CN102313975A - 聚光系统 - Google Patents

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Abstract

一个用于聚集光能量的光学系统，包括一个用于将入射光转为会聚光的聚光器、一个用于接受会聚光并减小会聚光的会聚角度的光准直器、和一个用于引导该减小角度的会聚光到一个光导的光引导元件。光导传输该引导光。

Description

聚光系统
【技术领域】
在此披露的本发明涉及一个光学系统，特别涉及一个用于聚集光能的聚光光伏系统。
【背景技术】
虽然阳光这种太阳能发电的能源，看似丰富和无燃料费，但是阳光的这些好处却要被太阳能发电光伏(PV)电池的相当昂贵而抵消。而且，由于这些PV电池相当低的效能，PV电池就需要占用相当大的面积，才能产生足够量的电力。因此，提高PV电池的效能会降低太阳能发电的成本和/或增加太阳能发电装机容量。
聚光光伏(CPV)系统是通过光学元件将阳光聚集到相当小的太阳能电池上，减少使用昂贵的太阳能电池材料。CPV技术是一种将太阳能转换为电能的很重要的方法。
【发明内容】
本发明的目的在于提供能有效聚集光能的装置和方法。
一种装置，包括：一个聚光器，用于将入射光转换为会聚光；一个光准直元件，用于接受所述会聚光，并减小所述会聚光的会聚角度；一个光引导元件，用于引导所述减小角度的会聚光到一个光导以传输所述引导光。
一种方法，包括：收集并会聚入射光到一个光准直元件上；通过所述光准直元件以减小所述会聚光的会聚角度；将所述减小角度的会聚光转向引导到一个光导以传输所述引导光。
本发明的优点在于利用光准直元件来减小会聚光的会聚角度，从而使准直后的会聚光更容易在光导内以全反射形式传播，避免了由于遮挡、反射等造成的解耦作用而导致的光损失，从而获得更高的光学效率。
本发明贡献在于，由于独特的光学准直与光导设计，该系统具有大的光学容忍角度(大大降低对追踪器精度要求)、低光学损耗(可获得超高光电转换效率)、超高聚光比(进一步降低对电池材料需求)的优异特性，且简单可靠，是低成本的聚光太阳能系统的行之有效的解决方案之一。
【附图说明】
将参照以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性的实施例，其中在整个说明书里相同参照码是指相同部件，除非特别加以说明。
图1是一个实施例的聚光系统的截面图。
图2是一个实施例的聚光系统的透视图。
图3是一个实施例的聚光系统的一部分的截面图。
图4是一个实施例的聚光系统的截面图。
图5-17是多个实施例的聚光系统的一部分的截面图。
【具体实施方式】
在以下的详细描述中，阐述了众多具体细节，以便能够全面理解本发明主题。但是，本领域技术人员将会明白，在没有这些具体细节的情况下也可以实施本发明主题。另外，本领域技术人员所熟知的方法、装置或系统将不作详细描述，以免混淆所主张的发明主题。
在整个说明书里，“一个实施例”可以是指关于一个特别实施例而描述的一个特别特征、结构或特性，该特别实施例可以包含在本发明的至少一个实施例内。因此，在说明书里各个地方出现的“在一个实施例里”不一定意在指同一实施例或描述的任何一个特别实施例。此外，可以理解，在一个或多个实施例里，特定特征、结构或特性可以以各种方式进行组合。当然，这样那样的问题可随特定上下文的使用不同而不同。因此，描述的特定上下文或这些术语的使用能够提供关于将对所述情形得出的推论的有益的指导。
在一个实施例中，聚光系统可以包括一个或多个聚光器和一个光导结构。例如，该系统可以通过光学元件将太阳光聚集到相当小的光伏(PV)电池上，将太阳能转换成电能。聚光器可将入射阳光聚集到光准直器和/或光引导元件(light directing elements)上。例如，光准直和/或光引导元件可以将聚集的入射光准直在相当小的会聚角度内，并引导该准直光到一个光导结构，这将在以下描述。进行光准直的一个好处是，在光导结构里由于解耦作用导致的光损失会消失或者减小，以便将光传输到一个能量转换元件。在一个实施中，能量转换元件将光转换成不同形式的能量，如电能和热能，能量转换元件可以包括PV电池和/或热转换装置，本发明不受此限制。
在一个实施例中，一个或多个光准直和/或光引导元件可以置于光导结构的外部，使得光准直和/或光引导元件在光导结构的光传输路径之外。将光准直和/或光引导元件放置在这样的位置上，有一个好处就是，光准直和/或光引导元件不会阻碍光线在光导结构里的传输。一个相反的例子，光准直和/或光引导元件物理位于光导结构的内部，这会阻碍部分光线沿着光导结构行进。在一个实施中，光导结构，如杆型光导，可用于将光传输到一个能量转换元件，其物理地和/或光学地附于光导的末端区域。从多个聚光器出来的光线可共用同一个光导，尽管本发明主题不受此限制。
