光集中器结构和方法

专利名称：光集中器结构和方法
技术领域：
本发明属于光学领域。并且，本发明属于对诸如日光的电磁能量的集中有用的光 学结构和技术的领域。
背景技术：
在对文献、法案或知识项目进行参考或讨论的本说明书中，此参考或讨论不是承 认该文献、法案或知识项目或其任何组合在优先权日时可公开获得、为公众所知、是公共 常识的一部分、或根据可适用法律规定以其他方式构成现有技术；或已知其与解决本说明 书所涉及的任何问题的尝试有关。日光集中器(concentrator)可以包括光学系统，该光学系统拥有大于其出口 孔径的入口孔径，其被设计为将日光集中到小于入口孔径面积的目标区域上。技术术 语“孔径”指的是收集或聚集入射能量或日光的有效面积、以及在其上接收集中能量或日 光的有效面积。入口孔径的面积Aa与目标孔径的面积At的比定义系统的几何集中比 (concentrationratio)Cg,即Cg = Kjkto在历史上，已经使用具有比光的波长大得多的特 征尺寸的几何光学元件实现了日光集中器，并且其根据几何或射线光学的原理操作。这些 光学元件本质上是反射性或折射性的。反射日光集中器典型地由具有曲面(例如球形弯曲或抛物线形弯曲)的反射镜形 成，诸如一级三维(即点聚焦)共轴椭圆抛物线集中器，其由以回转抛物面的形状形成的反 射镜组成，即由(x/a)2+ (y/b) 2-z = 0来描述反射镜的曲率；其中，a = b，或者二维(即线聚 焦)共轴抛物线线性集中器，其由这样的反射镜组成，该反射镜具有回转抛物面的二维横 截面形状，该回转抛物面沿着ζ轴切割并纵向地突出而形成槽。有时，使用平面(即平坦) 镜阵列来近似曲面镜。折射集中器通常依赖于球面透镜或非球面透镜或其近似物。如图1 2A所示，这 些透镜是常规曲面透镜10，或者阶梯或菲涅耳透镜20。这些透镜用来使日光30聚焦或集 中到点或线。常规透镜由具有比空气的折射率大的折射率(即η > 1. 0003)的固体光学透 明介质组成。典型地，利用诸如熔融石英玻璃(η = 1.459)或聚碳酸酯塑料(诸如Lexan (η =1.586))的材料。阶梯或菲涅耳透镜具有与常规透镜的厚度相比减小的厚度。在传统的 成像菲涅耳透镜20中，通过将连续的标准透镜表面划分成一组不连续棱柱曲面来实现厚 度减小，每个棱柱曲面具有与其近似的常规透镜表面的片段相同的曲率。典型地使用与常 规透镜相同的材料来制造阶梯或菲涅耳透镜。曲面镜、用来近似曲面镜的平面镜阵列、以及透镜通过几何光学原理操作。曲面镜 具有取决于其表面的曲率半径的焦距f，典型地f是曲率半径的二分之一。平面镜阵列具有 取决于由其相对于彼此的物理放置形成的虚拟曲线的半径的有效焦距。常规透镜具有取决 于其入口和出口表面的曲率半径、透镜材料的折射率η、和透镜材料的物理厚度的焦距。另外，如果必需的阵列冷却系统发生故障，则射到诸如光生伏打电池阵列的太阳 能阵列上的集中太阳能可能由于过热而导致对电池的灾难性且不可逆转的损坏。

发明内容
根据某些方面，本发明提供了解决常规集中器和阵列所拥有的一个或多个上述问 题的结构、装置和技术。因此，根据一方面，本发明提供一种用于使入射电磁能量集中到近似线的高度偏 心椭圆中的装置，该装置包括至少一个光学部件，包括折射部件或反射部件；至少一个衍 射部件，该衍射部件包括多个衍射元件，所述衍射元件被构造和布置为对入射电磁能量进 行衍射和均化。根据另一方面，本发明提供一种装置，该装置包括至少一个部件，其适合于在正 常工作温度期间接收入射在其上的电磁能量；以及热激活安全机构，该机构被配置和布置 为在达到预定最高温度后从入射电磁能量的路径中去除所述至少一个部件或阻止电磁能 量到达所述至少一个部件。


