CN104303031A - 用于光源感测以及指向的复合光学代理元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及出于将光从源转向到目标上的目的用以提供闭环指向系统的设备和方法。在一个方面中，本发明涉及一种转向入射光的方法，所述方法包括以下步骤：使用至少一个光转向元件以转向所述入射光；提供与反射元件相关联的多个光学代理元件，其方式为使得所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的瞄准方向相关；观察通过所述光学代理元件分布的所述光学信息；以及使用所述光学信息从而以将经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动所述光转向元件。

Description

用于光源感测以及指向的复合光学代理元件
技术领域
本发明大体上涉及照明控制系统的领域，且确切地说涉及帮助控制光从一个或多个源转向到一个或多个所需目标上的设备和方法。具体关注的是定日镜在聚光太阳能发电(CSP)或聚光光伏(CPV)领域中的应用。
背景技术
定日镜在聚光太阳能发电以及聚光光伏领域中的使用在现有技术中已经得到公认。典型的CSP或中央塔CPV系统包含一个集中塔以及多个适当安装的定日镜，定日镜经指向使得反射的日光照射到通常相对于定日镜固定在空间中的中央塔焦点上。为了实现此条件，反射定律要求在日光矢量与镜面法线之间形成的角必须与在恰当地瞄准的转向光线与镜面法线之间形成的角相等。所有三个矢量还必须位于同一平面上。利用矢量代数可以显示，对于给定的日光矢量以及恰当地瞄准的反射光线，存在独特的解决方案，即镜面法线简单地就是入射光矢量和反射光矢量的归一化平均值。
中央塔充当焦点，个别定日镜将日光转向到该焦点上。定日镜的瞄准方向可以随着太阳在天空中移动而可控制地调节以将入射日光转向到中央塔上。因此，日光在塔焦点处的聚集与达到某一基本限制的定日镜的数量相关。太阳能的高度聚集通过塔转化成其它有利的形式，例如随后可以直接使用或用以产生蒸汽从而给发电机供电的热量，或者通过使用任何数目的一般被称作太阳能电池的光伏装置直接转化成电。
定日镜一般包含用以转向日光的镜面、用以固定镜面并且使镜面能够接合的支撑结构、以及用以实现接合的例如电机等的致动器。至少，定日镜通常提供至少两个转动自由度，以将日光转向到固定的塔聚焦区域上。定日镜的镜面通常是平面的，但是还可以具有更复杂的形状。
定日镜接合可以遵循方位角/仰角方案，通过此方案镜面围绕与地球表面垂直的方位角轴旋转并且随后围绕与地球表面平行的仰角轴旋转。仰角轴通常耦合到方位角旋转上使得仰角的方向是方位角角度的函数。可替代地，定日镜可以使用倾侧/倾斜方案接合，其中镜面围绕与地球表面平行的固定的倾斜轴旋转。倾侧轴与倾斜轴正交但是其方向根据倾斜轴旋转。当定日镜的镜面法线矢量与地球表面的法线平行时倾侧轴与地球表面平行。还可能有其它方案，例如极轴追踪以及许多其它方案；本发明适用于这些方案中的任一者。
许多定日镜控制系统基于系统几何形状和太阳位置计算器采用开环算法，以根据时间判定太阳和定日镜到焦点的矢量。这些计算向每一个定日镜装置产生方位角/仰角或倾侧/倾斜指令。此类控制系统通常假设定日镜的位置是静态的并且是良好界定的，或以其他方式依靠定期校准维护以校正沉降以及其它使用期引起的漂移和偏移。开环解决方案的有利性在于它们不需要任何专门的反馈传感器来检测每一个定日镜经指向的程度。这些系统简单地告知每个定日镜如何指向并且假设定日镜正确地指向。
另一方面，闭环定日镜的指向基本上依靠来自一个或多个传感器的反馈，一个或多个传感器能够测量所需的定日镜到焦点的矢量与实际的反射日光矢量之间的差值。这些误差随后处理成补偿信号，提供到定日镜致动器上以接合镜面，使得反射日光照射到塔焦点上。闭环指向的优点是其并不需要对系统几何形状进行精确安装或了解，并且可以对使用期漂移不那么敏感。消除了通常与开环系统相关联的精度安装是闭环指向的一个显著优点。
在CSP系统上应用闭环指向方法的困难起因于指向条件要求两个矢量的对等分而不是对准单个矢量。也就是说，在正常操作期间，定日镜镜面自身不具体指向任何事物。相反，定日镜镜面必须指向在太阳与目标之间的方向上，并且指向随着太阳移动而随时间移动。名义上，在此方向上不存在任何事物而只有空旷的天空，因此对于传统的闭环追踪系统，其不将镜面指向任何事物。
理想的闭环定日镜追踪系统可以直接感测在实际的反射日光矢量与对应于恰当地瞄准的反射光矢量的矢量之间的差值，并且随后努力将差值控制为零。可能有其它方案，尽管不太理想。
例如，一个现有技术的系统(http://www.heliostat.us/howitworks.htm)公开了一种控制日光矢量以与第三矢量对准的传感器，第三矢量是靠近定日镜的传感器的轴线。在系统的安装期间，传感器与到目标的瞄准线矢量对准。因此，系统的精确性取决于此对准的精确性以及保留未变的对准。然而，在较大的CSP系统中，由于一些原因这可能不够。例如，塔可能在风中摇摆，或经受热膨胀或收缩。组件可能磨损或位移。成本还可能是一个问题，因为每一个定日镜需要单独的传感器。
在现有技术中常见的第二种类型的“闭环”定日镜系统是感测定日镜轴相对于定日镜底座的方向的系统。控制系统随后对在这些轴的方向中检测到的任何误差提供校正。此类型的系统减少在定日镜的轮系中的误差或误差，但是其完全不感测日光矢量。因此，这种方法易受在此矢量中未被发现的误差影响，并且它无视于在日光矢量与到目标的瞄准线对准时的任何误差。因此，此系统还可能对塔的移动以及长期的漂移敏感。实际的系统往往会包含精密的校准方案以应对这些问题。成本也受影响，因为每一个定日镜的每一个轴都需要编码器。
作为替代方案，闭环系统更理想的是将直接观察并且追踪反射的日光光束。用于反馈传感器的明显位置将处于塔焦点处，因为这是反射光束经定向的位置。通常，对于聚集大量日光的系统这是不实际的，因为任何实际的传感器都无法承受存在于焦点处的极端温度或紫外辐射。尽管如此，需要控制在反射的日光光束与对应于恰当地瞄准的反射光束的瞄准线之间的差值。因此，提供反馈的不太直接的方法将期望使闭环指向可行。
使用光学代理元件(optical proxy，代用元件)是使利用闭环指向可行的创新方法。使用光学代理元件以帮助控制定日镜的瞄准方向在2011年11月22日提交的名称为“用于光源感测以及指向的光学代理元件(Optical Proxy for Sensing and Pointing of Light Sources)”的第61/562962号美国临时申请案以及2011年3月14日提交的名称为“用于指向光源的设备和方法(Apparatus and Method for Pointing Light Sources)”的第61/465,165号美国临时申请案、WO 2012/125748A2、WO 2012/125751A2中进行了描述，并且这些申请案和公开案出于所有目的以其相应的全文引用的方式并入本文中。
前述申请案引入了一个或多个光学代理元件的使用，例如衍射或扩散元件，其具有与定日镜的瞄准方向相关并且因此还与从定日镜反射的主要光束的实际矢量相关的光学特征。使用多个成像传感器来感测代理元件的光学特征而不是反射光束的光学特征，以允许间接感测反射光束的实际瞄准方向。若实际的瞄准方向从期望的瞄准方向偏离，则校正瞄准方向。多个成像传感器从不同视角观测光学代理元件中的一者或多者，其方式为使得一个或多个代理元件的光学特征从视角到视角发生变化。在与可以通过使用多个方程式求解多个变量的方式类似的方式中，所感测的信息的多个独特视角使得能够准确判定反射光的矢量，即使感测到的是至少一个代理元件而不是反射光。这有利地准许了反射光束的瞄准方向的闭环控制。此技术在用于控制定日镜的聚光太阳能发电(CSP)或中央塔聚光光伏(CPV)领域中尤其有用。
