(57)【要約】  多色光エネルギー源から光エネルギーを得るための装置は、入射光エネルギーに対して凹面をなし、第１のスペクトル帯域を第１の集束領域に向けて反射して、第２のスペクトル帯域を透過させるように処理された第１の湾曲面、及び、入射光エネルギーに対して凹面をなし、第２のスペクトル帯域を第２の集束領域に向けて反射するように処理された第２の湾曲面を有する、スペクトル分割器を備える。第１及び第２の湾曲面は、第１及び第２の集束領域が互いに隔てられるように、光学的に位置決めされる。第１及び第２の受光器があり、第１の受光器は第１のスペクトル帯域を受け取るために第１の集束領域の直近に配置され、第２の受光器は第２のスペクトル帯域を受け取るために第２の集束領域の直近に配置される。
2009528569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多色光エネルギー源から光エネルギーを得るための装置において、前記装置が、
（ａ）スペクトル分割器であって、
（ｉ）入射する前記光エネルギーに対して凹面をなし、第１のスペクトル帯域を第１の集束領域に向けて反射して、第２のスペクトル帯域を透過させるように処理された、第１の湾曲面、及び
（ii）入射する前記光エネルギーに対して凹面をなし、前記第２のスペクトル帯域を第２の集束領域に向けて反射するように処理された、第２の湾曲面、
を有し、
前記第１の集束領域と前記第２の集束領域が互いに隔てられるように、前記第１の湾曲面と前記第２の湾曲面が光学的に位置決めされる、
スペクトル分割器、及び
（ｂ）第１の受光器及び第２の受光器、
を備え、
前記第１の受光器が前記第１のスペクトル帯域を受け取るために前記第１の集束領域の直近に配置され、前記第２の受光器が前記第２のスペクトル帯域を受け取るために前記第２の集束領域の直近に配置される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の湾曲面が可視波長の光を反射するように処理されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の湾曲面が赤外波長の光を反射するように処理されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の湾曲面と前記第２の湾曲面が、光学的に中心がずらされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の湾曲面が少なくとも１つの軸に沿う断面において実質的に放物形であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の湾曲面がダイクロイックコーティングを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の湾曲面がダイクロイックコーティングを有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の内の少なくとも一方が光電変換受光器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の内の少なくとも一方が熱電変換受光器であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記スペクトル分割器が円筒型であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の内の少なくとも一方が光ファイバを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の受光器及び前記第２の受光器の内の少なくとも一方が別の光システムのための入力面であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、コブ（Cobb）等によって２００６年２月２８日に出願された、名称を「集光器（Light Collector And Concentrator）」とする、米国仮特許出願第６０/７７８０８０号の恩典を主張する。
【０００２】
コブ（Cobb）等によって２００５年１２月２０日に出願された、名称を「集光束のための方法及び装置（Method and Apparatus for Concentrating Light）」とする、米国特許出願第６０/７５１８１０号の明細書も参照される。
【技術分野】
【０００３】
本発明は全般的には効率的に光を集めて集束させるための装置に関し、さらに詳しくは、光を集めて、それぞれが個別の受光器に向かう、２つないしさらに多くのスペクトル帯域に分割する装置に関する。
【米国連邦政府支援の研究または開発に関する言明】
【０００４】
本発明は米国連邦政府によって締結された契約W911nf-05-9-005号の下に連邦政府の支援を受けてなされた。連邦政府は本発明に一部の権利を有する。
【背景技術】
【０００５】
光エネルギーの効率的な収集及び集束は多くの用途に有用であり、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する装置のために特に価値がある。光集束型太陽電池は、かなりの量の太陽エネルギーを得て、熱としてまたは光電変換受光器からの直流電流の発生のためのそのエネルギーの集束を可能にする。
【０００６】
太陽エネルギーを得るための大規模集光器は一般に、焦点に配置された受光器上に光を集束させるための光学系として、カセグレン配置の、一組の対向する湾曲ミラーを備える。カセグレンモデルを用いる例を少しだけ挙げれば、名称を「太陽光集光システム（Sunlight Collecting System）」とするナカムラ（Nakamura）の特許文献１及び名称を「大光束太陽エネルギー変換（High Flux Solar Energy Transformation）」とするウィンストン（Winston）等の特許文献２はいずれも、対向する一次ミラーと二次ミラーの組合せを用いる大規模太陽エネルギーシステムを説明している。より小型の集光装置を提供するためのさらに最近の発展として、非特許文献１に説明されるような、プレーナ型集光器が導入されている。プレーナ型集光器は、大光束集束を提供するために、光学誘電材料で隔てられた、カセグレン配置の、一次湾曲ミラー及び二次湾曲ミラーを同様に用いる。
【０００７】
図１は集光のための基本的カセグレン配置を示す。光軸Ｏをもつ光電変換装置１０は放物面一次ミラー１２及び、一次ミラー１２の焦点またはその近傍に配置された、二次ミラー１４を有する。次いで受光器１６が、一次ミラー１２の頂点にある、この光学系の焦点に配置される。このアーキテクチャで認識される問題であって、カセグレンモデルで本質的な問題は、二次ミラー１４が同軸光を遮り、よって、公称上約１０％にもなる、光の一部が一次ミラー１２に到達せず、光電変換装置１０の総合集光能力が低下することである。この遮断は、集光器が回転対称ではなく円柱対称である場合に特に大きくなり得る。二次ミラー１４によって与えられる遮断路にある一次ミラー１２の頂点に受光器１６を配置すれば、遮断によって生じる損失の軽減に若干は役立つ。しかし、円筒光学構成では、一次ミラー１２の直径が少しでも大きくなるとそれに比例して遮断の規模が大きくなるから、寸法調節では遮断損失をほとんどまたは全くとりもどせない。これは、大きい方のミラーの直径を拡大しても小さい方のミラーによる遮断によって生じる本質的な損失は有意には変わらないことを意味する。