在一些实施例里，光准直和/或光引导元件可以组合成一个单独的光学元件，叫作准直引导元件(CDE)。例如，CDE可以包括至少一个表面，其非常靠近聚光器的焦点，以接受来自聚光器的光线。
聚光器在一个相当大的面积上收集光线，并将收集的光线聚集在一个相当小的面积内，聚光器可以包括折射透镜或折射透镜的一个组合(如复合透镜)，和/或菲涅耳透镜，这些仅是一些例子。该聚光器可以有一个相关焦距，其定义了这么一个距离，从该聚光器反射的光(或穿过该聚光器的光)可被聚焦在该距离上。另外，该聚光器可以有一个相关的数值孔径(N.A.)，其定义了这么一个会聚角度，是从该聚光器反射的光锥角度。这个会聚角度可以用一个f-值来描述：f-值(有时称作焦比、f-比、f-光圈、相对孔径)可以表示为聚光器的焦距除以有效孔径。f-值是一个无量纲值，是透镜速率或光锥陡度的一个数量计量。聚光器以一个特定的f-值而聚集光线，并且聚焦在一个特定的焦距上。该聚光器的下游光学元件的安排可以至少部分地根据焦距和/或N.A.来进行排列。聚光器的一个阵列可以包括一个或多个聚光器排列成任何可能的方式。在一个特别的例子里，该阵列是聚光器以行列排列。
在一个实施中，一种收集和/或聚集光的方法包括：收集入射光线并将其聚焦到一个光准直元件上，以增加入射光的f-值。该方法还可以包括：转向引导(steer)该增加了f-值的来自光准直器的光进入一个光导，经由该光导传输该转向引导光到一个能量转换装置。在一个实施中，光准直元件可以进行光的转向(light steering)。在另一个实施中，光引导元件可以进行光的转向。增加入射光的f-值可以通过一个光学元件的一个曲面而执行。该方法还可以包括：合并从多个光准直元件出来的转向光。
图1是一个实施例的聚光系统100的截面图。系统100包括光学元件(如透镜、反射镜、波导等)的一个布置排列，以将照射在一个区域上(该区域由一个长度104定义)的光线聚集到一个更小区域上(该区域由一个长度102定义)。特别地，系统100可以包括一个或多个聚光器120以将入射光150转换成一个会聚的光锥160。聚光器120可以包括一个曲面反射镜，如抛物线型或球面型反射器。在一个实施中，曲面反射镜可以是各种材料，如玻璃、塑料或金属(其可以包括一个或多个反射涂层)。光线150可以是平行的太阳光，入射到聚光器120的曲面上，被反射成一会聚光锥160。例如，光线150由聚光器120反射，被聚集成一个光锥160，其有一特别的f-值。光线160被聚集到一个CDE 130，其光学地附着在一个光导110上。该CDE将在以下做进一步描述。CDE 130可以将接受到的光线引导入光导110，光导110将引导光170传输到一个能量转换元件115。来自多个聚光器的光束可以共用一个光导。能量转换元件可以包括一个或多个装置，其能将聚集光转换成另一种形式的能量，如电能(如利用光伏电池)或热能(如利用热转换器)，这些仅仅是一些例子。在一个特别的实施中，给聚光器120和/或光导110提供物理支撑的一个结构是元件140，其包括刚性材料以保持聚光器120和光导110之间的一个恒定距离。
在一个实施中，CDE 130相当小，以减少对入射光150的阻碍。但是，CDE 130的尺寸和大小要足够大以至能满足设计公差，如包括入射光150的角度偏差、CDE的位置或与聚光器120的对齐、CDE内表面的反射角、和/或CDE准直部分的尺寸，以接受来自聚光器120的光线。
图2是一个实施例的聚光系统200的透视图。系统类似于图1的系统100。聚光器221、222、223可以将光分别聚集到CDE 231、232、233。聚光器可以是抛物线型或球面型反射器，它们放置以将会聚光反射到CDE。CDE 231、232、233接受到的光被耦合入光导210。光导210可以是任何类型的光导，如杆状光导。一旦耦合入光导210，光线会因为全内反射而在光导210内行进，到达能量转换元件215。当然，聚光系统的这些细节仅仅是示例，本发明主题不受此限制。
图3是一个实施例的聚光系统300的一部分的截面图。CDE 330光学地附着在光导310上，CDE 330可以包括一个光学元件，其有光准直器335和光引导器338。该光学元件可以包括石英、蓝宝石、塑料或其他光学材料。在一个特别实施中，光准直器335包括一个凹面在CDE 330表面处。光引导器338包括一个平坦反射内表面。在一个实施中，CDE 330的平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，CDE330的平坦反射表面可以包括一反射涂层，以反射CDE 330内部光线。在一个实施中，光线360进入光准直器335，被准直后得到光线365，光线365相对于光线360，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。一个特别例子里，光线360的会聚角度大约是60度，而光线365的会聚角度大约是20度，当然本发明主题并不受此限制。使用光准直器如335进行准直光线，可以有益处，例如，准直后，更容易控制光路径以避免或减小解耦效果。
