CN102947731B - 聚光光学元件、聚光装置、光发电装置和光热转换装置 - Google Patents

聚光光学元件、聚光装置、光发电装置和光热转换装置 Download PDF

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Abstract

一种聚光光学元件包含：基板；以及在基板内散布的多个微型光学构件。多个微型光学构件每一个：在与至少一个入射方向相同的方向上发射光，该光透射通过基板，并且在该至少一个入射方向上进入多个光学元件中的每一个；并且在与其他入射方向不同的至少一个发射方向上发射光，该光在与该至少一个入射方向不同的该其他入射方向上进入。因此，多个微型光学构件偏转从基板表面进入基板内部并且在同一方向上在基板内行进的光的行进方向，并且被多个微型光学构件在同一方向上偏转的、在基板内行进的光在基板的端部聚光。

Description

聚光光学元件、聚光装置、光发电装置和光热转换装置
技术领域
本发明涉及聚光光学元件，该聚光光学元件将已经进入其表面的光向沿着输入表面的一侧延展的侧表面聚光。本发明也涉及聚光装置、光发电装置和光热转换装置，其中每一个配备了该聚光光学元件。
背景技术
将光能转换为电能的太阳能电池由硅基材料、化合物基材料、有机材料或染料敏化材料等构成。标准的太阳能电池通常实现大约10至20%的电力转换效率。另一方面，近些年来开发的多结太阳能电池保证了高达40%的大大改善的电力转换效率，该多结太阳能电池包括一层在另一层上层叠的多个半导体层，该多个半导体层具有最佳的带隙，用于在通过将日光辐射频谱范围划分为多个波长分段而限定的多个波长带中的光的光电转换。
然而，诸如如上所述的那些的高效率太阳能电池很昂贵，并且因此除了诸如航空航天空间应用的特殊应用之外不容易获得。作为对于昂贵的高效率太阳能电池的替代，已经提出了聚光类型的太阳能电池模块，其通过将入射日光聚光到紧凑电池内来以降低的成本使能高效率日光发电。在聚光类型的太阳能电池模块处，可以将经由菲涅耳透镜或反射镜等聚焦的日光带入太阳能电池内（参见专利文献1和专利文献2），当日光被吸收到其中具有散布了荧光颗粒的荧光收集器板时在该荧光收集器板内中产生的荧光可以被引导向该板的一侧，并且被聚光（参见专利文献3），或者，当日光进入具有全息膜和其中包围的太阳能电池的板组件内时，在板组件处通过该全息膜衍射的光可以通过特殊的聚光系统被引导到太阳能电池（参见专利文献4）。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本公开专利公布No.2005-142373
专利文献2：日本公开专利公布No.2005-217224
专利文献3：美国专利公布No.2006/0107993
专利文献4：美国专利No.6,274,860
发明内容
技术问题
通过透镜聚焦日光的聚光装置必须采取与透镜的焦距对应的沿着光轴的厚度，并且也需要分离的跟踪装置以便将光轴与日光的方位角对准。虽然在将通过荧光收集器板的光聚光的聚光装置或通过光谱聚光来聚光的聚光装置中的太阳能电池模块被允许沿着光轴延伸的方向采取小尺寸，并且不总是需要跟踪装置，但是仍然对于相对于波长依赖性和转换效率的提高留有空间。
对于问题的解决方案
（1）根据本发明的第1方面，一种聚光光学元件包括：基板；以及多个微型光学构件，其散布在该基板内。该多个微型光学构件每一个引导已经透射通过该基板并且已经沿着至少一个入射方向进入微型光学构件的光，使得该光沿着与该一个入射方向匹配的匹配方向离开该微型光学构件，并且引导已经沿着与该一个入射方向不同的其他入射方向进入该微型光学构件的光，使得该光沿着与该其他入射方向不同的至少一个出射方向离开该微型光学构件，导致已经通过基板前表面进入该基板并且前进通过该基板的光的前进方向经由该多个微型光学构件被偏转，以沿着该匹配方向延伸；并且在该基板的端部区域处将已经经由该多个微型光学构件偏转以便沿着该匹配方向前进通过该基板的光聚光。
（2）根据本发明的第2方面，在根据第1方面的该聚光光学元件中，优选的是，至少该基板或该多个微型光学构件具有双折射属性；并且，该基板的折射率和该微型光学构件中的每一个的折射率关于沿着该匹配方向通过该基板前进的光基本上彼此相等。
（3）根据本发明的第3方面，在根据第1或第2方面的聚光光学元件中，优选的是，该微型光学构件每一个形成为颗粒，并且沿着厚度方向和沿着第一方向和第二方向散布，该厚度方向沿着该基板的厚度延伸，该第一方向和该第二方向每一个垂直于该厚度方向延伸；该微型光学构件每一个采取颗粒直径d，该颗粒直径d被表达为被设置为0.1λ至10λ的等效圆的直径，λ表示沿着该厚度方向进入的光的波长；并且，在如下情况下，折射率实现使得naxy和nbxy彼此不同，和彼此相等，并且成立的关系：沿着该厚度方向延伸的轴被指定为y轴，沿着该第一方向延伸的轴被指定为x轴，沿着该第二方向延伸的轴被指定为z轴，并且包含该x轴和该y轴两者的平面被指定为xy平面；对于沿着该y轴前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为naxy，对于沿着该x轴前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayx，并且，对于沿着从该y轴向该x轴以角度倾斜的轴方向前进通过该基板并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为并且，对于沿着该y轴前进通过在该多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbxy，对于沿着该x轴前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyx，并且，对于沿着从该y轴向该x轴以角度倾斜的轴方向前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为
（4）根据本发明的第8方面，在根据第3至第7方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，在如下情况下，该折射率进一步实现使得nazy和nbzy彼此不同，nayz和nbyz彼此不同，nazγ和nbzγ彼此相等，并且sinγ>(1/nazγ)成立的关系：包含该y轴和该z轴两者的平面被指定为zy平面；对于沿着该y轴前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazy，对于沿着该z轴前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayz，并且，对于沿着从该y轴向该z轴以角度γ（0<γ≤90°）倾斜的轴方向前进通过该基板并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazγ；并且，对于沿着该y轴前进通过在该多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzy，对于沿着该z轴前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyz，并且，对于沿着从该y轴向该z轴以角度γ倾斜的轴方向前进通过该微型光学构件并且其电场分量在该zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzγ。
（5）根据本发明的第15方面，在根据第3至第14方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，被定义为(π×d×naxy)/λ的大小（size）参数α在1.5≤α≤40的范围内。
（6）根据本发明的第17方面，在根据第3至第16方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，该微型光学构件每一个采取等于或小于20μm的颗粒直径。
（7）根据本发明的第22方面，在根据第1至第21方面中的任何一项的聚光光学元件中，优选的是，该基板形成为具有入射面的板或片，光通过该入射面进入该基板，该入射面具有比形成该基板的端部区域的侧表面更大的面积，并且，该基板沿着该第一方向和沿着该第二方向所取的尺寸都比沿着该厚度方向所取的尺寸大足够的程度，该第一方向和该第二方向每一个垂直于该厚度方向延伸。
（8）根据本发明的第27方面，一种聚光装置包括：根据第1至第23方面中的任何一项所述的聚光光学元件；以及聚光单元，其将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于其侧端处的出射面输出被聚光的光。优选的是，光进入该基板通过的入射面被设置为使得与该出射面背对，并且，该匹配方向沿着该入射面的较长边延伸。
（9）根据本发明的第29方面，一种光发电装置包括：根据第1至第23方面中的任何一项所述的聚光光学元件；以及光电转换元件，在该光电转换元件处，已经前进通过该基板并且在该基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换。优选的是，该一个入射方向是该第一方向。
（10）根据本发明的第33方面，一种光热转换装置包括：根据第1至第23方面中的任何一项所述的聚光光学元件；以及光热转换元件，在该光热转换元件处，已经前进通过该基板并且在该基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换。优选的是，该一个入射方向是该第一方向。
本发明的有益效果
根据本发明的聚光光学元件、聚光装置、光发电装置和光热转换装置使得能够通过对诸如日光的光能的有效的聚光来有效地利用该光能，同时消除对于跟踪太阳的移动的需要。
附图说明
图1是提供光发电装置的外部视图的透视图。
图2是示出当光变得被散射时光的前进方向如何改变的图示。
图3是图示在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间的关系的示例的图。
图4是每一个指示在聚光光学元件处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间可能存在的关系的图示。
图5是每一个指示在聚光光学元件处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间可能存在的关系的图示。
图6是在光进入聚光光学元件的入射角和光的散射之间的变化的关系的示意图示。
图7是呈现经由具有0.15μm直径的颗粒散射的光的分布的示例的图形。
图8是呈现经由具有0.3μm直径的颗粒散射的光的分布的示例的图形。
图9是以交替呈现模式指示在图7和图8中的散射光分布的图形。
图10是示出当改变大小参数时散射光分布如何可以改变的图形组。
图11是指示在大小参数和后向散射与前向散射的比率之间的关系的图形。
图12是指示在大小参数和散射角之间的关系的图形。
图13是指示在大小参数和散射系数之间的关系的图形，该散射系数显示何时体积保持恒定。
图14是示出聚光装置的结构的示意图。
图15是示出聚光装置的结构的示意图。
图16是示出如何从聚光光学元件提取光能的概念图。
图17是示出当光变得被散射时光的前进方向如何改变的图示。
图18是每一个指示在基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间可能存在的关系的图示。
图19是每一个指示在基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间可能存在的关系的图示。
图20是在光进入微型光学构件的入射角和光的散射之间的变化的关系的示意图示。
图21是在光进入微型光学构件的入射角和光的散射之间的变化的关系的示意图示。
图22是指示在微型光学构件的折射率和散射截面之间观察的关系的图形。
图23是指示光进入微型光学构件的入射角和单独的指标之间的关系的表格。
图24是通过计算获得的模拟，用于指示在已经以垂直入射进入聚光光学元件的光的散射的不同阶段实现的各种角分布。
图25是指示在微型光学构件的折射率和散射截面之间观察到的关系的图形。
图26是指示在光进入微型光学构件的入射角和单独指标之间的关系的表格。
图27是通过计算获得的模拟，用于指示在已经以垂直入射进入聚光光学元件的光的散射的不同阶段实现的各种角分布。
图28是指示在光进入微型光学构件的入射角和单独指标之间的关系的表格。
图29是通过计算获得的模拟，用于指示在已经以垂直入射进入聚光光学元件的光的散射的不同阶段实现的各种角分布。
图30是示出聚光装置的结构的示意图。
图31是示出聚光装置的结构的示意图。
图32是提供光发电装置的外部视图的透视图。
图33是光发电装置的示意截面图，将参考其来描述光接收光学硬件的功能。
图34是示出当p偏振光从上方进入聚光光学元件时如何折射光束的图示。
图35是示出当p偏振光从上方进入聚光光学元件时如何折射光束的图示。
图36是示出聚光装置的结构的示意图。
图37是示出聚光装置的结构的示意图。
图38是提供光发电装置的外部视图的透视图。
图39是示出当光变得被散射时光的前进方向如何改变的图示。
图40是示出聚光装置的结构的示意图。
图41是示出聚光装置的结构的示意图。
图42是示出聚光装置的结构的示意图。
图43是示出聚光装置的结构的示意图。
图44是示出如何从聚光光学元件提取光能的概念图。
具体实施方式
—第一和第二实施例—
下面是参考附图给出的本发明的第一和第二实施例的说明。图1是提供光发电装置1的外部视图的透视图，光发电装置1包括在本发明的第一实施例中实现的聚光光学元件10或在本发明的第二实施例中实现的聚光光学元件20，而图2提供了如在图1中的箭头II-II指示截取的示意截面图。应当注意，为了便于说明，如图1中所示定义了以彼此垂直地延伸的x轴、y轴和z轴配置的坐标系。y轴沿着聚光光学元件10的厚度，即，沿着光轴延伸，而x轴和y轴在与光进入的聚光光学元件所通过的表面平行的平面内彼此正交地交叉。图2等同于通过包含x轴和y轴并且垂直于z轴延展的平面（xy平面）划分的截面的示意图。应当注意，虽然可以在下面的说明中关于在图2中所示的定向来使用方向术语顶/底/左/右，但是该方向约定唯一地用于便于说明，并且可以以任何定向来安装实际光发电装置。
（光发电装置的概述）
简述在光发电装置1中可以采用的整体结构，光发电装置1配备有在第一实施例中实现的聚光光学元件10或在第二实施例中实现的聚光光学元件20。如以下将描述的，光发电装置可以相反地包括在本发明的第三实施例中实现的聚光光学元件10或在本发明的第四实施例中实现的聚光光学元件20，光发电装置的外部视图在图1中以透视图提供。光发电装置1包括：聚光光学元件10（20），其将沿着厚度方向（沿着y轴延伸的方向）进入的光聚光；以及光电转换元件50，其中，已经在聚光光学元件处聚光并且沿着x轴和/或z轴被引导到聚光光学元件的端部的光经历光电转换。通过使用采用板形式的聚光光学元件10（20）来配置在图1中所示的光发电装置1。可以通过使用在如上所述由硅基材料、化合物基材料、有机材料、染料敏化材料等构成的各种类型的太阳能电池中的特定类型的太阳能电池来配置光电转换元件50，光电转换元件50可以是在现有技术中已知的各个元件中的任何光电转换元件。
（聚光光学元件的概述）
通过在采用板形式（或面板形式）的基板内散布多个微型光学构件来形成在图1和2中的聚光光学元件10（20）。所述基板包括：彼此背对的、位于基板的前侧上的平坦表面10a（20a）和位于基板的后侧上的平坦表面10b（20b）；以及四个侧表面10c（20c）、10d（20d）、10e（20e）和10f（20f）。形成二维地延展的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）的边缘的侧每一个具有以足够程度大于在彼此背对的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）之间的距离的长度，即，大于聚光光学元件10（20）的厚度的长度。前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）每一个具有正方形形状或矩形形状，并且，特别地，作为日光入射面的前平坦表面10a（20a）在大面积上延展，使得纳入最大可能量的日光。通过彼此背对的侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）来设置光电转换元件50，一个光电转换元件50被定位为使得与侧表面10c（20c）背对，并且另一个光电转换元件50被定位为使得与侧表面10d（20d）背对。在光电转换元件50处，接收已经通过侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）离开的光，并且，所接收的光经历光电转换。即，基板的侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）限定了沿着如上所述的x轴和/或z轴彼此背对的端部。已经通过前平坦表面10a（20a）进入的日光在基板内被聚光，并且然后通过侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）离开。因为侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）的面积大小小于前平坦表面10a（20a）的面积大小，所以可以最小化由光电转换元件50占用的安装空间。
构成聚光光学元件10（20）的主要部件包括：日光所透射通过的基板11（21）；以及具有光透射属性的颗粒微型光学构件12（22），该微型光学构件被散布在基板各处。在下面的说明中，“基板”可以另外被称为“介质”。另外，“颗粒微型光学构件”可以被简称为“颗粒”。微型光学构件的颗粒直径被设置为对于等效圆的直径d的大约0.1λ至10λ，λ表示进入聚光光学元件的光的波长。如果在特定波长带宽内在要经由聚光光学元件聚光的目标光的波长λ存在变化，则在聚光光学元件中的微型光学构件的颗粒直径d可以设置在波长带中在最短波长λmin的1/10至最长波长λmax的10倍的范围内。以更具体的形式，当要聚光的目标光是辐射频谱为大约400nm至1800nm的日光时，可以在大约40nm至20μm的范围中设置微型光学构件的颗粒直径d。
虽然微型光学构件沿着x轴、y轴和z轴均匀地散布在整个聚光光学元件中（在宏观视图中），但是在图2中提供的示意图示中仅示出了在散射光的光路上存在的微型光学构件12，以便便于说明经由微型光学构件12引入的光的散射。应当注意，与构成基板和微型光学构件的材料、基板和微型光学构件的形状和尺寸和操作条件等对应地将微型光学构件分布的密度设置为最佳水平。下面更详细地描述这一点。
在聚光光学元件10（20）处的基板11（21）和微型光学构件12（22）显示彼此不同的折射率特性，至少基板或微型光学构件具有双折射属性。除非另外特殊说明，沿着y轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着x轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着从y轴向x轴以角度倾斜的轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着y轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在zy平面内振动的光的折射率和沿着z轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在zy平面内振动的光的折射率在下面的说明中分别被以符号表示为naxy、nayx、nazy和nayz。同样，除非另外特殊说明，沿着y轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着x轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着从y轴向x轴以角度倾斜的轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在xy平面内振动的光的折射率、沿着y轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在zy平面内振动的光的折射率和沿着z轴（沿着正方向和负方向两者）前进并且其电场分量在zy平面内振动的光的折射率在下面的说明中分别被以符号表示为nbxy、nbyx、nbzy和nbyz。
另外，关于偏振的状态，在下文中，其电场分量在xy平面内振动的光（其电场分量在与其上提供了图2的附图纸张平行的平面上振动的光）将被称为p偏振光，并且其电场分量在zy平面内振动的光（其电场分量在与其上提供了图2的附图纸张垂直的平面上振动的光）将被称为s偏振光，除非另外特殊说明。即，其电场分量在xy平面内振动的沿着y轴前进的光是沿着y轴前进的p偏振光，而其电场分量在xy平面内振动的沿着x轴前进的光是沿着x轴前进的p偏振光。另外，其电场分量在zy平面内振动的沿着y轴前进的光是沿着y轴前进的s偏振光，而其电场分量在zy平面内振动的沿着z轴前进的光是沿着z轴前进的s偏振光。
在本实施例中的聚光光学元件中的基板和微型光学构件被设计为使得折射率naxy和折射率nbxy彼此不同，折射率nayx和折射率nbyx彼此不同，折射率和彼此相等，并且成立。
在这样的聚光光学元件10（20）处的微型光学构件12（22）作为用于从图2中的上方进入聚光光学元件10（20）并且沿着y轴前进通过聚光光学元件的p偏振光的颗粒，因为折射率naxy和折射率nbxy彼此不同。微型光学构件12（22）作为用于沿着x轴前进通过微型光学构件的p偏振光的颗粒，因为折射率nayx和折射率nbyx不同。然而，微型光学构件12（22）不作为用于沿着从y轴向x轴以角度倾斜的轴前进通过聚光光学元件的p偏振光的颗粒，因为折射率和彼此相等。
沿着y轴前进的p偏振光和沿着x轴前进的p偏振光取决于前进通过介质（基板）的p偏振光的波长（λ/naxy）和在该介质中散布的颗粒（微型光学构件）的颗粒直径d而被微型光学构件的存在不同地影响。
以更具体的形式，如果微型光学构件的颗粒直径d比传播通过基板的光的波长小足够程度，则瑞利散射理论适用。如果微型光学构件的颗粒直径d是与通过基板传播的光的波长大约相等的数量级，则Mie散射理论适用。如果微型光学构件的颗粒直径d比传播通过基板的光的波长大足够程度，则几何光学理论适用。
在本实施例中的微型光学构件12（22）的颗粒直径d被设置为对于等效圆的直径d的大约1λ至10λ，其数量级大约等于传播通过基板、即介质的光的波长的数量级。这意味着，Mie散射理论可以基本地适用于在聚光光学元件处的在传播通过基板的光和微型光学构件之间的关系。
然而，至少在聚光光学元件10（20）处的基板11（21）或微型光学构件12（22）具有双折射属性，并且，光散射条件与双折射属性、主轴的方位角（快轴或慢轴的定向，沿着其光线变为非常光）光前进通过聚光光学元件所沿着的方向和在光中的偏振光分量等相关地改变。
为了简化，查看一个示例，其中，基板11是双折射的或者微型光学构件12是双折射的，并且存在双折射的双折射单主轴（以下可以称为光轴），即，单轴双折射。在图3中呈现了一个简单的结构示例，其中，折射率naxy和折射率nbxy不同，折射率nayx和折射率nbyx不同，并且折射率和折射率相等。
图3示出在xy平面内显现的基板的折射率特性（折射率椭圆）130、在xy平面内显现的双折射微型光学构件的折射率特性（折射率椭圆）140和在基板的折射率特性130和微型光学构件的折射率特性140之间的关系。如图3所指示的，通过在任何方向上采用恒定的折射率 的折射率圆（indexcircle）来表示基板的折射率特性130，而通过沿着不同方向采取不同的折射率（例如，）的折射率椭圆表示微型光学构件的折射率特性140（141至144）。如图3清楚地所示，naxy≠nbxy，并且nayx≠nbyx。表示基板的折射率特性的折射率圆和表示微型光学构件的折射率特性的折射率椭圆在从y轴向x轴倾斜的角度位置处彼此相交。在这些角度位置处，基板的折射率和微型光学构件的折射率相等，即，
因为naxy≠nbxy，所以微型光学构件作为用于沿着y轴前进通过聚光光学元件的p偏振光的颗粒。因为nayx≠nbyx，所以微型光学构件作为用于沿着x轴前进通过聚光光学元件的p偏振光的颗粒。然而，微型光学构件不作为用于沿着从y轴向x轴以角度倾斜的折射率匹配轴M1前进通过聚光光学元件（基板）的p偏振光的颗粒，因为沿着其电场分量振动方向采用由在图3中的折射率圆（或椭圆）表示的折射率，该振动方向垂直于光前进方向，并且基板的折射率和微型光学构件的折射率相对于其电场分量沿着基板的折射率和微型光学构件的折射率匹配的方向（沿着轴M2延伸的方向）振动的光，即，相对于沿着垂直于轴M2的折射率匹配轴M1前进的光匹配（基本上彼此相等）。
