(57)【要約】  本発明は集光装置に関する。本集光装置は、二つの主面（１０、１１）及び該二つの主面（１０、１１）間のエッジ（１３）を有するプレート（１）（二つの主面（１０、１１）間には屈折率勾配が存在する）と、プレートの主面のうち一つ（１１）（最も高い屈折率を有する）と共に機能する反射性又は半反射性の回折格子（２）とを備える。最も低い屈折率を有する主面（１０）は、光用の前面入射面を形成する。光用の少なくとも一つの出射領域（１２）がエッジ（１３）上に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの主面（１０、１１）及び該二つの主面（１０、１１）間のエッジ（１３）を有するプレート（１）であって、該二つの主面（１０、１１）間に屈折率勾配が存在している、プレート（１）と、
最も高い屈折率を有する前記プレートの主面の一つ（１１）と共に機能する反射性又は半反射性の回折格子（２）とを備えることを特徴とし、最も低い屈折率を有する前記主面（１０）は光用の前面入射面を形成し、光用の少なくとも一つの出射領域（１２）が前記エッジ（１３）に配置されていることを特徴とする集光装置。
【請求項２】
前記回折格子（２）が一次元又パターン（４）又は二次元パターン（４０）を備える、請求項１に記載の集光装置。
【請求項３】
前記一次元パターンが実質的に平行なラインである、請求項２に記載の集光装置。
【請求項４】
前記ラインが三角形、四角形、台形又は円形プロファイルの成形部である、請求項３に記載の集光装置。
【請求項５】
前記二次元パターン（４０）がシリンダー状又はコーン状スタッドである、請求項２に記載の集光装置。
【請求項６】
前記回折格子が異なる向きのパターンを有する複数の回折副格子を備える、請求項２から５のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項７】
一次元パターンが、前記プレート（１）の主面のエッジに平行な方向を有していて、二次元パターンが、前記プレート（１）の主面のエッジに平行な対称軸を有している、請求項１から６のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項８】
一次元パターンが、前記プレート（１）の主面のエッジに対して０からπ／２の間の角度を有する方向を有していて、二次元パターンが、前記プレート（１）の主面に対して０からπ／２の間の角度を有する対称軸を有していて、該角度が特に略ａｒｃｔａｎ（２）に等しい、請求項１から６のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項９】
前記エッジ（１３）が複数の側面によって形成されていて、前記出射領域（１２）が側面全体又はその一部を占めている、請求項１から８のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１０】
前記回折格子（２）のパターン（４）が、前記プレート（１）の最も高い屈折率以上の略一定の屈折率を有している、請求項２から９のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１１】
前記回折格子のパターン（４）が、前記プレート（１）と共に機能する主面（２０）と、該プレート（１）と共に機能する主面の反対側の他の主面（２５）との間で、屈折率勾配を有する、請求項２から９のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１２】
該集光装置の背面（２５）が、前記プレート（１）の最も低い屈折率を有する面の反対側に位置する前記回折格子（２）の面であり、該背面（２５）に背面反射又は半反射コーティング（２６）が施されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１３】
前記背面半反射コーティング（２６）が、人間の目に見えるスペクトル外の波長に対して反射性であり、可視スペクトルに属する波長に対して透明である、請求項１２に記載の集光装置。
【請求項１４】
二つの主面とエッジとを有し屈折率勾配を有する他のプレート（６）及び屈折率勾配を有する前記プレート（１）が、前記回折格子（２）の配置されるサンドイッチ構造を形成し、前記回折格子が、前記他のプレート（６）の最も高い屈折率を有する主面と同じ側に存在していて、前記他のプレートのエッジに少なくとも一つの出射領域（１２’）が提供されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１５】
該集光装置が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち一つの最も低い屈折率を有する主面の反対側に背面（２５）を有し、該背面（２５）に、該集光装置を色着けるための背面着色コーティング（２８）が施されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１６】
前記着色コーティング（２８）が、シリカ、酸化チタン、フッ化マグネシウム又は窒化シリコンから形成されている、請求項１５に記載の集光装置。
【請求項１７】
前記背面着色コーティング（２８）が元々色の着いている物質から形成されている、請求項１５に記載の集光装置。
【請求項１８】
該集光装置が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち一つの最も低い屈折率を有する主面の反対側に背面（２５）を有し、該背面（２５）に、外部背面保護コーティング（２７）が施されている、請求項１から１７のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項１９】
前面保護装置（３１）が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面（１０）に直面している、請求項１から１８のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項２０】
前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面（１０）に反射防止コーティング（３２）が施されていて、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も高い屈折率を有する主面（１１）にも反射防止コーティング（３２）を施すことが可能な、請求項１から１９のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項２１】
前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つのエッジ（１３）に、側面反射コーティング（２９）が施されているが、該側面コーティングが不透明の場合には前記出射領域（１２）が除かれている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項２２】
前記回折格子（２）及び前記プレート（１）又は複数の前記プレート（１、６）が、ガラス、又は、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートから選択されたポリマー等の光を通すことのできるプラスチック物質から形成されている、請求項１から２１のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項２３】
前記プラスチック物質に、屈折率を増大させるために、シリコン、酸化チタン、硫化鉛、ＩＩ‐ＶＩ族合金、又は、ＩＩＩ‐Ｖ族合金に基づいたナノ粒子（３０）が付与されている、請求項２２に記載の集光装置。