许多技术可以用于使用来自光学代理元件的信息来判定经转向的光束的瞄准方向。前述申请案详述这些技术中的一者，这些技术涉及使用多个成像传感器以从多个视角观察一个或多个代理元件，使得可以唯一地判定反射光的矢量。还将期望准许使用更少数量的视角，包含少至一个视角的方法。
发明内容
本发明涉及出于将光从源转向到目标上的目的用以提供闭环指向系统的设备和方法。尽管本文中所公开的本发明的应用以聚光太阳能发电的背景呈现，但是所述设备和方法一般适用于任何指向系统，其中光被转向到包含不是静止的目标的一个或多个目标上。另外，尽管本文中所公开的本发明的应用以闭环指向系统的背景呈现，但是所述设备和方法一般适用于必须感测经转向的光束的瞄准方向的任何系统，不论所述系统是否试图控制所述瞄准方向。
在优选实施例中，本发明利用一起用作单个复合光学代理元件的多个光学代理元件，以允许使用更少的成像传感器和/或对光学代理元件进行更少观察。与需要从多个视角对相同元件进行多次观察以得到足够的光学信息用于瞄准并且控制光转向的方法相比，复合代理元件的性质是必要时可以仅使用每一个代理元件的单次观察来判定定日镜的瞄准方向。一些实施例可以包含少至一个成像传感器，所述成像传感器具有涵盖所观察的与光转向元件相关联的所有代理元件的视场。随后控制系统能够根据从代理元件的单次观察中捕获的光学信息来充分判定经转向的光束的瞄准方向。
在本发明的实践中使用的光学代理元件可以具有多种光学特征。例如，在本发明的实践中使用的光学代理元件可以具有径向对称的强度分布。在其它实施例中，代理元件可以具有任何任意的强度函数。同样，光学代理元件可以随着波长的改变对角倾斜(如在衍射元件的情况下)进行编码或对任何其他光学参数进行编码，并且可以包括所关注的参数的任何任意函数。本发明教示一个尤其有利的光学代理元件函数是实质上在一个方向上变化而在其它方向上极少变化的函数。本发明进一步教示存在其角敏感度很大程度上与到成像传感器的距离无关的一类函数，并且这是在许多实施例中合乎需要的属性。本发明进一步教示多个光学代理元件可以设置有不同的角响应(例如)以帮助提供粗略的以及精确的感测能力。
光学代理元件可以以多种不同的方式与光转向元件相关联。在一些实施例中，例如在光转向器是镜面的情况下，这可以包括以下技术：在光转向元件中(例如，在不存在镜面涂层的区域)设置窗口并且使得光学代理元件能够被放置在光转向元件的背面上或以另外的方式放置在光转向元件正面的后方。以此方式定位的代理元件可以得到更好的保护(例如)以免损坏或受例如对镜面的正面进行清洁等活动影响。
在一个方面中，本发明涉及一种感测经转向的入射光的瞄准方向的方法，其包括以下步骤：
(a)使用光转向元件以转向入射光；
(b)提供与转向元件相关联的多个光学代理元件，其方式为使得光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)观察通过光学代理元件分布的光学信息；以及
(d)使用光学信息来判定通过光转向元件转向的光的瞄准方向。
在另一方面中，本发明涉及一种转向入射光的方法，其包括以下步骤：
(a)使用至少一个光转向元件以转向入射光；
(b)提供与反射元件相关联的多个光学代理元件，其方式为使得光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)观察通过光学代理元件分布的光学信息；以及
(d)使用光学信息从而以将经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动光转向元件。
在另一方面中，本发明涉及一种用于将日光聚集到集中目标上的系统，其包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
i)光转向元件，所述光转向元件转向入射日光；以及
ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件与光转向元件相关联，其方式为使得光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)装置，所述装置观察通过光学代理元件分布的光学信息；以及
(d)可选地控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到集中目标上的方式使用光学信息。
在另一方面中，本发明涉及一种用于将日光聚集到集中目标上的系统，其包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
i)转向入射日光的光转向元件，所述元件具有正面以及背面，入射光从正面被转向；以及
ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件安装到光转向元件上，其方式为使得光学代理元件通过并入到光转向元件中的至少一个窗口是可观测的，所述光学代理元件中的每一者以与光转向元件的瞄准方向相关的方式分布入射光的一部分；
(c)装置，所述装置观察光学代理元件；以及
(d)可选地控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到集中目标上的方式使用通过观察光学代理元件获得的光学信息。
在另一方面中，本发明涉及一种感测经转向的入射光的瞄准方向的方法，其包括以下步骤：
(a)使用光转向元件以转向入射光；
(b)提供包括与转向元件相关联的多个光学代理元件的复合光学代理元件，其方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)在单次观察中观察复合光学代理元件以感测复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)使用光学信息来判定通过光转向元件转向的光的瞄准方向。
在另一方面中，本发明涉及一种转向入射光的方法，其包括以下步骤：
(a)使用至少一个光转向元件以转向入射光；
(b)提供包括与反射元件相关联的多个光学代理元件的复合光学代理元件，其方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)在单次观察中观察复合光学代理元件以感测复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)使用光学信息从而以将经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动光转向元件。
在另一方面中，本发明涉及用于一种将日光聚集到集中的目标上的系统，其包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
i)光转向元件，所述光转向元件转向入射日光；以及
ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件与光转向元件相关联，其方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布入射光的一部分，其中在通过光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与光转向元件的瞄准方向相关；
