光學(xué)元件以及光學(xué)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 實(shí)施方式涉及光學(xué)元件以及光學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池的平均聚光面積的成本可能由于與廉價的聚光體組合而下降。聚光體 是光學(xué)元件之一。這樣組合了聚光體和太陽能電池的裝置被稱作聚光型太陽能電池。此外， 在考慮設(shè)置空間、重量的限制時，期望聚光體盡可能為薄型。
[0003]作為實(shí)現(xiàn)上述期望的技術(shù)，有被稱作RXI (Refraction (R)，ref leXtion (X)， and total Internal reflection(I))型的聚光體。該聚光體與以往的CPC(Compound Parabolic Concentrator:復(fù)合拋物面聚光體）型相比，特征在于非常薄。
[0004] 上述所提到的聚光體是關(guān)于太陽能電池而敘述的。但是，上述聚光體也能夠作為 將LED配置在配置太陽能電池的場所并進(jìn)行LED(LightningEmittingDiode:發(fā)光二極 管）照明用的準(zhǔn)直透鏡而利用。這是由于光線的可逆性（即使使光線方向逆轉(zhuǎn)也成立）。 艮P，如果將太陽能電池置換為LED并使光線方向逆轉(zhuǎn)，則能夠獲得與太陽能電池的情況相 同的結(jié)論。因此，下面將太陽能電池以及LED稱為與光學(xué)元件（聚光體或者準(zhǔn)直透鏡）連 接的連接元件。此外，將組合了光學(xué)元件和連接元件的裝置稱為非成像系統(tǒng)光學(xué)裝置。
[0005]非專利文獻(xiàn)1 :"A high - gain, compact, nonimaging concentrator :RXI，'，Juan C.Minano,Juan C. Gonzalez，and Pablo Benitez。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于，提供光利用效率較高的光學(xué)元件以及光學(xué)裝置。
[0007] 實(shí)施方式的光學(xué)兀件，由相對于光透明的材料構(gòu)成，該光學(xué)兀件的特征在于，具備 表面、與表面對置的背面、以及連接面，表面在與連接面對置的區(qū)域具有凹陷面，凹陷面將 與連接面最近的點(diǎn)作為最接近點(diǎn)，在最接近點(diǎn)以外具有第一特殊點(diǎn)。
[0008] 此外，實(shí)施方式的光學(xué)裝置的特征在于，具有：光學(xué)元件、以及具有受光面的受光 元件或具有發(fā)光面的發(fā)光元件，光學(xué)元件的連接面與受光面或發(fā)光面對置而配置。
【附圖說明】
[0009] 圖1是實(shí)施方式的光學(xué)裝置的立體圖。
[0010] 圖2是實(shí)施方式的光學(xué)元件以及光學(xué)裝置的立體圖。
[0011] 圖3是實(shí)施方式的光學(xué)元件的剖視示意圖和光線圖。
[0012] 圖4是實(shí)施方式的光學(xué)元件的剖視示意圖和光線圖
[0013] 圖5是實(shí)施方式的光學(xué)元件的剖視示意圖。
[0014] 圖6是實(shí)施方式的光學(xué)裝置的立體圖。
[0015] 圖7是實(shí)施方式的光學(xué)元件的剖視示意圖。
[0016] 圖8是實(shí)施方式的光學(xué)裝置的立體圖。
[0017] 圖9是實(shí)施方式的光學(xué)裝置的配光分布。
[0018] 圖10是實(shí)施方式的發(fā)電裝置的示意圖。
[0019] 圖11是實(shí)施方式的發(fā)電裝置的示意圖。
[0020] 圖12是實(shí)施方式的發(fā)電裝置的示意圖。
[0021] 符號說明