图1是常规构造的曲面光学元件的剖视图。图2A是常规构造的菲涅耳光学元件的剖视图。图2B是可以结合根据本发明的某些方面构造的装置利用的非成像菲涅耳透镜或 光学元件的剖视图。图3A是根据本发明的一方面形成的示例性装置的透视示意图。图3B是图3A的区域3B的特写部分透视示意图。图4是根据本发明的其它方面形成的示例性装置的透视示意图。图5是在关闭或停机状态下示出的、根据本发明的一方面构造的安全机构的示意 图。图6是在打开或操作状态下示出的图5的安全机构的示意图。图7是根据本发明的任选实施例形成的安全机构的示意图。
具体实施例方式根据某些实施例，本发明包括利用衍射元件、衍射和反射光学元件、衍射和折射光 学元件、或衍射、反射、和折射光学元件的组合而实现的非成像型二维、或线聚焦电磁能量 集中器。这些装置的一种可能使用是收集在陆地环境中发现的环境自然日光(即1太阳集 中级)并使所述自然日光加强或“集中”至非常高的强度或在20至200的量级、乃至更高 的。值。本文所使用的“在…量级”意指具有相同的幅值水平或相同的10的幂。因此，根 据其它方面，本发明被构造为使日光加强或集中至约20至200的Cg值或强度。提供上述 集中或强度水平的本发明的装置可以与例如单轴方位角或双轴极坐标太阳跟踪装置相结 合地使用。然后，可以使用此集中日光来照射光生伏打电池以便产生电。可选地，可以使用集 中日光来照射被设计为捕捉从紫外线到远红外线的宽电磁谱的无源吸收器。可以将此类捕 捉能量用于多种目的，特别是诸如使水加热或过热以便与电解器相结合地用来产生氢气、 使水或诸如油的另一工作流体加热或过热以便间接地产生电、使水加热以便直接使用或消
5耗、或用于通过各种热电转换技术中的任何一种来直接产生电。在可替换的实施例中，本发明还可以用来使日光集中至低集中度或在< 20的量 级的Cg值，例如在2. 0的量级的Cg值。根据本发明的其它方面，可以将装置构造为使日光 集中至低集中度或约< 20的Cg值，例如约2. 0的Cg值。产生这些相对较低日光集中度水 平的装置典型地没有复杂和/或昂贵的跟踪系统。因此，根据本发明的原理形成的此类装 置可能更适合用于直接消费者应用，诸如预计用于家庭安装的太阳能阵列。本发明可以利用衍射形成物(formation)或元件，以及包括此类形成物或元件的 衍射部件，具体而言是模拟全息光成形表面漫射器(diffuser)、数字(即计算机生成的)全 息图、和/或开诺全息照片(kinoform)，以使落在地面上的光成形为近似线的具有高偏心 率的均化椭圆。在历史上，日光集中器或有时所说的太阳能集中器仅仅依赖于诸如反射镜 的反射光学元件、或诸如透镜的折射光学元件来执行集中任务。通常可以表征为衍射部件的示例的表面漫射器和数字全息图/开诺全息照片可 以具有在光波长量级的衍射形成物或元件尺寸，并根据物理或波动光学的原理作为非成像 光学元件操作。这些衍射形成物或元件(例如105)典型地具有在20 μ m或以下量级的厚 度、。可选地，衍射形成物或元件可以具有约20μπι或以下的厚度tp通过衍射过程，在 进入日光的波长的数量级的距离内发生进入日光的快速成形。相比之下，在典型地为数毫 米、数厘米、乃至数分米的距离内发生通过折射透镜进行的入射日光的弯曲或成形，此距离 对应于光学元件的三个、四个、乃至五个数量级的更大厚度。此减小的衍射元件体积意味 着衍射元件不仅仅薄得多，而且重量更轻且制造更便宜，因为可以用高速、低成本卷绕式 (roll-to-roll)制造技术将其制成为“光学膜”。此类衍射部件可以由任何适当的材料形 成。仅仅出于说明的目的，适当的材料可以包括聚碳酸酯、聚乙烯、丙烯酸树脂(即聚甲基 丙烯酸甲酯(PMMA))、硅酮、或玻璃。包括上述衍射形成物或元件的衍射部件(例如110)可 以具有任何适当的厚度t2。例如，衍射部件可以具有在250μπι或以下量级的厚度t2。可选 地，本发明的衍射部件可以具有约250μπι的厚度t2。除这些期望性质之外，包括本发明的日光集中器装置能够收集扩散的、或间接的 入射日光。现有成像型日光集中器要求法向或近法向入射(即直接)日光以进行操作，因 为其在其输出目标区域处产生很小、有时细长的太阳图像。