(c)装置，所述装置在单次观察中观察光学代理元件以感测复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)可选地控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到集中的目标上的方式使用光学信息。
在另一方面中，本发明涉及一种用于将日光聚集到集中的目标上的系统，其包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
i)转向入射日光的光转向元件，所述元件具有正面以及背面，入射光从正面被转向；以及
ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件安装到光转向元件上，其方式为使得光学代理元件通过并入到光转向元件中的至少一个窗口是可观测的，所述光学代理元件中的每一者以与光转向元件的瞄准方向相关的方式分布入射光的一部分；
(c)装置，所述装置在单次观察中观察光学代理元件以感测光学代理元件的光学信息；以及
(d)可选地控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到集中的目标上的方式使用光学信息。
附图说明
图1是本发明的示例性聚光太阳能发电系统的示意性透视图。
图2A是在图1的系统中使用的呈定日镜形式的光转向元件的示意性透视图，其中定日镜并入有本发明的示例性复合光学代理元件。
图2B示出图1的系统的示例性光转向元件如何将入射光线反射到中央塔的所需聚焦区域上。
图3是在图1的系统中使用的光转向元件的视图，示出了附接到所述元件上的复合光学代理元件的三个元件，并且示出了光如何从复合光学代理元件的元件中的两者扩散以及光如何从所述元件反射。
图4是包括多个光学代理元件的复合光学代理元件的示例性视图，其中每一个元件包括扩散器，扩散器安装在反射镜表面上以不同方式定向的楔状物上，其方式为使得每一个代理元件以相对于其它元件唯一的方式产生与反射镜的瞄准方向(以及因此从反射镜反射的光的方向)相关的光学信息，并且其中渐增的唯一光学信息使得从反射镜反射的光能够可控制地瞄准所需目标。
图5是不考虑安装楔状物的作用的取决于相对于其对应的主要代理元件光线的可视角度的图4的光学代理元件中的一者(其包含安装在楔状物上的扩散器)的代表性对称强度分布。
图6是考虑在其上安装有扩散器的楔状物的作用的取决于相对于反射镜的主要反射光线的可视角度的图4的光学代理元件的代表性对称强度分布。
图7A到7C图示适合于本发明的实践的可并入到光学代理元件中的实质上一维的强度分布。
图8图示当通过成像传感器感测时，通过测量光学代理元件的强度提供的角度约束。
图9图示通过三个唯一的光学代理元件提供的约束如何足以判定反射光束的方向使得反馈控制可以用以将反射光束瞄准到所需目标。
图10图示复合光学代理元件如何能够产生强度图案，所述强度图案的强度图心对反射光束的方向进行编码。
图11图示结合广角检测能力的具有极佳的一维敏感度的经改造的扩散器的一个实施例的强度分布。
图12A示出光转向元件的俯视图，其中光学代理元件安装到所述元件的背面上，但是通过一个或多个窗口从正面是观测的。
图12B示出图12A的光转向元件的侧视图。
具体实施方式
本文中呈现的设备和方法描述一种闭环追踪系统，其利用多个光学代理元件的光分布属性，尤其是组织到一个或多个复合光学代理元件中的多个光学代理元件的光分布属性，从而以优选的方式感测方向并且完成多个光转向元件的接合。本文中所描述的实施例是示例性的并且并不表示通过本发明所教示的原理的所有可能实施例。确切地说，本发明的实施例直接应用于聚光太阳能发电的领域中，尤其是包含使用定日镜以将日光转向到固定焦点上的聚光太阳能发电领域，其中经聚集的日光可以转化成其它的能量形式，例如热能或电能。尽管如此，本文中所描述的设备和方法可以由所属领域的技术人员应用并调适用于替代的应用中，其中来自源的光，尤其是来自不是静止的源侧的光被转向到一个或多个目标上。
参考图1到3，示出了并入有闭环太阳追踪功能性的聚光太阳能发电系统1。系统1一般包含中央塔5，所述中央塔包含聚焦区域7以及相关联的成像子系统11。系统1还包含呈定日镜9形式的光转向元件的阵列。出于说明的目的，每一个定日镜9经由底座14以及支柱16耦合到安装表面21上，但是定日镜9可以以任何合适的方式部署。每一个定日镜9包含可以接合的反射元件25。从每一个定日镜9反射的光的方向与相对应的元件25接合的方式相关。优选地，元件25以独立的方式接合使得定日镜9将入射日光转向并且聚集到中央塔5的聚焦区域7上。反射元件25接合以追踪太阳的运动，使得经转向的光可以随太阳移动瞄准聚焦区域7。
每一个定日镜9具有耦合到反射元件25上的多个光学代理元件24、26以及28。每一个定日镜9上的光学代理元件24、26以及28优选地整合成一个或多个复合光学代理元件。复合光学代理元件是与特定反射元件25相关联的多个光学代理元件，其中每一个代理元件在光学代理元件的单次观察中能够以相对于其它相关联的代理元件中的至少一者唯一的方式产生与反射元件25的瞄准方向(以及因此从反射元件25反射的光的方向)相关的光学信息，并且其中从代理元件的单次观察中获得的渐增的光学信息使得从反射镜反射的光的瞄准方向能够得以判定和/或可控制地瞄准所需目标。本发明教示在此多个光学代理元件内，每一者可以提供独立的光学功能使得每一者产生将通过成像子系统11观察的不同的光学信息。
例如，每一个元件24、26以及28提供作为元件25的瞄准方向的函数的唯一的强度信息。以此方式，通过多个光学代理元件24、26以及28提供的渐增的光学信息使得主要的反射光线17的瞄准方向能够根据由成像子系统11进行的每一个光学代理元件的单次观察捕获的光学信息得以精确判定。在一些实施例中，单次观察可以由每一个光学代理元件组成。在其它实施例中，单次观察可以由光学代理元件中的两者或更多者共同地组成。以下将进一步描述此能力。本发明的主要教示是通过进行每一个个别的代理元件的单次观察使用复合光学代理元件。如果实质上相同的观察进行了多次，那么也就是出于本发明的目的的单次观察。这与其中从多个不同视角观测单个代理元件以从所述代理元件获得足够的光学信息从而控制相关联的光转向元件的瞄准方向的情况相反。
本发明的特征是具有唯一的光学响应的光学代理元件的使用允许但是并不强制要求从单个视角仅观察一次每一个个别代理元件。尽管复合光学代理元件的光学代理元件的单次观察使得反射元件25的瞄准方向得以判定和控制，但是所属领域的技术人员将理解，实践本发明的其它模式可以涉及使用多个成像子系统，所述成像子系统从多个视角观察复合代理元件的一个或多个光学代理元件。这可能在(例如)需要提供冗余成像系统用于增强系统可靠性的系统中是有利的。
借助于实例，在示出的实施例中，每一个定日镜9包含复合光学代理元件，所述复合光学代理元件包括以机械方式耦合到反射元件25上的三个光扩散器24、26以及28。在其它实施例中，复合光学代理元件可以由更多或更少数量的光学代理元件构成，例如，由两个或四个光学元件构成。反射元件25的接合也使光学代理元件24、26以及28同样接合。通过成像子系统11所感测的光学信息与元件25被接合的方式相关。此相关性使得通过元件反射的日光的瞄准方向(如通过主要的反射光线17指示)得以判定和控制。
