JPS593661B2 - Radiant energy transfer device - Google Patents
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- JPS593661B2 JPS593661B2 JP51132275A JP13227576A JPS593661B2 JP S593661 B2 JPS593661 B2 JP S593661B2 JP 51132275 A JP51132275 A JP 51132275A JP 13227576 A JP13227576 A JP 13227576A JP S593661 B2 JPS593661 B2 JP S593661B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、放射エネルギの伝達Oこ関し、特(こ選択さ
れた角度特性のフィールド内から放射エネルギを集束し
、あるいは選択された角度特性のフィールド内0こ放射
エネルギを放射するか、あるいはその両方を行う様構成
された装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the transmission of radiant energy, and in particular to focusing radiant energy from within a field of selected angular characteristics or focusing radiant energy within a field of selected angular characteristics. relates to a device configured to emit, or both.
この様に、本発明は、エネルギの表示、変態、および他
のエネルギ伝達装置の連結の如き目的に使用出来る放射
エネルギの集中および放射作用に関する。Thus, the present invention relates to the concentration and radiant operation of radiant energy that can be used for purposes such as energy display, transformation, and connection of other energy transfer devices.
本発明による装置は、放射エネルギの異なる屈折率の媒
体の界面で形成され、この様な放射エネルギの全白反射
を実質的に力える様Oこ最適条件で作用する放射エネル
ギ反射案内壁手段を含んでいる。The device according to the invention includes radiant energy reflecting guide wall means formed at the interface of media of different refractive indexes and operative under optimal conditions to substantially enhance the total white reflection of such radiant energy. Contains.
従来周知の技術により、広範囲の形態の電磁波即ち放射
エネルギの検出、集束、集中、伝達、変態、伝播および
放射を目的とする多くの構造および装置が提起されて来
たが、これにけ、例えば1971年刊のJ、Opt 、
Soc、 Amの61巻、扁8の1120〜1121
頁Oこ記述された如き動物における感光作用を有する「
光学的」要素、即ち像形成作用レンズ、繊維等、焦点合
わせおよび分散用の反射層および被膜、および被膜のな
い透明繊維、光伝導管等の如き自然界に起きるものを含
んでいる。The art known in the art has proposed many structures and devices for the purpose of detecting, focusing, concentrating, transmitting, transforming, propagating and radiating a wide variety of forms of electromagnetic waves or radiant energy; J, Opt, published in 1971.
Soc, Volume 61 of Am, Volume 8, 1120-1121
Page 0 "Having photosensitizing effects in animals such as those described"
"optical" elements, ie, those that occur in nature, such as imaging lenses, fibers, etc., reflective layers and coatings for focusing and dispersion, and uncoated transparent fibers, light-conducting tubes, etc.
エネルギー伝達の1つのモードにおいて有効す装置およ
びシステムは、代替モードにおける操作を試みる時、殆
んどのものが非効率的又は不充分なものであった。Most devices and systems effective in one mode of energy transfer have been inefficient or inadequate when attempting to operate in an alternate mode.
更に、放射エネルギの伝達のある分野における技術的進
歩は、関連技術分野における進歩とはマツチしていない
。Furthermore, technological advances in certain areas of radiant energy transfer have not been matched by advances in related technical fields.
この様な事態の例は枚挙のいとまがない。There are countless examples of situations like this.
光電池は、放射エネルギを伝達装置の通常の容量を超え
る電気エネルギlこ変換する容量を有するものが開発さ
れ、経済的に実用性のあるエネルギ変換に生じる「交換
作ノ刀」(trade −off )を行う方法で前記
電池の作用面に放射エネルギを供給する。Photovoltaic cells have been developed that have a capacity to convert radiant energy into electrical energy that exceeds the normal capacity of transmission devices, and the ``trade-off'' that occurs in economically practical energy conversion has been developed. Radiant energy is supplied to the working surface of the battery in a manner that performs the following steps.
同様に、反射作用(例えば、銀を用いた)層および鏡面
を用いて放射エネルギを集束および(又は)分散させる
方法は、この様な層や面の比較的「不十分な」吸収特性
が効率の良い伝達にとって大きな妨げとなる多重反射を
生じる用途rこおいて屡々失敗を招いた。Similarly, methods for focusing and/or dispersing radiant energy using reflective (e.g., silver) layers and mirror surfaces may be less efficient due to the relatively "poor" absorption properties of such layers or surfaces. This has often led to failures in applications where multiple reflections occur, which is a major hindrance to good transmission of signals.
別の例として、固定された放射源から放射されるエネル
ギの伝達においては一般に非常に有効なレンズ等の結像
システムは、エネルギ源が瞬間的および(又は)分散性
のものである場合(こ追跡の観点から「交換作用」を必
要とする。As another example, imaging systems such as lenses, which are generally very effective at transmitting energy emitted from a fixed radiation source, are useful when the energy source is instantaneous and/or dispersive. Requires "exchange action" from the perspective of tracking.
光学繊維や光伝導管の如き内部反射が多様なエネルギ伝
達システムは、ある角度の発射源の光線の伝達には全く
十分な作用を行うが、異なる角度のエネルギの伝達に応
用される場合は全く効率が悪く「漏洩」を生じる。Energy transfer systems with multiple internal reflections, such as optical fibers and light conduits, work perfectly well for transmitting a source beam at one angle, but are completely useless when applied to transmitting energy at a different angle. It is inefficient and causes "leakage".
略々樋状で円錐形状に形成された「理想的」な放射エネ
ルギ反射面の使用に対して最近提供された方法は、特に
太陽エネルギーの集束および集中を含む用途において実
質的な成効を収めた。Recently proposed methods for the use of "ideal" radiant energy reflecting surfaces, generally trough-shaped and conically shaped, have had substantial success, particularly in applications involving focusing and concentrating solar energy. Ta.
この様に、例えば本願発明者の米国特許第392338
1号は、就中、エネルギートラップにおける装置の受入
れフィールド内で最も大きな角度のエネルギ線を反射す
る様傾斜した対向位置の反射面を含み実質量の集中作用
を許容し、過渡的なエネルギ源のトラッキングを回避し
、多重反射の為の吸収ロスを最小限度に抑える事が出来
る非結像型の放射エネルギ集束集中装置を開示するもの
である。In this way, for example, the inventor's U.S. Patent No. 392,338
No. 1 includes, inter alia, reflecting surfaces at opposite positions inclined to reflect the energy rays at the largest angle within the acceptance field of the device in the energy trap, permitting the concentrated action of a substantial amount of the transient energy source. This invention discloses a non-imaging type radiation energy focusing device that can avoid tracking and minimize absorption loss due to multiple reflections.
同様に、レビイーセツテイ(Levi 5etti
)の米国特許第3899672号は就中、同様に有利な
エネルギ伝達特性を有する非結像型の円錐形状のエネル
ギ集束集中装置を開示している。Similarly, Levi 5etti
), US Pat. No. 3,899,672, among others, discloses a non-imaging cone-shaped energy focusing concentrator having similarly advantageous energy transfer characteristics.
この主題に関する紹介記事は、1974年刊太陽エネル
ギ16巻、89〜95頁の等著「漸新な太陽エネルギ集
中装置の原理」、および1975年2月刊のNSF/B
ANN AET(75−01065の「太陽エネルギの
集中方法、発展のレポート」【こ含まれ、後者は、特に
位相空間変換により可能な最大量の放射エネルギを集中
させる特殊形態の円筒状樋状反射作用壁面光線チャンネ
ルの使用により放射エネルギを最大限度に管状レシーバ
Oこ集中させる為の原理に関する。Introductory articles on this subject can be found in Solar Energy, Vol. 16, 1974, pp. 89-95, "Principles of a Progressive Solar Energy Concentrator," and in NSF/B, February 1975.
ANN AET (75-01065) "Report on the Development of Solar Energy Concentration Methods" [The latter includes a special form of cylindrical trough-like reflection action that concentrates the maximum amount of radiant energy possible, especially by phase space transformation. It concerns the principle of maximally concentrating radiant energy into a tubular receiver by using wall beam channels.
弊米国特許第3923381号、同第3899672号
、等著1974年刊太陽エネルギ16巻89〜95頁の
[漸新な太陽エネルギの集中装置の反別および1975
年2月および7力士1jのNSF/RANN AER
75−01065の「太陽エネルギの集中方法、その発
展レポート」が、本発明の特許請求の範囲の裏付けに必
要な「必須材料」を含み、本発明の背景を示しかつ技術
水準を示す法的に十分な開示即ち「非限定的主題」を提
供する範囲で、これ等の開示は本文において参照用に明
確ζこ包含されるものさする。U.S. Pat. No. 3,923,381, U.S. Pat. No. 3,899,672, et al., 1974, Solar Energy Vol.
NSF/RANN AER for February and 7 wrestlers 1j
No. 75-01065, “Method for concentrating solar energy, its development report” contains the “essential materials” necessary to support the claims of the present invention, provides the background of the present invention, and is a legal document indicating the state of the art. To the extent that they provide sufficient disclosure or "non-limiting subject matter," such disclosures are expressly incorporated herein by reference.
本発明の背景および技術水準を示す目的の為本文中にこ
特に参照として引用されるものは、以下の特許および文
献である。The following patents and publications are specifically incorporated by reference herein for the purpose of setting forth the background and state of the art of the present invention:
即ち、1958年刊のクボール(Tabor)著「太陽
エネルギ」■券面3〜4.27負以下、スリーバー(5
1eeper )の米国特許第3125091号、19
72年刊のマイネル(Meinel )等著の「今日の
物理学」25巻、684頁以下、ファーベル(Falb
el)の米国特許第3179105号、1966年刊の
ヒンターバーがとウィンストン(Hinterberg
er and Winst−on )著の「科学機器の
展望」37巻A8.1094〜1095頁、1968年
刊の同誌同着の39巻、扁8.1217〜1218頁、
1970年刊のウィンストン著[J、 Opt、 So
c、 AmJ 60巻、扁2.245〜247頁、19
71年刊同誌同著の61巻、A8.1120〜1121
頁、1952年刊のウィリアムソン(W illiam
son )著の「J。That is, "Solar Energy" by Tabor, published in 1958.
1eeper) U.S. Pat. No. 3,125,091, 19
``Physics Today'' by Meinel et al., Volume 25, pp. 684 onwards, published in 1972, Fabel
U.S. Pat. No. 3,179,105, published in 1966 by Hinterberg
``Perspectives on Scientific Instruments'', Vol. 37, A8, pp. 1094-1095, by Er and Winston);
Winston, published in 1970 [J, Opt, So
c, AmJ vol. 60, Bian 2.245-247, 19
Volume 61 of the same author published in 1971, A8.1120-1121
Williamson, published in 1952.
``J.