【請求項２４】
前記回折格子（２）及び前記プレート（１）又は複数の前記プレート（１、６）がフレキシブルである、請求項１から２３のいずれか一項に記載の集光装置。
【請求項２５】
請求項１から２４のいずれか一項に記載の集光装置と、出射領域（１２）に取り付けられた光起電電池（３）とを備えた光起電装置。
【請求項２６】
前記光起電電池（３）が、該光起電電池が取り付けられる出射領域（１２）の寸法と実質的に等しい寸法を有する有効領域を有する、請求項２５に記載の光起電装置。
【請求項２７】
集光装置の製造方法であって、二つの主面（１０、１１）及びエッジ（１３）を有し該二つの主面（１０、１１）間で増大する屈折率を有するプレート（１）と、反射性又は半反射性の回折格子（２）とを共に機能するように作製し、前記回折格子は、前記プレート（１）の最も高い屈折率を有する主面の側に配置され、光用の少なくとも一つの出射領域が前記プレートのエッジに画定される、方法。
【請求項２８】
前記回折格子が、リソグラフィ、乾式若しくは湿式エッチング、機械的トレーシング、レーザアブレーション又はエンボス加工によって、前記プレート（１）内に形成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記回折格子（２）が、前記プレート（１）上に形成された層をエンボス加工することによって形成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記回折格子（２）が前記プレート（１）に取り付けられる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記回折格子が、成形加工、エンボス加工、リソグラフィ加工又はホログラフィによって形成される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
背面反射又は半反射コーティング（２６）が、前記プレートの最も低い屈折率を有する面の反対側に位置する前記集光装置の背面に形成され、該背面が前記回折格子の面である、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記回折格子が、屈折率勾配を有する前記プレート（１）と、二つの主面及びエッジを有し屈折率勾配を有する他のプレート（６）との間に挟み込まれて、前記回折格子（２）が、前記他のプレート（６）のより高い屈折率を有する主面の側に存在し、光用の少なくとも一つの出射領域（１２’）が前記他のプレート（６）のエッジに画定される、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記他のプレート（６）が、前記プレート（１）及び前記回折格子（２）によって形成されるアセンブリ上に移される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記プレート（１）及び前記他のプレート（６）が組み立てられて、前記回折格子（２）が、該二つのプレート間の界面領域に形成される、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
前記プレート（１）又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つが一枚のものである、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記プレート（１）又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つが、積層体が得られるように異なる屈折率を有する複数のストリップ（１．１）を組み立てて、その後、該積層体を加熱して、相互拡散によって該ストリップ間の界面が消えるように融合することによって、形成される、請求項２７から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記集光装置が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面である前面を有し、前面保護装置（３１）を該前面に配置する、請求項２７から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記集光装置が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち一つの最も低い屈折率を有する主面の反対側の背面（２５）を有し、外部背面保護コーティング（２７）を該背面（２５）に形成する、請求項２７から３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記集光装置が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち一つの最も低い屈折率を有する主面の反対側の背面（２５）を有し、着色コーティング（２８）が該背面（２５）に形成され、該着色コーティングが一層以上の積層を有する、請求項２７から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
反射防止コーティング（３２）が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面（１０、１０’）に形成され、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つの最も高い屈折率を有する主面（１１）にも形成可能である、請求項２７から４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
側面反射コーティング（２９）が、前記プレート（１）の又は複数の前記プレート（１、６）のうち少なくとも一つのエッジに形成されるが、該側面反射コーティングが不透明の場合、前記出射領域（１２）は除かれる、請求項２７から４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
光起電装置の製造方法であって、集光装置が、請求項２７から４２のいずれか一項に記載の方法によって製造され、光起電電池（３）が、該集光装置の光用の出射領域（１２）に面して取り付けられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄型フラット集光装置に関する。このような装置は、光起電電池に関連し得るものであり、又は、自然光又は人工光の照明の分野において独立的に使用され得るものである。光起電装置における集光装置の使用によって、太陽に照らされる同一の表面に対して、光起電電池の表面積を減少させることが可能になる。従って、生成されるエネルギーのコストを減少させる。
【背景技術】
【０００２】
従来の集光装置（太陽のスペクトルを変換するためのものではない）は、フレネルレンズやパラボラミラーを使用する。
【０００３】
両者の場合において、それらの光学部品は一次的なものであるといわれ、二次的な光学部品（これらもレンズやミラー型のものである）と共に用いられる。これらの装置の焦点距離は大きなものである。これらの装置は嵩張り、光起電電池に関連した場合に、家庭的な応用で許容される厚さを備えたアセンブリを得ることができない。パラボラミラー装置において、光起電電池は、パラボラミラーの焦点に配置され、電池の電気的接触及び冷却を困難にする。非特許文献１には、パラボラミラーを備えたこのような集光装置が記載されている。
【０００４】