成像子系统11安装到接近系统聚焦区域的中央塔5上，但是优选地尽量远离系统聚焦区域，使得通过反射镜元件25的主要镜面反射的光在经恰当地瞄准时通常并不照射到成像子系统上。成像子系统11可以耦合到任何方便的机械安装点上。在一些实施例中，可以提供单独的塔或其它支架(未示出)，成像子系统11将安装在其上。成像子系统11观察光学代理元件24、26以及28。闭环追踪控制系统(未示出)以按所需方式完成元件25的接合的方式处理检测到的信息，使得入射光被转向并且聚集到聚焦区域7上。通常，太阳能供电系统1包括一个或多个计算装置(未示出)，所述计算装置以电气方式耦合到成像子系统11以及定日镜9上并且包括软件以处理通过成像子系统11获得的信息，从而出于将日光转向到系统焦点7上的目的完成多个定日镜9的接合。
作为此控制系统的功能性概述，通过光学代理元件24、26以及28产生的光学信息通过成像子系统11感测。所感测的光学信息与反射元件25瞄准的方式相关，如下文中进一步描述。因此，光学信息指示元件25是否经恰当地瞄准以将光转向到聚焦区域上。控制系统从而判定瞄准方向是否合适并且必要时校正瞄准方向。
图2B示出入射光线12如何照射到系统1的示例性定日镜9上并且如何作为反射光线17沿着路径19反射到中央塔5的聚焦区域7上。为了使反射元件25恰当地将光线17沿着路径19瞄准，与元件25的表面垂直的矢量15经瞄准，其方式为使得所述矢量将光线12与路径19之间的角度对等分。通过代理元件24、26以及28提供的光学信息使得瞄准方向能够得以测量和控制。
图3示出光学代理元件24、26以及28如何产生与主要的反射光线17经瞄准的方式相对应的光学信息。元件25将入射光线12反射为主要的反射光线17。使用通过光学代理元件24、26以及28产生的光学信息以判定反射光线17是否沿着路径19被恰当地瞄准到聚焦区域7上来实践本发明的原理。
换句话说，成像子系统11的目标是使用来自光学代理元件24、26以及28的测量来推断主要的反射光线17的方向。成像子系统11通过评估至成像子系统11的瞄准线30与主要的反射光线17之间的角度28来完成此工作。
在一个实施例中，光学代理元件24、26以及28是光扩散器。在此实施例中，图3图示光扩散器24以及26如何围绕主要代理元件光线417以及419分别产生经扩散的光线18以及418。我们将这些光线18以及418称作通过光学代理元件产生的代理元件光线，而主要代理元件光线417以及419也是代理元件光线，但是它们具有有用的参考价值，因为它们是因来自相关联的光学代理元件的镜面反射而产生的光线，因此我们将代理元件光线417以及419称作主要代理元件光线。优选地，扩散器28类似地执行工作但是为了清楚起见省略其代理元件光线。
扩散器24以及26二者通过(例如)来自太阳的平行入射光线12来照射。扩散器24经示出反射主要代理元件光线417以及另外的经扩散的代理元件光线18，而扩散器26经示出反射主要代理元件光线419以及另外的经扩散的代理元件光线418。光线417以及419名义上具有不同的方向，实施的原理是光学代理元件24以及26包括复合光学代理元件，从而相对于彼此产生唯一的光学信息。在许多实施例中，优选地，在主要代理元件光线419与主要的反射光线17之间存在角偏移453。偏移453由光学代理元件26的设计指定并且因此是已知值。设计可以包括光学元件(在此情况下是扩散器)以及其安装二者。相对于代理元件24以及28已知类似的角偏移信息但是为清楚起见并未示出。
成像子系统11捕获通过元件24、26以及28产生的光学信息。这通过观察代理元件光线417、419、18以及418的属性直到这些代理元件光线到达成像子系统11的程度来实现。在一些实践模式中，这些属性包括代理元件光线的强度。
优选地，来自每一个光学代理元件24、26以及28的一些代理元件光线到达成像子系统11。参考图3，来自代理元件24的代理元件光线18中的一者沿着路径41到达成像子系统11，而代理元件光线418中的一者沿着路径43到达成像子系统11。
光学代理元件26经设计使得观察到的经扩散的代理元件光线(例如，光线418)的属性为它们与主要代理元件光线(例如，光线419)的角间距的函数。因此，通过观察通过沿着路径43行进到达成像子系统11的代理元件光线的属性，成像子系统11可以推断此角间距。在图式中，路径43经示出为与主要代理元件光线419分离角度45。因此，观察到的光线的属性(例如，强度)对角度45的值进行编码。
由于角度45通过观察已知并且角度453通过设计已知，因此成像系统11可以通过感测代理元件26获得对光线17的方向值的部分了解。通过感测代理元件24以及28获得类似的部分信息。渐增地，从代理元件24、26以及28获得的了解提供了对光线17的方向的完全了解。如果光线17的方向未恰当地瞄准到聚焦区域7，那么反射元件25可以以有效校正瞄准方向的方式来接合。
在此实践模式中，控制系统以及成像子系统11使用强度特征以测量并且控制瞄准方向。除强度特征之外或作为强度特征的替代，其它种类的光学信息可以与元件25被瞄准的方式相关，并且因此同样可用于测量并且控制瞄准方向。例如，在一些实施例中，成像子系统11可以是相敏系统，其感测通过光学代理元件24、26以及28产生的光学代理元件光束的飞行时间。
尽管图1到3示出了反映光转向元件的阵列(多个定日镜9)的单个成像子系统11，但是本发明还包含实施例，其中多个成像子系统反映光转向元件的多个阵列，从而帮助系统扩展为任意尺寸。
在一些优选实施例中，成像子系统11包括多个个别的成像装置。借助于实例，可以提供一些成像装置以反映定日镜阵列9的内部区域，而可以提供可替代地具有不同孔径以及聚焦光学器件的其它成像装置以反映定日镜阵列9的更远端区域。
在优选实施例中，提供多个成像装置或成像子系统而足以提供全部定日镜阵列的冗余图像，从而有助于即使在个别成像装置或成像子系统经受故障时也能提供可靠的操作。
在一些实施例中，包括复合光学代理元件内的个别代理元件的个别光学元件可能实质上完全相同但是以不同方式安装，以使每一者产生与元件25被瞄准的方式相关的唯一的光学信息。图4到6对此进行了图示。图4中所示的一个优选实施例提供光学代理元件，所述光学代理元件包含安装在楔状物431上的扩散器433。扩散器433以及431依次安装在反射元件435上。扩散器433以及楔状物431相同，但是每一扩散器/楔状物对以不同方式安装，以使扩散器433相对于反射元件435以各种角度倾斜，从而提供唯一的光学响应。
图5和6图示扩散器433的强度分布如何成为相对于反射元件435的安装角度的函数。图5和6绘制从扩散器433发出的光束的强度对比角度。由于扩散器433是相同的并且不考虑每一个扩散器433相对于相关联的反射元件安装的角度，因此扩散器433各自提供实质上完全相同的径向对称的扩散强度分布，例如图5中的强度分布421。分布421示出了取决于与相对应的主要代理元件光线的角间距从相关联的扩散器433扩散的光线的强度。峰值强度对应于与代理元件相关联的主要的代理元件光线。
图6示出了扩散器433安装在楔状物431上的角度如何引起扩散器433的强度分布423相对于图5的分布421移位。尽管分布421以及423的形状是相同的，但是支架431的角度差异有助于使扩散强度分布因这些安装差异而产生不同位移，如通过以下方式所示：其中图6的分布423相对于图5的分布421(如图所示相对于来自相关联的反射镜的主要反射光线)位移。图5与图6之间峰值的位移表示反射光的角度(例如，图3中的角度453)的改变。
图6中强度分布的位移是通过在其上安装有相关联的扩散器433的楔状物431引入的角度的两倍。因此，图6示出了楔状物431如何在反射镜的主要反射光线与光学代理元件(例如，扩散器433)的主要代理元件光线之间产生偏移。此偏移对于光学代理元件中的每一者是不同的，从而导致通过每一个代理元件产生唯一的光学信息。