进入此类成像光学系统的甚至 与法向入射离轴几十度的日光将不会在目标平面处被成像(聚焦)，因此不以任何可用的 形式被“集中”。基于非成像型光学器件的本发明能够接受与法向离轴高达几十度的扩散日 光并以使得可以以有用形式对此类离轴日光进行收集、集中和均化的方式使所述日光向前 重定向通过光学系统。本文所使用的术语“被均化”或“均化(homogenization) ”是与其在光学领域背景 下的普通和一般意义相符地使用的。因此，均化指的是在能量或光到达目标区域之前其强 度和波长的重大变化的减小或消除。本发明的这方面提供某些独特的优点和益处。以此类 均化为特征的根据本文所述的本发明的原理构造的装置可以有利地消除“热点”，该热点降 低可以将集中光或能量引导到的光生伏打元件的效率。通过均化，撞击目标区域或光生伏 打元件的光或能量在强度上更均勻，并且还消除或至少改善了由于光的单独波长被光学元 件略有不同地折射而发生的诸如“彩虹效应”的像差修正，从而改进了可以将集中能量或光 引导到其上的光生伏打元件的效率。
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本发明的另一优点是防止部分地遮蔽日光集中器单元的输入的阴影严重影响集 中器单元的输出。这是由有效地减弱诸如鸟或叶子等遮挡日光的不透明(或基本不透明) 对象的阴影的衍射光学元件而实现的。此“减弱阴影”效应发生的原因在于入射在邻近于 被阴影遮挡的那些部分的衍射光学元件部分上的光被扩散、或散开至否则将由于强阴影的 存在而完全遮蔽的目标上的区域。因此，虽然减少了到达目标区域的集中日光的总量，但将 不存在完全阻止日光到达目标区域的片段的强阴影。本发明的一个实施例在图3A-3B中示出。装置100包括二维或二级集中器104。 二级集中器104包括衍射部件110和折射光学部件120。电磁能量E可能以显著不同于法 向或直接入射的角度到达折射光学部件120。此类角度例如在图3A示出为Φ和Ψ。角Φ 是横截面受光半角，换言之为入射光或电磁能量可以以其被接收到集中器104的入口孔径 中的半角或半角范围。角Ψ是垂直受光半角，换言之为沿着折射光学元件120的长度测量 的、入射光或电磁能量可以以其被接收到集中器104的入口孔径中的半角或半角范围，且 其与横截面受光半角成90°或垂直于横截面受光半角。根据本发明，可以将装置100构造 为向集中器104提供任何适当范围的受光角Φ和Ψ。根据某些所示实施例，Φ可以约为 0-25° (高达+/-25° )，并且Ψ可以约为0-35° (高达+/-35° )。这还允许集中器104 继续在除完全晴朗的天空之外的环境条件下操作。另外，集中器104不必精确地跟踪太阳 跨越天空的视在运动，实际上，在低集中比(例如Cg<20)下，集中器104可以保持处于固 定位置，从而避免复杂和/或昂贵的跟踪机构或系统的必要性。衍射部件110可以包括光学透明的基底，微观衍射元件105驻留于该基底上面。被 全息记录、印刻、模压、铸造、蚀刻或以其他方式附着于该基底的这些微观衍射形成物或元 件105用于以受控方式衍射进入的能量E，使得进入的日光被集中成椭圆射束140 (未示出 其整个长度)。衍射元件105可以采取任何适当的形式，并且不限于示意性示出的所示配 置。因此，衍射元件105可以采取随机非周期性结构的形式，其可以是或可以不是通 常以优选方向取向。可以以本领域的技术人员熟悉的方式用计算机产生此类衍射元 件。参见例如 Brent D. Johnson 在 photonics. com、2003 年 6 月的"Holography Offers Eye-Safe IRNetworking，，(http://www.photonics, com/content/spectra/2003/June/ applications/65754, aspx)，其通过引用结合到本文中。根据所示实施例，折射光学部件120可以包括成形的非成像菲涅耳透镜。