(57)【要約】本技術は、概して、ガラス担体と、そのガラス担体の表面上の、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層とを含むレンズを製作するための方法に関する。本技術は、結果として生じるレンズおよびレンズアレイを含むシステムにも関する。これらの方法は、ガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間のセパレータ、傾斜小面および抜き勾配小面の形成前の少なくとも部分的に透過性の層の少なくとも部分的な硬化、レンズの動作温度範囲またはそれを下回る硬化温度を有する少なくとも部分的に透過性の変性層、レンズの動作温度範囲と一致するように選択される傾斜小面および抜き勾配小面の寸法、または紫外線硬化性の少なくとも部分的に透過性の層を用いて、結果として生じるレンズの応力変形を排除する。2014516173.tif 000003
2014516173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス担体と、
該ガラス担体の表面上の、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する第１の少なくとも部分的に透過性の層と、
該ガラス担体と該第１の少なくとも部分的に透過性の層との間のセパレータと、
を備える、レンズ。
【請求項２】
第１の少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項１記載のレンズ。
【請求項３】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する第１の少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項１記載のレンズ。
【請求項４】
セパレータが、第２の少なくとも部分的に透過性の層を備える、請求項１記載のレンズ。
【請求項５】
第２の少なくとも部分的に透過性の層が、接着層、ナノ粒子充填樹脂層、および速硬性樹脂層のうちの１つを備える、請求項４記載のレンズ。
【請求項６】
セパレータが、１つ以上のスペーサを備える、請求項１記載のレンズ。
【請求項７】
前記１つ以上のスペーサが、プレキャストシリコーンまたは屈折率整合材を備える、請求項６記載のレンズ。
【請求項８】
請求項１記載のレンズのアレイと、
該レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するように該レンズのアレイに対して構成される光電池のアレイと、
を備える、システム。
【請求項９】
ガラス担体を提供する工程と、
該ガラス担体の表面上に、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する第１の少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、
該ガラス担体と該第１の少なくとも部分的に透過性の層との間にセパレータを提供する工程と、
を含む、レンズを作製するための方法。
【請求項１０】
第１の少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する第１の少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
セパレータを提供する工程が、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する第１の少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程の前に、前記ガラス担体の表面上に第２の少なくとも部分的に透過性の層を提供することを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
第２の少なくとも部分的に透過性の層が、接着層、ナノ粒子充填樹脂層、および速硬性樹脂層のうちの１つを備える、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
セパレータを提供する工程が、１つ以上のスペーサを前記少なくとも部分的に透過性の層の上に位置付けることを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上のスペーサが、プレキャストシリコーンまたは屈折率整合材を備える、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
ガラス担体を提供する工程と、
該ガラス担体の表面上に少なくとも部分的に硬化される少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、
少なくとも部分的な硬化の後に、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を、該少なくとも部分的に透過性の層の表面上に形成する工程と、
を含む、レンズを作製するための方法。
【請求項１７】
少なくとも部分的に透過性の層が、シリコーン、光学的に透明な感圧性接着剤層、または紫外線硬化性アクリレートである、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
少なくとも部分的に透過性の層が、前記形成工程前に実質的に硬化される、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
ガラス担体と、
該ガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層と、を備えるレンズであって、該少なくとも部分的に透過性の層が、該レンズの動作温度範囲またはそれを下回る硬化温度を有する変性層を備える、レンズ。