Opt、 Soc、 AmJ 42巻1./#;、10
.712〜715頁、1965年刊のウィッチ(wii
te)著の[赤外線物理学」5巻、179〜185貞、
エメット(Emmets )の米国特許第980505
.1966年刊バラノフ(Baranov )等著の「
ソビエト光学技術ジャーナル133巻、A5.408〜
411頁、1967年刊の同着同誌34巻、扁1.67
〜70頁、1968年刊の同署[応用太陽エネルギ゛1
の巻2、扁3.9〜12頁、ニュートン(Newton
)の米国特許第2969788号、フィリップス(Ph
111 ips )等の米国特許第2971083号、
フローレンス(Florence )の米国特許第35
91798号、1965年1月4日および3月18日発
行のV、 K、バラノフのソ連発明者証、1967年8
月15日および10月31日発行のV、 K、バラノフ
のソ連発明者証、パールムツタ(Per1mutter
)等の米国特許第3229682号、1963年8月
刊のパールムツタ等著の「熱伝達ジャーナル」282〜
283頁、1975年刊ウィンストン著「太陽エネルギ
ーJ17巻煮4゜255〜258頁。Opt, Soc, AmJ Volume 42 1. /#;, 10
.. pages 712-715, Witch (wii) published in 1965
Te) [Infrared Physics] Volume 5, 179-185,
Emmets U.S. Patent No. 980505
.. Published in 1966 by Baranov et al.
Soviet Journal of Optical Technology Volume 133, A5.408~
411 pages, volume 34 of the same magazine published in 1967, width 1.67
~70 pages, published in 1968 by the same agency [Applied Solar Energy 1
Volume 2, pages 3.9-12, Newton
), US Pat. No. 2,969,788, Phillips (Ph.
111 ips) et al., U.S. Pat. No. 2,971,083;
Florence US Patent No. 35
No. 91798, V. K. Baranov Soviet inventor's certificate issued on January 4 and March 18, 1965, August 1967.
V, K, Baranov's Soviet inventor certificates issued on October 15th and October 31st, Per1mutter (Per1mutter)
) et al., U.S. Pat.
Page 283, published in 1975 by Winston, "Solar Energy J Vol. 4, pp. 255-258.
本発明によれば、外部放射エネルギ伝達媒体に使用され
、集中および放射モードで選択的に操作する様に構成さ
れた装置が提供される。According to the invention, an apparatus is provided for use with external radiant energy transfer media and configured to operate selectively in focused and radiant modes.
これ等の構成は、エネルギの集中に使用する為開示され
、複合パラポーラ型(cpc)構造として一般に呼ばれ
るもの多こ対応する形態のものである(例えば1975
年Ne w yorkのM c Gra w−Hi l
1社刊、J、F、クレイダー(Kreider )、
F、クレース(Krei−th)著「太陽による暖房お
よび冷房、その実際の設計と経済学」参照)。These configurations are of a corresponding form to many that have been disclosed for use in energy concentration and are commonly referred to as compound parapolar (CPC) structures (e.g., 1975
Mc Graw-Hi l in New York
Published by 1 company, J, F, Kreider,
(See "Solar Heating and Cooling, Its Practical Design and Economics" by F. Krei-th).
エネルギ伝達媒体で[充填されたj CPC型装置につ
いては、反射壁面に入射するエネルギ線の内角の広範囲
の変化の為、全ての線の一部のみが外側に設けられた反
射被膜のない場合Oこ全反射するものと考える場合が多
い。For CPC-type devices filled with an energy transfer medium, due to the wide variation of the internal angles of the energy rays incident on the reflective wall, only a portion of all the rays are present in the case without an externally provided reflective coating. This is often considered to be total reflection.
本発明は、全反射作用およびCI) C型の装置の構成
Oこ対して必要とされる諸条件が多分に実際的に重要な
場合と共存すると云う予期しない状況を示すものである
。The present invention presents an unexpected situation in which the conditions required for total internal reflection and the construction of a device of type CI) coexist with cases of great practical importance.
本発明の装置は、広義【こけ、略々樋状(円筒状)又は
円錐状の放射エネルギー伝達構造を含むものである。The device of the present invention includes a radiant energy transmitting structure that is broadly defined as moss, generally trough-like (cylindrical), or conical.
この構造は、受入れ(又は放射)フィールドと、外部媒
体および構造体の内部の媒体間又は構造体に対する界面
で、および(又は)この界面により形成されるエネルギ
反射および案内壁面の形成に参与する放射エネルギ入口
(又は出口)を含む。This structure provides an acceptance (or radiation) field and radiation that participates in the formation of energy reflection and guiding walls at the interface between the external medium and the internal medium of the structure or to the structure and/or formed by this interface. Contains an energy inlet (or outlet).
この構造体は、放射エネルギトラップ(又は放射源)と
絹合わせて使用される。This structure is used in conjunction with a radiant energy trap (or source).
構造体のエネルギ反射壁面は、エネルギトラップ又は放
射源に達しあるいはこれから放射する受入れ(又は放射
)フィールドを特徴とするある外部光線を許容する事と
最適条件に合致する方法で略々凹状に傾斜している。The energy reflecting walls of the structure are sloped in a generally concave manner in a manner consistent with optimum conditions for allowing some external light rays characterized by an acceptance (or emission) field to reach or radiate from the energy trap or source. ing.
反射壁面の内部および外部に共に配置されるエネルギー
トラップ又は放射源と組合わされた対称型および非対称
型伝達構造体が本発明により形成される。Symmetrical and asymmetrical transfer structures combined with energy traps or radiation sources located both inside and outside the reflective wall are formed according to the invention.
本発明による特に対象とされる構造は、外部の媒体に対
する内部媒体の屈折率の比が2の平方根を超える場合の
構造を含んでいる。Structures of particular interest according to the present invention include structures where the ratio of the refractive index of the internal medium to the external medium exceeds the square root of two.
更に本発明の対象とされるのは、「補償的」な特徴(反
射壁面部の反射性被膜又は補償的傾斜を有する光学的結
合の如き)が実質的な全白反射性の機能的な近似手法O
こおいて補助的に与えられる構造と共に、角度的な問題
を有するエネルギ線に関して略々全白反射性を有する伝
達構造体である。It is further object of the present invention that "compensatory" features (such as reflective coatings on reflective walls or optical coupling with compensatory slopes) are functional approximations of substantially all-white reflectivity. Method O
Together with the auxiliary structure provided here, it is a transmission structure that has almost total white reflectivity for energy lines with angular problems.
本発明のこれ以」−の態様および利点については添付図
面を参照してなされた以下の説明から明らかとなろう。Further aspects and advantages of the invention will become apparent from the following description made with reference to the accompanying drawings.
本発明による装置の2モ一ド作用能力に関しては、以下
の詳細な説明は理解を助ける為、全体に方向が逆である
この同じ作用特性は放射モードに応用可能であるが、放
射エネルギの集束および集中モードで使用可能な作用特
性について述べるものとする。Concerning the bimodal acting capability of the device according to the invention, the following detailed description will aid in understanding, since this same acting characteristic, generally in opposite directions, is applicable to the radial mode, but the focusing of the radiant energy is and the operating characteristics available in intensive mode.
この様に、放射エネルギの[集中装置」に関する表示は
、他Gこ表示がなければ、「エミッタ」および2モ一ド
作用(例えば逆反射作用)装置に関する表示を含むもの
とする。Thus, references to "concentrators" of radiant energy shall include references to "emitters" and bimodally acting (eg, retroreflecting) devices, absent other references.
この方式lこ従えば、例えば集中作用装置の記述におけ
る「入射部」の表示は、放射作用構造部用の1射出部」
に関する表示を含む。According to this method, for example, in the description of a concentrated action device, the expression "input part" means "one exit part for the radiation action structure".
Contains information regarding.
本文および特許請求の範囲における如く、用語「エネル
ギートラップ」は、放射エネルギの検出、利用および(
又は)更に伝達の能力を有するどんな装置又は材料を意
味し、かつこれを含むものである。As used herein and in the claims, the term "energy trap" refers to the detection, utilization and (
or) further means and includes any device or material having the capability of transmitting.
この様に、この用語は、光電池の如き放射エネルギ変換
装置即ちトランスジューサを含み、かつこれOこ限定さ
れない。Thus, the term includes, but is not limited to, radiant energy conversion devices or transducers such as photovoltaic cells.
本文および特許請求の範囲に用いられる様に、用語「エ
ネルギー源」とは、放射エネルギを放射又は再放射(例
えば、反射Oこよる)する能力を有するどんな装置又は
材料をも意味し、かつこれを含むものとする。As used in this text and in the claims, the term "energy source" means any device or material that has the ability to radiate or re-radiate (e.g., by reflection) radiant energy; shall be included.
この採番こ、この用語は、発光ダイオードや鏡の如き装
置を含み、かつこれに限定されない。This numbering includes, but is not limited to, devices such as light emitting diodes and mirrors.
第1図は、外部の放射エネルギ伝達媒体11cこ使用す
る為の集中作用の放射エネルギ伝達要素10の一実施例
の断面図を示す。FIG. 1 shows a cross-sectional view of one embodiment of a concentrated action radiant energy transfer element 10 for use with an external radiant energy transfer medium 11c.
図示の如く、要素10は、それ自体屈折率η1を有する
エネルギ伝達媒体である材料の少くとも関連部分からな
り外部媒体11は屈折率η2を有する物質からなる。As shown, the element 10 comprises at least a relevant portion of a material that is itself an energy transfer medium with a refractive index η1, and the external medium 11 consists of a material with a refractive index η2.
η1とη2が等しくない状態において周知の繊維光学の
原理(こよれば、これ等媒体の界面において光学的反射
作用壁即ち面12が形成される。When η1 and η2 are unequal, according to well-known fiber optics principles, an optically reflective wall or surface 12 is formed at the interface of these media.
従ってη1がη2より大きい図示された実施例において
は、面12は要素10内部からこれ0こ衝突するエネル
ギに対して反射性を有する。Thus, in the illustrated embodiment in which η1 is greater than η2, surface 12 is reflective to energy impinging on it from within element 10.
換言すれば、壁即ち面12は伝達要素10Dこ対しかつ
その内部で内反対性を与える。In other words, the wall or surface 12 provides inversion against and within the transfer element 10D.
第1図【こ特定する実施例は、エネルギの集中作用0こ
おいて有効なCPC構造に略々一致する形態のエネルギ
伝達要素を示す。FIG. 1 This particular embodiment shows an energy transfer element in a form that generally corresponds to an effective CPC structure for energy concentration effects.
周知のCPC構造の構成から見れば、面12は、少くと
も一部が放射エネルギ入射部13で1始まり」、放射エ
ネルギ射出部14(入射部13と光学的に共面)で1終
り」かつ同様Oここれを画成する事が判る。In view of the configuration of known CPC structures, the surface 12 at least partially begins at the radiant energy input section 13 and ends at the radiant energy exit section 14 (optically coplanar with the input section 13), and Similarly, it can be seen that O here is defined.