可以利 用任何适当的折射部件。因此，例如，图2B所示的非成像曲面型式的菲涅耳透镜25表示适 当折射部件120的一个说明性示例。折射光学部件120可以位于与衍射部件110相距预定距离Cl1的位置处，所述预定 距离Cl1标称上在50cm的量级。根据可选方面，距离Cl1可以约为50cm。衍射光学部件110 用于进一步使能量150均化成近似线的均勻分散的椭圆射束140，其以高度集中的能量照 射目标区域T。在目标区域T处可以存在阵列160，诸如太阳能阵列。阵列160可以包括一 个或多个光生伏打电池或无源光学吸收器161，其收集集中的能量以用于有用的目的，诸如 产生电和/或热水。衍射部件110可以被放置在与目标区域或阵列160相距适当工作距离 d2处。根据本发明的某些方面，工作距离d2使得目标区域T或阵列160在衍射部件110的 “远场”中。因此，根据说明性示例，工作距离(12在Icm的量级。根据某些附加方面，工作距
7离d2约为1cm。本发明的另一实施例在图4中示出。本文所示的装置200包括二维或二级集中器 /均化器210。集中器210包括第一反射部件215和第二衍射部件220。反射部件215可 以是由具有曲率半径的单个反射镜形成的、包括成像抛物面或非成像复合抛物面的实心抛 物面反射器的形式。可选地，反射部件215可以是近似实心抛物面反射器(未示出)的、基 本平坦的或部分曲面的反射镜片段形成的离散化虚(virtual)抛物面反射器的形式。反射 部件215集中入射能量E，入射能量E然后传播到衍射部件220上。衍射部件220可以包 括微观衍射元件205驻留于其上的光学透明基底。这些衍射形成物是可以被全息记录、印 刻、模压、铸造、蚀刻、或以其他方式附着于基底的元件205，用于以受控方式对进入的能量 E进行衍射和均化，使得进入的能量E被进一步修改为近似线的基本椭圆射束230 (未示出 其整个长度)，射束230照射目标区域T。诸如太阳能阵列的阵列240可以位于目标区域T 处并用高度集中的日光进行照射。阵列240可以包括一个或多个光生伏打电池或无源光学 吸收器，其收集集中的能量以用于有用的目的，诸如产生电和/或热水。如前文所述，可以 与本发明的装置相结合地利用包括上述衍射形成物或元件的衍射部件。因此，衍射形成物 或元件205和衍射部件220两者的结构、配置和尺寸可以与前述实施例(例如105、110)的 相同。类似地，衍射形成物或元件205和衍射部件220可以由任何适当的材料(诸如前文 所述的材料)形成。虽然上文以及稍后在本文中可能在太阳能的集中的背景下描述了本发明，但本发 明不限于此。即，可以在任何形式的电磁能量的背景下利用本文所述的本发明的原理。类 似地，本发明不限于集中能量在光生伏打设备的背景下的应用。根据本发明的原理所产生 的集中能量可以找到除与光生伏打、太阳能、太阳能加热设备(例如水或空气加热器)、和 /或冷却设备(例如空气调节或致冷)相关的之外的许多用途。例如，在对特征尺寸和形 状因数进行适当调整以容纳电磁谱的其它部分的情况下，可以使用本发明来集中射频(RF) 能量以便用作高增益天线，所述高增益天线可以通过集中从许多方向到达的RF能量来恢 复非常弱的信号，以便向附接到包括针对正在考虑中的电磁谱的适当片段而优化的本发明 实施例的集中器_天线的接收机提供较大(即集中的)RF信号。根据本发明的其它方面，提供了一种新型热激活安全机构。此类机构300的实施 例在图5 (关闭/停机状态)和图6 (打开/操作状态)中示出。根据所示实施例，机构300可以包括热激活弹簧状和/或杠杆状机构，其包括例 如形状记忆材料，所述形状记忆材料在高温下呈现与其在较低温度下的性质明显不同的性 质，以便快速地将不透明辐射安全活门(shutter) 305直接定位在入射电磁辐射E的路径中 但是在焦平面之外，否则入射电磁辐射E将射到目标或阵列330上，诸如射到包括一个或多 个光生伏打电池或无源光学吸收器335的太阳能阵列上，从而将其屏蔽(图5)。