【０００８】
いくつかのタイプの太陽エネルギーシステムは光エネルギーを熱に変換することによって動作する。様々なタイプの平板集光器及び太陽光集光器においては、集束された太陽光が太陽電池を通って流れる流体を電力発生のために高温に加熱する。薄パネル及びより小型の装置での使用に一層よく適合させ得る、別のタイプの太陽光変換機構は、太陽光を電気エネルギーに直接変換するために光電変換（ＰＶ）材料を用いる。光電変換材料は、様々なタイプのシリコン及びその他の半導体材料で形成でき、半導体製造技術を用いて作成でき、例えば米国ニューメキシコ州アルバカーキー（Albuquerque）のEmcore Photovoltaics社のような、多くの製造業者から供給される。シリコンは比較的安価であるが、より性能の高い光電変換材料は、アルミニウム、ガリウム及びインジウムのような元素と窒素及びヒ素のような元素からつくられる合金である。
【０００９】
周知のように、太陽光は極めて多色性であって、紫外（ＵＶ）波長から、可視波長、さらに赤外（ＩＲ）波長にわたる、広く分布したスペクトル内容を有し、それぞれの波長は、一般に電子ボルト（ｅＶ）で表される、付随するエネルギーレベルを有する。当然のことながら、バンドギャップ特性が材料間で異なることから、いずれか１つの特定の光電変換材料の応答は入射光の波長に依存する。ある材料のバンドギャップより低いエネルギーレベルを有する光子はその材料をすり抜ける。例えば（公称約１.９ｅＶの）赤色光子は、大バンドギャップ半導体に吸収されない。一方、ある材料に対するバンドギャップより高いエネルギーレベルを有する光子はその材料に吸収される。例えば（公称約３ｅＶの）紫色光子からのエネルギーは、小バンドギャップ半導体では熱として浪費される。
【００１０】
光電変換材料による効率を高めるための方策の１つは、時に多接合光電変換デバイスとも称される、積層光電池を形成することである。これらのデバイスは複数の光電池を積み重ねることで形成される。そのような構成では、積層内の連続する光電池のそれぞれが、入射光源に対して、小さいバンドギャップエネルギーを有する。例えば、単純な積層光電変換デバイスでは、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）からなる上層光電池がよりエネルギーの高い青色光を捕える。ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）からなる第２の光電池はよりエネルギーの低い赤外光を電気に変換する。積層光電変換デバイスの一例が、名称を「積層光電変換デバイス（Stacked Photovoltaic Device）」とする、サノ（Sano）等の特許文献３に与えられている。
【００１１】
積層光電変換は総合効率においてある程度の向上を提供することができるが、これらの多層デバイスは作成コストが大きくなり得る。互いに積み重ねることができる材料のタイプにも制限があり得るから、広範な用途に対してそのような手法が経済的であることを立証するのは困難になる。別の手法は、光を波長にしたがって２つないしさらに多くのスペクトル領域に分割し、それぞれの領域を、２つないしさらに多くの光電変換受光器が並べて配置された、適切な光電変換受光デバイス上に集束させることである。この手法では、光電変換デバイスの作成がより簡易であり、よりコストがかからず、さらに広汎な半導体の使用を考慮することができる。このタイプの方策には、光の適切なスペクトル成分への分割及び対応する光電変換面上へのそれぞれのスペクトル成分の集束のいずれに対しても支援光学系が必要である。
【００１２】
光の分割及び集束を十分な強度で同時に行うために提案された１つの方策が非特許文献２に説明されている。説明されるモジュールにおいては、湾曲一次ミラーが光を集め、この光を、一次ミラーの焦点面近傍の、ダイクロイック双曲面二次ミラーに向けて導く。ＩＲ光は一次ミラーの焦点近傍の第１の光電変換受光器に集束される。二次ミラーは近可視光の向きを変えて一次ミラーの頂点近傍に配置された第２の光電変換受光器に導く。このようにすれば、それぞれの光電変換受光器は、それぞれに対して最適化された光エネルギーを得て、太陽電池システムの総合効率が高められる。
【００１３】
非特許文献２に示される手法は同じ一組の光学コンポーネントを用いて光のスペクトル分割及び集束を提供する点で有利であるが、非特許文献２に提示される方策にはいくつかの重大な制限がある。第１の問題は、先に述べたような、遮断による総合損失に関する。別の問題として、特許文献２に説明される装置では、回転対称性によってそれぞれの軸において高い集束度を有するから、空の視界が制限される。また別の欠点は、単一の光電変換受光器に供給される可視光の広い帯域幅に関する。可視光に普通に用いられる多くのタイプの光電変換材料では、そのような手法を用いてもかなりの量の光エネルギーが浪費され、おそらくは過剰な熱を生じることになるであろう。
【００１４】
非特許文献２の提案される方策における双曲面ミラーに用いられるようなダイクロイック面は、屈折率及びその他の特性が相異なる、重畳された複数の層で形成されたコーティングから得られる干渉効果を用いて光のスペクトル分割を与える。動作において、ダイクロイックコーティングは入射角及び波長の関数として光を反射し、透過させる。入射角が変わると、ダイクロイック面を透過するかまたはダイクロイック面によって反射される光の波長も変化する。法線に対して約±２０°をこえる角度で入射する光にダイクロイックコーティングを用いると、望ましくないスペクトル効果がおこり、よってそのような大きい角度では、波長差により、所定の光のスペクトル分割が行われなくなり得る。
【００１５】
スペクトル分割にダイクロイックコーティングを用いる、多くの集光器方策があった。例えば、非特許文献３は、ダイクロイック面を用いるいくつかのシステムを含む、太陽光集光システムの通覧を提供している。例えばタワーリフレクタ（非特許文献３の図２４）の説明は、集光システムの一部として湾曲ダイクロイックビームスプリッタを用いる、提案された方策の１つを示している。光のいくらかの部分のこの面上への入射角が大きくなるため、そのような方策は光効率に関してほとんど満足できないであろう。同様に、名称を「ハイブリッド型太陽光エネルギー発生システム（Hybrid Solar Energy Generating System）」とする、ソウル（Soule）の特許文献４は、選択性熱ミラーとしてのダイクロイック面の使用を説明している。しかし、上掲の非特許文献３において述べたように、特許文献４に示される手法はかなりの光損失を示す。これらの損失のいくらかは、用いられる選択性熱ミラーに向けられる光の大入射角に関係する。
【００１６】
放物面ミラーから集束される光に対するダイクロイック面の形状及び配置には本質的な問題がある。放物面反射器の集束領域近傍に配置された平ダイクロイック面は多くの設計に対して劣悪な分割性能を示し、集光システムの寸法を制限するであろう。双曲面のような、適切に湾曲させたダイクロイック面は、集束領域またはその近傍に配置することができるが、先に述べたように、利用できる光のいくらかの部分を遮る。
