通过高性价比的方式制造，这是因为用于形成层状结构的各层的所需材料的量可以是少的。
[0029]第一反射元件和/或第二反射元件可被构造用于漫反射入射光和/或镜面反射入射光。术语“光的漫反射”可特别地表示对入射光的一种反射，其中反射的光被散射在所有方向上而不是优先方向，该优先方向可根据斯涅耳定律特别地定义。术语“光的镜面反射”可特别地表示对入射光的一种反射，其中反射的光特别地根据斯涅耳定律被镜面状反射。特别地，将第一反射元件和/或第二反射元件构造用于漫反射入射光可允许减小截留在波导元件中的光的平均路径长度。特别地，将第一反射元件和/或第二反射元件构造用于镜面反射入射光可以代表一种用于调整光学装置的光学效率的措施，这是由于可以提供对反射光的限定取向的测量。因此，可以增加光学装置关于朝目标元件引导的光的量的效率。
[0030]特别地，第一反射元件和第二反射元件两者均可被构造用于漫反射入射光或用于镜面反射入射光。特别地，第一反射元件或第二反射元件可被构造用于漫反射入射光，并且另一反射元件可被构造用于镜面反射入射光，从而在一个光学装置内组合上文详述的两种技术效果。特别地，第一反射元件和/或第二反射元件可被构造用于漫反射和镜面反射光，这是因为这些元件的材料可沿着邻近波导元件所测量的其延伸部改变。
[0031]特别地，第一和第二反射元件可包括相同材料。
[0032]第一反射元件和/或第二反射元件可包括包含粉末颗粒的漆材料。特别地，粉末颗粒可包括钛氧化物(T1-o)分子，例如二氧化钛(Ti02)，或者任何其它白色粉末颗粒，例如氧化铝或硫酸钡。因此，第一反射元件和/或第二反射元件可被构造用于漫反射入射光。特别地，根据漆层的类型，第一反射元件和/或第二反射元件可因此包括对具有特定波长范围的入射光的高反射率，但在该波长范围内可显示出低本征吸收和低透射。
[0033]第一反射元件和/或第二反射元件可包括基于聚合物的材料，从而导致这些元件的低制造成本。
[0034]特别地，基于聚合物的材料可包括或可被构造为多孔塑性材料。特别地，多孔塑性材料可包括选自聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏二氟乙烯(PVDF)中的至少一种塑性材料。特别地，多孔塑性材料可包括或可被构造为聚合物织物或由聚合物丝制成的织物。特别地，多孔塑性材料的反射率可以是高的，这是由于多孔材料增加的外表面和/或填充或截留在多孔材料内的空气可导致增加次数的反射事件。因此，第一反射元件和/或第二反射元件可被构造用于漫反射入射光。特别地，根据所用材料，这样的第一反射元件和/或第二反射元件可包括在特定波长范围内的增加的反射率，但在该波长范围内可能表现出(几乎)无光学吸收和低透射。
[0035]特别地，基于聚合物的材料可包括基于聚合物的膜或薄层的叠堆。特别地，层的叠堆可被布置在载体层或膜上。特别地，层的叠堆的各层的折射率可彼此(略微)不同。特别地，光可以在不同层的表面处反射，使得基于聚合物的膜材料的反射率可以是高的。特别地，根据所用材料，这样的第一反射元件和/或第二反射元件可包括在特定波长范围内的增加的反射率，但在该波长范围内可能表现出无光学吸收和低透射。
[0036]第一反射元件和/或第二反射元件的厚度可以为至少约≥I微米、特别地至少约^ 5微米、更特别地至少约> 10微米，和/或第一反射元件和/或第二反射元件的厚度可以为至多约< 2000微米、特别地至多约< 500微米、更特别地至多约< 200微米。特别地，通过将厚度范围调整至从约10微米到约200微米的最后所提及的厚度范围，可以显著增加光学装置关于朝目标元件引导的光量的效率。
[0037]特别地，第一和第二反射元件可包括相同的厚度。