为了简化，已经在上面提供了关于在xy平面中的折射率之间的关系的说明。图4以三维表示提供了折射率椭圆的概念图，每一个折射率椭圆指示在折射率之间的关系。图4（a）指示在微型光学构件沿着x轴显示正双折射（由此非常光的折射率大于常光的折射率的双折射属性）141的情况下，在聚光光学元件10处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间的关系。图4（b）指示在微型光学构件沿着y轴显示负双折射（由此非常光的折射率小于常光的折射率的双折射属性）142的情况下，在聚光光学元件10处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间的关系。
图5呈现了当naxy≠nbxy，nayx≠nbyx并且时可以观察到的折射率之间的关系的其他示例。图5（a）指示在微型光学构件沿着x轴显示负双折射143的情况下，在聚光光学元件20处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间的关系。图5（b）指示在微型光学构件沿着y轴显示正双折射144的情况下，在聚光光学元件20处的基板的折射率椭圆和微型光学构件的折射率椭圆之间的关系。
当沿着y轴定向单轴各向异性双折射的主轴时，形成多个轴M2，以便实现围绕y轴的彼此轴对称，如图4（b）和图5（b）中所示，每一个轴M2将基板的折射率和微型光学构件的折射率在该处相等的交叉点和xyz空间的原点彼此连接。换句话说，在多个轴M2中的在xy平面内延伸的轴M2的倾斜角等于在zy平面内延伸的轴M2的倾斜角。即，微型光学构件不作为用于在包含y轴的任何平坦平面内沿着从y轴向水平轴（垂直于y轴的方向）以角度倾斜前进的p偏振光、即沿着垂直于轴M2的折射率匹配轴M1延伸的方向前进的p偏振光的颗粒。然而，微型光学构件不作为用于沿着y轴进入的光或沿着水平方向前进的光的颗粒。
当沿着x轴定向单轴各向异性双折射的主轴时，形成多个轴M2，以便实现围绕x轴的彼此轴对称，如图4（a）和图5（a）中所示，每一个轴M2将基板的折射率和微型光学构件的折射率在该处相等的交叉点和xyz空间的原点彼此连接。换句话说，在多个轴M2中的在xy平面内延伸的轴M2的倾斜角等于在xz平面内延伸的轴M2的倾斜角。即，微型光学构件不作为用于在包含x轴的任何平坦平面内沿着从x轴向垂直轴（垂直于x轴的方向）以预定角度的倾斜前进的p偏振光、即沿着垂直于轴M2的折射率匹配轴M1延伸的方向前进的p偏振光的颗粒。然而，微型光学构件不作为用于沿着x轴进入的光或沿着垂直方向前进的光的颗粒。
虽然已经给出了关于聚光光学元件包括双折射微型光学构件的示例的说明，但是上述的理论的原理适用于具有双折射基板的聚光光学元件或包括双折射基板和双折射微型光学构件的聚光光学元件。
下面是：如图4（a）和图5（a）所示的、在第一实施例中实现的聚光光学元件10在其显示的单轴各向异性双折射的主轴沿着x轴定向的情况下的说明；以及如图4（b）和图5（b）所示的、在第二实施例中实现的聚光光学元件20在其显示的单轴各向异性双折射的主轴沿着y轴定向的情况下的说明。
（在第一实施例中实现的聚光光学元件）
因为naxy≠nbxy，所以微型光学构件12作为用于在已经从上方（如图2中所示）进入在第一实施例中实现的聚光光学元件10并且前进通过基板的光线中的沿着y轴前进的p偏振光的、与介质（基板11）可区分的颗粒。因为nayx≠nbyx，所以微型光学构件12也作为用于在前进通过基板的光线中的沿着x轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。然而，因为所以微型光学构件12不作为用于沿着从y轴向x轴以角度倾斜的折射率匹配轴M1前进通过基板的p偏振光的颗粒。在该情况下的基板的状态等同于不存在颗粒的状态（即，等同于同质的状态，其中，在介质中没有颗粒）。简而言之，微型光学构件12作为用于沿着除折射率匹配轴M1延伸的方向之外的方向前进通过基板的p偏振光的、实现与基板不同的折射率的颗粒。
结果，除了沿着折射率匹配轴M1延伸的方向前进通过基板的p偏振光（p偏振光分量）之外的、已经进入聚光光学元件10并且前进通过基板的光中的光线，因为在基板和微型光学构件的折射率之间的差，而变得经由作为在介质中的颗粒的微型光学构件12通过Mie散射现象被散射。另一方面，沿着折射率匹配轴M1前进通过基板的p偏振光被允许继续沿着折射率匹配轴M1行进，而不变得经由微型光学构件12被散射，因为微型光学构件12不作为用于p偏振光的颗粒。
根据通过利用源自如上所述发生的双折射的折射率差而实现的本发明，散射截面与光进入微型光学构件12的入射角对应地改变，这继而改变散射效率。图6（a）至6（d）示意地示出了在光进入微型光学构件12的入射角和光的散射之间的关系。
如在图3中所示的在折射率之间的关系的示例所指示的，当光进入微型光学构件12的、相对于y轴的入射角θ等于0°或90°时发生大程度的散射，因为在这样的情况下，在基板和微型光学构件的折射率之间的差实现最大值，并且，散射截面也实现最大值（参见图6（a）和6（d））。然而，如果光进入微型光学构件12的入射角θ等于折射率匹配轴M1倾斜的倾斜角即，当时，在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间没有差别，并且散射截面采用无限小的值。在该情况下，不发生光的散射（参见图6（c）和6（f））。轴M2的倾斜角等于通过从90°减去由折射率匹配轴M1相对于y轴形成的折射率匹配角而计算的差。
当在微型光学构件12处的入射角θ在诸如或的中间范围中时，采用在该特定入射角处与在基板11的折射率和微型光学构件12的折射率之间的差对应的散射截面，并且因此改变散射效率（参见图6（b）和6（e））。在图6（也在图2中）中，使用三个向量，即表示沿着入射光的轴直着向前前进的光的向量和用于表示从入射光的轴向左和右扩展的两个光束的另外两个向量，来表达通过散射被漫射的光，图6（也在图2中）指示当入射角θ更接近折射率匹配轴M1的倾斜角时散射效率降低，导致散射光向左或右扩展的比率降低，并且当时不发生光的散射。
在如上所述构造的聚光光学元件10处，已经从上方进入聚光光学元件10并且沿着y轴作为p偏振光前进的光经由作为颗粒在基板（介质）11中存在的微型光学构件12通过Mie散射现象变得被散射，如图2中所示。通过这个过程，例如，入射光的40%可以经由在表面附近存在的微型光学构件12来散射。甚至已经绕过这些微型光学构件12的光线随后以例如40%的比率被在沿着厚度方向分布的微型光学构件12中的设置在下一阶段的微型光学构件12散射。换句话说，发生多重光散射，由此已经被微型光学构件12散射的光经由在沿着厚度方向分布的微型光学构件中的存在于下一阶段的微型光学构件而变得被进一步散射。
结果，继续沿着y轴（沿着在图2中的垂直方向）前进通过聚光光学元件10的光与初始地已经沿着y轴进入聚光光学元件10的所有光的比率降低，并且相反，沿着在xy平面上的对角方向向下倾斜的光的比率增大。当光进入微型光学构件12的入射角θ变得更接近折射率匹配轴M1的倾斜角时，在正范围或负范围上向x轴倾斜的光的散射效率降低，导致在可归因于光散射的角度上的较小程度的改变和在沿着折射率匹配轴M1前进的光的比率上的增大。当入射角θ等于折射率匹配轴M1的倾斜角时，沿着折射率匹配轴M1前进的光被允许继续向聚光光学元件10的底表面行进，而不经由微型光学构件12而变得被散射。
在聚光光学元件10处的基板11和微型光学构件12被设计为使得实现被表达为的条件。即，它们被设计为使得以与角度匹配的程度从y轴向x轴的倾斜度进入聚光光学元件10的底表面的光的入射角大于在基板11和空气之间的界面处发生的全反射的临界角。例如，基板11和微型光学构件12可以被设计为使得当在基板11和空气之间的界面处发生的全反射的临界角是38°时，折射率匹配轴M1的倾斜角等于或大于38°。
使用如上所述设计的基板11和微型光学构件12，已经以角度的从y轴向x轴的倾斜度到达聚光光学元件10的底表面的光在底表面处被全反射。虽然在聚光光学元件10的底表面处全反射的光从该底表面向顶表面侧前进，但是它必然重新进入微型光学构件12。该光在此时以入射角进入微型光学构件12，并且因此，光继续向聚光光学元件10的顶表面行进，而不经由微型光学构件12而变得被散射。已经到达聚光光学元件10的顶表面的入射光的角度也将等于或大于全反射的临界角，如同已经到达聚光光学元件10的底表面的光的入射角。因此，一旦光进入聚光光学元件10，则它被捕捉在聚光光学元件10内，并且因为它在聚光光学元件10的顶表面处和底表面处被全反射而重复地传播通过聚光光学元件。
通过这些措施，以已经从上方进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光最后被整体地沿着x轴引导向左或右。已经以这种方式聚光的光被引导到在沿着x方向彼此背对的聚光光学元件10的端部处设置的光电转换元件50和50，然后作为被聚光的光进入光电转换元件50和50。
以已经通过其顶表面进入聚光光学元件10并且沿着y轴前进的s偏振光分量构成的光不经历诸如如上所述的散射过程，并且相反，它通过聚光光学元件10的底表面离开聚光光学元件10。通过相对于聚光光学元件10的底表面进一步在下面设置与该聚光光学元件10类似的另一个聚光光学元件并且该下面的聚光光学元件围绕y轴旋转90°，以已经透射通过上面的聚光光学元件的s偏振光分量构成的光可以在下面的聚光光学元件内以高效率水平被聚光。下面将详细描述以两个这样的聚光光学元件配置的聚光装置。
（在第二实施例中实现的聚光光学元件）
通过沿着y轴定向其中显示的单轴各向异性双折射主轴来构造在第二实施例中的聚光光学元件20（参见图4（b）和图5（b））。在进入这样的聚光光学元件20以前进通过基板的光线中的p偏振光以与在如上所述的第一实施例中在聚光光学元件10处被散射的p偏振光基本上相同的方式被散射。
即，因为naxy≠nbxy，所以微型光学构件22作为用于在已经从上方进入聚光光学元件20并且前进通过基板的光线中的沿着y轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。因为nayx≠nbyx，所以微型光学构件22作为用于在前进通过基板的光线中的沿着x轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。然而，因为所以微型光学构件22不作为用于沿着从y轴向x轴以角度倾斜的折射率匹配轴M1（垂直于轴M2的方向）前进通过基板p偏振光的颗粒。在该情况下的基板的状态等同于不存在颗粒的状态。
也发生涉及已经进入聚光光学元件20以前进通过基板的s偏振光的、与如上所述类似的现象。在聚光光学元件20处，其中发生的单轴各向异性双折射的主轴沿着y轴定向，并且，通过基板21的折射率和微型光学构件22的折射率来实现以y轴为中心的轴对称。因为这个原因，在垂直于xy平面延展的zy平面中也发生与如上所述者类似的现象。
更具体地，因为nazy≠nbzy，所以微型光学构件22作为用于在已经从上方进入聚光光学元件20并且前进通过基板的光线中沿着y轴前进并且其电场分量在zy平面内振动的光（即，在zy平面中沿着y轴前进的p偏振光）的、与介质（基板21）可区分的颗粒。因为nayz≠nbyz，所以微型光学构件22也作为用于在已经前进通过基板的光线中沿着z轴前进并且其电场分量在zy平面内振动的光（即，在zy平面中沿着z轴前进的p偏振光）的、与介质（基板21）可区分的颗粒。
在该实施例中实现的聚光光学元件20中，与其相关地形成多个轴M2以便相对于彼此实现以y轴为中心的轴对称，因为nazγ＝nbzγ，所以微型光学构件22不作为用于沿着从y轴向z轴以角度γ倾斜的轴前进并且其电场分量在zy平面内振动的光（即，沿着折射率匹配轴M1前进的p偏振光）的颗粒。虽然在这个实施例中将角度γ设置得等于角度但是角度γ不必匹配角度
已经进入聚光光学元件20并且沿着除折射率匹配轴M1延伸的方向之外的方向前进通过基板的p偏振光因为在基板和微型光学构件的折射率之间的差，经由在介质内作为颗粒的微型光学构件22通过Mie散射现象而变得被散射。另一方面，沿着折射率匹配轴M1前进通过基板的p偏振光被允许继续沿着折射率匹配轴M1行进，而不经由微型光学构件22而变得被散射，因为微型光学构件不作为用于p偏振光的颗粒。在微型光学构件22处的散射截面与光进入微型光学构件22的入射角对应地改变，并且散射以与参考图6（a）至6（d）所述的基本上相同的方式发生，除了散射截面的改变以轴对称发生。
更具体地，当光进入微型光学构件22的、相对于y轴的入射角θ等于0°或90°时发生大程度的散射，因为在这样的情况下，在基板和微型光学构件的折射率之间的差实现最大值，并且，散射截面也实现最大值（参见图3与图6（a）和6（d））。然而，如果光进入微型光学构件22的入射角θ等于折射率匹配轴M1倾斜的倾斜角时，在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间没有差别，并且散射截面采用无限小的值。在该情况下，不发生光的散射（参见图3与图6（c）和6（f））。当在微型光学构件22处的入射角θ在例如或的中间范围中时，采用在该特定入射角处与在基板21的折射率和微型光学构件22的折射率之间的差对应的散射截面，并且因此改变散射效率（参见图3与图6（b）和6（e））。
因此，已经从上方进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光经由作为在基板21内的颗粒的、沿着厚度方向通过基板21分布的多个微型光学构件22而经历多个散射过程。沿着y轴（沿着在图2中的垂直方向）前进通过聚光光学元件20的p偏振光（以p偏振光分量构成的光）的比率在进一步进入聚光光学元件20时降低，而向在xy平面内的x轴的正范围或x轴的负范围向下倾斜的光的比率增大。沿着y轴前进通过聚光光学元件20的s偏振光（以s偏振光分量构成的光）与在图2中的s偏振光的光线的比率在进一步进入聚光光学元件20时降低，并且在zy平面内沿着对角方向向z轴的正范围或z轴的负范围向下倾斜的s偏振光的比率增大。
当光进入微型光学构件22的入射角θ变得更接近折射率匹配轴M1的入射角时，这些倾斜的光线被散射的散射效率降低，导致在归因于光散射的角度上的较小程度的改变和在沿着折射率匹配轴M1前进的光的比率上的增大。当入射角θ等于折射率匹配轴M1的倾斜角时，沿着折射率匹配轴M1前进的光被允许继续向聚光光学元件20的底表面行进，而不经由微型光学构件22而变得被散射。
在聚光光学元件20处的基板21和微型光学构件22被设计为使得实现被表达为和的条件。即，它们被设计为使得以与角度匹配的程度从y轴向z轴的倾斜度进入聚光光学元件20的底表面的光的入射角将大于在基板21和空气之间的界面处发生的全反射的临界角。虽然在该实施例中角度γ被设置得等于角度但是角度γ不必匹配角度如上所述。与角度γ和角度采用不同值相结合地，在聚光光学元件20处的基板21和微型光学构件22应当被设计使得实现被表达为sinγ>(1/naxγ)和sinγ>(1/nazγ)的条件。
利用如上所述设计的基板21和微型光学构件22，已经通过从y轴向z轴以角度倾斜而到达聚光光学元件20的底表面的光在底表面处被全反射。虽然在聚光光学元件20的底表面处全反射的光从该底表面向顶表面侧前进，但是它必然重新进入微型光学构件22。该光在此时以入射角进入微型光学构件22，并且因此，光继续向聚光光学元件20的顶表面行进，而不经由微型光学构件22而变得被散射。已经到达聚光光学元件20的顶表面的入射角也将等于或大于全反射的临界角，如同已经到达聚光光学元件20的底表面的光的入射角。因此，一旦光进入聚光光学元件20，则它被捕捉在聚光光学元件20内，并且因为它在聚光光学元件20的顶表面处和底表面处被全反射而重复地传播通过聚光光学元件。
结果，在已经沿着y轴进入聚光光学元件20的光线中的p偏振光基本上整体地沿着x轴向左或右前进，而在已经沿着y轴进入聚光光学元件20的光线中的s偏振光基本上整体地沿着z轴向前或后前进。已经如上所述被聚光的光然后作为被聚光的光线进入在沿着x轴的端部和沿着z轴的端部设置的光电转换元件50、50、50和50。
通过这个过程，因为在基板21的折射率和微型光学构件22的折射率之间的差，已经通过聚光光学元件20的顶表面进入的光沿着x轴和z轴被散射，散射的光被引导向光电转换元件，并且散射的光然后被作为被聚光的光线引导到因为在位于沿着x轴和y轴的相对侧上的端部处设置的光电转换元件50内。结果，可以以仅要求单个聚光光学元件的简单结构来配置能够以高效率水平沿着x轴和z轴聚光的聚光装置。
（大小参数）
接着，基于Mie散射理论来更具体详细地描述可以用于基板11和21与微型光学构件12和22的最佳结构。在本说明书中不包括Mie散射理论本身的详细描述，例如在1995年出版（McGraw-HillInc.）的、由OSA（美国光学学会）编辑的“HandbookofOptics（光学手册）”的第一卷第六章中详细描述了Mie散射理论。在聚光光学元件10（20）处，在0.1λ至10λ的范围中，即，以基本上与入射光的波长λ的数量级匹配的数量级设置微型光学构件的颗粒直径d，以便引入光的散射，并且将已经经历了多重前向散射的光向聚光光学元件侧引导。在这个过程期间，期望通过抑制后向散射（损失）并且因此允许前向散射作为主要现象发生的方式，在采用等于或小于预定厚度的厚度的聚光光学元件处有效地聚光。在Mie散射理论中，将大小参数α用作与散射光的分布相关的指标。
可以通常通过使用微型光学构件的颗粒大小（直径）d、前进通过介质的光的波长（λ/n）和介质（基板）的折射率n，如在下面的（1）中表达地定义大小参数α。在本说明书中，将微型光学构件的颗粒直径d定义为在频率分布中最频繁地检测到的颗粒直径（模场直径），其等同于与日本工业标准JIS-Z8901"Testpowdersandtestparticles"符合地显微地分析的圆的直径。在该实施例中实现的聚光光学元件10（20）处，基板11没有双折射属性，并且介质的折射率n是恒定的，即，n=naxy=nayx=nazy
α=(π×d)/(λ/n)=(π×d×n)/λ…(1)
图7和图8每一个提供了基于Mie散射理论获得的模拟，用于指示已经从左面进入的光如何经由在圆的中心处设置的颗粒被散射（如何分布散射的光），该圆作为沿着相对于入射光的前向0°方向的标准化的分布范围。在相对于圆的中心的右侧上的半圆表示前向范围，而相对于圆的中心的左侧上的半圆表示后向范围，并且虚线指示在30°间隔上设置的方位角。适用于在两个附图中提供的数据的关于颗粒、介质和入射光设置的公共条件如下。
●颗粒的折射率nbxy=1.88
●介质的折射率naxy=1.64
●入射光的波长λ=633nm
与不同的颗粒直径d对应地通过模拟来获得在图7中提供的数据和在图8中提供的数据，与被设置为0.15μm的颗粒直径d对应地获得了在图7中的数据，并且与被设置为0.3μm的颗粒直径d对应地获得了在图8中的数据。可以通过将d的这些值代入表达式（1）来如下计算大小参数α的值。
●对于在图7中呈现的数据，大小参数α＝1.22
●对于在图8中呈现的数据，大小参数α＝2.44
图9呈现了在图7中的散射光分布和在图8中的散射光分布的图，其以水平轴范围从向左180°到向右180°，以0°表示入射角，并且垂直轴表示分布率的图形而被重新绘制。
图7至9指示当大小参数α是1.22时（参见图7）和当大小参数α是2.44时（参见图8），散射光被非常不同地分布，并且当大小参数α等于1.22时在前向和后向上以宽范围的散射角来散射光，并且在较大范围上散布前向散射的光，而当大小参数α等于2.44时几乎没有任何后向散射发生，并且较小程度地散布前向散射的光。
图10（a）至10（d）指示在没有标准化光散射的状态的情况下，在如上所述的公共条件下当大小参数α改变时（即，当颗粒直径d改变时）可能发生的散射光的分布。图10（a）指示当α＝1.0时发生的散射光分布，图10（b）指示当α＝1.5时发生的散射光分布，图10（c）指示当α等于2.0时发生的散射光分布，并且图10（d）指示当α＝2.5时发生的散射光分布。图11是通过绘制当在如上所述的公共条件下改变大小参数α时，沿着后向180°方向散射的光相对于沿着前向0°方向散射的光的比率的方式实现的图形。
图10和图11指示当大小参数α等于或大于1.5时，前向散射的比率超过大约百分之90并且因此前向散射变为主要现象。另外，一旦大小参数α取等于或大于2的值，则后向散射与前向散射的比率变得几乎等于0。
然而，虽然当大小参数α采用更大值时沿着0°方向的前向散射的比率增大，但是散射角在更大的大小参数值下变小（窄）。较小的散射角必然作为相对于当制造聚光光学元件10（20）时保证双折射构件的足够高水平的定向精度和相对于为了实现用于到达聚光光学元件的底表面的光的全反射条件所需的沿着厚度方向的尺寸的优化的负因素。换句话说，不能仅通过将大小参数α设置为等于或大于预定值的最大值来实现在前向散射的最大化和散射角之间的最期望的平衡，而是相反，大小参数α需要采用在指定范围内的值，以便在实际应用中获得最佳的平衡。
图12呈现了指示在如上所述的公共条件下观察到的在大小参数α和散射角之间的关系的图形。通常，在制造双折射构件（基板或微型光学构件）的同时保证大约1至2°的角精度（在制造过程中的角精度），并且，经由颗粒实现的散射角必须超过这一点。图12指示基于当前作为基准接受的制造角计算的、大小参数α所取的值的上限是大约50。
图13指示在采用恒定的体积并且被以恒定的填充率（π/6）填充颗粒的聚光光学元件处观察到的在大小参数α和散射系数之间的关系。在更大的散射系数下，允许聚光光学元件采用较小的厚度，并且在该情况下，需要较小数量的双折射材料。图13指示当大小参数α等于大约10时散射系数取最大值，只要颗粒填充率保持恒定。散射系数应当从不取小于最大值的1/5（20%）的值，并且因此，大小参数α的上限在图13中为大约40。
从保证制造精度的视点看，期望将大小参数α设置得等于或小于20，以便能够确保5°的制造精度，即，超过制造精度的当前标准的两倍（参见图12）。也考虑到与恒定的总的体积对应地设置的散射系数，期望保证大小参数α从不超过20，即，将散射效率保持在等于或大于峰值的1/4的水平的大小参数值（参见图13）。
期望聚光光学元件的厚度从不超过10mm。为了允许已经通过聚光光学元件的顶表面进入聚光光学元件的光在它到达聚光光学元件的底表面侧之前被散射500次，需要在20μm或更小的间隔上分布颗粒，并且，这样的颗粒可以采用的最大颗粒直径是20μm。然而，期望当颗粒填充率要被保持小到5％或更小时将颗粒直径设置为等于或小于10μm。在如上所述的公共条件下，与被设置为10μm的颗粒直径d对应的大小参数α所取的值是大约80，而与在1.3μm的入射光波长λ中的10μm的颗粒直径d对应的大小参数所取的值大约等于40。
考虑到如上所述的所有因素，应当在范围1.5≤α≤40中设置用于包括基板和微型光学构件的聚光光学元件的大小参数α，并且甚至更期望在范围2≤α≤20中设置大小参数α。另外，微型光学构件的颗粒直径d应当被设置得等于或小于20μm，并且甚至更期望地被设置为等于或小于10μm的值。
接下来，将简述聚光光学元件制造过程的示例。通过这个制造过程，可以制造包括如上所述的基板11和微型光学构件12的聚光光学元件10。通过使用由萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯（naphthalate70/terephthalate30copolyester）（coPEN）构成的单体来形成基板11。微型光学构件12是采用沿着特定方向的偏振轴的双折射颗粒，其通过被加上光聚合引发剂（由CibaGeigy制造的Irgacure907（注册商标））的棒状液晶（从MerckJapan可获得的E9（注册商标））的、经由聚合UV光聚合设备实现的光聚合而制造的。沿着x轴来单轴地拉伸其中混和了微型光学构件12的基板11，以便形成以片形式的聚光光学元件10。微型光学构件12的颗粒直径d是大约1.0μm，并且，以大约0.1颗粒/μm3的分布密度来散布微型光学构件。
在没有双折射属性的基板11（coPEN）处，向在所有方向上前进的光线应用均匀的折射率，即，naxy、nayx和nazy以大约1.64全部彼此相等。沿着拉伸方向来定向微型光学构件12，并且因此，沿着拉伸方向（沿着x轴）所取的微型光学构件12的折射率不匹配沿着另一个方向所取的折射率，其中nbxy＝1.73，并且nbyx＝nbzy为大约1.53。光散射理论支持不是球形的微型光学构件，并且微型光学构件应当被制造为使得满足与被转换为等效圆直径的所拉伸的微型光学构件（颗粒）的尺寸对应的、在上面给出的条件。