【００１７】
光集束のための従来手法は主として大規模コンポーネントを用いる回転対称光学系に向けられていた。しかし、この手法ではより小さな太陽光パネルデバイスに対して満足できる解決を得ることができない。透明体上に形成することができ、ある範囲の寸法で作成することができて、集光器の設計で最大光学能の方向に直交する方向に、直線的にまたは曲線に沿って、延長することが可能になる、アナモルフィック集光器が必要とされている。
【００１８】
劣悪なダイクロイック面応答のような障害に対して、従来手法は、良好なスペクトル分割及びそれぞれのスペクトル成分の高効率光束集束のいずれをも、同時に、達成するための解決策を限られた数しか提供してこなかった。カセグレンモデルを最適化することはできるが、必ず一次ミラーの焦点近傍における遮断をもたらし、したがって本質的に不利である。ダイクロイック分割を用いる解決策は、ダイクロイック面への光入射角が法線に対して小さい場合に最善の性能を示すが、提案された設計の多くは、そのようなスペクトル分割特性を十分に考慮しておらず、その結果、劣悪な分割または誤誘導光が生じていると思われる。
【特許文献１】米国特許第５９７９４３８号明細書
【特許文献２】米国特許第５００５９５８号明細書
【特許文献３】米国特許第６８３５８８８号明細書
【特許文献４】米国特許第４７０００１３号明細書
【非特許文献１】ローランド・ウィンストン（Roland Winston）及びジェフリー・エム・ゴードン（Jeffrey M. Gordon），「エタンデュー限界近傍のプレーナ型集光器（Planar Concentrators Near the Etendue Limit）」，Optics Letters，第３０巻，第１９号，ｐｐ.２６１７〜２６１９
【非特許文献２】エル・フラース（L. Fraas），ジェイ・エイヴァリー（J. Avery），エイチ・フアン（H. Huang）及びイー・シフマン（E. Shifman），「ダイクロイック二次ミラー及び多接合太陽電池を用いる新しいカセグレン型ＰＶモジュール（New Caseegrainian PV Module using Dichroic Secondary and Multijunction Solar Cells）」，発電または水素発生のための太陽光集光に関する国際会議（International Conference on Solar Concentration for the Generation of Electricity or Hydrogen），２００５年５月
【非特許文献３】エイ・ジー・イメネス（A. G. Imenes）及びディー・アール・ミルス（D. R.Mills），「太陽光集光システムにおける変換効率を高めるための分光的ビーム分割技術：総論（Spectral Beam Splitting Technology for Increased Conversion Efficiency in Solar Concentrating Systems: A Review）」，インターネット＜URL: http://www.sciencedirect.com＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
すなわち、改善された光集束を与える光電変換セルであり、しかも、スペクトル分割及び光集束のいずれをも同時に与え、薄パネル構造での使用に対して容易に比例拡縮ができ、容易に製作でき、従来の光電変換方策に優る高められた効率を与え、天空を横切る太陽の位置変化の行路に沿う少なくとも１つの軸においてかなりの視界をもって動作することができる、セルが必要とされていることが認められる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の目的は集光及びスペクトル分割の技術を前進させることである。この目的を念頭において、本発明は多色光エネルギー源から光エネルギーを得るための装置を提供し、本装置は、
（ａ）スペクトル分割器であって、
（ｉ）入射光エネルギーに対して凹面をなし、第１のスペクトル帯域を第１の集束領域に向けて反射して、第２のスペクトル帯域を透過させるように処理された、第１の湾曲面、及び
（ii）入射光エネルギーに対して凹面をなし、第２のスペクトル帯域を第２の集束領域に向けて反射するように処理された、第２の湾曲面、
を有し、
第１及び第２の集束領域が互いに隔てられるように、第１及び第２の湾曲面が光学的に位置決めされる、
スペクトル分割器、及び
（ｂ）第１及び第２の受光器、
を備え、
第１の受光器は第１のスペクトル帯域を受け取るために第１の集束領域の直近に配置され、第２の受光器は第２のスペクトル帯域を受け取るために第２の集束領域の直近に配置される。
【００２１】
本発明の特徴は、本発明が光の少なくとも２つのスペクトル帯域へのスペクトル分割及びそれぞれのスペクトル帯域の受光器上への集束のいずれをも提供することである。
【００２２】
本発明の利点は、本発明が光エネルギーを受光器上に集束させるための効率的機構を提供することである。
【００２３】
本発明の別の利点は、本発明が、カセグレンモデルを用いるシステムに共通な、遮断による損失を低減することである。
【００２４】
本発明の装置の別の利点は、本装置がその厚さに対して大きな収集開口を提供することである。
【００２５】
本発明の上記及びその他の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な実施形態を、本発明の例証実施形態が示され、説明される、図面とともに読めば、当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、これまでの手法で得られた能力を上回る、強化されたスペクトル分割及び優れた光束集束のいずれをも与える集光器を提供する。本発明の集光器は、単体光電変換セルとして、または光電変換セルアレイの一部として、具現化される、光電変換セルの光学コンポーネントとして用いることができる。
【００２７】
本説明で参照される図面は、本発明の装置の全般的概念並びに肝要な構造及びコンポーネントを示す。これらの図面は、比例尺で描かれてはおらず、明解さのためにコンポーネントの寸法及び相対配置が誇張されていることがある。本明細書で説明されるスペクトル帯域は、限定ではなく、例として与えられる。
【００２８】
周知のように、特定の光学系によって得られる光集束はその全体的な幾何学的形状に依存する。例えば、完璧な回転対称放物面反射器は理想的に光を「焦点」に導くであろう。１つの軸だけに沿う光学能を有する円筒放物面反射器は理想的に光を「焦線」に導くであろう。しかし、光学系製造の当業者にはよく知られているように、実際上は、そのような理想化された幾何学的形状に対する妥当な近似しか実現できず、完璧な焦点も、完璧な焦線も、達成できないか、また効率的集光には必要ではない。したがって、理想化された術語の「焦点」または「焦線」を用いる代りに、本発明の説明及び特許請求の範囲ではより全般的な用語「集束領域」を用いる。以降の説明において、光学構造に対する集束領域はその構造による光集束が最大になる空間域またはその近傍と見なされる。