光引导器338可以以一个特别角度来反射光线365，该特别角度至少部分是基于光导310的表面和光引导器338的反射表面之间的角度333。因此，光引导器338会以一个特别角度反射光线365，使得反射光线370以一个角度375进入光导310，该角度375允许全内反射出现在光导310内。光线370会在光导310内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
CDE 330和光导310之间的光学界面包括一粘合剂，其有光学特性并将CDE 330固定在光导310上。例如，具有高透射率的环氧树脂或其他粘合剂可以将CDE 330和光导310粘结在一起。在另一个实施中，CDE330可以通过不同于粘合剂的方法附着在光导310上，例如皮带、螺栓或其他硬件(未显示)可以用于将CDE 330附着在光导310上，当然本发明不受此限制。
图4是另一个实施例的聚光系统400的截面图。准直的入射光线460穿过一个支撑结构405，该支撑结构405物理支撑第二反射镜425。然后光线460入射到聚光器420，该聚光器有抛物面或球面反射表面。由聚光器420反射的会聚光465被引向第二反射镜425，其将光线折叠成一个光锥进入聚光器420的一个孔428。由第二反射镜反射的光线468在穿过孔428后，入射到CDE 430上，CDE 430或减小光线468的光锥角度，并引导最终光线进入光导410。例如，光线468的光锥角度可以从大约60度减小到大约20度或更小。最终光线470会在光导410内部行进，然后进入一个能量转换元件415。
在一个特别实施中，给聚光器420、第二反射镜425和/或光导410提供物理支撑的一个结构是元件440，其包括刚性材料以保持系统400内各元件之间的恒定距离。
图5是一个实施例的聚光系统500的一部分的截面图。CDE 530光学地附着在光导510上，CDE 530可以包括一个光学元件，其有光准直器535和光引导器538。在一个特别实施中，光准直器535包括一个凹面在CDE 530表面处。光引导器538包括CDE 530的一个曲面反射内表面。光引导器538可以是任何材料，如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚碳酸酯(PC)，这仅仅是一些示例。在一个实施中，CDE 530的曲面反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，CDE 530的曲面反射表面可以包括一反射涂层，以在CDE 530内部反射光线。在一个实施中，光线560进入光准直器535，被准直后得到光线平行565。在另一个实施中，光线560进入光准直器535，被准直后得到光线565，光线565相对于光线560，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器538可以以一个特别角度来反射光线565，该特别角度至少部分是基于光引导器538反射表面的形状或曲率。因此，光引导器538会以一个特别角度反射光线565，使得反射光线570以一个角度575进入光导510，该角度575允许全内反射出现在光导510内。光线570会在光导510内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图6是一个实施例的聚光系统600的一部分的截面图。CDE 630光学地附着在光导610上，CDE 630可以包括一个具有曲面638的光学元件，曲面638可以执行光准直器和/或光引导器的功能。光线660入射到表面638上，经反射被准直和引导。在一个实施中，CDE 630与光导610结合为一体，因此CDE 630和光导610是一体式光学材料。在另一个实施中，CDE 630和光导610是分开的，它们被光学地粘合在一起。在这种情况下，光导610包括至少两个相对的表面，其中传输光从一个进入端表面(如CDE630位于此表面处)进入，行进朝向一个出口端表面(如能量转换元件位于此表面处)。尽管本发明主题不受此限制，CDE 630可以大于光导610。