[0038]特别地，基于漆的第一和/或第二反射元件可包括从至少约≥2到至多约< 200微米的厚度。这里，包括白色粉末颗粒的漆层可代表良好的反射元件，使得第一和/或第二反射元件的低厚度可以是足够的。特别地，基于多孔塑性材料的第一和/或第二反射元件可包括从至少约> 5到至多约< 500微米的厚度。这里，多孔塑性材料的折射率可低于嵌入漆层中的白色粉末的折射率，从而导致第一和/或第二元件相比上文详述的漆层增加的厚度。特别地，基于聚合物膜材料的第一和/或第二反射元件可包括从至少约> 10到至多约< 65微米、特别地到至多约< 50微米的厚度。这里，聚合物膜材料可代表理想的反射元件，从而导致第一和/或第二反射元件的低厚度。此外，聚合物膜材料的最小厚度可由聚合物膜材料的载体膜导致。
[0039]特别地，波长转化元件可包括基于荧光体的材料，例如包含荧光化合物(例如，磷化合物)的材料或包含荧光化合物的塑性材料。因此，波长转化元件可被构造用于将紫外和/或可见光转化为红外光。特别地，光学装置的制造成本可被降低，这是因为可以采用用于波长转化元件的市售材料。因此，光学装置可通过由波长转化元件发射荧光而被构造为发光光学装置。
[0040]特别地，光学装置可包括目标元件。
[0041]特别地，目标元件可被构造为光伏元件或用于正电子发射断层显像的检测设备的检测单元。特别地，检测单元可包括或者可被构造为光电倍增器、光电二极管、雪崩二极管或硅光电倍增器。特别地，目标元件可例如通过胶合直接连接到波导元件的侧表面和/或波长转化元件的侧表面。
[0042]接下来，将说明制造构造用于朝目标元件会聚光的光学装置的方法的另外的示例性实施例。然而，这些实施例也适用于光学装置、光伏设备和用于正电子发射断层显像的检测设备。
[0043]在波导元件和波长转化元件之间的界面的表面粗糙度以及在光学装置的波导元件和第二反射元件之间的另一个界面的表面粗糙度可通过分别研磨波长转化元件的表面和/或波导元件的表面(特别地在布置之前)以及波导元件的表面和/或第二反射元件的表面而实现。这里，所引用的表面可对应于彼此物理接触的相应元件的那些表面。相应地，可以采用用于处理形成该界面和/或另一个界面中的部分的(多个)表面的常规使用的且高性价比的技术，从而有利于该方法并且降低执行该方法所需的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]本发明的这些和其它方面将从以下描述的实施例显而易见并参照这些实施例阐述。
[0045]在附图中:
图1是根据本发明的示例性实施例的光伏设备的剖视图。
[0046]图2是示出图1的光伏设备的光学装置的第一反射元件的波长相关性的图，其中第一反射元件包括不同的多孔塑性材料。
[0047]图3是示出图1的光伏设备的光学装置的第一反射元件的反射率的波长相关性的图，其中第一反射元件包括不同的基于聚合物膜的材料。
[0048]图4是示出图1的光伏设备的光学装置的第一反射元件的透射率的波长相关性的图，其中第一反射元件包括不同的基于聚合物膜的材料。
[0049]图5是根据本发明的示例性实施例的用于正电子发射断层显像的检测设备的剖视图。
[0050]图6是示出在图5的检测设备的光学装置的波导元件中的平均路径长度的长度分布的图。
[0051]图7是示出由图5的检测设备的光学装置所输出的光的量的晶体长度相关性的图。
【具体实施方式】
[0052]参看图1，将描述根据本发明的示例性实施例的光伏设备100。光伏设备100包括光学装置102，其被构造用于朝光伏设备100的光伏元件104会聚光，所述光伏元件104连接到光学装置102。
[0053]光学装置102包括:构造用于朝光伏元件104引导光的波导元件106、构造用于将入射的紫外光和可见光转化为出射的红外光的波长转化元件108、构造用于反射入射光的第一反射元件110、以及构造用于反射入射光的第二反射元件112。波长转化元件108邻近波导兀件106延伸，并且被夹在波导兀件106和第一反射兀件110之间。第一反射兀件110邻近波长转化元件108延伸，并且第二反射元件112邻近与波长转化元件108相对的波导元件106延伸。
[0054]光学装置102包括层状结构。波导元件106被构造为块状玻璃构件，并且波长转化元件108、第一反射元件110和第二反射元件112中的每一个被构造为沿着相应的相邻元件的整个表面延伸的层。