他の集光装置は集積され組み合わせられる。これらは屈折表面（ミラーやレンズの役割を代替可能な透明物質のブロック）を利用する。光学表面に最近接するその表面はレンズとして機能し、周囲面はミラーとして機能して、内部光反射を生じさせる。これらの組み合わせられた内部屈折及び反射装置は、そのサイズに比較してより短い焦点距離を有する。このような装置と共に用いられる太陽電池は、集光装置の下流に配置される。接触及び冷却は妨げられない。集光装置は一般的に射出成形によって生成される。必ずしも達成することが容易ではない鋭角のエッジ、面積、厚さには顕著なばらつきがある。
【０００５】
更に、光起電電池が受光する照射は一様ではなく、これは、光起電装置の効率及び寿命にとって致命的である。このような集積集光装置はあまり嵩張らないが、これは、光学表面の複雑性の増大と引き換えである。それでも、完成した装置の厚さは数センチメートルである。非特許文献２には、このような集積集光装置が記載されている。
【０００６】
更に、このような集光装置は、非常に小さな許容角度を有しており、略１°から３°に限定されている。この許容角度は、集光装置の前面に対する有効光線の入射角の限界値に対応する。最大量のエネルギーを捕捉するために、太陽を機械的に追尾することが光起電装置の応用において提供可能である。
【０００７】
許容角度が小さくなるほど、機械的装置の正確性が上がり、その装置の価格も高価になる。
【０００８】
このような装置において、光学部品の前面は保護されなければならないが、その保護は達成が困難なものであり不可能なこともある。
【０００９】
複数の光学部品をアレイに配置する場合、光学部品の正確な位置決めが必要とされ、アレイは複雑な入射面を有する。
【００１０】
超大型太陽パネルにおけるこのような装置の集積は困難であり、このような装置は、中央集中型のエネルギー生成、複数の中型の太陽パネルが結合されるソーラーファームにおける使用により適したものということになる。
【００１１】
また、このような集光装置は、散光において（特に天候が曇りの場合）二流の性能しか有さず、非常に天気の良い地域でしか有効に用いることができないものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｊ．Ｃ．Ｍｉｎａｎｏ外、“Ｆｌａｔ  ｈｉｇｈ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅｓ”、第２４回Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ、（ハワイ）、１９９４年１２月５日〜９日、ｐ．１１２３−１１２６
【非特許文献２】Ａ．Ｔｅｒａｏ外、“Ｎｅｗ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｏｎ  ｆｌａｔ−ｐｌａｔｅ  ｍｉｃｒｏ−ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ  ｍｏｄｕｌｅ”、第３回Ｗｏｒｌｄ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ、（日本大阪）、２００３年５月１１日〜１８日、ｐ．８６１−８６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、上述の欠点を有さない集光装置を的確に提案することである。
【００１４】
本発明の目的の一つは、典型的には１センチメートル未満の薄型の集光装置を提案することである。特に、このような集光装置は、共に用いられ得る光起電電池の幅に実質的に等しい厚さを有する。従来の太陽電池は、略１００から７００マイクロメートルの間の厚さを有する。
【００１５】
本発明の他の目的は、製造するのが簡単であり因って安価な集光装置を提案することである。
【００１６】
本発明の更に他の目的は、太陽の機械的な追尾無しで機能できるように大きな許容角度を有する集光装置を提案することである。
【００１７】
本発明の更なる目的は、散光においても許容可能な性能を有する集光装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これらの目的を達成するため、本発明の集光装置は、回折格子と共に機能する、屈折率勾配を有する少なくとも一つのプレートを備える。
【００１９】
より正確には、本発明は、二つの主面及びそれら二つの主面の間のエッジを有するプレート（二つの主面の間に屈折率勾配が存在している）と、
プレートの主面のうち一つ（最も高い屈折率を有する）と共に機能する、反射性又は半反射性で機能する回折格子と、を有する集光装置である。最も低い屈折率を有する主面は、光用の前面入射面を形成し、光用の少なくとも一つの出射領域がエッジ上に配置されている。
【００２０】
回折格子は、一次元パターン又は二次元パターンを有し得る。
【００２１】
一次元パターンは実質的に平行なラインであり得る。
【００２２】
ラインは、三角形、四角形、台形又は円形プロファイルの成形部であり得る。
【００２３】
二次元パターンはシリンダー状又はコーン状のスタッドであり得る。
【００２４】
回折格子は、異なる向きのパターンを有する複数の回折副格子を備え得る。
【００２５】
一次元パターンは、プレートの主面の一エッジに平行な方向を有し得る一方、二次元パターンは、プレートの主面の一エッジに平行な対称軸を有し得る。
【００２６】
一変形例では、一次元パターンは、プレートの主面のエッジに対して、０からπ／２の間の角度を有する方向を有し得る。二次元パターンは、プレートのエッジに対して０からπ／２の間の角度を有する対称軸を有することができる。この角度は、特に略ａｒｃｔａｎ（２）、つまり略６３°に等しい。
【００２７】
エッジは、プレートの複数の側面によって形成される。出射領域は、側面全体またはその一部のみを占め得る。
【００２８】
好ましくは、実質的に一定の屈折率（プレートの最も高い屈折率以上）が、回折格子のパターンに与えられる。
【００２９】
一変形例では、回折格子のパターンが、プレートと共に機能する主面と、プレートと共に機能する主面の反対側の他の主面との間で屈折率勾配を有し得る。
【００３０】
集光装置は、プレートの最も低い屈折率を有する主面の反対側に位置する回折格子の面である背面を有する。この背面には、反射又は半反射背面コーティングが施され得る。これによって、集光装置の効率が上昇する。
【００３１】
半反射背面コーティングは、人間の目に見えるスペクトル外の波長に対して反射性であり、可視スペクトルに属する波長に対して透明であり得る。従って、集光装置が、人間の目に見える光を通すことができるようになる。
【００３２】
屈折率勾配を有する他のプレート（二つの主面及びエッジを有する）と、屈折率勾配を有する前記プレートとが、その中に回折格子が配置されるサンドイッチ構造を形成することができる。回折格子は、最も高い屈折率を有する主面と他のプレートとの側に存在し、他のプレートのエッジには少なくとも一つの出射領域が提供されている。
【００３３】
集光装置は、プレートの又は複数のプレートのうち一つの最も低い屈折率勾配を有する主面の反対側の背面を有する。この背面には、集光装置を色着けるための着色背面コーティングを施すことができる。
【００３４】
着色背面コーティングは、シリカ、酸化チタン、フッ化マグネシウム又は窒化シリコンから形成され得る。
【００３５】
他の実施形態では、着色背面コーティングは、元々色の着いている物質から形成され得る。
【００３６】
一変形例又は組み合わせにおいて、背面には、外部背面保護コーティングを施し得る。
【００３７】
前面保護装置を、プレートの又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面に対して配置し得る。これによって、プラスチック材料が適切に風化しない場合においても、プレート用にプラスチック物質を用いることが可能になる。