所述曲面638可以是圆柱形、球面形、抛物面形、或者自由形状，这些仅仅是一些示例。表面638可以是任何材料，如玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚碳酸酯(PC)，这仅仅是一些示例。在一个实施中，曲面638可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，曲面638可以包括一反射涂层，以在CDE 630内部反射光线。曲面638可以以一个特别角度来反射光线665，该特别角度至少部分是基于曲面638反射表面的形状或曲率。因此，反射光线670以一个角度进入光导610，该角度允许全内反射出现在光导610内。光线670会在光导610内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图7是一个实施例的聚光系统700的一部分的截面图。实施例700类似于图3的实施例300，除了CDE 730和光导710由一个间隙734而分开。这个间隙可以填充有空气。CDE 730可以包括一个光学元件，其有光准直器735和光引导器738。该光学元件可以包括石英、蓝宝石、塑料或其他光学材料。在一个特别实施中，光准直器735包括一个凹面在CDE730表面处。光引导器738包括一个平坦反射内表面。
图8是一个实施例的聚光系统800的一部分的截面图。光准直器830光学地附着在光导810上，光准直器830包括一个凹面835在准直器830表面处。光引导器812包括一个平坦反射内表面在光导810的末端。在一个实施中，该平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，光引导器812的平坦反射表面可以包括一反射外部涂层，以反射光导810内部光线。在一个实施中，光线860进入光准直器830，被准直后得到平行光线865。在另一个实施中，光线860进入光准直器830，被准直后得到光线865，光线865相对于光线860，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器812可以以一个特别角度来反射光线865，该特别角度至少部分是基于光引导器812的反射表面关于光导810表面的一个角度833。因此，光引导器812会以一个特别角度反射光线865，使得反射光线870以一个角度进入光导810，该角度允许全内反射出现在光导810内。光线870会在光导810内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图9是一个实施例的聚光系统900的一部分的截面图。光准直器930光学地附着在光导910上，光准直器930包括一个凸透镜。光引导器912包括一个平坦反射内表面在光导910的末端。在一个实施中，该平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，光引导器912的平坦反射表面可以包括一反射外部涂层，以反射光导910内部光线。在一个实施中，至少部分基于光准直器930的焦距，光线960进入光准直器930，被准直后得到平行光线965。在另一个实施中，同样至少部分基于光准直器930的焦距，光线960进入光准直器930，被准直后得到光线965，光线965相对于光线960，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器912可以以一个特别角度来反射光线965，该特别角度至少部分是基于光引导器912的反射表面关于光导910表面的一个角度933。因此，光引导器912会以一个特别角度反射光线965，使得反射光线970以一个角度进入光导910，该角度允许全内反射出现在光导910内。光线970会在光导910内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图10是一个实施例的聚光系统1000的一部分的截面图。光准直器1030光学地附着在光导1010上，光准直器1030包括一个凹透镜(如凹柱透镜)。光引导器1012包括一个平坦反射内表面在光导1010的末端。在一个实施中，该平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，光引导器1012的平坦反射表面可以包括一反射外部涂层，以反射光导1010内部光线。在一个实施中，至少部分基于光准直器1030的焦距，光线1060进入光准直器1030，被准直后得到平行光线1065。