所属领域的技术人员将理解，在其它优选实施例中，个别扩散器可以包括所谓的“经改造的扩散器”，所述扩散器可以经选择以提供不对称的扩散强度分布。借助于实例，可以接近于在楔状物431上的扩散器433的强度分布23提供不对称的经改造的扩散器，即使每一个经改造的扩散器可以与相关联的反射元件的表面齐平地安装。
所属领域的技术人员将理解，除了这些种类的不对称的扩散器强度分布之外，其它分布也是可能且有利的。我们刚才已经指出此种分布可以有助于消除在楔状物上安装扩散器的需要，使得它们与镜面齐平。这有助于(例如)更容易清洁镜面。此种分布可能还能够易于将光学代理元件整合到镜面的后表面中，这样将防止光学代理元件受元件影响。
一个尤其有利的不对称的扩散器强度分布是在一个方向上实质上恒定而在另一方向上(例如，如图7A中所示的正交方向)提供强度梯度的扩散器强度分布。图7A中所示的扩散器具有在镜面垂直地倾侧时在亮度方面变化但是在镜面水平地倾侧时在亮度方面极少变化或根本不变化的属性。一对彼此正交地安装的此类扩散器使得成像子系统能够以高分辨率独立地测量垂直的以及水平的倾斜。在优选实施例中，将提供(以一定倾斜安装)一对水平扩散器以及一对垂直扩散器，以便能够唯一地判定来自单次观察的相关联反射镜的瞄准方向。
在其它优选实施例中，扩散器元件具有不对称的强度分布，所述强度分布在视场的仅一部分上在一个方向上实质上恒定。借助于实例，一个有利的不对称的扩散器强度分布在一个方向上实施“货车车厢式”而在其它方向上(如图7B中所示)实施强度梯度。类似于图7A的强度分布进行此执行，区别仅在于此分布具有更亮的额外优点。也就是说，由于该强度分布在水平方向上不那么广泛地散射光，因此其散射的光可以更亮，因而有助于在成像子系统处提供改进的信噪比。图7B的分布具有的不足之处是扩散器在极端水平角处不可见，但是这在许多有利的系统中是可接受的。
扩散器元件的替代实施例具有在一个方向上可以提供弱梯度而不是刚好实质上恒定的强度分布。例如，有许多现成的扩散器产品能实施非常不对称的椭圆的强度分布，例如，如图7C中所示的40x2度椭圆形。在一些情况下，这些可以类似于图7B的分布执行但是会更容易制造。
本发明的替代实施例可以使用除了扩散器以外的光学代理元件实施这些方法。其它种类的光学代理元件包含以下项中的一或多者：衍射元件、偏振器、轴棱镜、位置光学代理元件、或提供与代理元件所相关联的表面方向相关的任何所需光学性质的可测量分布的任何其它所需元件。这些代理元件可以是实质上完全相同的代理元件并且安装在楔状物上，和/或它们可以提供不对称的分布并且平坦地安装，和/或它们可以提供实质上一维的分布或以任何适宜的安装方法提供任何适宜的分布。可以并入根据本发明的原理的复合光学代理元件中的光学代理元件的实例是位置光学代理元件，例如在第61/562,962号、第61/465,165号和/或第61/666,827号美国临时申请案中所描述的位置光学代理元件。
再次参考图1到3的系统3，成像子系统11优选地检测在反射元件25上的每一个光学代理元件24、26以及28的适当的光学属性，例如检测扩散器代理元件的强度。类似于在以上提及的申请人的共同待决的申请案中教示的技术，在反射元件25上的光学代理元件的测量到的光学属性可以用以确定地推断反射元件25的反射光束17的方向。然而，在本发明的实践中，与特定反射元件25相关联的光学代理元件渐增地产生足够的独立的光学信息，使得在每一个个别代理元件的单次观察中捕获的光学信息足以判定光束17的方向。单次观察可以由多次实质上相同的视角组成，以提高所观察到的信息的质量，例如，多次捕获相同的观察可以提高所得光束17方向评估的信噪比。
在许多系统中，优选的是能够通过每一个个别代理元件的单次观察来判定光束17的方向，因为可以通过单个成像子系统11同时完成这组单次观察。此方法有助于消除对于焦点7附近潜在的大型光机结构的需要。此种结构在此前参考的第61/590,278号美国临时申请案的图2B中示出。在一些实施例中，此种结构的直径优选地为几十米以在成像装置中产生足够的空间间距用于建立有效的视角差异。因此，根据本发明的教示，一些系统可能偏向使用单个成像子系统。
借助于实例，在使用包括产生径向对称强度分布(例如，图5和6的分布421或423)的径向对称光扩散器的代理元件的情况下，现将描述其中本发明可以准确地判定反射光线的方向的方式。相关联的成像子系统捕获并且测量其从每一个扩散器看到的光的强度。参考图8，如果根据角度的光学代理元件的强度分布如通过分布423所图示，并且随后另外如果通过成像子系统所测量的扩散器的强度是A，那么这表示成像子系统正观察经扩散的光线(例如，图3的光线18中的一者)，所述光线与其主要光线(例如，图3的光线419)的角偏移被约束到圆形451上的某处。也就是说，角偏移与所感测的经扩散的光的强度相关。
同时，回忆以上图3的论述，进一步存在与代理元件相关联的主要代理元件光线(例如，光线419)与从元件25反射的主要的反射光线(例如，反射光束17)之间的已知的角偏移(例如，偏移453)。综合而言，圆形451以及已知的角偏移453约束主要的反射光线以与围绕从扩散器到成像子系统的视线矢量的具有已知直径的圆形交叉。
如果成像子系统可以从给定的反射镜元件看到三个扩散器，那么产生的三个圆形约束在一点处交叉并且由此完全界定反射光束必须通过的点。
这在图9中图示。经由我们刚才已经论述的几何约束的应用，来自三个扩散器中的每一者的唯一的光学信息界定反射光束必须通过的圆形455、457以及459。所产生的三个圆交叉的点461界定反射光束17的方向。图9示出了其中控制系统已经判定反射光束17在水平轴上偏移4度并且在垂直轴上偏移零度的情况。这表示需要将水平轴上的偏移校正4度，使得主要的反射光线恰当地瞄准到聚焦区域7。
这些原理可以应用于图3。成像子系统11观察沿着路径43行进的特定光线418的强度A。已知强度A将光线418约束为由图式中的轨迹451表示的光线中的一者。因此角度45是已知的，环451的半径也是已知的。因此控制系统知道光线419必须位于锥形周围路径43的表面上，其中锥形半角等于角度45。那么，由于角度453是已知的，因此光线17也受到约束。此信息单独不足以判定通过成像系统11观察的光线418，但是光线必须位于半径45的圆形上。通过对其它两个代理元件进行类似的观察，控制系统可以唯一地推断主要的反射光线17的方向。
在涉及根据图1到3的扩散器24、26以及28的许多实施例中，通过来自单个扩散器的单次强度测量，反射光束17的角度不能够充分地约束到特定的位置轨迹，因为照射光线12(见图2B)的强度是未知的。所属领域的技术人员将理解，通过组合来自多个扩散器的测量可以解决此不明确性。例如，在径向对称的扩散器的情况下，取决于光线12的强度存在反射光束17可以交叉的任何数目的圆形，其中约束圆形的直径是光线12的强度的函数。
然而，通过结合来自其它扩散器的类似约束，所属领域的技术人员将理解，来自结合在一起的扩散器的约束描述了其直径为光线12的强度的全部确定性函数的一组圆形。在实用效果上，通过使用来自多个扩散器的独立的唯一的光学信息可以解决由多个扩散器引起的不明确性。相反地，如果已知光线12的强度，那么两个扩散器可以提供足够的信息来判定反射光束17的方向，并且三个扩散器允许对来自单个图像的光束方向进行唯一判定。然而，四个扩散器提供足够的信息来不仅判定反射光束17的方向，而且还判定光线12的强度。所属领域的技术人员将理解，当光线12不仅仅是单个光线而是从多种角度(例如，从太阳日轮)入射的一束光线时也可解决此问题。
可使用光学代理元件以及算法的任何所需组合，从而准许对主要的反射光线17的方向进行唯一判定。借助于实例，在尤其优选的实施例中，可以提供四个一维的扩散器(例如，图7中所示的类型)以感测两个正交轴，从而帮助简化所需的算法。