【請求項２１】
少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項２０記載のレンズ。
【請求項２２】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項２０記載のレンズ。
【請求項２３】
請求項２０記載のレンズのアレイと、
該レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するように該レンズのアレイに対して構成される光電池のアレイと、
を備える、システム。
【請求項２４】
ガラス担体を提供する工程と、
該ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、を含む、レンズを作製するための方法であって、該少なくとも部分的に透過性の層が、該レンズの動作温度範囲またはそれを下回る硬化温度を有する変性層を備える、方法。
【請求項２５】
少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
ガラス担体と、
該ガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層と、を備えるレンズであって、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層の寸法が、該レンズの動作温度範囲と一致するように選択される、レンズ。
【請求項２８】
少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項２７記載のレンズ。
【請求項２９】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項２７記載のレンズ。
【請求項３０】
請求項２７記載のレンズのアレイと、
該レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するように該レンズのアレイに対して構成される光電池のアレイと、
を備える、システム。
【請求項３１】
ガラス担体を提供する工程と、
該ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、を含む、レンズを作製するための方法であって、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層の寸法が、該レンズの動作温度範囲と一致するように選択される、方法。
【請求項３２】
少なくとも部分的に透過性の層がシリコーン層である、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層が、フレネル光学構造を形成する、請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
動作温度と一致するように寸法を選択する工程が、スプライン形状に従って前記１つ以上の傾斜小面の傾斜を変形させることを含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３５】
動作温度と一致するように寸法を選択する工程が、動作温度範囲での前記少なくとも部分的に透過性の層の屈折率を用いるよう、前記１つ以上の傾斜小面および前記１つ以上の抜き勾配小面の寸法を導き出すことを含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
ガラス担体と、
該ガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層と、を備えるレンズであって、該少なくとも部分的に透過性の層が、紫外線光によって硬化可能である、レンズ。
【請求項３７】
少なくとも部分的に透過性の層が、紫外線硬化性シリコーンまたは紫外線硬化性アクリレートである、請求項３６記載のレンズ。
【請求項３８】
請求項３６記載のレンズのアレイと、
該レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するように該レンズのアレイに対して構成される光電池のアレイと、
を備える、システム。
【請求項３９】
ガラス担体を提供する工程と、
該ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供する工程と、を含む、レンズを作製するための方法であって、該少なくとも部分的に透過性の層が、紫外線光によって硬化される、方法。
【請求項４０】
少なくとも部分的に透過性の層が、紫外線硬化性シリコーンまたは紫外線硬化性アクリレートである、請求項３９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年６月１０日出願の米国仮特許出願第６１／４９５，７８０号、および２０１１年６月１７日出願の米国仮特許出願第６１／４９８，２８８号の利益を主張するものであり、これらは、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
本技術は、概して、レンズの製作方法に関し、より具体的には、シリコーンオンガラスフレネルレンズの製作に関する。本技術は、結果として生じるレンズおよびレンズアレイにも関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