【００３８】
プレートの又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面に、反射防止コーティングを施し得る。プレートの又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も高い屈折率を有する主面にも、反射防止コーティングを施すことができる。
【００３９】
プレートの又は複数のプレートのうち少なくとも一つのエッジに、側面反射コーティングを施し得るが、そのコーティングが不透明の場合、出射領域は除かれる。
【００４０】
回折格子及びプレート（一つ又は複数）は、ガラス、又は、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネートから選択されたポリマー等の光を通すことのできるプラスチック物質から形成され得る。
【００４１】
プラスチック物質は、屈折率を増大させるために、シリコン、酸化チタン、硫化鉛、ＩＩ‐ＶＩ族合金、又はＩＩＩ‐Ｖ族合金に基づいたナノ粒子を含み得る。
【００４２】
回折格子及びプレートはフレキシブルであり得る。
【００４３】
また、本発明は、上述の集光装置、及び、各出射領域に取り付けられた光起電電池を備える光起電装置にも関する。
【００４４】
光起電電池は、それが取り付けられる出射領域の寸法と実質的に等しい寸法を有する有効領域を有する。
【００４５】
また、本発明は、集光装置の製造法にも関する。本製造方法において、二つの主面及びエッジを有しそれら二つの主面間で増大する屈折率勾配を有するプレートと、反射性又は半反射性の回折格子を共に機能するように作製する。回折格子は、プレートの最も高い屈折率を有する主面の側に位置する。光用の少なくとも一つの出射領域は、プレートのエッジ上に画定される。
【００４６】
回折格子は、リソグラフィ、乾式若しくは湿式エッチング、機械的トレーシング、レーザアブレーション、又はエンボス加工によって、プレート内に形成され得る。
【００４７】
一変形例では、回折格子は、プレート上に形成された層をエンボス加工することによって形成され得る。
【００４８】
一変形例では、回折格子は、プレートに取り付けられ得る。この構成において、回折格子は、成形加工、エンボス加工、リソグラフィ加工又はホログラフィによって形成され得る。
【００４９】
反射又は半反射背面コーティングを、集光装置の背面（プレートの最も低い屈折率を有する面の反対側に位置する）に形成し得る。この背面は、回折格子の面である。
【００５０】
回折格子は、屈折率勾配を有する前記プレートと、屈折率勾配を有する他のプレートとの間に挟み込まれ得る。この他のプレートは二つの主面及びエッジを有する。回折格子は、他のプレートの最も高い屈折率を有する主面の側に存在し得る。他のプレートのエッジッ上に光用の少なくとも一つの出射領域が画定される。
【００５１】
他のプレートは、一方のプレート及び回折格子によって形成されたアセンブリに取り付けられ得る。
【００５２】
一変形例では、プレート及び他のプレートは組み立てられて、二つのプレート間の界面領域に回折格子が形成され得る。
【００５３】
プレート（単数又は複数）は一枚のものであり得る。
【００５４】
一変形例では、積層体が得られるように複数のストリップ（異なる屈折率を有する）を組み立てて、その後、相互拡散によってストリップ間の界面を消すように積層体を融合するまで加熱することによって、プレート又は複数のプレートのうち少なくとも一つを形成することができる。
【００５５】
集光装置は、プレートの又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面である前面を有する。本方法に従って、前面保護装置をその前面に配置し得る。
【００５６】
集光装置は、プレート又は複数のプレートのうち一つの最も低い屈折率を有する主面の反対側の背面を有する。本方法に従って、外部背面保護コーティングをその背面上に形成することができる。
【００５７】
一変形例又は組み合わせにおいて、着色コーティングを背面上に形成することができる。このコーティングは一層以上の積層を有する。
【００５８】
一変形例において、反射防止コーティングを、プレート又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も低い屈折率を有する主面上に形成することができ、プレート又は複数のプレートのうち少なくとも一つの最も高い屈折率を有する主面上にも形成することができる。
【００５９】
側面反射コーティングを、プレート又は複数のプレートのうち少なくとも一つのエッジ上に側面反射コーティングを形成することができるが、そのコーティングが不透明の場合、出射領域は除かれる。
【００６０】
また、本発明は、光起電装置の製造方法にも関する。本方法において、集光装置が上述の方法によって製造され、光起電電池が、その集光装置の各光出射領域に面して取り付けられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１Ａ】本発明による集光装置の第一実施形態の断面図を示す。
【図１Ｂ】本発明による集光装置の第一実施形態の断面図を示す。
【図２】複数の回折副格子によって回折格子が形成されている本発明による集光装置の一例を示す。
【図３Ａ】本発明による集光装置を取り入れた本発明による光起電装置を示す。
【図３Ｂ】本発明による集光装置を取り入れた本発明による光起電装置を示す。
【図４Ａ】本発明による集光装置の更に他の例を示す。
【図４Ｂ】本発明による集光装置の更に他の例を示す。
【図４Ｃ】本発明による集光装置の更に他の例を示す。
【図４Ｄ】本発明による集光装置の更に他の例を示す。
【図５Ａ】本発明による二重屈折率勾配を有する集光装置の例を示す。
【図５Ｂ】本発明による二重屈折率勾配を有する集光装置の例を示す。
【図６】効率の改善された本発明による集光装置の更に他の例を三次元的に示す。
【図７Ａ】本発明による光起電装置の多様な形態を示す。
【図７Ｂ】本発明による光起電装置の多様な形態を示す。
【図７Ｃ】本発明による光起電装置の多様な形態を示す。
【図７Ｄ】本発明による光起電装置の多様な形態を示す。
【図７Ｅ】本発明による光起電装置の多様な形態を示す。
【図８Ａ】本発明による集光装置、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の段階を示す。
【図８Ｂ】本発明による集光装置、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の段階を示す。
【図８Ｃ】本発明による集光装置、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の段階を示す。
【図８Ｄ】本発明による集光装置、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の段階を示す。
【図９Ａ】本発明による集光装置の製造方法、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の他の段階を示す。
【図９Ｂ】本発明による集光装置の製造方法、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の他の段階を示す。
【図９Ｃ】本発明による集光装置の製造方法、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の他の段階を示す。
【図９Ｄ】本発明による集光装置の製造方法、及び、その集光装置を取り入れた光起電装置の製造方法の他の段階を示す。