微型光学构件12是单轴各向异性双折射构件（等同于显示在图4（a）中所示的双折射属性的双折射构件），双折射的主轴沿着x轴定向。这意味着，已经进入微型光学构件12的p偏振光被折射的折射率与在xy平面内的光的入射角对应地改变，导致在微型光学构件12的折射率和基板11的折射率之间的差改变。这继而改变了在Mie散射理论中的散射截面，导致在散射效率改变。
如已经参考图3所述，当光进入微型光学构件12的入射角θ等于0°或90°时，发生大程度的散射，这是因为在这样的情况下，在基板和微型光学构件的折射率之间的差实现最大值，并且散射截面也实现最大值。然而，如果光进入微型光学构件12的入射角θ等于折射率匹配轴M1倾斜的倾斜角即，当时，在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间没有差别，并且，散射截面采用无限小的值。在该情况下，不发生光的散射。当在微型光学构件12处的入射角θ在例如或的中间范围中时，采用与在该特定入射角下在基板11的折射率和微型光学构件12的折射率之间的差对应的散射截面，并且因此改变散射效率。
在如上所述构造的聚光光学元件10处，已经以垂直入射通过顶表面进入聚光光学元件10并且沿着y轴作为p偏振光前进的光经由作为颗粒在介质（基板11）中存在的微型光学构件12通过Mie散射现象变得被散射。假定微型光学构件12的颗粒直径是1μm，并且颗粒以0.1颗粒/μm3的密度来散布，则大约40%的入射光将在表面附近发生的散射的初始阶段期间被散射，而大约60%的入射光被允许直着向前前进，而不被散射。然后，已经被允许直着向前前进的光的大约40%经由在沿着厚度方向散布的微型光学构件12中的下一阶段存在的微型光学构件12而被散射。以这种方式，进入元件的所有光最后被散射。散射光相对于y轴倾斜。
已经被使得相对于y轴倾斜的光的一些在下一阶段被转弯，以便以更大的倾斜度来前进（以便增大入射角），并且该光的一些其他部分被转弯以便恢复垂直定向（以减小入射角），同时该光的剩余部分继续前进，而没有改变入射角（参见图2）。当入射角θ更接近折射率匹配轴M1的倾斜角时，倾斜光的散射概率降低。换句话说，当入射角θ更接近折射率匹配轴M1的倾斜角时，散射的光的比率降低，并且此外，变得进一步倾斜的光的比率和转弯以便恢复垂直定向的光的比率也减小。
一旦前进通过介质的光的倾斜角（入射角）变得等于折射率匹配轴M1的倾斜角则颗粒的折射率与介质的折射率匹配。在该条件下，散射概率低得可以被忽略。因此，当散射过程继续通过多个阶段时，使得光沿着相对于y轴倾斜角度的折射率匹配轴M1向x轴的正范围或负范围前进。
可以分别如在下面的（2）、（3）和（4）中来表达基板11的折射率椭圆、微型光学构件的折射率圆、以及与在折射率椭圆和折射率圆彼此交叉处的每一个轴MS垂直的折射率匹配轴M1的倾斜角其中nxy（naxy和nbxy）表示在xy平面内沿着y轴前进的光被折射的折射率，并且nyx（nayx和nbyx）表示在xy平面内沿着x轴前进的光被折射的折射率。
(nxy)2/(1.73)2+(nyx)2/(1.53)2=1…(2)
(nxy)2+(nyx)2=(1.64)2…(3)
通过表达式（2）至（4），折射率匹配轴M1的倾斜角被计算为50.5°。对于折射率匹配轴M1计算的倾斜角大于在基板11和空气之间、即在介质和空气之间的界面处发生的全反射的临界角（37.6°），并且结果，在介质中的光在基板11和空气之间的界面处被全反射。虽然全反射的光在它向顶表面侧前进通过介质时必然要再一次遇到微型光学构件12，但是该光不经由微型光学构件12而被散射，因为该光进入微型光学构件的入射角等于折射率匹配轴M1的倾斜角。该光相反透射通过微型光学构件12，就好像前进通过同质介质。随后，该光在聚光光学元件的顶表面和底表面处经历全反射，并且被允许在沿着x轴的正范围或负范围上聚光（参见图14和15）。
通过设计基板11和微型光学构件12使得保证已经通过散布为在聚光光学元件内最接近底表面的微型光学构件12层的光向聚光光学元件的底表面前进的倾斜角大于在基板11和空气之间的界面处发生的全反射的临界角，可以将由已经进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光整体作为被聚光的光而引导到在沿着x轴在正范围和负范围中存在的端部，甚至不必将全部光以与折射率匹配轴M1的倾斜角匹配的程度倾斜。采用这种允许在元件内的捕获的光长距离传播且有小损耗的结构的聚光光学元件10能够有效地在宽聚光区域上聚光。
在聚光光学元件的底表面处形成的、具有与基板11不同的折射率的保护膜等的存在将引入与在基板11和该膜之间的界面处的膜的折射率对应的光的折射。然而，折射的斯涅尔定律（Snell’slaw）在基板11和膜之间的界面处和在膜和空气之间的界面处生效。因此，将至少在膜和空气之间的界面处满足全反射条件，只要已经到达聚光光学元件的底表面的光的倾斜角大于在基板和空气之间的界面处发生的全反射的临界角。结果，由已经进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光将整体作为被聚光的光而引导到沿着x轴的正范围和负范围中的端部。
另外，如果已经到达包括如上所述的保护膜等的聚光光学元件的底表面的光的倾斜角大于在基板和膜之间的界面处的全反射的临界角，则将在基板和膜之间的界面处满足全反射条件，并且，在该情况下，已经到达聚光光学元件的底表面的光将被全反射到基板内，而不被允许前进进入膜。因此，由已经进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光将以整体被聚光在沿着x轴的正范围和负范围的端部处，即使在膜具有例如不均匀的外表面的情况下在该膜和空气之间的界面处不存在全反射条件。
虽然为了简化而已经给出了关于进入聚光光学元件的光的波长均匀的示例的说明，但是如果入射光采用在有限波长范围内的各种波长，则可以将微型光学构件的颗粒直径d设置为与要聚光的目标光的波长带对应的最佳值。更具体地，可以在与日光辐射频谱对应的范围从400至1800nm的波长带中的目标光、与强辐射频谱对应的范围从400至800nm的波长带中的目标光，或在对于接下来要描述的光发电装置中的光电转换元件50保证高转换效率水平的波长带中的目标光相结合地设置颗粒直径d。可以基于这样的波长带的中心或重心等来设置微型光学构件的颗粒直径d，或者可以设置多个颗粒直径d1、d2、d3、…，每一个与在通过将整个波长范围划分为多个分段而获得的波长带分段中的特定波长带分段对应（即，在由具有不同颗粒直径的微型光学构件构成的混合物中的多个微型光学构件的颗粒直径）。
（用于聚光装置60a和光发电装置1a的结构示例）
现在描述包括诸如如上所述的聚光光学元件的聚光装置。作为根据本发明的聚光装置的典型示例，将描述配备了在第一实施例中实现的聚光光学元件10的聚光装置。如上所述，以从上方进入聚光光学元件10的光中的s偏振光分量构成的光不被沿着x轴聚光，并且相反，s偏振光通过聚光光学元件10的底表面离开聚光光学元件10。配备了聚光光学元件10的聚光装置60a、70a或80a被配置使得能够将从上方进入聚光光学元件的所有光、包括以s偏振光分量构成的光聚光。下面是参考附图给出的、可以通常用于这样的聚光装置的结构示例的说明。在每一个附图中，使用双头箭头来标注其电场分量沿着与附图纸张平行的方向振动的p偏振光，并且，使用每一个均具有设置在其中心处的点的圆圈来标注其电场分量沿着垂直于附图纸张的方向振动的s偏振光。
图14示意地图示聚光装置60a的结构。在附图中的聚光装置60a包括：聚光光学元件10；在聚光光学元件10的底表面上以便沿着该底表面设置的反射镜62；以及偏振面旋转元件65，其被设置在聚光光学元件10和反射镜62之间。偏振面旋转元件65是使已经透射两次的光的偏振面旋转90°的光学元件。完成这样的功能的最佳偏振面旋转元件可以例如是宽带四分之一波长板，在该处，当在日光波长带中的光第一次透射时，s偏振光被转换为圆偏振光，并且然后，当光第二次透射时，圆偏振光被转换为p偏振光。
在如上所述配置的聚光装置60a处，在已经通过聚光光学元件10的顶表面侧沿着其厚度进入聚光光学元件10的光中的p偏振光经由均匀地贯穿基板11散布的多个微型光学构件12而变得被散射。散射光前进所沿着的方向（光向量）被朝向折射率匹配轴M1以倾斜角延伸的倾斜方向定向。散射的光在聚光光学元件10的两个端部的任何一个处被聚光，该两个端部的一个位于沿着x轴的正侧，并且另一个位于负侧。不像p偏振光，以已经通过聚光光学元件10的顶表面沿着其厚度进入聚光光学元件10的光中的s偏振光分量构成的光的大部分通过聚光光学元件10的底表面离开聚光光学元件10，而不被散射。
已经通过聚光光学元件10的底表面离开聚光光学元件10的s偏振光透射通过偏振面旋转元件65，在反射镜62处被反射，再一次透射通过偏振面旋转元件65，并且通过聚光光学元件10的底表面重新进入聚光光学元件10。已经透射通过偏振面旋转元件65两次的、此时重新进入聚光光学元件10的光是以p偏振光分量构成的光，因为光的偏振面已经被旋转90°。因此，已经通过其底表面重新进入聚光光学元件以沿着聚光光学元件10的厚度前进的p偏振光在它从底表面向顶表面侧前进时经由微型光学构件12而被散射，并且，散射光的前进方向被向折射率匹配轴M1以倾斜角倾斜的倾斜方向定向，由此使得散射光在聚光光学元件10的两个端部的任何一个处被聚光，该两个端部的一个位于沿着x轴的正侧上，并且另一个位于负侧上。
在使用单个聚光光学元件10配置的聚光装置60a处，从上方进入聚光光学元件10的光可以整体在聚光光学元件10的沿着x轴彼此背对的两个端部处被聚光。另外，通过设置用于将在聚光光学元件10的两个端部处聚光的光转换为电的光电转换元件50，即，通过采用包括聚光光学元件10和光电转换元件50的单个组的简单和低成本结构，可以配置能够进行已经进入聚光光学元件10的所有光的光电转换的光发电装置1a。
（用于聚光装置70a和光发电装置1b的结构示例）
将简述采用与聚光装置60a不同的结构的聚光装置70a（未示出）。聚光装置70a包括两个聚光光学元件，每一个如上所述被配置。下面是配备了两个聚光元件的聚光装置70a的描述，每一个与在第一实施例中实现的聚光光学元件10，即，聚光光学元件10a和聚光光学元件10b相同。
聚光装置70a包括聚光光学元件10a和设置在聚光光学元件10a的底表面上的聚光光学元件10b，并且在聚光光学元件10b处的x轴被设置使得与在聚光光学元件10a处的z轴平行地延伸。更简洁地，通过下述方式来配置聚光装置70a：将聚光光学元件10b以相对于聚光光学元件10a围绕y轴转动90°而设置在聚光光学元件10a的底侧上。
在聚光光学元件10a处采用的坐标系中作为s偏振光行进的光等同于在聚光光学元件10b处采用的坐标系中的p偏振光。这意味着以已经从聚光装置70a上方进入聚光光学元件10a的光中的p偏振光分量构成的光在聚光光学元件10a处被散射，并且在聚光光学元件10a的沿着x轴彼此背对的两个端部处变得被散射。以透射通过聚光光学元件10a的s偏振光分量构成的光作为p偏振光进入聚光光学元件10b，在聚光光学元件10b处被散射，并且在聚光光学元件10b处在聚光光学元件10b的沿着x轴彼此背对的两个端部处被聚光。
在采用包括一个设置在另一个之上地的两个聚光光学元件并且一个聚光光学元件相对于另一个聚光光学元件围绕y轴旋转90°的简单结构的聚光装置70a处，从上方进入聚光光学元件10a的所有光可以在聚光光学元件10a和10b处被聚光。另外，通过在聚光光学元件10a和10b附近设置用于将在单独的聚光光学元件10a和10b的端部处聚光的光转换为电的光电转换元件50，可以以简单结构来配置能够将在从上方进入聚光光学元件10a的所有光转换为电的光发电装置1b（未示出）。而且，因为与聚光光学元件10a相结合地设置的上面的光电转换元件和与聚光光学元件10b相结合地设置的下面的光电转换元件不必采用沿着水平方向的匹配位置，所以可以使用更高自由度水平来设计光电转换元件的结构，并且可以使用提供更高布局自由度水平的位置布置来设置这样的光电转换元件。
（用于聚光装置80a和光发电装置1c的结构示例）
现在参见图15来描述通过采用与聚光装置60a或聚光装置70a不同的结构来配置的聚光装置80a。聚光装置80a包括每一个被如上所述地构造的两个聚光光学元件，以及偏振面旋转元件85。要参考图15描述的聚光装置80a包括两个聚光光学元件，每一个与在第一实施例中实现的聚光光学元件10，即，聚光光学元件10c和聚光光学元件10d相同。
聚光装置80a包括聚光光学元件10c、设置在聚光光学元件10c的底表面上的聚光光学元件10d，以及在聚光光学元件10c和聚光光学元件10d之间设置的偏振面旋转元件85。通过下述方式来设置聚光光学元件10c和聚光光学元件10d：将在聚光光学元件10c处的x轴和在聚光光学元件10d处的x轴对准，使得它们彼此平行地延伸。偏振面旋转元件85是将透射通过偏振面旋转元件85的光的偏振面旋转90°的光学元件。完成这样的功能的最佳偏振面旋转元件可以例如是宽带半波长板，经由该宽带半波长板，当在日光波长带中的光透射通过一次时，s偏振光被转换为p偏振光。
在如上所述配置的聚光装置80a处，在已经通过聚光光学元件10c的顶表面沿着其厚度进入聚光光学元件10c的光中的p偏振光经由均匀地贯穿聚光光学元件10c中的基板11散布的多个微型光学构件12而变得被散射。散射光前进所沿着的方向（光向量）被朝向折射率匹配轴M1以倾斜角延伸的倾斜方向定向。散射的光在聚光光学元件10c的两个端部的任何一个处被聚光，该两个端部的一个位于沿着x轴的正侧，并且另一个位于负侧。由透射通过聚光光学元件10c的s偏振光分量构成的光通过其底表面离开聚光光学元件10c，然后进入偏振面旋转元件85。
当已经进入偏振面旋转元件85的s偏振光透射通过偏振面旋转元件85时，光的偏振面被旋转90°，并且结果，已经作为s偏振光进入偏振面旋转元件85的光被转换为以p偏振光分量构成的光，该以p偏振光分量构成的光然后离开偏振面旋转元件85。结果，已经通过偏振面的旋转而被转换的p偏振光的光进入聚光光学元件10d，并且已经进入聚光光学元件10d的光经由贯穿基板11均匀地散布的多个微型光学构件12而变得被散射。散射光前进所沿着的方向被朝向折射率匹配轴M1以倾斜角倾斜的倾斜方向定向。散射光在聚光光学元件10d的两个端部的任何一个处被聚光，该两个端部的一个位于沿着x轴的正侧上，并且另一个位于负侧上。
在采用包括一个设置在另一个之上的两个聚光光学元件的简单结构的聚光装置80a处，从上方进入聚光光学元件10c的所有光可以在聚光光学元件10c和10d处被聚光。另外，通过在聚光光学元件10c和10d附近设置用于将在单独的聚光光学元件10c和10d的端部处聚光的光转换为电的光电转换元件50，可以以简单结构来配置能够将从上方进入聚光光学元件10c的所有光转换为电的光发电装置1c。
在该配置中，沿着顶/底方向并排设置的、沿着x轴的第一聚光光学元件10c的正侧端部和第二聚光光学元件10d的正侧端部采用沿着水平方向的匹配位置，并且，沿着顶/底方向并排设置的、沿着x轴的第一聚光光学元件10c的负侧端部和第二聚光光学元件10d的负侧端部也采用沿着水平方向的匹配位置。与这样的聚光光学元件相结合地，可以设置连接沿着x轴的两个正侧端部并且将连接的端部引导到单个光电转换元件50的光导，和连接沿着x轴的两个负侧端部并且将连接的端部引导到另一个光电转换元件50的光导。这样的结构使得能够减少在系统中包括的、相对昂贵的光电转换元件的数量。
通过使用在第一实施例中的聚光光学元件10来实现如上所述的聚光装置60a、70a和80a的每一个。在仅包括在第二实施例中实现的一个聚光光学元件20的聚光装置处，进入聚光光学元件20的所有光可以如在上述聚光装置60a、70a和80a处地在聚光光学元件20处被聚光。即，以已经通过聚光光学元件20的顶表面沿着厚度方向进入聚光光学元件20的光中的p偏振光分量构成的光经由均匀地贯穿基板21散布的微型光学构件22而变得被散射，并且在沿着x轴彼此背对的正侧端部和负侧端部处被聚光。以已经进入聚光光学元件20的光中的s偏振光分量构成的光经由微型光学构件22被散射，并且在沿着z轴彼此背对的正侧端部和负侧端部处被聚光。
在采用以单个聚光光学元件20配置的很简单结构的这个聚光装置处，从上方进入聚光光学元件20的光可以整体被聚光。通过在沿着x轴彼此背对的聚光光学元件20的两个端部处和在沿着z轴彼此背对的聚光光学元件20的两个端部处设置光电转换元件50，可以配置光发电装置1d（未示出），该光发电装置1d采用极其简单的结构，但是能够进行从上方进入聚光光学元件20的所有光的光电转换。
（在聚光光学元件的端部区域处的光能提取的方法）
参考图16（a）至16（e）简述当提取在第一实施例中实现的聚光光学元件10（聚光光学元件10a、10b、10c和10d）和在第二实施例中实现的聚光光学元件20的端部区域处聚光的光能时可以采用的典型方法的概念。
图16（a）是当直接地利用从其中已经将光聚光的聚光光学元件的端部提取的光时可以采用的结构示例的概念图。在图16（a）中所呈现的结构示例中，沿着光将直着向前前进的方向，经由圆柱透镜91和聚光器杆92等来将从聚光光学元件的端部输出的光聚光，并且经由光纤93将如此聚光的光引导到期望的位置。
图16（b）是当通过将聚光的光转换为电能或热能而利用已经在聚光光学元件的端部处被聚光的光时可以采用的结构示例的概念图。在图16（b）中呈现的示例中，光电转换元件50与聚光光学元件10（20）的光聚光侧的端部耦合，并且经由光电转换元件50将聚光的光的能量提取为电能，在光电转换元件50中，光能经历光电转换。另外，期望经由包括光吸收器的热管等将聚光的光的能量提取的热能，在光吸收器中，聚光的光通过光热转换被转换为热。可以使用在上述中的任何聚光光学元件和聚光装置来配置用于将聚光的光的能量提取为热能的光热转换装置。
图16（c）是当通过将聚光的光转换为电能或热能而利用已经在聚光光学元件的端部处被聚光的光时可以采用的结构示例的概念图。在图16（c）中呈现的示例中，在通过相对于聚光光学元件10（20）的顶表面（或底表面）对角地将聚光光学元件10（20）的侧表面切掉而形成的聚光光学元件10（20）的端部（倾斜表面）处设置反射镜94（或反射膜），以便在聚光光学元件10（20）的顶表面侧（或底表面侧）上设置的光电转换元件50处聚光。该结构允许占用特定面积的光电转换元件50以可靠和稳定的方式附接到采用薄片形式的聚光光学元件10（20）。期望经由包括光吸收器的热管等来将聚光的光的能量提取为热能，如在图16（b）中呈现的示例中。可以使用上述中的任何聚光光学元件和聚光装置来配置用于将聚光的光的能量提取为热能的光热转换装置。
图16（d）是当通过将聚光的光转换为电能或热能而利用已经在聚光光学元件的端部处被聚光的光时可以采用的结构示例的概念图。在图16（d）中呈现的示例中，在通过相对于聚光光学元件10（20）的顶表面（或底表面）对角地将聚光光学元件10（20）的侧表面切掉而形成的聚光光学元件10（20）的端部（倾斜表面）处设置分色镜95（或具有波长选择性的反射膜）。已经在该端部处被聚光的光被划分，并且被划分的光部分作为聚光的光被单独地引导到分别设置在聚光光学元件10（20）的顶部和端表面侧（或底部和端表面侧）的光电转换元件50a和50b（该端部光电转换元件被进一步设置在相对于聚光光学元件10（20）的端部的外部）。该结构允许将高效率的光电转换元件用作光电转换元件50a和50b，使得有可能提供以相对低的成本保证高转换效率程度的光发电装置，其中，该高效率的光电转换元件的每一个能够进行与被划分的光部分的特定波长带对应的光电转换。用于该结构的应用的理想示例包括一种系统，其中，被划分的光部分之一（例如，在红外线范围中的光）被输入到具有光吸收器的热管等，以便使得能够利用通过光热转换获得的热能，并且另一个被划分的光部分（例如，在可见光范围中和在紫外线范围中的光）被输入到光电转换元件50，以使得能够利用通过光电转换获得的电能。
图16（e）是当在允许聚光光学元件采用较小厚度的同时提取在聚光光学元件的端部处聚光的光时可以采用的结构示例的概念图。在图16（e）中的聚光光学元件10（20）具有朝向聚光侧端部逐渐减小的厚度。沿着x轴前进通过聚光光学元件的光在聚光光学元件的顶表面或底表面处被全反射，并且因此，在允许聚光光学元件采用较小厚度的同时，有效地将光聚光。该结构允许被聚光的光直接地被用作光能，而不必使用圆柱透镜等，并且也使得可能提高向光电转换元件50或热管输入的聚光的光的功率密度，而不要求复杂的结构特征。
为了简化说明，在第一和第二实施例中实现的聚光光学元件被描述为采用板形式。另外，通过引用用于构成基板和微型光学构件的具体材料并且相应地限定它们的折射率所取的值来更详细地描述在该实施例中实现的聚光光学元件的功能。然而，本发明的实施例不限于这种结构模式或结构示例。例如，可以在形成为薄片的聚光光学元件或形成为诸如棱形柱或圆柱的形状的杆（棒状或线状）的聚光光学元件中采用本发明。另外，可以在包括由从各种树脂材料和无机材料等选择的最佳材料构成的基板和微型光学构件的聚光光学元件中采用本发明。而且，根据本发明的聚光光学元件除了基板11和微型光学构件12之外可以包括另一个构件，只要该另外的构件的存在不引起偏离本发明的精神。
如上所述，在第一实施例中实现的聚光光学元件10和在第二实施例中实现的聚光光学元件20处的基板（基础构件）中散布颗粒微型光学构件，该颗粒微型光学构件具有以基本上与要被聚光的光的波长的数量级匹配的数量级设置的颗粒直径。基板和微型光学构件的折射率被设置使得实现下述关系，通过该关系，以在基板和微型光学构件处的不同折射率来折射沿着y轴前进的p偏振光，以在基板和微型光学构件处的不同折射率来折射沿着x轴前进的p偏振光，基板的折射率和微型光学构件的折射率相对于沿着从y轴向x轴以角度倾斜的轴前进的p偏振光彼此相等，并且成立。上述的聚光装置60a、70a和80a、光发电装置1（光发电装置1a、1b、1c和1d）和光热转换装置全部被配置有这样的聚光光学元件。
分别在如上所述的第一实施例和第二实施例中实现的聚光光学元件10和聚光光学元件20，以及聚光装置60a、70a和80a使得有可能提供具有低轮廓和简单结构的新系统，其能够满足使得能够有效地利用诸如日光的光能的聚光功能。另外，通过采用聚光光学元件10或20和聚光装置60a、70a或80a而配置的光发电装置1（光发电装置1a、1b、1c和1d）是具有采用沿着光轴厚度减小的聚光单元的、紧凑轻重量的装置。另外，光发电装置1不总是需要用于跟踪太阳的移动的跟踪装置。这样的光发电装置1在它被用作提供有效的太阳能发电功能的新系统的应用中是理想的。当在光热转换装置中采用本发明时，将实现类似的优点。
—第三和第四实施例—
在第三实施例中实现的聚光光学元件10等同于在第一实施例中实现的聚光光学元件10，并且折射率匹配轴M1的倾斜角被设置为等于90°。在第四实施例中实现的聚光光学元件20等同于在第二实施例中的聚光光学元件20，并且折射率匹配轴M1的倾斜角和γ两者被设置为等于90°。光发电装置1可以包括在本发明的第三实施例中实现的聚光光学元件10或在本发明的第四实施例中实现的聚光光学元件20，该光发电装置1外部视图被以透视图提供在图1中。图17是沿着由在图1中的箭头II-II所指示的方向截取的示意截面图。下面是参考附图给出的本发明的第三和第四实施例的说明。
（聚光光学元件的概述）
通过在采用板形式（或面板形式）的基板内散布多个微型光学构件来形成在图1和17中的聚光光学元件10（20）。该基板包括：彼此背对的、位于基板的前侧上的平坦表面10a（20a）和位于基板的后侧上的平坦表面10b（20b）；以及四个侧表面10c（20c）、10d（20d）、10e（20e）和10f（20f）。形成二维地延展的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）的边缘的侧每一个具有比在彼此背对的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）之间的距离大足够程度的长度，即，比聚光光学元件10（20）的厚度大足够程度的长度。前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）每一个具有正方形或矩形，并且，特别地，作为日光入射面的前平坦表面10a（20a）在大面积上延展，以便纳入最大可能量的日光。通过彼此背对的侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）来设置光电转换元件50，一个光电转换元件50被定位使得与侧表面10c（20c）背对，并且另一个光电转换元件50被定位使得与侧表面10d（20d）背对。在光电转换元件50处，接收已经通过侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）离开的光，并且所接收的光经历光电转换。即，基板的侧表面10c（20c）和10d（20d）限定沿着如上所述的x轴和/或z轴彼此背对的端部，如已经在第一和第二实施例中实现的光发电装置的概述中所述。已经通过前平坦表面10a（20a）进入的日光在基板内被聚光，并且然后通过侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）离开。因为侧表面10c（20c）和侧表面10d（20d）的面积大小小于前平坦表面10a（20a）的面积大小，所以可以最小化由光电转换元件50占用的安装空间。