[0055]在波导元件106的表面116和波长转化元件108的表面118之间形成第一界面114，其中表面116、118彼此接触并因此彼此邻接。波导元件106的表面116被研磨，并且因此包括例如从至少约> 5纳米到至多约< 15纳米的平均表面粗糙度。波长转化元件108的表面118也是粗糙的，这是由于在光学装置102的制造过程中的沉积步骤期间，层状波长转化元件108的表面118已被适配于波导元件106的表面116。
[0056]在波导元件106的表面122和第二反射元件112的表面124之间形成第二界面120。波导兀件106的表面122与波导兀件106的表面116相对,并且波导兀件的表面122和第二反射元件112的表面124彼此接触。此外，波导元件106的表面122包括相比表面116类似的表面粗糙度，这是由于波导元件106的表面122也被研磨。相应地，第二反射元件112的表面122也是粗糙的，这是由于在光学装置102的制造过程中的另一个沉积步骤期间，层状第二反射元件112的表面已被适配于波导元件106的表面122。
[0057]波长转化元件108被构造为由磷化合物制成的磷光粉层。相应地，波长转化元件108在红外波长范围内表现出低的本征光学自吸收，但包括当将入射的紫外光和可见光转化为出射的红外光时的高效率。波长转化元件108的厚度为10微米。备选地，波长转化元件108可被构造为包含嵌入的磷化合物的塑料层或漆层。相应地，相比不含第一反射元件110但包括具有例如至少18微米厚度的波长转化元件108的光学装置102来说，波长转化元件108的厚度减小。
[0058]第一反射元件110被构造为漫反射元件，其被构造用于漫反射入射光。第一反射元件110制造为包括在载体剂中的金红石分子的漆层。金红石是熟知的基于二氧化钛的白色粉末材料，并且代表二氧化钛(Ti02)的两种自然可得的变型中的一种变型。金红石包括在400纳米附近的吸收峰。第一反射元件110在蓝光或紫外波长范围内表现出低的本征自吸收，并且在紫外波长范围内几乎没有反射，并且可用作可见光和红外光的反射元件。备选地，漆层可包括锐钛矿，其代表Ti02的两种自然可得的变型中的另一种变型。锐钛矿包括相比金红石较低的折射率，并且在蓝光和紫外波长范围内表现出没有吸收。备选地，第一反射元件110被制造为包括嵌入载体剂中的另一种白色粉末颗粒(诸如氧化铝和硫酸钡)的漆层，并且根据所用材料包括在紫外、可见光、和/或红外波长范围内的高反射率。
[0059]备选地，漫反射的第一反射元件110可包括一个或多个薄的多孔塑料层，例如基于PTFE织物的层或基于PVDF的层，其中每一者包括从至少10微米到至多2000微米的厚度。
[0060]第一反射元件110也可被构造为镜面反射元件，其由厚度65Mm的3M的VM2000增强镜面反射器(ESR)膜制成。VM2000 ESR膜包括布置在载体层上的多个光学活性层的叠堆。层的叠堆中的每一个层包括相比其它层不同的折射率。不论入射在第一反射元件110上的光的入射角如何，该聚合物膜材料都表现出在可见光波长范围内没有吸收且在可见光波长范围内约98.5%的反射率。此外，该材料在红外波长范围内表现出高反射率。使用多层光学膜技术来制造第一反射兀件110。
[0061]可用于镜面反射的第一反射元件110的另一种基于聚合物的非吸收膜材料可以是3M的Vikuiti?增强镜面反射器(ESR)膜，对于入射在第一反射元件110上的光的垂直入射角来说，该膜表现出在从400纳米至500纳米的波长范围内100%的反射率。此外，可用于第一反射元件110的另一种非吸收聚合物材料可以是根据要求可用的3M的“蓝光增强”的Vikuiti ?材料。所用材料在从350纳米至750纳米的波长范围内表现出增强的反射率。Vikuiti? ESR膜和“蓝光增强”的Vikuiti ?膜相比VM2000 ESR膜类似地设计。
[0062]第二反射元件110包括与第一反射元件110相当的类似镜面反射膜，并且特别地厚度65微米的Vikuity ? ESR膜，其被优化为在红外光范围内但不在紫外或可见光范围内具有高反射率。因此，第二反射元件112被构造用于镜面反射红外光。