【図１０Ａ】二重屈折率勾配を有する集光装置の製造方法の段階を示す。
【図１０Ｂ】二重屈折率勾配を有する集光装置の製造方法の段階を示す。
【図１０Ｃ】二重屈折率勾配を有する集光装置の製造方法の段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
本発明は、添付図面を参照して、純粋に例示的なものであり限定的なものではない以下の例示的な実施形態の記載を読むことによって、より良く理解されるものである。
【００６３】
説明される様々な変形例は、互いに排他的なものと理解されるものではない。
【００６４】
後述の多様な図面の同一、同様又は等価な部分には同一の参照符号を付して、一つの図面から他の図面への移行を容易にする。
【００６５】
図面に示される多様な部品は、図面を見易くするために、必ずしも同一スケールでは示されていない。
【００６６】
図１Ａを参照して、本発明による集光装置の第一実施形態をこれから説明する。この集光装置は、屈折率勾配を有する少なくとも一つのプレート１と、少なくとも一つの回折格子２を備える。回折格子２は反射性又は半反射性である。
【００６７】
プレートとは、光を通すことのできるシートを意味し、二つの実質的にフラットで平行な主面１０、１１とエッジ１３とを有する。参照符号１０の面は、集光装置の前面と称される。屈折率勾配を有するプレート１と、回折格子２とは互いに直面している。プレート１の他の主面１１及び回折格子２の主面２０は、回折格子２とプレートとの間の界面を形成する。回折格子の他の面２５は、集光装置の背面を形成する。
【００６８】
プレート１の屈折率は、プレート１の厚さ方向に沿って、前面１０から他の面１１に向けて増加する。光線１００は、前面１０によって妨げられて、垂直入射でプレート１の厚さ方向に沿って通過するものとして示されている。光線は回折格子２に到達するが、この例において、回折格子は、プレート１の屈折率の最大値以上の実質的に一定な屈折率を有するものとされている。回折格子２は、プレート１を通過してきた光線１００を複数次の回折に回折する。回折光線は、回折格子２のピッチによって課せられる角度のずれで、プレート１に向けて反射される。光線が再びプレート１に入射すると、光線１００は、屈折率の勾配により曲がる。光線の一部は回折格子２によって再び反射される。光線は、一部の場合、複数回の反射を経ていて、プレート１のエッジ１３上に配置された少なくとも一つの出射領域１２によって、集光装置から出て行く。
【００６９】
回折格子２は、一次元的な又は二次元的なパターン４を有する。一次元である場合、パターンは以下においてラインと称され、ラインは、そのプロファイルが三角形、四角形、台形、円形等である成形部４である。二つの隣接する成形部４は、間隔５によって隔てられている。間隔５は、図１Ａでは見て取れず、パターン４は連続的である。一方、図２及び３Ａでは見て取れる。間隔５は、固体または固体が存在していないものとなり得る。また、トレンチの形態にすることができる。
【００７０】
三角形のプロファイルのラインの場合、その三角形は二等辺三角形、直角三角形等であり得る。三角形のプロファイルは、所定のスペクトル範囲に対して所定の次数における回折効率を改善する。図１Ｂに示されるような直角三角形のプロファイルは、光が単一の方向に集中して単一の出射領域１２において集光装置から出て行くことを可能にする。
【００７１】
ライン４は、図３Ａに示されるように、実質的に平行で、プレート１の主面の一エッジに沿うように向けられ得る。
【００７２】
複数の回折副格子２４をプレート１上に配置することが可能である。ライン４を備えたか回折副格子２４の場合、回折副格子２４のラインは、図２に示されるように異なる方向を有し得る。
【００７３】
回折格子２のライン４は、図２に示されるように、プレート１の主面のエッジに対して０からπ／２の間の角度αを有し得る。例えば、角度αは略π／４に等しい。
【００７４】
回折格子２のパターン４、４０に対して、一次元的なものではなくて、図３Ｂに示されるような二次元的なものも可能である。二つの図面３Ａ及び３Ｂは同一スケールのものではなく、パターン４０のスケールはプレート１のスケールに対応していないが、これは理解を容易にするためである。図３Ｂにおいて、回折格子は、複数のパターン４０を有していて、そのパターンはライン及びコラムに規則的に分布したスタッドである。図３Ｂは、スタッド４０の斜視図を示す。スタッド４０は、例えば図示されるように円形の底部を備えたシリンダー状のスタッドである。四角形、三角形等の他の底部を有することもできる。コーン（先端が切り取られ得る）も想定可能である。
【００７５】
図３Ａは、本発明による集光装置の三次元図であり、少なくとも二つの光起電電池３に関連付けられていて、これは、本発明による光起電装置となる。
【００７６】
二つの光起電電池３は、その各々が出射領域１２に固定されているものとして示されている。光起電電池３は、それが面している出射領域１２の表面と実施的に同一の敏感な表面を有しているが、ここで、プレート１のエッジ１３の面が問題となる。光起電電池３の全表面は、以下において、光起電装置の有効表面と称されるものに対応する。
【００７７】
この図３Ａにおいて、集光装置１の厚さは光起電装置３の幅を超えていないということが完全に見て取れる。
【００７８】
光起電装置３が冷却される必要がある場合、冷却装置６３（破線で概略的に示されている）を電池の背面６２に容易に取り付けることができるので冷却は問題とならない。その背面６２は、集光装置に面する参照符号６１の面の反対側である。この背面は完全に利用できるものである。光起電電池３は、回折格子２のライン４に対して、又は、スタッド４０の対称軸に対して、実質的に平行である。図３Ｂにおいて、スタッド４０は二つの対称軸を有しているので、プレート１のエッジ１３の各面が光起電電池３と共に機能する。
【００７９】
回折格子２のパターン４、４０は、ガラスやプラスチック物質、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートや他の光を通すことのできるポリマーから製造可能である。回折格子２は、そのパターン４、４０において一定の屈折率を有し、パターンを分離する間隔５を有する。パターン４、４０の屈折率は、一定である限りにおいて、一般的に、プレート１の最も高い屈折率以上である。回折格子２のパターン４、４０の屈折率を増大及び制御するために、特にそれがプラスチック物質製である場合、プラスチック物質にナノ粒子３０を付与することが出来る。ナノ粒子３０は、シリコン、酸化チタン、硫化鉛、ＩＩ‐ＶＩ族合金、ＩＩＩ‐Ｖ族合金であり得る。ＩＩ‐ＶＩ合金は、元素周期律表のＩＩ族及びＶＩ族の元素を含む化合物であり、その内、金属又は半金属が少なくとも一つ存在する。
【００８０】
プレート１は、ガラスやプラスチック物質、例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネートや光を通すことのできる他のポリマーから製造可能である。プレート１にナノ粒子３０を付与することができ、ナノ粒子の濃度及びサイズは、必要とされる屈折率に局所的に依存し、図８に示されるようなナノ粒子３０の付与によって、屈折率勾配を生じさせることが可能になる。
【００８１】