太陽電池の効率を向上させることは、配置を増加させる際に重要であり、これは、のちに温室効果ガス排出の削減をもたらす。これは、各国が代替のクリーンエネルギー源を捜し求めているため、さらにより緊急な課題となっている。しかしながら、これは、他のエネルギー源と競合できる価格で達成されなければならない。勢いを増している解決策の１つは、集光型太陽光発電（ＣＰＶ）および集光型太陽熱発電（ＣＳＰ）として既知の太陽エネルギーの部門であり、この場合コスト削減は、非効率的な光（ＰＶ）電池物質をより低価格の光学システムに切り替えることによってもたらされる。典型的な集中型太陽光発電（ＣＰＶ）装置は、電力生成のために太陽からの光の焦点を光電池の対応するアレイに合わせるように位置付けられるレンズアレイを含む。典型的には、太陽光を光電池に集中させるために使用されるレンズは、スーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）または担体およびフレネル光学構造を備えるフレネルレンズである。
【０００４】
シリコーンオンガラス（ＳＯＧ）一次光学部品は、ＣＰＶおよびＣＳＰアレイで用いる１つの選択肢である。ＳＯＧ光学部品において、フレネルレンズは、フレネル構造を有する担体およびシリコーン層（または他の可塑性の高度に透過性で紫外線安定ポリマー）が光電池の底面またはそれに面する側面に鋳造されるガラス製のハイブリッドである。したがって、これらのＳＯＧ一次光学部品において、ガラス担体が天候に曝露される一方で、シリコーン製の微細構造化フレネルレンズは、一次光学部品の表面の内側にあり、それらの要素への曝露から保護される。これらのＳＯＧ  ＣＰＶまたはＣＳＰは、非常に薄いシリコーン層のみを要求し、かつ耐久性が高いため、太陽電池パネル／モジュールにおいて有用であり、水、極端な温度、および他の環境要因への耐性を呈する。
【０００５】
ＳＯＧ構造におけるガラスは、典型的には、２０〜５０ｐｐｍ／℃の範囲の熱膨張の係数を典型的に有するシリコーンとは異なる８〜１０ｐｐｍ／℃の熱膨張の係数を有する。以下で説明されるように、この差異は、製造上の問題につながり得る。
【０００６】
フレネルレンズは、高温でシリコーンを熱硬化することによって製造される。硬化温度のガラスは、周囲温度のときよりもサイズが大きい。フレネルレンズが周囲温度に戻されると、シリコーンのフレネル構造は、ガラスおよびシリコーンの異なる収縮速度により、金型の形状から逸脱する。ガラスは、最終的に低い引張応力になり（材料組成の強度のため）、シリコーンは、光学設計値（傾斜におけるある光屈曲）からの偏差をもたらすより高い値の圧縮応力を有する。この寸法の変化は、シリコーンのフレネル構造の小面に応力を引き起こし、小面に形状を変化させ、かつ金型の線形小面ではなく、湾曲した面を有しさせる。この形状変化は、フレネルレンズの性能を最適条件から逸脱させ、すなわち、光学効率の低下につながる。本技術は、先行技術におけるこれらおよび他の欠陥の打開を対象とする。
【発明の概要】
【０００７】
本技術は、ガラス担体と、ガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層と、ガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間のセパレータとを備えるレンズに関する。
【０００８】
本技術はさらに、レンズを作製するための方法に関する。この方法は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することと、ガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間にセパレータを提供することとを含む。
【０００９】
本技術は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に少なくとも部分的に硬化される少なくとも部分的に透過性の層を提供することと、少なくとも部分的な硬化後に、少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成することとを含む、レンズを作製するための方法にも関する。
【００１０】
本技術はさらに、ガラス担体と、そのガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層とを備えるレンズに関し、この少なくとも部分的に透過性の層は、レンズの動作温度範囲であるか、またはそれを下回る硬化温度を有する変性層を備える。
【００１１】
本技術は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することとを含む、レンズを作製するための方法にも関し、この少なくとも部分的に透過性の層は、レンズの動作温度範囲であるか、またはそれを下回る硬化温度を有する変性層を備える。
【００１２】
本技術の別の態様は、ガラス担体と、そのガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層とを備えるレンズに関し、この１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層の寸法は、レンズ動作温度範囲と一致するように選択される。
【００１３】
本技術はさらに、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することを含む、レンズを作製するための方法に関し、この少なくとも部分的に透過性の層の寸法は、レンズ動作温度範囲と一致するように選択される。
【００１４】
本技術の別の態様は、ガラス担体と、ガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層とを備えるレンズに関し、この少なくとも部分的に透過性の層は、紫外線光によって硬化可能である。
【００１５】