[0063]在光伏设备100的操作中，由箭头130指示的阳光入射在光学装置102上。阳光包括紫外、可见光和红外波长。如由箭头132所指示的，阳光穿过第二反射元件112和波导元件106，并且在波长转化元件108的磷化合物处被散射和/或吸收。由于第二反射元件112被构造成镜面反射红外波长的光，所以阳光的仅一小部分红外光穿过第二反射元件112。磷化合物通过发射红外波长的光而将吸收的光转化为红外波长的光。将被散射和吸收的光由箭头132指示，并且转化后的光由箭头134指示。阳光的该小部分红外光(其透射通过第二反射元件112)穿过波长转化元件108，并且可以在波长转化元件108的表面118处和波长转化兀件108内最终被散射。转化后的光和阳光的该小部分红外光被第一反射兀件110的表面136反射回波长转化元件108和波导元件106。反射的光由箭头138指示。此外，入射在第二反射元件112上的转化后的光和阳光的该小部分红外光在第二反射元件112的表面124上被朝光伏元件104反射。将由第二反射元件112反射的光由箭头140指示，并且反射的光由箭头142指示。
[0064]阳光的该部分红外光和转化后的光借助于在波导元件106的表面116、122处的全反射并且通过在第一反射元件110的表面118处和第二反射元件112的表面124处的反射被导向至光伏元件104。此外，波导元件106的粗糙表面116和122、第一反射元件110的粗糙表面118以及第二反射元件112的粗糙表面124致使光被朝光伏元件104快速引导，这是因为提供了具有不同取向的反射光的反射事件。相应地，可以避免光在波导元件106中的截留和因光被截留所导致的光在波导元件106中的吸收。阳光的波长转化效率也增加，这是因为第一反射元件110使光穿过波长转化元件108两次。
[0065]根据入射在光伏兀件104上的红外光的量，由光伏兀件104产生电流。
[0066]在下文中，将说明根据本发明的示例性实施例的制造光学装置102的方法。在第一步骤中，提供呈玻璃构件形式的波导元件106。接着，研磨波导元件106的相对的外表面116U220备选地，将波导元件106的表面116、122磨削、化学蚀刻或喷砂处理。在下一步骤中，使用沉积技术将波长转化元件108沿波导元件106的表面116层压。然后，借助于气相沉积将第一反射元件110沿波长转化元件108的外表面116层压，并且将第二反射元件112附接到波长转化元件106的外表面120。此外，将第二反射元件112沿着波导元件106的所有其它暴露表面层压，但不包括在光伏设备100的组装状态下面向光伏元件104的波导元件116的侧表面144。从而，制造出光学装置102。在下一步骤中，将光伏元件104胶合到波导元件106的侧表面144和波长转化元件108的侧表面146。相应地，制造出光伏设备 100。
[0067]参看图2，将说明由不同的多孔塑性材料制造的第一反射元件110的反射率的波长相关性。相应的图250包括指示波长(以纳米测量)的横坐标252和指示反射率(以百分比％测量)的纵坐标。应当指出，高于100%的图示反射率值是由测量设备(并且特别地用于蓝光的所用基准反射元件)的不充分校准引起的。曲线256a指示具有0.5毫米厚度的GORE? PTFE织物的反射率的波长相关性。图示反射率包括在蓝光波长范围内和在近紫外波长范围内的100%，并且在750纳米附近减小至约96.5%。曲线256b_d指示具有Millipore的规格ISEQ、IPVH和IPFL的0.20微米厚度的PVDF薄膜层的反射率的波长相关性。曲线256b-d示出在350纳米的波长下在95%和100%之间的反射率值，该值在约750纳米的波长下减小至在90%和97%之间的值。曲线256e-g指示包括与曲线256b_d的相应材料相同的材料但具有0.11微米的大约一半厚度的第一反射元件110的反射率的波长相关性。曲线256e-g示出在350纳米的波长下具有在93%和98%之间的值的总体减小的反射率，该值在750纳米的波长下减小至90%附近的反射率值。相应地，增加由多孔塑性材料制成的第一反射元件110的厚度导致在紫外、可见光和红外光的整个波长范围内反射率的增加。后一种效应类似地适用于第一反射元件110的另一种上文详述的材料。此外，第一反射元件110表现出没有光学吸收，并且因此非常适合作为针对可见光、紫外和红外波长范围的反射元件。