如图17中所示，构成聚光光学元件10（20）的主要部件包括：日光所透射通过的基板11（21）；以及具有光透射属性的颗粒微型光学构件12（22），其散布在基板各处。微型光学构件的颗粒直径被设置使得实现对于等效圆的直径d的大约0.1λ至10λ，并且λ表示进入聚光光学元件的光的波长，如在第一和第二实施例中。
虽然沿着x轴、y轴和z轴在整个聚光光学元件（在宏观视图中）均匀地散布微型光学构件，但是仅在图17中提供的示意图示中示出在散射光的光路上存在的微型光学构件12，以便便于说明经由微型光学构件12引入的光的散射。应当注意，微型光学构件被分布的密度被设置为与构成基板和微型光学构件的材料、基板和微型光学构件的形状和尺寸和操作条件等对应的最佳水平，如在第一和第二实施例中。
在聚光光学元件10（20）处的基板11（21）和微型光学构件12（22）显示彼此不同的折射率特性，至少基板或微型光学构件具有双折射属性。
在实施例中的基板和微型光学构件被设计使得对于naxy和nbxy取不同的值，并且对于nayx和nbyx所取的值基本上彼此相等。应当注意，当对于nayx和nbyx所取的值“基本上彼此相等”时，折射率实现由此沿着x轴前进的p偏振光不经由微型光学构件被散射或折射到任何显著程度的关系。更具体地，当nayx和nbyx基本上彼此相等时，在折射率之间的差可以等于或小于0.05。
在这样的聚光光学元件10（20）处的微型光学构件12（22）作为用于从上方进入聚光光学元件并且沿着y轴前进的p偏振光的颗粒，因为naxy和nbxy彼此不相等。微型光学构件12（22）的颗粒直径d被设置为基本上等于表示等效圆的直径的0.1λ至10λ。这样的颗粒直径d的数量级与要传播通过基板、即介质的光的波长的数量级匹配。这意味着Mie散射理论可以基本地被应用到在通过在聚光光学元件10（20）处的基板和微型光学构件传播的光之间的关系。
然而，至少在聚光光学元件10（20）处的基板11（21）或微型光学构件12（22）采用双折射属性。因此，双折射的主轴的方位角（快轴或慢轴的定向，沿着其光线变为非常光）和光前进通过聚光光学元件所沿着的偏振方向确定光是否被散射，并且影响光被散射的方向。
为了简化，查看一个示例，其中，基板或微型光学构件是正双折射的（由此以大于折射常光的折射率大的折射率来折射非常光的双折射属性），并且存在单个双折射的主轴，即，双折射单轴地显示。在这样的情况下，naxy和nbxy取彼此不同的值（naxy≠nbxy），并且nayx和nbyx取基本上彼此相等的值（nayx≈nbyx），双折射的主轴沿着x轴或沿着y轴定向。
在图18中示出当双折射的主轴沿着x轴定向时的基板的折射率椭圆130和微型光学构件的折射率椭圆140可以采用的关系。图18（a）示出当微型光学构件具有正双折射属性时可以观察到的关系，图18（b）示出当基板具有正双折射属性时可以观察到的关系，并且图18（c）示出当微型光学构件具有负双折射属性时可以观察到的关系。在每一个图示中的阴影区域表示在yz平面内的基板或微型光学构件的折射率椭圆。如附图所示，当双折射的主轴沿着x轴定向时，nazy和nbzy以及nayx和nbyx基本上彼此相等（nayx＝nazy≈nbyx＝nbzy）。如图18（a）中所示，在第三实施例中实现的、其微型光学构件显示正双折射的聚光光学元件10表示典型的示例，其中，沿着x轴来定向单轴各向异性双折射的主轴。
在图19中示出当双折射的主轴沿着y轴定向时的基板的折射率椭圆130和微型光学构件的折射率椭圆140可以采用的关系。图19（a）示出当微型光学构件具有正双折射属性时可以观察到的关系，图19（b）示出当基板具有正双折射属性时可以观察到的关系，并且图19（c）示出当微型光学构件具有负双折射属性时可以观察到的关系。在每一个图示中的阴影区域表示在xz平面内的基板或微型光学构件的折射率椭圆。如附图所示，当双折射的主轴沿着y轴定向时，仅nayx和nbyx基本上彼此相等（naxy≠nbxy，并且nazx≠nbzy）。如图19（c）中所示，在第四实施例中实现的、其微型光学构件显示负双折射的聚光光学元件20表示典型的示例，其中，沿着y轴来定向单轴各向异性双折射的主轴。
（在第三实施例中实现的聚光光学元件）
因为naxy≠nbxy，微型光学构件12作为用于在已经从上方进入在第三实施例中实现的聚光光学元件10并且通过基板前进的光线中沿着y轴前进的p偏振光（非常光）的、与介质（基板11）可区分的颗粒。然而，因为nayx≈nbyx，所以微型光学构件12不作为用于沿着x轴前进的p偏振光（常光）的颗粒。基板的状态等同于不存在颗粒的状态（如同介质是同质的，并且其中没有微型光学构件12）。
因为这个原因，虽然已经从上方进入聚光光学元件10并且沿着y轴前进的p偏振光（p偏振光分量）因为在折射率之间的差而经由作为在介质中的颗粒的微型光学构件12经历Mie散射，但是沿着x轴前进的p偏振光继续沿着x轴前进，而不经由微型光学构件而被散射，该微型光学构件不作为相对于沿着x轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。
根据通过利用源自如上所述发生的双折射的折射率差而实现的本发明，散射截面与光进入微型光学构件12的入射角对应地改变，这继而改变散射效率。图20（a）至20（d）示意地示出了在光进入微型光学构件12的入射角和光的散射之间的不同关系。如图所指示地，当光以相对于y轴的0°入射角进入微型光学构件12时该光被大程度地散射，导致在折射率之间的最大差别和最大散射截面（参见图20（a）），但是，当入射角是90°时，光不被散射，因为在折射率之间的没有差别，并且散射截面值无限小（参见图20（d））。
当在微型光学构件12处的入射角在0至90°的范围内时，采用与在该特定入射角处在基板11的折射率和微型光学构件12的折射率之间的差对应的散射截面，并且，因此改变散射效率（参见图20（b）和20（c））。在图20（以及图17）中，使用三个向量，即表示沿着入射光的轴直着向前前进的光的向量，以及表示从入射光的轴向左和右扩展的两个光束的另外两个向量，来表达通过散射漫射的光，图20（以及图17）指示当入射角增大时散射效率降低，导致散射光向左或右扩展的比率降低，并且当入射角是90°时不发生光的散射。
在如上所述构造的聚光光学元件10处，已经从上方进入聚光光学元件10并且沿着y轴作为p偏振光前进的光经由作为颗粒在基板（介质）11中存在的微型光学构件12通过Mie散射现象变得被散射，如图17中所示。通过该过程，例如，入射光的40%可以经由在表面附近存在的微型光学构件12被散射。甚至已经绕过这些微型光学构件12的光线随后以例如40%的比率被在沿着厚度方向分布的微型光学构件12中的设置在下一阶段的微型光学构件12散射。即，沿着y轴前进的p偏振光必然在一个点或另一个点处变得被散射。另外，发生多重光散射，其中，已经被微型光学构件12散射的光经由在沿着厚度方向分布的微型光学构件中的存在于下一阶段的微型光学构件变得被进一步散射。
结果，在已经沿着垂直方向进入聚光光学元件10后继续沿着y轴（沿着垂直方向）前进通过聚光光学元件10的光的比率降低，并且相反，在xy平面中向下对角地倾斜的光的比率增大。当光进入微型光学构件12的入射角变大时在正范围或负范围上向x轴倾斜的光被散射的散射效率降低，同时在向水平方向移位的程度更小，光向x轴以大程度倾斜（即，作为几乎水平定向的光线前进的光）的比率增大。作为水平光线沿着x轴前进的光不经由微型光学构件12而被散射，并且继续向沿着x轴的正侧端或负侧端前进。
在该情况下，如果作为向x轴倾斜的光线到达聚光光学元件的底表面的光的入射角超过在基板11和空气之间的界面处发生的全反射的临界角，则已经进入聚光光学元件10的光可以被捕捉在该元件内。例如，以等于或大于37.6°的入射角到达在基板11和空气之间的界面的光在该界面处被全反射，并且被捕捉在聚光光学元件10内，该基板11的折射率被设置为使得naxy＝1.64。已经在聚光光学元件10的底表面处被全反射的光在它从底表面侧向顶表面侧前进时经由微型光学构件12被散射，并且因此，其前进方向朝向x轴偏转。
通过这些措施，已以经从上方进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光被基本上整体地沿着x轴引导向左或右。已经以这种方式聚光的光被引导到沿着x方向在聚光光学元件10的端部处设置的光电转换元件50和50，然后作为聚光的光进入光电转换元件50和50。
已经通过其顶表面进入如上所述构造的聚光光学元件10的光因为在基板11的折射率和微型光学构件12的折射率之间的差而沿着x轴被散射，同时最小化当光沿着z轴被散射时发生的损耗，沿着z轴没有显示折射率的差别。在该结构中，以已经通过其顶表面进入聚光光学元件并且沿着y轴前进的s偏振光构成的光（常光）将仅透射通过聚光光学元件10。通过相对于第一聚光光学元件10的底表面更下面并以90°围绕y轴旋转来设置与第一聚光光学元件10类似的另一个聚光光学元件10，可以在下面的聚光光学元件内以高效率水平来将以已经透射通过上面的聚光光学元件的s偏振光分量构成的光聚光。下面将详细描述使用两个这样的聚光光学元件配置的聚光装置。
（在第四实施例中实现的聚光光学元件）
通过分布双折射微型光学构件22，使得对准双折射的主轴以允许它沿着y轴延伸来配置在第四实施例中的聚光光学元件20（参见图19（c））。在已经从上方进入聚光光学元件20并且前进通过基板的光中，对于沿着y轴前进的p偏振光（常光），naxy≠nbxy成立。另外，对于在已经从上方进入聚光光学元件20并且前进通过基板的光中的沿着y轴前进的s偏振光（常光），nazy≠nbzy成立。这意味着，微型光学构件22作为用于在沿着y轴前进的光中的p偏振光和s偏振光的、与介质（基板21）可区分的颗粒。然而，因为nayx≈nbyx，所以微型光学构件12不作为用于沿着x轴前进的p偏振光（非常光）的颗粒。在该示例中的基板的状态等同于不存在颗粒的状态（如同介质是同质的，并且其中没有微型光学构件22）。
因为这个原因，虽然已经从上方进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光因为在折射率之间的差而经由在介质中作为颗粒的微型光学构件22经历Mie散射，但是沿着x轴前进的p偏振光继续沿着x轴前进，而不经由微型光学构件而被散射，该微型光学构件不作为相对于沿着x轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。
根据通过利用源自如上所述发生的双折射的折射率差而实现的本发明，散射截面与进入微型光学构件22的光偏振所沿着的偏振方向和光进入微型光学构件22的入射角对应地改变。在散射截面中的改变继而改变散射效率。图21（a）至21（d）示意地示出了在光进入微型光学构件22的入射角和光的散射之间的关系，并且光如在图20中通过由三个向量表示的散射而被漫射。另外，在图21中，使用双头箭头来标注具有与附图纸张平行延展的电场振幅的p偏振光，并且，使用每一个均具有设置在其中心处的点的圆圈来标注具有垂直于附图延展的电场振幅的s偏振光。
从上方已经进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光中的p偏振光（p偏振光分量）在它以相对于y轴的0°入射角进入微型光学构件22时被大程度地散射，导致在折射率之间的最大差别和最大散射截面（参见图21（a））。当它以在0和90°之间的范围中的入射角进入微型光学构件22时，散射效率随着与在该特定入射角处在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间的差对应的散射截面而改变（参见图21（b）和21（c））。然而，以90°入射角进入聚光光学元件22的光不被散射，因为在折射率之间没有差别，并且散射截面变得无限小（参见图21（d））。另外，对于在已经从上方进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光中的s偏振光（s偏振光分量），散射效率保持不变（参见图21（a）至（d）），因为在折射率之间的差保持恒定，而与它进入聚光光学元件22的相对于y轴的入射角无关。
从上方已经进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光中的p偏振光和s偏振光两者经由在介质（基板21）中作为颗粒的微型光学构件22经受Mie散射，并且因此变得被多重散射。
结果，在已经沿着垂直方向进入聚光光学元件20后继续沿着y轴（沿着垂直方向）前进通过聚光光学元件20的光的比率降低，并且相反，在xy平面中向下对角地倾斜的光的比率增大，并且在yz平面中向下对角地倾斜的光的比率都增大。以更大程度倾斜的光的比率（作为几乎水平的光线行进的光的比率）在进一步向底表面时变得更大。具体地说，沿着x轴前进的p偏振光（非常光）继续向沿着x轴的正侧端或负侧端前进，而不经由微型光学构件22变得被散射。在yz平面中沿着对角方向以大的程度向下倾斜的光当它经由微型光学构件22被散射时向沿着z轴的正侧端或负侧端前进。
如果向x轴或z轴倾斜的光的倾斜角超过在基板21和空气之间的界面处发生的全反射的临界角，则已经进入聚光光学元件20的光在底表面处被全反射，并且被捕捉在聚光光学元件20内。在聚光光学元件20的底表面处被全反射的光当它从底表面向顶表面侧前进时经由微型光学构件22被散射，并且因此，它的前进方向被朝向x轴或z轴偏转。
通过这些措施，以已经从上方进入聚光光学元件20的p偏振光分量构成的光被基本上整体地沿着x轴引导向左或右，而已经从上方进入聚光光学元件20的s偏振光的大部分沿着z轴前向或后向前进。已经以这种方式被聚光的光被引导到在沿着x轴在聚光光学元件20的两个端部处设置的光电转换元件50和50与在沿着z轴彼此背对的两个端部处设置的光电转换元件50和50。被引导到聚光光学元件20的端部处的光然后作为被聚光的光进入光电转换元件50。
在如上所述构造的聚光光学元件20处，已经通过其顶表面进入聚光光学元件20的光因为在基板21的折射率和微型光学构件22的折射率之间的差导致沿着x轴和z轴被散射，并且作为被聚光的光而被输入到在沿着x轴和z轴的端部处设置的光电转换元件50。虽然前进通过聚光光学元件20的s偏振光的一些可以通过其顶表面或底表面离开聚光光学元件20，但是可以配置聚光装置和光发电装置，其每一个能够通过仅包括单个聚光光学元件的简单结构而沿着x轴和z轴两者聚光。
（大小参数）
如同在第一和第二实施例中的基板和微型光学构件，可以基于Mie散射理论来更具体详细地描述可以对于基板11和21与微型光学构件12和22采用的最佳结构。因此，如在第一和第二实施例中，在第三和第四实施例中使用如在（1）中限定的大小参数α。即，在聚光光学元件10（20）处的基板11不是双折射构件，并且，该介质具有恒定的折射率：n=naxy=nayx=nazy=1.64。另外，颗粒的折射率nbxy是1.88，并且入射光的波长等于633nm。
如在第一和第二实施例中，应当在范围1.5≤α≤40的范围中设置用于包括基板和微型光学构件的聚光光学元件的大小参数α，并且甚至更期望在范围2≤α≤20的范围中设置大小参数α。另外，微型光学构件的颗粒直径d应当被设置得等于或小于20μm，并且甚至期望被设置为等于或小于10μm。
下面是通过具体的制造过程制造的、在第三实施例中的聚光光学元件10和在第四实施例中的聚光光学元件20的具体示例的说明。应当注意，为了比较的目的，将在聚光光学元件10和20的示例的说明后提供包括基板和微型光学构件的聚光光学元件的具体示例的说明，该基板或微型光学构件都没有双折射属性。
（在第三实施例中实现的聚光光学元件的具体示例）
在第三实施例中的聚光光学元件10中的基板11和微型光学构件12可以被设计为满足下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.64
●微型光学构件的折射率：nbxy＝1.88（对于非常光的折射率）nbyx=nbzy=1.64（对于常光的折射率）
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm（在拉伸步骤之后的颗粒直径）
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为8.14。
如上所述列出的条件表示如下制造过程：通过使用萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯（coPEN）单体来用于基板11，使用聚萘二甲酸乙二酯（PEN）颗粒来用于微型光学构件12，使用在基板11内均匀地散布的微型光学构件12来形成片，并且沿着x轴来单轴地拉伸片，来通过该制造过程制造聚光光学元件10。在不具有双折射属性的基板11（coPEN）处，向在所有方向上前进的光线应用均匀的折射率，即，naxy、nayx和nazy以大约1.64全部彼此相等。另一方面，微型光学构件12采用与沿着其他方向所采用的不同的、沿着拉伸方向（沿着x轴）的折射率。即，它们具有用于在沿着拉伸方向延展的平面中偏振的光的大约1.88的折射率和用于在沿着另一个方向延展的平面中偏振的光的大约1.64的折射率。应当注意，光散射理论支持非球形的微型光学构件，并且在这个聚光光学元件中的微型光学构件应当被制造为使得满足与被转换为等效圆的直径的所拉伸的微型光学构件（颗粒）的尺寸对应的、在上面说明的条件。
在聚光光学元件中的微型光学构件12是单轴各向异性双折射构件，并且双折射的主轴沿着x轴定向。这意味着，已经进入微型光学构件12的p偏振光被折射的折射率与在xy平面内的光的入射角对应地改变，导致在微型光学构件12的折射率和基板11的折射率之间的差的改变。这继而改变在Mie散射理论中的散射截面，导致散射效率改变。更具体地，当相对于y轴（0°）测量的入射角增大时，散射截面减小。
图22是指示当微型光学构件（颗粒）12的折射率与光进入微型光学构件的入射角的改变对应地改变时散射截面如何改变的图形，沿着水平轴来指示微型光学构件12的折射率，并且沿着垂直轴来指示散射截面。在该图形中，通过在左上处的填充正方形来表示对于在微型光学构件12处的0°入射角计算的值（垂直输入），通过在右下处的填充正方形来表示对于在微型光学构件12处的90°入射角（水平输入）计算的值，并且，绘制以入射角的10°的递增量计算的值。在图22中的图形指示散射截面在微型光学构件12的折射率高（即，在微型光学构件的折射率和基板的折射率之间的差别显著）的范围上基本上与微型光学构件的折射率的改变成比例地改变，并且散射截面在微型光学构件12的折射率低（即，在微型光学构件的折射率和基板的折射率之间的差别小）的范围上相对于微型光学构件的折射率的改变而改变较小的程度。
图23呈现了指示在微型光学构件处的入射角如何影响包括散射截面和通过考虑微型光学构件散布的分布密度而计算的散射概率的各种指标的表格。该表格包括在颗粒处的入射角，每一个入射角采用光进入微型光学构件的特定值，并且x轴在xy平面中相对于y轴（0°）形成90°角。通过将基于Mie散射理论确定的散射截面除以微型光学构件的几何面积（πd2/4）来计算散射效率。另外，通过将散射截面乘以微型光学构件密度（即，每单位体积的颗粒的数量）来计算散射系数，而通过将散射截面乘以微型光学构件密度的2/3次幂来计算散射概率。
在如上所述构造的聚光光学元件10处，已经沿着垂直方向通过顶表面进入聚光光学元件10并且沿着y轴作为p偏振光前进的光经由作为颗粒在介质（基板11）中存在的微型光学构件12通过Mie散射现象而变得被散射。假定微型光学构件12的颗粒直径是1μm，并且颗粒以0.1颗粒/μm3的密度来散布，则大约40%的入射光在表面附近发生的散射的初始阶段期间被散射，而大约60%的入射光被允许直着向前前进，而不被散射。然后，已经被允许直着向前前进的光的大约40%经由在沿着厚度方向散布的微型光学构件12中的在下一阶段存在的微型光学构件12而被散射。以这种方式，已经进入元件的所有光最终被散射。散射的光沿着对角方向向下倾斜，形成相对于y轴的角度。
已经被使得相对于y轴向下对角地倾斜的光中的一些在下一阶段被转弯，使得以更大的倾斜度前进（以便增大入射角），并且该光的另一些部分被转弯以便恢复垂直定向（以便降低入射角），同时该光的剩余部分继续前进，而不改变入射角（参见图17）。然而，当入射角增大（变得更接近水平）时，沿着对角方向倾斜的光的散射概率降低。散射概率的降低归因于因为在介质（基板11）的折射率和颗粒（微型光学构件12）的折射率之间的差减小导致的、散射截面的突然和猛烈的降低（参见图22和23）。结果，经受散射的具有大入射角的光的比率降低，并且恢复到初始定向的光的比率也降低。
当前进通过介质的光的倾斜角（入射角）变得接近90°时，颗粒的折射率nbxy和介质的折射率naxy变得基本上彼此相等，导致散射概率取小得可以被忽略的值。因此，当光前进通过多个阶段时，它沿着90°方向，即，沿着x轴的正侧端或负侧端引导，并且沿着平面方向变得被捕捉。
应当注意，甚至前进通过介质并且以除了精确的90°之外的角度到达聚光光学元件的底表面的光将在平面内被捕捉，只要倾斜角超过在介质和空气之间的界面处发生的全反射的临界角。在通过如上所述的制造过程制造的聚光光学元件中，光在界面处被全反射，只要它以等于或大于37.6°的入射角进入在基板11和空气之间的界面。当已经被全反射的光朝向顶表面侧前进通过介质时，它经由微型光学构件12被多重散射，并且最后作为被聚光的光沿着90°方向，即，沿着x轴的正侧端或负侧端引导（参见图30和31）。
因此，通过设计基板11和微型光学构件12，使得允许通过最接近底表面散布的微型光学构件的层向底表面行进的光在底表面处被全反射，已经进入聚光光学元件10的p偏振光可以整体地作为被聚光的光被引导向聚光光学元件10的正侧端部。如上所述构造的聚光光学元件10可以采用低轮廓。
图24提供了经由通过使用在图23中所示的指标执行的计算而获得的模拟，以指示沿着垂直方向已经进入聚光光学元件10的光的角分布在其被散射时如何改变。在图24中，水平轴指示光的角度（它进入颗粒的入射角），沿着垂直方向进入聚光光学元件10的光的角度被设置在0°，并且x轴在xy平面内形成±90°，而沿着垂直轴指示沿着各种角方向定向的光的比率（百分比）。由在附图中的正方形、圆圈和三角形等表示的参数每一个指示光经由颗粒（微型光学构件12）被散射所通过的特定数量的散射阶段，并且每2n次绘制数据。
这些模拟清楚地指示，当经由颗粒实现的散射过程继续到更前进的阶段时，已经初始地沿着垂直方向进入聚光光学元件的更多的光变得向x轴的正范围和负范围倾斜。数据的彻底检查披露，直到在经由颗粒实现的散射过程中的大约第16阶段，沿着0°方向行进的光的量持续降低，导致增大的角分布的宽度。然而，沿着0°方向前进的光的比率贯穿初始阶段保持最高，并且因此，在初始阶段期间采用具有单个峰值的山脊式分布图案。在第32阶段显示几乎不具有峰值的相对平坦的分布图案，并且该相对平坦的分布图案在第64阶段和第128阶段改变为在中心具有缓和的下降的分布图案。超过第256阶段，显示具有左/右对称的清楚的双峰值图案，并且实际上，没有在第512阶段在-20°至+20°范围中观察到光。超过第1024阶段，采用峰值的角度的改变程度随着在大约±80°处发生的清楚的峰而降低，并且在-40°至+40°的范围中难以观察到任何光。
基于该模拟，可以安全地假定，到经由颗粒实现的散射过程前进到大约第1000阶段时，大部分的光以等于或大于+40°的角度和等于和小于-40°的角度，即，以超过在基板11和空气之间的界面处发生的全反射的临界角的角度传播通过元件。因此，通过配置聚光光学元件10使得引发沿着垂直方向进入基板11光经由微型光学构件12通过1000阶段或更多的多重散射，可以在聚光光学元件10内捕捉入射光，并且，如此捕捉的光可以作为被聚光的光而被输入到沿着x轴在彼此背对的两端处设置的光电转换元件50和50。
