[發明專利]集光器或配光器

在審

• 申請號: 201410043345.5
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103969735A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 埃德加·帕夫洛夫斯基;沃爾弗拉姆·拜爾
• 申請（專利權）人: 肖特公開股份有限公司
• 主分類號: G02B6/00
• 分類號: G02B6/00;F21V8/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 車文;張建濤

技術領域

本發明涉及一種特別是由玻璃、玻璃陶瓷、光電陶瓷或晶體構成的集光器或配光器，其用于將光集束到多個光接收元件上或者用于將小面積的光發生器的光進行展開和準直，并且涉及一種帶有光源、光傳感器或光電太陽能電池且帶有集光器或配光器的設備，此外還涉及用于生產這種集光器或配光器的方法和設備。

背景技術

結合本發明，當以集光器或配光器來使用光時，對于這種“光”不應僅理解為可見光，還應理解為紅外線、紫外線或倫琴射線。

在集中光伏（CPV）領域中需要集光器，以便使太陽光集中地偏轉到光電電池的小面積上。光電電池的效率直至某種程度地在太陽光的更高集中的情況下比在自然日照下更高。通常使用透鏡和/或衍射光學的截頂圓錐形元件，它們用作柵格設施的附接元件或光電電池的陣列。附接元件可以具有桿狀形狀并隨后在壓制工藝中制造和拋光。

在WO12/046376A、WO11/081090A、CN102109670A、JP2010212280A、US2010/024867,A、CN201289854Y、CN101355114A、CN101192632A、US2002/148497,A、US6051776A、以及JP20000022194A中存在針對集光器作為太陽能電池的附接元件的示例。在這些公知的元件中，集光器的光學功能通過元件的幾何輪廓確定，該幾何輪廓從橫截面上看大多具有漏斗狀的構造。這需要光伏機組的特別匹配的保持結構，其會由于相對雨水的密封的困難性而不能良好地整合到屋頂表面中。

結合本發明，“配光器”理解為一種集光器設施，在該集光器設施的情況中，光在某種程度上以相反的方向穿過該設施。

由WO00/71929A1公知了一種用于偏轉光束的光學元件及其制造方法。該光學元件包括帶有成列和成行地布置的棱錐狀外型的透明的盤，由帶有反射性柵格層的薄膜所覆蓋的溝槽在其間延伸。入射到光學元件中的光束被偏轉并且射出的光束由其出射角所限制。光學元件的光學特征取決于形成透明盤的幾何外部輪廓的棱錐狀外型。

EP2487409A1描述了一種用于照明目的反射器，該嵌入在透明基體中的反射器具有全反射的、通過激光雕刻產生的棱邊或面。具體地說，全反射的面相對于基體的光學軸線傾斜地且圍繞光學軸線分布地布置。

由US4,915,479公知了一種用于液晶顯示器的照明系統。截頂棱錐或截頂拋物體體相繼排列，其中，它們的幾何外部輪廓決定了照明系統的光學功能。

用于制造衍射柵格和反射面的激光雕刻的應用是多次公知的(US2012/0039567A1，WO2011/154701A1，DE10155492A1和DE102011017329A1)。通過激光雕刻可以在透明材料的體積中改變折射率。以這種方式可以制造由帶有變化的折射率的材料所包繞的波導體。

發明內容

本發明的任務在于，創建其光學功能不僅由幾何上的外部輪廓確定的集光器或配光器。集光器或配光器還應當可以以棒的或盤的形式來制造，所述棒或盤能用作結構元件（在結構中的承載部件）。用作集光器而應當能夠使光集中并盡可能均勻（勻質）分布地將光傳輸到光伏電池或其它光接收元件上。作為配光器使用而應當能夠將出自例如LED、OLED或激光器的小面積光發生器的光在較大的面上均勻分布地呈現。

具體地說，存在一種用于解決所提出的任務的透明的光導體，其可以由有機的或無機的透明介質組成且在外形上可以構造為棒或盤，并且在其內部存在大量構成多個光導單元的內部邊界面。這些光導單元如在截頂棱錐、截頂圓錐或截頂拋物體體中那樣具有一個較大的基面和一個較小的基面。這些截頂體的周側面構成光導體的內部邊界面，它們使光通過衍射、反射或全反射根據通過方向而偏轉到截頂體的較小的或較大的基面上。在光導體中形成的邊界面由具有局部強烈變化的折射率的內部的面或者由點狀的或納米裂紋狀的結構化元件組成，其在光傳播方向上觀察要小于工作光的光波長，工作光在利用集光器或配光器的情況中應當能使用。通過內部邊界面傾斜于入射光的或出射光的方向分布而在這些邊界面上至少存在反射或者在相對于垂直方向較大的入射角的情況下存在全反射并因此存在向著光導單元的所涉及的基面的偏轉。

內部邊界面的結構化元件如其可以通過聚焦的激光照射來產生的那樣，可以由帶有局部強烈變化的折射率的面或者由非常小的體積元件（準零維的元件，在此稱為點位）組成。這些點位具有在內部區域增高的折射率的和在外部區域減小的折射率，所述區域全部小于所使用的光的波長。在點位間距小于所使用的光的波長的情況下，在由點位撐開的內部邊界面上實現了反射。