エネルギ入射部13は、η1および(又は)η2と同じ
か異なる屈折率η3を有する放射エネルギ伝達媒体15
と光学作用的に接触している。The energy input section 13 is a radiant energy transfer medium 15 having a refractive index η3 that is the same as or different from η1 and/or η2.
is in optical contact with.
その輪郭カーブは、CPC構造部の受入れフィールド内
からエネルギ入射部に進入する外部のエネルギ線のエネ
ルギ射出部14(これと協働するエネルギートラップを
有する)を介し又はこれに対する反射と一致する最も大
きな勾配をとる様Oこ略々放物線状(こ凹状に傾斜した
1対の対向する反射壁即ち面12を呈する。Its contour curve corresponds to the maximum reflection through or to the energy exit part 14 (with an energy trap cooperating therewith) of an external energy ray entering the energy entry part from within the acceptance field of the CPC structure. It exhibits a pair of opposing reflecting walls or surfaces 12 that are sloped in a generally parabolic manner.
CPC形態の他の一般的な特性は、第1図の実施例に同
じ様に使用出来る。Other general characteristics of the CPC configuration can be used similarly to the embodiment of FIG.
この型式の構造は、一般に例えば、放射エネルギを受入
れる為に十分に形成されたフィールドと、エネルギ入射
部に対して決定出来るこの様なフィールド内のこの様な
エネルギに対して入射受入れ角θmax、と、用いられ
る特定の実施態様に従ってエネルギ入射部13と射出部
14の対向する「縁部」(それぞれ13a、13a、1
4a、14aと呼ぶ)を分離する距離により決定される
光学軸とを有する。This type of structure generally includes, for example, a field sufficiently formed to accept radiant energy and an incident acceptance angle θmax for such energy within such field that can be determined relative to the energy input. , opposite "edges" of the energy input section 13 and the energy output section 14 (13a, 13a, 1, respectively) depending on the particular implementation used.
4a, 14a).
同様にこの実施態様の射出部14と入射部13の横断寸
法の比率は、CPC構造部の受入れ角度の5ine (
余弦)よりも小さくない事が望ましい。Similarly, the ratio of the transverse dimensions of the exit section 14 and the entrance section 13 in this embodiment is 5ine (
cosine) is desirable.
反射壁面12の放物線状カーブは、その焦点とじてエネ
ルギ射出部14の対向「縁部」と、その光学軸として受
入れ角θmaxと等しい光学軸を有する角度を形成する
線とを有する。The parabolic curve of the reflective wall surface 12 has as its focal point the opposing "edges" of the energy exit portion 14 and as its optical axis a line forming an angle with an optical axis equal to the acceptance angle θmax.
この実施態様の全高は受入れ角度θmaxのCotan
gent (余液)を乗じた入射部13と射出部14の
横断寸法の和の積の半分に等しい事が望ましい。The total height of this embodiment is Cotan at the acceptance angle θmax.
It is desirable that it be equal to half of the product of the sum of the transverse dimensions of the entrance section 13 and the exit section 14 multiplied by gent (surplus liquid).
この集中装置のある截頭は、明らかOこ受入れ角度を減
少はさせないが集中能力の対応するロスをもたらす実際
的な(即ち製造の容易化)目的の為に行われる事がある
。Some truncations of this concentrator may be done for practical (i.e., ease of manufacturing) purposes, although it does not obviously reduce the acceptance angle, but does result in a corresponding loss in convergence capacity.
同様Oこ、有効なエネルギ入射部は、集中作用要素の受
入れ角度を実質的に変化させずに光学軸に平行に壁面1
2を直線的に延長させる事(こより[延長」又は[位置
変更−1する事が出来る。Similarly, the effective energy incidence is parallel to the optical axis without substantially changing the acceptance angle of the concentrating effect element.
2 can be extended linearly (from this [extension] or [position change -1]).
更(こ明らかにする為には、全ての屈折率は、直ぐ前の
論議におけるものと量論であると考えられた。Furthermore, for the sake of clarity, all refractive indices were considered to be stoichiometric as in the immediately preceding discussion.
第1図に示す幾何学的関係は、6°のθmaxのCPC
型構造の僅かに下方の4半分の部分が示された第2図O
こおいては更に明確に表示されている。The geometrical relationship shown in Figure 1 is that CPC of θmax of 6°
Figure 2 O shows the slightly lower quarter of the mold structure.
Here it is displayed even more clearly.
明らかに、第1および2図により表示された断面に示さ
れた関係は、円錐状の集中装置(第7および8図参照)
ζこ対すると同様0こ、樋状の形態(第6および9図参
照)(こ差」して等しく使用出来る。Clearly, the relationships shown in the cross-sections represented by Figures 1 and 2 are similar to those of the conical concentrator (see Figures 7 and 8).
Similarly to ζ, 0 can be used equally as a trough-like form (see Figures 6 and 9).
第1乃至6図および第9図に示される変形の樋状のCP
C状構造部の作用特性の以下の記述は、樋状の形態の理
想的な円筒状集束装置の種々の実施態様に等しく使用出
来るもので、この場合、例えば、概形(就中、楕円形、
円形又は長円形の断面形状)が管状のレシーバ16上に
最大限Oこ集中され、又レシーバは集中装置10内およ
び(又は)集中装置の反射壁要素12.12間Oこ配設
される。The modified trough-shaped CP shown in Figures 1 to 6 and Figure 9
The following description of the working characteristics of the C-shaped structure can equally be used for various embodiments of an ideal cylindrical focusing device in trough-like form, for example with a general shape (in particular an elliptical shape). ,
circular or oval cross-sectional shapes) are concentrated as much as possible on a tubular receiver 16, which is arranged within the concentrator 10 and/or between reflective wall elements 12, 12 of the concentrator.
樋状および円錐の形状のCPC型構造体は、一般に下式
による集中比率Xを得る事が出来る。For trough-like and cone-shaped CPC structures, it is generally possible to obtain a concentration ratio X according to the following formula.
X=η/sinθmax(橋形状)(1)X= y72
/ 5in2 θmax (円錐形状)(2)但し、θ
maxは受入れ角(半角)、ηはエネルギー入射部にお
ける媒体に対する集束装置の屈折率である。X=η/sinθmax (bridge shape) (1) X= y72
/ 5in2 θmax (conical shape) (2) However, θ
max is the acceptance angle (half angle), and η is the refractive index of the focusing device with respect to the medium at the energy incidence.
樋状部又は円錐部が空気で充填され、入射部が空気と接
触する場合は、η=1となる。If the trough or cone is filled with air and the entrance is in contact with the air, η=1.
この集中比率は、物理的原理により許容される最大値と
考えられる。This concentration ratio is considered the maximum value allowed by physical principles.
本発明によれば、実際上相当に重要性の高いパラメータ
のある値に対して、CPC型の構造部の壁面に対する内
容の媒体と構造部の壁面を囲繞する(又この壁面Gこ光
学的に結合された)媒体との間の界面は、放射の漏洩を
防止するか最少限度に抑える略々完全な全内反射面を提
供し、これによりエネルギを誘導反射させる例えば金属
性の反射作用被膜の必要性を除く事になる。According to the invention, for a certain value of a parameter of considerable practical importance, a medium of content for the wall of a structure of the CPC type surrounds the wall of the structure (and this wall G is optically The interface between the (coupled) medium provides an almost completely internally reflecting surface that prevents or minimizes leakage of radiation, thereby providing a guided reflection of the energy, e.g. of a metallic reflective coating. It will eliminate the need.
要素10の内部媒体が接触する外部媒体11と13(即
ち、η2−η3)の屈折率η2より大きな屈折率η1を
有する場合、樋状のCPC型構造部の受入れ角度θma
x内Oこある入射光線は、半ミラー角θ’maxとθC
の楕円状円錐部Oこ屈折される。If the internal medium of element 10 has a refractive index η1 greater than the refractive index η2 of the contacting external media 11 and 13 (i.e. η2 − η3), then the acceptance angle θma of the trough-like CPC-type structure
The incident ray at O in x has half mirror angle θ'max and θC
The elliptical conical part O is refracted.
この場合、
η=η1/η2−屈折率比 (3)Si
nθ’may−(] /y) ) sinθmax、お
よび(4)Oc = Arcsin (1/η)、臨界
角 (5)円錐状のCPC型構造部については
、角度範囲は単Oこ半角θ’ ITI a Xの円錐で
ある。In this case, η = η1/η2 - refractive index ratio (3) Si
nθ'may−(] /y) ) sinθmax, and (4) Oc = Arcsin (1/η), critical angle (5) For conical CPC-type structures, the angular range is a single O half angle θ' ITI a It is a cone of X.
これ等の光線は、多分1回以上の反射の後射出口部Oこ
集束される。These rays are focused at the exit exit, possibly after one or more reflections.
光線が壁面における全白反射を受ける為0こは、半角θ
Cの臨界円錐の外側0こなければならない。Since the light ray undergoes total white reflection on the wall surface, 0 is a half angle θ
It must be 0 outside the critical cone of C.
樋状部と、恐らくは円錐部0こおいては、反射壁面の射
出縁部Oこ入射する極限の子午光線0こ対してこの条件
の最も厳しい状況が生じる(第4図)。In the trough and possibly in the cone, the most severe situation of this condition occurs for the ultimate meridional rays incident on the exit edge of the reflective wall (FIG. 4).
従って、この条件は以下の如くなる。Therefore, this condition is as follows.
即ち、Sinθ’max<(1−2/ y72)
(6)従って、′
SinθmaXくη(1−2/η2) (7)X
max = 1 / (1−2/ 772) (橋形状
)(8)Xmax = 1 / (1−−−2y72)
2(円錐形状)(9)Sinθmax = 1 &Cお
いては、式(7)は解η≧2となり、その結果η:2は
180°の全視野を得る事が判る。That is, Sinθ'max<(1-2/y72)
(6) Therefore, ′ SinθmaX η(1-2/η2) (7)X
max = 1 / (1-2/ 772) (Bridge shape) (8) Xmax = 1 / (1----2y72)
2 (conical shape) (9) Sin θmax = 1 &C, it can be seen that equation (7) has a solution η≧2, and as a result, η:2 obtains a full field of view of 180°.
又、η−v/2においては、Ocこ近づく視野を得る。Also, at η-v/2, a field of view approaching Oc is obtained.
これ等の関係は、第3,4および5図の考察によりより
良く理解されよう。These relationships will be better understood by consideration of FIGS. 3, 4, and 5.
第3図は、集中装置を充填する媒体内の受入れ角度θ’
maxが約1794゜である本発明OこよるCPC型の
構造部(樋状又は円錐形状)の断面図を示す。Figure 3 shows the acceptance angle θ' in the medium filling the concentration device.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a CPC type structure (trough-like or cone-like) according to the invention O in which max is approximately 1794°;
(表示を簡単Oこする為、以下の如く仮定する。(To simplify the display, assume the following.