本技術のさらに別の態様は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に紫外線光によって硬化可能な１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することとを含む、レンズを作製するための方法に関する。
【００１６】
本技術のさらなる態様は、本明細書に記載の実施形態のうちのいずれかのレンズのアレイと、レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するようにレンズのアレイに対して構成される光電池のアレイとを含むシステムに関する。
【００１７】
典型的なシリコーンオンガラス光学製品において、フレネルレンズの傾斜および抜き勾配小面は、ガラスにほぼ接触するシリコーンにおける谷として鋳造される。この生成物は、シリコーンを硬化するために高温で処理されるが、室温での最終生成物は、応力変形のため、理論的形状またはフレネルレンズを形成するために使用される工具の形状とは異なる寸法形状を有する。本明細書に記載の方法およびデバイスは、レンズの小面のこの応力変形を打開する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本技術の一実施形態に従うレンズの断面図である。
【図２】本技術の別の実施形態に従うレンズの断面図である。
【図３】本技術のさらに別の実施形態に従うレンズの断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に従う例示のシリコーン材料の異なる温度での屈折率を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態に従うスプライン形状に従うフレネルレンズのプリズム小面の傾斜の変形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
詳細な説明
図１を参照して、本技術の一実施形態に従うレンズ１００が図解される。レンズ１００は、ガラス担体１０２および少なくとも部分的に透過性の層１０４を含む。ガラス担体１０２は、第１の表面１０６および第２の表面１０８を有する。一実施形態において、ガラス担体１０２の第１の表面１０６は、ＣＰＶにおいて使用されるときに天候に曝露される。
【００２０】
例示の一実施形態において、ガラス担体１０２は、約２．０ｍｍ〜約６．０ｍｍの厚さを有する。別の実施形態では、ガラス担体の屈折率は、約１．５１５〜約１．５１９である。さらなる実施形態において、ガラス担体は、約０．４％未満の鉄含有量を有する低鉄フロートガラスである。さらに別の実施形態では、ガラス担体は、ＴＶＧ  ＤＩＮ  ＥＮ  １８６３、Ａ２によって部分的に熱強化される。
【００２１】
図１を参照して、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、隣接した第２の表面１０８である。本明細書で使用される「少なくとも部分的に透過性」という用語は、そこを通る光の透過を少なくとも部分的に可能にする材料を意味する。一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、高度に透過性であり、特定の光源からの実質的にすべての光がそこを通ることを可能にする。光源は、太陽の光、ランプの光、および人工の光を含むが、これらに限定されない任意の好適な光源であり得る。本明細書で使用される「隣接した」という用語は、ガラス担体および少なくとも部分的に透過性の層が接触していても接触していなくてもよいが、それらの間に同一種のものはないことを意味する。
【００２２】
例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層は、シリコーン層である。好適な少なくとも部分的に透過性の層は、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｓｙｌｇａｒｄ１８４または等価物、光学的に透明な単一成分シリコーン、および光学的に透明な感圧性接着剤を含むが、これらに限定されない。例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層１０４は、約０．１ｍｍ〜約２．０ｍｍの厚さを有する。別の実施形態では、少なくとも部分的に透過性の層１０４の屈折率は、５８９ナノメートルの波長を有するナトリウムＤ線および２１℃で測定されるとき、約１．４０５〜約１．４２０である。
【００２３】
少なくとも部分的に透過性の層１０４は、１つ以上の抜き勾配（または解放）小面１１２によってともに連結される１つ以上の傾斜小面１１０を含む。傾斜小面および抜き勾配小面１１０、１１２は、小面の頂点１１４および小面の谷１１６を形成する。図１を参照して、小面角度Βおよび抜き勾配角度Α、ならびに小面幅またはピッチＦＷおよび光軸Ｏが示される。傾斜小面および抜き勾配小面１１０、１１２の特定の寸法、ならびに結果として生じる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズの使用目的および特性に基づいて決定される。小面の角度は、典型的には、ゼロまたは表面に平行〜表面から最大約４２度である。小面の高さは、不変であっても可変であってもよく、典型的には、光学設計に基づいて、約０．１ｍｍ〜約１．０ｍｍの範囲であり得る。典型的なピッチまたは小面間隔は、不変であっても可変であってもよく、約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍの範囲であり得る。
【００２４】