[0022] 1…連接元件，2…中心點(diǎn)，3…旋轉(zhuǎn)對稱軸，4…第一特殊點(diǎn)，5…第二特殊點(diǎn)，6…中 心孔，7…連接面，8…表面，8A…第一表面，8B…第二表面，80??第三表面，9…背面，10…空 隙，11…光線，12…光線A，13…光線B，14…傳熱體，15…光學(xué)兀件，16…螺絲，17…第一點(diǎn)， 18…第二點(diǎn)，19…第三點(diǎn)，20…第四點(diǎn)，100…太陽能電池，101…光學(xué)兀件，102…光電變換 元件，103…空隙，104…連結(jié)部件，105…驅(qū)動裝置
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如上所述的以往的薄型的聚光體，在入射面以及反射面上分別具有金屬（例如 鋁）蒸鍍面。入射面?zhèn)鹊慕饘僬翦兠娴?邊的大小與連接元件相比，為其10倍以上。
[0024] 金屬蒸鍍面越大時，遮蔽太陽光的面積變得越大。為此，導(dǎo)致光利用效率的降低。 此外，在聚光體內(nèi)部傳輸?shù)墓饩€不僅在金屬蒸鍍面進(jìn)行一次反射還在金屬蒸鍍面進(jìn)行一次 以上反射的情況變多。由金屬進(jìn)行的反射，由于吸收而通常有10%左右的損失。為此，由此 也導(dǎo)致光利用效率的降低。如上所述，使金屬蒸鍍面減小，在太陽能電池、發(fā)光裝置中，需要 大面積的光學(xué)元件，因此課題在于用低成本技術(shù)使光利用效率提高。
[0025] 此外，太陽能電池由于聚光后的光而變熱并達(dá)到高溫。由此，也存在太陽能電池發(fā) 生劣化的課題。在代替太陽能電池而配置LED的情況下，LED的發(fā)熱成為課題。
[0026] 以下，通過實(shí)施方式對光學(xué)元件及光學(xué)裝置進(jìn)行具體說明。
[0027](第一實(shí)施方式）
[0028] 第一實(shí)施方式的光學(xué)兀件，由相對于光透明的材料構(gòu)成，該光學(xué)兀件具備表面、與 表面對置的背面、以及連接面，表面在與連接面對置的區(qū)域具有凹陷面，凹陷面將與連接面 最近的點(diǎn)作為最接近點(diǎn)，在最接近點(diǎn)以外具有第一特殊點(diǎn)。以下，使用圖1至圖5對第一實(shí) 施方式進(jìn)行說明。以下，只要未特別否定，就假定連接元件1是太陽能電池即受光型的情 況，并對入射到光學(xué)元件15的光線被向連接元件1導(dǎo)入的情況進(jìn)行說明。連接元件1是發(fā) 光型的情況下，光線從光學(xué)元件15出射，因此光線路徑與受光型的實(shí)施方式相反。關(guān)于光 學(xué)元件15是發(fā)光型的實(shí)施方式的說明，在本實(shí)施方式中原則上予以省略，但構(gòu)成及原理基 本是共通的。此外，將與連接元件1的受光面或者發(fā)光面垂直的上方設(shè)為上，上的相反方向 設(shè)為下。
[0029] 圖1是光學(xué)裝置的立體圖。圖1的光學(xué)裝置由光學(xué)元件15、傳熱體14、連接元件 1構(gòu)成。實(shí)施方式的光學(xué)裝置是非成像系統(tǒng)。
[0030] 連接元件1具有直徑20_的球型的受光面（LED的情況下為發(fā)光面）。連接元件1 是受光元件或發(fā)光元件。具體的連接元件1例如舉出光電變換元件、LED和有機(jī)EL(Electro Luminescence:電致發(fā)光）。但是，不限于此。如果連接元件1例如是光電變換元件等的受 光元件，則實(shí)施方式的光學(xué)裝置是受光型。此外，如果連接元件1是LED、有機(jī)EL等的發(fā)光 元件，則實(shí)施方式的光學(xué)裝置是發(fā)光型的。連接元件的形狀根據(jù)光學(xué)元件15的形狀，優(yōu)選 的形狀是不同的。連接元件1的形狀除了是球形以外還舉出例如長方形狀為例。