即ち、集中要素10を充填をする媒体は完全に均等で、
壁面即ち面12の外側の媒体11はエネルギ入射部13
(l!l−光学的に接触する媒体15と同じ屈折率であ
る(即ちη2−η3)線OAは要素の光学軸を示す。That is, the medium filling the concentrating element 10 is completely homogeneous;
The medium 11 outside the wall surface 12 is the energy incidence part 13
(l!l - same refractive index as the optically contacting medium 15 (i.e. η2 - η3)) The line OA indicates the optical axis of the element.
θCは、界面に対する法線NOこ関して測定された臨界
角である。θC is the critical angle measured with respect to the normal NO to the interface.
θCよりも太きいか等しい角度で衝突する放射は、完全
に内反対される事になる。Radiation that strikes at an angle greater than or equal to θC will be completely inverted.
この性状の実態は、前述の極子午光線をMで表示する第
4図に示される。The actual state of this property is shown in FIG. 4, in which the aforementioned polar meridian ray is indicated by M.
樋状又は円錐状のCPC型集中装置のいずれかについて
は、軸Nおよび半角θCにより画成される円錐の外側の
点14aに衝突する放射エネルギが完全Oこ内反対され
る。For either a trough-like or conical CPC-type concentrator, the radiant energy impinging on a point 14a outside the cone defined by axis N and half-angle θC is completely opposed.
従って、受入れ視野内(円錐び内)から衝突するどんな
光線も射出部14に向けあるいはこれを介して反射され
る。Any rays impinging from within the receiving field (within the cone) are therefore reflected towards or through the exit section 14.
円錐状の形状のCPC型集中装置については、円錐C′
は、光学軸に平行なその軸線Pさθ’maxtこ等しい
半角を有する直円錐である。For a conically shaped CPC type concentrator, the cone C′
is a right circular cone with a half angle equal to its axis P parallel to the optical axis and θ'maxt.
樋状のCPC型集中装置については、円錐C′は、第5
図に示される、即ちその円ミラー角θ’maxと半長角
θCを有する楕円錐である。For a trough-like CPC type concentrator, the cone C' is the fifth
It is shown in the figure, namely an elliptic cone with its circular mirror angle θ'max and semi-major angle θC.
(注、例えば、もし入射部13が表12と接触するもの
と屈折率において異なる媒体15と光学的に接触する(
即ち、η3/η2)場合は、円錐C′の半長角は変化し
て90°に近づく。(Note, for example, if the entrance section 13 is in optical contact with a medium 15 that differs in refractive index from that in contact with the table 12 (
That is, in the case η3/η2), the semi-long angle of the cone C' changes and approaches 90°.
)点14aにおける全反射条件を満足すると、この条件
も又入射部に比較的近い壁面12cこ沿う各点で合致す
る事が明らかである。) It is clear that if the total reflection condition at point 14a is satisfied, this condition is also met at each point along wall surface 12c relatively close to the incident part.
よじれた光線の反射を含むCPC型の樋状集中装置Oこ
おける多重反射は、同じ壁面Oこおいてのみ生じ、明ら
かに前記条件を満足する(例えば、線MRIこ沿って示
される光線)。Multiple reflections in a CPC-type trough concentrator O, including reflections of twisted rays, occur only on the same wall surface O and clearly satisfy the above conditions (for example, the rays shown along the line MRI).
CPC型円錐型集中装置Oこおける子午光線の多重反射
も又、同じ壁面輪郭にのみ生じ同様に前記条件を満足す
る。The multiple reflections of the meridional rays in the CPC type conical concentrator O also occur only on the same wall contour and also satisfy the above conditions.
CPC型の円錐状の集中装置におけるよじれた光線は、
明らかに2回迄の反射を含む全白反射条件を満す事が判
る。The twisted rays in a conical concentrator of the CPC type are
It is clearly seen that the all-white reflection condition including up to two reflections is satisfied.
光の経路追跡により、反射の数に関わらず全ての斜めの
光線は殆んど内反対される。By tracing the path of light, all oblique rays are almost always reversed, regardless of the number of reflections.
前述の関係により、もしθ’max = 17、94°
であれば、第3図の構造体は、均等な媒体で充填された
樋状のCPC型となり、この場合η、=1.7で壁面1
2と入射部13の両方で(即ち、η3−η2)空気(η
2=1)c:光学的に接触し、従って、θmax (集
中装置要素の受入れ角度)は31.57゜に等しくなり
、集中能力は3.25以下となる。According to the above relationship, if θ'max = 17, 94°
If so, the structure in Fig. 3 becomes a trough-like CPC type filled with a uniform medium, in which case η = 1.7 and the wall surface 1
2 and the entrance part 13 (i.e. η3 - η2) air (η
2=1)c: optically in contact, so θmax (acceptance angle of the concentrator element) is equal to 31.57° and the concentrating capacity is less than or equal to 3.25.
下記の表1は、変化するパラメータの樋状のCPC型集
中装置に対しある関係をグラフ的に提供する。Table 1 below graphically provides some relationships for a trough CPC type concentrator of varying parameters.
CPC型の円錐集中装置の集中能力はもち論、補形状の
場合1 / Sinθ’maxになる時、l/(Sin
θ’max )2に近ずく。The concentrating ability of a CPC type conical concentrator is, in theory, in the case of a complementary shape, when 1/Sinθ'max, l/(Sin
θ'max ) approaches 2.
屈折率の比η〉2となる時、受入れ角θmax=90°
の侭で、θ’maxを30°下げる事により集中度を増
加させる事が可能である。When the ratio of refractive index η〉2, the acceptance angle θmax=90°
It is possible to increase the degree of concentration by lowering θ'max by 30 degrees.
(赤外線に用いる場合は、一般にエネルギ伝達材料は屈
折率が2丈大きくなる。(For infrared applications, energy transfer materials generally have a refractive index that is two orders of magnitude higher.
)第1表に示す各関係は、変数ηの数値が空気の屈折度
に対して殆んどの「透明な」固体の屈折率に殆んど偶然
にではあるが十分に対応するV7から2の範囲にある時
、変数ηの特定の数値について得られる最も犬ぎな受入
れ角度を示す。) Each of the relationships shown in Table 1 shows that the value of the variable η corresponds, almost coincidentally, to the refractive index of most "transparent" solids with respect to the refractive index of air. Indicates the closest acceptance angle that can be obtained for a particular value of the variable η when in the range.
明らかに、θ’maxが最小値をとる形態は、もち論全
白反射能力を損う事なく集中能力が増大する様に構成出
来る。Obviously, the configuration in which θ'max takes the minimum value can of course be constructed so that the concentration ability is increased without impairing the all-white reflection ability.
この様に、例えば、η〜1.5であるアクリル樹脂媒体
(この場合媒体11は空気)で充填される補形状のCP
C型集中装置は、θ’maxの値が3°となる様に構成
さ札この場合θmaX= 4.5°、最大集中能力は1
9.00に近ずく。In this way, for example, a complementary-shaped CP filled with an acrylic resin medium (in this case, the medium 11 is air) with η ~ 1.5
The C-type concentrator is configured so that the value of θ'max is 3°.In this case, θmax=4.5°, and the maximum concentration capacity is 1.
Approaching 9.00.
同様に、ガラスで充填した場合(η〜1.6)θ’ma
x = 6.00゜の集中装置は、θmax = 9.
63°となり、約9.57の最大集中能力を提供する。Similarly, when filled with glass (η ~ 1.6) θ'ma
The concentrator with x = 6.00° has θmax = 9.
63°, providing a maximum concentration capacity of approximately 9.57°.
これ等の数値は、昼間の(diurnal ) トラッ
キング(こよらず太陽エネルギの集中用の伝達要素の構
成上例外的な余裕度を示す点に留意され度い。It should be noted that these numbers represent an exceptional margin in the construction of the transfer element for diurnal tracking (especially solar energy concentration).
エネルギ入射部13と光学的に接触する媒体15が壁面
12と接触しかつこれを囲繞する媒体とは異なる屈折率
を有する(η3/η2)様な場合全ての前記の関係の記
述は、θmaxが下記により算出される点を除けば妥当
する。In the case where the medium 15 in optical contact with the energy incidence part 13 is in contact with the wall surface 12 and has a different refractive index (η3/η2) than the medium surrounding it, the description of all the above relationships is such that θmax It is valid except for the point calculated by the following.
Sinθmax=(11/ η3 ) Sinθ’ma
x (10)集中装置を充填する集中装置10が均
等でない場合には、光学繊維の周知の理論と合致する角
度特性Oこおける調整が出来る。Sinθmax=(11/η3) Sinθ'max
x (10) Filling the concentrator If the concentrator 10 is not uniform, an adjustment in the angular characteristic O can be made, consistent with the well-known theory of optical fibers.
CPC型の補形状の集中装置については、端壁面は一般
に入射面0こ直角に構成されている。For complementary concentrators of the CPC type, the end wall surfaces are generally arranged perpendicular to the plane of incidence.
媒体に入射する光線はθC迄の角度に制約される為、端
壁面に対する最大入射角は、θC≦45°に対して、θ
Cよりも等しいか大きい(全白反射に対する条件)90
°−θCとなる。Since the light beam incident on the medium is restricted to an angle up to θC, the maximum incident angle to the end wall surface is θC≦45°.
Equal to or greater than C (condition for total white reflection) 90
°-θC.
これは、η≧J7である事を必要とし、これは全白反射
により樋状部を作用させるのに必要な条件(式7)と一
致する。This requires that η≧J7, which coincides with the condition (Equation 7) necessary for the trough to act due to total white reflection.
θc〈45°の条件に対しては、端面は全円反射性は維
持しながら、ある付加的な集中度を与える様(こ傾斜さ
れている。For the condition θc<45°, the end face is tilted to provide some additional concentration while maintaining full circular reflectivity.
第10図は、放射エネルギを管状レシーバ又はエネルギ
ートラップ上〇こ最大限に集中する様Oこ特に構成され
た円筒状橋形状のチャンネルを示す。FIG. 10 shows a cylindrical bridge-shaped channel specifically configured to maximize the concentration of radiant energy onto a tubular receiver or energy trap.
前に記した様に、壁面12の一部に沿って反射作用被膜
R,Cを有する補償用光学的連結部は、最大角度の光線
が臨界角θCGこ等しいか小さい角度で壁面12上に入
射する点R2R′より%Oこ下方の構造部に対する全円
反射性を機能的に近似させる際これを補佐する。As previously noted, the compensating optical coupling having reflective coatings R, C along a portion of the wall 12 is such that the maximum angle of the ray is incident on the wall 12 at an angle less than or equal to the critical angle θCG. This assists in functionally approximating the full circle reflectivity for the structure part %O below the point R2R'.
選択された屈折率に対して、地点R、R’はレシーバ1
6の「最上位の」部分レベル又はこれ以下のレベル(こ
ある。For the selected refractive index, points R, R' are at receiver 1
The "top" partial level of 6 or below.