（在第四实施例中实现的聚光光学元件的制造过程的具体示例）
在第四实施例中的聚光光学元件20中的基板21和微型光学构件22可以被设计为满足下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.49
●微型光学构件的折射率：nbxy＝1.49（对于非常光的折射率）
●nbxy=nbzy=1.66（对于常光的折射率）
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为7.40。应当注意，在这个示例中制造的在第四实施例中的聚光光学元件20包括具有负双折射属性（由此对于非常光的折射率小于对于常光的折射率）的微型光学构件。
如上所述列出的条件表示如下制造过程：通过使用热固性聚合物构成基板21，该热固性聚合物被制备为使得在该聚合物固化后实现1.49的折射率；使用具有等于1μm的等效圆直径的尺寸的方解石颗粒用于微型光学构件22；将用于构成基板21的热固性聚合物与均匀地散布在其中的、用于构成微型光学构件22的方解石颗粒混和的溶液灌注到用于形成平坦板的模具内，并且通过使用向模具的顶侧和底侧施加的3kV/mm电压的热施加来将溶液硬化，而通过该制造过程制造聚光光学元件10。在不具有双折射属性的基板21（硬化的聚合物）处，向在所有方向上前进的光线应用均匀的折射率，即，naxy、nayx和nazy以大约1.49全部彼此相等。另一方面，微型光学构件22采用沿着与介电常数的非常轴对准的、施加电压的方向（沿着y轴）的折射率，该折射率与沿着其他方向的折射率所取的值不同。即，对于偏振面沿着电压施加的方向延展的光采用大约1.49的折射率，而沿着其他方向采用大约1.66的折射率。
在这个聚光光学元件中的微型光学构件22是单轴各向异性双折射构件，双折射的主轴沿着y轴定向。这意味着进入微型光学构件22的光被折射的折射率与在微型光学构件22处的光的入射角对应地改变，导致微型光学构件12的折射率和基板21的折射率之间的差的改变。这继而改变在Mie散射理论中的散射截面，导致散射效率改变。在xy平面中，当相对于y轴（0°）测量的入射角增大时，散射截面减小。
图25是指示当在微型光学构件（颗粒）22处的折射率与xy平面中光进入微型光学构件的入射角的改变对应地改变时散射截面如何改变的图形，沿着水平轴指示微型光学构件22的折射率，并且沿着垂直轴指示散射截面。在该图形中，通过在左上端的填充正方形来表示对于在微型光学构件22处的0°入射角（垂直进入）计算的值，通过在右下端处的填充正方形来表示对于在微型光学构件22处的90°入射角（水平进入）计算的值，并且，绘制以入射角的10°的递增量计算的值。在图25中的图形指示散射截面在微型光学构件22的折射率高（即，在微型光学构件的折射率和基板的折射率之间的差别显著）的范围上基本上与微型光学构件的折射率的改变成比例地改变，并且散射截面在微型光学构件22的折射率低（即，在微型光学构件的折射率和基板的折射率之间的差别小）的范围上相对于微型光学构件的折射率的改变而改变较小的程度。
图26呈现了指示在微型光学构件处的入射角如何影响包括散射截面和通过考虑微型光学构件散布的分布密度而计算的散射概率的各种指标的表格。该表格包括在颗粒处的入射角，每一个入射角取光进入微型光学构件的特定值，并且x轴在xy平面中相对于y轴（0°）形成90°角。如已经参考在第三实施例中的聚光光学元件10的具体示例所述（参见图23），包括散射效率、散射系数和散射概率全部被计算。
在聚光光学元件20处，已经沿着垂直方向通过顶表面进入聚光光学元件20并且作为p偏振光沿着y轴前进的光经由作为颗粒在介质中存在的微型光学构件22通过Mie散射现象而变得被散射。假定微型光学构件22的颗粒直径是1μm，并且以0.1颗粒/μm3的密度来散布颗粒，则散射如已经参考第三实施例所述地发生，并且大约40%的入射光在于表面附近出现的散射的初始阶段散射，然后，已经被允许直着向前前进的入射光的40%经由在下一阶段存在的微型光学构件12而被散射。以这种方式，已经进入元件的所有光最终被散射。散射的光变得相对于y轴倾斜，并且倾斜角逐渐地增大。
图27提供了通过计算获得的、与在图24中所提供的类似的模拟，以指示已经沿着垂直方向进入聚光光学元件20的光的角分布在其被散射时如何改变。在图27中，水平轴指示光的角度（它进入颗粒的入射角），沿着垂直方向进入聚光光学元件20的光的角度被设置在0°，并且x轴在xy平面内形成±90°，而沿着垂直轴指示沿着各种角方向定向的光的比率（百分比）。在图形中由正方形、圆圈和三角形等表示的参数每一个指示光经由颗粒（微型光学构件12）被散射所通过的特定数量的散射阶段，并且每2n次绘制数据。
这些模拟指示，当经由颗粒实现的散射过程继续到更前进的阶段时，已经初始地沿着垂直方向进入聚光光学元件的更多的光变得向x轴的正范围和负范围倾斜。该基本趋势类似于在第三实施例中实现的聚光光学元件10的具体示例的说明中所观察到的。数据的彻底检查披露，直到在经由颗粒实现的散射过程中的大约第32阶段，沿着0°方向行进的光的量持续降低，导致增大的角分布的宽度。然而，沿着0°方向前进的光的比率贯穿初始阶段保持最高，并且因此，在初始阶段期间采用具有单个峰值的山脊式分布图案。在第64阶段显示几乎不具有峰值的相对平坦的分布图案，并且该相对平坦的分布图案在第128阶段和第256阶段改变为在中心具有缓和的下降的分布图案。超过第512阶段，显示具有左/右对称的清楚的双峰值图案，并且实际上，在第1024阶段没有在-20°至+20°范围中观察到光。超过第2048阶段，采用峰值的角度的改变程度随着在大约±80°处发生的清楚的峰而降低，并且在-40°至+40°的范围中难以观察到任何光。
基于该模拟，可以安全地假定，到经由颗粒实现的散射过程前进到大约第2000阶段时，大部分的光以等于或大于+40°的角度和等于和小于-40°的角度，即，以超过在基板21和空气之间的界面处发生的全反射的临界角的角度传播通过元件。因此，通过配置聚光光学元件20使得引发沿着垂直方向进入基板21的光经由微型光学构件22通过2000阶段或更多的多重散射，可以在聚光光学元件20内捕捉入射光，并且，如此捕捉的光可以作为被聚光的光被输入到沿着x轴在彼此背对的两端处设置的光电转换元件50和50。沿着对角方向而不是垂直方向进入聚光光学元件的斜入射光比在这个聚光光学元件处的垂直入射光通过更少的散射阶段而变得被捕捉。
（比较示例）
为了比较的目的，已经通过类似的模拟获得用于包括基板和微型光学构件的聚光元件的模拟，该基板和微型光学构件两者都不具有双折射属性。基板和微型光学构件被设计为使得实现下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.49
●微型光学构件的折射率：nbxy=nbyx=nbzy=1.66
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为7.40。
图28呈现了与在图23和26中所呈现的类似的表格，以指示在微型光学构件处的入射角如何影响包括散射截面和散射概率的各种指标。图29提供了通过计算获得的、与在图24和图27中提供的类似的模拟，以指示已经沿着垂直方向进入聚光光学元件的光的角分布在其被散射时如何改变。
在图29中的模拟指示当经由颗粒实现的散射过程继续到更前进的阶段时，已经沿着垂直方向进入聚光光学元件的光如何变得被散射。另外，通过将该模拟与在图24和图27中提供的作比较，确定在比较示例中在聚光光学元件处发生的散射过程与在第三实施例中实现的聚光光学元件处发生的散射过程或在第四实施例中实现的聚光光学元件处的散射过程明显地不同。
即，在可以通过如上所述的具体制造过程制造的在第三实施例中的聚光光学元件处或在可以通过如上所述的具体制造过程制造的在第四实施例中的聚光光学元件处，已经沿着垂直方向的进入其中的光通过散射变得向沿着x轴的正范围和负范围倾斜，最终在特定数量的散射阶段后显示两个清楚的峰值。然而，在比较示例中未观察到这样的趋势。
数据的彻底检查披露，在初始阶段期间观察到的趋势类似于在第三实施例中在聚光光学元件和在第四实施例的聚光光学元件处在初始阶段期间观察到的趋势，按照该趋势，当光经由颗粒被散射并且沿着0°方向前进的光的量减少时，角分布宽度增大。然而，该比较示例与所述实施例可区分，在于即使当散射过程继续到前进的阶段并且角分布继续加宽时，也保持该趋势，并且在于更接近入射光的定向的以超过90°的角度前进的、即通过90°至180°前进的光的比率在散射过程继续到前进的阶段时增大。这仅是一种现象，由此已经进入元件的光在其经由在介质中存在的颗粒而被散射时仅被漫射。当光到达与入射面背对的表面时，形成比全反射的临界角小的角度的所有光线被允许离开聚光光学元件。当这重复地发生时，将耗尽在聚光光学元件内捕获的光。
因此，可以容易地推测，即使该聚光光学元件被制造为使得在选择精确地等于在两个特定示例的任何一个中的Mie散射大小参数的同时，精确地满足对于基板和微型光学构件的折射率、微型光学构件的颗粒直径和微型光学构件分布密度等的相同条件，如在两个特定示例中的条件，也不能在比较示例中在聚光光学元件内捕捉入射光，并且如此被聚光的光不能以高的效率水平而被输入到在该元件端部处设置的光电转换元件。
虽然在如上所述的实施例中实现的聚光光学元件每一个包括不具有双折射属性的基板和具有正或负双折射属性的微型光学构件，但是可以在具有非双折射微型光学构件和具有正或负双折射属性的基板的聚光光学元件中（参见图18（b）和图19（b））或在包括双折射基板和双折射微型光学构件的聚光光学元件中采用本发明。另外，虽然为了简化已经给出了关于进入聚光光学元件的光的波长均匀的示例的说明，但是如果入射光采用特定的范围，则微型光学构件的颗粒直径d可以被设置为与要聚光的目标光的波长带对应的最佳值。更具体地，可以在与日光辐射频谱对应的范围从400至1800nm的波长带中的目标光、与强辐射频谱对应的范围从400至800nm的波长带中的目标光或在对于接下来要描述的光发电装置中的光电转换元件50保证高转换效率水平的波长带中的目标光相结合地设置颗粒直径d。可以基于这样的波长带的中心或重心等来设置微型光学构件的颗粒直径d，或者可以设置多个颗粒直径d1、d2、d3、…，每一个与在通过将整个波长范围划分为多个分段而获得的波长带分段中的特定波长带分段对应（即，在由具有不同颗粒直径的微型光学构件构成的混合物中的多个微型光学构件的颗粒直径）。
（用于聚光装置和光发电装置的结构示例）
图30和31每一个呈现了可以使用偏振面旋转元件65和反射镜62或使用偏振面旋转元件85来配置的聚光装置和光发电装置的示例。每一个以在第三实施例中实现的聚光光学元件10和/或在第四实施例中实现的聚光光学元件20来配置的聚光装置60b、70b和80b与光发电装置1e、1f和1g可以包括一个在另一个上堆叠的多个聚光光学元件和与聚光光学元件相结合地使用的偏振面旋转元件或反射镜，如在第一实施例中被配置有聚光光学元件10的聚光装置60a、70a和80a、在第二实施例中被配置有聚光光学元件20的聚光装置，以及光发电装置1a、1b和1c。因此，对于在图30中的聚光装置60b和光发电装置1e采用的结构的说明是冗余的，并且因此将不被提供。同样，聚光装置70b和光发电装置1f（未示出）的说明是冗余的，并且因此将不被提供，并且对于在图31中的聚光装置80b和光发电装置1g采用的结构的说明是冗余的，并且因此将不被提供。
（在聚光光学元件的端部区域处的光能提取的方法）
可以以与如上参考图16（a）至16（e）所述的提取在第一实施例中的聚光光学元件10和在第二实施例中的聚光光学元件20的端部处聚光的光的能量基本上相同的方式来提取在如上所述的在第三实施例中的聚光光学元件10处和在第四实施例中的聚光光学元件20处的沿着x轴的彼此背对的正侧端部和负侧端部处聚光的能量。
应当注意，为了简化说明，在第三和第四实施例中实现的聚光光学元件被描述为采用板形式。另外，通过引用用于构成基板和微型光学构件的具体材料并且相应地定对于它们的折射率所取的值来以具体细节描述在实施例中实现的聚光光学元件的功能。然而，本发明的实施例不限于这样的结构模式或结构示例。例如，可以在形成为薄片的聚光光学元件或形成为诸如棱形柱或圆柱的形状的杆（棒状或线状）的聚光光学元件中采用本发明。另外，可以在包括由从各种树脂材料和无机材料等选择的最佳材料构成的基板和微型光学构件的聚光光学元件中采用本发明。而且，根据本发明的聚光光学元件可以除了基板和微型光学构件之外包括另一个构件，只要该另一个构件的存在不引起偏离本发明的精神。
如上所述，在第三实施例中实现的聚光光学元件10和在第四实施例中实现的聚光光学元件20处的基板（基础构件）中散布颗粒微型光学构件，该颗粒微型光学构件具有以基本上与要被聚光的光的波长的数量级匹配的数量级设置的颗粒直径。基板和微型光学构件被设计为使得基板的折射率和微型光学构件的折射率对于沿着y轴、即沿着厚度方向前进的p偏振光不同，并且基板的折射率和微型光学构件的折射率对于沿着x轴前进的光基本上彼此相等。聚光装置60b、70b和80b与光发电装置1（光发电装置1e、1f和1g）全部被配置有这样的聚光光学元件。
结果，分别在如上所述的第三实施例和第四实施例中实现的聚光光学元件10和聚光光学元件20，以及聚光装置60b、70b和80b使得有可能提供具有低轮廓和简单结构的新装置，该新装置能够完成使得能够有效地利用诸如日光的光能的聚光功能。另外，通过采用聚光光学元件10或20和聚光装置60b、70b或80b而配置的光发电装置1（光发电装置1e、1f和1g）是具有采用沿着光轴厚度减小的聚光单元的、紧凑轻重量的装置。另外，光发电装置1不总是需要用于跟踪太阳的移动的跟踪装置。这样的光发电装置1在它被用作提供有效的太阳能发电功能的新系统的应用中是理想的。当在光热转换装置中采用本发明时，实现类似的优点。
—第五和第六实施例—
下面是参考附图给出的在本发明的第五实施例中实现的聚光光学元件110和在本发明的第六实施例中实现的聚光光学元件210的说明。图32是提供光发电装置101的外部视图的透视图，该光发电装置101包括在本发明的第五实施例中实现的聚光光学元件110或在本发明的第六实施例中实现的聚光光学元件210，而图33提供了如在图32中的箭头II-II指示截取的示意截面图。应当注意，为了便于说明，如图32中所示定义了以彼此垂直地延伸的x轴、y轴和z轴配置的坐标系。该y轴沿着聚光光学元件110的厚度延伸，而x轴和z轴在与聚光光学元件的表面平行的平面内彼此正交地交叉。图33等同于通过包含x轴和y轴并且垂直于z轴延展的平面（xy平面）划分的截面的示意图。应当注意，虽然可以在下面的说明中关于在图33中所示的定向来使用方向术语顶/底/左/右，但是该方向约定唯一地用于便于说明，并且可以以任何定向来安装实际光发电装置。
（光发电装置的概述）
光发电装置101包括：聚光光学元件110（210），其将沿着厚度方向进入的光聚光；以及光电转换元件50，其中，已经在聚光光学元件处聚光并且被引导到沿着x轴彼此背对的聚光光学元件的两个端部之一的光经历光电转换。通过使用采用板形式的聚光光学元件110（210）来配置在附图中所示的聚光光学元件101。可以通过使用在如上所述由硅基材料、化合物基材料、有机材料、染料敏化材料等构成的各种类型的太阳能电池中的特定类型的太阳能电池来配置光电转换元件50，光电转换元件50可以是在现有技术中已知的各个元件中的任何光电转换元件。
（聚光光学元件的概述）
通过在采用板形式（或面板形式）的基板内散布多个微型光学构件来形成在图32和33中的聚光光学元件110（210）。该基板包括：彼此背对的、位于基板的前侧上的平坦表面110a（210a）和位于基板的后侧上的平坦表面110b（210b）；以及基板侧表面110c（210c）、110d（210d）、110e（210e）和110f（210f）。形成二维地延展的前平坦表面110a（210a）和后平坦表面110b（210b）的边缘的侧每一个具有以足够程度大于在彼此背对的前平坦表面110a（210a）和后平坦表面110b（210b）之间的距离的长度，即，大于聚光光学元件110（210）的厚度的长度。前平坦表面110a（210a）和后平坦表面110b（210b）每一个具有正方形形状或矩形形状，并且，特别地，作为日光入射面的前平坦表面110a（210a）在大面积上延展，使得纳入最大可能量的日光。光电转换元件50被设置使得与侧表面110d（210d）背对，侧表面110d（210d）与侧表面110c（210c）背对，并且，在光电转换元件50处接收已经通过侧表面110d（210d）离开的光，并且，在光电转换元件50处，该光经历光电转换。即，基板的侧表面110d（210d）形成如上所述沿着x轴彼此背对的两个端部之一。已经通过前平坦表面110a（210a）进入的日光在基板内被聚光，然后通过侧表面110d（210d）离开。因为侧表面110c（210c）和侧表面110d（210d）的面积大小小于前平坦表面110a（210a）的面积大小，所以可以最小化由光电转换元件50占用的安装空间。
构成聚光光学元件110（210）的主要部件包括：日光所透射通过的基板111（211）；以及贯穿基板散布的多个颗粒微型光学构件112（212）。微型光学构件被设置为使得微型光学构件沿着厚度方向重叠，该微型光学构件每一个采用当它沿着x轴延展时加宽的楔形。如下所述的聚光光学元件包括采用楔形的微型光学构件，该楔形在包含x轴和y轴的平面内形成等腰三角形。微型光学构件被设置为使得从等腰三角形的顶点向底边拉伸的垂直线被向x轴的正侧引导。
应当注意，虽然沿着x轴和y轴两者来以规则的图案对准微型光学构件112，并且在图示聚光光学元件的功能的图33中以示意图中提供地，在上层中的微型光学构件相对于下层中的微型光学构件沿着x轴偏移半个节距，但是可以相反以任意的图案均匀散布微型光学构件112。另外，沿着y轴一个在另一个上设置的微型光学构件的层的数量（重叠的数量）应当与用于构成基板和微型光学构件的材料、基板和微型光学构件的形状和使用聚光光学元件的条件等对应地被设置为最佳值。以下将详细描述这一点。
在聚光光学元件110（210）处的基板111（211）和微型光学构件112（212）显示彼此不同的折射率特性，至少基板或微型光学构件具有双折射属性。在下面的说明中，将偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着x轴振动的光在基板处折射的、基板的折射率以符号表示为nax，并且，将偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着y轴振动的光在基板处折射的、基板的折射率以符号表示为nay。同样，将偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着x轴振动的光在微型光学构件处折射的、微型光学构件的折射率以符号表示为nbx，并且，将偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着y轴振动的光在微型光学构件处折射的、微型光学构件的折射率以符号表示为nby。
其电场分量沿着与其上提供了图33的附图纸张平行的方向振动而偏振的光被称为p偏振光，而其电场分量沿着与垂直于附图纸张的方向振动而偏振的光被称为s偏振光。其偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着x轴振动的光是沿着y轴前进的p偏振光，而其偏振面被包含在xy平面中并且其电场分量沿着y轴振动的光是沿着x轴前进的p偏振光。另外，其偏振面被包含在yz平面中并且其电场分量沿着z轴振动的光是沿着y轴前进的s偏振光。
基板111（211）和微型光学构件112（212）被设计使得对于nax和nbx所取的值彼此不同，并且对于nay和nby所取的值基本上彼此相等。应当注意，当nay和nby基本上彼此相等时，在基板和微型光学构件之间的界面处不发生沿着x轴前进的p偏振光的显著折射。更具体地，在折射率之间的差可以例如是0.05或更小。
在这个聚光光学元件110（210）处，已经从上方进入元件并且沿着y轴前进的p偏振光每次进入和离开楔形微型光学构件112（212）时被沿着x轴向正侧或负侧（在图33中的左或右）折射，因为nax和nbx彼此不相等。当p偏振光透射通过多个微型光学构件时，光前进方向变得越来越与x轴一致。因此，在nax和nbx之间的关系确定其前进方向逐渐地向x轴移位的p偏振光被向x轴的正侧或负侧折射。更具体地，当nax<nbx时，光向x轴的正范围（向图33中的左）折射，而当nax>nbx时，光向x轴的负范围（向图33中的右）折射。另一方面，沿着x轴前进的p偏振光继续沿着x轴前进，而不在基板和任何微型光学构件的界面处变得被折射，因为对于沿着x轴前进的p偏振光，在基板和微型光学构件处采用基本上相等的折射率。应当注意，在图33中所示的聚光光学元件处，nax小于nbx。
因此，当已经从上方进入聚光光学元件110（210）的p偏振光沿着厚度方向前进通过该元件时，光前进方向从y轴延伸的方向向沿着x轴的正范围或负范围旋转，而沿着x轴前进的光继续朝向沿着x轴的左端部或右端部。另外，甚至对角地向下前进而从不变得与x轴良好地对准的光变得在xy平面内以极大程度向x轴倾斜。向底表面前进并且其前进方向极大地向x轴倾斜的光在底表面处（在基板和空气之间的界面处）被全反射，并且随后，当它透射通过多个微型光学构件时，其前进方向变得增加地向x轴旋转。
结果，以已经从上方进入聚光光学元件110（210）的p偏振光构成的光被基本上整体地向沿着x轴的左或右引导。已经以这种方式被聚光的光被引导到在聚光光学元件110（210）中在沿着x轴彼此背对的两个端部之一处设置的光电转换元件50。
应当注意，沿着y轴前进通过基板111（211）的s偏振光折射的折射率naz和沿着y轴前进通过微型光学构件112（212）的s偏振光折射的折射率nbz应当基本上彼此相等。在该情况下，沿着y轴前进的s偏振光继续沿着y轴前进，并且离开聚光光学元件110（210），而不在基板和微型光学构件之间的界面处变得被折射。更具体地，当例如至少基板或微型光学构件的双折射属性是单轴双折射属性，由此，沿着y轴前进的p偏振光是非常光，而沿着y轴前进的s偏振光与沿着x轴前进的p偏振光和s偏振光等是常光时，实现该条件。
在如上所述构造的聚光光学元件110（210）处，已经从上方进入聚光光学元件110（210）的光因为在基板的折射率和微型光学构件的折射率之间的差而仅被向x轴折射，即，该光不沿着除了x轴之外的方向折射，并且因此，可以最小化归因于沿着z轴的折射的损耗。虽然已经从上方进入这个聚光光学元件110的s偏振光直接地透射通过该聚光光学元件110，但是可以通过例如下述方式来以高效率水平利用该透射的光：将类似的聚光光学元件110（210）以围绕y轴转动90°而设置在第一聚光光学元件的底表面上。下面将详细说明采用包括多个聚光光学元件110的这样的配置的聚光装置。
（在第五实施例中实现的聚光光学元件）
接下来，更具体地描述已经从上方进入聚光光学元件的p偏振光被折射并且其前进方向因为在对于nax和nbx所取的值之间的差而变得旋转的方式。首先，参考图34，将描述可以在nax小于nbx的聚光光学元件处采用的结构设计的示例。
图34示出在p偏振光从上方进入第五实施例中实现的聚光光学元件110后如何折射光线。图34（a）图示当光在微型光学构件112的入射面和出射面处被折射并且最终离开微型光学构件112进入基板111时，光如何透射通过在基板111内的微型光学构件112。图34（b）以与在xy平面内采用的基板111和微型光学构件112的折射率和斯涅尔定律相关地准备的图示示出当折射光连续地进入多个微型光学构件112时如何改变折射光的路径。
在该实施例中的聚光光学元件110包括双折射微型光学构件112，该双折射微型光学构件112显示由在图34（b）中的正折射率椭圆30B表示的折射率特性，由此对于沿着y轴前进的p偏振光的折射率nbx大于对于沿着x轴前进的p偏振光的折射率nby。基板111不具有双折射属性，并且因此，通过具有对于沿着x轴前进的光和沿着y轴前进的光的均匀折射率（nax=nay）的折射率圆30A来表示其折射率特性。另外，沿着x轴前进的p偏振光在聚光光学元件112处折射的、聚光光学元件112的折射率nby基本上等于沿着x轴前进的p偏振光在基板111处折射的折射率nay。
应当注意，对于聚光光学元件的典型示例获得在图34（b）中的模拟，在该聚光光学元件处，基板111和微型光学构件112实现关系nax<nbx，并且基板111的折射率nax和nbx都被设置得等于1.64，沿着y轴前进的p偏振光被折射的、微型光学构件112的折射率nbx被设置为1.88，并且，沿着x轴前进的p偏振光被折射的、微型光学构件112的折射率nbx被设置为1.64。另外，微型光学构件112被形成为楔形，并且其顶点被设置为30°。