[0031] 優(yōu)選光學(xué)元件15是光學(xué)上透明的材料。光學(xué)元件15是被稱作所謂的聚光體或聚 光器的元件。關(guān)于光學(xué)元件15的具體的材料，例如舉出丙烯、聚碳酸酯、玻璃等。但是，并 不限于此。此時，將光學(xué)元件15的材料的折射率設(shè)為n。在丙烯的情況下，n為約1.49。光 學(xué)元件15具有供太陽光入射的表面8和與表面8對置的背面9。光學(xué)元件15的連接面7 與連接元件1的受光面或發(fā)光面對置而配置或與連接元件1連接。光學(xué)元件15的連接面 7的下部具有空隙10。
[0032] 圖4表示將光學(xué)元件15的一部分放大后的剖視示意圖。該圖將包含旋轉(zhuǎn)對稱軸 3的平面作為剖面。在圖4中，表面8具有第一表面8A、第二表面8B、第三表面8C。優(yōu)選第 一表面8A具有平面或凸曲面。優(yōu)選第二表面8B和第三表面8C是凸曲面。第一表面8A是 供光線從外部入射的表面。使由背面9反射后的光線的一部分在第二表面8B全反射。使 由背面9反射后的光線13的一部分在第三表面8C反射。在表面8及背面9中，反射是在 設(shè)置于光學(xué)元件15的反射面進(jìn)行的。
[0033] 第二表面8B存在于第一表面8A與第三表面8C之間。第一表面8A的一方的端部 與第二表面8B的一方的端部連接。第二表面8B的另一方的端部與第三表面8C的一方的 端部連接。第二表面8B具有使由背面9反射后的光線12的一部分進(jìn)行一次或者兩次以上 全反射的凸曲面。例如，通過增大第二表面8B相對于第一表面8A的面積比率，從而較大地 傾斜著入射進(jìn)來的光線也能夠通過全反射而引導(dǎo)至連接面7,能夠聚光或能夠配光的光線 的角度變大，這是優(yōu)選的。兩次以上的全反射連續(xù)進(jìn)行。在與連接面7對置的區(qū)域，第二表 面8B和第三表面8C形成凹陷面。優(yōu)選在第二表面8B與第三表面8C之間具有第一特殊點(diǎn) 4。優(yōu)選從第一特殊點(diǎn)4 一直到表面8中的距連接面7最近的最接近點(diǎn)而具有反射面（第 三表面8C)。優(yōu)選第三表面8C具有對第三表面8C反射涂層而形成的反射面或與第三表面 8C物理接觸的反射面。作為反射面，舉出金屬面、白色面等。反射面能夠通過CVD(Chemical VaporDeposition:化學(xué)氣相沉淀）、PVD(PhysicalVaporDeposition:物理氣相沉淀）、 涂敷等公知的方法而形成?；蛘?，也可以使具有與第三表面8C接觸的這種面的反射部件接 合。鋁蒸鍍的情況下，正反射率是約90%。
[0034] 背面9具有金屬面或白色面的反射面，以使入射到光學(xué)元件15的內(nèi)部的光線11 在內(nèi)部反射。背面9的形成方法與第三表面8C的反射面相同。
[0035] 光學(xué)元件15例如是相對于旋轉(zhuǎn)對稱軸3旋轉(zhuǎn)對稱的形狀。在此，所謂旋轉(zhuǎn)對稱， 意味著在將旋轉(zhuǎn)對稱軸3作為旋轉(zhuǎn)軸而使光學(xué)元件15旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)的角度小于360°時與 原來的形狀一致。
[0036] 設(shè)中心點(diǎn)2處于旋轉(zhuǎn)對稱軸3上，且是與第三表面8C的距離最近的點(diǎn)。
[0037] 在此，光學(xué)元件15的最大直徑（與旋轉(zhuǎn)對稱軸3正交的方向的最大尺寸）例如是 192_，厚度（沿著旋轉(zhuǎn)對稱軸3的方向的最大尺寸）例如是49_。另外，光學(xué)元件15也可 以是不具有對稱性的形狀。
[0038] 圖2是將光學(xué)元件15和傳熱體14分離后的情況下的立體圖。傳熱體14是將連接 元件1冷卻的部件。傳熱體14優(yōu)選是熱傳導(dǎo)性較高的部件，例如舉出銅、鋁、碳等。但是， 并不限于此。傳熱體14能夠在實(shí)用中省略，但出于散熱