前の論議から、エネルギー伝達媒体で「充填された」装
置は、その装置の受入れ視野でエネルギ入射部に進入す
る外光部を選択されたエネルギートラップ上の反射と一
致する最大限の傾斜をとるように反射面の輪郭カーブを
構成する事により、標準のCPC型設計により作る事が
出来る事が明らかである。From the previous discussion, a device "filled" with an energy transfer medium will take the maximum tilt of the external light entering the energy input in the field of view of the device to match the reflection on the selected energy trap. It is clear that by configuring the contour curve of the reflective surface as shown in FIG.
J7≦ηく2が第1〜4図および10図に示す如き反射
面の輪郭カーブの形状、例えば、エネルギートラップの
機能特性および(又は)幾伺学的形態に対し、又エネル
ギ源の相対的距離に対して適当な放物線状即ち機能的O
こ相当する輪郭カーブの如きを提供する様な形状を含む
様に、装置は媒体(囲繞位置および内部の媒体)の使用
を許容する様構成されている。J7≦η 2 depends on the shape of the contour curve of the reflective surface as shown in FIGS. Appropriate parabolic or functional O for distance
The device is configured to allow the use of media (surrounding locations and internal media) to include shapes that provide a corresponding contour curve, etc.
媒体の屈折率の比の範囲(V/T≦η〈2)が得られな
いか単(こ望ましくない場合、(ある目的の為の光学的
な受入れ視野(こ対すηの関係が所望の用途に特に適当
でない場合の如く)、輪郭カーブのある修正が実質的な
全白反射性と一致する程度迄は適当である。If a range of medium refractive index ratios (V/T≦η〈2) is not available or undesirable, then the optical acceptance field of view for a certain purpose (the relationship between η and (such as in cases where it is not particularly suitable), to the extent that some modification of the contour curve is suitable to the extent that it corresponds to substantially total white reflectance.
!4′!jcこ、輪郭のカーブは、第11.12および
13図に示される方法で形成されて、実質的な全白反射
性(外部光線と反射壁面からのその反射との間の挟角が
2θC以下でない事を必要とする)と、所望の角度範囲
内からのエネルギーの最適条件の集中作用の維持との両
者に一致する最大の傾斜を与える。! 4′! The curve of the contour is formed in the manner shown in Figures 11.12 and 13 so that it is substantially fully reflective (the included angle between the external light ray and its reflection from the reflective wall surface is less than 2θC). to provide the maximum slope consistent with both maintaining optimal concentration of energy from within the desired angular range.
CPC形仕様に従う最大限の傾斜の形成は、外部光線の
エネルギートラップへの反射に一致する最少挟角を与え
る事Oこ等しい。Creating a maximum slope according to the CPC type specification is equivalent to providing a minimum included angle to match the reflection of external rays into the energy trap.
全白反射性の要件は、標準的なCPCの傾斜仕様を無視
し、かつ反射壁面の一部に沿った補償的な仕様の傾斜を
必要とするこの挟角番こ対して2θCの下限を設定する
。The total white reflectance requirement sets a lower limit on 2θC for this angle angle, which ignores the standard CPC slope specification and requires compensatory slope specifications along a portion of the reflective wall. do.
第11〜13図においては、表示を容易にする為、θ’
maxは、もしη1/η3〈V7の場合にこの条件が合
致する場合でも、45°として示される。In Figures 11 to 13, for ease of display, θ'
max is shown as 45° even if this condition is met if η1/η3<V7.
第11図は、線B−8’で示されるエネルギートラップ
が形態的に平坦であり(例えば、トラップは平坦な光電
エネルギトランスジューサであるか、腔部への開口を有
する如き)、問題となるエネルギが無限Oこ遠い源から
有効に発射する様な集中装置要素の構成に対して前述の
「補償的な仕様」の適用を示すものである。FIG. 11 shows that the energy trap indicated by line B-8' is flat in morphology (e.g., the trap is a flat photoelectric energy transducer or has an opening into a cavity) and the energy trap of interest is 2 illustrates the application of the above-described "compensatory specification" to the configuration of concentrator elements such that the concentrator elements effectively emit from sources infinitely far away.
図示の場合には、放物線状に傾斜した(焦点S/ )反
射壁面12の点円こおいてθCよりも大きな角度で衝突
するエネルギ線Rは、予想された如く常0こトラップに
達するが、それは挟角が2θCよりも大きい故である。In the illustrated case, the energy ray R that collides with the dot circle of the parabolically inclined (focal point S/) reflective wall surface 12 at an angle greater than θC always reaches the zero trap as expected; This is because the included angle is larger than 2θC.
θCと等しい角度でそれぞれ点AおよびBcこ衝突する
外部のエネルギ線R1又はR2は、もし仮に放物線状の
傾斜が点Aを超えて(図中では上方Oこ)連続させられ
る場合は、放射線状傾斜によりトラップに対して完全に
反射される事にはならない。External energy lines R1 or R2 colliding with points A and Bc, respectively, at an angle equal to θC, if the parabolic slope is continued beyond point A (upwards O in the figure), it will become radial. The slope will not result in complete reflection to the trap.
この様に、直線状の勾配を有する様に壁面12の輪郭カ
ーブ区間A−B、A’−B’を構成する補償的手法は、
この様な外部光線のどれもが常にトラップに確実Oこ達
する様にさせる事が出来る。In this way, the compensatory method of configuring the contour curve sections A-B and A'-B' of the wall surface 12 so as to have a linear slope is as follows:
It can be ensured that any such external rays always reach the trap.
壁面12の全傾斜は、この様【こ1本以上の単純な形態
のカーブを有する事、即ち直線状の勾配に円滑に接合さ
れた放物線状の勾配である事が判ろう。It will be seen that the total slope of wall 12 thus has one or more simple curves, ie, a parabolic slope smoothly joined to a straight slope.
この構成は、傾斜した反射面12の使用Oこより選択さ
れた角度内での内反対性と最大条件の集中度の所望の関
係を確保して集中装置の受入れ視野内からのエネルギー
入射部を通る外部エネルギ線のエネルギートラップ上の
反射と一致する最大の勾配をとる事に留意されたい。This configuration ensures the desired relationship of inversion and maximum condition concentration within a selected angle through the use of an inclined reflective surface 12 to pass energy from within the receiving field of view of the concentrator. Note that we take the maximum slope to coincide with the reflection of the external energy ray onto the energy trap.
「補償された」輪郭カーブで示された直線状の傾斜角α
【こ対する幾何学的分析によれば、平坦なレシーバ−(
横断面内の)上の最大入射角度はθ’max + 2α
である事が判る。Linear slope angle α shown in “compensated” contour curve
[Geometric analysis shows that a flat receiver (
The maximum angle of incidence on ) in the cross section is θ'max + 2α
It turns out that it is.
この事実は、放射作用を平坦なレシーバから実質的に射
出させる全白反射型のCPC型の集束装置の設計に有効
である。This fact is valid for the design of all-white reflective CPC-type focusing devices, which essentially eject the radiation from a flat receiver.
例えば、もしレシーバの外部の屈折率が外部から壁面1
2に対するそれと同じであり、又θ’max+2α=θ
Cであれば、放射が有効に生じる。For example, if the external refractive index of the receiver is
It is the same as that for 2, and θ'max+2α=θ
C, radiation effectively occurs.
傾斜壁面に沿って全白反射を行わせようとするOこは、
θC≦90°−(α+θ’max)である必要がある。If you are trying to create a total white reflection along a sloped wall,
It is necessary that θC≦90°−(α+θ′max).
従って、θ’max≦180°−3θCである以上、こ
の設計は有効である。Therefore, as long as θ'max≦180°−3θC, this design is effective.
得られる最大集中性は(Sinθc / Sinθ’m
ax)である。The maximum concentration obtained is (Sinθc / Sinθ'm
ax).
もしη3=η2であれば)Sinθmax = y7
Sinθ’maxであり、Sinθc−1/ηであり、
その結果得られる集中性は、充填されないCPC集束装
置の場合と同じである1 / Sinθmaxである。If η3=η2) Sinθmax = y7
Sinθ'max, Sinθc-1/η,
The resulting convergence is 1/Sinθmax, which is the same as for an unfilled CPC focuser.
第12図は、「補償的仕様」を、幾何学的に平坦なエネ
ルギートラップR−B’を有するが、集中装置からある
固定距離にあるD−D’で示された源から問題となるエ
ネルギ線が放射される場合に使用される様0こ構成され
た集中装置要素【こ応用する事を示すものである。FIG. 12 shows a "compensatory specification" with a geometrically flat energy trap R-B', but with the energy in question coming from a source denoted D-D' at a fixed distance from the concentrator. A concentrator element configured to be used when radiation is emitted.
再び、θCよりも大きな角度で衝突し、楕円形状で傾斜
する(焦点、D’、B’)の点PGこおいて反射される
エネルギ線Rはトラッププに常に達する。Again, the energy ray R that collides at an angle greater than θC and is reflected at the point PG (focal point, D', B') which is inclined in an elliptical shape always reaches the trap.
点Aと旧こ対してθCと等しい角度で衝突する外部光線
R1とR2は、点Aを越えて連続する場合は楕円形状の
傾斜によりトラップ上【こ全反射される事はない。When external rays R1 and R2 collide with point A at an angle equal to θC, if they continue beyond point A, they will not be totally reflected on the trap due to the inclination of the ellipse.
従って、壁面12の輪郭カーブ区間A−B 、 A’−
B’を構成する補償的手法により傾斜部を等角渦巻線の
円弧の形状にする。Therefore, the contour curve sections A-B, A'- of the wall surface 12
The compensatory method of constructing B' brings the slope into the shape of an arc of equiangular spirals.
第13図は、「補償的仕様」の集中装置要素への応用例
を示し、この場合エネルギートラップは円弧B −B’
により示される管状であり、エネルギは無限遠の距離の
源から有効に発射される。Figure 13 shows an example of the application of the "compensatory specification" to a concentrator element, where the energy trap is defined by the arc B -B'
The energy is effectively emitted from a source at an infinite distance.
反射壁面12(トラップの管状形態により示される標準
的なCPC形態(こより少くとも部分的に傾向する)上
の点PにおいてθCより大きな角度で衝突するエネルギ
線Rは、トラップB−B′十に反射される。An energy ray R that impinges at an angle greater than θC at a point P on the reflecting wall 12 (the standard CPC configuration (which tends at least in part to this), represented by the tubular configuration of the trap, reflected.
θccこ等しい角度で点AとBに衝突する外部エネルギ
線R1とR2は、もし標準的曲率が点Aを越えて連続す
る場合、トラップ上【こ全反射される事はない。External energy rays R1 and R2 that impinge on points A and B at angles equal to θcc will not be totally reflected on the trap if the standard curvature continues beyond point A.