可以通过下述方式来制造这样的聚光光学元件110：使用萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯（coPEN）单体来构成基板111，使用聚萘二甲酸乙二酯（PEN）颗粒来用于微型光学构件112，共同挤出萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯和聚萘二甲酸乙二酯以便形成层叠的基础材料，并且沿着x轴来单轴地拉伸基础材料。在不具有双折射属性的基板111（coPEN）处，向在所有方向上前进的光线应用均匀的折射率，即，nax＝nay＝大约1.64。另一方面，微型光学构件112采用与沿着其他方向所采用的折射率不同的、沿着拉伸方向（沿着x轴）的折射率。即，它们具有用于在沿着拉伸方向的平面中偏振的光的大约1.88的折射率和用于在沿着另一个方向的平面中偏振的光的大约1.64的折射率。
如图34（a）和34（b）中所示，已经沿着y轴行进通过基板111的、由粗实线指示的p偏振光L11以入射角a进入微型光学构件112，并且在界面B11处被折射。折射的光然后以折射角b前进通过微型光学构件112。因为nax<nbx，所以角度a大于角度b，并且因此，在界面B11处折射的光（折射光）L12以向x轴的正范围（向+x方向）的倾斜度前进通过微型光学构件112。在图34（a）和34（b）中，通过细的虚线来指示前进通过微型光学构件112的折射光L12。应当注意，在附图中的S11是垂直于界面B11延伸的垂直线。
如图34（b）中所示，由在界面B11处的入射光L11和折射光L12实现的关系可以被表达为：naxsina=nbxsinb，如通过斯涅尔定律证实的。该附图也示出了从在内圆30A上取的点31向在外椭圆30B上取的点32的移位，以图示折射光L12如何变得进一步向x轴的正范围倾斜，该点31指示入射光L11的向量的前端，该点32指示折射光L12的向量的前端。
已经行进通过微型光学构件112的折射光L12以入射角c到达界面B12，并且在界面B12处再一次被折射，以便以出射角d离开微型光学构件112进入基板111内。因为nax<nbx，所以角度c小于角度d，并且已经在界面B12处折射的光（出射光）L13再一次以朝向x轴的正范围的倾斜度前进通过基板111。在图34（a）和34（b）中，通过粗虚线来指示离开微型光学构件112的出射光L13。应当注意，在附图中的S12是垂直于界面B12延伸的垂直线。
如图34（b）中所示，由在界面B11处的入射光L12和折射光L13实现的关系可以被表达为：nbxsinc=naxsind，如通过斯涅尔定律证实的，如在对于如上所述在入射光L11和折射光L12之间的关系的情况。该图也示出了从在外椭圆30B上取的点32向在内圆30A上取的点33的移位，以图示出射光L13如何变得更进一步向x轴的正范围倾斜，该点32指示折射光L12的向量的前端，该点33指示出射光L12的向量的前端。
当已经沿着y轴行进并且进入微型光学构件112的p偏振光L11透射通过楔形微型光学构件112时，它变得向x轴的正范围（向+x方向）以与小角度Δ匹配的程度倾斜，并且作为光L13离开微型光学构件112。在如上所述的条件下，该小角度Δ将等于4至5°。
从y轴向x轴的正范围以该小角度倾斜的光然后进入沿着厚度方向在下一阶段设置的微型光学构件112，并且随后以与如上所述的方式基本上相同的方式来在微型光学构件112的入射界面和出射界面处进一步向x轴的正范围折射。将光首先进入的初始微型光学构件112以符号表示为微型光学构件OA1，将光接下来进入的微型光学构件112以符号表示为微型光学构件OA2，并且将光随后进入的随后的微型光学构件同样以符号表示为微型光学构件OA3...。在图34（b）中在外椭圆30B上取的点34、在内圆30A上的取的点35和在外椭圆30B上取的点36分别指示在微型光学构件OA2的入射界面处折射的光的向量的前端的位置、在微型光学构件OA2的出射界面处折射的光的向量的前端的位置和在微型光学构件OA3的入射界面处折射的光的向量的前端的位置。
如这些点清楚指示地，顺序地进入被设置使得沿着厚度方向彼此重叠的微型光学构件112（OA1、OA2、OA3、…）的、已经通过其顶表面进入聚光光学元件110的p偏振光每次离开微型光学构件时变得略微更倾斜，并且，其向量的前端的位置在图34（b）中的外椭圆和内圆之间移位。即，已经通过其顶表面进入聚光光学元件110的p偏振光的向量的方向每次透射通过微型光学构件112（OA1、OA2、OA3、…）之一时向x轴的正范围移位很小角度，直到它通过该光向量的顺时针方向旋转变得与x轴对准，如图34（b）中所示。
另外，如图34（b）所示，当进入聚光光学元件112的光的向量进一步向x轴移位时，在基板111的折射率和微型光学构件112的折射率之间的差变小，导致在小角度Δ减小。当进入微型光学构件112的光的向量沿着x轴（与x轴平行）良好地延伸时，在基板111的折射率和微型光学构件112的折射率之间的差变得基本上等于0，并且因此，允许光继续在沿着x轴的正范围上行进，而不在基板111和微型光学构件112之间的界面处变得被折射。即，一旦光的向量与x轴平行地延伸，则微型光学构件112将没有影响，并且这样的光继续向沿着x轴的正侧端部前进，如同行进通过其中没有设置微型光学构件的纯净基板111。
因此，通过设计聚光光学元件110，使得已经通过其顶表面作为p偏振光初始进入聚光光学元件110的光的向量当光透射通过位于最低层的聚光光学元件112（被以符号表示为微型光学构件OAm）时与x轴平行地延伸，已经进入聚光光学元件110的p偏振光可以理想地整体地引导向沿着x轴的正侧端部，并且如此被引导向正侧的光可以然后作为被聚光的光而被输入到光电转换元件50。
即使离开最低微型光学构件OAm的光的向量还没有足够地旋转以将该向量设置得与x轴平行，离开微型光学构件OAm并且前进通过基板111向底表面的光将在底表面处被全反射，只要其前进方向已经以与在基板111和空气之间的界面处发生全反射的角度匹配的程度倾斜。每次已经在底表面处被全反射并且向上行进的这样的光进入和离开微型光学构件112时，光向x轴的正范围折射，并且光向量因此将向x轴移位。
换句话说，在包括被设计使得从被设置得最接近底表面的微型光学构件OAm向底表面前进的光在底表面处被全反射的基板111和微型光学构件112的聚光光学元件110处，已经进入聚光光学元件110的p偏振光的整体可以作为聚光的光被引导向沿着x轴的正侧端部。因为该结构允许减少沿着厚度方向设置微型光学构件112的层的数量，所以可以将聚光光学元件110提供为低轮廓元件。
如上所述的聚光光学元件110向沿着x轴的正侧端部将已经进入其中的p偏振光聚光。在光发电装置101处，已经在沿着x轴在正侧端部处聚光的光经由光电转换元件50经历光电转换，并且输出源自光电转换的电能。
应当注意，虽然为了简化已经描述了p偏振光在xy平面中沿着垂直方向通过其顶表面进入聚光光学元件110的示例，但是对于在xy平面中的整个表面上向左或向右倾斜的入射光发生类似的折射过程，如在图33中清楚地所示。
（在第六实施例中实现的聚光光学元件）
接下来，将参见图35来描述其中已经从上方进入聚光光学元件的p偏振光因为在对于nax和nbx所取的值之间的差而被折射并且其前进方向变得旋转的方式，图35呈现了nax>nbx的示例，即，在nax和nbx之间的关系是与第五实施例中的相反的示例。
与如图33中所示的在第五实施例中实现的聚光光学元件110类似，构成在第六实施例中的聚光光学元件210的主要部件包括：日光所透射通过的基板211；以及贯穿基板散布的多个微型光学构件212。微型光学构件212被设置为使得微型光学构件沿着厚度方向重叠，微型光学构件212每一个采用当它沿着x轴延展时加宽的楔形。微型光学构件212采用在包含x轴和z轴的平面内形成等腰三角形的楔形，并且被设置我使得从等腰三角形的顶点向底边拉伸的垂直线被引导向x轴的正侧。即，通过采用与在第五实施例中的聚光光学元件110中采用者类似的位置布置来设置基板211和微型光学构件212。
图35以与在图34中所提供的类似的视图示出在p偏振光从上方进入在第六实施例中实现的聚光光学元件210后如何折射光线。即，图35（a）图示当光在聚光光学元件212的入射面和出射面处被折射并且最后离开微型光学构件212进入基板211时，光如何透射通过在基板211内的微型光学构件212。图35（b）以与在xy平面内采用的基板211和微型光学构件212的折射率和斯涅尔定律相关地准备的图示示出当折射光连续地进入多个微型光学构件212时如何改变折射光的路径。
在在该实施例中的微型光学构件212如在第五实施例中的微型光学构件而具有双折射属性的同时，通过在表示基板211的折射率特性的折射率圆40A内设置的折射率椭圆40B来表示微型光学构件212的双折射特性。即，由负折射率椭圆40B表示的微型光学构件212的折射率特性是负折射率特性，由此，沿着y轴前进的p偏振光被折射的折射率nbx小于对于沿着x轴的光的折射率nby。基板211不具有双折射属性，并且因此，通过对于沿着x轴前进的光和沿着y轴前进的光具有均匀折射率（nax＝nay）的折射率圆40A表示其折射率特性。另外，沿着x轴前进的p偏振光在微型光学构件212处折射的、微型光学构件212的折射率nby基本上等于沿着x轴前进的p偏振光在基板211处折射的折射率nay。
对于聚光光学元件的典型示例获得在图35（b）中的模拟，在该聚光光学元件处，基板211和微型光学构件212实现关系nax>nbx，基板211的折射率nax和nay都被设置得等于1.65，并且沿着y轴前进的p偏振光被折射的、微型光学构件212的折射率nbx被设置为1.48，并且，沿着x轴前进的p偏振光被折射的、微型光学构件212的折射率nby被设置为1.65。另外，如在第五实施例中，微型光学构件212被形成为楔形，并且其顶点被设置为30°。
可以通过下述方式来制造这样的聚光光学元件210：使用萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯（coPEN）来构成基板211，使用方解石来用于微型光学构件212，贯穿萘二甲酸酯70/对苯二甲酸酯30共聚酯地散布微型光学构件212以便形成层叠的基础材料，并且沿着x轴来单轴地拉伸基础材料。在不具有双折射属性的基板211处，向在所有方向上前进的光线应用均匀的折射率，即，nax＝nay＝大约1.65。另一方面，微型光学构件212采用负折射属性，其中，以大约1.48的折射率来折射其偏振面沿着楔形加宽的方向（沿着拉伸方向）延展的光，并且以大约1.65的折射率来折射其偏振面沿着其他方向延展的光。
如图35（a）和35（b）中所示，已经沿着y轴行进通过基板211的、由粗实线指示的p偏振光L21以入射角a进入微型光学构件212，并且在界面B21处被折射。折射的光然后以折射角b前进通过微型光学构件212。因为nax>nbx，所以角度a小于角度b，并且因此，在界面B21处折射的光（折射光）L22以向x轴的负范围（向-x方向）的倾斜度前进通过微型光学构件212。在图35（a）和35（b）中，通过细的虚线来指示前进通过微型光学构件212的折射光L22。应当注意，在附图中的S21是垂直于界面B21延伸的垂直线。
如图35（b）中所示，由在界面B21处的入射光L21和折射光L22实现的关系可以被表达为：naxsina=nbxsinb，如通过斯涅尔定律证实的，如在前一个示例中。该附图也示出了从在内圆40A上取的点41向在内椭圆40B上取的点42的移位，以图示折射光L22如何变得进一步向x轴的负范围倾斜，该点41指示入射光L21的向量的前端，该点42指示折射光L22的向量的前端。
已经行进通过微型光学构件212的折射光L22以入射角c到达界面B22，并且在界面B22处再一次被折射，以便以出射角d离开微型光学构件212进入基板211内。因为nax>nbx，所以角度c大于角度d，并且已经在界面B22处折射的光（出射光）L23再一次以向x轴的负范围的倾斜度前进通过基板211。在图35（a）和35（b）中，通过粗虚线来指示离开微型光学构件212的出射光L23。应当注意，在附图中的S22是垂直于界面B22延伸的垂直线。
如图35（b）中所示，由在界面B22处的折射光L22和出射光L23实现的关系可以被表达为：nbxsinc=naxsind，如通过斯涅尔定律证实的。该图也示出了从在内椭圆40B上取的点42向在外圆40A上取的点43的移位，以图示出射光L23如何变得更进一步向x轴的负范围倾斜，该点42指示折射光L22的向量的前端，该点43指示出射光L23的向量的前端。
当已经沿着y轴行进并且进入微型光学构件212的p偏振光L21透射通过楔形微型光学构件212时，它变得向x轴的负范围（向-x方向）以与小角度Δ匹配的程度倾斜，并且作为光L23离开微型光学构件212。在如上所述的条件下，该小角度Δ将等于3至4°。
从y轴向x轴的负范围以该小角度倾斜的光然后进入沿着厚度方向在下一阶段设置的微型光学构件212，并且随后以与如上所述的方式基本上相同的方式来在微型光学构件212的入射界面和出射界面处向x轴的负范围折射。将光首先进入的初始微型光学构件212以符号表示为微型光学构件OB1，将光接下来进入的微型光学构件212以符号表示为微型光学构件OB2，并且将光随后进入的随后的微型光学构件同样以符号表示为微型光学构件OB3...。在图35（b）中在内椭圆40B上取的点44、在外圆40A上的取的点45和在内椭圆40B上取的点46分别指示在微型光学构件OB2的入射界面处折射的光的向量的前端的位置、在微型光学构件OB2的出射界面处折射的光的向量的前端的位置和在微型光学构件OB3的入射界面处折射的光的向量的前端的位置。
如这些点清楚地指示，顺序地进入被设置为使得沿着厚度方向彼此重叠的微型光学构件212（OB1、OB2、OB3、…）的、已经通过其顶表面进入聚光光学元件210的p偏振光每次离开微型光学构件时变得略微更倾斜，并且，其向量的前端的位置在图35（b）中的外圆40A和内椭圆40B之间移位。即，已经通过其顶表面进入聚光光学元件210的p偏振光的向量的方向每次透射通过微型光学构件212（OB1、OB2、OB3、…）之一时向x轴的负范围移位很小角度，直到它通过该光向量的逆时针方向旋转变得与x轴对准，如图35（b）中所示。
当进入聚光光学元件212的光的向量进一步向x轴移位时，在基板211的折射率和微型光学构件212的折射率之间的差变小，导致在小角度Δ上的减小。当进入微型光学构件212的光的向量沿着x轴良好地延伸时，在基板211的折射率和微型光学构件212的折射率之间的差变得基本上等于0，并且因此，允许光继续在沿着x轴的负范围上行进，而不在基板211和微型光学构件212之间的界面处变得被折射。即，一旦光的向量与x轴平行地延伸，则微型光学构件212将没有影响，并且这样的光继续向沿着x轴的负侧端前进，如同行进通过其中没有设置微型光学构件的纯净基板211。
其前进方向已经移位以便沿着x轴延伸的光，以及已经以下述倾斜角离开位于最下层的微型光学构件212的光都以与在第五实施例中的聚光光学元件基本上相同的方式在聚光光学元件210处被聚光，已经离开位于最下层的微型光学构件212的光的向量还没有旋转到允许它与x轴平行地延伸的足够程度，该倾斜足够大以使得已经前进通过基板211到达其底表面的光在基板211和空气之间的界面处被全反射。
在如上所述的聚光光学元件210处，已经进入其中的p偏振光被引导为使得在沿着x轴的负侧端部处聚光。可以通过设置光电转换元件50来配置光发电装置101，其中，在沿着x轴的负侧端部处被聚光的光的该经历光电转换。
在第六实施例中实现的聚光光学元件210处，沿着厚度方向前进通过基板的p偏振光被折射的折射率nax和沿着厚度方向前进通过微型光学构件的p偏振光被折射的折射率nbx采用作为在第五实施例中的聚光光学元件110处的折射率nax和折射率nbx之间的关系相反的关系，使得光向沿着x轴的负侧端，即，向沿着x轴的精确的相对侧聚光。
另外，图34和35清楚地指示了基板和微型光学构件仅需要保证在对于沿着y轴前进的p偏振光的折射率之间的特定程度的差，并且保证在对于沿着x轴前进的p偏振光的折射率之间的很小的差。该图示也清楚地示出了仅基板或微型光学构件需要具有双折射属性，或者基板和微型光学构件两者都可以具有双折射属性。
而且，如可以参考如上所述的说明清楚地理解的，可以基于诸如基板111（211）和微型光学构件112（212）的折射率、微型光学构件112（212）的形状和对于进入聚光光学元件的p偏振光设置的可允许的倾斜角的因素，来限定用于以高效率水平将沿着厚度方向从上方进入聚光光学元件110（210）的p偏振光聚光的条件。换句话说，通过与聚光光学元件110（210）的使用目的和要使用聚光光学元件110（210）的操作条件等对应地，选择用于构成基板和微型光学构件的最佳材料、用于微型光学构件的最佳形状、其上要以重叠来设置微型光学构件的层的最佳数量等，可以获得能够以高效率水平将沿着厚度方向经由其顶表面进入其中的光聚光的高性能聚光光学元件。
应当注意，只要微型光学构件实现当它们沿着x轴延展时加宽的楔形，它们可以采用诸如直角三角形的替代形状，或者它们可以形成为带状或片状的连续构件，并且三角形的底边与相邻的三角形的顶点连接。另外，虽然沿着x轴测量的楔形微型光学构件的尺寸需要等于或大于要经由聚光光学元件聚光的聚光目标光的波长的1/10，但是如果沿着x轴测量的楔形微型光学构件的尺寸是0.1至100μm并且沿着y轴测量的尺寸等于或小于沿着x轴所取的测量的1/3，则通过应单轴拉伸方法等的最佳应用来制造取薄的柔软片的形式的聚光光学元件。
（用于聚光装置和光发电装置的结构示例）
图36和37每一个呈现了可以使用偏振面旋转元件65和反射镜62或使用偏振面旋转元件85配置的聚光装置和光发电装置的示例。每一个以在第五实施例中实现的聚光光学元件110和/或在第六实施例中实现的聚光光学元件210配置的聚光装置60c、70c和80c与光发电装置101a、101b和101c可以包括一个在另一个上堆叠的多个聚光光学元件和与聚光光学元件相结合地使用的偏振面旋转元件或反射镜，如在第一实施例中被配置有聚光光学元件10的聚光装置60a、70a和80a，在第二实施例中被配置有聚光光学元件20的聚光装置，以及光发电装置1a、1b和1c。因此，对于在图36中的聚光装置60c和光发电装置101a采用的结构的说明是冗余的，并且因此不被提供。同样，聚光装置70c和光发电装置101b（未示出）的说明是冗余的，并且因此不被提供，并且也不提供对于在图37中的聚光装置80c和光发电装置101c采用的结构的说明。
（在聚光光学元件的端部区域处的光能提取的方法）
可以以与如上参考图16（a）至16（e）所述的提取在第一实施例中的聚光光学元件10和在第二实施例中的聚光光学元件20的端部处聚光的光的能量基本上相同的方式来提取在如上所述的在第五实施例中的聚光光学元件110处和在第六实施例中的聚光光学元件210处的沿着x轴的正侧端部和负侧端部处聚光的能量。
应当注意，为了简化说明，在第五和第六实施例中实现的聚光光学元件被描述为采用板形式。另外，通过引用用于构成基板和微型光学构件的具体材料并且相应地限定对于它们的折射率所取的值来以具体细节描述在实施例中实现的聚光光学元件的功能。然而，本发明的实施例不限于这样的子结构模式或结构示例。例如，可以在形成为薄片的聚光光学元件或形成为诸如棱形柱或圆柱的形状的杆（棒状或线状）的聚光光学元件中采用本发明。另外，可以在包括从各种树脂材料和无机材料等选择的最佳材料构成的基板和微型光学构件的聚光光学元件中采用本发明。而且，根据本发明的聚光光学元件可以除了基板和微型光学构件之外包括另一个构件，只要该另一个构件的存在不引起偏离本发明的精神。
应当注意，虽然已经基于几何光学理论描述了适用于第五和第六实施例的聚光的原理，但是显然，可以通过设置微型光学构件的特定尺寸并且选择特定的光波长来与在第一至第四实施例中相同地在第五和第六实施例中的聚光光学元件处引入通过Mie散射的聚光行为，并且可以基于Mie散射的理论说明在这样的聚光光学元件处实现的聚光的原理。
如上所述的在第五实施例中实现的聚光光学元件110和在第六实施例中实现的聚光光学元件210每一个包括在基板（基础构件）中设置的多个楔形微型光学构件，并且被设计为使得基板和微型光学构件对于沿着厚度方向、即沿着y轴前进的p偏振光具有彼此不同的折射率，并且对于沿着x轴、即微型光学构件定向所沿着的方向前进的p偏振光具有基本上彼此相等的值。聚光装置60c、70c和80c与光发电装置101（光发电装置101a、101b和101c）全部被配置有这样的聚光光学元件。
结果，分别在如上所述的第五实施例和第六实施例中实现的聚光光学元件110和聚光光学元件210，以及聚光装置60c、70c和80c使得有可能提供具有低轮廓和简单结构的新装置，该新装置能够完成使得能够有效地利用诸如日光的光能的聚光功能。另外，通过采用聚光光学元件110或210和聚光装置60c、70c或80c而配置的光发电装置101（光发电装置101a、101b和101c）是具有采用沿着光轴厚度减小的聚光单元的、紧凑轻重量的装置。另外，光发电装置101不总是需要用于跟踪太阳的移动的跟踪装置。这样的光发电装置101在它被用作提供有效的太阳能发电功能的新系统的应用中是理想的。当在光热转换装置中采用本发明时，实现类似的优点。
—第七和第八实施例—
虽然在第七实施例中实现的聚光光学元件10和在第八实施例中实现的聚光光学元件20在结构上类似于在第三实施例中实现的聚光光学元件10和在第四实施例中实现的聚光光学元件20，但是它们每一个特征在于：与大的出射面的形状和尺寸对应地设置聚光面板8的纵横比，即，长边/短边。
下面是参考附图给出的在本发明的第七实施例中实现的聚光光学元件10和在本发明的第八实施例中实现的聚光光学元件20的说明。图38是提供光发电装置102的外部视图的透视图，该光发电装置102包括在本发明的第七实施例中实现的聚光光学元件10或在本发明的第八实施例中实现的聚光光学元件20，而图39提供了如在图38中的箭头II-II指示截取的示意截面图。应当注意，为了便于说明，如图38中所示定义以彼此垂直地延伸的x轴、y轴和z轴配置的坐标系。离开聚光面板8的光沿着y轴进入聚光光学元件10，而x轴和z轴是沿着聚光光学元件10的入射面10a彼此垂直地延伸的两个轴。图39等同于通过包含x轴和y轴并且垂直于z轴延展的平面（xy平面）划分的截面的示意图。应当注意，虽然可以在下面的说明中与在图38中所示的定向相关地使用方向术语顶/底/左/右，但是该方向约定唯一地用于便于说明，并且可以以任何定向来安装实际光发电装置。
（光发电装置的概述）
将简述可以在配备了在第七实施例中实现的聚光光学元件10或在第八实施例中实现的聚光光学元件20的光发电装置102中采用的整体结构。光发电装置102包括：采用板形式的聚光面板8，在图38中沿着厚度方向（沿着z轴方向）通过其顶表面初始进入并且已经在其中被聚光的光最后通过位于侧端处的出射面8a从该聚光面板8脱离；聚光光学元件10（20），每一个沿着出射面8a设置，以便沿着在长边延展的方向上延伸的x轴（或y轴）来将通过具有大的纵横比（长边/短边）的出射面8a离开的宽的出射光聚光；以及光电转换元件50，已经经由聚光光学元件被聚光并且被引导沿着x轴和/或y轴彼此背对的端部在该光电转换元件50中经历光电转换。通过使用采用杆形式（棒状）的聚光光学元件10（20）来配置在图38中所示的光发电装置102。可以通过使用在如上所述由硅基材料、化合物基材料、有机材料、染料敏化材料等构成的各种类型的太阳能电池中的特定类型的太阳能电池来配置光电转换元件50，光电转换元件50可以是在现有技术中已知的各个元件中的任何光电转换元件。
（聚光面板的概述）
在图38中的聚光面板8是采用板形式的聚光光学元件，其在板内捕捉已经沿着厚度方向（沿着z轴）通过其顶表面进入其中的光，将沿着y轴（和/或沿着x轴）的光聚光，并且然后通过位于其侧端处的出射面8a来输出被聚光的光。可以使用如上所述在第一至第六实施例中实现的聚光光学元件的任何一个来构成聚光面板8，或者，可以将聚光面板8配置为配备有在第一至第六实施例中实现的聚光光学元件的任何一个或如通过类似的散射理论证实散射光的聚光光学元件的聚光装置。作为替代，可以将聚光面板8配置为聚光单元，其包括：采用荧光收集器板系统或在现有技术中抑制的频谱聚光系统的聚光光学元件；具有波导路径的聚光光学元件，在该处，已经经由透镜阵列被聚光的多个初始聚光的光通量被引导到位于其端侧处的出射面，并且在出射面等处被聚光。
（聚光光学元件的概述）