可选地，可以使阵列330在物理上移出入射能量E的路径，以便防止入射能量E在 冷却系统故障或失灵的情况下损坏阵列330的至少一个电池或吸收器，或者防止否则不可 忍受的热量或操作的增加。这可以由任何适当的机构或装置来实现，诸如通过使阵列330 旋转或转动到入射能量E的路径之外来实现。可以附接到阵列330安装板的形状记忆机构将与安装板的温度变化一起经历温 度上升和下降。如果冷却系统出现故障或者以其他方式被关闭，并且存在例如日光的进入的能量，则安装板的温度将开始上升，可能达到危险水平。形状记忆材料可以包括诸如镍钛 诺的合金，其中，通过改变合金中的组成元素的浓度的比(例如镍钛)或者通过添加诸如 钴的掺杂剂来设置合金的马氏体至奥氏体相变温度。在本发明的背景下，应将此温度设置 在对应于阵列330的最高安全工作温度的温度。实际上，形状记忆材料的转变温度可以略 小于最大安全工作温度以便计及热在其从阵列330的暴露面到形状记忆机构的路上的传 播延迟。因此，例如，奥氏体起始转变温度将被设置为略低于阵列330处出现的最大工作温 度。根据一个实施例，所述形状记忆机构可以包括螺旋弹簧。根据某些实施例，安全活门305包括由在至少第一表面上的不透明金属(例如 铝或钢)或不透明碳纤维或碳复合材料、以及在至少第二表面上的任选的一层气凝胶、溶 胶-凝胶、混合溶胶-凝胶、开孔碳泡沫(open-cell carbon foam)、或玻璃纤维等组成的热 阻挡层，其位于略微远离能量E的通量集中区域，以便阻止能量E在被激活时射到阵列330 上。根据本发明构造的安全机构或装置的一个说明性实施例在图7中示出。如本文所 示，装置400可以包括用于接收其上的集中能量的目标410。可以利用任何适当的目标410。 因此，例如，目标410可以包括光生伏打太阳能元件、或无源太阳能/热吸收元件中的一个 或多个，诸如阵列。由可移动安全活门或屏蔽物420来保护目标410。如上文结合前述实施 例的安全机构所述的，活门或屏蔽物420可以由任何适当的优选不透明的材料形成。可以 以任何适当的方式来安装活门或屏蔽物420。因此，例如，可以将活门或屏蔽物420安装到 底座或板状部件430。可以如说明性实施例所示并以可绕着枢轴440旋转的方式安装活门 或屏蔽物420。可以通过提供诸如所示辊450和凸轮460组合的适当机械元件来实现活门 或屏蔽物420的旋转或枢轴转动动作。可以通过任何数目的适当机构来起动活门或屏蔽物 420的期望旋转或可移动运动。根据说明性实施例，通常由诸如负载弹簧470的适当部件使 活门或屏蔽物420在期望的旋转或枢轴转动方向上偏置。负载弹簧470可以采取任何适当 的形式，但在说明性实施例中，将其以在其至少一端处固定的线性螺旋弹簧的形式示出。可 以将负载弹簧470的相对端安装到诸如杠杆臂480的适当部件。通过元件的这种组合，通 常可以使活门或屏蔽物420在枢轴转动或可移动方向上偏置，使得其将在其致动时覆盖并 保护目标410。可以由许多适当的机构来致动旋转或枢轴转动运动。根据说明性实施例， 可以以使其通常防止屏蔽物或活门420的偏置移动的方式来提供和布置保持(retention) 元件490，诸如所示的锁销。然后可以通过任何适当的机构使保持元件490移动到其锁定或 啮合位置之外，以便致动屏蔽物410的旋转或枢轴转动运动。根据说明性实施例，通过由形 状记忆材料495构造的部件使保持元件490移动到其锁定位置之外。根据说明性实施例， 由形状记忆材料495构造的部件是由形状记忆材料形成的弹簧的形式。可以利用任何适当 的形状记忆材料，诸如结合前述实施例所描述的那些材料。因此，在将由形状记忆材料495 构造的部件加热至其达到与目标410的安全工作温度上限对应的临界预定值的点后，发生 部件495的形式、形状或配置方面的转变。然后使用此转变来解开保持部件490，以便其不 再阻止安全屏蔽物或活门420例如在箭头Ar方向上的偏置移动。如上文结合先前实施例 所讨论的，可以如上所述自动地或通过由形状记忆材料495构造的部件的本地或远程故意 加热来手动地实现安全屏蔽物或活门420的此致动。可以与电磁能量集中器结构或装置组合地使用本发明的安全机构。根据其它实施