[0068]参看图3，将说明由上文参照图1详述的非吸收聚合物材料制成的镜面反射的第一反射元件110的反射率的波长相关性。图360包括对应于波长(以纳米测量)的横坐标362和对应于反射率(以百分比％测量)的纵坐标。曲线366a指示包括单个65微米厚的100%聚合物Vikiuti ? ESR膜的第一反射元件110的反射率的波长相关性，并且对于大于与在该膜处的光全反射相关联的角度的入射角来说表现出在整个可见光波长范围内100%的反射率。曲线366b指示包括65微米厚的VM 2000膜的第一反射元件110的反射率的波长相关性，并且对于光在该膜上的垂直入射角来说表现出在从400纳米至500纳米的波长范围内约98.5%的反射率。这些膜在可见光波长范围内不表现出任何吸收。
[0069]参看图4，将说明由另一种不同的镜面反射材料制成的第一反射元件110的透射率的波长相关性。图460包括对应于波长(以纳米测量)的横坐标462和对应于透射率(以百分比％测量)的图460的纵坐标。曲线466a对应于包括上文详述的具有65微米厚度的Vikuity? ESR膜的第一反射元件110的透射率。曲线466b指示包括具有规格XB1200和65微米厚度的另一种“蓝光增强”的Vikuiti "*膜(该膜类似于上文详述的“蓝光增强”的Vikuiti "*膜)的第一反射元件110的透射率。曲线466a、466b示出在从400纳米至600纳米的波长范围内小于0.5%的透射率，从而使这些第一反射元件110的材料变成非常适合紫外和可见光的反射元件。此外，由于这些第一反射元件110在红外范围内的透射率值低于2%，所以所采用的材料适合用于反射转化后的红外光。
[0070]参看图5，将说明根据本发明的示例性实施例的用于正电子发射断层显像的检测设备500。检测设备500包括光学装置502，其经由光学装置502的波导元件506的侧表面544和光学装置502的波长转化元件508的侧表面546附接到检测单元504。检测单元504被构造为光电倍增器。备选地，检测单元504被构造为光电二极管、雪崩二极管或硅光电倍增器。光学装置502相比光学装置102类似地设计。然而，波导元件506被构造为硅酸钇镥(LYSO)闪烁体晶体，并且被构造用于将入射的伽玛(Y)量子转化为出射的紫外光。此夕卜，波导元件506的所有表面被抛光,但不包括面向第一反射元件510且被研磨的波导元件506的侧表面516。备选地,波导兀件506的表面516、522被研磨。
[0071]检测设备500的操作与光伏设备100的操作相同，然而，代替阳光，具有511千电子伏特的能量且由患者体内的正电子湮没产生的Y-量子入射在光学装置502上。波导元件502将Y粒子转化为紫外光，紫外光接着入射在波长转化元件508上和/或穿过波长转化元件508。
[0072]制造检测设备500的方法类似于制造光伏设备100的方法。然而，波导元件506被提供为块状晶体，并且除表面516之外的所有表面522均被抛光。波导兀件516的表面516被研磨。此外，代替光伏元件104，检测单元504被胶合到波导元件506的侧表面544和波长转化元件508的侧表面546。[0073]参看图6，示出了在包括22毫米X4毫米X 4毫米的尺寸的立方体形晶体波导元件506的光学装置502中传播的光的平均路径长度的分布。在该示例中，晶体的所有表面均被抛光。图660具有指示平均路径长度(以毫米测量)的横坐标662和纵坐标664 (以个数测量)。图660示出对应于晶体长度的若干倍的高达150毫米的路径长度。这样长的路径长度由光在包括抛光表面的晶体中的截留引起。假设一分米长度的波导元件506可导致米量级的光的平均路径长度。