通过在采用板形式（或面板形式）的基板内散布多个微型光学构件来形成在图38和39中的聚光光学元件10（20）。该基板包括：彼此背对的、位于基板的前侧上的平坦表面10a（20a）和位于基板的后侧上的平坦表面10b（20b）；以及侧表面10c（20c）、10d（20d）、10e（20e）和10f（20f）。形成二维地延展的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）的边缘的侧每一个具有以足够程度大于在彼此背对的前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）之间的距离的长度，即，大于聚光光学元件10（20）的厚度的长度。前平坦表面10a（20a）和后平坦表面10b（20b）每一个形成具有大的纵横比（长边/短边）的矩形，并且被设置使得与聚光面板8的出射面8a背对的前平坦表面10a（20a）作为入射面，其中，接收已经通过出射面8a脱离聚光面板8的宽出射光。因为这个原因，在这个实施例中的板状聚光光学元件10（20）每一个形成为杆（棒），该杆（棒）采用沿着y轴或x轴所取的量度（厚度）和沿着z轴所取的量度（宽度），两者都比沿着x轴或y轴所取的量度（长度）小足够的程度，如图38中所示。通过彼此背对的侧表面10c（20c）与侧表面10d（20d）来设置光电转换元件50，并且一个光电转换元件50被定位为使得与侧表面10c（20c）背对，并且另一个光电转换元件50被定位为使得与侧表面10d（20d）背对。在光电转换元件50处，接收已经通过侧表面10c（20c）与侧表面10d（20d）离开的光，并且，所接收的光经历光电转换。即，基板的侧表面10c（20c）与10d（20d）限定如上所述沿着x轴和/或z轴（沿着入射面的长边）的端部。已经通过前平坦表面10a（20a）进入的宽光沿着入射面的长边在基板内被聚光，然后通过侧表面10c（20c）与侧表面10d（20d）离开。因为形成端部区域的侧表面10c（20c）与10d（20d）比形成入射面的前平坦表面10a（20a）窄（足够小），所以可以最小化由每一个光电转换元件50占用的安装空间。
因为构成在实施例中实现的聚光光学元件10和20的部件和经由在实施例中的聚光光学元件10和20实现的聚光的原理与之前参考第三和第四实施例所述的类似，所以不提供重复的详细说明。
（在第七实施例中实现的聚光光学元件）
在第七实施例中实现的聚光光学元件中，微型光学构件12具有双折射属性，并且沿着x轴来定向单轴各向异性双折射的主轴。在第七实施例中实现的聚光光学元件10处，因为naxy≠nbxy，所以微型光学构件12作为用于在已经离开聚光面板8并且进入聚光光学元件10以前进通过基板的光中沿着y轴前进的p偏振光的、与介质（基板11）可区分的颗粒。然而，因为nayx≈nbyx，所以微型光学构件12不作为颗粒，并且因此介质对于沿着x轴前进的p偏振光采用其中颗粒实际上不存在的状态（如同介质是纯的）。
结果，虽然已经从上方进入聚光光学元件10并且沿着y轴前进的p偏振光（p偏振光分量）因为折射率差导致经由作为在介质中的颗粒的微型光学构件12被散射，但是沿着x轴前进的p偏振光继续沿着x轴前进，而不经由微型光学构件变得被散射，因为它们不能作为用于沿着x轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。
根据通过利用在源自如上所述发生的双折射的在折射率上的差而实现的本发明，散射截面与光进入微型光学构件12的入射角对应地改变，这继而改变散射效率。在光进入微型光学构件12的入射角和光散射之间的关系类似于在已经参考在图20（a）至20（d）中提供的示意图示所述的第三实施例中显示者。因为已经参考图20（a）至20（d）详细描述了该关系，所以不提供重复的说明。
在如上所述构造的聚光光学元件10处，已经通过聚光光学元件的入射面10a进入其中并且沿着y轴前进的p偏振光经由作为在基板（介质）11内的颗粒的微型光学构件12被多重散射。
结果，继续与y轴平行地前进以通过聚光光学元件10的光的比率降低，并且相反，在xy平面上对角地倾斜的光的比率增大。虽然当光进入微型光学构件12的入射角变大时在正范围或负范围上向x轴倾斜的光的散射效率减小，导致在倾斜角上的较小程度的改变，但是向x轴倾斜大程度的光（即，在图39和图20中具有几乎水平的定向的光）的比率增大。沿着x轴前进的光不经由微型光学构件12被散射，并且继续向沿着x轴的正端侧或负端侧前进。
在该情况下，如果作为向x轴倾斜的光线到达聚光光学元件的后表面10b的光的入射角等于或大于在基板11和空间的界面处发生的全反射的临界角，则可以在该元件内捕捉已经进入聚光光学元件10的光。已经在聚光光学元件10的后表面10b处被全反射的光当它从后表面侧向入射面侧前进时被散射，并且因此，其前进方向被向x轴偏转。
应当注意，虽然可以在聚光光学元件的后表面10b处形成将与基板11的折射率不同的折射率的保护膜等，但是至少在膜和空气之间的界面处满足全反射条件，并且因此，将在聚光光学元件10内捕捉光，只要已经到达后表面的光的倾斜角等于或大于在基板和空气之间的界面处的全反射的临界角。
另外，如果已经到达如上所述包括保护膜等的聚光光学元件的后表面的光的倾斜度等于或大于在基板和膜之间的界面处的全反射的临界角，则将在基板和膜之间的界面处完成全反射条件，并且在这样的情况下，已经到达后表面的光将被全反射到基板内，而不被允许前进进入膜。因此，如果在膜和空间之间的界面处不存在全反射条件，则以已经进入聚光光学元件10的p偏振光分量构成的光将被捕捉，并且向在聚光光学元件10内的x轴偏转，该没有例如具有不均匀的外表面。
结果，已经离开聚光面板8并且进入聚光光学元件10的p偏振光基本上整体被引导向沿着x轴的正侧端或负侧端，并且，已经被引导到端表面的光然后作为聚光的光进入在沿着x轴背对的端部处捕捉的光电转换元件50。虽然已经进入该聚光光学元件并且沿着y轴前进的s偏振光将直接地透射通过聚光光学元件10，但是甚至这样的透射光也可以在如上所述配置的聚光装置中以高的效率程度被收集为聚光的光。
这种结构显著地改善了聚光效率，在该结构中，已经通过采用沿着x轴的大宽度和大纵横比的出射面（例如，具有纵横比50至500的出射面）离开聚光面板8的光经由每一个聚光光学元件10沿着x轴被聚光，使得光的截面的纵横比变得减小（例如，光的截面的纵横比在聚光光学元件10的出射面被减小为1至10）。另外，因为沿着z轴、即沿着不显示折射率的差的方向不发生光的散射，所以可以在如上所述构造的聚光光学元件处最小化沿着z轴的散射损失。
（在第八实施例中实现的聚光光学元件）
通过沿着x轴定向单轴各向异性双折射的主轴来构造在第八实施例中的聚光光学元件20（参见图19）。以与在如上所述的第七实施例中的聚光光学元件10处散射的p偏振光基本上相同的方式散射在进入这样的聚光光学元件20以前进通过基板的光线中的p偏振光。
即，因为naxy≠nbxy，所以在聚光光学元件20处，微型光学构件22作为用于在已经进入聚光光学元件20并且前进通过基板21的光中沿着y轴前进的p偏振光的、与介质可区分的颗粒。然而，因为nayx≈nbyx，所以微型光学构件22不作为颗粒，并且因此介质对于沿着x轴前进通过基板的p偏振光采用实际上不存在颗粒的状态。
与如上所述类似的现象在聚光光学元件20处发生，涉及已经进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进通过基板的s偏振光。更具体地，在聚光光学元件20处，其中发生的单轴各向异性双折射的主轴沿着y轴定向，并且通过基板21的折射率和微型光学构件22的折射率来实现以y轴为中心的轴对称。因为这个原因，也在垂直于xy平面延展的zy平面中发生与如上所述类似的现象。
即，因为nazy≠nbzy，微型光学构件22作为用于在已经进入聚光光学元件20并且前进通过基板的光线中沿着y轴前进并且其电场分量在zy平面内振动的光（即，沿着在zy平面中的y轴前进的p偏振光）的、与介质（基板21）可区分的颗粒。另外，因为nayz≈nbyz，微型光学构件22不作为用于在已经前进通过基板的光线中沿着z轴前进并且其电场分量在zy平面内振动的光（即，沿着在zy平面中的z轴前进的p偏振光）的、与介质可区分的颗粒。
因此，已经通过入射面进入聚光光学元件20并且沿着y轴前进的光经由作为在基板21内的颗粒的、沿着厚度方向贯穿基板21分布的多个微型光学构件22来经历多重散射的过程。在图39中与y轴平行地前进通过该元件的p偏振光（以p偏振光分量构成的光）的比率在进一步进入聚光光学元件20时减小，而在xy平面内向x轴的正范围或x轴的负范围倾斜的光的比率增大。另外，在图39中与y轴平行地前进通过该元件的s偏振光（以s偏振光分量构成的光）的比率在进一步进入聚光光学元件20时减小，而在zy平面内向z轴的正范围或z轴的负范围倾斜的s偏振光的比率增大。
以较大程度倾斜的光的比率在进一步向后表面时增加，沿着x轴前进的p偏振光不经由微型光学构件22而被散射，并且继续向沿着x轴的正端侧表面或负端侧表面前进。沿着z轴前进的s偏振光不经由微型光学构件22被散射，并且继续向沿着z轴的正端侧表面或负端侧表面前进。
只要在这个聚光光学元件处向x轴或z轴倾斜的光的倾斜角超过在基板21和空气之间的界面处发生的全反射的临界角，则已经进入聚光光学元件20的光在后表面（与s偏振光相关的顶表面或底表面）处被全反射，并且因此被捕捉在聚光光学元件20内。已经在聚光光学元件20的后表面处被全反射的光当它从后表面侧向入射面侧前进时经由微型光学构件22而变得被散射，并且因此，其前进方向变得向x轴或z轴偏转。与参考在第七实施例中的聚光光学元件10描述的原理类似的原理将适用于包括形成在聚光光学元件的底表面上的、具有与基板21不同的折射率的保护膜等的配置。
因此，已经从聚光面板8进入聚光光学元件20的光中的几乎所有p偏振光分量必然被引导到沿着x轴的前侧端表面或后侧端表面，并且已经被以这种方式被引导的光然后作为被聚光的光进入在彼此背对的端部设置的光电转换元件50。虽然在已经进入聚光光学元件并且沿着y轴前进的光中的几乎所有s偏振光分量将被引导到沿着z轴的前侧端表面或后侧端表面，但是在如下所述配置的聚光装置中，这样的s偏振光可以以与引导和聚光p偏振光的方式基本上相同的方式沿着x轴被引导并且可以以高效率程度被聚光。
这种结构极大地提高了聚光效率，在该结构中，已经通过沿着x轴采用大宽度以及大纵横比的出射面离开聚光面板8的光经由每一个聚光光学元件20沿着x轴被聚光，使得光的截面的纵横比变小。
（大小参数）
如同在第一至第四实施例中的基板和微型光学构件，可以基于Mie散射理论来更具体详细地描述可以被采用用于基板11和21与微型光学构件12和22的最佳结构。因此，如同在第一至第四实施例中，在第七和第八实施例中使用如在（1）中定义的大小参数α。即，在聚光光学元件10（20）处的基板11不是双折射构件，并且介质具有恒定的折射率：n＝naxy＝nayx＝nazy＝1.64。另外，颗粒的折射率nbxy是1.88，并且入射光的波长λ等于633nm。
应当在范围1.5≤α≤40中设置用于包括基板和微型光学构件的聚光光学元件的大小参数α，并且，更期望在范围2≤α≤20中设置大小参数α，如同在第一至第四实施例中。另外，微型光学构件的颗粒直径d应当被设置为等于或小于20μm，并且更期望被设置为等于或小于10μm的值。
下面是在第七实施例中的聚光光学元件10和在第八实施例中的聚光光学元件20的具体示例的描述。
（在第七实施例中实现的聚光光学元件的具体示例）
在第七实施例中的聚光光学元件10中的基板11和微型光学构件12可以被设计来满足下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.64
●微型光学构件的折射率：nbxy＝1.88
nbyx=nbzy=1.64
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm（在拉伸步骤之后的颗粒直径）
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为8.14。如上所述设计的在第七实施例中的聚光光学元件10的微型光学构件显示沿着x轴的正双折射属性（由此用于非常光的折射率大于用于常光的折射率的双折射属性）。可以在与制造在第三实施例中的聚光光学元件10的制造条件基本上相同的制造条件下制造这样的在第七实施例中的聚光光学元件10。仅通过将图17、30和31替换为图39、43、44、45和46，用于在第三实施例中的聚光光学元件10的制造条件的说明也可以作为用于在第七实施例中的聚光光学元件10的制造条件的说明来阅读。因此，不提供用于在第七实施例中的聚光光学元件10的制造条件的进一步的说明。
（在第八实施例中的聚光光学元件的具体示例）
在第八实施例中的聚光光学元件20中的基板21和微型光学构件22可以被设计来满足下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.49
●微型光学构件的折射率：nbxy＝1.49
nbyx=nbzy=1.66
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为7.40。如上所述设计的在第八实施例中的聚光光学元件20的微型光学构件显示沿着y轴的负双折射属性（由此用于非常光的折射率小于用于常光的折射率的双折射属性）。可以在与制造在第四实施例中的聚光光学元件20的制造条件基本上相同的制造条件下制造这样的在第八实施例中的聚光光学元件20。用于在第八实施例中的聚光光学元件20的制造条件的说明将类似于用于在第四实施例中的聚光光学元件20的制造条件的说明。因此，不提供用于在第八实施例中的聚光光学元件20的制造条件的进一步的说明。
（比较示例）
为了比较的目的，已经通过类似的模拟获得用于包括基板和微型光学构件的聚光元件的模拟，该基板和微型光学构件两者都不具有双折射属性。基板和微型光学构件被设计为使得实现下面的条件。
●基板的折射率：naxy=nayx=nazy=1.49
●微型光学构件的折射率：nbxy=nbyx=nbzy=1.66
●微型光学构件的颗粒直径：d＝1.0μm
●微型光学构件的分布密度：0.1颗粒/μm3
当入射光的波长λ是633nm时，大小参数α被计算为7.40。对于如上列举的比较示例设置的条件与对于参考第三和第四实施例所述的比较示例设置的条件相同。即，仅通过将在较早的说明中的“第三实施例”和“第四实施例”替换为“第七实施例”和“第八实施例”，参考第三和第四实施例给出的比较示例的说明可以直接地被用作用于当前实施例的比较示例的说明。因此，不提供用于当前实施例的比较示例的进一步的说明。
现在说明配备有诸如如上所述的聚光光学元件的聚光装置。作为根据本发明的聚光装置的典型示例，将参考图40至46来描述配备有聚光光学元件10的聚光装置。在每一个附图中，使用双头箭头来标注其电场分量沿着与附图纸张平行的方向振动的p偏振光，并且，使用每一个均具有设置在其中心处的点的圆圈来标注其电场分量沿着垂直于附图纸张的方向振动的s偏振光。
（用于聚光装置600和光发电装置102a的结构示例）
如上所述，在第七实施例中实现的聚光光学元件10被构造使得基板11的折射率和微型光学构件12的折射率对于沿着y轴前进的p偏振光取彼此不同的值，并且对于沿着y轴前进的s偏振光和沿着x轴前进的光对于在基板11和微型光学构件12处的折射率所取的值基本上彼此相等。
因此，假定已经线性偏振的p偏振光通过其出射面8a离开聚光面板，则光进入聚光光学元件10，在其前进方向（光向量）向沿着x轴的正端侧或负短侧定向的情况下经由微型光学构件被全部散射，并且被使得在沿着x轴的彼此背对的端部区域处聚光，如图40中所示。结果，实现了被配置有单个聚光光学元件10并且仍然能够收集作为被聚光的光的、已经通过出射面8a离开聚光面板的所有入射光的聚光装置600。仅通过将光电转换元件50设置在聚光光学元件的、沿着x轴彼此背对的端部处，可以以低成本配置采用很简单结构的诸如在图38中所示的光发电装置102a。
（用于聚光装置60d和光发电装置102b的结构示例）
另外，可以利用图41中所示的聚光装置60用于作为线性偏振光通过其出射面8a离开聚光面板的s偏振光（例如，当使用与构成聚光光学元件10或20的类似的基板和微型光学构件来配置聚光面板8时）。
聚光装置60d包括聚光光学元件10和在聚光面板的出射面8a和聚光光学元件的入射面10a之间设置的偏振面旋转元件65。偏振面旋转元件65是透射通过它的光的偏振面经由它被旋转90°的光学元件。实现这样的功能的最佳偏振面旋转元件可以例如是宽带半波长板，经由该宽带半波长板，当在日光波长带中的光透射通过一次时，s偏振光被转换为p偏振光。
在如上所述配置的聚光装置60d处，已经通过出射面8a离开聚光面板的s偏振光当它透射通过偏振面旋转元件65时被转换为p偏振光，并且从该转换产生的p偏振光然后进入聚光光学元件10。结果，已经进入聚光光学元件10的光在其前进方向向沿着x轴的正侧端或负侧端定向的情况下经由微型光学构件被全部散射，并且该光被使得在沿着x轴的背对的端部区域处聚光。结果，实现了仅被配置有单对聚光光学元件10和偏振面旋转元件65但是仍然能够收集作为被聚光的光的、已经通过出射面8a离开聚光面板的所有入射光的聚光装置60d。仅通过在沿着x轴彼此背对的端部处设置光电转换元件50，可以以低成本配置采用很简单结构的光发电装置102b。
（用于其他聚光装置和光发电装置的结构示例）
如果通过出射面8a离开聚光面板的光包括p偏振光分量和s偏振光分量两者（例如，由沿着彼此垂直的两个方向行进的偏振光分量构成的光、以p偏振光分量和s偏振光分量构成的任意偏振光、椭圆偏振光或圆偏振光等），则在已经进入在如上所述的聚光光学元件装置600或聚光光学元件装置60d中的聚光光学元件10的光中的s偏振光将不沿着x轴被聚光，而是相反，它将通过其后表面离开聚光光学元件10。每一个通过使用在第七实施例内实现的聚光光学元件10被配置的聚光装置70d和80d允许进入聚光光学元件10的光的全部被收集作为被聚光的光，而与入射光中的偏振光分量无关。每一个被配备有在第七实施例中的聚光光学元件10的聚光装置70d和80d与光发电装置102c和102d可以每一个通过使用与聚光光学元件10组合的偏振面旋转元件或反射镜来配置，如同在配备有在第一实施例中实现的聚光光学元件10的聚光装置60a和80a和光发电装置1a和1c的情况。因为这个原因，不提供用于在图42中的聚光装置70d和光发电装置102c的结构的说明。类似地，不提供用于在图43中的聚光装置80d和光发电装置102d的结构的说明。
虽然在如上所述的说明中聚光装置每一个被配置有在第七实施例中实现的聚光光学元件10，但是也可以与在第八实施例中实现的聚光光学元件20相结合地以基本上相同的方式来配置聚光装置。这样的聚光装置以与在图40和41中的聚光装置600和60d起作用的方式类似的方式起作用，只要通过出射面8a离开聚光面板的光是已经线性偏振的p偏振光，或者只要通过出射面8a离开聚光面板的光是已经线性偏振的s偏振光。
另一方面，如果通过出射面8a离开聚光面板的光包括p偏振光和s偏振光两者，则已经沿着厚度方向通过其入射面进入在第八实施例中的聚光光学元件20的s偏振光通过沿着z轴的正侧表面（在这个示例中被指定为顶表面）或通过沿着z轴的负侧表面（在这个示例中被指定为底表面）离开聚光光学元件20。通过其顶表面或其底表面离开聚光光学元件20的光采用沿着在zy平面中的z轴的电场振幅，并且因此，该光的前进方向不能简单地被向x轴偏转。
因此，可以通过下述方式来设置偏振面旋转元件75和反射镜72：使得它们沿着s偏振光分量通过其离开的出射面（例如，顶表面）延展，如在聚光光学元件装置70d中，以便将已经通过其顶表面离开聚光光学元件20的光的偏振面旋转90°，使得该光重新进入聚光光学元件20，并且将重新进入的光作为被聚光的光向沿着x轴的正侧端部或负侧端部引导。
替代地，可以通过下述方式来设置偏振面旋转元件85和第二聚光光学元件10（20）：使得它们沿着着s偏振光分量通过其离开的出射面（例如，顶表面）延展，如在聚光光学元件装置80d中，以便将已经通过其顶表面离开聚光光学元件20的光的偏振面旋转90°，使得来自偏振面旋转元件的光进入第二聚光光学元件10，并且将该光作为被聚光的光向沿着x轴的正侧端部或负侧端部引导。
（在聚光光学元件的端部区域处的光能提取的方法）
参考图44（a）至44（e）来简述当提取沿着在第七实施例中实现的聚光光学元件10和在第八实施例中实现的聚光光学元件20的x轴被聚光的光的能量时可以采用的典型方法的概念。
图44（a）至44（e）每一个呈现了一个结构示例，该示例包括在聚光光学元件10（20）在沿着x轴的正侧端部或负侧端部上的一个端部处（例如，在沿着x轴的聚光光学元件的负端侧部处）设置的反射光的反射单元，使得将已经进入聚光光学元件的光向沿着x轴的另一个端部（例如，向沿着x轴的正侧端部）聚光。在图44（a）中呈现的结构示例中，在沿着x轴的聚光光学元件10（20）的负侧端表面处设置反射镜191，或者，在沿着x轴的聚光光学元件10（20）的负侧端表面上形成反射膜，以便通过向沿着x轴的正侧端反射已经行进到负侧端的光来在负侧端处聚光。图44（b）呈现了包括沿着x轴在聚光光学元件10（20）的负侧端部处形成的棱柱反射部分192或沿着x轴与聚光光学元件10（20）的负侧端表面背对的矩形棱柱，以便通过向沿着x轴的正侧端反射已经行进到负侧端的光来在正侧端处聚光的结构示例。这些结构特征的任何一个使得在聚光光学元件10（20）处实现的聚光率（提取的光的功率密度）比否则实现的加倍。
图44（c）呈现了当通过将聚光的光转换为电能或热能来利用已经在聚光光学元件的端部处聚光的光时可以采用的结构示例。在图44（c）中所示的示例中，光电转换元件50与聚光光学元件10（20）的聚光侧端耦合，并且，经由光能经历光电转换的光电转换元件50将聚光的光的能量提取为电能。另外，期望经由包括光吸收器的热管等来将聚光的光的能量提取为热能，在光吸收器中，将聚光的光通过光热转换而转换为热。在如上所述的那些中的任何聚光光学元件和聚光装置可以用于配置用于将聚光的光的能量提取为热的光热转换装置。
图44（d）呈现了可以用于通过进一步提高聚光率来提取在端部区域中聚光的光的能量的结构示例。在这个示例中的聚光光学元件10（20）被形成使得接近聚光侧端部定位的、至少其沿着x轴所取的量度或其沿着y轴所取的量度向端部变得逐渐缩小（即，使得在端部的开口面积缩小）。通过这些措施，可以以更高的功率密度向光电转换元件50或热管输入聚光的光。
图44（e）呈现了具有经由耦合器195连接到聚光光学元件10（20）的端部的光纤196的结构示例。可以例如使用以圆形截取的锥形形成的光学构件来构成耦合器195。该配置使得能够利用已经在远离聚光面板8的远程位置处的聚光光学元件10（20）处聚光的光。例如，可以在配备有冷却装置的单元箱内安装光电转换元件50，该冷却装置防止光电转换元件变得过热，并且可以经由光纤196向这个单位箱内发射已经在聚光光学元件10（20）处聚光的光。在类似的应用中，已经在聚光光学元件10（20）处聚光的光可以经由光线196被发射，使得可以例如在与聚光装置地理上分离的农业工厂处使用聚光的光。
虽然通过使用在第三和第四实施例中的聚光光学元件来实现如上所述的第七和第八实施例，但是也可以通过使用在另一个实施例中实现的聚光光学元件而不是在第三和第四实施例中实现的聚光光学元件来以理想的方式实施本发明。
为了简化说明，在第七和第八实施例中实现的聚光光学元件被描述为采用杆（矩形棒）形式。另外，通过引用用于构成基板和微型光学构件的具体材料，并且因此限定对于它们的折射率所取的值来以具体的细节描述在实施例中实现的聚光光学元件的功能。然而，本发明的实施例不限于这样的子结构模式或结构示例。例如，可以在形成为板、薄片、圆柱或线性元件的聚光光学元件中采用本发明。另外，可以在包括由从各种树脂材料和无机材料等选择的最佳材料构成的基板和微型光学构件的聚光光学元件中采用本发明。而且，根据本发明的聚光光学元件可以除了基板11和微型光学构件12之外进一步包括另一个构件，只要该另一个构件的存在不引起偏离本发明的精神。
在第七实施例中实现的聚光光学元件10和在第八实施例中实现的聚光光学元件20处，如上所述，沿着聚光面板8的长边延伸的方向来将通过其具有大纵横比（长边/短边）的出射面离开聚光面板8的宽光聚光。因此，可以增加通过采用沿着x轴的大宽度的出射面离开的光的聚光效率，由此使得有可能提供创新的装置，其具有使得能够有效地利用诸如日光的光能的聚光功能。聚光装置600、60d、70d和80d与光发电装置102（光发电装置102a、102b、102c和102d）全部被配置有这样的聚光光学元件。结果，使得能够有效地例如诸如日光的光能的、采用简单结构的聚光装置和光发电装置可以以低成本被提供为紧凑系统。当在光热转换装置中采用本发明时将实现类似的优点。
应当注意，上方描述的实施例及其变化仅表示示例，并且本发明决不限于这些示例，只要表征本发明的特征保持完整。在本发明的技术范围内可想到的任何其他实施例因此应当被看作在本发明的范围内。
下面的优先权申请的开关通过引用被包含在此：