9例，可以与本文所述的任何电磁能量集中器结构或装置组合地使用本发明的安全机构。因 此，例如，安全机构可以阻挡集中能量的斑点或线。根据其它实施例，所述安全机构可以包括自动热激活且可能热操作的机械旋转平 移(translation)机构，其以类似于上面针对安全活门描述的方式在物理上使一个或多个 反射、折射或衍射电磁能量集中部件倒转，以便有效地关闭集中器系统从而在冷却系统故 障或其它过热情形的情况下保护阵列免受损坏。当一个人希望在白天时间期间或在为白天的休止状态做准备的晚上关闭集中器 系统以进行维护、清洗、升级或类似目的时，还可以手动地激活本发明的任何安全机构。这 可以例如通过手动地移位在自动操作期间正常由形状记忆材料激活器移位的锁定机构元 件或通过电加热形状记忆材料以便促使其起动安全活门机构的激活来实现。可以本地或远 程地执行上述“手动”激活。可以在保护设备免受由集中太阳能引起的不可忍受的工作条件影响的背景下使 用本发明的安全机构和装置。然而，本发明不限于此。即，可以在任何形式的电磁能量的背 景下利用本文所述的本发明的原理。类似地，本文所述的安全机构和装置不限于光生伏打 太阳能设备或无源太阳能吸收器的保护。应将本说明书中所使用的表示测量值、数量、成分、反应条件、物理参数或关系等 的所有数字理解为在所有情况下由术语“约”来修饰。尽管所阐述的数值范围和参数、本文 提出的主题的广泛范围是近似，但尽可能精确地指示了所阐述的数值。然而，任何数值可 以固有地包含例如由其相应的测量技术产生的某些误差，如与之相关的标准差所证明的那 样。虽然已结合本发明的优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员应认识到在 不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行未具体描述的添加、删除、修改、和替换。
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权利要求
一种用于将入射电磁能量集中到近似线的高度偏心椭圆中的装置，该装置包括至少一个光学部件，其包括折射部件或反射部件；至少一个衍射部件，该衍射部件包括多个衍射元件，该衍射元件被构造和布置为对入射电磁能量进行衍射和均化。
2.权利要求1的装置，其中，所述电磁能量包括太阳能。
3.权利要求2的装置，其中，所述装置被构造和布置为根据以下关系产生几何集中比 Cg <约 200 Cg = AJAt ；其中Aa是电磁能量的入口孔径的面积，并且At是集中电磁能量的目标孔径的面积。
4.权利要求3的装置，其中，所述几何集中比Cg<约20。
5.权利要求4的装置，其中，所述几何集中比Cg=约2. 0。
6.权利要求1的装置，其中，所述至少一个衍射部件具有约250μπι或以下的厚度t2。
7.权利要求1的装置，其中，每个衍射元件具有约20μπι或以下的厚度、。
8.权利要求2的装置，其中，所述装置还包括阵列，该阵列包括以下中的至少一个一 个或多个光生伏打电池；以及一个或多个无源光学吸收器，所述阵列被构造和布置为接收 集中均化的电磁能量。
9.权利要求1的装置，其中，每个衍射元件包括以下中的一个或多个模拟全息光成形 表面漫射器、数字全息图、和开诺全息照片。
10.权利要求1的装置，其中，所述至少一个衍射元件由透明或半透明材料形成。
11.权利要求1的装置，其中，所述至少一个衍射部件能够接收并集中在其上具有与法 向成正或负约25°至约35°的入射角的电磁能量。
12.权利要求1的装置，其中，所述电磁能量包括射频能量。