屋外での使用に対して、特に光起電装置の応用の場合、図９Ｄに示されているように、プレート１の前面１０に直面する前面保護装置３１を提供することが好ましい。有機物質は、太陽及び大気に晒されると、風化する。有機物質は一般的に無機物質よりも不安定である。この前面保護装置３１は、衝撃等の損傷を防止する機能を果たし得る。この前面保護装置３１は、プレート１に接続されたシート上に堆積させたコーティングによって形成可能である。また、この前面保護装置３１は、機械的な支持の役割も有する。この前面保護装置３１はガラス枠によって形成可能であり、これが標準的な解法である。十分に透明で強力になるように選択される。一部のプラスチック物質を用いることも可能であり、ポリメチルメタクリレート等が挙げられるが、寿命は短くなる。フレーム３４も提供され、例えば、アルミニウム製であり、周辺部においてアセンブリを保持する。
【００８２】
一変形例として、図４Ｄに示されるように、集光装置をフレキシブルとすることができる。従って、あらゆる支持体上にフィットすることができる。同時に、前面保護装置３１、プレート１（単数又は複数）、回折格子２は、ポリマータイプのフレキシブルプラスチック物質製である。
【００８３】
プレート及び回折装置の形態及びそれらを構成する物質は、特定のシステムにおける集光装置の最適な集積化を促進するように選択される。
【００８４】
プレート１の厚さは、略０．５から２０ミリメートルの間であり得る。パターン４、４０は、略０．１から１０マイクロメートルの間の高さ及び幅を有し得る。集光装置の全厚さは、略１．５から５０ミリメートルの間になる。この厚さの範囲により、従来技術の集光装置の厚さよりもはるかに小さい厚さがもたらされる。その表面は略２５ｃｍ２から１ｍ２の間であり得る。
【００８５】
必要とされる屈折率勾配を得るために、以下で見る図８Ｄに示されるように、プレート１は、ストリップ１．１の積層体から形成可能であり、各ストリップは一定の屈折率を有する。
【００８６】
プレート１の屈折率勾配は、０．０５よりも大きい。実際、屈折率勾配が高くなる程、得られる角度及びスペクトルの許容性が高くなる。少なくとも５０°の傾斜の光線が、図４Ａに示されるように収集可能である。しかしながら、集光係数、つまり、集光装置から出て行くエネルギーとそこに入って行くエネルギーとの比は、放射の波長及び角度の許容性に依存することには留意されたい。図４Ａにおいて、ライン４は、実質的に台形の四角形プロファイルを有する。
【００８７】
図３Ａに示される集光装置に対して想定可能な寸法を以下に与える。
‐  プレートの寸法：  １５０ｍｍ×１５０ｍｍ
‐  プレートの厚さ：  ２ｍｍ
‐  屈折率勾配：  ０．２９
‐  回折格子のピッチ：  ０．５マイクロメートル
‐  ラインの頂角：  １２０°
【００８８】
図４Ａには、参照符号ｒ１、ｒ２、ｒ３の三つの光線が示されていて、その各々は、プレート１の前面１０に対して異なって入射している。集光装置内におけるその経路が描かれていて、集光装置から出て行くのが見て取れる。出射の際、光線は平行であり、互いに集光されている。このような集光装置によって、天候が散光の場合の気象条件下において、光エネルギーを収集することが可能になる。太陽を追尾するための機械的装置を提供する必要はなく、これによって、以前よりもはるかにコストが下がる。図４Ａにおいて、光線ｒ１、ｒ２、ｒ３は全て同じ波長を有しているものとする。
【００８９】
本発明の集光装置の効率を上昇させるために、その背面２５を反射性にすることが可能である。ここで、背面は、プレート１に対向する回折格子２の面に対応する。例えば、背面反射コーティング２６で覆うことが可能であり、背面反射コーティングは、例えば、アルミニウムや銀に基づいている。この背面反射コーティング２６の外側を外部背面保護コーティング２７で覆うことが可能であり、例えばシリカ製である。この背面反射コーティング２６は、プレート１を通過して背面２５にまで到達する光線１００を反射する。この背面反射コーティング２６及び外部背面保護コーティング２７を図４Ｂに見て取ることができる。
【００９０】
一変形例では、一部の応用において、集光装置が人間にとって半透明でありながら改善した効率を有することが望まれる。回折格子２はイメージを着色又は変形し得て、忠実なイメージを見ていない可能性がある点は留意されたい。しかしながら、集光装置は、光ウェルとして使用され得るものであり、例えば、建物の屋根に配置される場合がある。このため、集光装置の背面２５を半反射コーティングで覆うことが可能であり、つまり、人間の目に見える太陽スペクトルの範囲において透明であり、可視スペクトル外で反射性である。例えば、そのコーティングが、４００から７００ナノメートルの間で略９０％より大きい透過率を有し、２５０から４００ナノメートルの間と７００から１１００ナノメートルの間で略０％の透過率を有すると具体化することができる。４００及び７００ナノメートルという二つの区切りはその三つの範囲のうち一つから除外される。勿論、これらの波長は、採用される太陽電池及び選択される応用に従って適合されるものである。回折格子２のゼロ次は、背面２５の側において何が生じているのかを、強力な色彩論で見ることを可能にする。また、この変形例においても、外部背面保護コーティング２７を提供することが可能である。図面の数を増やさないため、図４Ｂのコーティング２６が、背面反射コーティング又は背面半透明コーティングを表しているものとする。
【００９１】
集光装置を着色することが可能であり、特に、建物において用いられ、その周囲の環境に溶け込むことが望まれる場合である。従って、その透明度又は色の飽和度を変調させることが可能である。集光装置の背面２５の背面着色コーティング２８が図４Ｃに示されている。これを元々色の着いている物質で形成することが可能であり、顔料、リン光体、塗料を含むポリマー等が挙げられる。これを一つ以上の誘電体層の積層体から形成することも可能であり、例えば、シリカ、酸化チタン、フッ化マグネシウムや、着色用に光学系の薄層において用いられる他の物質に基づいている。層の数は、例えば、１から４の間である。着色コーティング２８を、反射コーティング２６及び／又は保護コーティング２７に対して追加することが可能である。更に、図４Ｃにおいて、集光装置の前面１０（プレート１のうち最も低い屈折率を有する面１０の側において、）が反射防止コーティング３２でコーティングされている。これによって、集光の効率が改善される。
【００９２】
集光装置の出射領域１２の表面積を減少させるために、因って、光起電装置の応用の場合においてその有効面積を減少させるために、集光装置の出射領域１２に対して角度αを有するように回折格子のパターン４、４０を配向させることができる。図６を参照されたい。ａｒｃｔａｎ（２）の角度に対して、つまり略６３°に対して、またはａｒｃｔａｎ（１／２）に対して、出射領域１２の表面積は半分に減少している。
【００９３】
より一般的に、角度がａｒｃｔａｎ（Ｎ）又はａｒｃｔａｎ（１／Ｎ）である場合に、表面積は、Ｎ分の一に減少する。
【００９４】
出射領域１２の表面積が小さくなる程、エッジ１３上での反射数は高くなり、エッジ１３上での反射中における損失の危険性が高くなる。
【００９５】
更に、プレート１のエッジ１３は、側面反射コーティング２９でコーティングされていている（不透明な場合、出射領域１２を除く）。透明な場合、どこにでも配置することが可能である。出射領域１２がエッジ１３の全面を占めている場合、この側面反射コーティング２９はこの面には配置されない。この側面反射コーティング２９は、プレート１内部を伝播する光線を反射する。側面反射コーティング２９の品質が良い程、反射による損失が低くなる。図６に、このような側面反射コーティング２９が示されていて、ブレードのエッジ１３の面のうち三つを完全に覆っていて、エッジ１３の残りの一つの面の半分を覆っている。プレート１のエッジ１３の側面の一部のみを占める単一の光起電電池３のみが存在している。光起電装置の有効面積は、収集された同じ量のエネルギーに対して、四分の一に減少している。
【００９６】