従って、直線上の勾配を持たせる為壁面12の輪郭カー
ブの区間A −B 、 A’−B’を構成する補償する
手法は、外部光線は常にトラップ番こ確実に達する様O
こ出来る。Therefore, the compensating method of configuring the sections A-B, A'-B' of the contour curve of the wall surface 12 in order to have a straight-line slope is such that the external light always reaches the trap point reliably.
I can do this.
図示しないが、管状のエネルギートラップと関連し、固
定された距離の源から放射する光を集束する様構成され
た集中装置に対する全白反射性の実質的保証lこ必要な
補償的な勾配については明らかである。Although not shown, substantial guarantees of full-white reflectivity for concentrators associated with tubular energy traps and configured to focus light emanating from a source at a fixed distance are provided for the necessary compensatory gradients. it is obvious.
反射壁面は、外部光線を受入れる為輪郭カーブを必要と
する補償的構成の部分(こ等角渦巻線の円弧の勾配を持
たせる様に構成される事になる。The reflective wall surface is configured to have a compensatory configuration that requires a contour curve in order to receive external light (this is configured to have the slope of the arc of the conformal spiral line).
前記の全ての実施例において、補償的作用を必要とする
反射壁面の部分は、標準的なCPC勾配仕様Oこ従って
も良く、又反射被膜の使により「補償」され得る。In all of the embodiments described above, the portions of the reflective wall surface that require compensatory action may follow standard CPC slope specifications and may be "compensated" by the use of reflective coatings.
この様に、第10および13図は補償的構成の別の態様
を示す。Thus, FIGS. 10 and 13 illustrate alternative embodiments of compensatory configurations.
以下Oこ挙げるものは、第11〜13図に示される補償
的な勾配構造の例示的な応用である。Listed below are exemplary applications of the compensatory gradient structure shown in FIGS. 11-13.
もし、例えば、第11図Qこおける様な集中装置がポリ
マー物質であるトリエトキシシリコルメタクリレート媒
体(η、=1.436即ち本実施例の目的には有効数1
.4)で充填されており、ポリマーのビニルカルバゾー
ル(η2= 1.683、即チ本実施例の目的には有効
数1.7)に浸漬されるものとすれば、前述の数式(5
)に従って、θc−55゜となり、これは標準的なCP
C仕様の使用において明らかに問題のある状態であり、
これはη<、iであり、集中装置の反射壁面の補償的勾
配を必要とする故である。If, for example, the concentration device as shown in FIG.
.. 4) and immersed in the polymeric vinylcarbazole (η2 = 1.683, i.e., an effective number of 1.7 for the purpose of this example), the above equation (5
), θc-55°, which is the standard CP
There is clearly a problem with the use of C specifications,
This is because η<,i, requiring a compensating slope of the reflective wall of the concentrator.
初歩的な幾何学的分析によればθ’maxが15°であ
る事が要求される場合、第11図の直線区間A−Bの勾
配は、光学軸からα=90゜−(θC+θ’max )
= 90°−(55°+15°)=20°の角度とな
る。If elementary geometrical analysis requires that θ'max be 15°, then the slope of the straight section A-B in Figure 11 is α = 90° - (θC + θ'max) from the optical axis. )
= 90° - (55° + 15°) = 20° angle.
実質的な全白反射性を保持する為【こ補償的に傾斜され
る樋状のCPC型集中装置に対する最大集中作用は5i
n(2α+θ’max)/Sinθ’max = Si
n 55°/ Sin 15°=3.16となる。In order to maintain substantial white reflectivity, the maximum concentration effect for this compensatingly tilted trough-like CPC type concentrator is 5i.
n(2α+θ'max)/Sinθ'max = Si
n 55°/Sin 15°=3.16.
円錐形状の補償的に勾配を与えられた集中装置に対して
得られる集中度は10となる。The concentration obtained for a conically shaped compensatingly sloped concentrator is 10.
この集中度は、もち論[補償されないJ CPC型の橋
形状又は円錐形状により理論的に可能なものより小さい
が、全白反射性を保持する。This concentration is smaller than theoretically possible with an uncompensated J CPC-type bridge or cone shape, but retains full white reflectivity.
別の実施例として、η>、/Tであるが標準的なCPC
仕様がθ’max (例えば表1における如く)を望ま
しくない数値に制限する場合、補償的な勾配を前記の方
法でθ’maxの比較的大きな数値を取入れる為に用い
る。As another example, η>, /T but standard CPC
If the specification limits θ'max (eg, as in Table 1) to an undesirable value, a compensatory slope is used in the manner described above to accommodate relatively large values of θ'max.
第6および7図は、その1つの伝達要素がそれぞれ第9
および8図に示される放射エネルギ源又はトラップ装置
と組合わせる本発明のCPC型のエネルギ伝達要素の例
を示すものである。Figures 6 and 7 show that one transmission element is
8 shows an example of a CPC-type energy transfer element of the present invention in combination with a radiant energy source or trap device shown in FIGS.
第6図において、橋形状の要素17は、長手方向に延在
する様整合され、集中作用の為、その射出部に1本又は
多数のリボン状の形態のエネルギトランスジューサ18
(例えば、光電池)のエネルギートラップを配設しても
良い。In FIG. 6, the bridge-shaped element 17 is aligned in a longitudinally extending manner and has one or more energy transducers 18 in the form of a ribbon at its exit for concentrated action.
(e.g. photovoltaic) energy traps may be provided.
同様に、第7図の円錐形状の伝達要素19は、そのエネ
ルギ射出部で略略円形の光電池20を設けても良い。Similarly, the conical transmission element 19 of FIG. 7 may be provided with a substantially circular photovoltaic cell 20 at its energy output portion.
あるいは文箱6および7図の列部は、エネルギートラッ
プ18゜20の所定位置に発光ダイオードの如きエネル
ギ源を有する放射モードにおいて使用されても良い。Alternatively, the columns of Figures 6 and 7 may be used in a radiation mode with an energy source such as a light emitting diode in place of the energy trap 18, 20.
明らかに、第9図における如き小形の円錐形状の伝達要
素の列部は、光度の低い発光ダイオードの選択的な作用
が鋭い角度特性を有するパターンを形成する様な数字デ
ィスプレにおいて非常に有効である事が予期される。Clearly, an array of small conical transfer elements as in FIG. 9 is very useful in numerical displays where the selective action of low intensity light emitting diodes forms patterns with sharp angular characteristics. things are expected.
以下の実施例は、本発明による装置の作用を例示する。The following examples illustrate the operation of the device according to the invention.
光電池と糾合わせる2個の放射エネルギ集中装置要素(
第6図に示す如き形態のもの)の原形の列部を構成した
。Two radiant energy concentrator elements combined with a photovoltaic cell (
A row section of the original shape (of the form shown in FIG. 6) was constructed.
各集中装置要素は、略々均質なアクリル系樹脂の内部媒
体(η、=1.5)を有し、その反射側壁部とエネルキ
入射部を空気(η2−1)で包囲された。Each concentrator element had a substantially homogeneous acrylic internal medium (η, = 1.5) surrounded by air (η2-1) on its reflective sidewalls and energy input.
各要素は、約178mm(ツイツチ)の長さで約15m
m(0,6インチ)の高さを有し、入射部の横寸法は約
12mm(0,4765イ、ンチ)、射出部の横寸法は
約2.5mm(0,10インチ)で、シリコン光電池の
横巾は約2.2mm(0,085インチ)であった。Each element is approximately 178mm (twitch) long and approximately 15m long.
m (0,6 inches), the horizontal dimension of the input part is about 12 mm (0,4765 inches), the horizontal dimension of the injection part is about 2.5 mm (0,10 inches), and the silicon The width of the photocell was approximately 2.2 mm (0,085 inches).
算出されたθ’m axは718°に等しかった。The calculated θ'max was equal to 718°.
算出θmax値は10.8°であった。集中装置列は、
1F太陽光」(sun)(列部の入射部付近に位置され
た校正された標準太陽電池で測定された)の大きさの水
晶/ハロゲン光源ζこ露呈され、電池出力3.97の計
測利得を得た。The calculated θmax value was 10.8°. The concentrator row is
A crystal/halogen light source with a magnitude of 1F sunlight (measured with a calibrated standard solar cell placed near the entrance of the column) was exposed, with a measured gain of 3.97 cell output. I got it.
(この幾何学的分析は、4.051こ相当し、この為原
型のシステムは約98%の効率で作用した。(This geometric analysis corresponds to 4.051 times, so the original system worked at about 98% efficiency.
)この原型の列部の更にグラフ的な表示は、観測された
容量Oこより行われ、約バ太陽光の光源により照明され
たと同時【こAM/FMラジオを作用させた。) A further graphical representation of this prototype column was made from the observed capacity O, illuminated by a light source of approximately 5000 solar rays and at the same time an AM/FM radio was activated.
太陽エネルギ伝達Oこ使用する計画とは別【こ本発明に
よる装置に対する非常の多様な用途については当業者に
とって明らかであろう。Apart from the intended use of solar energy transmission, the wide variety of applications for the device according to the invention will be apparent to those skilled in the art.
その一例として、受光および発光lこおける鋭角的な遮
断作用の逆反射スクリーン即ち表示を、有効なエネルギ
「射出部」に光学的に結合させた反射材料を備えた樋状
又は円錐状の要素を用いて組立てる事が出来る。An example is a trough-like or cone-like element with a reflective material optically coupled to a useful energy "exit" with a retroreflective screen or display of acute blocking action in the receiving and emitting regions. It can be assembled using.
別の実施例として、高速道路の方向表示を構成する事が
出来、これは、十分に規制した方向の視野内の自動車運
転手に対して特に光線を発射しあるいは反射させる様に
装置されている。As another example, a highway directional display can be constructed, which is arranged to specifically emit or reflect a beam of light to motorists within a well-defined directional field of view. .
第1図は放射エネルギ伝達媒体内の本発明の放射エネル
ギ伝達要素の横断面図、第2図は第1図の放射エネルギ
伝達要素の下方の4半分部分を示す図、第3図は本発明
の放射エネルギ伝達要素の別の実施態様の断面図、第4
図は第3図の如き放射エネルギ伝達要素のある作用特性
を示すグラフ、第5図は第4図に示す作用特性を示す別
のグラフ、第6図は集中モード又は放射モードのいずれ
かで作用可能ゐ本発明の放射エネルギ伝達要素の列を示
す斜視図、第7図は集中モード又は放射モードのいずれ
かで作用可能の本発明の放射エネルギ伝達要素の別の実
施例の列を示す斜視図、第8図は放射モードおよび(又
は)集中モードにおける作用を示す本発明の1つの放射
エネルギ伝達要素の斜視図、第9図は放射モードおよび
(又は)集中モードにおける作用を示す放射エネルギ伝
達要素の別の実施例の斜視図、第10図は放射エネルギ
の管状エネルギレシーバ即ちトラップOこ対する最大集
中作用を行う様構成され、補償反射被膜を示す本発明の
円筒状樋状チャンネルを示す断面図、第11図は最大集
中作用および全円反射と一致する反射面の補償形状を示
す本発明の一実施例を示す断面略図、第12図は放射エ
ネルギの固定距離の放射源に対して集中作用で特に使用
可能な様に最大集中作用および全白反射作用と一致する
反射面の補償形状を示す本発明の一実施例の断面図、お
よび第13図は特【こ管状の放射エネルギ放射源又はト
ラップの使用に適する様最大集中作用および全白反射作
用と一致する反射面の補償形状を示す本発明の一実施例
の断面図である。
10・・・・・・エネルギ伝達媒体要素、11・・・・
・・外部エネルギ伝達媒体、12・・・・・・光学的反
射面、13・・・・・・エネルギ入射部、14・・・・
・・エネルギ射出部、15・・・・・・エネルギ伝達媒
体、R・・・・・・外部エネルギ線。1 is a cross-sectional view of a radiant energy transfer element of the present invention in a radiant energy transfer medium; FIG. 2 is a view of the lower quarter of the radiant energy transfer element of FIG. 1; and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of another embodiment of the radiant energy transfer element of FIG.