在另一个实施中，同样至少部分基于光准直器1030的焦距，光线1060进入光准直器1030，被准直后得到光线1065，光线1065相对于光线1060，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1012可以以一个特别角度来反射光线1065，该特别角度至少部分是基于光引导器1012的反射表面关于光导1010表面的一个角度1033。因此，光引导器1012会以一个特别角度反射光线1065，使得反射光线1070以一个角度进入光导1010，该角度允许全内反射出现在光导1010内。光线1070会在光导1010内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图11是一个实施例的聚光系统1100的一部分的截面图。光准直器1130光学地附着在光导1110上，光准直器1130包括一个凸透镜(如凸柱透镜)。光引导器1112包括一个平坦反射内表面在光导1110的末端。在一个实施中，该平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，光引导器1112的平坦反射表面可以包括一反射外部涂层，以反射光导1110内部光线。在一个实施中，至少部分基于光准直器1130的焦距，光线1160进入光准直器1130，被准直后得到平行光线1165。在另一个实施中，同样至少部分基于光准直器1130的焦距，光线1160进入光准直器1130，被准直后得到光线1165，光线1165相对于光线1160，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1112可以以一个特别角度来反射光线1165，该特别角度至少部分是基于光引导器1112的反射表面关于光导1110表面的一个角度1133。因此，光引导器1112会以一个特别角度反射光线1165，使得反射光线1170以一个角度进入光导1110，该角度允许全内反射出现在光导1110内。光线1170会在光导1110内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图12是一个实施例的聚光系统1200的一部分的截面图。光准直器1230光学地附着在光导1210上，光准直器1230包括一个多边棱镜。光引导器1212包括一个平坦反射内表面在光导1210的末端。在一个实施中，该平坦反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，光引导器1212的平坦反射表面可以包括一反射外部涂层，以反射光导1210内部光线。在一个实施中，至少部分基于光准直器1230的焦距，光线1260进入光准直器1230，被准直后得到平行光线1265。在另一个实施中，同样至少部分基于光准直器1230的焦距，光线1260进入光准直器1230，被准直后得到光线1265，光线1265相对于光线1260，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1212可以以一个特别角度来反射光线1265，该特别角度至少部分是基于光引导器1212的反射表面关于光导1210表面的一个角度1233。因此，光引导器1212会以一个特别角度反射光线1265，使得反射光线1270以一个角度进入光导1210，该角度允许全内反射出现在光导1210内。光线1270会在光导1210内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图13是一个实施例的聚光系统1300的一部分的截面图。光准直器1330内置在光导1310内。特别地，光准直器1330包括一个凹面在光导1310内。光引导器1312包括一个棱镜，其光学地附着在光导1310的表面处。在一个实施中，光引导器1312包括一个光学元件，其并没有和光导1310集成为一体。光线1360进入光准直器1330，被准直后得到平行光线1365，光线1365相对于光线1360，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1312可以以一个特别角度来反射光线1365，使得反射光线1370以一个角度进入光导1310，该角度允许全内反射出现在光导1310内。光线1370会在光导1310内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图14是一个实施例的聚光系统1400的一部分的截面图。表面1412包括光准直器和光引导器，因此，光线入射到表面1412上，经反射被准直和引导。表面1412可以是一个凹弧反射内表面在光导1410的末端。