【００２９】
図２の側断面図は、太陽８０またはその他の多色光源から光エネルギーを得るための集光器３０を示す。内側すなわち第１の凹湾曲反射面３２及び外側すなわち第２の凹湾曲反射面３４を有する二重放物面反射器２０が、光の収集、集束及びスペクトル分割の機能を果たす。第１の凹湾曲反射面３２及び第２の凹湾曲反射面３４はいずれも少なくとも１つの軸に沿う断面において実質的に放物形であり、それぞれの湾曲面から反射された光が相異なる空間領域のまわりに集束されるように配置される。
【００３０】
図２から１９に示される実施形態において、集光器３０は、ガラスまたはその他のタイプの光学ポリマー、例えばプラスチックのような、概ね透明な光学材料の構体２６上及び構体２６内に作成することができる。太陽光またはその他の極多色光のような、多色光の光線Ｒが前面２８に入射する。前面２８は、コーティング面のような、処理された面とすることができ、あるいは、曲率を有するかまたは、例えば面上に屈折構造として形成されたかまたは貼り付けられた、フレネルレンズ構造またはその他のレンズ構造を有するような、表面構造をもつ面とすることができる。
【００３１】
集光器３０は相異なる２つの光学系を複合させた装置と見なすことができる。図３及び４の側断面図は、二重放物面反射器２０のそれぞれの光学系の光分割挙動を示す。初めに図３を参照すれば、入射光エネルギーに対して凹面をなす、内側すなわち第１の湾曲反射面３２は、第１の湾曲反射面３２の集束領域ｆ１またはその近傍に配置された、光電変換（ＰＶ）受光器のような、第１の受光器２２に入射光の第１のスペクトル帯域を反射する、ダイクロイックコーティングを有する。一実施形態において、第１の湾曲反射面３２は、可視光及び紫外（ＵＶ）光を含む、短波長側の光を第１の受光器２２に向けて反射する。赤外（ＩＲ）光及び近赤外光を含む、長波長側の光は第１の湾曲反射面３２を透過する。
【００３２】
図４に示されるように、同じく入射光エネルギーに対して凹面をなす、外側すなわち第２の湾曲反射面３４は、第２の湾曲反射面３４の集束領域ｆ２またはその近傍に配置された第２の受光器２４に向けて入射光を反射する。この実施形態において、第２の湾曲反射面３４はミラーとして作用し、第１の湾曲反射面３２を透過した光、すなわち、赤外（ＩＲ）光及び近赤外光のほとんどを反射する。
【００３３】
二重放物面反射器２０がどのようにスペクトル分割器として動作するかをより良く説明するには、代表的実施形態においてどのように第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４を単一集成体として構成できるかを説明することが有用である。図５の側面図は、中心ずらし実施形態における二重放物面反射器２０のいくつかの重要な幾何学的形状及び寸法の特徴を示す。光学技術の当業者にはよく知られているように、ある平面で放物形の反射面はその平面に光軸を有し、入射する同軸光線をその光軸上にある焦点に向けて導く。二重放物面反射器２０において、光軸Ｏ１は、第１の湾曲反射面３２の、示される断面図の平面における光軸である。第２の湾曲反射面３４に対応する、光軸Ｏ２は、この中心ずらし実施形態において光軸Ｏ１に概ね平行であるが、同一直線上にはない。すなわち、本実施形態において軸Ｏ１及びＯ２は共線ではない。このことは、軸Ｏ１とＯ２があるゼロではない距離ｄだけ隔てられていることを意味する。すなわち、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４は、図５の断面図における集束領域ｆ１及びｆ２内に表される、それぞれの焦点とともに、距離ｄだけ隔てられて、光学的に中心がずらされる。距離ｄは、集束領域ｆ１及びｆ２にそれぞれ配置される受光器２２と２４の中心間隔に等しいことが好ましい。第１の受光器２２及び第２の受光器２４は、互いに対して、第１の受光器２２が第１の湾曲反射面３２の第１の集束領域ｆ１の直近に配置され、第２の受光器２４が第２の湾曲反射面３４の第２の集束領域ｆ２の直近に配置されるように、配置される。
【００３４】
第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４の中心ずらしは可能な実施形態の１つであり、おそらく製作可能性またはその他の理由のために有利であることに注意すべきである。しかし、本発明に対してより一般化された要件は、第１の湾曲反射面３２及び第２の湾曲反射面３４が、集束領域ｆ１とｆ２の間にゼロではない間隔があるような何らかの態様で相互に配置されることである。図５を参照すれば、光軸Ｏ１及びＯ２は、図示されるように、平行かつ非共線とすることができる。あるいは、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４を何らかの態様で互いに対して傾けて、光軸Ｏ１及びＯ２を非平行にすることもできるであろう。また別の形態では、光軸Ｏ１及びＯ２を、共通に占める軸に沿う相異なる位置に集束領域ｆ１及びｆ２が配置されている、共線とすることさえできるであろう。しかし、そのような共線配置は、可能ではあるが、他方の受光器に向けて導かれる光のいくらかが不可避的に遮断されるから、集光に対しては不利になるであろう。
【００３５】
二重放物面反射器２０の重要な特徴は、反射器自体の反射処理に関する。第１の湾曲反射面３２は一実施形態において、第１の湾曲反射面３２が選択的に一方のスペクトル帯域を反射して他方のスペクトル帯域を透過させるように、ダイクロイックコーティングを有する。図２から５を参照して説明される実施形態において、第１の湾曲反射面３２のダイクロイックコーティングは、公称上約６５０ｎｍより長い、可視赤色、近ＩＲ及びさらに長波長のいくらかの領域の光を透過させるように処方される。したがって、短波長側の光はこのダイクロイックコーティングによって反射される。すなわち、短波長側スペクトル帯域の光は集束領域ｆ１の近傍に配置されている受光器２２に向けて導かれる。本実施形態において外側すなわち第２の湾曲反射面３４上の反射性コーティングはミラーであり、アルミニウムまたは適する合金のような、金属性コーティングとすることができ、あるいはダイクロイックコーティングまたはその他の適する処理とすることもできる。ダイクロイックコーティングは効率が高いから特に有利である。光学技術の当業者には明白であろうように、例えば、第１の湾曲反射面３２には可視光及び短波長側の光を透過させてＩＲ光を反射するように処理されたダイクロイックコーティングが施され、第２の湾曲反射面３４には可視波長の光を反射するための反射性コーティングが施されているような、別の構成も可能である。
【００３６】
第１の湾曲反射面３２への法線に比較的近い角度での光入射が好ましいことを知ることが有益である。ダイクロイックコーティングが用いられる場合、そのような配置は最善のダイクロイック性能を提供する。そのようにすれば、本発明の装置は、ダイクロイック面を用いているが、より大きな角度で入射光をダイクロイック面に導く、別のタイプの光分割器より有利である。
【００３７】