所属领域的技术人员将理解，当存在包括在单个光转向元件上存在的多个个别光学代理元件的复合光学代理元件时，每一个个别代理元件在光转向元件25接合时以不同方式响应。借助于实例，扩散器代理元件24、26以及28的强度将唯一地变化，使得每一个扩散器的强度根据元件25被瞄准的方式而以不同方式变化。
根据用于使用来自唯一的且独立的扩散器的光学信息的另一实践模式，所属领域的技术人员可以考虑通过结合在一起的一组扩散器产生的整体强度图案。光学信息可以用以判定指示渐增的光学图案的信息，并且随后此判定的信息可以用以将经转向的光瞄准在目标上。例如，在光转向元件25接合时，并入到代理元件24、26以及28中的扩散器的亮度将各自唯一地改变。整体强度图案还将以与元件25的瞄准方向相关的方式改变。本发明理解，图案的光学特性，例如强度图案的图心和/或其它导出的度量将以与元件25的瞄准方向相关的方式移动或以其他方式变化。因此，对于光学代理元件的适宜布置以及光学代理元件分布的选择，在图心位置与主要的反射光线17的方向之间存在一对一映射。这表示扩散强度信息的图心可以得以判定并且用以帮助控制元件25的瞄准方向。
在一些实施例中，成像子系统11因此捕获来自光学代理元件24、26以及28的光学信息并且随后使用所述信息来判定强度的图心位置。图心的位置用以推断主要的反射光线17的方向。在优选实施例中，可以提供光学代理元件以及分布，使得所测量的强度图案的图心的坐标正交地并且单调地与反射光束17的方向相关。例如，在成像子系统11的视场中图心的x以及y坐标可以成直线地与反射光线17的仰角以及方位角相关。
此原理的一个实施例在图10中图示。所述实施例示出了如通过成像子系统11看到的两个代理元件的图像，这两个代理元件的强度经设计以根据方位角变化。每一个代理元件以不同方式响应方位角。一个简单的实施例是以相对的倾斜角安装的图7A中所示类型的一对扩散器。
图10的两个代理元件将具有在相关联的反射元件的瞄准方向改变时唯一地变化的强度。成像子系统可以替代地在两个扩散器的像素上执行图心操作，而不是独立地处理两个代理元件并且使用图9的技术来判定光线17的瞄准方向。在图式中，由于在右侧上的代理元件更亮，因此图心将更靠近此代理元件。
以此方式，在扩散器中的强度变化简单地编码成图心在成像子系统的检测器上的移动。所属领域的技术人员将理解许多所需的编码是可能的，包含线性编码。因此，通过图心操作，成像子系统可以将复杂的强度几何问题转化成简单的线性编码。也就是说，使用适当的一组代理元件，例如，以适当倾斜度安装的图7A中所示类型的四个代理元件，可以组成复合代理元件使得光线17与所需路径的角偏移可以直接测量为图心在检测器上的x-y位置。
所属领域的技术人员将理解，光学代理元件的性能可以根据其与成像子系统11的距离而变化。光学代理元件距离成像子系统11越远，光学代理元件将越不亮。这表示代理元件对其光转向元件25的角定向进行编码的精确性可以随着距离变化。
一些优选实施例提供有助于缓解距离对编码精确性的影响的光学代理元件。例如，一个有利类型的光扩散器是不论距离如何对角度的编码(表示为取决于角度改变的强度改变的百分比)保持实质上恒定或在实际可行的范围内尽可能少变化的光扩散器。
通过数学式表达，对于强度I(x)的一个所需函数因此是
I(x)＝Ae-C|x|
其中x是与代理元件的主要光线的距离，而A以及C是由代理元件设计者所选择的任意常数。此函数具有函数与其自身的导数成比例的属性，从而得到表示为ΔI(x)/Δx的输出改变的百分比为恒定的所需属性。
在一些实施例中，有利的是考虑角度θ正被编码，在此情况下变量变化x＝tan(θ)得到函数
I(θ)＝Ae-C|tanθ|
这具有类似的属性，如我们在实际的扩散器中通常所期望，其具有在90度的角度处强度降为零的优点。
可以在扩散器或任何其它光学代理元件中提供这些函数或任何其它有利的函数，包含但不限于提供作为实施这些分布中的一者的经改造的扩散器的光学代理元件。
所属领域的技术人员将认识到，可以根据能够实施其它有用分布的大量编码策略选择其它实施例。例如，虽然前述函数实施敏感度为随距离变化的常数的扩散器，但是一些优选实施例实施敏感度随距离增加的替代函数。其它实施例可以更关注扩散器的绝对亮度，这可以有助于使光学信息易于被成像系统检测到。在这些实施例中，可以对扩散器的统一敏感度进行更少优化而对一定距离的检测能力进行更多优化，从而产生不同的扩散器分布。
图7B的一维“货车车厢式”扩散器分布是当用于四个扩散器的群组中时光学代理元件的尤其有利的实施例。两个代理元件可以经布置以便唯一地对一个轴线上的角度进行编码，而其它两个唯一地对其它轴线上的角度进行编码。同样有利地，在非扩散轴线上的货车车厢式函数表示通过扩散器扩散的光通常在有利的方向上扩散。光在非感测轴线上不会发送很远，其中在非感测轴线上不大可能不断需要光。
进一步进行此操作，一些实施例期望进一步使在非感测轴线(图7B中的水平轴)上的货车车厢式的宽度变狭窄，以便进一步将经扩散的光聚集到有利的区域中。这有助于使成像子系统更容易检测来自相对应的扩散器的光。
然而，如果货车车厢式在非感测轴线上变得过窄，那么扩散器将仅在反射镜在非感测方向上被准确地瞄准时可见，这样使得可能难以感测反射镜的瞄准方向。
因此，复合代理元件的一些实施例并入有窄角以及广角光学代理元件二者。提供广角代理元件以允许粗略定位(例如，定位到1到2度的精度范围内)并且还提供可易于检测并且准许精细定位的更亮、更精确的窄角代理元件。
在一些实施例中，广角代理是在视线上居中的(即，不具有偏移楔状物)单个径向对称的二维高斯(Gaussian)扩散器，其具有如图5中所示的强度分布。在这些实施例中，用以初始采集的一个方法是在两个轴上移动光转向元件25，从而观察广角代理元件的强度并且导向目标追踪峰值强度。一旦已经完成，可以基于通过窄角复合代理元件提供的光学信息开始追踪。
一个优选实施例将广角代理元件和窄角代理元件组合成单个经改造的扩散器，所述扩散器的光学分布在图11中示出。图11示出与在水平方向上实施e-|tanθ|分布，在垂直方向上结合窄的货车车厢式的一维扩散器相对应的分布。在窄的货车车厢式区域内提供高敏感度。然后，为了有助于在货车车厢式的外部实现在垂直方向上广泛的检测角度，对广角提供线性衰减。
在许多实施例中，例如在图4中呈现的实施例中，光学代理元件安装在镜面的正面上。
使用例如在本文中引用的申请人的共同待决的申请案中所描述的各种技术，光学代理元件可以直接整合成例如反射元件25等的反射元件。本发明另外教示光学代理元件还可以安装到反射元件后方，其方式为使得所述元件从正面仍然是可观测的。这可以通过各种方式实现，例如通过在镜面中设置孔或在不存在镜面涂层时通过在镜面中设置窗口。这有助于在长期的使用寿命期间保护代理元件并且促进产生更一致以及更精确的光学信息。这还提供简单的但是非常精确的机械接口。例如，图12A以及12B示出具有光转向正面202以及背面204的光转向元件200的实施例。光学代理元件206、208以及210安装到背面204上。在许多实施例中，光转向元件200是后表面反射镜，表示背面204包括覆盖有镀银层以及防护漆或其它有利材料的表面。光转向元件200具有窗口212使得可从正面202观测每一个代理元件206、208以及210。在一些实施例中，单个窗口(未示出)可以允许观测代理元件206、208以及210。在一些实施例中，窗口可以包括在转向元件的背面204上的涂层中的间隙。在其它实施例中，窗口可以包括在元件200中的物理孔。