FIG. 5 is a graph illustrating one operating characteristic of a radiant energy transfer element as in FIG. 3; FIG. 5 is another graph illustrating the operating characteristic shown in FIG. 4; FIG. FIG. 7 is a perspective view showing an array of radiant energy transfer elements of the present invention capable of operating in either concentrated mode or radiant mode; FIG. , FIG. 8 is a perspective view of one radiant energy transfer element of the present invention showing operation in a radiant and/or focused mode, and FIG. 9 is a perspective view of a radiant energy transfer element showing operation in a radiant and/or focused mode. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a cylindrical trough-like channel of the present invention configured to provide maximum concentration of radiant energy onto a tubular energy receiver or trap O and showing a compensating reflective coating. , FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating an embodiment of the invention showing a compensating shape of the reflective surface consistent with maximum concentrated action and total circular reflection, and FIG. 12 shows a concentrated action on a source at a fixed distance of radiant energy. FIG. 13 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention showing a compensating shape of the reflective surface consistent with maximum concentration and total white reflection so as to be particularly usable in a tubular radiant energy source or FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention showing a compensating shape of the reflective surface consistent with maximum concentration and all-white reflective behavior to make it suitable for use in a trap. 10...Energy transmission medium element, 11...
... External energy transmission medium, 12 ... Optical reflection surface, 13 ... Energy incidence part, 14 ...
... Energy injection part, 15 ... Energy transmission medium, R ... External energy line.
Claims (1)
に使用する放射エネルギ伝達装置において、放射エネル
ギを案内し、エネルギ入射部を形成する装置を有する略
凹状に傾斜する放射エネルギ反射壁手段と、 前記エネルギ入射部を含み、放射エネルギの受入れフィ
ールドを形成する手段と、 放射エネルギ屈折作用を有する内部媒体とを有する伝達
手段と、 前記壁手段により案内される放射エネルギを受取る為の
前記反射壁手段と作用的に関連する放射エネルギートラ
ップ手段とを含み、前記反射壁手段は前記屈折作用内部
媒体と前記の外部放射エネルギ伝達媒体との間lこ界面
を有し、前記の内部媒体は前記の外部媒体よりも放射エ
ネルギOこ対して大きな屈折率を有し、前記外部媒体の
内部媒体番こ対する屈折率の比は少くとも2の平方根で
あり、少くとも前記の凹状の傾斜部の一部0こおいて反
射壁手段は、前記受入れフィールド内の前記エネルギ入
射部に進入する外部エネルギ線の前記エネルギートラッ
プ上への反射作用と一致する最大の勾配を実質的Oこと
る様に傾斜した輪郭カーブを有する事を特徴とする放射
エネルギ伝達装置。 2 前記屈折作用を有する内部媒体は略均等な屈折率を
有する前記特許請求の範囲第1項記載の装置。 3 更Oこ、前記受入れフィールド内で前記入射部を進
入する放射エネルギを略完全Oこ内反対させる為前記屈
折作用の内部媒体と反射壁手段とを含む装置を有する前
記特許請求の範囲第1項記載の装置。 4 前記の凹状に傾斜する反射壁手段は、1対の対向し
て長手方向に延在するエネルギ反射兼案内面を有する如
き前記特許請求の範囲第1項記載の装置。 5 前記伝達装置は光学軸を有し、前記受入れフィール
ドが受入れ角度を含み、前記入射部番こおける前記反射
壁手段の終部が横方向の縁部を有する長手方向に延在す
るエネルギ入射部を形成し、前記エネルギートラップは
前記エネルギ入射部と略共通の面をなし横方向の縁部を
有する長手方向【こ延長するエネルギー射出部を有し、
前記反射案内作用面の各々の輪郭カーブは放物線形状で
、その放物線の焦点として前記エネルギ射出部の対向す
る横方向縁部と、放物線の軸として前記受入れ角と量的
に等しい前記光学軸と一角度を形成する線を有し、光学
的方向のcosineで表示する時、前記伝達装置の受
入れフィールドは前記受入れ角の5ine値と等しい短
半径と10こ等しい長半径の楕円である前記特許請求の
範囲第4項記載の装置。 6 前記エネルギ射出部から前記エネルギ入射部を分離
する距離は、前記受入れ角のcotangent値で乗
じた前記入射部と射出部の横方向寸法の和の半分より犬
ぎくならない前記特許請求の範囲第5項記載の装置。 7 前記壁手段は略円錐状の形態を有し、略円形のエネ
ルギー入射部を画成し、前記エネルギートラップは前記
エネルギ入射部と略共通面をなす略円形のエネルギ射出
部を有する前記特許請求の範囲第1項記載の装置。 8 前記伝達手段は光学軸を有し、前記受入れフィール
ドは受入れ角を有し、前記の反射壁手段の輪郭カーブは
、放物線状で、放物線の焦点として前記射出部の対向す
る縁部を有し、放物線の軸として前記受入れ角に等しい
前記光学軸を有する一角塵を形成する線を有し、光学軸
方向のcosineF表示する時前記伝達手段の受入れ
フィールドは直円錐である前記特許請求の範囲第7項記
載の装置。 9 前記エネルギートラップは前記伝達手段に対して外
部にある前記特許請求の範囲第1項記載の装置。 10前記トラップ手段は放射エネルギを電気エネルギに
変換する為の装置を有する如き前記特許請求の範囲第1
項記載の装置。 11 更Oこ、複数個の前記伝達装置を有する前記特許
請求の範囲第1項記載の装置。 12前記反射壁手段は更に一層の反射材料と光学的に結
合された前記内部媒体を有する前記特許請求の範囲第1
項記載の装置。 13前記工ネルギ入射部は前記伝達手段に対し外部の媒
体と同じ屈折率の媒体と光学的に結合され、前記反射壁
手段を形成する前記特許請求の範囲第1項記載の装置。 14外部の放射エネルギ伝達媒体に使用し、放射モード
で作用可能な放射エネルギ伝達装置において、 放射エネルギを案内し、エネルギ射出部を形成する手段
からなる略凹状に傾斜する放射エネルギ反射壁手段と、 前記エネルギ射出部を含み、放射エネルギの放射フィー
ルドを形成する手段と、 放射エネルギを屈折する内部媒体とを有する伝達手段と
、前記壁手段により案内される放射エネルギを放射する
為前記反射壁手段と作用的Oこ関連する放射エネルギ源
とを含み、前記反射壁手段は前記屈折作用内部媒体と外
部の放射エネルギ伝達媒体との間に界面を有し、前記内
部媒体は、前記外部媒体よりも放射エネルギOこ対して
大きな屈折率を有し、前記外部媒体の内部媒体に対する
屈折率の比は少くとも2の平方根であり、 前記の凹状(こ傾斜する反射壁手段の少くとも一部は、
前記放射フィールド内の前記エネルギ射出部を経る前記
エネルギ源からの全てのエネルギ線の反射に一致する最
大限の勾配を実質的にとらせる様傾斜する輪郭カーブを
有する反射手段を含む事を特徴とする放射エネルギ伝達
装置。 15前記屈折作用内部媒体は略均等な屈折率を有する前
記特許請求の範囲第14項記載の装置。 16 更に、前記受入れフィールド内の前記射出部を介
して放射エネルギを略完全に内反対させる為、前記屈折
作用の内部媒体と反射壁手段を含む装置を有する前記特
許請求の範囲第14項記載の装置。 17前記の凹状に傾斜する反射壁手段は一対の対向する
長手方向に延在するエネルギ反射兼案内作用面を有する
前記特許請求の範囲第14項記載の装置。 18前記伝達手段は光学軸を有し、前記放射フィールド
が放射角を有し、前記射出部における前記反射壁面の終
部が横方向縁部を有する長手方向0こ延在するエネルギ
射出部を画成し、前記エネルギ源は、前記エネルギ射出
部と略共通面をなし、横方向縁部を有する長手方向ζこ
延在するエネルギ源を有し、前記反射兼案内面の各々の
輪郭カーブは、放物線形状で、その放物線の焦点として
前記エネルギ入射部の対向する横方向縁部を有し、その
放物線の軸として前記放射角と量的に等しい前記光学軸
と一角塵を形成する線を有し、光学的方向のcos i
ne値で表示する時、前記伝達手段の放射フィールドは
、前記放射角の5ine値に等しい短半経と、1に等し
い長半径の楕円である如き前記特許請求の範囲第14項
記載の装置。 19前記工ネルギ入射部を前記エネルギ射出部から分離
する距離は、前記受入れ角のcotangent値で乗
じた前記入射部と射出部の横方向寸法の和の半分よりも
大きくならない前記特許請求の範囲第18項記載の装置
。 20前記壁手段は、略円錐形状をなし、且略円形のエネ
ルギ射出部を画成し、前記エネルギートラップ手段は、
前記エネルギ射出部と略共面をなす略円形のエネルギ入
射部を有する如き前記特許請求の範囲第14項記載の装
置。 21 前記伝達手段は光学軸を有し、前記放射フィー
ルドは放射角を有し、前記反射壁手段の輪郭カーブは放
物線形状で、放物線の焦点として前記入射部の反対側の
縁部を有し、放物線の軸として前記放射角度に等しい前
記光学軸と一角度を形成する線を有し、光学的方向のc
os i ne値で表示される時前記伝達手段の放射フ
ィールドは直円錐である前記特許請求の範囲第20項記
載の装置。 22前記エネルギ源は前記伝達手段(こ対して外部にあ
る前記特許請求の範囲第14項記載の装置。 23前記エネルギ源は電気エネルギを放射エネルギに変
換する装置を有する前記特許請求の範囲第14項記載の
装置。 24 更に、複数個の前記伝達手段を有する前記特許請
求の範囲第14項記載の装置。 25前記反射壁面は更に一層の反射材料と光学的に結合
された前記内部媒体を有する前記特許請求の範囲第14
項記載の装置。 26前記工ネルギ射出部は前記伝達手段に対し外部の媒
体と等しい屈折率の媒体と光学的(こ結合される前記特
許請求の範囲第14項記載の装置。 27外部の放射エネルギ伝達媒体に使用し集中モードで
使用する放射エネルギ伝達装置Oこおいて、放射エネル
ギを案内し、エネルギ入射部を画成する装置を有する略
凹状に傾斜する放射エネルギ反射壁手段と、 前記エネルギ入射部を含み、放射エネルギの受入れフィ
ールドを形成する為の手段と、 放射エネルギ屈折作用内部媒体とを有する伝達手段と、
前記壁面により案内された放射エネルギを受取る為の前
記反射壁面と作用的に関連した放射エネルギートラップ
手段とを含み、前記反射壁手段は、前記の反射作用内部
媒体と外部の放射エネルギ伝達媒体との間Oこ界面を有
し前記内部媒体は前記外部媒体より放射エネルギに対し
犬ぎな屈折率を有し、 前記の凹状に傾斜した反射壁手段の少くとも一部は、前
記受入れフィールド内の前記エネルギ入射部を進入する
外部エネルギ線の前記エネルギートラップに対する全白
反射と一致する最大限の勾配を実質的0ことらせる様に
傾斜した輪郭カーブを有する事を特徴とする放射エネル
ギ伝達装置。 28外部の放射エネルギ伝達媒体に使用し放射モードで
作用可能な放射エネルギ伝達装置において、放射エネル
ギを案内し、エネルギ射出部を形成する装置を有する略
凹状に傾斜する放射エネルギ反射作用壁手段と、 前記エネルギ射出部を含み、放射エネルギの為の放射フ
ィールドを形成する為の装置と、放射エネルギ屈折作用
内部媒体とを有する伝達手段と、前記壁手段により案内
される放射エネルギを放射させる為前記反射壁手段と作
用的に関連する放射エネルギ源とを含み、前記反射壁手
段は、前記屈折作用内部媒体と外部放射エネルギ伝達媒
体との間に界面を有し、前記内部媒体は前記外部媒体よ
りも放射エネルギ【こ対し大きな屈折率を有し、 前記の凹状に傾斜する反射壁手段の少くとも一部は、前
記の放射フィールド内の前記エネルギ射出部を介する前
記エネルギ源からの全てのエネルギ線の全白反射ニ一致
する最大限の勾配を実質的Oことらせる様傾斜された輪
郭カーブを有する反射手段を含む事を特徴とする放射エ
ネルギ伝達装置。Claims: 1. A radiant energy transfer device operating in a concentrated mode and used with an external radiant energy transfer medium, comprising a generally concavely inclined radiant energy transfer device with a device for guiding the radiant energy and forming an energy entrance. reflective wall means; means including the energy incidence portion and forming a receiving field for radiant energy; a transmitting means having an internal medium having a radiant energy refraction effect; and for receiving radiant energy guided by the wall means. radiant energy trapping means operatively associated with said reflective wall means of said reflective wall means having an interface between said refractive internal medium and said external radiant energy transfer medium; the medium has a greater refractive index relative to the radiant energy O than said external medium, the ratio of the refractive index of said external medium to that of said internal medium is at least the square root of 2, and at least said concave slope In a portion of the section, the reflecting wall means is configured to substantially eliminate a maximum slope corresponding to a reflection action onto the energy trap of external energy rays entering the energy input section within the receiving field. 1. A radiant energy transmission device characterized by having a contour curve inclined to . 2. The device according to claim 1, wherein the internal medium having a refractive effect has a substantially uniform refractive index. 3. Further comprising a device comprising said refractive internal medium and reflective wall means for substantially completely reversing radiant energy entering said input portion within said receiving field. Apparatus described in section. 4. The apparatus of claim 1, wherein said concavely sloping reflecting wall means has a pair of opposing longitudinally extending energy reflecting and guiding surfaces. 5. said transmission device having an optical axis, said acceptance field comprising an acceptance angle, and a longitudinally extending energy input section having a lateral edge at the end of said reflective wall means in said input section. wherein the energy trap has an energy exit section extending in a longitudinal direction, the energy trap having a substantially common plane with the energy entrance section and a lateral edge;