第１の湾曲反射面３２及び第２の湾曲反射面３４は、中心がずらされているか、傾けられているか、そうではなくとも、非対称な態様で配置されているから、光軸Ｏ１，Ｏ２に平行な方向でとられた、それぞれの面の間の間隔は二重放物面反射器２０の頂部から底部にかけて変わり得る。例えば、図５の実施形態を参照すれば、厚さｔ１は厚さｔ２より小さい。この厚さの差は、以降でさらに詳細に説明されるように、複数の二重放物面反射器２０をアレイ配置で重ねるときに、考慮されなければならない。
【００３８】
図６の側断面図は、単一の入射光線Ｒについて、二重放物面反射器２０がどのようにスペクトル分割器として作用するかを簡約して示す。光線Ｒは、ある範囲の波長を含む、太陽光線のような、多色光線である。可視光のような、短波長側の光は、内側すなわち第１の湾曲反射面３２で反射して集束領域ｆ１にある第１の受光器２２に向かい、近ＩＲ光及びＩＲ光のような、長波長側の光は第２の湾曲反射面３４で反射して集束領域ｆ２にある第２の受光器２４に向かう。
【００３９】
図２から６の実施形態において構体２６がある屈折率ｎを有することを知ることが重要である。本明細書に説明されるような構体２６を用いる実施形態において、このある屈折率ｎは第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４の間にある材料の屈折率と一致するか、ごく僅かしか違わない。この配置は、湾曲面３２における屈折のような望ましくない効果及び異なる屈折率を有する材料が用いられる場合に生じるかもしれないその他のおこり得る問題を最小限に抑えるに有利である。同様の理由のため、受光器２２及び２４を構体２６に接合する光学接着剤またはその他の材料も同じか、またはごく僅かしか違わない、屈折率ｎを示す。しかし、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４の間に挟み込まれる材料が構体２６の別の材料と異なる屈折率を有する構成を含む、別の構成が可能であることも認識されるべきである。あるいは、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４は空気で隔てることもできる。受光器２２，２４と第１の湾曲反射面３２の間を空気とすることもできる。
【００４０】
集光器３０は、放物面形状を有する、すなわちそれぞれの面がそれぞれの軸のまわりで回転対称である、第１の湾曲反射面３２及び第２の湾曲反射面３４を用いて具現化することができる。このタイプの実施形態には、構体２６を用いることができ、または空気中におくことができ、あるいは構体２６のための透明材料と空気中分離の何らかの組合せを用いることができる。あるいは、集光器３０は、アナモルフィック形状を有する、すなわち、ＹＺ平面である曲率を有し、ＸＺ平面で別の曲率を有する、第１の湾曲反射面３２及び第２の湾曲反射面３４を用いて具現化することができる。
【００４１】
回転対称実施形態、円筒実施形態またはアナモルフィック実施形態に対して、内側すなわち第１の湾曲反射面３２と受光器２２，２４の間に空気を用い、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４の間には透明材料を用いることができる。あるいは、透明材料の構体２６を内側すなわち第１の湾曲反射面３２と受光器２２，２４の間に用い、第１の湾曲反射面３２と第２の湾曲反射面３４の間には空気を用いることができる。
【００４２】
分散性前面をもつ別の実施形態
図２から６を参照して説明した二重放物面反射器は、別のスペクトル分割のための機構と組み合わせて用いることもできる。図７の別の実施形態において、集光器３０は、入射多色光を３つのスペクトル帯域に分割し、それぞれのスペクトル帯域を適する受光器２２，２３または２４に導く。ここで、前面２８は、前面２８における入射光の経路にプリズム３６またはその他の適するタイプの分散素子を有する。光学技術の当業者には周知のように、プリズムによる屈折角は波長の関数である。ほとんどの光学材料において、プリズム屈折では短波長側の光が長波長側の光より大きな角方向変化を受ける。すなわち、例えば、青色光は比較的大きい屈折角を有し、一方、長波長側の赤色光及びＩＲ光は比較的小さい屈折角を有する。光学材料の屈折分散は２つの波長間の屈折差の尺度である。
【００４３】
図７において、プリズム３６は光線Ｒで示される入射光の経路にあり、ある大きさの分散を与えることによって入射光を状態調節して、分散された入射多色光エネルギーを形成する。より大きな角度で屈折された、（例えば約４８０ｎｍの青色光を含む）波長が短い側の可視光部分は、次いで第１の湾曲反射面３２によって第３の受光器２３に導かれる。（例えば約６２０ｎｍの橙色光を含む）波長が長い側の可視光部分は、プリズム３６でより小さな角度に屈折され、第１の湾曲反射面３２によって反射されて、第１の受光器２２に導かれる。このようにすれば、第１の湾曲反射面３２は、図６の実施形態と同じ波長の光を反射するが、実効的にこの反射光の２つのスペクトル帯域を与えて、一方のスペクトル帯域を第１の受光器２２に導き、他方のスペクトル帯域を第３の受光器２３に導く。分散によって受ける角度変化が非常に僅かでしかないＩＲ光は、やはり第２の湾曲反射面３４で反射されて、第２の受光器３４に向かう。この分散構成を用いれば、受光器２２及び２３が第１の湾曲反射面３２の集束領域の直近に配置され、受光器２４が第２の湾曲反射面３４の集束領域の直近に配置される。
【００４４】
プリズム３６は構体２６に取り付けることができ、そうではなくとも、入射光の経路に光学的に結合させることができる。必要に応じて、前面に傾斜をもつか、そうではなくとも、プリズム効果を与える表面構造をもつように、プリズム３６を前面２８に形成することができる。あるいは、プリズム３６は、図７の座標系にしたがうｘ方向に沿って広がる、分散素子のアレイとすることができる。ここでｘ方向は紙面に垂直である。必要な入射光の分散素子を与えるために、別のタイプの分散素子を代りに用いることができる。
【００４５】
円筒実施形態
図８を参照すれば、円筒実施形態の集光器３０の一部の斜視図が示されている。ここで、集光器３０は、ｚ-ｙ平面にあって、ｘ方向に延びる軸に沿う光学能を有するが、ｘ-ｚ平面では光学能を全く有していないであろう。集光器３０に対する断面光軸Ｏ１及びＯ２は、図示される実施形態において、ｚ座標軸に概ね平行である。集束領域ｆ１及びｆ２は線型であり、円筒構造に沿って長さ方向に延びる。
【００４６】
図８の斜視図から、集光器３０の重要な利点の１つを知ることができる。受光器２２及び２４によって与えられる遮断は、図１を参照して説明した従来のカセグレン配置で与えられる遮断と比較した場合に特に、極めて小さい。太陽エネルギー実施形態において、集束領域ｆ１及びｆ２のそれぞれに集束される像の高さは、地球から見ると、約０.５°程度の角度である、約０.００９２ラジアンに過ぎない平均角直径を有する、太陽円板の像の比直径である。すなわち、集束領域ｆ１及びｆ２に形成される像の総高は公称上太陽円板の集束高さの２倍であり、それでも比較的小さい寸法である。さらに、集光器３０の実効開口は第１の湾曲反射面３２及び第２の湾曲反射面３４の放物面の大きさを比例拡大することによって大きくすることができる。すなわち、本発明の装置及び方法を用いて、総厚に対して大きな開口を得ることができる。
【００４７】