エッジ１３上に外部側面保護コーティング（図９Ｃの参照符号３３）を施すことが可能であり、これも光起電電池３を覆う。上述のフレーム３４によって形成することが可能である。
【００９７】
本発明による集光装置の効率を改善するため、プレート１の主面１０、１１のうち少なくとも一つに反射防止コーティングを施すことが好ましい。この反射防止コーティング３２については上述しており、また、以下においても述べる。
【００９８】
図７Ａから７Ｅを参照して、本発明の集光装置のプレート１の形態の非限定的な例を示す。回折ネットワークのパターンの対称軸２２’及び装置毎に一つ又は二つの光起電電池３も概略的に示されている。パターンがラインの場合、ラインは、対称軸と事実上同化している。
【００９９】
図７Ａにおいて、プレート１は四角形であり、より正確には矩形であり、回折格子のパターンの対称軸２２’は、プレート１の幅方向に平行であり、二つの光起電電池３が示されていて、その各々は、プレートの幅に対応するエッジに沿って配置されている。それらの長さはエッジの長さである。
【０１００】
図７Ｂにおいて、プレート１は四角形であり、より正確には正方形であり、回折格子のパターンの対称軸２２’は、正方形の対角線に平行であり、一つの光起電電池３のみが示されていて、正方形の辺のうち一つに沿って配置されているが、その長さは、辺の長さ未満であり、実質的に辺の半分に対応する。
【０１０１】
図７Ｃにおいて、プレート１は三角形であり、回折格子のパターンの対称軸２２’は、三角形の一辺に沿っていて、光起電電池３は、その辺に沿って配置されていて、その長さは辺の長さ未満であり、実質的に辺の半分に対応する。
【０１０２】
図７Ｄにおいて、プレート１はハーフリングの形態である。回折格子のパターンの対称軸２２’は、ハーフリングの対称軸に平行である。ハーフリングの端部のエッジに沿って、二つの光起電電池３がそれぞれ配置されている。
【０１０３】
図７Ｅは、半円が延在している四角形、より正確には矩形の形態のプレート１を示す。その半円の直径は、四角形の一辺に対応する。回折格子のパターンの対称軸２２’は、半円に直面している辺の反対側の四角形の辺に平行である。光起電電池３は、半円に隣接する辺の反対側の辺に沿って配置されているものとして示されている。
【０１０４】
本発明による集光装置の他の構成をこれから扱う。図５Ａ及び５Ｂを参照されたい。
【０１０５】
集光装置は、回折格子２を挟み込む、屈折率勾配を有する二つのプレート１及び６を有する。第一のプレート１は、回折格子２に直面する高屈折率の主面１１と、より低い屈折率の他の主面１０を有する。第二のプレート６も、回折格子２に直面する高屈折率の主面１１’と、より低い屈折率の他の主面１０’を有する。第一のプレート１の他の主面１０が集光装置の前面を形成する場合、第二のプレート６の他の主面１０’は、集光装置の背面を形成する。逆も可能であり、前面が第二のプレート６に位置し、背面が第一のプレート１に位置する。二つのプレート１、６においては、最も高い屈折率は、回折格子２の側と同じ側に位置し得る。このような回折格子２は、反射及び透過の両方で機能し得る。図１Ａの説明に加えて、前面１０を介して第一のプレート１に入射して回折格子２によって回折された光線１００は、第二のプレート６に入射する。屈折率の勾配のため、光線１００は曲がる。光線の一部は再び回折格子２によって反射される。光線は、一部の場合、複数回の反射を経ていて、第一のプレート１のエッジ１３上に配置された少なくとも一つの出射領域１２から、及び／又は、第二のプレート６のエッジ上に配置された出射領域１２’から出て行く。このように、光を、回折格子によって回折させプレート内を伝播させながら、集光装置の少なくとも一つの端部に運ぶという真の導光路が形成される。第一のプレート１を通過し回折格子２によって回折されない光（つまりゼロ次に対応）は、第二のプレート６を通過するし、回折格子２を透過する。よって、第一のプレートから集光装置を見る場合に、第二の回折プレートの側において生じていることの正確なイメージを見ることができる。
【０１０６】
二つのプレート１、６の屈折率勾配は同じでもよいし、異なってもよい。
【０１０７】
この構成では、集光装置の背面上に反射コーティングが施されていない。他方、屈折率勾配を有する二つのプレート１、６の二つの自由主面１０、１０’上に反射防止コーティングを施すことが好ましい。この反射防止コーティングは、図５Ｂにおいてそれぞれ参照符号３２、３２’とされている。
【０１０８】
二つのプレートを有する構成において、ちょうど反射防止コーティングのように、背面着色コーティング、外部背面保護コーティング及び前面保護装置が第二のプレート６上に位置し得る。不必要に図面の数を増やさないため、この構成における、コーティングのいくつかは描いていない。第二のプレート６上のコーティング３２’を示している図５Ｂを参照されたい。
【０１０９】
本集光装置に関連する光起電電池が図５Ａに描かれている。参照符号３’がそれであり、第一のプレート１上の出射領域１２に面して、また、第二のプレート６の出射領域１２’にも面して位置している。当然、二つの隣接する電池を使用することもできる。
【０１１０】
本発明の集光装置の利点をこれから列挙する。小型であり（特に厚さに関して）、多彩な形態をとることが可能であり、その形態が、集光装置を収容する支持体に適合可能である。例えば、瓦、光ウェルを区切るためのフレーム、建物の他の要素（シャッター等）が想定される。その透明度は、広範に選択可能である。特に、光ウェル応用が興味深い。透明集光装置を想定する場合に、図５の変形例が特に適している。その色は、広範に選択可能であり、これは、特に、所定の色の環境において住居を集積させる場合において有利である。機械的な太陽追尾装置なしで機能することができるので、あらゆるシステムにおける集積が容易である。本集光装置は、散光の場合における性能を増大させる。
【０１１１】
光起電装置応用において、使用される半導体の量を減少可能である。何故ならば、その有効面積を減少させることが可能だからである。エネルギー生成コストは、機械的な太陽追尾装置を省略可能であるので、減少可能である。更に、本発明の集光装置は、多重反射によって、光を光起電電池全体にわたって分布させることが可能であり、その寿命を改善する。
【０１１２】
このような集光装置及び光起電装置の製造方法の一例をこれから説明する。
【０１１３】
出発点は、屈折率勾配を有するプレート１であり、その勾配が、その厚さ方向に沿って増大する（図８Ａ）。プレートは二つの主面１０、１１とエッジ１３とを有する。プレートは、最も高い屈折率を有する主面１１に配置された回折格子２と共に機能する（図８Ｂ）。光起電装置を得るために、少なくとも一つの光起電電池３を、例えば、接着によって集光装置の出射領域１２（プレート１のエッジ上に位置する）に取り付ける。
【０１１４】
図８Ｂ及び８Ｃにおいては、ナノ粒子３０が、回折格子２のパターン３及びプレート１中に取り込まれていて、必要とされる屈折率及びその変化を達成する。
【０１１５】
屈折率勾配を有するプレート１は、一枚のものでもあり得るし（図８Ａのように）、異なる屈折率を有するストリップ１．１の積層体によっても形成され得る（図８Ｄ）。ストリップ１．１は、例えば接着剤（ガラスフューザー接着剤）によって、又は、接着剤無しで分子アセンブリによって、互いに組み立てられる。接着剤を用いた場合、又は、分子アセンブリの場合には、相互拡散によるストリップ１．１間の界面の融合及び消去の次の段階が提供される。
【０１１６】
プレート１と回折格子２とを共に機能させることは、図９Ａに示されるように、高屈折率を有するプレート１の主面１１上に回折格子２を移転することによって、行うことができる。