図１に示される実施形態において、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層は、フレネルレンズを形成する。一実施形態において、フレネルレンズの小面角度は、最小スポット径が光の１波長に対する公称焦点距離で得られるように設計される。より短い波長およびより長い波長は、この公称焦点距離でより長い直径を有する（この公称距離の上および下に位置する最小スポット径を有する）。二次光学素子（ＳＯＥ）を利用して、光のより短い波長およびより長い波長の集合を改善することができる。別の実施形態では、フレネルレンズは、多焦点アプローチを含む。複数の溝帯を用いて、一組の特定の波長に焦点を合わせる。一組の隣接小面は、特定の一組の波長と関連付けられてもよく、それぞれのプリズム形状は、関連付けられた波長に焦点を合わせるように作成される。この設計方法は、光を光電池の位置またはＣＰＶにおけるＳＯＥ受容領域に公称的に指向することができる。
【００２５】
図１を参照して、セパレータ１１８は、ガラス担体１０２と少なくとも部分的に透過性の層１０４との間に位置付けられる。図１に示される実施形態において、セパレータ１１８は、第２の少なくとも部分的に透過性の材料層を備える。ほんの一例として、ガラスと第１の少なくとも部分的に透過性の層１０４との間の材料は、充填もしくは非充填接着層、ナノ粒子充填樹脂層、速硬性樹脂層、またはフレネルレンズの性能を高める他の材料であり得る。例示の一実施形態において、第２の少なくとも部分的に透過性の材料層は、約０．００１ｍｍ〜約０．６ｍｍの厚さを有する。別の実施形態では、第２の少なくとも部分的に透過性の材料層の屈折率は、約１．４０５〜約１．４２０である。
【００２６】
接着層の好適な例は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第５，７５５，８６６号に記載されており、ＡＣＣシリコーン由来のＯＰ２Ｎ−１一部シリコーンプライマーを含むが、これに限定されない。好適なナノ粒子充填樹脂層は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許公開第２０１１／０２４０９３１Ａ１号に記載されており、半導体ナノ粒子、金属ナノ粒子、および金属酸化物ナノ粒子を有する樹脂層を含むが、これに限定されない。好適な速硬性樹脂層は、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第３，９９６，１８７号に記載されており、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＰＶ８３０１を含むが、これに限定されない。他の材料の例には、光学的に透明な感圧性接着剤、単一部分シリコーン、およびシラン系プライマー層が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２７】
図２を参照して、レンズ２００の別の例示の実施形態が示される。上述のように、レンズ２００は、ガラス担体２０２および少なくとも部分的に透過性の層２０４を含む。ガラス担体２０２は、第１の表面２０６および第２の表面２０８を有する。少なくとも部分的に透過性の層２０４は、１つ以上の抜き勾配小面２１２によってともに連結される１つ以上の傾斜小面２１０を含む。傾斜小面および抜き勾配小面２１０、２１２は、小面の頂点２１４および小面の谷２１６を形成する。小面角度Βおよび抜き勾配角度Α、ならびにピッチＦＷおよび光軸Ｏが示される。上述のように、傾斜小面および抜き勾配小面２１０、２１２の特定の寸法、ならびに結果として生じる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズの使用目的および特性に基づいて決定される。ガラス担体および少なくとも部分的に透過性の層の好適な特性は、図１を参照して上で説明されている。
【００２８】
図２に示される実施形態において、セパレータ２１８は、プレキャストシリコーンまたは屈折率整合材のスペーサを備える。スペーサに好適な材料は、要求される厚さであり、かつスペーサとしての機能を果たすように切断された光学グレードのシリコーン鋳型、屈折率整合ポリマーシム、および適切な厚さに切断され、かつスペーサとして使用される感圧性接着剤を含むが、これらに限定されない。例示の一実施形態において、スペーサは、約０．３ｍｍ〜約０．８ｍｍの厚さを有する。別の実施形態では、スペーサの屈折率は、約１．４００〜約１．４１０である。図２に示されるように、スペーサ２１８は、層２２０内に位置付けられ得、これは、少なくとも部分的に透過性であり、少なくとも部分的に透過性の層２０４と同一であり得るか、または少なくとも部分的に透過性の層２０４とは異なる材料であり得る。少なくとも部分的に透過性の層２０４および層２２０は、別々または一緒に硬化され得る。
【００２９】
スペーサは、少なくとも部分的に透過性の層２０４を適用した後、かつガラス担体２０２を適用する前に、金型上に取り付けられ、レンズを作製し得る。これらのスペーサは、ガラス担体２０２が少なくとも部分的に透過性の層２０４内に光学構造を形成するために使用される工具に接触しないようにする。加えて、鋳造プロセスで用いられる圧力を変化させることによって、制御された厚さを部分的に圧縮性であるか、または剛性のスペーサで達成することができる。
【００３０】
本技術は、例えば、図１〜２に示されるように、レンズを作製するための方法にも関する。この方法は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することと、ガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間にセパレータを提供することとを含む。膨張ミスマッチの熱係数を補正する他の方法が以下で説明されるように用いられ得るが、この例示の方法は、少なくとも部分的に透過性の層における溝構造をセパレータを有するガラス担体から分離して、上述の膨張ミスマッチの熱係数によって引き起こされる圧力を分離する。