集束領域ｆ１及びｆ２に形成される像の寸法が小さいことの利点の１つは受光器２２及び２４の相対寸法に関係する。図９Ａ，９Ｂ及び９Ｃは、円筒実施形態の集光器３０が用いられる場合の、光帯３８を受け取っている１つの受光器２２の拡大平面図を示す。受光器２２は、受光器２２が集光器３０の光学系によってつくられる光帯３８の厚さより広くなるような寸法につくることができる。これにより、図９Ｂ及び９Ｃに示されるように、照準誤差をある程度許容できて、太陽またはその他の光源からの光との位置合せが不完全であってもある程度の量の光エネルギーを得ることが可能になる。もちろん、受光器２２の寸法を大きくすれば、遮断に関してある程度の不利益が生じるであろう。しかし、そのような不利益は緩和された位置合せ余裕によって相殺することができるであろう。
【００４８】
１つより多くの直交軸に沿って光学能を有する実施形態についても利点があり得る。図１０を参照すれば、２つの直交軸に沿って光学能を有し、二重放物面反射器２０を用いてスペクトル分割を行う、アナモルフィック集光器３０の一実施形態の斜視図が示されている。図１１Ａは、受光器２２及び２４のそれぞれに向けてスペクトル帯域分割を行っている、この実施形態の断面図を示し、図１１Ｂは（ｘ軸に沿う）円筒構造の長さに対する光集束を示す上面図を与える。図１０に与えられる座標軸指定を用いれば、この実施形態はｙ軸に対して、すなわち放物形断面のｙ-ｚ平面に光学能を有する。さらに、この実施形態はｘ軸方向に沿って、すなわちｘ-ｚ平面にある程度の光学能を有する。ｘ軸方向に沿う集束光学能は、前面２８を入射光線Ｒに対し相応して凸面として形成することによって得ることができる。あるいは、ｘ-ｚ平面における光学能は、図１０の領域Ａ内に示されるように、表面２８上のフレネルレンズ構造の使用によって得ることができる。ｘ軸方向の光学能を用いるためのまた別の方法は、ｘ-ｚ平面において放物面に曲率を与え、よって放物面をアナモルフィックとすることであろう。図１０及び１１Ｂで引かれている代表的な光線軌跡は、ｘ軸に沿う光学能の追加によって得られる利点を示す。顕著な利点の１つとして、受光器２２及び２４の全体寸法を、図８の円筒実施形態に示される受光器２２及び２４よりかなり縮小することができ、よって入射光の遮断を比例して小さくすることができる。前面２８の一部だけに沿って延びる電極を含む、数多くの方法で受光器２２及び２４に電気接続を施すことができる。電気接続は、以降で説明されるように、遮断を最小限に抑えて、湾曲表面の内部に、または湾曲表面を貫通して施すこともできる。ｘ-ｚ平面にある程度の光学能を有する、図１０に示されるような、実施形態の別の重要な利点は、以降で説明されるように、太陽の相対位置を追跡する場合の許容度トレードオフに関係する。
【００４９】
アレイ実施形態
円筒集光器３０の構成はアレイ実施形態に特によく適している。主に製造可能性に関する理由のため、図１２Ａ及び１２Ｂに示される対集光器３０のパターン化配置が特に有利である。図５の中心ずらし実施形態を参照して説明したように、二重放物面反射器２０の対極にある上端及び下端における厚さｔ１及びｔ２は異なり得る。この理由のため、隣り合う集光器３０の間の交接部においてそれぞれの対応する放物面反射器３０の厚さが一致するような対にして集光器３０を製作することが有利であり得る。図１２Ａ及び１２Ｂに示されるように、このことは、一方の集光器３０が、他方に対して縦方向に鏡映になるように、反転されることを意味する。図示される実施形態において、対の隣り合う集光器３０は、厚さｔ２が隣接するように、配置される。このことは、第１の受光器２２及び第２の受光器２４も特定のパターンを有することを意味する。図示される配置において、第１の受光器２２は可視光（Ｖ）を受け取り、第２の受光器２４はＩＲ光（Ｉ）を受け取る。すなわち、この配置は図１２Ａ及び１２Ｂの対集光器３０に対してＶ-Ｉ-Ｉ-Ｖパターンを有する。図１３の斜視図は、３つの対Ｐ１，Ｐ２及びＰ３を含み、受光器２２及び２４に向けられる光のタイプが同様にＶ-Ｉ-Ｉ-Ｖ-Ｖ-Ｉ-Ｉ-Ｖ-Ｖ-Ｉ-Ｉ-Ｖで表される、集光器３０のアレイ４０の一部を示す。図１２Ａ，１２Ｂ及び１３に示される配置はこの実施形態におけるアレイ４０の製作に有利であるが、もちろん、別のパターンを用いることもできよう。
【００５０】
アレイ４０は、個々の用途における必要に応じて長さが変わる、２つないしさらに多くの集光器３０の円筒セグメントから形成することができる。アレイは回転対称集光器３０の１つないしさらに多くの列を用いて形成することもできる。図１４は回転対称型の集光器３０の複数の列をもつアレイ４０の一実施形態を示す。１つないしさらに多くの接続電極がそれぞれの集光器３０に延びていることを見ることができる。電極４４によって付加される遮断の大きさを最小限に抑えるため、図４の実施形態は太陽またはその他の光エネルギー源とは逆の側からそれぞれの集光器３０に延びる電極４４を有する。先に説明したように、集光器３０のこの部分には受光器２２及び２４の存在によって与えられる遮断がある。
【００５１】
アレイ４０に用いられるレイアウトの幾何学的形状に応じて、回転対称配置の集光器３０にはフィルファクターが低下することによる欠点も生じ得る。集光器３０を「ハニカム」配置またはその他のレイアウト配置で詰め込めば、フィルファクターの低下を軽減するに役立ち得る。湾曲反射面に対する回転対称形状の修正もこのフィルファクターの欠点を軽減するに役立ち得るが、その結果の修正された形状は反射放物面による光集束の利点を完全には提供できない。
【００５２】
集光器３０は光エネルギーを得るための高効率システムを提供する。しかし、太陽光集光器として用いられる装置のほとんどと同様に、光の角度に関するいくつかの制限がある。図１５の側面図を参照すれば、大角入射光は集束領域ｆ２にある受光器２４を外れる方向に反射され得る。ここで、角度θの光は光軸Ｏ２に対して大角にあり、ある程度のコマ収差が生じる。太陽光を最も有効に使用するため、例えば、光軸は太陽に向けられるべきである。集光器３０を適切に位置合せすることによって効率を向上させるため、以降で説明される、追跡装置を用いることができる。
【００５３】
図１６の側面図はエネルギー損失に対する別の考え得る原因を示す。前面２８におけるある程度のフレネル反射及び構体２６内の吸収が効率低下に寄与し得る。さらに、ダイクロイック面は高効率であるとしても、ある程度の小率の光の漏れがおこるであろう。したがって、例えば、ある程度の少量の可視光が第１の湾曲反射面３２のダイクロイックコーティングを透過する。この誤誘導された光のほとんどは第２の湾曲反射面３４と第１の湾曲反射面３２の間に「トラップ」されたままになり得る。この光のいくらかの部分は第１の湾曲反射面３２を透過して戻ることができるが、この光は間違った受光器２４に導かれるかあるいは受光器２２または２４のいずれからも外れる方向に導かれることになるであろう。
【００５４】
アナモルフィック集光器実施形態