尽管图5到10图示取决于特定角度(例如，水平角以及垂直角)对光学特性进行编码的代理元件，但是所属领域的技术人员将理解，有利的光学代理元件可以对任何适宜的角度集合进行编码，并且复合光学代理元件可以包括对彼此不同的角度进行编码的个别代理元件。
在本文中引用的所有专利、专利申请案和公开案若个别地并入则通过引用的方式并入。除非另有说明，否则所有的部分和百分比都以重量计，并且所有分子量都是重均分子量。仅为了清楚地理解而已经提供前文的具体实施方式。因此不应理解为不必要的限制。本发明不限于所示出和描述的确切细节，因为对所属领域的技术人员显而易见的变化形式将包含在由权利要求书所界定的本发明内。

Claims (50)

1.一种感测经转向的入射光的瞄准方向的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用光转向元件以转向所述入射光；
(b)提供与所述转向元件相关联的多个光学代理元件，该提供的方式为使得所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的所述瞄准方向相关；
(c)观察通过所述光学代理元件分布的所述光学信息；以及
(d)使用所述光学信息来判定通过所述光转向元件转向的所述光的所述瞄准方向。
2.一种转向入射光的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用至少一个光转向元件以转向所述入射光；
(b)提供与反射元件相关联的多个光学代理元件，该提供的方式为使得所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的所述光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的瞄准方向相关；
(c)观察通过所述光学代理元件分布的所述光学信息；以及
(d)使用所述光学信息从而以将经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动所述光转向元件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(a)包括使用多个光转向元件，每一个光转向元件可控制地接合以将日光转向到所述目标上。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述光转向元件具有反射正面并且光学代理元件耦合到所述反射正面上。
5.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件与所述光转向元件整合成一体并且从所述光转向元件的正面是可观测的。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述光转向元件包括窗口，并且其中光学代理元件耦合到所述光转向元件上并且通过所述窗口是可观测的。
7.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件包括扩散功能性。
8.根据权利要求2所述的方法，其中(c)包括使用成像子系统以在单次观察中观察所述光学代理元件从而捕获来自所述光学代理元件的光学信息；以及其中步骤(d)包括使用来自单次观察的所述光学信息从而以将所述经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动所述光转向元件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中步骤(c)包括观察通过所述光学代理元件产生的经扩散的光的强度。
10.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(d)包括使用闭环控制系统以可控制地接合所述光转向元件。
11.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(c)包括从单个视角多次观察复合光学代理元件。
12.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(c)包括从多个视角观察光学代理元件。
13.根据权利要求2所述的方法，其中所述光学代理元件中的至少两者以相对于彼此不同的角度安装在所述光转向元件上。
14.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有径向对称的强度分布。
15.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有不对称的强度分布。
16.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有在一个方向上实质上恒定而在第二方向上提供强度梯度的强度分布。
17.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有货车车厢式强度分布。
18.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件包括安装在楔状物上的光扩散元件。
19.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(d)包括使用所述光学信息以判定指示通过所述光学代理元件产生的代理元件光线的角偏移的信息。
20.根据权利要求2所述的方法，其中所述光学代理元件渐增地提供光学图案，并且其中步骤(d)包括使用所述光学信息以判定指示通过所述光学代理元件提供的所述光学图案的特性的信息，以及使用经判定的信息来将所述经转向的光瞄准在所述目标上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述特性是所述光学图案的图心。
22.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有带有导数的强度函数，其中强度分布与所述导数成比例。
23.根据权利要求2所述的方法，其中光学代理元件具有强度函数，其中强度根据在所述强度函数中进行编码的角度变化，并且其中对于90度的角度所述函数实质上为0。
24.一种用于将日光聚集到集中的目标上的系统，所述系统包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
(i)光转向元件，所述光转向元件转向入射日光；以及
(ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件与所述转向元件相关联，该关联的方式为使得所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的瞄准方向相关；
(c)装置，所述装置观察通过所述光学代理元件分布的所述光学信息；以及
(d)可选控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到所述集中的目标上的方式使用所述光学信息。
25.一种用于将日光聚集到集中的目标上的系统，所述系统包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
(i)转向入射日光的光转向元件，所述元件具有正面以及背面，入射光从所述正面被转向；以及
(ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件安装到所述光转向元件上，该安装的方式为使得所述光学代理元件通过并入到所述光转向元件中的至少一个窗口是可观测的，所述光学代理元件中的每一者以与所述光转向元件的瞄准方向相关的方式分布所述入射光的一部分；