【００３１】
この方法に従って、セパレータは、ガラス上にプレキャストされて、少なくとも部分的に透過性の層をガラスから分離し得る。
【００３２】
好適なガラス担体、少なくとも部分的に透過性の層、およびセパレータは、図１〜２を参照して上で説明される。
【００３３】
本技術はさらに、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に少なくとも部分的に硬化される少なくとも部分的に透過性の層を提供することと、少なくとも部分的な硬化後に、少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成することとを含む、レンズを作製するための方法に関する。
【００３４】
好適な少なくとも部分的に透過性の層は、シリコーン（例えば、要求される厚さの光学グレードのシリコーン鋳型）、光学的に透明な感圧性接着剤層、および適切な厚さに鋳造される紫外線硬化性アクリレートを含むが、これらに限定されない。
【００３５】
一実施形態に従って、少なくとも部分的に透過性の層は、小面構造が部分的に硬化された材料上に形成され得るように、少なくともその表面が流動しない程度に十分に硬化した状態に硬化される。別の実施形態に従って、少なくとも部分的に透過性の層は、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成する前に実質的に硬化される。特定の硬化時間および条件は、少なくとも部分的に透過性の層に使用される材料およびレンズの目的とする特性に基づいて決定される。例えば、少なくとも部分的に透過性の層は、当業者に既知の化学添加物、紫外線放射、電子ビーム、または熱によって硬化され得る。
【００３６】
少なくとも部分的に透過性の層の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を形成するための技法は、当技術分野で既知であり、例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，１７０，６１６号に記載されている。好適な技法は、工具を少なくとも部分的に透過性の材料の層でコーティングすることと、その後、所望の設計を有するニッケル工具を少なくとも部分的に透過性の材料層に押し付けて硬化を完了することとを含む。
【００３７】
図３を参照して、本技術の一実施形態に従うレンズ３００が図解される。レンズ３００は、ガラス担体３０２および少なくとも部分的に透過性の層３０４を含む。ガラス担体３０２は、第１の表面３０６および第２の表面３０８を有する。一実施形態において、ガラス担体３０２の第１の表面３０６は、ＣＰＶにおいて使用されるときに天候に曝露される。
【００３８】
ガラス担体に好適な特性は、上に記載される。
【００３９】
図３を参照して、この実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層３０４は、第２の表面３０８に隣接しており、かつそれと接触している。他の好適な少なくとも部分的に透過性の層が本明細書に記載されるように使用され得るが、例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層は、シリコーン層である。
【００４０】
図３に示されるように、少なくとも部分的に透過性の層３０４は、１つ以上の抜き勾配小面３１２によってともに連結される１つ以上の傾斜小面３１０を含む。傾斜小面および抜き勾配小面３１０、３１２は、小面の頂点３１４および小面の谷３１６を形成する。小面角度Βおよび抜き勾配角度Α、ならびにピッチＦＷおよび光軸Ｏも示される。上述のように、傾斜小面および抜き勾配小面３１０、３１２の特定の寸法ならびに結果として生じる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズの使用目的および特性に基づいて決定される。
【００４１】
図３に示される実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層３０４は、レンズの動作温度範囲であるか、またはそれを下回る硬化温度を有する変性層である。一実施形態において、変性層は、より低い温度でより素早く硬化するカスタマイズされたシリコーンである。所望の硬化温度および速度に基づいて作成され得るそのようなカスタマイズされたシリコーンは、例えば、Ｌｏｃｔｉｔｅ  ５０３３  Ｎｕｖａ−Ｓｉｌシリコーンとして入手可能である。
【００４２】
本技術は、レンズを作製するための方法にも関する。この方法は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することとを含み、この少なくとも部分的に透過性の層は、レンズの動作温度範囲であるか、またはそれを下回る硬化温度を有する変性層を備える。上述のように、このレンズを作製するための方法において、より低い温度でより素早く硬化するカスタマイズされた少なくとも部分的に透過性の層が使用され、生成物硬化温度は、レンズの動作温度と同一であるか、またはほぼ同一である。この例示の方法は、ガラスおよび少なくとも部分的に透過性の層の異なる収縮速度のため、寸法変化を引き起こす温度で少なくとも部分的に透過性の層を硬化する必要性を排除することによって、ガラス担体と少なくとも部分的に透過性の層との間の膨張ミスマッチの熱係数を補正する。
【００４３】
本技術の別の態様は、ガラス担体を備えるレンズ、およびガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層に関し、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層の寸法は、レンズ動作温度範囲と一致するように選択される。