積層光電変換装置が用いられるような、いくつかの用途に対しては、スペクトル分割が必要とされないことがある。図１９の斜視図は、構体２６が単一の受光器２２及び、入射光に対して凹面をなす、湾曲反射面５２を有する実施形態におけるアナモルフィック集光器５０を示す。この実施形態においては、反射面５２がｙ-ｚ面に光学能を有し、前面２８が直交するｘ-ｚ平面に光学能を有する。ｘ-ｚ平面の光学能は領域Ａに示されるような、フレネルレンズ構造によって与えることができ、または前面２８の曲率によって与えることができる。光線Ｒは、そのようにして、湾曲反射面５２の集束領域近傍に配置された受光器２２に向けて導かれる。この配置は、図１０を参照して説明したスペクトル分割を付加せずに、改善されたアナモルフィック光集束を与える。直線状に延びるが、例えば図８，１２Ａ及び１２Ｂの実施形態において示される、受光コンポーネントの直線配置を必要としない、集光器５０の配置が可能になる。すなわち、受光器２２は、連続的に延びる代りに、集光器５０のそれぞれの列に沿って周期的に間隔をおいて配置することができる。
【００５５】
光源に対する方位
図１５を参照して説明したように、効率よく太陽８０またはその他の光源から光を得て集束させるためには、光源に対して集光器３０の方位を適切に定めることが重要である。近接する平行な光軸Ｏ１，Ｏ２を有する回転対称装置の形態に構体２６があるような、単体システムでは、単にこれらの光軸を太陽８０またはその他の光源に位置合せすることによって集光効率が最適化される。しかし、円筒実施形態では、東−西軸に沿う装置方位の制限はかなり緩めることができる。このコンポーネントの北−南−東−西方位は光エネルギーを得て集束させるための能力に直接影響する。基準として、北、南、東、西方位は先の説明で用いられたｘｙｚ座標指定に対して示される。
【００５６】
図１７Ａ，１７Ｂ及び１７Ｃの斜視図は、光源の東西方向及び南北方向に対する、円筒実施形態の集光器３０の集光挙動を示す。図１７Ａにおいて、集光器３０の円筒軸Ｃは東西軸に概ね平行に合せられている。太陽８０またはその他の光源に向けて最適に方位が定められていれば、集光器３０は受光器２２及び２４の全長に沿って最適光量を得る。
【００５７】
図１７Ｂは、集光器３０の方位がもはや東西軸に最適に合されていない場合に何がおこるかを示す。受光器２２及び２４は集束された光を一部の長さでしか受け取らない。部分長４２が外れてしまい得る。しかし、受光器２２及び２４上にはかなりの光量がまだ入射している。すなわち、集光器３０は東西方向におけるかなり広い視界にわたって、ある程度のレベルの効率で、機能する。
【００５８】
図１７Ｃの斜視図は、集光器３０の方位が南北軸に対して適切に定められていない場合の、集光器３０の挙動を示す。円筒軸Ｃのまわりで正しく傾けられていなければ、集光器３０は、図９Ｃに示されているよりも極端に、垂直方向での光のある程度の「逸脱」を可能にし得る。図１５を参照して説明したように、適切なスペクトル帯域が対応する受光器２２，２４に導かれないから、極端に大きい角度は不利になり得る。
【００５９】
集光器３０がｚ方向に光学能を有する、図１０，１１Ａ及び１１Ｂに示される実施形態は、受光器２２及び２４を図１０に示されるようにｙ方向に関してより大きくすることができるから、南北方向太陽追跡誤差に対する許容度を本質的に高くすることができる。しかし、この場合は、直交方向の光が受光器２２及び２４上に集束されることになるから、東西方向追跡許容度がある程度犠牲になる。東西方向に沿う方位整定が正しく行われない場合、図９Ｃを参照して説明した方向に直交する方向での「逸脱」がおこり得る。
【００６０】
太陽追跡システム及び方法は周知であり、単体形態またはアレイ形態のいずれにおいても、集光器３０の使用に容易に適合させることができる。図１８は本発明にしたがう太陽エネルギーシステムを示す。１つないしさらに多くの光エネルギー集束装置６０が太陽８０を追跡するように配置及び構成される。地球６６に対する太陽の東西位置が一日を通して変化するにともない光エネルギー集束装置６０の方位を適切に定めるため、また適切な南北方位整定に必要な僅かな調節を行うためにも、制御ロジックプロセッサ６２によって追跡アクチュエータ６４が制御される。制御ロジックプロセッサ６２は、例えば、コンピュータまたは専用マイクロプロセッサベース制御装置とすることができる。制御ロジックプロセッサ６２は、ある位置において得られる電流の相対量を測定することにより、または何か別の適する信号を得ることによって、位置を検知することができる。位置を示すことができるこの信号に応答して、制御ロジックプロセッサ６２は、追跡アクチュエータ６４に指令して適宜に位置調節を行わせるための、制御信号を与える。
【００６１】
製作
集光器３０は、単体ユニットとして、または、図１３のアレイ４０に示されたように、アレイの一部としての円筒コンポーネントとして、形成することができる。アレイ実施形態においては、複数の集光器３０が、図１２Ａ及び１２Ｂを参照して説明した集光器３０の対構成を必要に応じて用いて、互いに横並びに集成される。押出成形を用いて、集光器３０の少なくとも一部の連続作成を行うことができる。アレイ実施形態の１つにおいて、押出プロセスによってリブ付シートが形成され、二重放物面反射器２０の平行長がシートに沿って揃えられている。次いで、シートのそれぞれの側の湾曲面上に適する光学コーティングが施される。作成されたシートは次いでエポキシまたはその他の適する接着剤を用いて基板に接合され、接合プロセス中に気泡が除去される。用いられる様々なコンポーネント及び接着剤の屈折率は一実施形態においてほとんど同じに合せられる。
【００６２】
光結合を可能にし、全反射（ＴＩＲ）効果を最小限に抑えるため、受光器２２及び２４は、構体２６の屈折率に近い屈折率を有する、光学接着剤のような、光学材料を用いて、構体２６に埋め込まれるかまたは光結合される。円筒構造の両端の（図２には示されていないが、図２の断面図において紙面に平行な）反射面は、紙面に直交する方向における集光器３０からの光漏洩の防止に役立つ。
【００６３】
集光器３０の比較的狭い奥行により、薄パネル構造での使用に適する大きさへの集光器３０の比例拡縮が可能になる。例えば、薄パネルアレイ実施形態の１つにおいて、それぞれの集光器３０についての公称コンポーネント寸法は、
集光器セル高さ：  ２０ｍｍ，
集光器セル奥行：  １０ｍｍ，
である。
【００６４】
隣り合う集光器３０は光結合させることができ、迷光または誤誘導光の一部に対してアレイ４０内の全反射（ＴＩＲ）を可能にする。光線はＴＩＲを受けて、集光器３０の１つの受光器２２または２４に遭遇するかあるいは廃光としてアレイ４０をでるまでに、１つまたはさらに多くのコーティングされた湾曲反射面から何回も反射される。
【００６５】
本発明の集光器３０は他のタイプの光エネルギー集束器装置に優る利点を有し、光集束及びスペクトル分割のいずれをも提供する。本発明の集光器３０は、同軸光の約１０％ないしさらに多くを遮断し得る、他で提案されているカセグレン型実施形態に比較して有利な、極めて少量でしかなく、一般に２％より少ない同軸入射光の遮断を示す。
【００６６】