[0074]参看图7，示出了对于光学装置502的基于LYS0晶体的波导元件506的不同长度来说输出的光的量。输出的光对应于在波导兀件506的侧表面544处输出的光。图760包括指示波导元件506的晶体长度(以毫米测量)的横坐标762，和指示在所测量的光峰的峰值位置处确定的输出的光的量(以绝对单位a.u.表示)的纵坐标764。输出的光对应于在波导兀件506的侧表面544处输出的光。曲线766a-c分别包括几个值和一个值,并且不出对于下列光学装置来说输出的光的量:不包括第一反射元件510和第二反射元件512的光学装置502 ;包括布置在除了波导元件506的侧表面544之外的波导元件506的所有表面处(因此在立方体形晶体的五个表面处)的设计相同的第一反射元件510和第二反射元件512的光学装置502 ；以及结合有基于晶体的波导元件506的研磨表面516和其它抛光表面522、544且包括布置在除了波导元件506的侧表面544之外的波导元件506的所有表面516,522处的设计相同的第一反射元件510和第二反射元件512的光学装置502。穿过曲线766a、766b的线被引导至眼睛。如由曲线566a、566b所指，输出的光的量随晶体长度的增加而减少。后一种效应是由在波导元件506的晶体材料内延长的平均路径长度导致的，这是由于在波导元件506中可能发生更多的吸收事件。此外，对于相同的晶体长度来说，输出的光的量对于在除了一个侧表面544之外的所有表面516、522处包括相同的第一反射元件510和第二反射元件512的光学装置502来说更高，这是由于光被反射元件510、512会聚回到波导元件506，并且避免了光散射到波导元件110之外。此外，如由曲线766a-c所指示的，在12毫米的晶体长度下评价，输出的光的量对于包括研磨的表面516的光学装置502来说相比曲线766b增加了 20%，这是由于截留在波导元件506中的光在波导元件506的表面516处被不规则地反射，并且朝检测单元504快速会聚。可以实现高达25%的增加。
[0075]虽然已在附图和前述描述中详细示出和描述了本发明，但这样的示出和描述应视为说明性的或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、本公开和所附权利要求，本领域的技术人员在实施要求保护的本发明的过程中可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。在权利要求中，用语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一个”或“一种”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中引述某些措施的不争事实并不表示不能使用这些措施的组合来取得益处。权利要求书中的任何附图标记不应被理解为限制其范围。
【权利要求】
1.一种光学装置(102，502),其被构造用于朝目标兀件(104，504)会聚光,所述光学装置(102，502)包括:波导元件(106，506)，其被构造用于朝所述目标元件(104，504)引导光，以及波长转化元件(108，508)，其被构造用于将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光，其中所述波长转化元件(108，508)邻近所述波导元件(106，506)延伸，其中在所述波导元件(106，506)和所述波长转化元件(108，508)之间的界面(114，514)包括表面粗糙度。
2.根据权利要求1所述的光学装置(102，502)，其中所述界面(114，514)通过所述波长转化元件(108，508)和所述波导元件(106，506)彼此的接触形成，其中所述波导元件(106，506)的表面(116，516)和/或所述波长转化元件(108，508)的表面(118，518)为粗糙的。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置(102，502)，所述光学装置(102，502)还包括:第一反射元件(110，510)，其被构造用于反射入射光，其中所述波长转化元件(108，508)在所述波导元件(106，506)和所述第一反射元件(110，510)之间延伸。