(c)装置，所述装置观察所述光学代理元件；以及
(d)可选控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到所述集中的目标上的方式使用通过观察所述光学代理元件获得的光学信息。
26.一种感测经转向的入射光的瞄准方向的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用光转向元件以转向所述入射光；
(b)提供包括与所述转向元件相关联的多个光学代理元件的复合光学代理元件，该提供的方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的所述瞄准方向相关；
(c)在单次观察中观察所述复合光学代理元件以感测所述复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)使用所述光学信息以判定通过所述光转向元件转向的所述光的所述瞄准方向。
27.一种转向入射光的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)使用至少一个光转向元件以转向所述入射光；
(b)提供包括与反射元件相关联的多个光学代理元件的复合光学代理元件，该提供的方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的瞄准方向相关；
(c)在单次观察中观察所述复合光学代理元件以感测所述复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)使用所述光学信息从而以将经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动所述光转向元件。
28.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(a)包括使用多个光转向元件，每一个光转向元件被可控制地接合以将日光转向到所述目标上。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述光转向元件具有反射正面并且光学代理元件耦合到所述反射正面上。
30.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件与所述光转向元件整合成一体并且从所述光转向元件的正面是可观测的。
31.根据权利要求27所述的方法，其中所述光转向元件包括窗口，并且其中光学代理元件耦合到所述光转向元件上并且通过所述窗口是可观测的。
32.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件包括扩散功能性。
33.根据权利要求27所述的方法，其中(c)包括使用成像子系统以在单次观察中观察所述光学代理元件从而捕获来自所述光学代理元件的光学信息；以及其中步骤(d)包括使用来自单次观察的所述光学信息从而以将所述经转向的光瞄准到目标上的方式可控制地致动所述光转向元件。
34.根据权利要求33所述的方法，其中步骤(c)包括观察通过所述光学代理元件产生的经扩散的光的强度。
35.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(d)包括使用闭环控制系统以可控制地接合所述光转向元件。
36.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(c)包括从单个视角多次观察所述复合光学代理元件。
37.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(c)包括从多个视角观察光学代理元件。
38.根据权利要求27所述的方法，其中所述光学代理元件中的至少两者以相对于彼此不同的角度安装在所述光转向元件上。
39.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有径向对称的强度分布。
40.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有不对称的强度分布。
41.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有在一个方向上实质上恒定而在第二方向上提供强度梯度的强度分布。
42.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有货车车厢式强度分布。
43.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件包括安装在楔状物上的光扩散元件。
44.根据权利要求27所述的方法，其中步骤(d)包括使用所述光学信息以判定指示通过所述光学代理元件产生的代理元件光线的角偏移的信息。
45.根据权利要求27所述的方法，其中所述光学代理元件渐增地提供光学图案，并且其中步骤(d)包括使用所述光学信息以判定指示通过所述光学代理元件提供的所述光学图案的特性的信息，以及使用所述经判定的信息以将所述经转向的光瞄准在所述目标上。
46.根据权利要求45所述的方法，其中所述特性是所述光学图案的图心。
47.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有带有导数的强度函数，其中所述强度分布与所述导数成比例。
48.根据权利要求27所述的方法，其中光学代理元件具有强度函数，其中强度根据在所述强度函数中进行编码的角度变化，并且其中对于90度的角度所述函数实质上为0。
49.一种用于将日光聚集到集中的目标上的系统，所述系统包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
(i)光转向元件，所述光转向元件转向入射日光；以及
(ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件与所述光转向元件相关联，该关联的方式为使得如在每一个唯一的光学代理元件的单次观察中所观察到，所述光学代理元件中的至少两者相对于彼此唯一地分布所述入射光的一部分，其中在通过所述光学代理元件分布的光中进行编码的光学信息渐增地与所述光转向元件的瞄准方向相关；
(c)装置，所述装置在单次观察中观察所述光学代理元件以感测所述复合光学代理元件的光学信息；以及
(d)可选控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到所述集中的目标上的方式使用所述光学信息。
50.一种用于将日光聚集到集中的目标上的系统，所述系统包括：
(a)集中的目标；
(b)多个定日镜，每一个定日镜包括：
(i)转向入射日光的光转向元件，所述元件具有正面以及背面，入射光从所述正面被转向；以及
(ii)多个光学代理元件，所述多个光学代理元件安装到所述光转向元件上，该安装的方式为使得所述光学代理元件通过并入到所述光转向元件中的至少一个窗口是可观测的，所述光学代理元件中的每一者以与所述光转向元件的瞄准方向相关的方式分布所述入射光的一部分；
(c)装置，所述装置在单次观察中观察所述光学代理元件以感测所述光学代理元件的光学信息；以及
(d)可选控制系统，所述控制系统以有效地将经转向的日光瞄准到所述集中的目标上的方式使用所述光学信息。
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