在2010年6月18日提交的日本专利申请No.2010-138838
在2010年8月5日提交的日本专利申请No.2010-176830
在2010年10月25日提交的日本专利申请No.2010-238217
在2010年11月5日提交的日本专利申请No.2010-248856

Claims (51)

1.一种聚光光学元件，包括：
基板；以及
多个微型光学构件，所述多个微型光学构件散布在所述基板内部，其中：
所述多个微型光学构件每一个引导已经透射通过所述基板并且已经沿着至少一个入射方向进入微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述至少一个入射方向对应的匹配方向离开所述微型光学构件，并且引导已经沿着与所述至少一个入射方向不同的其他入射方向进入所述微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述其他入射方向不同的至少一个出射方向离开所述微型光学构件，导致已经通过基板前表面进入所述基板并且前进通过所述基板的光的前进方向经由所述多个微型光学构件被偏转，以沿着所述匹配方向延伸；并且
在所述基板的端部区域处，已经经由所述多个微型光学构件偏转以便沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光被聚光，其中：
所述微型光学构件每一个形成为颗粒，并且沿着厚度方向以及沿着第一方向和第二方向散布，所述厚度方向沿着所述基板的厚度延伸，所述第一方向和所述第二方向每一个垂直于所述厚度方向延伸；
所述微型光学构件每一个采取颗粒直径d，所述颗粒直径d被表达为被设置为0.1λ至10λ的等效圆的直径，λ表示沿着所述厚度方向进入的光的波长；并且
在如下情况下时，折射率实现使得naxy和nbxy彼此不同，和彼此相等，并且成立的关系：
沿着所述厚度方向延伸的轴被指定为y轴，沿着所述第一方向延伸的轴被指定为x轴，沿着所述第二方向延伸的轴被指定为z轴，并且包含所述x轴和所述y轴两者的平面被指定为xy平面；
对于沿着所述y轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为naxy，对于沿着所述x轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayx，并且对于沿着从所述y轴向所述x轴以角度倾斜的轴方向前进通过所述基板并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为其中并且
对于沿着所述y轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbxy，对于沿着所述x轴前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyx，并且对于沿着从所述y轴向所述x轴以角度倾斜的轴方向前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述xy平面内振动的光的折射率被以符号表示为
2.根据权利要求1所述的聚光光学元件，其中：
至少所述基板或所述多个微型光学构件具有双折射属性；并且
关于沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光，所述基板的折射率和所述微型光学构件中的每一个的折射率基本上彼此相等。
3.根据权利要求1所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为的关系。
4.根据权利要求1所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为的关系。
5.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为的关系。
6.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为的关系。
7.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
在如下情况下时，所述折射率进一步实现使得nazy和nbzy彼此不同，nayz和nbyz彼此不同，nazγ和nbzγ彼此相等，并且sinγ>(1/nazγ)成立的关系：
包含所述y轴和所述z轴两者的平面被指定为zy平面；
对于沿着所述y轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazy，对于沿着所述z轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nayz，并且对于沿着从所述y轴向所述z轴以角度γ倾斜的轴方向前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazγ，其中0<γ≤90°；并且
对于沿着所述y轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzy，对于沿着所述z轴前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbyz，并且对于沿着从所述y轴向所述z轴以角度γ倾斜的轴方向前进通过所述微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzγ。
8.根据权利要求1所述的聚光光学元件，其中：
当所述角度是90°时，所述折射率实现由此等于nayx，等于nbyx，naxy和nbxy彼此不同，并且nayx和nbyx基本上彼此相等的关系。
9.根据权利要求8所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为naxy<nbxy并且nbxy>nbyx的关系。
10.根据权利要求8所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为naxy<nbxy并且naxy<nayx的关系。
11.根据权利要求8所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为naxy>nbxy并且nbxy<nbyx的关系。
12.根据权利要求8所述的聚光光学元件，其中：
所述折射率进一步实现被表达为naxy>nbxy并且naxy>nayx的关系。
13.根据权利要求8至12中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
在如下情况下时，所述折射率进一步实现使得nazy和nbzy基本上彼此相等的关系：
对于沿着所述x轴前进通过所述基板并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nazy；并且
对于沿着所述x轴前进通过在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量在所述zy平面内振动的光的折射率被以符号表示为nbzy。
14.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
被定义为(π×d×naxy)/λ的大小参数α在1.5≤α≤40的范围内。
15.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
被定义为(π×d×naxy)/λ的大小参数α在2≤α≤20的范围内。
16.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述微型光学构件每一个采取等于或小于20μm的颗粒直径。
17.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述微型光学构件在所述基板中散布的分布密度被设置为使得已经沿着所述厚度方向通过所述基板的前表面进入所述基板并且然后经由所述多个微型光学构件被多重散射以向后表面前进的光在所述后表面处被全反射。
18.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述基板形成为具有入射面的板或片，光通过所述入射面进入所述基板，所述入射面具有比形成所述基板的端部区域的侧表面大的面积，并且所述基板沿着每一个垂直于所述厚度方向延伸的所述第一方向和所述第二方向所取的尺寸都比沿着所述厚度方向所取的尺寸大。
19.根据权利要求1至2中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述基板被形成为使得形成所述基板的所述端部区域的其侧表面的面积比光进入所述基板所通过的其入射面的面积小。
20.一种聚光装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；
反射镜，所述反射镜被设置在所述聚光光学元件的后表面所在的一侧，以便沿着所述后表面延展，所述后表面与光进入所述聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；以及
偏振面旋转元件，所述偏振面旋转元件被设置在所述聚光光学元件和所述反射镜之间，所述偏振面旋转元件使得两次透射通过所述偏振面旋转元件的光的偏振面旋转90°。
21.一种聚光装置，包括：
第一聚光光学元件，所述第一聚光光学元件是根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
第二聚光光学元件，所述第二聚光光学元件是根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；其中：
所述第二聚光光学元件被设置在所述第一聚光光学元件的后表面所在的一侧，所述后表面与光进入所述第一聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；并且
在所述第二聚光光学元件处采取的第一方向和在所述第一聚光光学元件处采取的所述第二方向彼此平行地延伸。
22.一种聚光装置，包括：
第一聚光光学元件，所述第一聚光光学元件是根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
第二聚光光学元件，所述第二聚光光学元件是根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；其中：
所述第二聚光光学元件被设置在所述第一聚光光学元件的后表面所在的一侧，所述后表面与光进入所述第一聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；
在所述第二聚光光学元件处采取的所述第一方向和在所述第一聚光光学元件处采取的所述第一方向彼此平行地延伸；并且
偏振面旋转元件被设置在所述第一聚光光学元件和所述第二聚光光学元件之间，所述偏振面旋转元件使得透射通过所述偏振面旋转元件的光的偏振面旋转90°。
23.一种聚光装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
聚光单元，所述聚光单元将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于所述聚光单元的侧端处的出射面输出被聚光的光，其中
光进入所述基板所通过的入射面被设置为与所述出射面背对，并且
所述匹配方向沿着所述入射面的较长边延伸。
24.根据权利要求20至22中的任何一项所述的聚光装置，进一步包括：
聚光单元，所述聚光单元将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于所述聚光单元的侧端处的出射面输出被聚光的光，其中：
光进入所述基板所通过的入射面被设置为与所述出射面背对，并且
所述匹配方向沿着所述入射面的较长边延伸。
25.一种光发电装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
26.一种光发电装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向和所述第二方向。
27.一种光发电装置，包括：
根据权利要求20所述的聚光装置；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
28.一种光发电装置，包括：
根据权利要求21或权利要求22所述的聚光装置；
第一光电转换元件，在所述第一光电转换元件处，已经前进通过所述第一聚光光学元件的所述基板并且在所述第一聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换；以及
第二光电转换元件，在所述第二光电转换元件处，已经前进通过所述第二聚光光学元件的所述基板并且在所述第二聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
在所述第一聚光光学元件处采取的所述至少一个入射方向是在所述第一聚光光学元件处所取的所述第一方向，并且在所述第二聚光光学元件处采取的所述至少一个入射方向是在所述第二聚光光学元件处所取的所述第一方向。
29.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
30.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求1至19中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向和所述第二方向。
31.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求20所述的聚光装置；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
32.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求21或权利要求22所述的聚光装置；
第一光热转换元件，在所述第一光热转换元件处，已经前进通过所述第一聚光光学元件的所述基板并且在所述第一聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换；以及
第二光热转换元件，在所述第二光热转换元件处，已经前进通过所述第二聚光光学元件的所述基板并且在所述第二聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
在所述第一聚光光学元件处采取的所述至少一个入射方向是在所述第一聚光光学元件处所取的所述第一方向，并且在所述第二聚光光学元件处所取的所述至少一个入射方向是在所述第二聚光光学元件处采取的所述第一方向。
33.一种聚光光学元件，包括：
基板；以及
多个微型光学构件，所述多个微型光学构件散布在所述基板内部，其中：
所述多个微型光学构件每一个引导已经透射通过所述基板并且已经沿着至少一个入射方向进入微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述至少一个入射方向对应的匹配方向离开所述微型光学构件，并且引导已经沿着与所述至少一个入射方向不同的其他入射方向进入所述微型光学构件的光，使得所述光沿着与所述其他入射方向不同的至少一个出射方向离开所述微型光学构件，导致已经通过基板前表面进入所述基板并且前进通过所述基板的光的前进方向经由所述多个微型光学构件被偏转，以沿着所述匹配方向延伸；并且
在所述基板的端部区域处，已经经由所述多个微型光学构件偏转以便沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光被聚光，其中：
所述微型光学构件沿着厚度方向以及沿着第一方向和第二方向设置在所述基板内，所述厚度方向沿着所述基板的厚度延伸，所述第一方向和所述第二方向每一个垂直于所述厚度方向延伸，并且所述微型光学构件每一个采取在包含所述厚度方向和所述第一方向并且垂直于所述第二方向延展的平面内沿着所述第一方向逐渐加宽的楔形；
在所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件沿着所述第一方向所取的量度等于或大于前进通过所述基板的光的波长的1/10；并且
在如下情况下时，折射率实现使得nax和nbx彼此不同，并且nay和nby基本上彼此相等的关系：
沿着所述厚度方向前进通过所述基板并且其电场分量沿着所述第一方向振动的光的折射率被以符号表示为nax，并且沿着所述第一方向前进通过所述基板并且其电场分量沿着所述厚度方向振动的光的折射率被以符号表示为nay；并且
沿着所述厚度方向前进通过所述多个微型光学构件中的每一个微型光学构件并且其电场分量沿着所述第一方向振动的光的折射率被以符号表示为nbx，并且沿着所述第一方向前进通过所述微型光学构件并且其电场分量沿着所述厚度方向振动的光的折射率被以符号表示为nby。
34.根据权利要求33所述的聚光光学元件，其中：
至少所述基板或所述多个微型光学构件具有双折射属性；并且
关于沿着所述匹配方向前进通过所述基板的光，所述基板的折射率和所述微型光学构件中的每一个的折射率基本上彼此相等。
35.根据权利要求33所述的聚光光学元件，其中：
所述多个微型光学构件每一个在包含所述厚度方向和所述第一方向的所述平面内采取等腰三角形楔形，并且
所述微型光学构件每一个被设置为使得从所述等腰三角形的顶点向底边延伸的垂直线在所述第一方向上对准。
36.根据权利要求33或权利要求34所述的聚光光学元件，其中：
由所述微型光学构件中的每一个采取的所述楔形的顶点和沿着所述厚度方向彼此重叠的微型光学构件的数量被设置为使得：
已经沿着所述厚度方向通过所述基板的前表面进入所述基板、并且已经经由所述多个微型光学构件在包含所述厚度方向和所述第一方向的平面内被顺序地折射、以从所述微型光学构件中的位于最接近所述基板的后表面的一个所述微型光学构件向所述后表面前进的光，在所述基板的所述后表面处被全反射。
37.根据权利要求33至34中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述基板形成为具有入射面的板或片，光通过所述入射面进入所述基板，所述入射面具有比形成所述基板的端部区域的侧表面大的面积，并且所述基板沿着每一个垂直于所述厚度方向延伸的所述第一方向和所述第二方向所取的尺寸都比沿着所述厚度方向所取的尺寸大。
38.根据权利要求33至34中的任何一项所述的聚光光学元件，其中：
所述基板被形成为使得形成所述基板的所述端部区域的其侧表面的面积比光进入所述基板所通过的其入射面的面积小。
39.一种聚光装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；
反射镜，所述反射镜被设置在所述聚光光学元件的后表面所在的一侧，以便沿着所述后表面延展，所述后表面与光进入所述聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；以及
偏振面旋转元件，所述偏振面旋转元件被设置在所述聚光光学元件和所述反射镜之间，所述偏振面旋转元件使得两次透射通过所述偏振面旋转元件的光的偏振面旋转90°。
40.一种聚光装置，包括：
第一聚光光学元件，所述第一聚光光学元件是根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
第二聚光光学元件，所述第二聚光光学元件是根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；其中：
所述第二聚光光学元件被设置在所述第一聚光光学元件的后表面所在的一侧，所述后表面与光进入所述第一聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；并且
在所述第二聚光光学元件处采取的第一方向和在所述第一聚光光学元件处采取的所述第二方向彼此平行地延伸。
41.一种聚光装置，包括：
第一聚光光学元件，所述第一聚光光学元件是根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
第二聚光光学元件，所述第二聚光光学元件是根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；其中：
所述第二聚光光学元件被设置在所述第一聚光光学元件的后表面所在的一侧，所述后表面与光进入所述第一聚光光学元件的所述基板所通过的所述基板的入射面背对；
在所述第二聚光光学元件处采取的所述第一方向和在所述第一聚光光学元件处采取的所述第一方向彼此平行地延伸；并且
偏振面旋转元件被设置在所述第一聚光光学元件和所述第二聚光光学元件之间，所述偏振面旋转元件使得透射通过所述偏振面旋转元件的光的偏振面旋转90°。
42.一种聚光装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
聚光单元，所述聚光单元将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于所述聚光单元的侧端处的出射面输出被聚光的光，其中
光进入所述基板所通过的入射面被设置为与所述出射面背对，并且
所述匹配方向沿着所述入射面的较长边延伸。
43.根据权利要求39至41中的任何一项所述的聚光装置，进一步包括：
聚光单元，所述聚光单元将沿着厚度方向进入的光聚光，并且通过位于所述聚光单元的侧端处的出射面输出被聚光的光，其中：
光进入所述基板所通过的入射面被设置为与所述出射面背对，并且
所述匹配方向沿着所述入射面的较长边延伸。
44.一种光发电装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
45.一种光发电装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向和所述第二方向。
46.一种光发电装置，包括：
根据权利要求39所述的聚光装置；以及
光电转换元件，在所述光电转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
47.一种光发电装置，包括：
根据权利要求40或权利要求41所述的聚光装置；
第一光电转换元件，在所述第一光电转换元件处，已经前进通过所述第一聚光光学元件的所述基板并且在所述第一聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换；以及
第二光电转换元件，在所述第二光电转换元件处，已经前进通过所述第二聚光光学元件的所述基板并且在所述第二聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光电转换，其中：
在所述第一聚光光学元件处采取的所述至少一个入射方向是在所述第一聚光光学元件处所取的所述第一方向，并且在所述第二聚光光学元件处采取的所述至少一个入射方向是在所述第二聚光光学元件处所取的所述第一方向。
48.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
49.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求33至38中的任何一项所述的聚光光学元件；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向和所述第二方向。
50.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求39所述的聚光装置；以及
光热转换元件，在所述光热转换元件处，已经前进通过所述基板并且已经在所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
所述至少一个入射方向是所述第一方向。
51.一种光热转换装置，包括：
根据权利要求40或权利要求41所述的聚光装置；
第一光热转换元件，在所述第一光热转换元件处，已经前进通过所述第一聚光光学元件的所述基板并且在所述第一聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换；以及
第二光热转换元件，在所述第二光热转换元件处，已经前进通过所述第二聚光光学元件的所述基板并且在所述第二聚光光学元件中的所述基板的端部区域处被聚光的光经历光热转换，其中：
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