4.根据权利要求1至3 中的任一项所述的光学装置(102，502)，所述光学装置(102，502)还包括:第二反射元件(112，512)，其被构造用于反射入射光，其中所述波导元件(106，506)在所述波长转化元件(108，508)和所述第二反射元件(112，512)之间延伸。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中在所述波导元件(106，506)和所述第二反射元件(112，512)之间的另一个界面(120，520)包括表面粗糙度。
6.根据权利要求5所述的光学装置(102，502)，其中所述另一个界面(120，520)通过所述波导元件(106，506)和所述第二反射元件(112，512)彼此的接触形成，其中所述波导元件(106，506)的表面(122，522)和/或所述第二反射元件(112，512)的表面(124，524)是粗糙的。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中所述光学装置(102，502)包括层状结构。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中所述第一反射元件(110，510)和/或所述第二反射元件(112，512)被构造用于漫反射所述入射光和/或镜面反射所述入射光。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中所述第一反射元件(110，510)和/或所述第二反射元件(112，512)包括具有粉末颗粒的漆材料。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中所述第一反射元件(110，510)和/或所述第二反射元件(112，512)包括基于聚合物的材料。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的光学装置(102，502)，其中所述第一反射元件(110，510)和/或所述第二反射元件(112，512)的厚度为至少1微米、特别地至少5微米、更特别地至少10微米，并且/或者其中所述第一反射元件(110，510)和/或所述第二反射元件(112，512)的所述厚度为至多2000微米、特别地至多500微米、更特别地至多200微米。
12.—种光伏设备(100),所述光伏设备(100)包括: 根据权利要求1至11中的任一项所述的光学装置(102)，以及 光伏元件(104)，其连接到所述光学装置(102)的波导元件(106)。
13.一种用于正电子发射断层显像的检测设备(500)，所述检测设备(500)包括: 根据权利要求1至11中的任一项所述的光学装置(502)，以及 检测单元(504)，其连接到所述光学装置(502)的波导元件(506)。
14.一种制造被构造用于朝目标元件(104，504)会聚光的光学装置(102，502)的方法，所述方法包括: 提供被构造用于朝所述目标元件(104，504)引导光的波导元件(106，506)， 提供被构造用于将具有第一波长的入射光转化为具有第二波长的出射光的波长转化元件(108，508)，以及 将所述波长转化元件(108，508)和所述波导元件(106，506)相对于彼此布置使得所述波长转化元件(108，508)邻近所述波导元件(106，506)延伸， 其中在所述波导元件(106，506)和所述波长转化元件(108，508)之间的界面(114，514)包括表面粗糙度。
【文档编号】H01L31/055GK103650163SQ201280032477
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年6月18日 优先权日:2011年6月30日
【发明者】H.K.维伊茨奧雷克 申请人:皇家飞利浦有限公司