在一个实施中，该反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，表面1412可以包括一反射外部涂层，以反射光导1410内部光线。在一个实施中，光线1460由表面1412反射后，被准直得到平行光线1465。在另一个实施中，光线1460由表面1412反射后，被准直得到光线1465，光线1465相对于光线1460，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。表面1412可以以一个特别角度来反射光线1460，该特别角度至少部分是基于表面1412的形状或曲率。因此，表面1412会以一个特别角度反射光线1460，使得反射光线1465以一个角度进入光导1410，该角度允许全内反射出现在光导1410内。光线1470会在光导1410内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图15是一个实施例的聚光系统1500的一部分的截面图。表面1512包括光准直器和光引导器，因此，光线入射到表面1512上，经反射被准直和引导。表面1512可以是一个凸弧反射内表面在光导1510的末端。在一个实施中，该反射内表面可以通过全内反射而反射光线。在另一个实施中，表面1512可以包括一反射外部涂层，以反射光导1510内部光线。在一个实施中，光线1560由表面1512反射后，被准直得到平行光线1565。在另一个实施中，光线1560由表面1512反射后，被准直得到光线1565，光线1565相对于光线1560，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。表面1512可以以一个特别角度来反射光线1560，该特别角度至少部分是基于表面1512的形状或曲率。因此，表面1512会以一个特别角度反射光线1560，使得反射光线1565以一个角度进入光导1510，该角度允许全内反射出现在光导1510内。光线1570会在光导1510内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图16是一个实施例的聚光系统1600的一部分的截面图。光准直器1635和光引导器1612内置在光导1610内。特别地，光准直器1635包括一个凹面在光导1310内。光引导器1612包括一平坦反射内表面，其由一有角度的V型切口形成在光导1610的另一表面内。在一个实施中，光线1660进入光准直器1635(和光导1610)，被准直后得到平行光线1665。在另一实施中，光线1660进入光准直器1635，被准直后得到光线1665，光线1665相对于光线1660，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1612可以以一个特别角度来反射光线1665，使得反射光线1670以一个角度进入光导1610，该角度允许全内反射出现在光导1610内。光线1670会在光导1610内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。
图17是一个实施例的聚光系统1700的一部分的截面图。光准直器1730包括一个凸透镜，其不需要和光导1710集成为一体。特别地，光准直器1730包括一个凸透镜，其与光导1710的表面光学连接。光引导器1712包括一个棱镜，其与光导1710的表面光学连接。在一个实施中，光引导器1712包括一个光学元件，其并没有和光导1710集成为一体。光线1760进入光准直器1730，被准直后得到光线1765，光线1765相对于光线1760，有一个减小的会聚角度或增加的f-值。光引导器1712可以以一个特别角度来反射光线1765，使得反射光线1770以一个角度进入光导1710，该角度允许全内反射出现在光导1710内。光线1770会在光导1710内行进，然后进入一个能量转换元件，如图1中的能量转换元件。本领域所属技术人员会认识到，对上述描述可以有无限多的变化，这些例子和附图仅仅是用于描述一个或多个特别的实施方式。
在此使用的“和”、“和/或”和“或”可以包含各种涵义，同样至少部分取决于这些术语使用的上下文。通常，使用时，如果“或”和“和/或”关联到一个列表，如A、B或C，其可以是包含涵义，是指A、B和C，也可以是排他涵义，是A、B或C。另外，在此使用的“一个或多个”可以用来描述单数的任何特征、结构或特性，或可以用来描述特征、结构或特性的一些组合。尽管如此，应该注意到，这仅是一个描述例子，本发明并不受限于此例子。