二重放物面反射器２０によるスペクトル分割を備える集光器３０により、個々のスペクトル帯域が、積層配置ではなく、そのスペクトル帯域内の波長から光エネルギーを得るためにそれぞれが最適化された、適する光電変換セル上に導かれる、横並び配置の光電変換受光器の使用が可能になる。本発明の装置は、単体のモジュール型光集束素子または集光器アレイを提供するために用いることができる。本装置は比例拡縮可能であって、薄パネル用途または大規模光エネルギー装置に適合させることができる。１つないしさらに多くの受光器２２及び２４は、シリコン、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、ガリウムアンチモン（ＧａＳｂ）及びその他の材料を含む、与えられるスペクトル帯域に適するいずれかの光電変換材料で作成される光電変換（ＰＶ）受光器とすることができる。あるいは、１つないしさらに多くの受光器２２及び２４は、水銀カドミウムテルル熱ダイオードのような熱電材料を含む、熱を電気に変換する何らかの材料を用いる熱電変換受光器または熱光電変換（ＴＰＶ）受光器とすることができるであろう。１つないしさらに多くの受光器２２，２４は、電荷結合素子（ＣＣＤ）またはその他の光センサとすることができるであろう。
【００６７】
別の実施形態において、１つないしさらに多くの受光器２２，２４は、例えば、エネルギー発生またはスペクトル分析のためのような、別の光学サブシステムの入力像面としてはたらく。受光器２２，２４の一方または両方を、例えば光ファイバのような、光ガイドへの入力とすることができる。
【００６８】
受光器に与えられる２つないしさらに多くのスペクトル帯域がスペクトル的に明確に分離しておらず、それぞれのスペクトル帯域がいくらかの同じ波長を含む、いくらかの重なりを有するであろうことを認めることができる。ダイクロイック応答は不完全であり、光は、ダイクロイックコーティングの性能を低下させる、非直角で入射し得るから、ある程度のスペクトル汚染は不可避であろう。所望の低レベルまでスペクトル汚染を低減するためにダイクロイックコーティングを最適化することができるであろう。先に述べたように、何か別のタイプの反射性コーティングの代りの第２の湾曲面３４に対する処理としてダイクロイックコーティングを施し、よって従来の多くのタイプのミラーコーティングに優る改善された効率を与えることができるであろう。本明細書で示した実施形態のいずれについても、用途の要件に最善に適するようにスペクトル帯域を定め、最適化することができる。
【００６９】
本発明を本発明のいくつかの好ましい実施形態を特に参照して詳細に説明したが、本発明の範囲を逸脱せずに当業者によって、上述したような、また添付される特許請求の範囲に述べられるような、本発明の範囲内で変形及び改変がなされ得ることは理解されるであろう。例えば、いくつかの用途には円筒配置の集光器３０が好ましいかもしれないが、円環形状のような、別の形状が有利になることもあり得る。円環実施形態においては、複数の面に光学能がある。図１０に関してｙ方向に光学能を有するフレネルレンズの付加のような、複数のコンポーネントの使用が有利になり得る。これは、例えば、コマ収差の低減に役立ち得るであろう。すなわち、本発明の集光器は、一方はコマ収差の低減のため、他方は与えられる放物面集束に直交する光の集束のための、互いに直交して配置される、２つの独立したフレネルレンズまたはフレネルレンズ構造あるいはその他の適するレンズまたはその他の光集束コンポーネントを有することができるであろう。
【００７０】
「集束領域近傍に」または「集束領域に」という言明には若干の余裕が許されなければならないことが光学設計技術の当業者によって認識される。実用的な光機械許容度により、本発明のこの教示に用いられる原理にしたがう精確な位置決めに若干の変動が可能になる。先に述べたように、精確な放物型表面すなわち放物面は直線に沿ってまたは一点に集束させるための理想的反射面であるが、実際上は放物型表面すなわち放物面の近似しか達成できない。しかし、この近似によって、本発明の手法の適用において許容できる結果が得られる。
【００７１】
以上説明したように、太陽またはその他の多色光源からの光を集め、必要に応じて光を２つないしさらに多くのスペクトル帯域に分割してそれぞれのスペクトル帯域を受光器に与える、装置を提供した。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】集光のための従来のカセグレン配置を示す側面図である
【図２】本発明にしたがう集光器における二重放物面反射器の側面図である
【図３】放物面反射器の第１の面からの光反射を示す側面図である
【図４】放物面反射器の第２の面からの光反射を示す側面図である
【図５】二重放物面反射器の第１及び第２の面の光軸及び中心ずらしを示す側面図である
【図６】二重放物面反射器の第１及び第２の面によるスペクトル帯域分割を示す側面図である
【図７】分散性前面を有する別の実施形態の側断面図である
【図８】円筒配置の集光器の二重放物面反射器を示す斜視図である
【図９Ａ】第１の角度において集光器の光電変換受光器に導かれる光の平面図である
【図９Ｂ】第２の角度において集光器の光電変換受光器に導かれる光の平面図である
【図９Ｃ】第３の角度において集光器の光電変換受光器に導かれる光の平面図である
【図１０】直交方向の光学能をさらに有する別の実施形態の斜視図である
【図１１Ａ】直交方向の光学能をさらに有する別の実施形態の側面図である
【図１１Ｂ】直交方向の光学能をさらに有する別の実施形態の上面図である
【図１２Ａ】円筒配置の対二重放物面反射器の前面斜視図である
【図１２Ｂ】円筒配置の対二重放物面反射器の背面斜視図である
【図１３】円筒配置の対二重放物面反射器アレイの一部の背面斜視図である
【図１４】一実施形態の集光器アレイの斜視図である
【図１５】一実施形態において失われ得る誤誘導光を示す側面図である
【図１６】一実施形態においてその一部が失われ得る、誤誘導光を示す側面図である
【図１７Ａ】第１の角度で入射する光に対する、円筒実施形態の本発明の集光器の光処理挙動を示す背面斜視図である
【図１７Ｂ】第２の角度で入射する光に対する、円筒実施形態の本発明の集光器の光処理挙動を示す背面斜視図である
【図１７Ｃ】第３の角度で入射する光に対する、円筒実施形態の本発明の集光器の光処理挙動を示す背面斜視図である
【図１８】光源の位置変化に適応するための追跡機構を備える太陽エネルギー装置を示す簡略な斜視図である
【図１９】直交方向の光学能をさらに有する、受光器が１つだけの、別の実施形態の斜視図である
【符号の説明】
【００７３】
１０    光電変換装置
１２    一次ミラー
１４    二次ミラー
１６，２２，２３，２４，５２    受光器
２０    二重放物面反射器
２６    構体
２８    前面
３０,５０    集光器
３２，３４    湾曲反射面
３６    プリズム
３８    光帯
４０    アレイ
４２    部分長
４４    電極
６０    光エネルギー集束装置
６２    制御ロジックプロセッサ
６４    追跡アクチュエータ
６６    地球
７０    太陽エネルギーシステム
８０    太陽
Ａ    図面内領域
Ｃ    円筒軸
ｄ    距離
ｆ１，ｆ２    集束領域
Ｏ，Ｏ１，Ｏ２    光軸
Ｒ    光線
ｔ１，ｔ２    厚さ
【図１】
2009528569.tif 000003
【図２】
2009528569.tif 000004
【図３】
2009528569.tif 000005
【図４】
2009528569.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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