【０１１７】
回折格子２は、成形加工、エンボス加工、リソグラフィ加工によって、又はホログラフィによって製造可能である。
【０１１８】
回折格子２は、個々に又はまとめて接着によって大型プレート上に移転させることができる。そのアセンブリは、複数の部分に分割される。図９Ａにおいて、接着剤は参照符号７である。
【０１１９】
一変形例では、図９Ｂに示されるように、回折格子２を、プレート１の高屈折率を有する側に対して、エッチング（例えば、リソグラフィ後の乾式又は湿式エッチングによって）、機械的トレーシングによって、レーザアブレーションによって、エンボス加工によって、プレート１内に形成可能である。図９Ｃに示されるように、プレート１上の回折格子２を、プレート１上に予め堆積させたポリマーの層８を高屈折率側に対してエンボス加工する段階によって製造することも想定される。ポリマーの層８はエンボス加工された後のものだけが示されている。
【０１２０】
図９Ｂの構成において、回折格子２のパターン３は、屈折率勾配に加えて、一定の屈折率を有する。
【０１２１】
プレート１のエッジ１３の少なくとも一部に対して側面反射コーティング２９を形成することが行われ得る。この側面反射コーティング２９は、アルミニウム又は銀に基づいて行われ得る。この側面反射コーティング２９は、スプレー法又は蒸着によって得ることができ、また、プレートに回折格子２を固定する前若しくは後に、又は、プレート１の上又は内部に回折格子２を形成する前若しくは後に形成することができる。
【０１２２】
側面反射コーティング２９を施された部分は、コーティングが透明の場合、プレート１のエッジ１３全体に対応し得て、不透明の場合、光起電電池３に面する少なくとも一つの出射領域１２が保たれる。この側面反射コーティング２９は、図９において、破線でハッチングされて表されている。また、側面反射コーティングに対して外部側面保護コーティング３３を追加することも可能である。この外部保護コーティング３３は、例えば、シリカ製でスプレー法によって得ることができ、又は、ポリマー製で塗布又は液体の堆積によって得ることができる。保護コーティング３３は、全体的なものになり得て、集光装置全体を保護し得る。
【０１２３】
集光装置の背面２５上に、例えば、スプレー法やゾル・ゲル堆積によって、背面反射又は半反射コーティング２６を形成することが行われ得る。この背面反射又は半反射コーティング２６は、プレート１に回折格子２が接続される前に回折格子上に存在し得て、又は、その後形成される。回折格子２がプレート１上又は内部に形成される場合、背面反射又は半反射コーティング２６は、回折格子２の形成後に形成される。背面反射コーティング２６は、例えば、アルミニウム又は銀製である。背面半反射コーティングは、例えば、シリカ、窒化シリコン、酸化チタン、フッ化マグネシウム、酸化タンタル製である。この背面反射又は半反射コーティング２６は、図４Ｂに見て取れる。
【０１２４】
集光装置の背面２５上に背面着色コーティング２８を形成することが行われ得る。この背面着色コーティング２８は、プレート１に回折格子２が接続される前に存在し得て、又は、プレート１の上又は内部に回折格子が形成された後に形成される。この着色コーティング２８は図４Ｃに見て取れる。例えば、スプレー法、ゾル・ゲル堆積、スピン堆積、塗布によって形成可能であり、元々透明であるか、又は、元々色の着いた物質（塗料や、希土類イオン、リン光体、蛍光粒子等）の一層以上の層によって形成可能である。それらの物質は、例えば、シリカ、酸化チタン、フッ化マグネシウム、色彩に寄与する他の既知の誘電体から選択可能である。多様な物質を多様な厚さで、多様な順序で積層することによって、所定の干渉色がもたらされる。
【０１２５】
また、着色コーティング２８が、発光粒子を含むＰＭＭＡ型のポリマーやシリカ等の中性物質の少なくとも一つの層を備えるようにすることもできる。
【０１２６】
背面着色コーティング２８は、外部背面保護コーティング２７と関連し得る。
【０１２７】
プレート１の主面１０、１１のうち少なくとも一つの上に反射防止コーティング３２を形成することが行われ得て、それらのうち一つしか存在しない場合には、低屈折率側に対して、プレート１の前面１０上に配置される。これは、特に、回折格子がプレート１内部に形成される場合である。
【０１２８】
回折格子２がプレート１上に移転されるか、プレート１上に形成される際、図８Ｂに示されるように、回折格子の移転又は形成の前に、回折格子２を収容するプレート１の他の主面１１に反射防止コーティング３２も提供され得る。この反射防止コーティング３２は単一層でもあり得るし、多重層でもあり得る。
【０１２９】
反射防止コーティング３２は、着色コーティングに対して、例えばシリカ、酸化チタン、フッ化マグネシウム、その反射防止特性が知られている他の誘電体から選択された物質の一層以上の透明層の積層体から形成され得る。
【０１３０】
着色コーティングは、本質的には反射防止コーティングと同じであるが、その設計が異なる。同じ物質を、異なる積層順序及び異なる厚さで用いる。しかしながら、着色コーティングは、更に、元々色の着いている物質（例えば、希土類、ナノ粒子、リン光体等の不純物を有する）を用いる。
【０１３１】
前面保護装置３１は集光装置の前面上に配置され得るが、これは接着によって行うことができる。この前面保護装置３１は、ガラスプレートやポリメチルメタクリレート等のプラスチック物質であり得る。図９Ｄを参照されたい。プレート１及び／又は回折格子２は、プラスチック物質製であり得る。金属フレーム３４が全体を取り囲むことができる。
【０１３２】
図１０Ａに示されるように、集光装置が二つのプレート１、６のサンドイッチ構造であり、回折格子２がその間に挟まれている場合、第一のプレート１に回折格子２が附随した後に、回折格子２を第二のプレート６に取り付けることが可能である。回折格子２は、その最も高い屈折率と同じ側に対して、第一のプレート１上に凸版印刷され得る。
【０１３３】
この場合、回折格子２のパターン３間の間隔５は、回折格子２のパターン３のものとはコントラストを成す屈折率を有する充填物質９で充填される。この物質は、誘電体（シリカ、窒化シリコン等）や、ポリマーや、有機／無機ハイブリッド物質であり得て、パターンのものよりも低い屈折率を有する。この物質は、トレンチを越えて突出し得るが、これは必須ではない。他の実施形態も想定可能である。二つのプレート１、６は、接着、又は、接着剤を用いず分子付着によって、最も高い屈折率を有する面を介して互いに組み立てられ得る（図１０Ｂ）。次に、界面を消し去るために、融合段階が行われる。二つのプレート１、６は、上述のように一枚のもの、又は、異なる屈折率のストリップの積層体であり得る。積層体の場合、ストリップは、界面に対して対称的に、その屈折率に従って配置され得る。そして、導光路が得られ、プレート１、６の各々が導光路の半分を形成する。
【０１３４】
回折格子は、アセンブリの中心における損傷又は再融合によって形成可能であり、例えば、導光路の中心に焦点を合わせたレーザＬによって形成される（図１０Ｃ）。
【０１３５】
本発明の複数の実施形態について詳細に説明してきたが、多様な変更及び修正が、本発明の範囲を逸脱せずに行えることは理解されたい。
【符号の説明】
【０１３６】
１  プレート
２  回折格子
１０  プレートの主面（集光装置の前面）
１１  プレートの主面
１３  エッジ
２０  回折格子の主面
２５  集光装置の背面
１００  光線
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【国際調査報告】
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