The contour curve of each of said reflective guiding surfaces is parabolic in shape, with opposite lateral edges of said energy exit part as the focus of the parabola and aligned with said optical axis quantitatively equal to said acceptance angle as the axis of the parabola. The acceptance field of the transmission device is an ellipse with a minor axis equal to 5ine values of the acceptance angle and a major axis equal to 10 when expressed in cosine of the optical direction with lines forming an angle. The device according to scope item 4. 6. The distance separating the energy input section from the energy output section is not less than half the sum of the lateral dimensions of the input section and the exit section multiplied by a cotangent value of the acceptance angle. Apparatus described in section. 7. The above-mentioned claim, wherein the wall means has a substantially conical shape and defines a substantially circular energy input portion, and the energy trap has a substantially circular energy output portion that is substantially coplanar with the energy input portion. The device according to item 1. 8. the transmission means has an optical axis, the acceptance field has an acceptance angle, the profile curve of the reflective wall means is parabolic and has opposite edges of the exit part as a focus of the parabola; , the acceptance field of the transmission means is a right circular cone when expressed cosine F in the direction of the optical axis, with the optical axis equal to the acceptance angle as the axis of a parabola; The device according to item 7. 9. The apparatus of claim 1, wherein the energy trap is external to the transmission means. 10 The trapping means comprises a device for converting radiant energy into electrical energy.
Apparatus described in section. 11. The device according to claim 1, further comprising a plurality of said transmission devices. 12. Said reflective wall means further comprises said internal medium optically coupled with a layer of reflective material.
Apparatus described in section. 13. The device according to claim 1, wherein said energy input portion is optically coupled to a medium having the same refractive index as a medium external to said transmission means, and forms said reflective wall means. 14. A radiant energy transmitting device for use with an external radiant energy transmitting medium and capable of operating in a radiant mode, comprising: a generally concavely inclined radiant energy reflecting wall means comprising means for guiding radiant energy and forming an energy exit portion; means for forming a radiant field of radiant energy; a transmitting means having an internal medium for refracting the radiant energy; and reflecting wall means for radiating the radiant energy guided by the wall means. an associated radiant energy source, said reflective wall means having an interface between said refractive internal medium and an external radiant energy transfer medium, said internal medium being more radiative than said external medium. energy O, wherein the ratio of the refractive index of the external medium to the internal medium is at least the square root of 2, and at least a portion of the concave (sloping) reflecting wall means is
characterized in that it comprises reflective means having a profile curve sloping so as to cause substantially the maximum slope corresponding to the reflection of all energy rays from the energy source passing through the energy exit in the radiation field; A radiant energy transfer device. 15. The apparatus of claim 14, wherein the refractive internal medium has a substantially uniform refractive index. 16. The apparatus of claim 14, further comprising a device comprising said refractive internal medium and reflective wall means for substantially completely redirecting radiant energy through said exit portion within said receiving field. Device. 17. The apparatus of claim 14, wherein said concavely sloped reflective wall means has a pair of opposing longitudinally extending energy reflecting and guiding surfaces. 18 The transmission means has an optical axis, the radiation field has a radiation angle, and the end of the reflective wall at the exit defines an energy exit extending longitudinally with a lateral edge. The energy source has an energy source substantially coplanar with the energy emitting portion and extending in the longitudinal direction ζ having lateral edges, and each of the reflecting and guiding surfaces has a contour curve such that: having the shape of a parabola, having as the focus of its parabola the opposite lateral edges of the energy incidence part, and having as the axis of its parabola a line forming an angle with the optical axis quantitatively equal to the radiation angle; , optical direction cos i
15. The apparatus of claim 14, wherein the radiation field of the transmission means, when expressed in terms of ne values, is an ellipse with a minor axis equal to the 5ine value of the radiation angle and a major axis equal to 1. 19. The distance separating the energy input section from the energy exit section is not greater than half the sum of the lateral dimensions of the input section and the exit section multiplied by the cotangent value of the acceptance angle. The device according to item 18. 20 The wall means has a generally conical shape and defines a generally circular energy emitting portion, and the energy trapping means includes:
15. The apparatus according to claim 14, further comprising a substantially circular energy input section that is substantially coplanar with the energy output section. 21. the transmission means has an optical axis, the radiation field has a radiation angle, the profile curve of the reflective wall means is parabolic in shape, with the edge opposite the incident part as the focus of the parabola; having as the axis of a parabola a line forming an angle with the optical axis equal to the radiation angle, c of the optical direction;
21. Apparatus according to claim 20, wherein the radiation field of the transmission means when expressed in os i ne values is a right circular cone. 22. The device according to claim 14, wherein the energy source is external to the transmission means. 23. The energy source comprises a device for converting electrical energy into radiant energy. 24. The apparatus of claim 14, further comprising a plurality of said transmission means. 25. The reflective wall surface further comprises said internal medium optically coupled with a further layer of reflective material. Said Claim No. 14
Apparatus described in section. 26. The device according to claim 14, wherein the radiant energy output portion is optically coupled to a medium having a refractive index equal to that of the medium external to the transmission means. 27 Used for an external radiant energy transmission medium. A radiant energy transmission device O for use in a concentrated mode, comprising: generally concavely inclined radiant energy reflecting wall means having a device for guiding radiant energy and defining an energy input portion; means for forming a radiant energy receiving field; and a transmitting means having a radiant energy refracting internal medium;
radiant energy trapping means operatively associated with said reflective wall surface for receiving radiant energy guided by said wall surface, said reflective wall means comprising said reflective internal medium and external radiant energy transfer medium. said internal medium has a higher index of refraction for radiant energy than said external medium; A radiant energy transfer device, characterized in that it has a contour curve sloped so as to reduce the maximum slope to substantially zero, which coincides with the total white reflection of an external energy ray entering the entrance part to the energy trap. 28. A radiant energy transmitting device for use with an external radiant energy transmitting medium and operable in a radiant mode, comprising substantially concavely inclined radiant energy reflecting wall means having a device for guiding radiant energy and forming an energy exit; a transmitting means including the energy emitting portion and having a device for forming a radiation field for the radiant energy, a radiant energy refracting internal medium, and the reflecting means for radiating the radiant energy guided by the wall means. a radiant energy source operatively associated with wall means, said reflective wall means having an interface between said refractive internal medium and an external radiant energy transmitting medium, said internal medium having a lower surface area than said external medium; radiant energy, wherein at least a portion of said concavely inclined reflective wall means has a large refractive index, and said at least a portion of said concavely inclined reflective wall means absorbs all energy rays from said energy source via said energy exit within said radiation field. A radiant energy transmitting device characterized in that it comprises a reflecting means having a contour curve sloped to provide a maximum gradient of substantially 0 corresponding to a total white reflection.
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