【００４４】
この実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層の傾斜小面および抜き勾配小面の設計および寸法、ならびに結果として生じる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズの所望の動作温度に基づいて修正される。一実施形態において、設計および寸法は、レンズ動作温度範囲内で用いる所望の形状および寸法に硬化した後に収縮するときに、少なくとも部分的に透過性の層内の光学構造が金型の形状から逸脱し得るように修正される。これは、結果として生じるレンズの性能を異なる気候帯で最適化する。したがって、この技術を用いて、レンズ、例えば、フレネルレンズのプリズム小面の応力変形は、直接モデリングによる設計プロセスにおいても考慮され得る。
【００４５】
別の実施形態では、少なくとも部分的に透過性の層の屈折率への温度依存性は、異なる動作温度で最適に機能するように少なくとも部分的に透過性の層内に光学構造を設計するために使用される。例えば、レンズが３５℃を超える温度で主に使用されることを理解して、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面の設計は、この温度で少なくとも部分的に透過性の層の屈折率を用いるようにこれを設計することにより、光学構造がこの温度で最適に集束することを確実にするように補正され得る。
【００４６】
異なる硬化温度または異なる少なくとも部分的に透過性の材料は、その位置における平均外部温度に応じて異なる位置に用いられ得る。異なる温度での少なくとも部分的に透過性の材料の例示のシリコーン材料の屈折率のグラフが、図４に図解される。
【００４７】
本技術の別の態様は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することを含む、レンズを作製するための方法に関し、１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層の寸法は、レンズ動作温度範囲と一致するように選択される。
【００４８】
スプライン形状に従ってプリズム小面の傾斜を変形させる例示の方法が開発されており、図５に図解される。具体的には、補正は、スプライン形状と定義され、理論的傾斜形状から差し引かれる。その後、結果として生じるものは、傾斜表面を形成するために使用される。上述のように、プリズム小面の傾斜を変形させることによって、少なくとも部分的に透過性の層内の光学構造は、レンズ動作温度範囲内で用いる所望の形状および寸法に硬化した後に収縮するときに、金型の形状から逸脱し得る。
【００４９】
本技術の別の態様は、ガラス担体を備えるレンズおよびガラス担体の表面上の１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層に関し、この少なくとも部分的に透過性の層は、紫外線光によって硬化可能である。好適な紫外線光源には、金属ハロゲン化物ランプ、ＬＥＤ、エキシマレーザ、および他の種類の紫外線ランプが含まれる。
【００５０】
本技術のさらに別の態様は、レンズを作製するための方法に関し、この方法は、ガラス担体を提供することと、ガラス担体の表面上に１つ以上の抜き勾配小面によってともに連結される１つ以上の傾斜小面を有する少なくとも部分的に透過性の層を提供することを含み、この少なくとも部分的に透過性の層は、紫外線光によって硬化可能である。
【００５１】
ガラス担体に好適な特性は、上に記載される。
【００５２】
例示の一実施形態において、少なくとも部分的に透過性の層は、約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍの厚さを有する。別の実施形態では、少なくとも部分的に透過性の層の屈折率は、約１．４００〜約１．４１０である。
【００５３】
紫外線光によって硬化可能な少なくとも部分的に透過性の層に好適な材料は、Ｎｏｖａｒｇａｒｄ光学的に透明な紫外線シリコーン等の紫外線硬化性シリコーンまたは紫外線硬化性アクリレートを含むが、これらに限定されない。紫外線硬化性シリコーンは、硬化プロセスを開始するために紫外線放射を用いる１部または２部システムであり得る。上述のように、傾斜および抜き勾配小面の特定の寸法、ならびに結果として生じる小面角度、抜き勾配角度、およびピッチは、レンズの使用目的および特性に基づいて決定される。
【００５４】
これらの実施形態に従って、紫外線によって硬化される少なくとも部分的に透過性の層は、触媒硬化型シリコーンの温度問題を打開するために使用される。
【００５５】
本技術のさらなる態様は、上述の実施形態のうちのいずれかのレンズのアレイと、レンズのアレイを通過する光エネルギーを電力に変換するようにレンズのアレイに対して構成される光電池のアレイとを含むシステムに関する。
【００５６】
上述のように本発明の基本概念を説明してきたが、上述の詳細な開示が、ほんの一例として提示されるよう意図されており、限定するものではないことは、当業者に明らかであろう。本明細書で明確に述べられていないが、様々な変更、改善、および修正が生じ、当業者を対象とする。これらの変更、改善、および修正は、本明細書によって提案されるように意図されており、本発明の精神および範囲内である。さらに、列挙される要素を処理する順序もしくはシーケンス、またはその数、文字、もしくは他の記号表示の使用は、特許請求の範囲に明記される場合を除き、特許請求されるプロセスをいかなる順序に限定するようには意図されていない。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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