尽管已经描述和叙述了示范实施例的本发明，但本领域技术人员将会理解，在不脱离本发明主题的前提下可以对其作出各种修改和替换。另外，在不脱离在此所述的中心概念的情况下，可以作出许多修改以将一个特别情景适用到本发明的教义。因此，本发明主题不会受限于在此披露的特定实施例，相反，本发明主题还可能包括属于所附权利要求及其等同物的范围内的所有实施例。

Claims (28)

1.一种装置，包括：
一个聚光器，用于将入射光转换为会聚光；
一个光准直元件，用于接受所述会聚光，并减小所述会聚光的会聚角度；
一个光引导元件，用于引导所述减小角度的会聚光到一个光导以传输所述引导光。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件包括至少一个曲面，用以减小所述会聚光的会聚角度。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件包括一个多边棱镜，用以减小所述会聚光的会聚角度。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述光引导元件包括一反射内表面，用以引导所述减小角度的会聚光到所述光导。
5.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件和所述光引导元件组成一个单独的光学元件。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述单独的光学元件包括至少一个凸曲面或凹曲面，用以执行以下至少一个功能：减小所述会聚光的会聚角度，引导所述减小角度的会聚光到所述光导。
7.如权利要求5所述的装置，还包括一个间隙在所述光导和所述单独光学元件之间。
8.如权利要求1所述的装置，其中所述光引导元件和所述光导组成一个单独的光学元件。
9.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件和所述光导组成一个单独的光学元件。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件、所述光引导元件、和所述光导组成一个单独的光学元件。
11.如权利要求10所述的装置，其中所述单独的光学元件包括至少一个曲面，用以执行以下至少一个功能：减小所述会聚光的会聚角度，引导所述减小角度的会聚光到所述光导。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件位于所述光导的外部。
13.如权利要求1所述的装置，其中所述光引导元件位于所述光导的外部。
14.如权利要求1所述的装置，其中所述光导是一个杆状光导。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述光导包括至少两个相对的平面，其中所述传输光从进入端表面朝向出口端表面传输。
16.如权利要求1所述的装置，还包括一个能量转换元件，用以经由所述光导而接受所述减小角度的会聚光。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述能量转换元件包括至少一个装置以将所述接受到的光转换成其他形式的能量。
18.如权利要求1所述的装置，其中所述聚光器包括一曲面反射镜。
19.如权利要求18所述的装置，其中所述聚光器还包括第二曲面反射镜。
20.如权利要求1所述的装置，其中所述聚光器包括一折射透镜。
21.如权利要求1所述的装置，其中所述光导包括一曲面端，其中所述曲面端包括所述光准直元件和所述光引导元件。
22.如权利要求1所述的装置，其中所述光导的一侧包括一V型切口，所述光导的另一侧包括一凸形或凹形口，其中所述V型切口包括所述光引导元件，所述凸形或凹形口包括所述光准直元件。
23.如权利要求1所述的装置，其中所述光准直元件和所述光引导元件都位于靠近所述聚光器的焦点处。
24.一种方法，包括
收集并会聚入射光到一个光准直元件上；
通过所述光准直元件以减小所述会聚光的会聚角度；
将所述减小角度的会聚光转向引导到一个光导以传输所述引导光。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述光准直元件执行所述光的转向引导功能。
26.如权利要求25所述的方法，其中一个光引导元件执行所述光的转向引导功能。
27.如权利要求24所述的方法，其中一个光学元件的一个曲面执行所述减小所述会聚光的会聚角度的功能。
28.权利要求25所述的方法，还包括：将来自多个所述光准直元件的转向光组合合并起来。
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