13.权利要求1的装置，其中，所述光学部件包括折射部件，并且所述折射部件和所述 衍射部件被彼此相对布置成使得入射电磁能量首先通过折射部件，该折射部件将电磁能量 传输至所述衍射部件。
14.权利要求1的装置，其中，所述光学部件包括反射部件，并且所述反射部件和所述 衍射部件被彼此相对布置成使得入射电磁能量首先撞击所述反射部件，该反射部件然后将 反射的电磁能量传输至所述衍射部件。
15.权利要求1的装置，还包括至少一个部件，其适合于在正常工作温度期间接收入射在其上的电磁能量；以及热激活安全机构，该机构被配置并布置为在达到预定最高温度后从入射电磁能量的路 径中去除该至少一个部件或阻止电磁能量到达所述至少一个部件。
16. 一种装置，包括至少一个部件，其适合于在正常工作温度期间接收入射在其上的电磁能量；以及热激活安全机构，该机构被配置并布置为在达到预定最高温度后从入射电磁能量的路 径中去除该至少一个部件或阻止电磁能量到达所述至少一个部件。
17.权利要求16的装置，其中，所述热激活安全机构包括由形状记忆材料形成的弹簧 或杠杆状部件。
18.权利要求17的装置，其中，所述形状记忆材料包括形状记忆合金，该合金具有使得合金的马氏体至奥氏体相变温度与预定最高温度相当的组成。
19.权利要求17的装置，其中，所述弹簧或杠杆状部件包括螺旋弹簧。
20.权利要求16的装置，还包括被构造并布置为放置在入射电磁能量的路径内的可移 动活门。
21.权利要求20的装置，其中，所述弹簧或杠杆状部件促使所述活门在达到预定最高 温度后移动到入射电磁能量的路径中，从而屏蔽所述至少一个部件不受电磁能量影响。
22.权利要求20的装置，其中，所述活门至少部分地由不透明金属材料或不透明碳复 合材料中的至少一种形成。
23.权利要求22的装置，其中，所述活门另外至少部分地由一层以下中的至少一种材 料形成气凝胶、溶胶_凝胶、混合溶胶_凝胶、开孔碳泡沫或玻璃纤维材料。
24.权利要求16的装置，其中，所述电磁能量包括太阳能。
25.权利要求16的装置，其中，所述至少一个部件包括光生伏打电池或无源太阳能吸 收器。
26.权利要求17的装置，其中，所述热激活安全机构促使该至少一个部件在达到预定 最高温度后移动到入射电磁能量的路径之外，从而防止所述至少一个部件直接暴露于电磁能量°
27.权利要求25的装置，其中，所述装置还包括用于光生伏打电池或无源太阳能吸收 器的安装板，所述弹簧或杠杆状部件被附接到该安装板。
28.权利要求16的装置，其中，所述热激活安全机构还被配置和布置为使得能够手动 地对其进行致动激活，从而从入射电磁能量的路径中去除所述至少一个部件或者阻止所述 电磁能量到达所述至少一个部件。
29.权利要求16的装置，还包括被构造和布置为引导电磁能量使得其以集中的形式到 达所述至少一个部件的至少一个集中器。
30.权利要求29的装置，其中，所述弹簧或杠杆状部件促使所述至少一个集中器在达 到预定最高温度后移动到入射电磁能量的路径之外，从而防止集中电磁能量到达所述至少 一个部件。
31.权利要求29的装置，其中，所述集中器包括至少一个衍射部件，该衍射部件包括多个衍射元件，该衍射元件被构造和布置为对入 射电磁能量进行衍射和集中。
32.权利要求29的装置，其中，所述集中器还包括以下中的一个或多个反射部件；折 射部件；以及附加衍射部件。
33.权利要求31的装置，其中，每个衍射元件包括以下中的一个或多个模拟全息光成 形表面漫射器、数字全息图、和开诺全息照片。全文摘要
一种装置出于诸如用集中均化的能量照射目标区域的目的而利用组合的衍射、反射和/或折射光学元件来对诸如陆地环境中的自然日光的电磁能量进行加强和匀化。还描述了一种热激活安全机构。
文档编号G02B5/10GK101918868SQ200880124344
公开日2010年12月15日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年11月8日
发明者R·S·布洛克, T·C·福里斯特 申请人:太阳能技术公司